[發明專利]一種固定導通時間控制的降壓型DC-DC轉換器

有效

• 申請號: 201810476951.4
• 申請日: 2018-05-18
• 公開（公告）號: CN108512422B
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發明（設計）人: 馬彥昭;葉崢杰;樊曉椏
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: H02M3/158
• 分類號: H02M3/158;H02M1/14
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 華金

本發明公開了一種固定導通時間的降壓型DC?DC轉換器的控制方式。主要解決現有固定導通時間控制方式在使用等效串聯電阻小的輸出電容時系統穩定性差以及輸出電壓存在直流失調的技術問題。技術方案是包括功率級、模擬電感電流產生電路、谷值電壓檢測電路、信號疊加電路、PWM比較器、固定導通時間產生電路、以及驅動和邏輯控制電路。模擬電感電流產生電路產生電感電流的紋波信號，并輸入谷值檢測電路檢測其谷值信號。信號疊加電路產生谷值為零的電感電流紋波信號，并與輸出電壓的反饋信號疊加產生PWM比較器的比較信號。該方案采用了相位信號產生了電感電路紋波信號，避免在芯片中增加額外的端口，并且適合于任意類型的輸出電容。

技術領域

本發明涉及電子電路技術領域，尤其涉及一種固定導通時間控制的降壓型DC-DC轉換器。

背景技術

在電源管理領域，低電壓大電流的DC-DC轉換器對于高性能的處理器至關重要。DC-DC轉換器通常采用電壓模或電流模的反饋控制方法實現輸出電壓調整。當今電子器件的供電電壓越來越低，功耗越來越大。傳統的控制方法受環路帶寬的限制，難以滿足電子器件對于瞬態響應速度以及輸出電壓紋波的要求。一種新型的固定導通時間的反饋控制方法能夠很好地解決這些問題，其原理是利用輸出紋波電壓與參考電壓比較的控制方法實現輸出電壓調整。這種控制方式具有結構簡單、瞬態響應速度快等特點，非常適合于應用于當今高性能電子器件。

參照圖1。文獻“R.Redl and J.Sun,Ripple-based control of switchingregulators—an overview[J],IEEE Transactions on Power Electronics,vol.24,no.12,pp.2669-2680,Dec.2009.”公開了一種固定導通時間的降壓型DC-DC轉換器。該電路的反饋環路包含一個比較器，一個固定時間產生電路，以及一個驅動電路。輸出電壓V_OUT由輸出電容C_OUT上的電壓V_C與其等效串聯電阻R_ESR上的電壓V_ESR組成。其中，V_ESR與電感電流成正比，V_C相對于電感電流的變化有一個延遲時間。輸出電壓V_OUT通過反饋電阻R_F1和R_F2的分壓得到反饋電壓V_FB。反饋電壓V_FB與參考電壓V_REF利用比較器進行比較，比較器的輸出信號控制計時器。當反饋電壓V_FB低于參考電壓V_REF時，計時器T_on開始計時，輸出信號控制功率管M_U導通，功率管M_D關斷，電感電流開始上升。為了保證輸出頻率穩定，該狀態持續的時間與輸入電壓和輸出電壓有關。當計時器到達設定時間時，計時器輸出信號翻轉，控制功率管M_U關斷，功率管M_D導通，電感電流開始下降。反饋電壓V_FB小于參考電壓V_REF時，比較器的輸出信號使計時器再次計時。為了保證系統的穩定性，通常采用具有大等效串聯電阻的輸出電容C_OUT產生足夠大的輸出電壓紋波。然而，使用這種輸出電容不僅增大了轉換器的體積，也增加了成本。此外，固定導通時間的降壓型DC-DC轉換器穩定時，反饋電壓信號V_FB的谷值電壓與參考電壓V_REF相等，輸出電壓V_OUT的谷值電壓被調整到了設定值。然而，輸出電壓V_OUT的紋波大小與輸入電壓、輸出電壓和負載有關。因此，輸出電壓V_OUT的平均值隨著工作條件發生變化，即存在直流失調。這種控制方式存在以下缺點：1)輸出電容必須采用等效串聯電阻大的輸出電容，而這種電容導致輸出電壓的紋波增大。采用等效串聯電阻小的輸出電容(如陶瓷電容)難以保證系統的穩定性；2)反饋電壓的谷值調整到與參考電壓相等，使輸出電壓存在直流失調。

發明內容