一种适用于参考电压跟踪电源调制器的PWM调制电路制造技术

本发明专利技术属于集成电路设计技术领域，具体为一种适用于参考电压跟踪电源调制器的PWM调制电路。电源调制器为Buck‑Boost电源调制器，由基于终点预测的误差放大器、线性PWM调制电路、驱动电路和功率级组成；线性PWM调制电路由一个稳定幅度双锯齿波发生器、一个可变幅度锯齿波发生器、两个二选一多路选择器MUX和一对比较器组成。本发明专利技术大大简化了Boost模式下终点预测模块的理论复杂度，使其电路实现成为可能，同时也实现了Buck模式、Boost模式之间平滑和快速的参考电压跟踪，有助于电源调制器在宽输入、宽输出的场景下进行快速参考电压跟踪，可以应用于诸多具有需要高速电源的设备中。

A PWM modulation circuit for reference voltage tracking power modulator

The invention belongs to the technical field of integrated circuit design, in particular to a PWM modulation circuit suitable for a reference voltage tracking power modulator. The power modulator is a buck \u2011 boost power modulator, which is composed of an error amplifier based on terminal prediction, a linear PWM modulation circuit, a driving circuit and a power stage; the linear PWM modulation circuit is composed of a stable amplitude double sawtooth wave generator, a variable amplitude sawtooth wave generator, two optional multi-channel selectors MUX and a pair of comparators. The invention greatly simplifies the theoretical complexity of the terminal prediction module in boost mode, makes its circuit realization possible, and also realizes smooth and fast reference voltage tracking between the buck mode and boost mode, which is helpful for the power modulator to conduct fast reference voltage tracking in wide input and wide output scenarios, and can be applied to many devices requiring high-speed power supply.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于参考电压跟踪电源调制器的PWM调制电路
本专利技术属于集成电路设计
，具体涉及的是一种适用于参考电压跟踪电源调制器的PWM调制电路。
技术介绍
长期以来，人民日益增长的对美好生活的向往促使了移动通信技术的发展。随着通信速度的不断提高，对电源的参考电压跟踪速度要求也越来越高。如应用于RFPA的平均功率跟踪电源调制器，其实质是一个具有快速参考电压跟踪功能的Buck-Boost转换器，对于5GNR架构来说，每个数据slot之间留给电源调制器切换电压的时间为5us，在不增加片外无源器件的前提下，实现如此快速的参考电压跟踪速度成为一个挑战。实现快速的参考电压跟踪，需要加快控制环路的响应速度，即提高环路带宽，但是对于开关电源来说，提高环路带宽也意味着开关频率的提高，这将大大降低电源调制器的效率。为了在不提升稳态工作频率的情况下加快参考电压跟踪速度，需要在电压切换的过程中引入额外的控制电路。基于终点预测的Buck转换器，利用参考电压变化的同时，将误差电压的终点预测值输入到环路中来实现快速切换，由于参考电压和误差预测电压的突变，会使控制环路在短暂的时间内进入大信号工作模式，大大提高了响应速度，当输出电压和参考电压接近时，再重新回到小信号工作模式，来保证输出电压平滑切换并进入稳态工作。通过以上几个过程，基于终点预测的Buck转换器实现了快速的参考电压跟踪。然而，对于Boost转换器而言，其误差电压的预测值和参考电压呈反比关系，导致终点预测模块无法通过简单的线性运算得到预测值，也限制了终点预测技术在Boost转换器中的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种适用于参考电压跟踪Buck-Boost电源调制器的PWM调制电路。在Buck模式下，直接通过误差信号和双锯齿波比较产生占空比信号，此时误差电压的预测值与参考电压呈线性关系；在Boost模式下，通过改变调制器结构，维持了误差电压和参考电压的线性关系，从而简化了终点预测模块的设计，加快了跟踪参考电压的速度。本专利技术的技术方案具体介绍如下。本专利技术提供的一种适用于参考电压跟踪电源调制器的PWM调制电路，所述电源调制器为Buck-Boost电源调制器，由四部分组成，分别是基于终点预测的误差放大器、线性PWM调制电路、驱动电路、功率级；基于终点预测的误差放大器由PID补偿器和终点预测模块组成；驱动电路由反相器链组成；功率级由功率管PMOS、功率管NMOS和滤波电感L、滤波电容C组成；线性PWM调制电路由一个稳定幅度双锯齿波发生器、一个可变幅度锯齿波发生器、两个二选一多路选择器MUX1、MUX2、以及比较器1和比较器2组成，用于产生功率开关的占空比信号并维持误差电压预测值Vea_pre和参考电压Vref之间的线性关系；所述线性PWM调制器在Boost模式下，利用误差电压Vea作为Boost锯齿波的底端，用偏置电压VH_BOOST作为锯齿波的顶端，用偏置电压VL_BOOST作为截波电压来获得Boost模式下的占空比信号；稳定幅度双锯齿波发生器的四个边界输出VH_BUCK、VL_BUCK、VH_BOOST、VL_BOOST均为偏置电压，一个输出Ramp_buck以VH_BUCK、VL_BUCK为上下边界，连接到比较器1的负端，另一输出Ramp_mix以VH_BOOST、VL_BOOST为上下边界，连接到二选一多路选择器MUX1的0数据端；VH_BOOST的值略大于VL_BUCK，因此Ramp_buck和Ramp_mix之间存在微小的交叠，该交叠区提供了一个Buck、Boost过渡的混合工作模式，即Mixed模式，从而保证了Buck、Boost模式之间的平滑切换；可变幅度锯齿波发生器的上边界输入H端为偏置电压VH_BOOST，下边界输入L端为误差电压Vea，其输出连接到二选一多路选择器MUX1的1数据端，在Buck/Mixed/Boost模式下上述三个锯齿波在电路中同时存在，但在不同模式下接入环路的锯齿波数目不同，在Buck模式下，只有Ramp_buck接入环路，与误差信号Vea比较，产生Buck的占空比信号Duty_buck，另外两路锯齿波仍存在并等待模式转换的时候接入环路；在过渡的Mixed模式下，Ramp_buck和Ramp_mix会同时接入环路，产生Buck的占空比信号Duty_buck和Boost的占空比信号Duty_boost，另外一路锯齿波仍存在并等待模式转换的时候接入环路；在Boost模式下，只有Ramp_boost会接入环路，和误差信号Vea比较产生Boost的占空比信号Duty_boost，另外两路锯齿波仍存在并等待模式转换的时候接入环路；误差信号Vea分别连接到可变幅度锯齿波发生器的下边界L端、二选一多路选择器MUX2的0数据端和比较器1的正输入端；偏置电压VL_BOOST连接到稳定幅度双锯齿波发生器的边界电压端和MUX2的1数据端；两个MUX的数据选择信号由电源调制器是否工作的Boost模式的数字信号Mode_bst决定，选择出信号后，MUX1的输出连接到比较器2的负输入端，MUX2的输出连接到比较器2的正输入端；通过这样的连接，比较器1和比较器2的输出就分别对应为Buck的占空比信号Duty_buck和Boost的占空比信号Duty_boos；当输出电压Vout小于电池输入电压VIN的0.9倍时，电源调制器工作在Buck模式，此时Mode_bst为0，MUX1选通的信号为Ramp_mix，MUX2选通的信号为Vea，于是比较器1正负两端的输入信号分别为误差信号Vea和锯齿波Ramp_buck，其输出的占空比信号Duty_buck经过死区时间发生器及驱动后作用于功率管P1、N1；当输出电压Vout大于电池输入电压VIN的0.9倍、小于VIN的1.03倍时，电源调制器工作在Mixed模式，此时Mode_bst仍为0，MUX1选通的信号为Ramp_mix，MUX2选通的信号为Vea，于是比较器1正负两端的输入信号分别为误差信号Vea和锯齿波Ramp_buck，其输出的占空比信号Duty_buck经过死区时间发生器及驱动后作用于功率管P1、N1；比较器2正负两端的输入信号分别为Ramp_mix和Vea，其输出的占空比信号Duty_boost经过死区时间发生器及驱动后作用于功率管P2、N2；Duty_buck和Duty_boost不会在同一时钟周期同时存在，从每个时钟上升沿开始，如果误差信号Vea首先触碰到Ramp_buck，则本周期只产生Buck的占空比信号Duty_buck，Duty_boost将被屏蔽掉；如果误差信号Vea首先触碰到Ramp_mix，则本周期只产生Boost的占空比信号Duty_boost，Duty_buck将被屏蔽掉；当输出电压Vout大于电池输入电压VIN的1.03倍时，电源调制器工作在Boost模式，即Mode_bst为1，此时MUX1选通的信号为Ramp_boost，MUX2选通的信号为VL_BOOST，于是比较器2正负两端的输入信号分别变为偏置电压VL_BOOST和锯齿波Ramp_boost，其输出的占空比信号Duty_boost通过死本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于参考电压跟踪电源调制器的PWM调制电路，其特征在于，所述电源调制器为Buck-Boost电源调制器,由四部分组成，分别是基于终点预测的误差放大器、线性PWM调制电路、驱动电路、功率级；基于终点预测的误差放大器由PID补偿器和终点预测模块组成；驱动电路由反相器链组成；功率级由功率管PMOS、功率管NMOS和滤波电感L、滤波电容C组成；线性PWM调制电路由一个稳定幅度双锯齿波发生器、一个可变幅度锯齿波发生器、两个二选一多路选择器MUX1、MUX2、以及比较器1和比较器2组成，用于产生功率开关的占空比信号并维持误差电压预测值Vea_pre和参考电压Vref之间的线性关系；所述线性PWM调制器在Boost模式下，利用误差电压Vea作为Boost锯齿波的底端，用偏置电压V

【技术特征摘要】
1.一种适用于参考电压跟踪电源调制器的PWM调制电路，其特征在于，所述电源调制器为Buck-Boost电源调制器,由四部分组成，分别是基于终点预测的误差放大器、线性PWM调制电路、驱动电路、功率级；基于终点预测的误差放大器由PID补偿器和终点预测模块组成；驱动电路由反相器链组成；功率级由功率管PMOS、功率管NMOS和滤波电感L、滤波电容C组成；线性PWM调制电路由一个稳定幅度双锯齿波发生器、一个可变幅度锯齿波发生器、两个二选一多路选择器MUX1、MUX2、以及比较器1和比较器2组成，用于产生功率开关的占空比信号并维持误差电压预测值Vea_pre和参考电压Vref之间的线性关系；所述线性PWM调制器在Boost模式下，利用误差电压Vea作为Boost锯齿波的底端，用偏置电压VH_BOOST作为锯齿波的顶端，用偏置电压VL_BOOST作为截波电压来获得Boost模式下的占空比信号；稳定幅度双锯齿波发生器的四个边界输出VH_BUCK、VL_BUCK、VH_BOOST、VL_BOOST均为偏置电压，一个输出Ramp_buck以VH_BUCK、VL_BUCK为上下边界，连接到比较器1的负端，另一输出Ramp_mix以VH_BOOST、VL_BOOST为上下边界，连接到二选一多路选择器MUX1的0数据端；VH_BOOST的值略大于VL_BUCK，因此Ramp_buck和Ramp_mix之间存在微小的交叠，该交叠区提供了一个Buck、Boost过渡的混合工作模式，即Mixed模式，从而保证了Buck、Boost模式之间的平滑切换；可变幅度锯齿波发生器的上边界输入H端为偏置电压VH_BOOST，下边界输入L端为误差电压Vea，其输出连接到二选一多路选择器MUX1的1数据端，在Buck/Mixed/Boost模式下上述三个锯齿波在电路中同时存在，但在不同模式下接入环路的锯齿波数目不同，在Buck模式下，只有Ramp_buck接入环路，与误差信号Vea比较，产生Buck的占空比信号Duty_buck，另外两路锯齿波仍存在并等待模式转换的时候接入环路；在过渡的Mixed模式下，Ramp_buck和Ramp_mix会同时接入环路，产生Buck的占空比信号Duty_buck和Boost的占空比信号Duty_boost，另外一路锯齿波仍存在并等待模式转换的时候接入环路；在Boost模式下，只有Ramp_boost会接入环路，和误差信号Vea比较产生Boost的占空比信号Duty_boost，另外两路锯齿波仍存在并等待模式转换的时候接入环路；误差信号Vea分别连接到可变幅度锯齿波发生器的下边界L端、二选一多路选择器MUX2的0数据端和比较器1...

【专利技术属性】
技术研发人员：马衡，洪志良，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：上海;31