【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及dc-dc升压变换器，特别是涉及一种快速负载响应的dc-dc升压变换器及电源管理系统。
技术介绍
1、在可移动设备(如万物互联iot、led驱动、pa包络跟踪)的电源管理芯片设计中，业界对dc-dc升压变换器(boost converter)的性能提出了更高的要求。特别地，在需要快速负载响应的应用中，当输出端负载电流快速变化时，升压变换器需要尽可能缩短响应时间以使输出电压迅速恢复稳态。其次，高效率是对一个电源管理芯片的基本需求，效率的提升意味着更长的芯片寿命和更高的能量转换率。而电压转换比的大小决定了升压变换器的适用范围的大小，如果某种升压变换器的电压转换比的理论极限过低，那么就意味着它的应用范围受限。现在的市场需求中，以锂电池为输入电压(2.7-4.2v)的升压变换器的输出电压往往高于5-6v，因此需要一个能提供相对较宽范围电压转换比的升压变换器。
2、传统拓扑结构的升压变换器(conventional boost converter)如图1所示，通过两个工作模态(φ1和φ2)的切换来完成升压。这种拓扑结构的主要缺陷是：从时域来看，当瞬态负载响应发生时，即负载电流io突然增大，增大的电流消耗了输出电容co上的电荷，因此输出电压vo会产生瞬态压降。由于电感需要被充电进而使得电感电流上升才能使升压变换器回到稳态，传统型变换器就需要更多的时间停留在φ1，而输出电容co在φ1下单独给输出端负载提供电流，这会使得输出电压vo进一步下降，然后随着电感电流逐渐恢复到稳态值，vo才逐渐恢复到稳态。因此，传统型升压变换
3、图2展示了一种名为双通路升压变换器(dual path step-up converter)的拓扑结构，简称为dpuc。它可以将右半平面零点移至更高频率来获得更高的带宽并能降低电感平均电流来降低导通损耗。然而，dpuc只能将右半平面零点的位置向高频推移从而增加带宽，并未完全消除其带来的负面影响，因为只要右零点还存在，系统带宽的扩展仍会受限。dpuc的另一个缺点是削弱了电压转换比(conversion ratio)。如果φ1对应的占空比是d，φ2对应的占空比是1-d，那么dpuc的电压转换比为恒小于传统型的电压转换比另外，dpuc的拓扑结构需要两个耐压分别为vo和(2vo-vin)的高压管(图2中的s2和s1)，而高压管带有更大的寄生电容和导通阻抗，这会使得效率降低。因此dpuc在开关管耐压上显示出了劣势。
4、如图2所示1-plus-d的升压变换器，它也可以实现消除右半平面零点的功能。然而，1-plus-d结构的缺陷在于其电压转换比的理论最大值无法超过2，如果考虑实际的电容硬充电损耗，其电压提升能力会进一步降低。因此，1-plus-d虽然有相比传统型和dpuc而言更好的动态性能，但应用范围非常受限。
5、此外，还存在其他可以移动甚至消除右半平面零点的拓扑结构，但需要不止一个电感和飞跨电容以及更多的开关管，这会在很大程度上提升成本、增加系统的体积(尤其是电感会使片外系统体积大大增加)并且降低效率，不适合可移动设备的芯片设计。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种单电感、单飞跨电容的快速负载响应dc-dc升压变换器及电源管理系统，同时具有宽范围电压转换比和高效率的特点。
2、本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种快速负载响应的dc-dc升压变换器，其特征在于：包括直流输入电压源vin、第一开关s1～第五开关s5、电感l、输出电容co、输出电流源io以及飞跨电容cf；
3、所述直流输入电压源vin的正极分别与第一开关s1和第三开关s3的第一端连接，直流输入电压源vin的负极接地；第一开关s1的第二端连接到飞跨电容cf的第二端；第三开关s3的第二端连接到电感l的第一端，电感l的第二端连接到负载电流源io的第一端，负载电流源io的第二端与直流输入电压源vin的负极连接；第二开关s2的第一端连接到电感l的第一端，第二开关s2的第二端连接到飞跨电容cf的第一端；
4、第四开关s4的第一端连接到负载电流源io的第一端，第四开关s4的第二端连接到飞跨电容cf的第一端，第五开关s5的第一端连接到飞跨电容cf的第二端，第五开关s5的第二端接地，所述输出电容co的一端与负载电流源io的第一端连接，另一端则与负载电流源io的第二端连接；所述负载电流源io的第一端和第二端之间的电压作为升压变换器的输出电压vo。
5、在本专利技术升压变换器的功率级中，电感l，飞跨电容cf和输出电容co是片外器件；开关s1～s5则由芯片内绝缘栅型场效应晶体管(mosfet)实现。开关s1～s2由p型mosfet实现而开关s3～s5由n型mosfet实现。
6、本专利技术的电源管理系统，包括控制子系统、驱动子系统和所述dc-dc升压变换器；
7、所述控制子系统包括分压电阻，基于误差放大器的type-ii补偿网络、时钟与斜坡生成电路、比较器、rs锁存器、死区时间保护模块和驱动逻辑电路模块；所述驱动子系统包括开关驱动器模块。
8、考虑到控制系统需要接入vdd工作电压，故驱动子系统还包括电平转换器模块，电平转换器模块采用传统的电平转换器将控制器的电压域0-vdd转移到功率级电压域0-vin之间，控制器的电源电压为vdd，用于给控制器内部的误差放大器、比较器和逻辑电路供电。由于vdd一般不用给大功率器件提供电流，而仅仅是给平均电流仅为不到2ma的控制器供电，因此可以从电源管理的系统中直接获取一个参考电位。本芯片在测试中选取vdd＝5v，由一个片外电压源来提供。本专利技术升压变换器的控制子系统和驱动子系统同样完全在片内实现。
9、所述第一反馈分压电阻rf1的一端与输出电流源io的第一端连接，第一反馈分压电阻rf1的另一端通过第二反馈分压电阻rf2接地；所述误差放大器(error amplifier)的反向输入端连接到第一反馈分压电阻rf1和第二反馈分压电阻rf2之间；所述误差放大器的同相输入端用于输入参考电压vref。误差放大器的等效输出电阻为ro,ro等价于在误差放大器的输出端连接一个电阻至地，阻值约为几百千欧姆级别。并且误差放大器的输出端vea与rc和cc的串联支路相连从而构成type-ii补偿网络。vea和被斜坡生成电路生成的ramp信号比较之后形成方波信号vc，vc被输入到rs锁存器的reset端(r端口)，时钟与斜坡生成电路输出的时钟信号(clk)传输到rs锁存器模块的set端口(s端口)，rs锁存器模块的同相输出端(q端口)用于输出占空比为d的方波信号q，并传输到死区时本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种快速负载响应的DC-DC升压变换器，其特征在于：包括直流输入电压源VIN、第一开关S1~第五开关S5、电感L、输出电容CO、输出电流源IO以及飞跨电容CF；
2.根据权利要求1所述的一种快速负载响应的DC-DC升压变换器，其特征在于：所述第一开关S1~第五开关S5均采用MOSFET。
3.根据权利要求1所述的一种快速负载响应的DC-DC升压变换器，其特征在于：所述第一开关S1~第二开关S2为P型MOSFET，作为第一模态开关组，第三开关S3~第五开关S5为N型MOSFET，作为第二模态开关组。
4.一种电源管理系统，基于权利要求1~3中任意一项所述的DC-DC升压变换器，其特征在于：包括控制子系统、驱动子系统和所述DC-DC升压变换器；
5.根据权利要求4所述的一种电源管理系统，其特征在于：所述分压电阻包括第一反馈分压电阻RF1和第二反馈分压电阻RF2；所述type-II补偿网络包括误差放大器、电阻RC和电容CC；
6.根据权利要求4所述的一种电源管理系统，其特征在于：所述死区时间保护模块的输入端与RS锁存器模块
...【技术特征摘要】
1.一种快速负载响应的dc-dc升压变换器，其特征在于：包括直流输入电压源vin、第一开关s1~第五开关s5、电感l、输出电容co、输出电流源io以及飞跨电容cf；
2.根据权利要求1所述的一种快速负载响应的dc-dc升压变换器，其特征在于：所述第一开关s1~第五开关s5均采用mosfet。
3.根据权利要求1所述的一种快速负载响应的dc-dc升压变换器，其特征在于：所述第一开关s1~第二开关s2为p型mosfet，作为第一模态开关组，第三开关s3~第五开关s5为n型mosfet，作为第二模态开关组。
4.一种电源管...
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