DC/DC开关电源控制系统、方法、芯片和电子设备技术方案

本申请公开了DC/DC开关电源控制系统、方法、芯片和电子设备，实现了DC/DC开关电源的开关频率在输入输出电压波动的情况下仍保持恒定。该DC/DC开关电源控制系统包括：占空比信号产生器和自适应关断时间产生器；其中，所述占空比信号产生器，用于产生DC/DC开关电源的占空比信号D；所述自适应关断时间产生器，用于实时采样DC/DC开关电源的输入输出电压；当所述输入输出电压中有任何一个参数改变时，随所述参数的改变动态调节所述占空比信号D中的关断时间T

【技术实现步骤摘要】
DC/DC开关电源控制系统、方法、芯片和电子设备


[0001]本专利技术涉及开关电源
，更具体地说，涉及DC/DC开关电源控制系统、方法、芯片和电子设备。

技术介绍

[0002]DC/DC开关电源通过控制开关管的占空比实现对输出电压的调控。其现有控制方式之一为固定关断时间控制方式(在DC/DC开关电源的电路参数确定以后，关断时间将不会改变)，但该控制方式下存在开关频率随输入输出电压波动的问题。下面，以DC/DC开关电源为Buck
‑
Boost开关电源为例进行举例说明：
[0003]由伏秒法则可知Buck
‑
Boost开关电源的开关周期与关断时间的对应关系为：
[0004][0005]式中，D为占空比，T为开关周期也即开关频率的倒数，VIN为输入电压，VOUT为输出电压，T
OFF
为关断时间。
[0006]由式(1)可知，当关断时间T
OFF
为固定值时，开关频率会随输入电压VIN和输出电压VOUT的波动而发生变化，无法实现开关频率的恒定。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本专利技术提供了DC/DC开关电源控制系统、方法、芯片和电子设备，以实现DC/DC开关电源的开关频率在输入输出电压波动的情况下仍保持恒定。
[0008]一种DC/DC开关电源控制系统，包括：占空比信号产生器和自适应关断时间产生器；
[0009]其中，所述占空比信号产生器，用于产生DC/DC开关电源的占空比信号D；r/>[0010]所述自适应关断时间产生器，用于实时采样DC/DC开关电源的输入输出电压；当所述输入输出电压中有任何一个参数改变时，随所述参数的改变动态调节所述占空比信号D中的关断时间T
OFF
，以维持DC/DC开关电源的开关频率的恒定。
[0011]可选的，当DC/DC开关电源为Buck
‑
Boost开关电源时，所述自适应关断时间产生器通过使关断时间T
OFF
与成反比例，来维持DC/DC开关电源的开关频率的恒定；
[0012]其中，VIN表示DC/DC开关电源输入电压，VOUT表示DC/DC开关电源输出电压。
[0013]可选的，所述自适应关断时间产生器包括：关断时间产生电流源、关断时间产生电压源和关断时间产生电路；
[0014]其中，所述关断时间产生电流源为输出电流为预设值ItOFF的电流源；
[0015]所述关断时间产生电压源包括：可控开关S1和电容CtOFF；电容CtOFF的正极接所述关断时间产生电流源的输出端，电容CtOFF的负极接地；可控开关S1并联在电容CtOFF上；可控开关S1在高电平驱动下闭合、在低电平驱动下关断；或门O1输出低电平时期作为修正后的关断时间T
OFF
；
[0016]所述关断时间产生电路包括：第一PWM比较器U3和或门O1；第一PWM比较器U3的一个输入端接电容CtOFF的正极，另一输入端接收基准电压Vref；第一PWM比较器U3的输出端接或门O1的一个输入端；或门O1的另一输入端接收所述占空比信号D；或门O1的输出端同时接入所述占空比信号产生器和可控开关S1的控制端；
[0017]所述预设值ItOFF和所述基准电压Vref的取值要求为：关断时间T
OFF
随DC/DC开关电源的输入输出电压变化，且DC/DC开关电源的开关频率恒定。
[0018]可选的，基准电压Vref和电流ItOFF分别为：
[0019][0020]ItOFF＝I1+I2，
[0021]式中，K
IN
、R和k均为常数，k+1＝K
IN
。
[0022]可选的，所述关断时间产生电流源包括：比例电流源和镜像电流源；比例电流源的基准电流为比例电流源的基准电流与输出电流之比为1:k；镜像电流源的基准电流为比例电流源与镜像电流源的输出端连接在一起作为所述关断时间产生电流源的输出端。
[0023]可选的，所述比例电流源包括：第一PMOS管P1、第二PMOS管P2、第一电阻R1、第一误差放大器U1和第一NMOS管N1；
[0024]其中，第一误差放大器U1的同相输入端接收基准电压
[0025]第一误差放大器U1的输出端接第一NMOS管N1的栅极；
[0026]第一NMOS管N1的集电极接第一误差放大器U1的反相输入端，同时经过第一电阻R1接地；
[0027]第一NMOS管N1的漏级同时连接到第一PMOS管P1的漏级、第一PMOS管P1的栅极以及第二PMOS管P2的栅极；
[0028]第一PMOS管P1的源极与第二PMOS管P2的源极连接在一起；
[0029]第二PMOS管P2的漏级为所述比例电流源的输出端；
[0030]第一电阻R1的阻值为R。
[0031]可选的，所述镜像电流源包括：第三PMOS管P3、第四PMOS管P4、第二电阻R2、第二误差放大器U2和第二NMOS管N2；
[0032]第二误差放大器U2的同相输入端接收基准电压
[0033]第二误差放大器U2的反相输入端接第二NMOS管N2的源极，同时经过第二电阻R2接地；第二误差放大器U2的输出端接第二NMOS管N2的栅极；第二NMOS管N2的漏极同时连接到第四PMOS管P4的漏级、第三PMOS管P3的栅极以及第四PMOS管P4的栅极；
[0034]第三PMOS管P3的源极与第四PMOS管P4的源极连接在一起；
[0035]第三PMOS管P3的漏级为所述镜像电流源的输出端；
[0036]第二电阻R2的阻值为R。
[0037]可选的，当DC/DC开关电源为Buck
‑
Boost开关电源时，所述占空比信号产生器包括：反馈网络、第三误差放大器、第二PWM比较器、第一RS触发器和电流采样电路；
[0038]所述反馈网络采样DC/DC开关电源输出电压VOUT并反馈到所述第三误差放大器的同相输入端；所述第三误差放大器的反相输入端接收基准电压VREF；所述第三误差放大器的输出端接入所述第二PWM比较器的反相输入端；
[0039]所述电流采样电路采样所述Buck
‑
Boost开关电源的功率级的电流并反馈到所述第二PWM比较器的同相输入端；所述第二PWM比较器的输出端接入所述第一RS触发器的R端；所述第一RS触发器的Q端用于向所述自适应关断时间产生器和所述功率级发送占空比信号D，所述自适应关断时间产生器用于向所述第一RS触发器的S端发送关断时间调整信号D
OFF
。
[0040]可选的，所述DC/DC开关电源控制系统还包括：最小导通时间产生器；
[0041]所述最小导通时间产生器用于在DC/DC开关电源输出电压VOUT过冲时间内，令所述自适应关断时间产生器的输出经过一定延时时间后再输出到所述占空比信号产生器。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种DC/DC开关电源控制系统，其特征在于，包括：占空比信号产生器和自适应关断时间产生器；其中，所述占空比信号产生器，用于产生DC/DC开关电源的占空比信号D；所述自适应关断时间产生器，用于实时采样DC/DC开关电源的输入输出电压；当所述输入输出电压中有任何一个参数改变时，随所述参数的改变动态调节所述占空比信号D中的关断时间T
OFF
，以维持DC/DC开关电源的开关频率的恒定。2.根据权利要求1所述的DC/DC开关电源控制系统，其特征在于，当DC/DC开关电源为Buck
‑
Boost开关电源时，所述自适应关断时间产生器通过使关断时间T
OFF
与成反比例，来维持DC/DC开关电源的开关频率的恒定；其中，VIN表示DC/DC开关电源输入电压，VOUT表示DC/DC开关电源输出电压。3.根据权利要求1或2所述的DC/DC开关电源控制系统，其特征在于，所述自适应关断时间产生器包括：关断时间产生电流源、关断时间产生电压源和关断时间产生电路；其中，所述关断时间产生电流源为输出电流为预设值ItOFF的电流源；所述关断时间产生电压源包括：可控开关S1和电容CtOFF；电容CtOFF的正极接所述关断时间产生电流源的输出端，电容CtOFF的负极接地；可控开关S1并联在电容CtOFF上；可控开关S1在高电平驱动下闭合、在低电平驱动下关断；或门O1输出低电平时期作为修正后的关断时间T
OFF
；所述关断时间产生电路包括：第一PWM比较器U3和或门O1；第一PWM比较器U3的一个输入端接电容CtOFF的正极，另一输入端接收基准电压Vref；第一PWM比较器U3的输出端接或门O1的一个输入端；或门O1的另一输入端接收所述占空比信号D；或门O1的输出端同时接入所述占空比信号产生器和可控开关S1的控制端；所述预设值ItOFF和所述基准电压Vref的取值要求为：关断时间T
OFF
随DC/DC开关电源的输入输出电压变化，且DC/DC开关电源的开关频率恒定。4.根据权利要求3所述的DC/DC开关电源控制系统，其特征在于，基准电压Vref和电流ItOFF分别为：ItOFF＝I1+I2，式中，K
IN
、R和k均为常数，k+1＝K
IN
。5.根据权利要求4所述的DC/DC开关电源控制系统，其特征在于，所述关断时间产生电流源包括：比例电流源和镜像电流源；比例电流源的基准电流为比例电流源的基准电流与输出电流之比为1:k；镜像电流源的基准电流为比例电流源与镜像电流源的输出端连接在一起作为所述关断时间产生电流源的输出端。6.根据权利要求5所述的DC/DC开关电源控制系统，其特征在于，所述比例电流源包括：
第一PMOS管P1、第二PMOS管P2、第一电阻R1、第一误差放大器U1和第一NMOS管N1；其中，第一误差放大器U1的同相输入端接收基准电压第一误差放大器U1的输出端接第一NMOS管N1的栅极；第一NMOS管N1的集电极接第一误差放大器U1的反相输入端，同时经过第一电阻R1接地；第一NMOS管N1的漏级同时连接到第一PMOS管P1的漏级、第一PMOS管P1的栅极以及第二PMOS管P2的栅极；第一PMOS管P1的源极与第二PMOS管P2的源极连接在一起；第二PMOS管P2的漏级为所述比例电流源的输出端；第一电阻R1的阻值为R。7.根据权利要求5或6所述的DC/DC开关电源控制系统，其特征在于，所述镜像电流源包括：第三PMOS管P3、第四PMOS管P4、第二电阻R2、第二误差放大器U2和第二NMOS管N2；第二误差放大器U2的同相输入端接收基准电压第二误差放大器U2的反相输入端接第二NMOS管N2的源极，同时经过第二电阻R2接地；第二误差放大器U2的输出端接第二NMOS管N2的栅极；第二NMOS管N2的漏极同时连接到第四PMOS管P4的漏级、第三PMOS管P3的栅极以及第四PMOS管P4的栅极；第三PMOS管P3的源极与第四PMOS管P4的源极连接在一起；第三PMOS管P3的漏级为所述镜像电流源的输出端；第二电阻R2的阻值为R。8.根据权利要求1或2所述的DC/DC开关电源控制系统，其特征在于，当DC/DC开关电源为Buck
‑
Boost开关电源时，所述占空比信号产生器包括：反馈网络...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔庆河，严之嶽，
申请(专利权)人：上海艾为电子技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：