[發明專利]一種基于紋波控制的單電感雙輸出開關電源

有效

• 申請號: 201210315079.8
• 申請日: 2012-08-30
• 公開（公告）號: CN102820781A
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發明（設計）人: 孫偉鋒;楊淼;李盼盼;陸炎;徐申;陸生禮;時龍興
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02M3/155
• 分類號: H02M3/155
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 湯志武

1.一種基于紋波控制的單電感雙輸出開關電源，其特征是：包括功率級模塊、濾波和電壓采樣模塊、次級電壓采樣模塊、次級波紋控制模塊、主級電壓采樣模塊、主級控制模塊和驅動模塊，功率級模塊輸出連接濾波和電壓采樣模塊，濾波和電壓采樣模塊輸出分別連接次級電壓采樣模塊及主級電壓采樣模塊，次級電壓采樣模塊輸出連接次級紋波控制模塊，主級電壓采樣模塊輸出連接主級控制模塊，次級紋波控制模塊及主級控制模塊的輸出均連接驅動模塊，驅動模塊輸出連接功率級模塊，次級紋波控制模塊還輸出斜坡補償電流源I_slope信號給次級電壓采樣模塊；其中：

功率級模塊包括作為主功率開關管的PMOS管MP1、作為同步整流開關管的NMOS管MN1、作為次級功率開關管的PMOS管MP2及NMOS管MN2以及電感L，PMOS管MP1的源極連接電源電壓Vin，PMOS管MP1的漏極與NMOS管MN1的漏極以及電感L的一端連接在一起，NMOS管MN1的源極接地，電感L的另一端分別連接PMOS管MP2的源極及NMOS管MN2的漏極；

濾波和電壓采樣模塊包括電容C₁、C₂及電阻R₁、R₂、R₃、R₄、R₅和R₆，電容C₁的一端與功率級模塊中PMOS管MP2的漏極、電阻R₁以及電阻R₃的一端連接在一起作為一路輸出電壓V_O1，電容C₁的另一端與電阻R₁的另一端以及電阻R₄的一端連接在一起并接地，電阻R₄的另一端與電阻R₃的另一端連接作為一路采樣電壓V₁；電容C₂的一端與功率級模塊中NMOS管MN2的源極、電阻R₂以及電阻R₅的一端連接在一起作為另一路輸出電壓V_O2，電容C₂的另一端與電阻R₂的另一端以及電阻R₆的一端連接在一起并接地，電阻R₆的另一端與電阻R₅的另一端連接作為另一路采樣電壓V₂；

次級電壓采樣模塊包括PMOS管MP7和PMOS管MP8、電阻R₁₁、R₁₂、R₁₃、R₁₄和R₁₅、一對恒流電流源I₂及一對斜坡補償電流源I_slope，電阻R₁₃及電阻R₁₅的一端分別連接濾波和電壓采樣模塊輸出的采樣電壓V₁及采樣電壓V₂，電阻R₁₃的另一端與PMOS管MP7的柵極以及電阻R₁₄的一端連接在一起，電阻R₁₅的另一端與PMOS管MP8的柵極連接，PMOS管MP7的漏極與PMOS管MP8的漏極以及電阻R₁₄的另一端連接在一起并接地，一對恒流電流源I₂及一對斜坡補償電流源I_slope的一端連接電源VDD，其中一個斜坡補償電流源I_slope的另一端與電阻R₁₂的一端連接作為輸出電壓V_-，電阻R₁₂的另一端與PMOS管MP8的源極以及其中一個恒流電流源I₂的另一端連接在一起，另一個斜坡補償電流源I_slope的另一端與PMOS管MP7的源極以及電阻R₁₁的一端連接在一起，電阻R₁₁的另一端與另一個恒流電流源I₂的另一端連接作為輸出電壓V₊；

次級波紋控制模塊包括斜坡補償電路和比較器電路，比較器電路的兩個輸入端分別連接次級電壓采樣模塊的輸出電壓V₊及V_-，斜坡補償電路包括PMOS管MP3、PMOS管MP4、PMOS管MP5、PMOS管MP6以及NMOS管MN3、NMOS管MN4、NMOS管MN5、電容C₃、C₄、電阻R₁₀、恒流電流源I₁和反相器，恒流電流源I₁的一端與PMOS管MP6的源極、PMOS管MP5的源極以及電容C₄的一端連接在一起并連接電源VDD，恒流電流源I₁的另一端與NMOS管MN3的漏極、柵極以及NMOS管MN4的柵極連接在一起，NMOS管MN3的源極連接電容C₃的一端和NMOS管MN5的漏極，電容C₃的另一端及NMOS管MN5的源極均接地，NMOS管MN5的柵極連接反相器的輸出端，反相器的輸入端連接比較器電路輸出的占空比信號d₂，PMOS管MP6的柵極連接占空比信號d₂，PMOS管MP6的漏極連接電容C₄的另一端及MOS管MP3的源極，MOS管MP3的柵極與漏極互連并與MOS管MP4的柵極及NMOS管MN4的漏極連接在一起，NMOS管MN4的源極通過電阻R₁₀接地，PMOS管MP5的柵極接地，PMOS管MP5的漏極連接PMOS管MP4的源極，PMOS管MP4的漏極作為斜坡補償電路的輸出，輸出斜坡補償電流源I_slope信號給次級電壓采樣模塊；

主級電壓采樣模塊包括電阻R₇、R₈和R₉，電阻R₇及電阻R₈的一端分別連接濾波和電壓采樣模塊輸出的采樣電壓V₁及采樣電壓V₂，電阻R₇及電阻R₈的另一端通過電阻R₉接地；

主級控制模塊包括斜坡補償電路、振蕩器、電流檢測電路、疊加器、誤差放大器和脈沖寬度調制器，振蕩器輸出時鐘控制信號給斜坡補償電路，斜坡補償電路輸出連接加法器，電流檢測電路的輸入連接功率級模塊中PMOS管MP1和NMOS管MN1的的漏極，電流檢測電路的輸出亦連接至疊加器，疊加器的輸出連接脈沖寬度調制器的一個輸入端，脈沖寬度調制器的另一個輸入端連接誤差放大器的輸出，誤差放大器的負輸入端連接主級電壓采樣模塊中作為采樣電壓V_M輸出的電阻R₇、R₈及R₉的連接端，誤差放大器正輸入端連接基準電壓Vref，接脈沖寬度調制器輸出主級占空比信號d₁；

驅動模塊設有死區和驅動電路，其輸入端分別連接主級控制模塊中脈沖寬度調制器輸出的主級占空比信號d₁及次級波紋控制模塊中比較器電路輸出的占空比信號d₂，在死區和驅動電路的輸出端，由占空比信號d₁產生的驅動信號PD和ND分別連接到功率級模塊中PMOS管MP1的柵極及NMOS管MN1的柵極，由占空比信號d₂產生的驅動信號DP和DN分別連接到功率級模塊中PMOS管MP2的柵極及NMOS管MN2的柵極。