输入输出共同调制的自适应斜坡电压型脉冲宽度控制BUCK转换器制造技术

一种输入输出共同调制的自适应斜坡电压型脉冲宽度调制Buck转换器，其特征在于，包括第一开关管、第二开关管、功率电感、第一反馈电阻、第二反馈电阻、带隙基准模块、误差放大器、第一跨导放大器、第二跨导放大器、斜坡控制开关管、斜坡电容、比较器、振荡器、D触发器和驱动模块。本发明专利技术解决了传统的固定斜坡电压型脉冲宽度控制的Buck转换器瞬态响应速度慢以及线性调整率和负载调整率受限的问题。性调整率和负载调整率受限的问题。性调整率和负载调整率受限的问题。

【技术实现步骤摘要】
输入输出共同调制的自适应斜坡电压型脉冲宽度控制BUCK转换器


[0001]本专利技术属于集成电路
，具体涉及一种输入输出共同调制的自适应斜坡电压型脉冲宽度控制Buck转换器。

技术介绍

[0002]在传统的固定斜坡电压型脉冲宽度控制的Buck转换器中，如图1所示，输出反馈电压V
FB
与参考电压V
REF
分别连接至误差放大器的负输入和正输入端，误差放大器输出误差放大信号V
C
与固定的斜坡信号V
RAMP
比较生成V
CoMP
控制信号，每当时钟信号到来，脉宽调制信号输出高电平控制电感充电，并同时控制斜坡电容开始充电；当斜坡电压V
RAMP
上升至V
C
时，比较器的输出翻转为高电平控制电感放电，当下一个时钟信号到来时进入下一个充放电周期，从而控制Buck转换器。
[0003]传统的电压型脉冲宽度控制的Buck转换器由于工作频率固定，适合多相变换器的设计，而且内部斜坡对外部开关噪声和尖峰具有较强的鲁棒性。因此，电压型脉冲宽度控制的Buck转换器已成为一些高速DC
‑
DC转换器的首选。但是，传统的固定斜坡电压型脉冲宽度控制的Buck转换器存在以下问题：(1)误差放大器采用大电容进行频率补偿，导致瞬态响应恶化。(2)采用固定斜坡，占空比只能通过V
C
调节，所以V
C
变化范围大从而导致V
OUT
在不同输入输出情况下变化大，即线性调整率和负载调整率高。

技术实现思路

[0004]针对上述传统的固定斜坡电压型脉冲宽度控制的Buck转换器存在的瞬态响应速度受限以及线性调整率和负载调整率有限的问题，本专利技术提出了一种输入输出共同调制的自适应斜坡电压型脉冲宽度调制Buck转换器，输入电压V
IN
经过跨导放大器GM1形成包含输入电压信息的斜坡充电电流，误差放大器EA的输出电压V
C
经过跨导放大器GM2形成包含输出信息的斜坡放电电流，斜坡斜率随输入输出变化而自适应调节以加速瞬态响应；同时自适应斜坡的稳态平衡和系统的稳态平衡共同形成了误差放大器输出电压V
C
的负反馈调节环路，使得在各种输入输出条件下系统达到稳态后V
C
几乎恒定，从而在各种输入输出条件下系统达到稳态后输出电压V
OUT
的值变化更小，即改善了瞬态响应速度以及线性调整率和负载调整率。
[0005]本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种输入输出共同调制的自适应斜坡电压型脉冲宽度调制Buck转换器，其特点在于，包括第一开关管、第二开关管、功率电感、第一反馈电阻、第二反馈电阻、带隙基准模块、误差放大器、第一跨导放大器、第二跨导放大器、斜坡控制开关管、斜坡电容、比较器、振荡器、D触发器和驱动模块；
[0007]所述第一开关管的一端连接所述Buck转换器的输入信号，另一端连接第二开关管的一端和功率电感的一端，所述第二开关管的另一端接地；
[0008]所述功率电感的另一端输出所述Buck转换器的输出信号并经串联的第一反馈电阻和第二反馈电阻后接地；
[0009]所述第一反馈电阻和第二反馈电阻的串联点连接所述误差放大器的负输入端，该误差放大器的正输入端连接带隙基准模块的参考电压输出端；
[0010]所述误差放大器的输出端接所述比较器的负输入端，该比较器的正输入端接斜坡电容的一端、斜坡控制开关管的一端和第二跨导放大器的输出端；
[0011]所述斜坡电容的另一端接地，斜坡控制开关管的另一端接第一跨导放大器的输出端；
[0012]所述第一跨导放大器的正向输入端接Buck转换器的输入信号，该第一跨导放大器的负向输入端接地，所述第二跨导放大器的正向输入端接所述误差放大器的输出信号，该第二跨导放大器的负向输入端接地；
[0013]所述比较器的输出端接所述D触发器的复位输入端，该D触发器的数据输入端接电源电压，该D触发器的时钟输入端接所述振荡器输出的时钟信号，D触发器的Q输出端输出占空比信号；
[0014]所述驱动模块根据所述占空比信号产生第一开关管和第二开关管的控制信号。
[0015]优选的，所述第一开关管和第二开关管为NMOS管，所述第一开关管的栅极和第二开关管的栅极分别连接所述驱动模块输出端，接收控制信号，所述第一开关管的漏极连接Buck转换器的输入信号，源极连接所述第二开关管的漏级，所述第二开关管的源极接地。
[0016]优选的，所述带隙基准模块，提供与所述Buck转换器的输出信号成比例的电压信号；所述振荡，提供所述Buck转换器系统工作频率下的时钟信号。
[0017]优选的，，所述第一跨导放大器的跨导值GM1与所述第二跨导放大器的跨导值GM2满足以下条件：
[0018]GM1·
V
OUT
＝GM2·
V
C
[0019]式中，V
C
为误差放大器输出电压值，V
OUT
为所述Buck转换器的输出电压。
[0020]所述第一跨导放大器根据所述Buck转换器输入信号和地之间的电压，形成包含输入电压信息的斜坡电容充电电流；
[0021]所述第二跨导放大器根据所述误差放大器输出电压，形成包含输出电压信息的斜坡电容放电电流；
[0022]所述斜坡电容将包含所述Buck转换器输出电压信息的电流、包含Buck转换器输入电压信息的电流以及占空比信号联结起来，生成一个包含输出电压信息、输入电压信息和占空比信号信息的斜坡电压；
[0023]所述斜坡电容的斜坡斜率随输入输出电变化而自适应调节以加速瞬态响应。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0024]本专利技术提出一种输入输出共同调制的自适应斜坡脉冲宽度调制方案，自适应斜坡的斜率由Buck转换器的输入电压V
IN
和误差放大器EA的输出电压V
C
共同进行调制，前者形成包含输入电压V
IN
信息的电流对斜坡电容充电，后者形成包含输出电压V
OUT
信息的电流对斜坡电容放电，使得斜坡在各种输入输出情况下的斜坡斜率随之变化，以此加速线性和负载瞬态响应，有效的提升瞬态响应速度；输入输出共同调制的自适应斜坡的稳态平衡和系统的稳态平衡共同形成了误差放大器输出电压V
C
的负反馈调节环路，使得误差放大器输出电
压V
C
在各种输入输出条件下稳定后几乎不变，由于V
C
是Buck转换器输出电压V
OUT
经过反向放大后的信号，因此在不同的输入和负载下变化更小，即有效的改善了线性调整率和负载调整率；综上所述，本专利技术解决了传统的固定斜坡电压型脉冲宽度控制的Buck转换器瞬态响应速度慢以及线性调整率和负载调整率受限的问题。
附图说明
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种输入输出共同调制的自适应斜坡电压型脉冲宽度调制Buck转换器，其特征在于，包括第一开关管、第二开关管、功率电感、第一反馈电阻、第二反馈电阻、带隙基准模块、误差放大器、第一跨导放大器、第二跨导放大器、斜坡控制开关管、斜坡电容、比较器、振荡器、D触发器和驱动模块；所述第一开关管的一端连接所述Buck转换器的输入信号，另一端连接第二开关管的一端和功率电感的一端，所述第二开关管的另一端接地；所述功率电感的另一端输出所述Buck转换器的输出信号并经串联的第一反馈电阻和第二反馈电阻后接地；所述第一反馈电阻和第二反馈电阻的串联点连接所述误差放大器的负输入端，该误差放大器的正输入端连接带隙基准模块的参考电压输出端；所述误差放大器的输出端接所述比较器的负输入端，该比较器的正输入端接斜坡电容的一端、斜坡控制开关管的一端和第二跨导放大器的输出端；所述斜坡电容的另一端接地，斜坡控制开关管的另一端接第一跨导放大器的输出端；所述第一跨导放大器的正向输入端接Buck转换器的输入信号，该第一跨导放大器的负向输入端接地，所述第二跨导放大器的正向输入端接所述误差放大器的输出信号，该第二跨导放大器的负向输入端接地；所述比较器的输出端接所述D触发器的复位输入端，该D触发器的数据输入端接电源电压，该D触发器的时钟输入端接所述振荡器输出的时钟信号，D触发器的Q输出端输出占空比信号；所述驱动模块根据所述占空比信号产生第一开关管和第二开关管的控制信号。2.根据权利要求1所述的输入输出共同调制的自适应斜坡电压型脉冲宽度调制Buck转换器，其特征在于，所述第一开关管和第二开关管为NMOS管，所述第一开关管...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵阳，贺兵兵，连勇，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：