一種具有電流模式頻率補償裝置的降壓型dc-dc變換器的製作方法
2023-11-11 18:38:12
專利名稱：一種具有電流模式頻率補償裝置的降壓型dc-dc變換器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種降壓型DC-DC變換器，尤其是涉及一種具有電流模式頻率補償裝置的降壓型DC-DC變換器。
背景技術：
隨著電子技術的高速發展，可攜式產品如MP4、手機、PSP、筆記本電腦等的功能越來越豐富，而在這些可攜式產品中，電源是其動力心臟，電源管理技術已經成為可攜式電子產品中必不可少的技術。同時可攜式電子產品也需要為其提供能量的電源具有更小的體積。傳統的開關電源，通常被設計成固定的輸出電壓，這樣的電源能夠使系統的工作時間最長且電池的使用壽命也更長。隨著消費類電子產品的增加，開光電源輸出可變的電壓，快的瞬態響應和好的系統穩定性也急需改進。在開關電源中，電壓控制模式和電流控制模式是兩種常用的控制方式，它們都廣泛的應用在低電壓低功耗的DC-DC變換器中。電壓控制模式只有一個電壓控制環，其優點是電路結構簡單而且易於設計，然而缺點是動態響應速度很慢。與電壓控制模式相反，電流控制模式的動態響應很快，但是當佔空比大於50%時，系統將會不穩定。除此之外，電流控制模式比電壓控制模式多一個電流控制環，其能夠對電感的電流進行檢測，當電感電流過大時會使開關斷開，即峰值電流保護，防止系統因電流過大而燒壞。因此，一般電流控制模式在DC-DC變換器中應用更廣一些。如
圖1所示的是電流控制模式的DC-DC變換器的結構圖。其工作原理打下系統沒有上電時，輸出電壓v。ut和電感電流l·均為0。當系統開始工作，輸出端的反饋電壓I3Vait 與基準電壓輸入頻率補償裝置的兩端，因為系統剛上電，此時頻率補償裝置可以看成一個比較器，且基準電壓遠大於反饋電壓，因此頻率補償裝置的輸出電壓Va上升至電源電壓； 然後Va和電流檢測網絡檢測的電壓Vs輸入到PWM調製器的兩端，輸出控制信號d (t)，控制邏輯驅動單元使開關管開啟，變換器開始電流給輸出電容充電，V-和L同是逐步增加。經過這樣幾個周期後，輸出電壓達到穩定。同時，又由於DC-DC變換器採用負反饋控制，故由輸入電壓或者負載電流的變化所引起的輸出電壓變化都可以通過負反饋來調節，使輸出穩定。在電流控制模式的DC-DC變換器中，穩定性也是一個很重要的問題。在電流控制模式中，控制環路由電壓控制環和電流控制環組成，當系統的佔空比大於50%時，電流控制環就會不穩定。同時，根據負反饋系統的穩定性理論，當系統的增益下降到0時，其相移應小於180°，否則系統將會變成正反饋，使系統振蕩。為了使系統更穩定的工作，一般要求其相位裕度大於45°，所以為了使系統能穩定的工作，頻率補償是必不可少的。為了分析電流模式DC-DC變換器的系統穩定性，應從其閉環傳輸函數進行分析， 圖2和圖3分別給出了其對應的小信號等效電路和信號流圖。由圖可知，系統的傳輸函數為
權利要求
1.一種具有電流模式頻率補償裝置的降壓型DC-DC變換器，包括頻率補償裝置，其特徵在於所述的頻率補償裝置包括誤差放大器和補償模塊。
2.根據權利要求1所述的一種具有電流模式頻率補償裝置的降壓型DC-DC變換器，其特徵在於，所述的誤差放大器包括偏置模塊、第一差分輸入模塊以及第二電流放大模塊。
3.根據權利要求2所述的一種具有電流模式頻率補償裝置的降壓型DC-DC變換器，其特徵在於，所述的偏置模塊包括電流源Ibias，第一電流鏡NMOS電晶體Mbl、第二電流鏡NMOS 電晶體Mb2、第三電流鏡PMOS電晶體Mb3和第四電流鏡PMOS電晶體Mb4 ；所述電流源Ibias 的正極連接到電源電壓，負極連接到所述第一電流鏡NMOS電晶體Mbl的漏極；第一電流鏡 NMOS電晶體Mbl的漏極連接到電流源上，柵極連接到其漏極上，源極連接到地；第二電流鏡 NMOS電晶體Mb2的漏極連接到第三電流鏡PMOS電晶體Mb3的漏極，柵極連接到第一電流鏡NMOS電晶體Mbl的柵極上，源極連接到地；第三電流鏡PMOS電晶體Mb3的漏極連接到第二電流鏡NMOS電晶體Mb2的漏極，柵極連接到其漏極，源極連接到電源電壓；第四電流鏡 PMOS電晶體Mb4柵極連接到Mb3的柵極，源極連接到電源電壓。
4.根據權利要求3所述的一種具有電流模式頻率補償裝置的降壓型DC-DC變換器，其特徵在於，所述的第一差分輸入模塊包括第一輸入PMOS管Ml、第二輸入PMOS管M2、第一負載NMOS管M3和第一負載NMOS管M4 ；上述第四電流鏡PMOS電晶體Mb4的漏極連接到第一輸入PMOS管Ml和第二輸入PMOS管M2的源極，第一輸入PMOS管Ml的漏極連接到第一負載NMOS管M3的漏極，柵極連接反饋電壓，源極連接第一負載NMOS管Mb4的漏極；第二輸入 PMOS管M2的漏極連接到第一負載NMOS管M4的漏極，柵極連接到基準電壓，源極連接到上述第四電流鏡PMOS電晶體Mb4的漏極；第一負載NMOS管M3的漏極連接到第一輸入PMOS 管Ml的漏極，柵極連接其漏極，源極連接到地；第二負載NMOS管M4的漏極連接到第二輸入 PMOS管M2的漏極，柵極連接其漏極，源極連接到地。
5.根據權利要求4所述的一種具有電流模式頻率補償裝置的降壓型DC-DC變換器，其特徵在於，所述的第二電流放大模塊包括第一放大NMOS管M5、第二放大NMOS管M6、第一共源電流鏡PMOS管M7、第二共源電流鏡PMOS管M8、第一共柵電流鏡PMOS管M9以及第二共柵電流鏡PMOS管MlO ；所述第一放大NMOS管M5的漏極連接到第一共源電流鏡PMOS管M7 的漏極，柵極連接到上述第一負載NMOS管M3的柵極，源極連接到地；第二放大NMOS管M6 的漏極連接到第二共源電流鏡PMOS管M8的漏極，柵極連接到上述第一負載NMOS管M4的柵極，源極連接到地；第一共源電流鏡PMOS管M7的漏極連接到第一放大NMOS管M5的漏極，柵極連接到其漏極，源極連接到M9的漏極；第二共源電流鏡PMOS管M8的漏極連接到第二放大NMOS管M6的漏極，柵極連接到第一共源電流鏡PMOS管M7的柵極，源極連接到第二共柵電流鏡PMOS管MlO的漏極；第一共柵電流鏡PMOS管M9的漏極連接到第一共源電流鏡 PMOS管M7的源極，柵極連接到其漏極，源極連接到電源電壓；第二共柵電流鏡PMOS管MlO 的漏極連接到第二共源電流鏡PMOS管M8的源極，柵極連接到第一共柵電流鏡PMOS管M9 的柵極，源極連接到電源電壓；上述誤差放大器的輸出即為第二共源電流鏡PMOS管M8以及第二放大NMOS管M6的漏極相連的埠處。
6.根據權利要求5所述的一種具有電流模式頻率補償裝置的降壓型DC-DC變換器，其特徵在於，所述的補償模塊包括電阻Rz、補償電容C。、和第一頻率補償NMOS管Mcl、第二頻率補償NMOS管Mc2···第N頻率補償NMOS管McN ；所述電阻Rz連接到上述第二共源電流鏡PMOS管M8的漏極和第一頻率補償匪OS管Mcl的漏極；補償電容C。連接到第一頻率補償 NMOS管Mcl的源極和地之間；所述第一頻率補償NMOS管Mcl、第二頻率補償NMOS管Mc2… 第N頻率補償NMOS管McN的漏極均與所述電阻Rz相連，所述第一頻率補償NMOS管Mcl、第二頻率補償NMOS管Mc2…第N頻率補償NMOS管McN柵極連接到偏置電壓Vbias。
全文摘要
本發明涉及一種降壓型DC-DC變換器，尤其是涉及一種具有電流模式頻率補償裝置的降壓型DC-DC變換器。一種具有電流模式頻率補償裝置的降壓型DC-DC變換器，包括頻率補償裝置，其特徵在於所述的頻率補償裝置包括誤差放大器和補償模塊。因此，本發明具有如下優點1.節省了整個電路的面積，且改善了系統的動態響應速度；2.誤差放大器的輸出電流增大，這樣加快了對補償電容的充放電速度。
文檔編號H02M3/158GK102324847SQ201110191269
公開日2012年1月18日 申請日期2011年7月8日 優先權日2011年7月8日
發明者江金光, 汪家軻 申請人:武漢大學