一种脉冲频率调制型ＤＣ／ＤＣ升压转换器，用以将一直流电压源转换成电压高于此直流电源的稳定输出的直流电压源，包含：逻辑控制模块，用以产生一脉冲频率切换信号来进行ＤＣ／ＤＣ转换；反馈网络电路，用以产生响应于输出电压值的反馈信号；误差放大器电路，用以将反馈电压与基准电压之间的差值进行放大处理；低通滤波电压电流转换模块，用以将放大后的误差信号滤去高频部分，并转换为可供ＤＣ／ＤＣ转换用的电感电流；ＣＳ信号产生电路，即反馈电压检测比较器，用以检测反馈电压和基准电压之间的差值，并改变ＣＳ信号控制逻辑控制模块工作；ＩＣＵ信号产生电路，用以比较电感电流最小值与电感电流之间的差值，并改变ＩＣＵ信号控制逻辑控制模块工作。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种脉冲频率调制型(PFM)DC/DC转换器，尤其是涉及一种结合脉冲宽度调制(PWM)特点的脉冲频率调制型(PFM)DC/DC转换器，通过一种带有混合调制特点的控制策略，可以使得重负载条件下的输出电流纹波显著减小。
技术介绍
DC/DC转换器IC因其体积小巧，价格低廉，能源转换效率高等突出特点，在高效节能开关电源的设计中一直处于核心地位，广泛应用于各种电源管理系统。许多国际领先的微电子技术公司如Linear Technology、Maxim、Analog Devices、NationalSemiconductor等，都在DC/DC领域投入了大量的人力物力，开发出许多种类繁多、功能各异的变换芯片，特别是在便携式设备飞速发展的今天，电源系统越来越趋向于小型化、高效化、智能化，使得各大厂商纷纷加大了对于低电压大电流高效DC/DC变换芯片的研发。伴随着业界不断发展的需求，DC/DC变换技术以及相应的芯片设计方法也不断更新换代，各种巧妙的控制策略层出不穷，但我国在这方面起步较晚，加之此类模拟集成电路设计难度较大，需要设计者具有极其丰富的经验，所以与国际先进水平仍有较大的差距，所需转换芯片大部分依赖进口。DC/DC变换芯片中的调制方法主要分为两种脉冲宽度调制(PWM)和脉冲频率调制(PFM)，作为现有技术的一部分，中国专利技术专利开关稳压器(公开号CN 1282137A)对于这两种调制方法的基本原理作了详尽的说明，并介绍了两种升压型DC/DC变换器，其中PWM(脉冲宽度调制)工作方式的升压型DC/DC变换器，直流电压输入通过一只线圈与N沟道功率开关晶体管的漏极相连，从该连接点通过一只二极管与连接负载的输出端子连接。在负载的两端，并联了一个滤波电容。该输出信号被两只电阻分压，该分压点的信号与基准电压源的电压一起被误差放大器放大。该误差放大器的输出信号和按某个频率重复的三角波发生器的输出电压在比较器中进行比较，该比较器的输出连接到所述功率开关晶体管的栅极。根据输出电压的大小可以改变所述比较器的输出波形的占空比，进而控制所述开关晶体管的导通/截止，从而在可以精密控制的输出端子上获得纹波小的电压输出。另一种PFM(脉冲频率调制)工作方式的升压型DC/DC变换器中，与所述PWM工作方式变换器相同的是，输入通过一只线圈与N沟道功率开关晶体管的漏极相连，从该连接点通过一只二极管与连接负载的输出端子连接。在负载的两端，并联了一个滤波电容。与所述PWM工作方式变换器不同的是，去掉了误差放大器，增加了AND电路，并用振荡器代替了三角波发生器，再将该振荡器的输出和比较器的输出一起输入AND电路，由其输出的脉冲数控制所述功率开关晶体管，从而控制输出电压。但无论是PFM还是PWM调制方法，都无法在轻负载和重负载两种条件下同时实现令人满意的性能。更具体来说，采用PFM调制策略的DC/DC变换器在重负载条件下输出电压的纹波过大，另一方面，采用PWM调制策略的DC/DC变换器在轻负载条件下功率开关晶体管所消耗的功率占输出功率的比例上升，能量转换效率下降显著。近年来，结合了PFM和PWM特点的混合调制策略越来越受到设计者的重视，在新一代DC/DC转换芯片中广为采用。其中美国专利第5,568,044号与美国专利第6,545,882号都提出了一种基于PWM的DC/DC转换芯片。其特征在于通过监测电感电流的大小，在负载较轻的情况下，将原有的PWM控制模式改换成PFM控制模式，以改善PWM轻负载条件下效率下降的问题。然而采用这种现有技术的DC/DC转换芯片需要复杂的PWM/PFM双模式切换电路，设计难度较大，且芯片占用面积高。而美国专利第5,801,518号则提出了一种基于PFM的DC/DC转换芯片，其特征在于按照输出电压下降的程度，延长功率切换晶体管的开启时间，与此同时缩短功率切换晶体管之OFF时间。该现有技术认为，开启时间延长可以在电感中储存更多的能量，同时关断时间的缩短能防止电容过度放电，因此可改善重负载条件下PFM电压调节器之输出纹波。然而，在中国专利技术专利可延长最小OFF时间之脉冲频率调制式电压调节器(公开号CN1621988A)中，则对于此种现有技术的可行性提出了怀疑，认为这种现有技术在实际上反而造成了更大的输出纹波。其核心缺陷在于在重负载条件下，当功率开关晶体管切换的瞬间时，PFM型DC/DC转换芯片的输出电压无法立刻上升至峰值并随后按时间流逝而下降，而是上升到一定程度(未超过额定电压)时，就遇到下一个脉冲周期而继续下降，这样电感电流IL不断积累上升，直到达到过流保护规定的Imax，功率开关管关断，输出电压迅速上升超过额定电压，这样就会出现一个很明显的输出电压波纹，且PFM调制单元从激活到最终使得输出电压稳定的时间也变得十分冗长。针对上述问题，中国专利技术专利可延长最小OFF时间之脉冲频率调制式电压调节器(公开号CN1621988A)提出了一种新的基于PFM的DC/DC变换器，其最小关断时间可随输出电压和额定电压差值的增大而延长，采用这种方案后，即使在重负载条件下，电感电流可以供给电容充电的部分变小时，仍然可以保证输出电压升高到额定电压值以上，从而使得输出纹波得以减小。然而，纵观上述诸多关于PFM和混合调制的现有技术方案，它们均是采用固定Imin的大小而对开启时间或关断时间进行调节的方法来克服PFM重载下输出波纹过大的问题，无论如何调节时间，每个调制周期IL都要降低到Imin的水平，未从根本上解决输出纹波过大的问题。
技术实现思路
鉴于上述技术问题，本专利技术的一个目的在于提供一种PFM型DC/DC变换器，可在重负载条件(Iout大于额定输出值)下根据输出电流的增大同时提高电感电流的最小值Imin，缩短功率开关晶体管开关脉冲周期，从而降低输出电压产生的纹波。本专利技术的另一个目的在于提供一种PFM型DC/DC转换器，使其在轻负载条件下(Iout小于额定输出值)，维持电感电流最小值为0，增大功率开关管开关脉冲周期，从而保证较高的转换效率。本专利技术的又一个目的在于提供一种PFM型DC/DC转换器，使得从PFM调制激活到输出达到稳态所用时间减小。本专利技术提供一种脉冲频率调制型DC/DC升压转换器，用以将一直流电压源转换成电压高于此直流电源的稳定输出的直流电压源，包含一逻辑控制模块，用以产生一脉冲频率切换信号来进行DC/DC转换；一反馈网络电路，用以产生响应于输出电压值的反馈信号；一误差放大器电路，用以将反馈电压与基准电压之间的差值进行放大处理；一低通滤波电压电流转换模块，用以将放大后的误差信号滤去高频部分，并转换为可供DC/DC转换用的电感电流；一CS信号产生电路，即反馈电压检测比较器，用以检测反馈电压和基准电压之间的差值，并改变CS信号控制逻辑控制模块工作；一ICU信号产生电路，用以比较电感电流最小值与电感电流之间的差值，并改变ICU信号控制逻辑控制模块工作。附图说明图1为本专利技术所涉及的DC/DC转换器在两种负载情况下的工作波形图。图2为本专利技术所涉及的DC/DC转换器的顶层电路模块图。图3为本专利技术所涉及的DC/DC转换器中低通滤波和电压电流转换模块的细部设计图。附图标记说明图1Ipeak电感峰值电流Iout电感电流有效输出值Imin电感电流最本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种脉冲频率调制型ＤＣ／ＤＣ升压转换器，用以将一直流电压源转换成电压高于此直流电源的稳定输出的直流电压源，包含：一逻辑控制模块，用以产生一脉冲频率切换信号来进行ＤＣ／ＤＣ转换；一反馈网络电路，用以产生响应于输出电压值的反馈信 号；一误差放大器电路，用以将反馈电压与基准电压之间的差值进行放大处理；一低通滤波电压电流转换模块，用以将放大后的误差信号滤去高频部分，并转换为可供ＤＣ／ＤＣ转换用的电感电流；一ＣＳ信号产生电路，即反馈电压检测比较器， 用以检测反馈电压和基准电压之间的差值，并改变ＣＳ信号控制逻辑控制模块工作；一ＩＣＵ信号产生电路，用以比较电感电流最小值与电感电流之间的差值，并改变ＩＣＵ信号控制逻辑控制模块工作。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：褚以人，
申请(专利权)人：天津英诺华微电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。