[發(fā)明專利]用于DC-DC轉(zhuǎn)換器輕負(fù)載跳脈沖模式的紋波減小電路

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310279873.6
• 申請(qǐng)日: 2013-07-04
• 公開（公告）號(hào): CN103401406A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 來新泉;楊麗;何全濤;邵麗麗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M1/15
• 分類號(hào): H02M1/15;H02M3/00
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電子電路技術(shù)領(lǐng)域，涉及模擬集成電路，特別是一種紋波減小電路，用于減小降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器輕負(fù)載跳脈沖模式的輸出電壓紋波。

背景技術(shù)

隨著集成電路產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展與模擬集成電路市場(chǎng)的日趨擴(kuò)大，電源管理芯片的應(yīng)用日漸廣泛，其效率高、集成度高、重量輕等優(yōu)點(diǎn)使其在便攜式電子設(shè)備中廣受歡迎。隨著對(duì)電源管理要求的不斷提高，便攜式電子設(shè)備中的電源變換從以往的線性電源逐漸向著開關(guān)電源發(fā)展。開關(guān)式電源內(nèi)部的關(guān)鍵器件工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，本身消耗的能量較低，因此電源轉(zhuǎn)換效率遠(yuǎn)高于線性電源。目前高頻高效的降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器的廣泛應(yīng)用就是很好的例子。

通常降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器重負(fù)載時(shí)，系統(tǒng)處于連續(xù)電流模式，當(dāng)系統(tǒng)的輸出負(fù)載從重載到輕載到空載的變化過程中，系統(tǒng)的工作模式也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變。降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器在輕負(fù)載時(shí)有三種傳統(tǒng)工作模式：突發(fā)模式、跳脈沖模式和強(qiáng)迫連續(xù)模式。突發(fā)模式由于使用特殊模塊，使高端開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間很短，停止工作的時(shí)間很長，因此極大降低開關(guān)損耗，提高了芯片轉(zhuǎn)換效率，然而該工作模式的輸出電壓紋波大。跳脈沖模式可以防止反向電感電流，由于控制模塊會(huì)使系統(tǒng)跳過一些脈沖，因此相比于連續(xù)工作模式，跳脈沖模式提高了輕載的效率，但其輕載的工作效率不如突發(fā)模式。強(qiáng)迫連續(xù)模式的輸出電壓紋波小并且其頻率在整個(gè)負(fù)載變化范圍內(nèi)恒定，容易濾除噪聲，但是其輕載效率也最低。

總體來看三種工作模式各有優(yōu)缺點(diǎn)，從效率方面來講輕載的三種工作模式，突發(fā)模式具有最高的輕載效率，跳脈沖模式次之，強(qiáng)迫連續(xù)模式輕載效率最低；從輸出電壓紋波來看，強(qiáng)迫連續(xù)模式的輸出電壓紋波最小，跳脈沖模式次之，突發(fā)模式的輸出電壓紋波最大。在一些通訊系統(tǒng)中，要求即使在輕負(fù)載的條件下仍然需要低的輸出電壓紋波和高的轉(zhuǎn)換效率，這樣三種傳統(tǒng)的工作模式都不適用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器輕負(fù)載跳脈沖模式的不足，提供了一種用于DC-DC轉(zhuǎn)換器輕負(fù)載跳脈沖模式的紋波減小電路，以通過減小轉(zhuǎn)換器中功率開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間，減小電感電流峰值，實(shí)現(xiàn)小紋波的電壓輸出。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明包括：

電容充放電單元1，用于根據(jù)轉(zhuǎn)換器內(nèi)部產(chǎn)生的開關(guān)管關(guān)斷信號(hào)ZC的不同，對(duì)電容進(jìn)行充電或放電，得到不同大小的電壓信號(hào)V_C1給比較單元2；

比較單元2，用于將轉(zhuǎn)換器內(nèi)部產(chǎn)生的兩個(gè)基準(zhǔn)電壓VR1和VR2中的任意一個(gè)基準(zhǔn)電壓與電容充放電單元1輸入的電壓信號(hào)V_C1進(jìn)行比較，并輸出控制信號(hào)RR_CTL到邏輯控制單元3，作為邏輯控制單元3的清零信號(hào)；

邏輯控制單元3，用于對(duì)轉(zhuǎn)換器下開關(guān)管的脈沖信號(hào)LG進(jìn)行計(jì)數(shù)，對(duì)計(jì)數(shù)結(jié)果進(jìn)行邏輯處理后，輸出開關(guān)信號(hào)RR到導(dǎo)通時(shí)間控制單元4；

導(dǎo)通時(shí)間控制單元4，用于產(chǎn)生導(dǎo)通時(shí)間信號(hào)TON，控制轉(zhuǎn)換器中的上開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間，以減小輸出電壓紋波；它包括充電電流產(chǎn)生模塊41，比較器42，低壓NMOS管M₅₀₈，第二電容C₂，與非門NAND和2個(gè)反相器INV5～I(xiàn)NV6；

所述充電電流產(chǎn)生模塊41，用于根據(jù)邏輯控制單元3輸入的開關(guān)信號(hào)RR產(chǎn)生對(duì)應(yīng)大小的充電電流I_C，該充電電流I_C通過第二電容C₂流到地，第二電容C₂上的電壓為V_C2；

所述比較器42，其正相輸入端連接電壓V_C2，其負(fù)相輸入端連接反饋電壓V_FB，其輸出端連接到與非門NAND的第一輸入端m；

所述低壓NMOS管M₅₀₈，其漏極連接到比較器42的正相輸入端，其源極接地，其柵極連接上管導(dǎo)通信號(hào)TON_STA，用于控制第二電容C₂的充放電；

所述第五反相器INV5，其輸入端連接上管導(dǎo)通信號(hào)TON_STA，其輸出端連接到與非門NAND的第二輸入端n，該非門NAND的輸出端通過第六反相器INV6輸出導(dǎo)通時(shí)間信號(hào)TON，控制轉(zhuǎn)換器的上開關(guān)管關(guān)斷。

上述用于DC-DC轉(zhuǎn)換器輕負(fù)載跳脈沖模式的紋波減小電路，其中電容充放電單元1包括3個(gè)低壓NMOS管M₃₀₉～M₃₁₁，1個(gè)低壓PMOS管M₃₁₂，第一電容C₁和第一反相器INV1；