一种应用于LLC变换器的多模式调制芯片制造技术

本发明专利技术涉及一种应用于LLC变换器的多模式调制芯片，第一输入端口、第二输入端口、外接电容连接端口、输入电压端口、接地端口、第一输出端口、第二输出端口、VCO模块、BURST模式控制模块、PSM模块、驱动模块、第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管。该多模式调制芯片将PFM、PSM和BURST三种控制模式进行了有机结合，输入电压由低到高依次采用变频、移相和BURST控制，解决了单种控制方式下变换器在宽输入电压范围内开关频率变化宽、效率难以优化的问题，集成度高，可靠性好，为电路的优化设计提供了控制；同时将功率管也集成到芯片内部，提高了芯片的工作效率，有利于LLC变换器系统整体功率密度的提高，提高了LLC变换器的输出范围，适用于高功率密度变换器。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于LLC变换器的多模式调制芯片
本专利技术属于电源管理芯片
，具体涉及一种应用于LLC变换器的多模式调制芯片。
技术介绍
电源管理芯片广泛应用于现代电子产品，其不仅应用在电源电路，在其它的电路应用也很普遍，如液晶显示器的背光电路、日光灯等。开关电源与变压器相比具有效率高、稳性好、体积小等优点。现有谐振型直流—直流开关电源芯片，包括PFM(Pulsefrequencymodulation，脉冲频率调制)芯片和FSM(FiniteStateMachine，有限状态机)芯片；其中，PFM芯片主要通过改变开关频率来控制输出电压，这种方法存在开关频率变化范围大、轻载环流功率大、磁性元件参数及反馈控制环路设计困难等问题；FSM芯片主要通过改变相移角来控制输出电压，其存在开关管的ZVS(ZeroVoltageSwitch，零电压开关)范围窄、重载时谐振电流峰值大、环流损耗严重的问题。在轻载情况下burst(打嗝)模式是较多采用的一种控制策略，该策略一方面可以保持输出电压在规格范围内，另一方面减小了轻载下的输入功率，提高了轻载下的效率。然而打嗝模式会带来输出电压纹波变大，这在一些应用，例如服务器电源、PC电源等是无法接受的。将PFM、PSM以及BURST模式集成在一种芯片上，可以拓宽谐振型直流—直流开关电源的输入范围以及整体效率，而由于开发难度大，多种调制模式集成在一个芯片上的技术几乎一片空白。无锡中感微电子股份有限公司在其专利申请文件“一种PWM/PFM控制电路”公开了一种PWM/PFM控制电路。其包括反馈电路、误差放大器、PWM比较器、振荡器和振荡器频率控制电路。反馈电路采样一电源转换电路的输出电压并形成反映输出电压的反馈电压；误差放大器基于一基准电压和反馈电压的误差得到误差放大电压；振荡器产生三角波振荡信号；所述PWM比较器用于比较三角波振荡信号和误差放大电压以输出控制信号；振荡器频率控制电路基于误差放大电压输出相应的电流信号给振荡器，振荡器基于电流信号调节所述振荡器的充电电流的大小，以改变所述振荡器输出的三角波振荡信号的频率。与现有技术相比，该专利中的PWM/PFM控制电路不仅可以实现PFM到PWM的连续切换过渡，而且还可以进一步降低PFM模式下的频率最低值。但是，该电路存在不足之处：该电路只集成了两种调制方法，输入电压的范围有限，而且该电路只能应用于半桥电路。刘圆圆发表的“基于模糊PID控制的商用电磁炉控制系统设计”论文中提出了一种Boost(升压)型宽电压范围输入LLC谐振变换器。其采用模糊PID(proportional-integral-derivative，比例积分微分)复合控制，并结合PWM和PFM两种调功方式，功率输出的误差波动范围在±5％内，进而输出功率达到95％以上，在一定程度上提高了输出功率。但其开关频率低，且功率开关管没有和控制电路集成在一起，不利于功率密度的提高。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种应用于LLC变换器的多模式调制芯片。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：本专利技术实施例提供了一种应用于LLC变换器的多模式调制芯片，包括：第一输入端口、第二输入端口、外接电容连接端口、输入电压端口、接地端口、第一输出端口、第二输出端口、VCO模块、BURST模式控制模块、PSM模块、驱动模块、第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管，其中，所述VCO模块的第一输入端与所述第一输入端口连接，所述VCO模块的第二输入端与所述外接电容连接端口连接，所述VCO模块的第一输出端与所述BURST模式控制模块的第一输入端连接，所述VCO模块的第二输出端与所述PSM模块的第一输入端连接；所述BURST模式控制模块的第二输入端与所述第一输入端口连接，所述BURST模式控制模块的第一输出端与所述PSM模块的第一输入端连接，所述BURST模式控制模块的第二输出端与所述PSM模块的第二输入端连接；所述PSM模块的第一输出端与所述驱动模块的第一输入端连接，所述PSM模块的第二输出端与所述驱动模块的第二输入端连接；所述驱动模块的第一输出端连接所述第一MOS管的栅极，所述驱动模块的第二输出端连接所述第二MOS管的栅极，所述驱动模块的第三输出端连接所述第三MOS管的栅极，所述驱动模块的第四输出端连接所述第四MOS管的栅极；所述第一MOS管的漏极、所述第三MOS管的漏极与输入电压端口连接，所述第二MOS管的源极、所述第四MOS管的源极与所述接地端口连接，所述第一MOS管的源极、所述第二MOS管的漏极和所述第一输出端口连接，所述第三MOS管的源极、所述第四MOS管的漏极和所述第二输出端口连接；所述VCO模块用于产生第一方波信号和第一三角波信号，并根据所述第一输入端口输入电压值的大小调节所述第一方波信号和所述第一三角波信号的频率，得到第二方波信号和第二三角波信号，实现PFM模式；所述BURST模式控制模块用于在轻载情况下根据所述第一输入端口输入电压值的大小控制所述第一MOS管、所述第二MOS管、所述第三MOS管和所述第四MOS管的开启和关断，实现BURST模式；所述PSM模块用于产生具有目标相移角的第三方波信号和第四方波信号，以使所述第一MOS管的栅极驱动信号和所述第四MOS管的栅极驱动信号之间产生相移角，同时使所述第二MOS管和所述第三MOS管的栅极驱动信号之间产生相移角；所述驱动模块用于根据所述第三方波信号产生两个不重叠互补的方波信号以分别驱动所述第一MOS管和所述第二MOS管，并且根据所述第四方波信号产生两个不重叠互补的方波信号以分别驱动所述第三MOS管和所述第四MOS管。在本专利技术的一个实施例中，所述第二方波信号的频率随所述第一输入端口输入电压值的增大而增大，且所述第二方波信号为占空比50％的方波；所述第二三角波信号的频率与所述第二方波信号的频率相同。在本专利技术的一个实施例中，所述目标相移角为0～180°，所述第三方波信号和所述第四方波信号的占空比均为50％。在本专利技术的一个实施例中，所述第一MOS管和所述第三MOS管均为超前桥臂，所述第二MOS管和所述第四MOS管均为滞后桥臂。在本专利技术的一个实施例中，所述VCO模块包括第一带隙基准模块、第一比较器、第二比较器、第一或非门、第二或非门、第一电流镜、第二电流镜、第三电流镜、三极管、电阻、MOS开关管，所述第一电流镜包括第一MOS管和第二MOS管，所述第二电流镜包括第三MOS管、第四MOS管和第八MOS管，所述第三电流镜包括第五MOS管和第六MOS管，所述MOS开关管包括第七MOS管，其中，所述第一带隙基准模块的第一输出端与所述第一比较器的正相输入端连接，所述第一带隙基准模块的第二输出端与所述第二比较器的负相输入端连接，所述第一带隙基准模块的第三输出端与所述第二MOS管的漏极、所述第三MOS管的漏极、所述第三MOS管的栅极、所述第四MOS管的栅极和第八MOS管的栅极连接；所述第一比较器的负相输入端与所述第二比较器的正相输入端连接，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于LLC变换器的多模式调制芯片，其特征在于，包括：第一输入端口(CT)、第二输入端口(COM)、外接电容连接端口(Cap)、输入电压端口(V

【技术特征摘要】
1.一种应用于LLC变换器的多模式调制芯片，其特征在于，包括：第一输入端口(CT)、第二输入端口(COM)、外接电容连接端口(Cap)、输入电压端口(VIN)、接地端口、第一输出端口(HO)、第二输出端口(LO)、VCO模块、BURST模式控制模块、PSM模块、驱动模块、第一MOS管(M1)、第二MOS管(M2)、第三MOS管(M3)和第四MOS管(M4)，其中，
所述VCO模块的第一输入端与所述第一输入端口(CT)连接，所述VCO模块的第二输入端与所述外接电容连接端口(Cap)连接，所述VCO模块的第一输出端与所述BURST模式控制模块的第一输入端连接，所述VCO模块的第二输出端与所述PSM模块的第一输入端连接；所述BURST模式控制模块的第二输入端与所述第一输入端口(CT)连接，所述BURST模式控制模块的第一输出端与所述PSM模块的第一输入端连接，所述BURST模式控制模块的第二输出端与所述PSM模块的第二输入端连接；所述PSM模块的第一输出端与所述驱动模块的第一输入端连接，所述PSM模块的第二输出端与所述驱动模块的第二输入端连接；所述驱动模块的第一输出端连接所述第一MOS管(M1)的栅极，所述驱动模块的第二输出端连接所述第二MOS管(M2)的栅极，所述驱动模块的第三输出端连接所述第三MOS管(M3)的栅极，所述驱动模块的第四输出端连接所述第四MOS管(M4)的栅极；所述第一MOS管(M1)的漏极、所述第三MOS管(M3)的漏极与输入电压端口(VIN)连接，所述第二MOS管(M2)的源极、所述第四MOS管(M4)的源极与所述接地端口连接，所述第一MOS管(M1)的源极、所述第二MOS管(M2)的漏极和所述第一输出端口(HO)连接，所述第三MOS管(M3)的源极、所述第四MOS管(M4)的漏极和所述第二输出端口(LO)连接；
所述VCO模块用于产生第一方波信号和第一三角波信号，并根据所述第一输入端口(CT)输入电压值的大小调节所述第一方波信号和所述第一三角波信号的频率，得到第二方波信号(A1)和第二三角波信号(A2)，实现PFM模式；
所述BURST模式控制模块用于在轻载情况下根据所述第一输入端口(CT)输入电压值的大小控制所述第一MOS管(M1)、所述第二MOS管(M2)、所述第三MOS管(M3)和所述第四MOS管(M4)的开启和关断，实现BURST模式；
所述PSM模块用于产生具有目标相移角的第三方波信号(C1)和第四方波信号(C2)，以使所述第一MOS管(M1)的栅极驱动信号和所述第四MOS管(M4)的栅极驱动信号之间产生相移角，同时使所述第二MOS管(M2)和所述第三MOS管(M3)的栅极驱动信号之间产生相移角；
所述驱动模块用于根据所述第三方波信号(C1)产生两个不重叠互补的方波信号以分别驱动所述第一MOS管(M1)和所述第二MOS管(M2)，并且根据所述第四方波信号(C2)产生两个不重叠互补的方波信号以分别驱动所述第三MOS管(M3)和所述第四MOS管(M4)。


2.如权利要求1所述的应用于LLC变换器的多模式调制芯片，其特征在于，所述第二方波信号(A1)的频率随所述第一输入端口(CT)输入电压值的增大而增大，且所述第二方波信号(A1)为占空比50％的方波；
所述第二三角波信号(A2)的频率与所述第二方波信号(A1)的频率相同。


3.如权利要求1所述的应用于LLC变换器的多模式调制芯片，其特征在于，所述目标相移角为0～180°，所述第三方波信号(C1)和所述第四方波信号(C2)的占空比均为50％。


4.如权利要求1所述的应用于LLC变换器的多模式调制芯片，其特征在于，所述第一MOS管(M1)和所述第三MOS管(M3)均为超前桥臂，所述第二MOS管(M2)和所述第四MOS管(M4)均为滞后桥臂。


5.如权利要求1所述的应用于LLC变换器的多模式调制芯片，其特征在于，所述VCO模块包括第一带隙基准模块、第一比较器(comp1)、第二比较器(comp2)、第一或非门(nor1)、第二或非门(nor2)、第一电流镜、第二电流镜、第三电流镜、三极管(Q1)、电阻(R1)、MOS开关管，所述第一电流镜包括第一MOS管(M1)和第二MOS管(M2)，所述第二电流镜包括第三MOS管(M3)、第四MOS管(M4)和第八MOS管(M8)，所述第三电流镜包括第五MOS管(M5)和第六MOS管(M6)，所述MOS开关管包括第七MOS管(M7)，其中，
所述第一带隙基准模块的第一输出端(Vref1)与所述第一比较器(comp1)的正相输入端连接，所述第一带隙基准模块的第二输出端(Vref2)与所述第二比较器(comp2)的负相输入端连接，所述第一带隙基准模块的第三输出端(Iref)与所述第二MOS管(M2)的漏极、所述第三MOS管(M3)的漏极、所述第三MOS管(M3)的栅极、所述第四MOS管(M4)的栅极和第八MOS管(M8)的栅极连接；所述第一比较器(comp1)的负相输入端与所述第二比较器(comp2)的正相输入端连接，所述第一比较器(comp1)的输出端与所述第一或非门(nor1)的第一输入端连接，所述第二比较器(comp2)的输出端与所述第二或非门(nor2)的第一输入端连接；所述第一或非门(nor1)的第二输入端与所述第二或非门(nor2)的输出端、所述第七MOS管(M7)的栅极连接且作为所述VCO模块的第一输出端，所述第二或非门(nor2)的第二输入端与所述第一或非门(nor1)的输出端连接；所述第一MOS管(M1)的源极与所述第二MOS管(M2)的源极连接，所述第一MOS管(M1)的栅极连接所述第一MOS管(M1)的漏极、所述第二MOS管(M2)的栅极和所述三极管(Q...

【专利技术属性】
技术研发人员：张艺蒙，林希贤，张玉明，宋庆文，汤晓燕，
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