一种基于峰值电流模式控制的峰值电流控制单元制造技术

本发明专利技术公开了一种基于峰值电流模式控制的峰值电流控制单元，应用于Buck，Boost和Flyback等变换器，其接收待检测电流支路上检测网络输出的差分电压信号，系统输出的反馈信号和基准电压信号；系统输出反馈信号和基准电压信号通过运放钳位产生两路差分电流，检测网络输出差分电压信号产生另外两路差分电流；接着将两对差分电流作差后得到的差分电流送入开环跨阻放大器，经放大器处理后产生差分电压信号；最后该差分电压被接入比较器，通过与比较器输出相接的功率驱动电路控制了相应的功率开关管关断，实现了变换器的峰值电流控制。相对于现有技术，本发明专利技术能够大幅提高峰值电流控制的速度和精度，同时降低了控制电路的功耗。

【技术实现步骤摘要】
一种基于峰值电流模式控制的峰值电流控制单元
本专利技术属于开关电源控制
，具体涉及一种基于峰值电流模式控制的峰值电流控制单元。
技术介绍
目前，峰值电流模式控制技术广泛应用在Buck，Boost和Flyback等变换器中，该技术采用电压控制环和电流控制环来实现对输出的控制。图1是传统采取峰值电流模式控制的Buck电路图，功率拓扑输出VOUT通过电阻分压器R1和R2被采样到误差放大器EA的反向输入端，EA的同相输入端接入一固定参考电压Vref；误差放大器的输出经过斜坡补偿送入到峰值电流控制单元中比较器CMP的反向输入端；峰值电流控制单元由电流/电压放大器、差分转单端输出和比较器CMP三部分组成。其中，电流/电压放大器通过检测网络采样待控制电流支路的差分电流/电压信号，将其放大后然后通过差分转单端转化成电压再接入到比较器CMP的同相输入端；比较器CMP的输出与一RS触发器的复位端R相接；触发器的置位端由一振荡器产生的时钟相连；RS触发器的输出送入到功率驱动电路中通过驱动电路控制Buck上下功率MOSFET通断。传统峰值电流模式控制的Buck工作时，输出电压VOUT经过电阻分压器R1和R2在FB节点送入误差放大器EA的反向输入端，然后EA将FB点的电压VFB与同相输入端的Vref比较，输出一个负相关于他们差值的信号VEA；误差放大器EA的输出VEA之后与一斜坡信号VRAMP做差完成斜坡补偿后得到补偿信号VCOMP，该信号被送入到电流控制单元中比较器CMP的反向输入端作为峰值电流的等效设定值。Buck上管QH导通时，电感电流线性上升，由于电感电流被检测网络采样并差分放大，比较器CMP的同相输入即差分转单端输出VL也线性上升；当差分单端输出VL＞VCOMP时，比较器CMP翻转输出高电平将与其相连的RS触发器复位；RS触发器输出低电平控制功率驱动电路关闭上管QH并打开下管QL，此时电感电流线性下降直到时钟信号CLK将RS触发器置位，之后Buck变换器进入下一个周期并周而复始。设振荡器时钟CLK的周期为T，上管QH导通时间即电感电流上升时间为tON，则电感电流下降时间为T-tON；根据电感伏秒平衡可得到输出电压的表达式当输出电压高于由误差放大器EA设定的值Vref时，EA的输出减小，导致比较器CMP翻转阈值电压减小，即电感电流峰值减小，这样输出到负载的能量减少，从而抑制了输出电压增大，反之亦然。峰值电流模式通过采样输出电压设定电感电流峰值，控制输出所获得的能量，从而维持了输出电压的稳定。然而现有技术实现如图1所示的Buck峰值电流模式控制中的峰值电流控制单元存在如下缺点：(1)电感电流经过检测网络(如采样电阻)后要经过差分放大和双端转单端两重模拟电路环节才送入到比较器CMP，这给电流环路带来了很大的延时，这会严重制约控制环路的速度，降低变换器负载调整率，限制了整个系统在高速场合的应用；(2)差分转单端模拟环节由于是闭环系统，其带宽增益积一般为恒定值，该环节对信号的放大效果和信号处理速度存在固有的矛盾；差分转单端环节想同时提高增益和带宽，在IC工艺一定情况下，其必然会消耗很大的功耗；(3)误差放大器EA的输出经过斜坡补偿后送入比较器CMP才同经过两重模拟环节延时的信号VL相比较，这使得电感电流实际的峰值与设定峰值有较大的出入，这限制了变换器电感电流峰值和输出的精度；(4)目前检测网络大部分由一个直接与待检测电流支路串联的采样电阻RSENSE实现，传统峰值电流模式控制种峰值电流控制单元的缺点导致在RSENSE上很难实现较低的翻转电压；这使得采样电阻消耗较大的功率，从而增大控制电路的功耗，同时也降低了系统的稳定性；此外，较大功率的采样电阻会增大整个系统的成本。
技术实现思路
基于上述，本专利技术提供了一种基于峰值电流模式控制的峰值电流控制单元，能够大幅提高峰值电流控制的速度和精度，同时降低了控制电路的功耗。一种基于峰值电流模式控制的峰值电流控制单元，应用于Buck、Boost或Flyback等变换器系统中；所述的峰值电流控制单元包括：差分开环跨导放大器，用于将变换器系统输出的反馈电压信号以及外部模块提供的基准电压信号通过运放钳位产生一对差分的电流信号，同时将变换器系统中检测网络输出的两路差分电压信号转换成另一对差分的电流信号；进而将这两对差分的电流信号对应作差后得到两路差分电流信号；差分开环跨阻放大器，用于将所述的两路差分电流信号放大成两路差分电压信号；比较器，用于对差分开环跨阻放大器输出的两路差分电压信号进行比较后输出单端信号以提供给变换器系统中的RS触发器。所述的差分开环跨导放大器包括四个电阻r1～r2和R1～R2、两个高压NMOS管M1和M3、两个低压NMOS管M2和M4以及两个运算放大器OP1和OP2；其中，电阻r1的一端通过端口ISNS_P接收检测网络输出的一路差分电压信号，电阻r2的一端通过端口ISNS_N接收检测网络输出的另一路差分电压信号，电阻r1的另一端与高压NMOS管M1的漏极相连并输出一路差分电流信号，电阻r2的另一端与高压NMOS管M3的漏极相连并输出另一路差分电流信号，高压NMOS管M1的源极与低压NMOS管M2的漏极相连，高压NMOS管M3的源极与低压NMOS管M4的漏极相连，高压NMOS管M1和M3的栅极均接电源电压VDD，低压NMOS管M2的栅极与运算放大器OP1的输出端相连，低压NMOS管M4的栅极与运算放大器OP2的输出端相连，运算放大器OP1的同相输入端通过端口VCOMP接收所述的反馈电压信号，运算放大器OP2的同相输入端通过端口VREF接收所述的基准电压信号，运算放大器OP1的反相输入端与低压NMOS管M2的源极以及电阻R1的一端相连，运算放大器OP2的反相输入端与低压NMOS管M4的源极以及电阻R2的一端相连，电阻R1和R2的另一端均接地。所述的差分开环跨阻放大器包括三个高压PMOS管M7～M9、两个高压NMOS管M6和M11、两个低压NMOS管M5和M10以及两个电阻R3和R4；其中，高压PMOS管M7的源极与高压PMOS管M8的源极相连并接收差分开环跨导放大器输出的一路差分电流信号，高压PMOS管M9的源极与高压NMOS管M11的漏极相连并接收差分开环跨导放大器输出的另一路差分电流信号，高压PMOS管M7的栅极与高压PMOS管M8的栅极、高压PMOS管M9的栅极、高压PMOS管M7的漏极以及高压NMOS管M6的漏极相连，高压PMOS管M8的漏极与电阻R3的一端相连并输出一路差分电压信号，高压PMOS管M9的漏极与电阻R4的一端相连并输出另一路差分电压信号，高压NMOS管M6的源极与低压NMOS管M5的漏极相连，高压NMOS管M11的源极与低压NMOS管M10的漏极相连，高压NMOS管M6和M11的栅极均接电源电压VDD，低压NMOS管M5和M10的栅极均接收外部模块提供的偏置电压信号，低压NMOS管M5的源极与低压NMOS管M10的源极、电阻R3的另一端以及电阻R4的另一端相连并接地。相对于现有技术，本专利技术具有以下有益技术效果：(1)本专利技术将误差放大器输出比较与差分信号放大同步实现，采用开环差分放大结构处理信号，提高了峰值电流控制的速度和精度，降低了控制电路的功耗。(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于峰值电流模式控制的峰值电流控制单元，应用于Buck、Boost或Flyback等变换器系统中；其特征在于，所述的峰值电流控制单元包括：差分开环跨导放大器，用于将变换器系统输出的反馈电压信号以及外部模块提供的基准电压信号通过运放钳位产生一对差分的电流信号，同时将变换器系统中检测网络输出的两路差分电压信号转换成另一对差分的电流信号；进而将这两对差分的电流信号对应作差后得到两路差分电流信号；差分开环跨阻放大器，用于将所述的两路差分电流信号放大成两路差分电压信号；比较器，用于对差分开环跨阻放大器输出的两路差分电压信号进行比较后输出单端信号以提供给变换器系统中的RS触发器。

【技术特征摘要】
1.一种基于峰值电流模式控制的峰值电流控制单元，应用于Buck、Boost或Flyback等变换器系统中；其特征在于，所述的峰值电流控制单元包括：差分开环跨导放大器，用于将变换器系统输出的反馈电压信号以及外部模块提供的基准电压信号通过运放钳位产生一对差分的电流信号，同时将变换器系统中检测网络输出的两路差分电压信号转换成另一对差分的电流信号；进而将这两对差分的电流信号对应作差后得到两路差分电流信号；差分开环跨阻放大器，用于将所述的两路差分电流信号放大成两路差分电压信号；比较器，用于对差分开环跨阻放大器输出的两路差分电压信号进行比较后输出单端信号以提供给变换器系统中的RS触发器。2.根据权利要求1所述的峰值电流控制单元，其特征在于：所述的差分开环跨导放大器包括四个电阻r1～r2和R1～R2、两个高压NMOS管M1和M3、两个低压NMOS管M2和M4以及两个运算放大器OP1和OP2；其中，电阻r1的一端通过端口ISNS_P接收检测网络输出的一路差分电压信号，电阻r2的一端通过端口ISNS_N接收检测网络输出的另一路差分电压信号，电阻r1的另一端与高压NMOS管M1的漏极相连并输出一路差分电流信号，电阻r2的另一端与高压NMOS管M3的漏极相连并输出另一路差分电流信号，高压NMOS管M1的源极与低压NMOS管M2的漏极相连，高压NMOS管M3的源极与低压NMOS管M4的漏极相连，高压NMOS管M1和M3的栅极均接电源电压VDD，低压NMOS管M2的栅极与运算放大器OP1的输出端相连，低压NMOS管M4的栅极与运算放大器OP2的输出端相...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐圣鹏，孟宪志，奚剑雄，何乐年，朱勤为，黄飞明，
申请(专利权)人：浙江大学，无锡硅动力微电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33