一种带有自校准输出的电流模式变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种带有自校准输出的电流模式变换器。本发明专利技术针对现有技术误差放大器增益降低，不能满足负载调整率要求的问题而提出的。具体包括控制逻辑单元、误差放大器、驱动和死区控制单元、第一上拉电阻、第二上拉电阻、PWM比较器和输出单元，还包括数字校准控制单元，所述数字校准控制单元包括了第一比较器、第二比较器、校准模块和电流镜模块。本发明专利技术通过数字校准控制单元控制流过连接在误差放大器上的第二上拉电阻的电流变化，进而以步进方式改变误差电压的大小，使输出电压在较宽的负载范围内仍然能够保持较小的波动，提高了系统的负载调整率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电子
，涉及一种应用于功率集成电路中的功率变换器的设 计。
技术介绍
集成功率变换器在各种电子产品中得到了广泛应用，是功率集成电路的重要组成 部分。功率变换器中的降压型开关功率变换器在便携设备中起到了变换电池电压到较低供 电电压的作用，其可分为电压模式和电流模式控制。电流模式控制降压型开关功率变换器 采用双环控制，将开关变换器的电感电流和电容电压作为两个控制变量分别进行控制，可 以精确地控制电感电流。传统的降压型电流模式控制开关功率变换器的典型结构如图1所示，包括反馈网 络，控制逻辑单元、误差放大器(EA，Error Amplifier)、PWM(脉冲宽度调制器)比较器、驱 动单元和输出单元。图1中，误差放大器EA差分输入端正端和负端分别连接输出电压Vout 和参考电压Vref，EA根据输出电压Vout和参考电压Vref向P丽比较器comp给出误差电 压Vl和V2。PWM比较器CompO的另一输入端连接锯齿波信号。在电流控制模式中，锯齿波 信号是通过采样电感电流来得到的。PWM比较器根据误差放大器输出电压V2调整输出脉冲 的占空比。控制逻辑单元然后根据PWM比较器CompO输出的脉冲，脉冲信号通过驱动单元 驱动输出单元的一对晶体管(MP和MN)对输入电压Vin进行功率变换，产生输出电压Vout。 图1是典型的模拟控制功率变换器电路，晶体管MP和MN以及电感L、电容C和负载电阻R 构成降压型开关功率变换器电路。传统电流模式变换器中的误差放大器需要较高的增益来 提高环路增益以满足负载调整率的要求，但在纳米工艺下高增益误差放大器的设计非常困 难，且在负载范围较宽时，很难保证负载调整率的指标。这样输出电压会出现较大的波动。 因此，需要一种数字辅助的方式提高功率变换器的环路增益来改进系统的负载调整率，使 输出电压在较宽的负载范围内仍然能够保持较小的波动。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题，就是针对现有电流模式变换器中误差放大器增益较 低，不能满足负载调整率要求的问题，提出了一种带有自校准输出的电流模式变换器。本专利技术采用如下技术方案一种带有自校准输出的电流模式变换器，包括控制逻辑单元、误差放大器、驱动和 死区控制单元、第一上拉电阻、第二上拉电阻、PWM比较器和输出单元，所述误差放大器的两 个输入端分别接输出单元的输出电压和参考电压，误差放大器输出端为差分误差电压，误 差放大器的正输出端与第一上拉电阻相连接，误差放大器的负输出端与第二上拉电阻相连 接，所述PWM比较器输入接误差放大器的输出，根据所述误差电压调整PWM比较器输出脉冲 的占空比，所述控制逻辑单元的输入端接PWM比较器的输出端，并根据PWM比较器输出的脉 冲，通过驱动和死区控制单元以及输出单元对输入电压进行功率变换，产生输出电压；其特征在于还包括数字校准控制单元，所述数字控制单元输入端连接输出单元的输出电压，输 出端连接误差放大器的负输出端；当所述输出单元的输出电压超过设定范围时，所述数字 校准控制单元以步进方式改变所述误差电压的大小，使所述输出单元的输出电压保持在所 述设定范围内。进一步的，所述数字校准控制单元包括了第一比较器、第二比较器、校准模块和电 流镜模块；所述第一比较器和第二比较器正输入端连接输出单元的输出电压，第一比较器 和第二比较器负输入端连接参考电压，第一比较器和第二比较器输出端连接校准模块的输 入端，所述校准模块输出的控制码用于控制电流镜模块，决定电流镜模块中的电流镜开启 的数量，控制流过连接在误差放大器上的第二上拉电阻的电流变化，从而以步进方式改变 所述误差电压的大小。进一步的，所述输出单元包括第一 NMOS管和第一 PMOS管，所述第一 PMOS管和第 一 NMOS管的栅极与驱动和死区控制单元输出端相连接，其漏极连接在一起作为输出端，所 述第一 NMOS管源极接地，所述第一 PMOS管源极接输入电压。具体的，所述误差放大器为非闭环的跨导放大器。具体的，所述校准模块为计数器。本专利技术的有益效果本专利技术通过数字校准控制单元控制流过连接在误差放大器上 的第二上拉电阻的电流变化，进而以步进方式改变误差电压的大小，使输出电压在较宽的 负载范围内仍然能够保持较小的波动，提高了系统的负载调整率。附图说明图1为现有的电流模式功率变换器电路结构示意图。图2为本专利技术的带有自校准输出的电流模式变换器结构示意图。图3为本专利技术实施例的校准模块的状态转换图。图4为本专利技术实施例的数字校准控制单元对负载调整率的调节效果示意图。 具体实施例方式下面结合附图及具体的实施例，详细描述本专利技术的技术方案。本专利技术对传统模拟环路开关变换器进行了数字自调节，对工艺的依赖性减少，可 移植性强，并且自调节原理简单，很好结合了数字电路和模拟电路的优势。本专利技术的带有自校准输出的电流模式变换器如图2所示，包括控制逻辑单元、误 差放大器EA、驱动和死区控制单元、第一上拉电阻R1、第二上拉电阻R2、PWM比较器CompO 和输出单元，所述误差放大器EA的两个输入端分别接输出单元的输出电压Vout和参考电 压Vref，误差放大器EA输出端为差分误差电压，误差放大器EA的正输出端与第一上拉电阻 Rl相连接，误差放大器的负输出端与第二上拉电阻Rl相连接，所述PWM比较器CompO输入 接误差放大器EA的输出，根据所述误差电压调整PWM比较器CompO输出脉冲的占空比，所 述控制逻辑单元的输入端接PWM比较器CompO的输出端，并根据PWM比较器输出的脉冲，通 过驱动和死区控制单元以及输出单元对输入电压Vin进行功率变换，产生输出电压Vout ；其 特征在于还包括数字校准控制单元，所述数字控制单元输入端连接输出单元的输出电压， 输出端连接误差放大器EA的负输出端；当所述输出单元的输出电压Vout超过设定范围时，所述数字校准控制单元以步进方式改变所述误差电压的大小，使所述输出单元的输出电压 Vout保持在所述设定范围内。这里，数字校准控制单元包括了第一比较器Compl、第二比较器Comp2、校准模块 和电流镜模块；所述第一比较器Compl和第二比较器Comp2正输入端连接输出单元的输 出电压，第一比较器Compl和第二比较器Comp2负输入端连接参考电压Vref，第一比较器 Compl和第二比较器Comp2输出端连接校准模块的输入端，所述校准模块输出的控制码用 于控制电流镜模块，决定电流镜模块中的电流镜开启的数量，控制流过连接在误差放大器 上的第二上拉电阻R2的电流变化，从而以步进方式改变所述误差电压的大小。这里，校准 模块可以为计数器。这里输出单元包括第一匪OS管MN和第一 PMOS管MP，第一 PMOS管MP和第一匪OS 管MN的栅极与驱动和死区控制单元输出端相连接，其漏极连接在一起作为输出端，所述第 一 NMOS管丽源极接地，所述第一 PMOS管源极MP接输入电压Vm。这里，误差放大器EA为非闭环的跨导放大器。具体的，第一比较器Compl用于检测输出电压的相对于设定值的正方向上的偏 差，所述第二比较器Comp2用于检测相对于设定值的负方向上的偏差；如果在设定的时间 内输出电压均为正偏差则减少电流镜开启的数量，如果在设定的时间内输出电压均为负偏 差则增加电流镜开启的数量本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种带有自校准输出的电流模式变换器，包括控制逻辑单元、误差放大器、驱动和死区控制单元、第一上拉电阻、第二上拉电阻、ＰＷＭ比较器和输出单元，所述误差放大器的两个输入端分别接输出单元的输出电压和参考电压，误差放大器输出端为差分误差电压，误差放大器的正输出端与第一上拉电阻相连接，误差放大器的负输出端与第二上拉电阻相连接，所述ＰＷＭ比较器输入接误差放大器的输出，根据所述误差电压调整ＰＷＭ比较器输出脉冲的占空比，所述控制逻辑单元的输入端接ＰＷＭ比较器的输出端，并根据ＰＷＭ比较器输出的脉冲，通过驱动和死区控制单元以及输出单元对输入电压进行功率变换，产生输出电压；其特征在于：还包括数字校准控制单元，所述数字控制单元输入端连接输出单元的输出电压，输出端连接误差放大器的负输出端；当所述输出单元的输出电压超过设定范围时，所述数字校准控制单元以步进方式改变所述误差电压的大小，使所述输出单元的输出电压保持在所述设定范围内。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗萍，甄少伟，李江昆，祝晓辉，杨康，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：90