一种开关模式电压变换器及其控制电路制造技术

本实用新型专利技术公开了一种开关模式电压变换器及其控制电路，该开关模式电压变换器包括第一开关管，该控制电路耦接在输入电压和地之间，其特征在于，该控制电路包括：电流设定单元，具有第一输入端和第二输入端，其中第一输入端耦接至输入电压，第二输入端耦接至直流偏置电压，电流设定单元基于输入电压和直流偏置电压，产生控制电流；开关控制单元，具有输入端和输出端，其中输入端耦接至电流设定单元，输出端耦接至第一开关管，开关控制单元基于控制电流，在输出端产生开关控制信号以周期性地导通第一开关管一恒定时长，从而减小输入电压变化引起的开关频率变化。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术主要涉及一种电子电路，尤其涉及一种开关模式电压变换器及其控制电路。
技术介绍
降压和升压变换器是多种应用场合下的高效开关电源。例如，降压变换器可用于将笔记本电脑中的供电电压(例如12疒24V)转换为中央处理单元(CPU)所需的工作电压(例如2. 5V飞V)。对于集成电路而言，降压和升压变换器的效率可高达95%。图I是现有的降压变换器100的电路原理图。如图I所示，降压变换器100包括耦接于输入电压K.n和参考电压Vref (例如地)之间的控制电路102和开关电路104。其中开关电路104包括第一开关管112a (通常指上侧开关管)和第二开关管112b (通常指下侧开关管)。第一开关管112a与第二开关管112b串联耦接，第一开关管112a与第二开关管112b分别包括体二极管114a和114b。控制电路102用于周期性地导通第一开关管112a一恒定时长。此外，降压变换器100还包括电感器106、电容器108和负载110 (例如CPU)，其中负载110与电容器108并联。工作时，控制电路102导通第一开关管112a —恒定时长，在这一恒定时长内，输入电压匕为电感器106和电容器108充电。随后，控制电路102关断第一开关管112a并导通第二开关管112b，使电流经过电感器106、电容器108和第二开关管112b续流。然而，专利技术人发现，当控制电路102直接耦接于输入电压Vjn和地之间时，降压变换器100的开关频率会随输入电压Vjn的变化而变化。开关频率的变化会对负载产生不利的影响，因此需要做出一些改进来降低或者消除开关频率的变化。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是提供一种开关模式电压变换器及其控制电路，以解决因其输入电压变化导致的开关频率变化问题。根据本技术一实施例的一种用于开关模式电压变换器的控制电路，该开关模式电压变换器包括第一开关管，该控制电路耦接在输入电压和地之间，其特征在于，该控制电路包括电流设定单元，具有第一输入端和第二输入端，其中第一输入端耦接至输入电压，第二输入端耦接至直流偏置电压，电流设定单元基于输入电压和直流偏置电压，产生控制电流；开关控制单元，具有输入端和输出端，其中输入端耦接至电流设定单元，输出端耦接至第一开关管，开关控制单元基于控制电流，在输出端产生开关控制信号以周期性地导通第一开关管一;1 定时长。在一个实施例中，电流设定单元包括电阻器，具有第一端和第二端，其中第一端率禹接至输入电压；第一比较器，具有第一输入端、第二输入端以及输出端，其中第一输入端耦接至电阻器的第二端，第二输入端耦接至直流偏置电压；第一晶体管，具有第一端、第二端以及控制端，其中第一端耦接至电阻器的第二端和第一比较器的第一输入端，第二端耦接至地，控制端耦接至第一比较器的输出端。在一个实施例中，第一比较器是运算放大器。在一个实施例中，开关控制单元包括电流镜，具有第一端、第二端和第三端，其中第一端耦接至输入电压；第二晶体管，与第一晶体管相配对，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至电流镜的第二端，第二端耦接至地，控制端耦接至第一比较器的输出端；开关电容器，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至电流镜的第三端，第二端耦接至地；第二比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端稱接至电流镜的第三端和开关电容器的第一端，第二端耦接至阈值电压，输出端耦接至第一开关管以提供开关控制信号；以及放电晶体管，与开关电容器并联耦接，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至开关电容器的第一端，第二端耦接至地，控制端耦接至第二比较器的输出端，放电晶体管用于当开关电容器的电压高于阈值电压时，为开关电容器放电。 根据本技术一实施例的一种开关模式电压变换器，该开关模式电压变换器包括上述控制电路和第一开关管，其中第一开关管具有第一端、第二端和控制端，其中第一端接收输入电压，控制端耦接至控制电路的输出端。在一个实施例中，该开关模式电压变换器还包括第二开关管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至一开关管的第二端，第二端耦接至地，控制端耦接至控制电路的输出端；电感器，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至第一开关管的第二端和第二开关管的第一端；以及输出电容器，电耦接于电感器的第二端与地之间。在另一个实施例中，该开关模式电压变换器还包括二极管，具有阳极和阴极，阳极耦接至地，阴极耦接至第一开关管的第二端；电感器，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至第一开关管的第二端和二极管的阴极；以及输出电容器，电耦接于电感器的第二端与地之间。根据本技术的实施例，通过对控制电路施加合适的直流偏置电压来实现减小甚至消除输入电压变化所引起的开关频率变化。附图说明为了更好的理解本技术，将根据以下附图对本技术进行详细描述图I是现有的降压变换器100的电路原理图；图2是通过实验测得的图I所示现有降压变换器100的开关频率随输入电压变化的波形图；图3是通过实验测得的在两个不同的输入电压下，开关电压随时间变化的波形图；图4A是图I中所示降压变换器100的一部分电路原理图；图4B是图4A所示降压变换器工作时电压随时间变化的波形图；图5A是根据本技术一实施例的降压变换器200的电路原理图；图5B是根据本技术一实施例的图5A中控制电路202的电路原理图；图6是根据本技术一实施例的根据图5A所示降压变换器200的开关频率随输入电压变化的仿真结果所绘制的图；图7A是降压变换器300的电路原理图；图7B是根据本技术一实施例的图7A所示降压变换器300工作时电压随时间变化的波形图。具体实施方式下面参照附图详细描述本技术的实施例。本领域的技术人员应当理解，图中的一些细节，如尺寸、形状、角度以及其他特征仅仅是示意本技术的某一特定实施例。没有这些具体细节，本技术同样可以实施。本领域技术人员还应理解，尽管本技术中的详细描述与特定实施例相结合，但本技术仍有许多其他实施方式，在实际执行时可能有些变化，但仍然包含在本技术主旨范围内，因此，本技术旨在包括所有落入本技术和所述权利要求范围及主旨内的替代例、改进例和变化例等。如前所述，专利技术人发现，在常见的开关模式电压变换器中，开关频率会随输入电压Vln的变化而改变。对图I所示降压变换器100进行实验，可以得出输入电压和开关频率之间的关系。图2是通过实验测得的图I所示现有降压变换器100的开关频率/；随输入电压Vin变化的波形图。如图2所示，当输入电压Vjn从2. 7V增加到5V时，开关频率/；下降约17%。当输入电压Vjn从2. 7V增加至5. 8V时，开关频率fs下降约19%。图3是通过实验测得的在两个不同的输入电压Vjn下，开关电压Vsir随时间变化的波形图。如图3所示，当输入电压匕为2. 7V时，死区时间Q3,约为49. 8ns。当输入电压L为5V时，死区时间约为15. Ins0可以看出，输入电压Fto越高，死区时间越短，开关频率/；越小，开关周期Ts越长。具体细节将在图4Α和图4Β中讨论。图4Α是图I中所示降压变换器100的一部分电路原理图。图4Β是图4Α所示降压变换器工作时电压随时间变化的波形图。如图4Α和4Β所示，在一个开关周期Ts中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于开关模式电压变换器的控制电路，该开关模式电压变换器包括第一开关管，该控制电路耦接在输入电压和地之间，其特征在于，该控制电路包括：电流设定单元，具有第一输入端和第二输入端，其中第一输入端耦接至输入电压，第二输入端耦接至直流偏置电压，电流设定单元基于输入电压和直流偏置电压，产生控制电流；开关控制单元，具有输入端和输出端，其中输入端耦接至电流设定单元，输出端耦接至第一开关管，开关控制单元基于控制电流，在输出端产生开关控制信号以周期性地导通第一开关管一恒定时长。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：董岩，徐鹏，詹姆斯·阮，
申请(专利权)人：成都芯源系统有限公司，
类型：实用新型
国别省市：