專利名稱：一種適用于固定關(guān)斷時(shí)間控制升壓變換器的頻率控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于集成電路技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適用于固定關(guān)斷時(shí)間控制模式升壓 直流-直流變換器開(kāi)關(guān)頻率控制的電路。
背景技術(shù)：
直流-直流變換器(DC-DC Converter)廣泛應(yīng)用于各種電子系統(tǒng)中，特別是基 于電感型的直流-直流變換器，由于其效率高、輸出電流能力大的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用最廣。根據(jù) 變換器輸入電壓與輸出電壓的關(guān)系可以分為降壓型(BUCK)、升壓型(BOOST)和升降壓型 (BUCK-BOOST)。為了獲得較高精度的輸出電壓，需要對(duì)直流_直流變換器進(jìn)行閉環(huán)控制。一般的 控制方法有電壓模式控制、電流控制模式控制和遲滯控制。其中前兩種控制是一種近似線 性的控制方法，而遲滯控制是一種非線性控制模式。每種控制模式各有優(yōu)缺點(diǎn)，也各有適合 的應(yīng)用場(chǎng)合。固定關(guān)斷時(shí)間控制模式也是直流-直流變換器控制方式的一種，它具有響應(yīng)速度 快、補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)單且不需要斜率補(bǔ)償電路的優(yōu)點(diǎn)，但是它有一個(gè)很大的缺點(diǎn)——開(kāi)關(guān)頻率 不固定，使得電磁干擾(EMI)問(wèn)題更加嚴(yán)重，大大制約了它的應(yīng)用。在一些設(shè)計(jì)實(shí)例中，為 了解決這一問(wèn)題，鎖相環(huán)(PLL)技術(shù)被引入到控制電路中，但是也增加了電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜 性和芯片面積。本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)一種新型的頻率控制電路，使系統(tǒng)開(kāi)關(guān)頻率固定的 同時(shí)，盡量減少電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種適用于固定關(guān)斷時(shí)間控制模式升壓直流-直流變換 器的頻率控制電路，使系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)頻率保持恒定，降低電磁干擾(EMI)問(wèn)題，從而使固定關(guān) 斷時(shí)間控制模式可以得到更廣泛的應(yīng)用。該頻率控制電路由關(guān)斷時(shí)間計(jì)時(shí)器和頻率鎖定電路兩部分組成。其中關(guān)斷時(shí)間計(jì) 時(shí)器由放大器、比較器、電阻電容等構(gòu)成，其具體連接關(guān)系為電阻R1的左端與輸出電壓V。ut 相連，右端與電阻R2的上端相連并連接到放大器Al的正輸入端，電阻R2的下端與VSS相連。 放大器Al的輸出端與MOS管M3的柵端相連，其負(fù)輸入端與MOS管M3的源端及電阻Rt的上 端相連，電阻Rt的下端接VSS。MOS管M3的漏端與MOS管M1、M2的柵端及Ml的漏端相連， MOS管Ml、M2的源端均與VDD相連。MOS管M2的漏端與MOS管M4的源端相連，MOS管M4、 M5的漏端相連并連接電容Ct的上端和比較器COM的正輸入端，MOS管M5的源端和電容Ct 的下端均與VSS相連，MOS管M4、M5的柵端均連接到關(guān)斷時(shí)間開(kāi)啟信號(hào)。電阻R3的上端與 輸入電壓Vin相連，電阻R3的下端與電阻R4的上端相連并連接到四輸入放大器A2的inp2 輸入端，電阻R4的下端與VSS相連。四輸入放大器A2的irm2輸入端與其輸出端相連并連 接到比較器COM的負(fù)輸入端。它是根據(jù)升壓直流_直流變換器特點(diǎn)產(chǎn)生的一個(gè)與輸入電壓 成正比輸出電壓成反比的關(guān)斷時(shí)間，使得在工作狀態(tài)變化的情況下，工作頻率只會(huì)在小范圍內(nèi)變化。當(dāng)關(guān)斷時(shí)間開(kāi)始信號(hào)到達(dá)后，輸出電壓V。ut經(jīng)電阻R1和R2分壓后轉(zhuǎn)化成電流信 號(hào)對(duì)電容Ct充電，同時(shí)輸入電壓Vin經(jīng)電阻R3和R4分壓后經(jīng)過(guò)單位增益放大產(chǎn)生閾值電壓 信號(hào)。當(dāng)電容Ct上的電壓達(dá)到閾值電壓時(shí)，比較器觸發(fā)，關(guān)斷時(shí)間結(jié)束。頻率鎖定電路主要由鑒頻鑒相器、四輸入放大器和電阻構(gòu)成，其具體連接關(guān)系為 比較器COM輸出端與反向器輸入端相連，反相器輸出端接鑒頻鑒相器的A輸入端，參考頻率 接鑒頻鑒相器的B輸入端，電阻R5的左端與鑒頻鑒相器的QA輸出端相連，其右端與電阻R6 的上端相連并連接到四輸入放大器A2的inp輸入端，電阻R6的下端接VSS。電阻R7的左端 與鑒頻鑒相器的QB輸出端相連，其右端與電阻R8的上端相連并連接四輸入放大器A2的irm 輸入端，電阻R8的下端接VSS。它將關(guān)斷時(shí)間結(jié)束信號(hào)與參考頻率進(jìn)行鑒頻鑒相，鑒頻鑒相 器的輸出信號(hào)經(jīng)電阻分壓后送向四輸入放大器A2的一組正負(fù)端，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)關(guān)斷時(shí)間計(jì)時(shí) 器的閾值電壓，使得關(guān)斷時(shí)間處于負(fù)反饋環(huán)路中，從而保證開(kāi)關(guān)頻率鎖定在參考頻率上。本發(fā)明提出的頻率控制電路沒(méi)有通過(guò)設(shè)計(jì)復(fù)雜的PLL電路來(lái)鎖定頻率，同時(shí)又克 服了一些文獻(xiàn)中采用的隨輸入輸出電壓自適應(yīng)關(guān)斷時(shí)間控制方法中開(kāi)關(guān)頻率不固定的缺 點(diǎn)，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能可靠，具有良好的應(yīng)用前景。本發(fā)明提出的頻率控制電路不僅可以用于升壓型直流_直流變換器，也可用于其 它類型的直流-直流變換器，如降壓型。而且它還可以用于固定導(dǎo)通時(shí)間模式控制下的直 流-直流變換器。本發(fā)明提出的頻率控制電路采用CSMC 0. 5um B⑶工藝條件設(shè)計(jì)，參考頻率為 IMHz0利用電路仿真軟件模擬結(jié)果表明輸入電壓為4 6V，輸出電壓范圍為5. 5V 30V時(shí)，
工作頻率保持恒定。


圖1.頻率控制電路的電路圖。圖2.輸入電壓為5V，輸出電壓范圍為5. 5V 30V時(shí)，閾值電壓波形圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明。如圖1所示，本發(fā)明中提到的頻率控制電路關(guān)斷時(shí)間計(jì)時(shí)器和頻率鎖定電路組 成。關(guān)斷時(shí)間計(jì)時(shí)器電路是由放大器、比較器、電阻電容等構(gòu)成。在電感電流連續(xù)模式下 (CCM,continuous current mode)，
權(quán)利要求
一種適用于固定關(guān)斷時(shí)間控制模式升壓直流 直流變換器的頻率控制電路，其特征在于該頻率控制電路由關(guān)斷時(shí)間計(jì)時(shí)器和頻率鎖定電路組成；其中關(guān)斷時(shí)間計(jì)時(shí)器由放大器、比較器、電阻和電容構(gòu)成，其連接關(guān)系為電阻R1的左端與輸出電壓Vout相連，右端與電阻R2的上端相連并連接到放大器(A1)的正輸入端，電阻R2的下端與VSS相連；放大器(A1)的輸出端與第三MOS管(M3)的柵端相連，放大器(A1)的負(fù)輸入端與第三MOS管(M3)的源端及電阻RT的上端相連，電阻RT的下端接VSS；第三MOS管(M3)的漏端與第一MOS管(M1)、第二MOS管(M2)的柵端及第一MOS管(M1)的漏端相連，第一MOS管(M1)、第二MOS管(M2)的源端均與VDD相連；第二MOS管(M2)的漏端與第四MOS管(M4)的源端相連，第四MOS管(M4)、第五MOS管(M5)的漏端相連并連接電容CT的上端和比較器(COM)的正輸入端，第五MOS管(M5)的源端和電容CT的下端均與VSS相連，第四MOS管(M4)、第五MOS管(M5)的柵端均連接到關(guān)斷時(shí)間開(kāi)啟信號(hào)；電阻R3的上端與輸入電壓Vin相連，電阻R3的下端與電阻R4的上端相連并連接到四輸入放大器(A2)的inp2輸入端，電阻R4的下端與VSS相連；四輸入放大器(A2)的inn2輸入端與其輸出端相連并連接到比較器(COM)的負(fù)輸入端；頻率鎖定電路由鑒頻鑒相器、比較器、反向器、四輸入放大器和電阻構(gòu)成，其連接關(guān)系為比較器(COM)輸出端與反向器輸入端相連，反相器輸出端接鑒頻鑒相器的A輸入端，參考頻率接鑒頻鑒相器的B輸入端，電阻R5的左端與鑒頻鑒相器的QA輸出端相連，電阻R5的右端與電阻R6的上端相連并連接到四輸入放大器(A2)的inp輸入端，電阻R6的下端接VSS；電阻R7的左端與鑒頻鑒相器的QB輸出端相連，電阻R7的右端與電阻R8的上端相連并連接四輸入放大器A2的inn輸入端，電阻R8的下端接VSS。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于固定關(guān)斷時(shí)間控制模式直流-直流變換器的頻率控制 電路，其特征在于所述關(guān)斷時(shí)間計(jì)時(shí)器根據(jù)升壓直流-直流變換器特點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)與輸入 電壓成正比、與輸出電壓成反比的關(guān)斷時(shí)間，使得在工作狀態(tài)變化的情況下，工作頻率在小 范圍內(nèi)變化；所述頻率鎖定電路實(shí)時(shí)檢測(cè)并調(diào)整開(kāi)關(guān)頻率，使其固定在參考頻率上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的適用于固定關(guān)斷時(shí)間控制模式直流-直流變換器的頻率控制 電路，其特征在于在電感電流連續(xù)模式下？I/r out其中Ts為系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)頻率，Vin為輸入電壓，V。ut為輸出電壓，1； 為固定關(guān)斷時(shí)間；設(shè) Toff被設(shè)計(jì)成與輸入電壓成正比，與輸出電壓成反比，K1、K2為其比例系數(shù)，則有
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的適用于固定關(guān)斷時(shí)間控制模式直流-直流變換器的頻率控制 電路，其特征在于當(dāng)關(guān)斷時(shí)間開(kāi)始、信號(hào)到達(dá)后，輸出電壓V。ut經(jīng)電阻R1和R2分壓后轉(zhuǎn)化 成電流信號(hào)對(duì)電容Ct充電，同時(shí)輸入電壓Vin經(jīng)電阻R3和R4分壓后經(jīng)過(guò)單位增益放大器產(chǎn) 生閾值電壓信號(hào)；當(dāng)電容(^上的電壓達(dá)到閾值電壓時(shí)，比較器觸發(fā)，關(guān)斷時(shí)間結(jié)束；關(guān)斷時(shí) 間表示為Ts=ToffX^- =
全文摘要
本發(fā)明屬于集成電路技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種適用于固定關(guān)斷時(shí)間控制模式升壓直流-直流變換器開(kāi)關(guān)頻率控制的電路。該電路由關(guān)斷時(shí)間計(jì)時(shí)器和頻率鎖定電路組成，這種結(jié)構(gòu)克服了傳統(tǒng)固定關(guān)斷時(shí)間控制模式下工作頻率隨工作狀態(tài)變化的缺點(diǎn)，將工作頻率精確固定在參考頻率上，降低了電磁干擾(EMI)。本發(fā)明電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能可靠，具有良好的應(yīng)用前景。本發(fā)明也可用于其它類型的直流-直流變換器(如降壓型)和固定導(dǎo)通時(shí)間控制模式中。
文檔編號(hào)H02M3/155GK101951149SQ20101024638
公開(kāi)日2011年1月19日 申請(qǐng)日期2010年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月5日
發(fā)明者倪金華, 洪志良, 程林, 龍佳 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)