一种用于DC/DC的开关频率校正电路制造技术

本发明专利技术公开了一种用于DC/DC的开关频率校正电路，其特征在于，所述开关频率校正电路由振荡器OSC、数字锁相环电路、分频器和逻辑模块组成，其中所述数字锁相环电路由鉴频鉴相器PFD、电荷泵CP、运算跨导放大器OTA、导通时间计时器On_Timer模块相连组成，旨在解决Buck型DC/DC在ACOT控制模式下EMI特性较差的问题。本发明专利技术通过引入锁相环检测实际开关频率与参考频率的误差，实时地校正开关频率，实现了恒定开关频率，显著改善了ACOT变换器的EMI性能，具有较好的应用前景。

A switching frequency correction circuit for DC/DC

The invention discloses a switching frequency correction circuit for DC/DC, which is characterized in that the switching frequency correction circuit is composed of an oscillator OSC, a digital phase locked loop circuit, a frequency divider and a logic module, wherein the digital phase locked loop circuit is composed of a frequency discriminator PFD, a charge pump CP, an operational transconductance amplifier OTA, and a turn-on time. The on_Timer module of the timer is connected to solve the problem of poor EMI characteristics of Buck DC / DC under ACOT control mode. By introducing a phase-locked loop to detect the error between the actual switching frequency and the reference frequency, the invention corrects the switching frequency in real time, achieves a constant switching frequency, significantly improves the EMI performance of the ACOT converter, and has a good application prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种用于DC/DC的开关频率校正电路
本专利技术属于电学领域，具体涉及一种用于DC/DC的开关频率校正电路。
技术介绍
近年来，开关型功率变换器被广泛应用于消费类电子产品、工业、汽车电子等领域。当其应用场景是为高性能处理器供电时，整个系统呈现出工作电压越来越低，集成度越来越高，体积越来越小，瞬态转换越来越频繁的趋势。恒定开关频率的DC/DC变换器极具理论与商业价值。开关型功率变换器通过功率开关将一部分输入能量截取并存储在电感中，然后借由电感将能量连续地释放给负载，达到功率变换的目的。其基本拓扑分为降压型(Buck)、升压型(Boost)和升降压型(Buck-Boost)。其中Buck型DC/DC用途最为广泛。设开关周期为T，若电感电流在每个开关周期内从一个非零值开始上升，又下降到此值后周而复始，即TON+TOFF＝T，则称变换器工作在连续导通模式(ContinuousConductionMode,CCM)；若电感电流在每个开关周期内从零开始上升，又下降到零后保持一段时间，即TON+TOFF<T，则称变换器工作在断续导通模式(DiscontinuousConductionMode,DCM)。在DCM模式下，电感电流从零开始线性上升，TON时间后，功率开关关断，电感电流线性下降，TOFF时间后，电感电流下降至零，此时功率开关和续流二极管均关断，故SW节点为高阻，极易受到扰动，因此会在电感的作用下震荡一段时间THZ直到开关周期结束功率开关重新打开，在THZ时间段内，负载电流由输出电容单独供给。如前所述，对于Buck变换器，电感电流的平均值等于负载电流，进一步可知变换器工作模式与负载电流的关系，即当ILOAD>ΔIL/2时，变换器工作在CCM模式，当ILOAD<ΔIL/2时，变换器工作在DCM模式。早期传统的变换器依据反馈变量的不同可以分为电压模控制和电流模控制，而电流模控制中峰值电流模控制应用最为广泛，恒定导通时间控制是近年来由纹波控制衍生而来的一种大信号控制方法，其控制环路十分简单，不需要误差放大器，因此瞬态响应速度极快，十分适合作为高速处理器的供电方案，然而虽然COT控制拥有环路简单、瞬态响应速度极快和轻载效率高等优势，原始的COT控制因其CCM模式下开关频率的不可控而很难获得商用。为了使COT控制在CCM模式下的开关频率相对恒定，学者们对COT控制中的TON进行了改进，从而得到了ACOT控制模式，即自适应恒定导通时间控制。Buck型DC/DC的电压模控制及峰值电流模控制具有稳定性好，输出精度高，EMI特性好等优点，然而电压模控制响应速度较慢，轻载效率较低；峰值电流模控制轻载效率较低，环路较为复杂。COT及ACOT控制模式具有响应速度极快，轻载效率较高，环路较为简单等优点，然而稳定性较差，EMI特性较差。传统的COT控制本质上是一种PFM调制，COT变换器的开关频率会随输入电压和输出电压变化，产生大量的电磁干扰，现代ACOT控制的导通时间TON正比于Vout反比于Vin，使得开关频率在理论上恒定，大大减小了COT控制的电磁干扰问题。但实际应用中，ACOT变换器的开关频率也难以在工况变化时保持恒定，主要是由于功率开关的导通电阻RON和电感的直流寄生电阻RDC会产生静态误差，以及控制环路中的各类延时会产生动态误差。在应用于对瞬态响应速度要求较为苛刻的芯片中，ACOT控制模式是为首选，然而其EMI特性较差等问题也亟待解决。
技术实现思路
为了克服Buck型DC/DC在ACOT控制模式下开关频率不稳定、EMI特性较差的问题，本专利技术提出一种开关频率校正电路，采用以下技术方案实现：一种用于DC/DC的开关频率校正电路，由振荡器OSC、数字锁相环电路、分频器和逻辑模块连接组成。所述数字锁相环电路由鉴频鉴相器PFD模块、电荷泵CP模块、运算跨导放大器OTA模块和导通时间计时器On_Timer模块依次相连组成，其中所述振荡器OSC产生参考频率fref，并将参考频率信号传递至鉴频鉴相器PFD模块。所述振荡器由电流源、大电容、NMOS管及比较器组成，所述电流源与大电容连接，大电容与NMOS管相连，所述NMOS管与比较器相连。所述鉴频鉴相器PFD由一个与非门和一个或非门构成；所述导通时间计时器On_Timer产生的频率信号fhs经分频器分频之后，经鉴频鉴相器PFD与参考频率信号fref比较，输出信号传递至电荷泵CP中。所述电荷泵CP由电流源、N沟道MOS管及P沟道MOS管构成，将电流信号转换为电压信号；所述运算跨导放大器将电荷泵CP的输出信号与参考电压VREF1转换为电流信号；所述导通时间计时器On_Timer根据运算跨导放大器输出的电流信号产生上管导通的激励信号，由逻辑模块转换为频率信号，并经过分频器分频后输入鉴频鉴相器PFD中。进一步方案为：所述导通时间计时器On_Timer产生频率信号fhs，所述频率信号fhs经逻辑模块和分频器后，与振荡器OSC产生的参考频率fref共同输入鉴频鉴相器PFD，所述鉴频鉴相器PFD的两路输出分别与电荷泵CP中NMOS管的栅极和PMOS管的栅极相连，NMOS管源极和PMOS管源极分别与电流源相连接，NMOS管源极和PMOS管的漏极相连并作为输出，该输出点与电阻相连接，电阻与运算跨导放大器OTA相连接。进一步方案为：所述导通时间计时器On_Timer产生的频率信号fhs经分频器，分频后的信号与振荡器OSC产生的参考频率fref共同输入至鉴频鉴相器PFD，经鉴频鉴相器PFD比较之后产生占空比信号，由电荷泵CP将占空比信号转换成电压信号，由运算跨导放大器OTA转换为电流信号，导通时间计时器On_Timer根据电流信号对电容充电，当电容输出电压时触发比较器输出信号，从而产生与输入电压成反比且与输出电压成正比的导通时间TON。有益效果：(1)本专利技术的频率校正电路由鉴频鉴相器PFD、电荷泵CP、运算跨导放大器OTA等模块组成，与DC/DC电路的导通时间计时器On_Timer相连，由振荡器OSC产生参考频率，构成一个锁相环，实现频率校正的功能。(2)通过引入锁相环检测实际开关频率与参考频率的误差，实时地校正开关频率，实现了恒定开关频率，显著改善了ACOT变换器的EMI性能，具有较好的应用前景。附图说明图1为本专利技术的频率校正电路的结构框图；图2为Buck型DC/DC自适应恒定导通时间控制原理图；图3为本专利技术的频率校正电路的电路图；图4为输入电压为5.0V时VSW的波形；图5为输入电压为2.6V时VSW的波形；图6为输入电压为5.5V时VSW的波形；具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本专利技术的具体实施方式做详细说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似改进，因此本专利技术不受下面公开的具体实施方式的限制。下面将结合附图和实施方式对本专利技术作进一步说明。一种用于DC-DC的开关频率校正电路，主要由振荡器、鉴频鉴相器、电荷泵及运算跨导放大器等模块与DC-DC电路的导通时间计时器组成一个锁相环，实现开关频率是实时调整，振荡器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于DC/DC的开关频率校正电路，其特征在于，所述开关频率校正电路由振荡器OSC、数字锁相环电路、分频器和逻辑模块连接组成。

【技术特征摘要】
1.一种用于DC/DC的开关频率校正电路，其特征在于，所述开关频率校正电路由振荡器OSC、数字锁相环电路、分频器和逻辑模块连接组成。2.根据权利要求1所述的用于DC/DC的开关频率校正电路，其特征在于，所述数字锁相环电路由鉴频鉴相器PFD模块、电荷泵CP模块、运算跨导放大器OTA模块和导通时间计时器On_Timer模块依次相连组成，其中所述振荡器OSC产生参考频率fref，并将参考频率信号传递至鉴频鉴相器PFD模块。3.根据权利要求2所述的用于DC/DC的开关频率校正电路，其特征在于，所述振荡器由电流源、大电容、NMOS管及比较器组成，所述电流源与大电容连接，大电容与NMOS管相连，所述NMOS管与比较器相连。4.根据权利要求2所述的用于DC/DC的开关频率校正电路，其特征在于，所述鉴频鉴相器PFD由一个与非门和一个或非门构成；所述导通时间计时器On_Timer产生的频率信号fhs经分频器分频之后，经鉴频鉴相器PFD与参考频率信号fref比较，输出信号传递至电荷泵CP中。5.根据权利要求2所述的用于DC/DC的开关频率校正电路，其特征在于，所述电荷泵CP由电流源、N沟道MOS管及P沟道MOS管构成，将电流信号转换为电压信号；所述运算跨导放大器将电荷泵CP的输出信号与参考电压VREF1转换为电流...

【专利技术属性】
技术研发人员：方建平，曹正玉，
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