多模式切换低动态干扰的4管同步控制升降压变换电路制造技术

本发明专利技术公开了一种多模式切换低动态干扰的4管同步控制升降压变换电路，包括功率级传输电路、电流采样电路、振荡器和斜坡发生器、脉冲调制电路、误差放大器、时序控制逻辑电路、迟滞模式选择电路和直流失调电压电路。时序控制逻辑电路通过分模式设计时序来控制4管开关。迟滞模式选择电路通过迟滞比较器来减小输出电压纹波恶化。直流失调电压电路用于减小模式切换时产生的动态干扰。本发明专利技术提供的4管同步控制升降压变换电路，可以在提供可靠的输出电压的前提下，解决现有升降压变换电路工作模式频繁切换引起的输出电压纹波恶化、动态干扰大的问题。的问题。的问题。

【技术实现步骤摘要】
多模式切换低动态干扰的4管同步控制升降压变换电路


[0001]本专利技术属于微电子
，更进一步涉及集成电路
中一种多模式切换低动态干扰的4管同步控制升降压变换电路。本专利技术可用于集成电路中对电子设备供电电源模块实现多工作模式切换的控制。

技术介绍

[0002]近年来升降压变换器被广泛应用在电池供电的电子设备当中，在相同的电池容量下如何延长电池电源的工作时间成为电源管理领域的首要问题。升降压变换器通过增加输入电压范围，可以对电子设备供电时在更低的输入电压条件下继续工作，因此可以延长电池电源的使用时间。但由于传统的升降压变换器输入电压与输出电压反相的特点，通常需要在电路内部实现负参考电压，同时在输出端和待供电电子设备之间还需要加入反相电路，这无疑增加了电路设计的难度也限制了应用条件。为了使电子设备在灵活选择供电模式时又稳定输出电压，升降压变换器控制电路必须有根据输入输出电压自动切换模式、输出电压纹波不会因模式切换变杂乱而能平滑过渡的特点。
[0003]南京航空航天大学在其拥有的专利技术“一种级联型升降压变换器控制电路及其控制方法”(申请号200910026525.1，授权公告号CN104242286 B，授权公告日2011.02.16)，在基于同步4管升降压变换器的基础上提出了一种级联型控制的同步4管升降压变换器。该变换器的结构包括输出电压采样电路、两个误差放大器、三角波产生电路、比较器电路、驱动电路和电压置位电路。该变换器由升压变换器和降压变换器级联构成，电路简单，仅需一路三角波来控制两级电路，且变换效率高。该升降压变换器有效的解决了基本同步4管升降压变换器在效率上的缺陷，但是，该升降压变换器仍然存在的不足之处是，由于其占空比在模式切换时不能实现连续平稳的变化，使得输出电压在模式切换时产生大的动态效应，影响了变换器的稳定性和可靠性。
[0004]上海南芯半导体科技有限公司在其申请的专利文献“一种带有模式切换的升降压变换器控制电路”(申请号202110451038.0，申请公布号CN 112994452 A)提出了一种四模式的4管同步升降压变换器。该升降压变换器的结构包括差分处理模块、双轨电流采样模块、斜坡信号产生模块、逻辑控制模块，差分处理模块输出的信号和开关节点处信号的采样值的差值产生输出信号，并分别与降压斜坡信号和升压斜坡信号比较获得升压控制和降压控制的脉宽调制信号，其中斜坡信号产生模块用于产生有交叠区间的降压斜坡信号和升压斜坡信号，最后由逻辑控制模块产生升降压变换器中四个开关管的控制信号。通过斜坡信号产生模块获取降压斜坡信号和升压斜坡信号，缓解了升降压变换器在模式切换时的占空比不连续，但是，该升降压变换器仍然存在的不足之处是，为了产生四个开关管的控制驱动信号，电路控制逻辑的设计难度大，电路设计的成本高。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提出了一种多模式切换低动态干扰
的4管同步控制升降压变换电路，旨在为电子设备提供稳定供电电压的前提下，解决升降压变换器工作模式频繁切换引起的输出电压纹波恶化、动态干扰大的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术的思路是，通过迟滞模式选择电路，根据输入电压值进行分段控制，输入电压与输出电压通过比较器输出比较信号，控制变换器在降压模式、升降压模式、升压模式之间频繁切换，并设计该比较器具有迟滞功能，避免各模式之间频繁切换引起的输出电压纹波恶化。通过直流失调电压电路，减小模式切换时产生的动态干扰，稳定输出电压。通过时序控制逻辑电路，减少变换器在高输入电压和低输入电压时开关管的动作次数，仅在变换器实现升降压功能时让4个功率开关管在一个开关周期内同时工作，提高变换器效率。
[0007]本专利技术的4管同步控制升降压变换电路，包括输入电压端口VIN、输出电压端口VOUT、功率级传输电路、电流采样电路、振荡器和斜坡发生器、脉冲调制电路、误差放大器、时序控制逻辑电路、迟滞模式选择电路和直流失调电压电路。所述时序控制逻辑电路输入端口pwm与脉冲调制输出端口连接，输入端口clk与振荡器和斜坡发生器输出端口ramp连接，输入端口mode与迟滞模式选择电路输出端口连接，输出端口1与功率级传输电路中的TG1端口连接，输出端口2与功率级传输电路BG1端口连接，输出端口3与功率级传输电路BG2端口连接，输出端口4与功率级传输电路TG2端口连接；所述迟滞模式选择电路的输入端1与输出电压端口VIN连接，输入端2与输出电压端口VOUT连接，输出端口分别与直流失调电压电路的输入端和时序控制逻辑电路mode输入端口连接；所述脉冲调制电路的正输入端口分别与电流采样电路、振荡器和斜坡发生器输出端口ramp、直流失调电压电路输出端口连接，负输入端口与误差放大器输出端口连接，输出端口与时序控制逻辑电路pwm输入端口连接；所述直流失调电压电路的输入端与迟滞模式选择电路输出端连接，输出端接脉冲调制的正输入端；所述振荡器和斜坡发生器输出端口ramp与电流采样电路输出端口连接；所述电流采样电路正输入端口与功率级传输电路端口SENS+连接，负输入端口与功率级传输电路端口SENS
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连接，输出端口与脉冲调制电路的正输入端连接；所述误差放大器的正输入端口REF与1V基准电压连接，负输入端口与功率级传输电路的端口FB连接；所述功率级传输电路的输入端口与输入电压端口VIN连接，输出电压端口与输出电压端口VOUT连接，SENS+端口与电流采样电路正输入端口连接，SENS
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端口与电流采样电路负输入端口连接，TG1端口与时序控制逻辑电路第一输入端口连接，BG1端口与时序控制逻辑电路第二输入端口连接，BG2端口与时序控制逻辑电路第三输入端口连接，TG2端口与时序控制逻辑电路第四输入端口连接，FB端口与误差放大器的负输入端口连接。
[0008]本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：
[0009]第一，由于本专利技术设计了逻辑时序模块，通过数字逻辑产生三种工作模式的控制逻辑，由振荡器来产生主时钟信号，时钟下降沿设置为开关周期的初始时刻，三种工作模式的使能信号en_buck、en_boost、en_buck_boost由迟滞模式选择器输入，克服了现有技术中开关管控制逻辑模式设计难度大，电路设计的成本高的问题，使本专利技术具有数字控制逻辑直观，开关管驱动控制简单的优点。
[0010]第二，由于本专利技术在各个模式之间加入迟滞控制和直流失调电压模块，克服了现有技术中各模式之间频繁切换引起的输出电压纹波恶化和动态干扰大的问题，使本专利技术具有较稳定的输出电压。
附图说明
[0011]图1是本专利技术整体电路的示意图；
[0012]图2是本专利技术直流失调电压电路的电原理图；
[0013]图3是本专利技术迟滞模式选择电路的电原理图；
[0014]图4是本专利技术时序控制逻辑电路的电原理图；
[0015]图5是本专利技术振荡器电路的电原理图；
[0016]图6是本专利技术斜坡发生电路的电原理图；
[0017]图7是本专利技术脉冲调制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多模式切换低动态干扰的4管同步控制升降压变换电路，包括输入电压端口VIN、输出电压端口VOUT、功率级传输电路、电流采样电路、振荡器和斜坡发生器、脉冲调制电路、误差放大器，其特征在于：还包括和时序控制逻辑电路、迟滞模式选择电路和直流失调电压电路；所述时序控制逻辑电路输入端口pwm与脉冲调制输出端口连接，输入端口clk与振荡器和斜坡发生器输出端口ramp连接，输入端口mode与迟滞模式选择电路输出端口连接，输出端口(1)与功率级传输电路中的TG1端口连接，输出端口(2)与功率级传输电路BG1端口连接，输出端口(3)与功率级传输电路BG2端口连接，输出端口(4)与功率级传输电路TG2端口连接；所述迟滞模式选择电路的输入端(1)与输出电压端口VIN连接，输入端(2)与输出电压端口VOUT连接，输出端口分别与直流失调电压电路的输入端和时序控制逻辑电路mode输入端口连接；所述脉冲调制电路的正输入端口分别与电流采样电路、振荡器和斜坡发生器输出端口ramp、直流失调电压电路输出端口连接，负输入端口与误差放大器输出端口连接，输出端口与时序控制逻辑电路pwm输入端口连接；所述直流失调电压电路的输入端与迟滞模式选择电路输出端连接，输出端接脉冲调制的正输入端；所述振荡器和斜坡发生器输出端口ramp与电流采样电路输出端口连接；所述电流采样电路正输入端口与功率级传输电路端口SENS+连接，负输入端口与功率级传输电路端口SENS
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连接，输出端口与脉冲调制电路的正输入端连接；所述误差放大器的正输入端口REF与1V基准电压连接，负输入端口与功率级传输电路的端口FB连接；所述功率级传输电路的输入端口与输入电压端口VIN连接，输出电压端口与输出电压端口VOUT连接，SENS+端口与电流采样电路正输入端口连接，SENS
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端口与电流采样电路负输入端口连接，TG1端口与时序控制逻辑电路第一输入端口连接，BG1端口与时序控制逻辑电路第二输入端口连接，BG2端口与时序控制逻辑电路第三输入端口连接，TG2端口与时序控制逻辑电路第四输入端口连接，FB端口与误差放大器的负输入端口连接。2.根据权利要求1所述多模式切换低动态干扰的4管同步控制升降压变换电路，其特征在于：所述功率级传输电路包括电流采样电阻Rsense、NMOS晶体管K1、NMOS晶体管K1b、电感L、NMOS晶体管K2、NMOS晶体管K2b、分压电阻R1、分压电阻R2、输出电容Cout和负载电阻Rout；所述电流采样电阻Rsense跨接在电流采样电路的正输入端SENS+与电流采样电路的负输入端SENS
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之间；所述NMOS晶体管K1的漏极与电流采样电阻Rsense的一端连接，源极与电感L的一端SW1连接，栅极与驱动控制输出TG1连接；所述NMOS晶体管K1b的漏极与电感L的一端SW1连接，源极与地端连接，栅极与时序控制逻辑输出BG1连接；所述电感L跨接在NMOS晶体管K1的源极连接与NMOS晶体管K2的漏极之间；所述NMOS晶体管K2的漏极与电感L的SW2端连接，源极与地端连接，栅极与时序控制逻辑输出BG2连接；所述NMOS晶体管K2b的漏极与分压电阻R1的一端连接，源极与电感L的SW2端连接，栅极与时序控制逻辑输出TG2连接；所述分压电阻R1跨接在NMOS晶体管K2b的漏极与分压电阻R2之间；所述分压电阻R2跨接在地端连与分压电阻R1之间；所述输出电容Cout跨接在NMOS晶体管K2b的漏极与地端之间；所述负载电阻Rout的一端与NMOS晶体管K2b的漏极连接，另一端与地端连接，所述振荡器的输出端与斜坡发生器、时序控制逻辑第二输入端连接；所述斜坡发生器的输入端与振荡器的输出端连接，输出端与电流采样输出端信号相加后连接到脉冲调制正输入端；所述脉冲调制电路正输入端与直流失调电压电路输出端连接，负输入端与误差放大器输出端连接，输出端pwm与逻辑时序模块第一输入端口连接；所述误差放大器正输入端口与1V基准电压REF连
接，负输入端口FB与分压电阻R2的一端连接，输出端口与脉冲调制负输入端口连接。3.根据权利要求1所述多模式切换低动态干扰的4管同步控制升降压变换电路，其特征在于：所述直流失调电压电路包括电源端口Vdd，地端口GND，PMOS晶体管M1、M2、M3、M4、M5，电流源IDC，升压模式使能信号en_boost输入端口，电阻R1、R2，电流采样输入信号Vsen和直流输出失调信号Vramp；所述PMOS晶体管M1源极与电源端口Vdd连接，栅极与M2栅极连接，漏极与M3源极连接；所述PMOS晶体管M2源极与电源端口Vdd连接，栅极与M1栅极连接，漏极与M4源极连接；所述PMOS晶体管M3源极与M1漏极连接，栅极与M4栅极连接，漏极与电流源IDC连接；所述PMOS晶体管M4源极与M2漏极连接，栅极与M3栅极连接，漏极与M5源极连接；所述PMOS晶体管M5源极与M4源极连接，栅极与升压模式使能信号en_boost输入端口连接，漏极与电阻R1连接；所述电阻R1跨接在电流采样输入信号Vsen和直流输出失调信号Vramp之间；所述电阻R2跨接在电流采样输入信号Vsen和地端口GND之间。4.根据权利要求1所述多模式切换低动态干扰的4管同步控制升降压变换电路，其特征在于：所述的迟滞模式选择电路，包括电源端口Vdd，地端口GND，模式选择使能端口SEL_en，模式使能输出端口en，输入电压端口Vin，输出电压端口Vout，PMOS晶体管M1～M3，NMOS晶体管M4～M9，电阻R1～R5，电流源IDC1和IDC2，反相器INV1，所述PMOS晶体管M1源极与电源端口Vdd连接，栅极与模式选择使能端口SEL_en连接，漏极与电流源IDC1连接；所述PMOS晶体管M2源极与电流源IDC1连接，栅极与电阻R4一端连接，漏极与NMOS晶体管M5漏极连接；所述PMOS晶体管M3源极与电流源IDC1连接，栅极与电阻R1一端连接，漏极与NMOS晶体管M7漏极连接；所述NMOS晶体管M4栅极与模式使能输出端口en连接，漏极与电阻R2一端连接，源极与地端口GND连接；所述NMOS晶体管M5栅极与M7栅极连接，漏极与M2漏极连接，源极与地端口GND连接；所述NMOS晶体管M6栅极与模式选择使能端口SEL_en连接，漏极与M5栅极连接，源极与地端口GND连接；所述NMOS晶体管M7栅极与M6漏极连接，漏极与M8栅极连接，源极与地端口GND连接；所述NMOS晶体管M8栅极与M7漏极连接，漏极与电流源IDC2连接，源极与地端口GND连接；所述NMOS晶体管M9栅极与模式选择使能端口SEL_en连接，漏极与电流源IDC2连接，源极与地端口GND连接；所述电流源IDC1上端与电源端口Vdd连接，下端与M2源极连接；所述电流源IDC2上端与电源端口Vdd连接，下端与M8源极连接；所述反相器INV1输入端与M8漏极连接，输出端即模式使能输出端口en...

【专利技术属性】
技术研发人员：方建平，谢瑞，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：