具有电压前馈的斜坡产生电路制造技术

本发明专利技术公开了一种具有电压前馈的斜坡产生电路，主要解决在电压模式控制的DC‑DC转换器中，现有的调制模块增益无法保持稳定性，瞬态响应较差的问题。其包括最低电平箝位单元(1)，最高电平控制单元(2)，数字控制单元(3)，传输门单元(4)和两个充电电容(C1，C2)；其中，最高电平控制单元(2)包括前馈电路和电流源，在数字控制单元(3)的控制下，通过前馈电路产生与电源电压有关的电流，该电流和电流源电流经过传输门单元(4)共同为充电电容(C1，C2)交替充电，产生幅度随电源电压变化的斜坡电压。本发明专利技术能使增益在不同的电源电压下保持恒定，得到更好的环路响应，可用于电压模式控制的DC‑DC转换器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电子电路
，特别涉及一种斜坡产生电路，可以用于电压模式控制的DC-DC转换器中。
技术介绍
DC-DC转换器是直流-直流转换器，其将一种直流电能转化为另一种或多种直流电能，是直流开关电源的主要部件。DC-DC转换器按照控制方式可以分为三类：脉宽调制PWM控制，频率调制PFM控制，脉宽/频率调制PWM/PFM控制；按照拓扑结构可以分为三类：升压型DC-DC转换器，降压型DC-DC转换器，升压降压型DC-DC转换器；按照内部控制环路的不同可以分为电压模式和电流模式。目前DC-DC转换器已广泛应用于手机，相机，MP3等便携式产品中。图1为采用传统电压模式PWM控制的降压型DC-DC转换器的系统框图。该系统可以分为三个部分：调制模块，反馈网络和补偿模块。调制模块包括斜坡产生电路，PWM比较器，驱动控制电路，开关管以及输出LC滤波器。斜坡产生电路产生一个固定频率的斜坡电压，其与误差放大器输出VEA通过PWM比较器进行比较，产生占空比随误差信号VEA变化的环路控制方波信号，并通过驱动电路控制开关管的导通与关断，从而产生要求占空比的输出方波，最后通过输出滤波器平滑滤波得到合适的输出电压。反馈网络由电阻R1，R2组成，用于将输出电压按照一定比例分压后产生合适的反馈信号VFB。补偿模块由误差放大器和补偿元件组成，误差放大器将反馈信号VFB与高精度的基准电压VREF比较后得到误差放大信号VEA，该模块主要用于提供足够的环路增益，并通过负反馈维持输出电压恒定并补偿足够的相位裕度使系统稳定。电压模式PWM控制的降压型DC-DC转换器的增益由调制模块，反馈网络和补偿模块组成。其中调制模块的增益为：其中，VCC为电源电压，ΔVRAMP是斜坡电压幅度，即最高与最低点的绝对值之差，传统斜坡产生电路中，由于ΔVRAMP为固定值，此增益为电源电压的函数，不同的电源电压下该增益不同，由于影响电路的增益的零极点在芯片内部产生，不可调节，因此在不同电压下增益的改变对于内部补偿的DC-DC转换器显然是不利的，环路很难在不同的电源电压下均保持较好的稳定性和优越的瞬态响应。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种具有电压前馈的斜坡产生电路，以实现斜坡电压的上升幅度跟随电源电压而改变，使得调制模块的输出增益在不同的电源电压下保持近似恒定的状态，得到更好的回路响应。为实现上述目的，本专利技术具有电压前馈的斜坡产生电路，特征在于包括：最低电平箝位单元、最高电平控制单元、数字控制单元、传输门单元，两个充电电容；所述最低电平箝位单元，其输入端连接至基准电压，输出端通过传输门单元与两个充电电容连接，用于维持这两个充电电容两端的最低电平为基准电压值；所述最高电平控制单元，由前馈电路和基准电流源组成，前馈电路设有两路输入，分别连接至电源电压VCC和基准电压，产生与电源电压VCC有关的电流，该电流与基准电流源产生的电流相叠加之后通过传输门单元为两个充电电容充电。所述数字控制单元，用于产生数字逻辑信号，控制传输门的开与断；所述传输门单元，在数字控制单元的控制下，使最低电平箝位单元和最高电平控制单元的输出电流交替通过，以对两个充电电容进行交替充放电，得到最高电平随电源电压变化的周期性斜坡电压。本专利技术通过引入前馈电路，产生上升幅度随电源电压变化的斜坡电压，使得DC-DC电路中调制模块的输出增益能在不同电源电压下保持稳定，使电压模式PWM控制的DC-DC电路的环路响应更加优越，提高了DC-DC转换器的性能。附图说明图1为传统电压模式PWM控制的降压型DC-DC转换器的系统框图；图2为本专利技术的斜坡产生电路框图；图3为本专利技术的前馈电路图；图4为本专利技术的数字控制单元电路图；图5为本专利技术的传输门单元电路图；图6为本专利技术斜坡产生电路主要信号示意图；图7为本专利技术在不同电压下斜坡电压的仿真图。具体实施方式以下参照说明书附图对本专利技术的具体实施方式作进一步的说明。参考图2，本专利技术提供的斜坡产生电路，包括最低电平箝位单元1，最高电平控制单元2，数字控制单元3，传输门单元4和两个充放电电容C1，C2，其中：最低电平箝位单元1，其输入端连接至基准电压Vref，输出端通过传输门单元4与两个充电电容C1，C2连接，用于维持这两个充电电容两端的最低电平为基准电压值；最高电平控制单元2，其设有两路输入，分别接至基准电压Vref和电源电压VCC，其输出的电流通过传输门单元4为两个充电电容C1，C2交替充电。数字控制单元3，其设有两路输入和两路输出，该两路输入分别为时钟信号OSC和系统关断信号XSHUT，该两路输出A和B，用于控制传输门单元4的开与断，即其的第一输出端A作为传输门单元4的第一输入端，第二输出端B作为传输门单元4的第二输入端；传输门单元4，其设有四路输入和两路输出，第一输入端和第二输入端分别连接至数字控制单元3的第一输出端A和第二输出端B，以控制传输门单元内部的传输门交替开与断；第三输入端E连接至最低电平箝位单元1的输出端，第四输入端F连接至最高电平控制单元2的输出端；传输门单元的第一路输出端p连接至充电电容C1，第二路输出端q连接至充电电容C2，以使最低电平箝位单元1和最高电平控制单元2的输出电流交替通过对充电电容C1，C2进行充放电，得到最高电平随电源电压变化的周期性斜坡电压。进一步的，参考图2，最低电平箝位单元1由具有缓冲器结构的运算放大器组成，运算放大器的正向输入端连接基准电压Vref，反向输入端与输出端相连接构成单位增益放大器，使输出端电压维持在基准电压，控制斜坡电压的最低电平。进一步的，参考图2，最高电平控制单元2由前馈电路和基准电流源组成，前馈电路设有两路输入，分别连接电源电压VCC和基准电压，产生与电源电压VCC有关的电流，该电流与基准电流源产生的电流相叠加之后为两个充电电容充电，其输出即为斜坡电压RAMP信号。参考图3，本专利技术所述的前馈电路包括一个电阻R3和一个PMOS管MP2。电阻R3的一端与电源电压VCC连接，另一端与MP2的源极连接，使MP2的源极电压跟随电源电压VCC变化，MP2的栅极接基准电压Vref，使栅极电位几乎不变，MP2的漏极与电流源Iref共同连接至两个充电电容，使流过MP2的源漏电流与电流源Iref共同为两个充电电容C1和C2充电，产生斜坡电压。当电源电压VCC上升时，前馈电路中MP2的源极电压随电源电压VCC上升，MP2的栅极电压为基准电压保持不变，则MP2栅源电压上升，因此流过MP2的源漏电流随电源电压VCC的上升而上升，即IMP2＝mVCC，其中m为比例系数，其随着斜坡电压的上升而变化，最终得到电容的充电电流I为：I＝Iref+IMP2＝f(VCC)其中，Iref为电流源电流，f(VCC)为关于电源电压VCC的函数，即充电电流I为电源电压VCC的函数。由于电容的充电时间与电源电压VCC无关，仅由时钟信号控制，所以产生斜坡电压的幅度随电源电压的升高而增大，假设时钟信号的时钟周期为T，斜坡电压幅度ΔVRAMP和调制模块的增益Gain可分别表示为：其中，C为电容值，k为常数。通过调节前馈电路中电阻R3的大小，可以控制流过MP2的电流随电源电压的变化量的大小，以使电源电压VCC与斜坡电压幅度ΔVRAMP的比本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有电压前馈的斜坡产生电路，其特征在于包括：最低电平箝位单元(1)、最高电平控制单元(2)、数字控制单元(3)、传输门单元(4)、两个充电电容(C1，C2)；所述最低电平箝位单元(1)，其输入端连接至基准电压，输出端通过传输门单元(4)与两个充电电容(C1，C2)连接，用于维持这两个充电电容两端的最低电平为基准电压值；所述最高电平控制单元(2)，由前馈电路和基准电流源组成，前馈电路设有两路输入，分别连接至电源电压VCC和基准电压，产生与电源电压VCC有关的电流，该电流与基准电流源产生的电流相叠加之后通过传输门单元为两个充电电容(C1，C2)充电；所述数字控制单元(3)，用于产生数字逻辑信号，控制传输门(4)的开与断；所述传输门单元(4)，在数字控制单元(3)的控制下，使最低电平箝位单元(1)和最高电平控制单元(2)的输出电流交替通过，以对两个充电电容(C1，C2)进行交替充放电，得到最高电平随电源电压变化的周期性斜坡电压。

【技术特征摘要】
1.一种具有电压前馈的斜坡产生电路，其特征在于包括：最低电平箝位单元(1)、最高电平控制单元(2)、数字控制单元(3)、传输门单元(4)、两个充电电容(C1，C2)；所述最低电平箝位单元(1)，其输入端连接至基准电压，输出端通过传输门单元(4)与两个充电电容(C1，C2)连接，用于维持这两个充电电容两端的最低电平为基准电压值；所述最高电平控制单元(2)，由前馈电路和基准电流源组成，前馈电路设有两路输入，分别连接至电源电压VCC和基准电压，产生与电源电压VCC有关的电流，该电流与基准电流源产生的电流相叠加之后通过传输门单元为两个充电电容(C1，C2)充电；所述数字控制单元(3)，用于产生数字逻辑信号，控制传输门(4)的开与断；所述传输门单元(4)，在数字控制单元(3)的控制下，使最低电平箝位单元(1)和最高电平控制单元(2)的输出电流交替通过，以对两个充电电容(C1，C2)进行交替充放电，得到最高电平随电源电压变化的周期性斜坡电压。2.根据权利要求1所述的具有电压前馈的斜坡产生电路，其特征在于：所述最低电平箝位单元(1)由具有缓冲器结构的运算放大器组成，运算放大器的正向输入端连接基准电压，反向输入端与输出端相连接构成单位增益放大器，使输出端电压维持在基准电压。3.根据权利要求1所述的最高电平控制单元，其特征在于：所述前馈电路，由一个电阻和一个PMOS管组成，电阻的一端连接电源电压VCC，另一端连接PMOS管的源极，PMOS管的栅极与基准电压连接，漏极与基准电流源连接。4.根据权利要求1所述的具有电压前馈的斜坡产生电路，其特征在于：所述传输门单元(4)，其设有四路输入和两路输出，第一输入端A1和第二输入...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁冰，黄瑶，来新泉，王军，赵玲玲，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61