一种BOOST开关变换器以及最小关闭时间控制电路制造技术

本发明专利技术公开了一种BOOST开关变换器以及最小关闭时间控制电路，所述BOOST开关变换器包括：外围电路、控制电路、主功率管NMOS管NM、附从功率管PMOS管PM；所述外围电路包括电感L、输出电容COUT、分压电阻R1和分压电阻R2，其中，分压电阻R1与分压电阻R2之间具有一输出反馈电压V

【技术实现步骤摘要】
一种BOOST开关变换器以及最小关闭时间控制电路


[0001]本专利技术涉及一种BOOST开关变换器
，具体为一种BOOST开关变换器以及最小关闭时间控制电路。

技术介绍

[0002]升压开关DC/DC变换器作为应用最广泛的拓扑结构之一在锂电池应用的电子产品中随处可见，被应用于对外升压放电的应用中。随着快充概念的普及和广泛应用，对Boost DC/DC提出了更高的要求，为了最大化锂电池的转换效率要使得输出和输入电压接近，甚至是直通模式工作以减少开关损耗，提高转换效率。
[0003]传统的变换器都有最大占空比的要求，如果高于最大占空比开关纹波将增大，甚至不受环路的控制，给应用带来很大风险，且当目标输出电压接近或低于输入电压时，无法实现直通模式与开关模式的无缝切换，而且会产生较大的纹波；现有技术已经不能满足现阶段人们的需求，基于现状，急需对现有技术进行改革。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种BOOST开关变换器以及最小关闭时间控制电路，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]本专利技术提供如下技术方案一种BOOST开关变换器，包括：外围电路、控制电路、主功率管NMOS管NM、附从功率管PMOS管PM；优选的，所述外围电路包括电感L、输出电容C
OUT
、分压电阻R1和分压电阻R2，其中，分压电阻R1与分压电阻R2之间具有一输出反馈电压V
FB
，且该输出反馈电压V
FB
通过反馈线加载于误差放大器EA的反向输入端，反馈给误差放大器放大，反馈点电压和基准电压相等，从而确定输出电压值,所述电感L的一端耦接输入电压V
IN
，另一端通过耦接附从功率管PMOS管PM耦接输出电压V
OUT
。
[0006]所述控制电路包括：误差放大器EA、由补偿电阻Rcomp和补偿电容Ccomp串联连接组成的补偿网络、PWM比较器、斜坡生成电路、逻辑控制电路、时钟、驱动级电路和采样电路；优选的，所述误差放大器EA的正向输入端加载有参考基准源V
REF
，且所述误差放大器EA的反向输入端加载有输出电压的反馈值V
FB
，所述误差放大器EA将该输出电压的反馈值V
FB
与参考基准源V
REF
放大后产生电压V
COMP
；优选的，所述误差放大器EA的输出端耦接PWM比较器的反向输入端，将V
COMP
输入给PWM比较器，且所述误差放大器EA的输出端通过由补偿电阻Rcomp和补偿电容Ccomp串联连接组成的补偿网络接地，该补偿网络有效的增加了控制电路的稳定性。
[0007]优选的，所述PWM比较器的正向输入端耦接斜坡生成电路和采样电路，所述斜坡生成电路产生斜坡补偿信号，所述采样电路采样主功率管NM的电压信号与所述斜坡生成电路产生斜坡补偿信号叠加后产生电压V
SLOPE
加载于PWM比较器的正向输入端，所述PWM比较器通过对正向输入端V
SLOPE
与反向输入端V
COMP
比较后产生状态QA并输出给逻辑控制电路，QA可以
是0（低电平）也可以是1（高电平）；优选的，所述逻辑控制电路的输出端耦接驱动级电路，其中，所述驱动级电路的一路耦接主功率管NMOS管NM，并产生控制主功率管NMOS管NM的开关控制信号VGN,所述驱动级电路的另一路耦接附从功率管PMOS管PM，并产生控制附从功率管PMOS管PM的开关控制信号VGP,由逻辑控制电路通过控制开关控制信号VGN和开关控制信号VGP分别控制主功率管NM和从功率管PM的开关，最后形成稳定的输出电压；所述逻辑控制电路加载有时钟电路，该时钟电路用于控制主功率管NMOS管NM和附从功率管PMOS管PM的周期。
[0008]优选的，控制电路的输入端电压与输出端电压的大小，通过输入输出比较器对输出电压和输入电压的比较，且输出电压PS，当输出电压V
OUT
大于输入电压V
IN
但不超过最大占空比时，开关变换器工作在变换器开关模式。
[0009]另一方面，为了实现主功率管NMOS管NM开启时间的控制问题，实现开关纹波达到最低，本专利技术提供了一种最小关闭时间控制电路，包括：放大器A1、放大器A2和放大器A3，且所述放大器A1、A2、A3耦接闭环后形成单位增益放大器，将输入电压V
IN
和输出电压V
OUT
引入到控制电路中；所述最小关闭时间控制电路还包括：比例电流镜PM1、PM2、PM3和PM4、无源电阻R11和R12、电容C1和C2，所述电容C1、C2的两端分别耦接开关管NM1和NM2，且所述开关管NM1的栅极通过耦接反相器加载有时间控制信号（Tctrl），用于控制时间，所述开关管NM2的栅极加载有最小关闭时间（Toffmin）控制信号，PM1和PM2将输入电压VIN与无源电阻R11产生的电流镜像后对电容C1充电，PM3和PM4将输出电压与输入电压的电压差以及R12产生的电流镜像后对C2充电，Tctrl是本专利技术中的一个控制时间，它是设置的固定时间Tpulse和主功率管NMOS管NM的信号控制端NCHON时间的交集，Ton是主功率管NMOS管NM开启的时间，也即是NCHON=1的时间；优选的，所述比例电流镜PM2与电容C1的连接线处耦接一开关S1，且开关S1的另一端通过由滤波电阻R3、滤波电容C3组成的RC滤波电路耦接比较器COMP1的反向输入端，当开关S1打开后，C1产生的电压经过滤波R3、滤波电容C3后得到稳定的电压VN加载到比较器COMP1的反向输入端，且所述电容C2产生的电压VP加载到比较器COMP1的正向输入端；优选的，所述比较器COMP1输出端耦接由或非门NOR1和NOR2组成的RS触发器，比较器COMP1的输出电压monitor1传输给RS触发器，且RS触发器锁存monitor1的状态，所述或非门NOR2的一路输入端加载有主功率管NMOS管NM的信号控制端NCHON，当NCHON=1时，NM打开，NCHON=0时，NM关闭。
[0010]有益效果：本专利技术可工作于开关模式和直通模式，通过输入输出比较器对输出电压和输入电压进行比较：（1）当输出电压大于输入电压但不超过最大占空比时，开关变换器工作在变换器开关模式；（2）当输出电压与输入电压接近时，超出最大占空比后通过最小关闭时间控制电路控制输出，最小关闭时间控制电路中的控制时间Tctrl在输出电压大于输入电压且不超过最大占空比时小于NM开启的时间Ton，最小关闭时间Toffmin更短，Toffmin对环路逻辑控制没有影响；
（3）当输出电压低于输入电压时，输出电压降至设定的阈值，此阈值比输入电压V
IN
高一个固定的电压值，输出电压V
OUT
与输入电压V
IN
实时比较，当检测到状态变化后，看PWM比较器的输出QA的状态:如果QA=0，开关变换器仍然继续工作于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种BOOST开关变换器，其特征在于，包括：外围电路、控制电路、主功率管NMOS管NM、附从功率管PMOS管PM；所述外围电路包括电感L、输出电容C
OUT
、分压电阻R1和分压电阻R2，其中，分压电阻R1与分压电阻R2之间的反馈点处具有一输出反馈电压V
FB
，且该输出反馈电压V
FB
通过反馈线加载于误差放大器EA的反向输入端，反馈给误差放大器放大，通过确定反馈点的电压和基准电压相等，从而确定输出电压值；所述控制电路包括：误差放大器EA、补偿网络、PWM比较器、斜坡生成电路、逻辑控制电路、时钟、驱动级电路和采样电路；所述误差放大器EA的正向输入端加载有参考基准源V
REF
，且所述误差放大器EA的反向输入端加载有输出电压的反馈值V
FB
，所述误差放大器EA将该输出电压的反馈值V
FB
与参考基准源V
REF
放大后产生电压V
COMP
；所述误差放大器EA的输出端耦接PWM比较器的反向输入端，将V
COMP
输入给PWM比较器，且所述误差放大器EA的输出端通过由补偿电阻Rcomp和补偿电容Ccomp串联连接组成的补偿网络接地，增加控制电路的稳定性；所述PWM比较器的正向输入端耦接斜坡生成电路和采样电路，所述斜坡生成电路产生斜坡补偿信号，所述采样电路采样主功率管NM的电压信号与所述斜坡生成电路产生斜坡补偿信号叠加后产生电压V
SLOPE
加载于PWM比较器的正向输入端；所述PWM比较器通过对正向输入端V
SLOPE
与反向输入端V
COMP
比较后产生状态QA并输出给逻辑控制电路；所述电感L的一端耦接输入电压V
IN
，另一端通过耦接附从功率管PMOS管PM耦接输出电压V
OUT
，当输出电压V
OUT
与输入电压V
IN
接近时，超出最大占空比后通过增加最小关闭时间控制电路控制主功率管NMOS管NM的开启时间。2.根据权利要求1所述的一种BOOST开关变换器，其特征在于：所述逻辑控制电路的输出端耦接驱动级电路，其中，所述驱动级电路的一路耦接主功率管NMOS管NM，并产生控制主功率管NMOS管NM的开关控制信号VGN,所述驱动级电路的另一路耦接附从功率管PMOS管PM，并产生控制附从功率管PMOS管PM的开关控制信号VGP；所述逻辑控制电路通过控制开关控制信号VGN和开关控制信号VGP分别控制主功率管NM和从功率管PM的开关，形成稳定的输出电压。3.根据权利要求1所述的一种BOOST开关变换器，其特征在于：所述逻辑控制电路加载有时钟电路，该时钟电路用于控制主功率管NMOS管NM和附从功率管PMOS管PM的周期。4.根据权利要求1所述的一种BOOST开关变换器，其特征在于：所述控制电路还包括一输入输出比较器，所述控制电路的输入端电压V
IN
与输出端电压V

【专利技术属性】
技术研发人员：丁德彬，陈立新，熊海峰，
申请(专利权)人：南京泰矽微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：