可增强瞬态响应的低纹波四管升降压开关电源控制电路制造技术

本发明专利技术提出可增强瞬态响应的低纹波四管升降压开关电源控制电路，包括采样保持电路

【技术实现步骤摘要】
可增强瞬态响应的低纹波四管升降压开关电源控制电路


[0001]本专利技术涉及开关电源电路，尤其涉及可增强瞬态响应的低纹波四管升降压开关电源控制电路
。

技术介绍

[0002]在电源管理系统中，开关电源由于其具有大范围升降压，高效率等优点被广泛采用
。
随着对低功耗的重视增加，需要开关电源工作在更低的输出电压以及更大的输出电流
。
其中四管开关升降压电路
(FOURSWITCHBUCK
‑
BOOST
；
FSBB)
由于其具有宽电压范围以及大功率输出的优良特性主要应用于各类消费电子产品以及新能源汽车
。
同时隔离型
FSBB
既有良好的可靠性和电气隔离的功能，其中分为原边采样和副边采样，副边采样纹波低且瞬态响应好，原边采样具有线性补偿且带有恒流特性
。
为实现较低纹波一般采用副边采样，副边采样对环路补偿要求较高
。
[0003]FSBB
具有三个工作状态，第一阶段：
Q1、Q4
管导通，储能阶段，对原边电感充电
。
第二阶段：
Q2、Q3
管导通，能量传输阶段，通过变压线圈对副边进行功率传输
。
第三阶段：
Q2、Q4
导通，电流钳位阶段，实现对电感电流的复位，并通过电感反向电流使得
Q1
管
ZVS
导通
。
整体实现
DCM
导通过程
。
[0004]为保证较高的转换效率，需要使四个开关管工作都在
ZVS
的软开关导通下，这需要在开关导通的间隙之间插入一定的死区时间实现
ZVS
导通
。
同时，开关电源电路的开关工作模式具有多种控制方式，单一模式控制，双模式控制，多模式控制，以了实现不同负载下
、
不同工作频率的工作环境
。
为了覆盖更大范围的负载变化，需要采样多模式控制的方式实现较高的效率
。
变压器原边电感在功率传输阶段有可能会产生较大反向电流，这会使得下个导通周期发生电流倒灌现象，使得开关电源的效率下降
。
本专利技术通过对电感电流的采样并在原边电感发生倒灌前使得
Q3
管及时关断
。
[0005]为了实现较快的瞬态响应，提高开关电源的线性调整率，本文通过超前采样，实现对线性调整度的提高，并且采用了自适应多模式工作环境以及使四管均工作在
ZVS
导通模式下，实现软开关提高效率
。

技术实现思路

[0006]专利技术目的：为进一步改善
FSBB
的性能，本专利技术旨在提高线性调整率以及降低纹波提高效率，提出一种应用电感前端采样提高开关电源线性调整率
。
同时导通控制模式采取
DCM
模式，以及当负载变化时可以自适应改变工作频率和占空比以提高效率
。
[0007]技术方案：
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案在四管升降压开关电源电路中进行具体应用：
[0009]可增强瞬态响应的低纹波四管升降压开关电源控制电路，包括采样保持电路
、
误差放大器
EA、
定时电路
、
伏秒平衡电路
、
高电平采样电路
、
逻辑控制电路和驱动电路：
[0010]输入电压
VIN
的正极接功率管
Q1
的漏端，其负极接功率管
Q2、
功率管
Q4
的源端以及电容
C1、
电阻
R2
的一端，功率管
Q1
的源端与功率管
Q2
的漏端以及变压器原边线圈的一边相连，功率管
Q3
的源端与功率管
Q4
的漏端与变压器原边线圈的另一端相连，功率管
Q3
的漏端接电阻
R1
和电容
C1
一端，电阻
R2
与电阻
R1
相连，变压器副边线圈的一边接地以及同时连接电容
C2、
阻抗
ROUT、
电阻
R3
的一端，另一边接二极管的正端，二极管的负端接电容
C2、
阻抗
ROUT、
电阻
R3
以及输出端
VOUT
；
[0011]采样保持电路输入端在原边采样时接电阻
R2
，在副边采样时接电阻
R3
，采样保持电路的输出接误差放大器
EA
的同向输入端，误差放大器
EA
的反向输入端接基准电压源
VREF
，误差放大器输出
Verr
接定时电路的输入端，变压器原边电感正端
VL+、
负端
VL
‑
分别连接一个
1/K
采样，两个
1/K
采样的输出均接伏秒平衡电路的输入端，且其中一个
1/K
采样的输出还接高电平采样电路的输入端，伏秒平衡输出端
Q3B
接逻辑控制电路输入端，高电平采样电路输出端接定时电路输入端，定时电路输出接逻辑控制电路，逻辑控制电路输出端接驱动电路，驱动电路输出控制信号
Q1、Q2、Q3、Q4。
[0012]优选的，所述高电平采样电路包括第一延时单元
、
第一与门和第三开关：
[0013]所述控制信号
Q1
经过第一延时单元以及第一与门提供第三开关的控制信号
。
[0014]优选的，所述定时电路包括第一定时器和第二定时器，所述第一定时器包括第一压控电流源
、
电容
C3、
第一开关
、
第一
SR
触发器
、
第四延时单元
、
第五延时单元
、
第六延时单元
、
第一比较器和第一脉冲发生器：
[0015]第一压控电流源输入端接误差放大器
EA
的输出
Verr
，第一压控电流源输出接电容
C3
和第一比较器正端，第一比较器的输出接第四延时单元，并经过第一脉冲发生器生产控制信号
Q1ST
，再经过控制信号
Q4
导通判断信号产生
Q1ON
，同时第一脉冲发生器输出接第五延时单元接第一
SR
触发器
S
端，第一
SR
触发器
R
端接第二定时器经过第六延时单元及第三脉冲发生器后的输出，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
可增强瞬态响应的低纹波四管升降压开关电源控制电路，其特征在于，包括采样保持电路
、
误差放大器
EA、
定时电路
、
伏秒平衡电路
、
高电平采样电路
、
逻辑控制电路和驱动电路：输入电压
VIN
的正极接功率管
Q1
的漏端，其负极接功率管
Q2、
功率管
Q4
的源端以及电容
C1、
电阻
R2
的一端，功率管
Q1
的源端与功率管
Q2
的漏端以及变压器原边线圈的一边相连，功率管
Q3
的源端与功率管
Q4
的漏端与变压器原边线圈的另一端相连，功率管
Q3
的漏端接电阻
R1
和电容
C1
一端，电阻
R2
与电阻
R1
相连，变压器副边线圈的一边接地以及同时连接电容
C2、
阻抗
ROUT、
电阻
R3
的一端，另一边接二极管的正端，二极管的负端接电容
C2、
阻抗
ROUT、
电阻
R3
以及输出端
VOUT
；采样保持电路输入端在原边采样时接电阻
R2
，在副边采样时接电阻
R3
，采样保持电路的输出接误差放大器
EA
的同向输入端，误差放大器
EA
的反向输入端接基准电压源
VREF
，误差放大器输出
Verr
接定时电路的输入端，变压器原边电感正端
VL+、
负端
VL
‑
分别连接一个
1/K
采样，两个
1/K
采样的输出均接伏秒平衡电路的输入端，且其中一个
1/K
采样的输出还接高电平采样电路的输入端，伏秒平衡输出端
Q3B
接逻辑控制电路输入端，高电平采样电路输出端接定时电路输入端，定时电路输出接逻辑控制电路，逻辑控制电路输出端接驱动电路，驱动电路输出控制信号
Q1、Q2、Q3、Q4。2.
如权利要求1所述的可增强瞬态响应的低纹波四管升降压开关电源控制电路，其特征在于，所述高电平采样电路包括第一延时单元
、
第一与门和第三开关：所述控制信号
Q1
经过第一延时单元以及第一与门提供第三开关的控制信号
。3.
如权利要求2所述的可增强瞬态响应的低纹波四管升降压开关电源控制电路，其特征在于，所述定时电路包括第一定时器和第二定时器，所述第一定时器包括第一压控电流源
、
电容
C3、
第一开关
、
第一
SR
触发器
、
第四延时单元
、
第五延时单元
、
第六延时单元
、
第一比较器和第一脉冲发生器：第一压控电流源输入端接误差放大器
EA
的输出
Verr
，第一压控电流源输出接电容
C3
和第一比较器正端，第一比较器的输出接第四延时单元，并经过第一脉冲发生器生产控制信号
Q1ST
，再经过控制信号
Q4
导通判断信号产生
Q1ON
，同时第一脉冲发生器输出接第五延时单元接第一
SR
触发器
S
端，第一
SR
触发器
R
端接第二定时器经过第六延时单元及第三脉冲发生器后的输出，第一
SR
触发器的输出端
Q
接第一开关的控制端，第一开关接在电容
C3
两端；所述第二定时器包括第二压控电流源
、
电容
C4、
第二开关
、
第二
SR
触发器
、
第二比较器
、
第二延时单元
、
第三延时单元：第二压控电流源的输入端接第三开关，第三开关的另一端接变压器原边电感正端采样信号
VL+1/K
，且同时与偏置电压
Vbias
加权后接第一定时器的第一比较器的负端，第二定时器的输出端接电容
C4
及第二比较器的正端，第二比较器的负端接误差放大器
EA
的输出
Verr
，第二比较器的输出经过第二延时单元接反相器及第二脉冲发生器，第二脉冲发生器生成控制信号
Q2ST
，同时通过第三延时单元接第二
SR
触发器的
S
端，第二
SR
触发器的
R
端接第一定时器产生的信号
Q1ON
，第二
SR
触发器输出端
Q
接第二开关的控制信号，第二开关接在电容
...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙伟锋，樊浩男，方中元，徐申，陈明刚，钱钦松，时龙兴，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：