一种前馈脉宽调制器制造技术

本发明专利技术公开了一种前馈脉宽调制器，包括一个环路中的转换器外围电路、输出电压采样电路、误差放大器、斜波产生器、脉宽调制比较器、反相器和开关管。转换器外围电路将输入电压转换成输出电压，输出电压采样电路根据输出电压产生反馈信号，误差放大器将其与参考电压进行比较，产生误差信号，斜波产生器根据误差信号、输入电压、输出电压和时钟信号产生斜波信号，脉宽调制比较器将斜波信号和阈值电压进行比较，产生脉冲信号；经过反相器反相形成新脉冲信号，开关管根据该脉冲信号控制开关管的导通和截止时间，以控制转换器外围电路产生的输出电压的大小。本发明专利技术不需要输入电压采样电路，简化电路设计，同时也增强了环路对输入电压的抗噪能力，而且环路对输出电压的动态响应速度也大为提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于直流-直流开关电源领域，具体涉及-种前馈脉宽调制器。
技术介绍
在连续电流模式下，当没有控制环路时，采用脉宽调制的直流-直流转换器的输出电压几乎和输出电流(或者是负载大小)没有关系，而与输入电压存在一定的正比例关系。在这种情况下，输出电压很难稳定。通常是采用一个电压模式脉宽调制器(增加一个负反馈控制环路)来稳定输出电压，使其不受负载或者线性变化的影响。然而采用电压模式脉宽调制的直流-直流转换器由于控制环路结构上的原因，当输入电压在大信号下发生变化时，输出电压的变化信号要经过误差放大器及其补偿电路的延时后，才能传到脉宽调制比较器，这样就会导致控制环路的动态响应速度变慢。前馈脉宽调制器则可以很好的解决这个问题，它在斜波产生器中加入了输入电压前馈电路，输入电压在大信号下的变化信号可以直接由斜波产生器传到脉宽调制比较器，因而输入电压的变化信号不会因误差放大器及其补偿电路而产生延时滞后。现有的前馈脉宽调制器一般需要采样输入电压，这样不仅会增加电路设计的复杂度，还会导致产生的斜波信号易受到输入电压噪声的干扰。同时，输出电压在大信号下发生变化时，变化信号只能通过误差放大器及其补偿电路传到脉宽调制比较器，这样就使得环路对输出电压变化的动态响应的速度也不够快。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种前馈脉宽调制器，该调制器有效地改善了直流-直流转换器的动态性能，同时能很好地稳定输出电压。本专利技术提供的一种前馈脉宽调制器，其特征在于它包括一个环路中的转换器外围电路、输出电压采样电路、误差放大器、斜波产生器、脉宽调制比较器、反相器和开关管；其中，转换器外围电路将输入电压Vin转换成输出电压Vout，并送至输出电压采样电路；输出电压采样电路根据输出电压Vout产生反馈信号VF，并传送给误差放大器；误差放大器用于将反馈信号VF和参考电压Vref进行比较，并产生放大的误差信号ER，并传送给斜波产生器；斜波产生器根据误差信号ER、输入电压Vin、输出电压Vout和时钟信号CLK产生斜波信号VR，并将斜波信号VR传送给脉宽调制比较器；脉宽调制比较器用于将斜波信号VR和阈值电压VT进行比较，产生脉冲信号VP，并传送给反相器；反相器将脉冲信号VP反相，产生新的脉冲信号VG，并传送给开关管；开关管根据脉冲信号VG控制开关管的导通与截止时间，以控制转换器外围电路产生的输出电压Vout的大小。本专利技术调制器用以提高DC-DC转换器环路动态响应速度，在大信号下输入电压的变化信号或者是输出电压的变化信号，能够及时的通过斜波产生器传到脉宽比较器。与现有前馈脉宽调制器相比，它不需要输入电压采样电路，简化电路设计，同时也增强了环路对输入电压的抗噪能力，而且环路对输出电压的动态响应速度也大为提高。本专利技术在电压模式PWM调制器的基础上，对斜波产生器进行改进。改进后的斜波产生器可以周期性的监测输入电压和输出电压的变化。附图说明图1为本专利技术一种前馈脉宽调制器的示意图；图2为图1中斜波产生器具体实现电路的示意图。图3为输入电压在大信号下发生变化时本专利技术前馈脉宽调制器输出波形图；图4为输入电压不变，输出电压在大信号下发生变化时本专利技术前馈脉宽调制器输出波形图； 具体实施例方式如图1所示，本专利技术前馈脉宽调制器包括一个环路中的转换器外围电路1、输出电压采样电路2、误差放大器3、斜波产生器4、脉宽调制比较器5、反相器6和开关管7。转换器外围电路1将输入电压Vin转换成输出电压Vout，并送至输出电压采样电路2。这里，转换器外围电路1可以是Boost型或者是Buck型，也可以是其它直流-直流转换器。输出电压采样电路2根据输出电压Vout产生一个反馈信号VF，并传送给误差放大器3。这里，输出电压采样电路2是利用分压电阻来实现，反馈信号VF即是输出电压Vout的分压信号。误差放大器3把反馈信号VF和参考电压Vref进行比较，产生一个放大的误差信号ER，并传送给斜波产生器4。这里，误差放大器3采用用高增益的运算放大器来实现。只要反馈信号VF和参考电压Vref之间有一点点的差值，误差放大器3就会把这个差值放大很多倍输出，即为误差信号ER。斜波产生器4根据误差信号ER、输入电压Vin、输出电压Vout和时钟信号CLK产生一个斜波信号VR。斜波信号VR传送给脉宽调制比较器5。时钟信号CLK控制着斜波信号VR的周期，误差信号ER、输入电压Vin和输出电压Vout控制着斜波信号VR的波形。在小信号下，输入电压和输出电压的直流工作点是不变的，此时斜波产生器4根据误差信号ER产生一个斜波信号VR。误差信号ER变化，斜波信号VR的波形也发生变化。在大信号下，输入电压Vin或者是输出电压Vout的直流工作点在发生变化，由于环路中误差信号ER的传输延时，在它还没有来得及改变斜波信号VR波形的时候，输入电压Vin或者是输出电压Vout就已经改变斜波信号VR的波形了，因而在这种情况下，斜波信号的波形是由输入电压Vin或者是输出电压Vout决定的。脉宽调制比较器5将斜波信号VR和一个阈值电压VT进行比较，产生一个脉冲信号VP，并传送给反相器6。阈值电压VT是一个可设定的电压值，根据环路的需要可以选择不同的电压值。反相器6将脉冲信号VP反相，产生一个新的脉冲信号VG，并传送给开关管7。开关管7根据脉冲信号VG控制着开关管7的导通与截止时间(即占空比的大小)，从而控制着转换器外围电路1产生的输出电压Vout的大小。如果输入电压在一定范围内发生变化，反相脉冲信号的脉宽也随之变化，从而保持输出电压的稳定；如果输出电压发生大的变化，反相脉冲信号的脉宽也随之变化，从而使得输出电压朝着相反的方向变化，稳定输出电压。如图2所示，斜波产生器4包括输入电压Vin前馈电路4a、输出电压Vout的前馈电路4b和限幅单元4c。输入电压Vin前馈电路4a由PMOS管P1、电阻R1、电容C1、NMOS管N8和N9组成。PMOS管P1的漏极接输入电压Vin，源极接电阻R1的上端和电容C1的上极板，栅极接时钟信号CLK。电容C1的上极板接PMOS管P1的源极，下极板接地。电阻R1的上端接PMOS管P1的源极，下端接NMOS管N8的漏极。NMOS管N8的源极接NMOS管N9的漏极，NMOS管N9的漏极接地，同时NMOS管N8的栅极接误差放大器的输出信号ER，NMOS管N9的栅极接时钟信号CLK的反相信号NCLK。斜波产生信号VR从NMOS管N8的漏端输出，输入到脉宽调制比较器5的同相端。脉宽调制比较器5把同相输入信号VR(斜波信号)和反相端输信号VT进行比较，产生一个脉冲信号VP。在输入电压Vin前馈电路4a中，PMOS管P1和NMOS管N9起到一个开关的作用，分别在时钟信号CLK为低和时钟信号CLK的反相信号NCLK为高(即两则可同时等效为时钟信号CLK为低)时导通。电容C1、电阻R1和NMOS管N8则构成一个RC电路。输出电压Vout前馈电路4b包括低压共源共栅电流镜和电容C2，低压共源共栅电流镜由PMOS管P2、PMOS管P3、NMOS管N4、NMOS管N5、NMOS管N6、NMOS管N7和恒流源I1组成。恒流源I1的正端接输出电压Vout，负端接NMOS管N4的漏极，NMOS管N4的源极接NMOS管N5的漏极，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种前馈脉宽调制器，其特征在于：它包括一个环路中的转换器外围电路（１）、输出电压采样电路（２）、误差放大器（３）、斜波产生器（４）、脉宽调制比较器（５）、反相器（６）和开关管（７）；其中，转换器外围电路（１）将输入电压Ｖ↓［ｉｎ］转换成输出电压Ｖ↓［ｏｕｔ］，并送至输出电压采样电路（２）；输出电压采样电路（２）根据输出电压Ｖ↓［ｏｕｔ］产生反馈信号ＶＦ，并传送给误差放大器（３）；误差放大器（３）用于将反馈信号ＶＦ和参考电压Ｖ↓［ｒｅｆ］进行比较，并产生放大的误差信号ＥＲ，并传送给斜波产生器（４）；斜波产生器（４）根据误差信号ＥＲ、输入电压Ｖ↓［ｉｎ］、输出电压Ｖ↓［ｏｕｔ］和时钟信号ＣＬＫ产生斜波信号ＶＲ，并将斜波信号ＶＲ传送给脉宽调制比较器（５）；脉宽调制比较器（５）用于将斜波信号ＶＲ和阈值电压ＶＴ进行比较，产生脉冲信号ＶＰ，并传送给反相器（６）；反相器（６）将脉冲信号ＶＰ反相，产生新的脉冲信号ＶＧ，并传送给开关管（７）；开关管（７）根据脉冲信号ＶＧ控制开关管（７）的导通与截止时间，以控制转换器外围电路（１）产生的输出电压Ｖ↓［ｏｕｔ］的大小。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邹雪城，张科峰，刘政林，田欢，尹璐，王潇，骞海荣，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]