[發明專利]一種開關頻率可調的自適應關斷時間計時器

在審

• 申請號: 201910337233.3
• 申請日: 2019-04-25
• 公開（公告）號: CN109980935A
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發明（設計）人: 方建平;熊博銳;趙鵬
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H02M3/158
• 分類號: H02M3/158;H02M1/44
• 代理公司: 西安利澤明知識產權代理有限公司 61222
• 代理人: 賈曉玲

本發明公開了一種開關頻率可調的自適應關斷時間計時器，包括片內LDO電路、電阻串分壓電路、電容充放電電路、兩級濾波電路、比較器電路和片外開關頻率調節電阻；輸入電壓分別接入LDO電路和電阻串分壓電路的輸入端；LDO電路輸出端接入比較器的正輸入端；電阻串分壓電路輸出端接入兩級濾波器的輸入，濾波器輸出接入比較器的負輸入端；SW連接片外開關頻率調節電阻R_freq并連接到PMOS的源極；開關管的柵壓LS_GA連接NMOS和PMOS開關的柵極，電容C_c的上極板連接比較器的正輸入端。本發明解決了COT架構中因開關頻率隨關斷時間變化而產生的片內及片外的電磁兼容性問題；也能夠對電容充電并與輸入電壓比較，實現片內開關頻率的恒定以及片外開關頻率的可調，提高了電磁兼容性。

技術領域

本發明涉及一種針對DC-DC升壓型(boost型)變換器在COT模式控制下的開關頻率可調的自適應關斷時間計時器電路。

背景技術

隨著科學技術的發展，人們對于電子產品的需求越來越大，對于電子產品的性能要求也越來越苛刻，而開關型功率變換器作為電子產品的“心臟”，被廣泛應用于工業、軍事、商業等領域，其為高性能處理器供電時，整個系統呈現出工作越來越低，集成度越來越高，體積越來越小，瞬態轉換越來越頻繁的趨勢。具有自適應開關頻率的 DC-DC變換器具有極高的理論與商業價值。

開關型功率變換器通過利用磁能儲能元件電感和電能儲能元件電容之間的能量轉換，實現升壓、降壓或升降壓的功能，用以達到變換功率的作用。根據電感、電容和開關管位置的變換，可以組成不同的拓撲結構，包括升壓型(boost型)，降壓型(buck型)和升降壓型 (buck-boost型)。

在研究開關型功率變換器的過程中，常將開關管的導通時間(同步管的關斷時間)記為T_on，開關管關斷的時間(同步管導通的時間)記為T_off，在連續導通模式(ContinuousConduction Mode,CCM)下，變換器的開關周期等于T_on+T_off,記為T_sw，變換器的開關頻率等于1/T_sw，記為f_sw。對于DC-DC升壓型變換器而言，T_on時刻開關管導通(同步管關斷)，電感上的電壓等于V_in-0，此時電感電流上升；T_off時刻開關管關斷(同步管導通)，電感上的電壓等于V_in-V_out，此時V_out大于V_in，電感電流下降，當到達穩態時電感電流上升的量等于下降的量，變換器進入下一個開關周期。

在變換器工作的過程中，某些工況下會使電感電流下降到0，此時變換器工作在斷續導通模式(Discontinuous Conduction Mode,DCM)下,當T_off時刻結束后，為了防止電感電流倒灌降低變換器效率或損壞元件，通常會引入過零檢測以關斷同步管，此時開關管與同步管同時關斷，關斷時間記為T，由于開關管和同步管同時關斷， SW節點會呈現高阻態，極易受到擾動，因此會在電感的作用下震蕩一段時間，直到開關周期結束。

開關型功率變換器的調制方式可以分為脈沖寬度調制(Pulse WidthModulation,PWM)模式和脈沖頻率調制(Pulse Frequency Modulation,PFM)模式，PWM模式是指開關頻率保持不變，通過改變開關管驅動信號的脈沖寬度實現對輸出電壓的控制；PFM模式是指脈沖寬度保持不變，通過調節開關頻率來控制輸出電壓，傳統的COT模式由于只保持了關斷時間的衡定，對整個開關周期不做限制，因此屬于PFM模式的一種。