开关电容型开关电源具有低EMI、高效率、体积小等优点，是电源管理系统的重要组成部分。本发明专利技术针对开关电容型DC‑DC转换器，提出了一种采用梯形波电压信号驱动开关功率管栅极的方法，其特征为由逻辑门与电流镜串接在电源和地之间组成的梯形波产生器产生上升或下降沿可调的梯形波驱动开关管，使开关功率管在给负载放电时缓慢开启，并使开关电流近似趋向于负载电流，以避免在开关上产生电流尖峰，减少电荷在负载电容上的堆积，从而减小输出电压纹波。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】开关电容型开关电源具有低EMI、高效率、体积小等优点，是电源管理系统的重要组成部分。本专利技术针对开关电容型DC-DC转换器，提出了一种采用梯形波电压信号驱动开关功率管栅极的方法，使开关功率管在给负载放电时缓慢开启，使开关电流近似趋向于负载电流，以避免在开关上产生电流尖峰，减少电荷在负载电容上的堆积，从而减小输出电压纹波。梯形波产生器可由逻辑门与电流镜串接在电源和地之间组成。【专利说明】—种用梯形波驱动电荷泵DC-DC转换器的纹波抑制技术
: 本专利技术专利涵盖开关电容DC-DC转换器原理、纹波噪声抑制技术。
技术介绍
: 随着集成电路技术的不断发展，便携式移动终端的大量出现，尤其是近几年，智能手机、平板电脑、GPS等产品的普及，电子系统对供电电源也提出了更多的要求，例如:便携性、低功耗、输出稳定、高效率等，推动了便携式电子设备电源技术的发展。电子系统通常不能由电池或电源适配器为其直接供电，而需要一个电压调制器将不稳定的直流电压转换为稳定的系统供电电源。目前，DC-DC转换器主要分为两类:线性稳压器和开关电源调制器。线性稳压器具有低纹波、低噪声、设计简单等优点，广泛应用于对噪声敏感的场合，但其也有效率较低和只能实现降压等缺点。开关电源又分为电感型和电容型。其中，电感型开关电源储能元件为电感，优点是转换效率高，缺点是在输出端具有纹波干扰，并且有电磁干扰(EMI)问题；电容型(又称电荷泵型)开关电源使用电容作为储能元件，大大降低了 EMI，转换效率也较高，缺点是输出端纹波噪声较大。 模拟和射频电路对噪声敏感，通常采用线性稳压源供电，这虽然避免了电源的噪声干扰，但系统效率较低。传统电荷泵型DC-DC转换器效率较高、又没有EMI干扰，如果能解决其纹波噪声较大的问题，则可将电荷泵型DC-DC转换器应用于噪声敏感的模拟和射频电路，从而提高系统效率，这对便携系统尤其重要。本专利技术提出了一种纹波抑制技术，在保证电源效率的同时，减小了输出的纹波噪声，使开关电容型DC-DC转换器为模拟和射频电路供电成为可能。
技术实现思路
: 模拟和射频电路通常采用噪声较低的线性稳压源，为了能够让电荷泵型DC-DC转换器能够应用于噪声敏感的场合，解决传统电荷泵型纹波噪声较大的问题，本专利提出了一种纹波抑制调制技术，在保证电源效率的同时，减小了输出端的纹波噪声。
技术实现思路
: 本专利技术针对电荷泵型开关电源在输出端纹波较大的不足，提出了一种减小输出纹波的技术，原理图见附图1。传统电荷泵型开关电源中，作为开关的功率管的栅极受时钟信号高低电平控制，进入导通或者关断状态，从而控制电容的充放电。在电容充放电转换的瞬间，由于开关两端的压差较大，开关功率管中会产生较大脉冲电流，此脉冲电流与负载电流的差值将会注入到负载电容上，从而引起较大的输出电压纹波。为了解决这个问题，本专利技术采用梯形波电压信号驱动开关功率管(见附图2)，使其缓慢导通，在开关两端电压差较大时其导通电阻也较大，而压差小时导通电阻也减小，从而减小其上流过电流的尖峰，使泵电流和负载电流相匹配，进而减小输出电压纹波。 【专利附图】【附图说明】 : 附图1包含梯形波开关驱动的开关电容DC-DC转换器系统框图 附图2梯形波驱动开关功率管原理图 附图3 —种CMOS实现的梯形波发生器原理图 附图4梯形波和方波信号波驱动DC-DC输出电压对比 【具体实施方式】 : 在与输出端相连的功率管处由梯形波产生电路(原理图见附图3)生成一个梯形波电压信号而不是陡峭的时钟信号加在功率管栅极上，使得功率管在电容放电过程中可以缓慢开启，，即调制功率管的导通电阻，从而可以控制流过功率开关管的电流，使其不再产生较大毛刺或者电流脉冲，使得开关电流近似趋向于负载电流，从而减小了在负载电容上多余的电荷堆积，达到减小了输出电压纹波的目的，效果见附图4。 一种用CMOS实现的下降沿梯形波产生器的原理图如附图3所示。其中，MPl和丽I形成一个非门，门控制输出电压CLK’输出端由低变到高时的充电电流的大小由MPl的大小决定。丽2和丽3组成一个电流镜，参考电流Ibias经过此电流镜拷贝到输出端，决定了输出端由高变低时的放电电流的大小。通过调整Ibias的大小可以调整输出端放电的快慢，从而调整梯形波的斜率。上升沿梯形产生器也可同理获得。【权利要求】1.一种用于低纹波电荷泵DC-DC转换器的纹波抑制技术，其特征在于用梯形波(三角波)驱动开关管栅极，使其缓慢开启。2.对于权利I所述纹波抑制技术，其特征为驱动开关管栅极的梯形波(三角波)的斜率可调，进而以控制流过开关管的电流，使得泵电流近似趋向于负载电流，从而减小输出纹波。3.对于权利I所述的纹波抑制技术中的梯形波产生电路，其特征为用一个逻辑门与电流镜串接于电源和地之间，参考电流经电流镜拷贝到输出端。4.对于权利3所述的梯形波产生电路，其特征为通过调整参考电流的大小来调整输出端充电(上升沿为斜坡)、放电(下降沿为斜坡)的速度，从而调整输出梯形波(三角波)斜坡的斜率。【文档编号】H02M3/07GK104242632SQ201410442697【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年8月29日 优先权日:2014年8月29日 【专利技术者】卜刚, 邹志鹏 申请人:南京航空航天大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于低纹波电荷泵DC‑DC转换器的纹波抑制技术，其特征在于用梯形波(三角波)驱动开关管栅极，使其缓慢开启。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：卜刚，邹志鹏，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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