一種適用於固定關斷時間控制升壓變換器的頻率控制電路的製作方法

2023-07-28 00:53:26 3

專利名稱：一種適用於固定關斷時間控制升壓變換器的頻率控制電路的製作方法
技術領域：
本發明屬於集成電路技術領域，具體涉及一種適用於固定關斷時間控制模式升壓 直流-直流變換器開關頻率控制的電路。
背景技術：
直流-直流變換器(DC-DC Converter)廣泛應用於各種電子系統中，特別是基 於電感型的直流-直流變換器，由於其效率高、輸出電流能力大的優點，應用最廣。根據 變換器輸入電壓與輸出電壓的關係可以分為降壓型(BUCK)、升壓型(BOOST)和升降壓型 (BUCK-BOOST)。為了獲得較高精度的輸出電壓，需要對直流_直流變換器進行閉環控制。一般的 控制方法有電壓模式控制、電流控制模式控制和遲滯控制。其中前兩種控制是一種近似線 性的控制方法，而遲滯控制是一種非線性控制模式。每種控制模式各有優缺點，也各有適合 的應用場合。固定關斷時間控制模式也是直流-直流變換器控制方式的一種，它具有響應速度 快、補償網絡簡單且不需要斜率補償電路的優點，但是它有一個很大的缺點——開關頻率 不固定，使得電磁幹擾(EMI)問題更加嚴重，大大制約了它的應用。在一些設計實例中，為 了解決這一問題，鎖相環(PLL)技術被引入到控制電路中，但是也增加了電路設計的複雜 性和晶片面積。本發明的目的在於設計一種新型的頻率控制電路，使系統開關頻率固定的 同時，儘量減少電路設計的複雜性。

發明內容
本發明的目的在於提出一種適用於固定關斷時間控制模式升壓直流-直流變換 器的頻率控制電路，使系統的開關頻率保持恆定，降低電磁幹擾(EMI)問題，從而使固定關 斷時間控制模式可以得到更廣泛的應用。該頻率控制電路由關斷時間計時器和頻率鎖定電路兩部分組成。其中關斷時間計 時器由放大器、比較器、電阻電容等構成，其具體連接關係為電阻R1的左端與輸出電壓V。ut 相連，右端與電阻R2的上端相連並連接到放大器Al的正輸入端，電阻R2的下端與VSS相連。 放大器Al的輸出端與MOS管M3的柵端相連，其負輸入端與MOS管M3的源端及電阻Rt的上 端相連，電阻Rt的下端接VSS。MOS管M3的漏端與MOS管M1、M2的柵端及Ml的漏端相連， MOS管Ml、M2的源端均與VDD相連。MOS管M2的漏端與MOS管M4的源端相連，MOS管M4、 M5的漏端相連並連接電容Ct的上端和比較器COM的正輸入端，MOS管M5的源端和電容Ct 的下端均與VSS相連，MOS管M4、M5的柵端均連接到關斷時間開啟信號。電阻R3的上端與 輸入電壓Vin相連，電阻R3的下端與電阻R4的上端相連並連接到四輸入放大器A2的inp2 輸入端，電阻R4的下端與VSS相連。四輸入放大器A2的irm2輸入端與其輸出端相連並連 接到比較器COM的負輸入端。它是根據升壓直流_直流變換器特點產生的一個與輸入電壓 成正比輸出電壓成反比的關斷時間，使得在工作狀態變化的情況下，工作頻率只會在小範圍內變化。當關斷時間開始信號到達後，輸出電壓V。ut經電阻R1和R2分壓後轉化成電流信 號對電容Ct充電，同時輸入電壓Vin經電阻R3和R4分壓後經過單位增益放大產生閾值電壓 信號。當電容Ct上的電壓達到閾值電壓時，比較器觸發，關斷時間結束。頻率鎖定電路主要由鑑頻鑑相器、四輸入放大器和電阻構成，其具體連接關係為 比較器COM輸出端與反向器輸入端相連，反相器輸出端接鑑頻鑑相器的A輸入端，參考頻率 接鑑頻鑑相器的B輸入端，電阻R5的左端與鑑頻鑑相器的QA輸出端相連，其右端與電阻R6 的上端相連並連接到四輸入放大器A2的inp輸入端，電阻R6的下端接VSS。電阻R7的左端 與鑑頻鑑相器的QB輸出端相連，其右端與電阻R8的上端相連並連接四輸入放大器A2的irm 輸入端，電阻R8的下端接VSS。它將關斷時間結束信號與參考頻率進行鑑頻鑑相，鑑頻鑑相 器的輸出信號經電阻分壓後送向四輸入放大器A2的一組正負端，動態調節關斷時間計時 器的閾值電壓，使得關斷時間處於負反饋環路中，從而保證開關頻率鎖定在參考頻率上。本發明提出的頻率控制電路沒有通過設計複雜的PLL電路來鎖定頻率，同時又克 服了一些文獻中採用的隨輸入輸出電壓自適應關斷時間控制方法中開關頻率不固定的缺 點，電路結構簡單，功能可靠，具有良好的應用前景。本發明提出的頻率控制電路不僅可以用於升壓型直流_直流變換器，也可用於其 它類型的直流-直流變換器，如降壓型。而且它還可以用於固定導通時間模式控制下的直 流-直流變換器。本發明提出的頻率控制電路採用CSMC 0. 5um B⑶工藝條件設計，參考頻率為 IMHz0利用電路仿真軟體模擬結果表明輸入電壓為4 6V，輸出電壓範圍為5. 5V 30V時，
工作頻率保持恆定。


圖1.頻率控制電路的電路圖。圖2.輸入電壓為5V，輸出電壓範圍為5. 5V 30V時，閾值電壓波形圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明進行進一步的說明。如圖1所示，本發明中提到的頻率控制電路關斷時間計時器和頻率鎖定電路組 成。關斷時間計時器電路是由放大器、比較器、電阻電容等構成。在電感電流連續模式下 (CCM,continuous current mode)，
權利要求
一種適用於固定關斷時間控制模式升壓直流 直流變換器的頻率控制電路，其特徵在於該頻率控制電路由關斷時間計時器和頻率鎖定電路組成；其中關斷時間計時器由放大器、比較器、電阻和電容構成，其連接關係為電阻R1的左端與輸出電壓Vout相連，右端與電阻R2的上端相連並連接到放大器(A1)的正輸入端，電阻R2的下端與VSS相連；放大器(A1)的輸出端與第三MOS管(M3)的柵端相連，放大器(A1)的負輸入端與第三MOS管(M3)的源端及電阻RT的上端相連，電阻RT的下端接VSS；第三MOS管(M3)的漏端與第一MOS管(M1)、第二MOS管(M2)的柵端及第一MOS管(M1)的漏端相連，第一MOS管(M1)、第二MOS管(M2)的源端均與VDD相連；第二MOS管(M2)的漏端與第四MOS管(M4)的源端相連，第四MOS管(M4)、第五MOS管(M5)的漏端相連並連接電容CT的上端和比較器(COM)的正輸入端，第五MOS管(M5)的源端和電容CT的下端均與VSS相連，第四MOS管(M4)、第五MOS管(M5)的柵端均連接到關斷時間開啟信號；電阻R3的上端與輸入電壓Vin相連，電阻R3的下端與電阻R4的上端相連並連接到四輸入放大器(A2)的inp2輸入端，電阻R4的下端與VSS相連；四輸入放大器(A2)的inn2輸入端與其輸出端相連並連接到比較器(COM)的負輸入端；頻率鎖定電路由鑑頻鑑相器、比較器、反向器、四輸入放大器和電阻構成，其連接關係為比較器(COM)輸出端與反向器輸入端相連，反相器輸出端接鑑頻鑑相器的A輸入端，參考頻率接鑑頻鑑相器的B輸入端，電阻R5的左端與鑑頻鑑相器的QA輸出端相連，電阻R5的右端與電阻R6的上端相連並連接到四輸入放大器(A2)的inp輸入端，電阻R6的下端接VSS；電阻R7的左端與鑑頻鑑相器的QB輸出端相連，電阻R7的右端與電阻R8的上端相連並連接四輸入放大器A2的inn輸入端，電阻R8的下端接VSS。
2.根據權利要求1所述的適用於固定關斷時間控制模式直流-直流變換器的頻率控制 電路，其特徵在於所述關斷時間計時器根據升壓直流-直流變換器特點產生一個與輸入 電壓成正比、與輸出電壓成反比的關斷時間，使得在工作狀態變化的情況下，工作頻率在小 範圍內變化；所述頻率鎖定電路實時檢測並調整開關頻率，使其固定在參考頻率上。
3.根據權利要求2所述的適用於固定關斷時間控制模式直流-直流變換器的頻率控制 電路，其特徵在於在電感電流連續模式下？I/r out其中Ts為系統的開關頻率，Vin為輸入電壓，V。ut為輸出電壓，1； 為固定關斷時間；設 Toff被設計成與輸入電壓成正比，與輸出電壓成反比，K1、K2為其比例係數，則有
4.根據權利要求3所述的適用於固定關斷時間控制模式直流-直流變換器的頻率控制 電路，其特徵在於當關斷時間開始、信號到達後，輸出電壓V。ut經電阻R1和R2分壓後轉化 成電流信號對電容Ct充電，同時輸入電壓Vin經電阻R3和R4分壓後經過單位增益放大器產 生閾值電壓信號；當電容(^上的電壓達到閾值電壓時，比較器觸發，關斷時間結束；關斷時 間表示為Ts=ToffX^- =
全文摘要
本發明屬於集成電路技術領域，具體為一種適用於固定關斷時間控制模式升壓直流-直流變換器開關頻率控制的電路。該電路由關斷時間計時器和頻率鎖定電路組成，這種結構克服了傳統固定關斷時間控制模式下工作頻率隨工作狀態變化的缺點，將工作頻率精確固定在參考頻率上，降低了電磁幹擾(EMI)。本發明電路結構簡單，功能可靠，具有良好的應用前景。本發明也可用於其它類型的直流-直流變換器(如降壓型)和固定導通時間控制模式中。
文檔編號H02M3/155GK101951149SQ20101024638
公開日2011年1月19日 申請日期2010年8月5日 優先權日2010年8月5日
發明者倪金華, 洪志良, 程林, 龍佳 申請人:復旦大學