一種具有快速響應(yīng)特性的dc-dc變換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體的說(shuō)涉及一種具有快速響應(yīng)特性的DC-DC變換器。本發(fā)明的變換器包括依次連接的BUCK變換器、線性穩(wěn)壓器和占空比控制信號(hào)產(chǎn)生電路，將傳統(tǒng)Buck變換器和線性穩(wěn)壓器的輸出端相連，Buck變換器用于提供穩(wěn)態(tài)負(fù)載電流，提高整體變換效率，而線性穩(wěn)壓器用于在基準(zhǔn)電壓階躍和負(fù)載電流階躍下提供瞬時(shí)電流，加快整個(gè)變換器的響應(yīng)速度。本發(fā)明尤其適用于DC-DC變換器。
【專利說(shuō)明】一種具有快速響應(yīng)特性的DC-DC變換器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體的說(shuō)涉及一種具有快速響應(yīng)特性的DC-DC變換器。

【背景技術(shù)】
[0002]在電源設(shè)計(jì)中，瞬態(tài)響應(yīng)速度和變換效率都是關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)。傳統(tǒng)的降壓變換器主要有以下兩種結(jié)構(gòu):一種是圖1所示的開關(guān)變換器(Buck)，這種變換器的優(yōu)點(diǎn)是效率很高，但響應(yīng)速度較慢，一方面，電感電流上升/下降斜率受制于輸入輸出電壓，在瞬態(tài)階躍下不能快速改變輸出電流，另一方面，開關(guān)變換器的環(huán)路帶寬一般低于開關(guān)頻率的五分之一，受開關(guān)頻率限制，環(huán)路響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)。另一種是圖2所示的線性穩(wěn)壓器，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)較高的帶寬，在瞬態(tài)階躍下可以快速改變調(diào)整管輸出電流，響應(yīng)速度快，其缺點(diǎn)是效率依賴于輸入輸出電壓差，難以實(shí)現(xiàn)較高的效率。在一些對(duì)響應(yīng)速度和變換效率都有較高要求的應(yīng)用中，如包絡(luò)跟蹤技術(shù)，傳統(tǒng)的開關(guān)變換器和線性穩(wěn)壓器都不能滿足要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的，就是針對(duì)上述傳統(tǒng)電路存在的問(wèn)題，提出一種具有快速響應(yīng)特性的DC-DC變換器。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種具有快速響應(yīng)特性的DC-DC變換器，其特殊在于，包括依次連接的BUCK變換器、線性穩(wěn)壓器和占空比控制信號(hào)產(chǎn)生電路；所述線性穩(wěn)壓器為推挽輸出型線性穩(wěn)壓器，由PMOS管MPl、NM0S管麗1、第一誤差放大器EAl、第二誤差放大器構(gòu)成EA2 ;其中MPl的源極接電源VDD，其柵極接第一誤差放大器的輸出端，其漏極接第一誤差放大器的同相輸入端；MP1的漏極與第一誤差放大器的同相輸入端的連接點(diǎn)接BUCK變換器的輸出端與麗I的漏極，此連接點(diǎn)為整個(gè)變換器的輸出電壓VOUT ；MN1的柵極接第二誤差放大器的輸出端，其源極接地VSS ;第一誤差放大器的反相輸出端與第二誤差放大器的反相輸入端接基準(zhǔn)電壓Vref ;所述占空比控制信號(hào)產(chǎn)生電路由PMOS管MP2、MP3、MP4、NM0S管MN2、電阻Rl、R2構(gòu)成；其中，MP2的源極接電源VDD，其柵極接第一誤差放大器的輸出端與MPl的柵極的連接點(diǎn)，其漏極通過(guò)Rl后接地VSS ;麗2的柵極接第二誤差放大器的輸出端與麗I的柵極的連接點(diǎn)，其源極接地VSS，其漏極接MP3的漏極；MP3的漏極與柵極互連，其源極接電源VDD，其柵極接MP4的柵極；MP4的源極接電源VDD，其漏極通過(guò)R2接地VSS ；MP2與Rl的連接點(diǎn)為占空比控制信號(hào)產(chǎn)生電路的正輸出端，MP4的漏極與R2的連接點(diǎn)為占空比控制信號(hào)產(chǎn)生電路的負(fù)輸出端，占空比控制信號(hào)產(chǎn)生電路的正輸出端與負(fù)輸出端電壓之差為占空比控制信號(hào)VE。
[0005]本發(fā)明的有益效果為，將傳統(tǒng)Buck變換器和線性穩(wěn)壓器的輸出端相連，Buck變換器用于提供穩(wěn)態(tài)負(fù)載電流，提高整體變換效率，而線性穩(wěn)壓器用于在基準(zhǔn)電壓階躍和負(fù)載電流階躍下提供瞬時(shí)電流，加快整個(gè)變換器的響應(yīng)速度。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0006]圖1為傳統(tǒng)Buck變換器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0007]圖2為傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0008]圖3為本發(fā)明DC-DC變換器整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0009]圖4為基準(zhǔn)電壓階躍(負(fù)載為恒定電阻R)下的瞬態(tài)響應(yīng)示意圖；
[0010]圖5為負(fù)載電流階躍(負(fù)載為電流源Ium)下的瞬態(tài)響應(yīng)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行描述。
[0012]本發(fā)明通過(guò)結(jié)合開關(guān)變換器和線性穩(wěn)壓器各自在效率和響應(yīng)速度方面的優(yōu)點(diǎn)，提出一種新型DC-DC變換器方案，將開關(guān)變換器和線性穩(wěn)壓器并聯(lián)組合在一起，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)速度和高變換效率。
[0013]如圖3所述，本發(fā)明所述DC-DC變換器，包括依次連接的BUCK變換器、線性穩(wěn)壓器和占空比控制信號(hào)產(chǎn)生電路。所述Buck變換器采用與圖1相同的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括接外部電源的占空比調(diào)制器、與占空比調(diào)制器輸出端連接的PMOS管、NMOS管以及LC網(wǎng)絡(luò)。所述線性穩(wěn)壓器為推挽輸出型線性穩(wěn)壓器，由PMOS管MPUNM0S管麗1、第一誤差放大器EAl、第二誤差放大器EA2構(gòu)成；其中MPl的源極接電源VDD，其柵極接第一誤差放大器的輸出端，其漏極接第一誤差放大器的同相輸入端；MP1的漏極與第一誤差放大器的同相輸入端的連接點(diǎn)接BUCK變換器的輸出端與麗I的漏極，此連接點(diǎn)為整個(gè)變換器的輸出電壓VOUT ；MN1的柵極接第二誤差放大器的輸出端，其源極接地VSS;第一誤差放大器的反相輸出端與第二誤差放大器的反相輸入端接基準(zhǔn)電壓Vref。所述占空比控制信號(hào)產(chǎn)生電路由PMOS管MP2、MP3、MP4、NM0S管MN2、電阻R1、R2構(gòu)成；其中，MP2的源極接電源VDD，其柵極接第一誤差放大器的輸出端與MPl的柵極的連接點(diǎn)，其漏極通過(guò)Rl后接地VSS ;麗2的柵極接第二誤差放大器的輸出端與麗I的柵級(jí)的連接點(diǎn)，其源極接地VSS，其漏極接MP3的漏極；MP3的漏極與柵極互連，其源極接電源VDD，其柵極接MP4的柵極；MP4的源極接電源VDD，其漏極通過(guò)R2接地VSS ；MP2與Rl的連接點(diǎn)為占空比控制信號(hào)產(chǎn)生電路的正輸出端；MP4的漏極與R2的連接點(diǎn)為占空比控制信號(hào)產(chǎn)生電路的負(fù)輸出端，正輸出端與負(fù)輸出端電壓之差為占空比控制信號(hào)Veo
[0014]本發(fā)明所述Buck中的占空比調(diào)制器可根據(jù)占空比控制信號(hào)Ve調(diào)節(jié)Buck占空比:當(dāng)VE>0時(shí)，Buck占空比增大，當(dāng)VE〈0時(shí)，Buck占空比減小。所述推挽輸出型的線性穩(wěn)壓器中，誤差放大器EAl和EA2將輸出電壓Vqut與基準(zhǔn)電壓Vkef之差放大后分別控制MPl和MP2的電流:當(dāng)Vqut〈Vkef時(shí)，上管MPl開啟，下管麗I趨于關(guān)斷；當(dāng)VQUT>VKEF時(shí)，下管麗I開啟，上管MPl趨于關(guān)斷；穩(wěn)態(tài)下Vtot = Veef,上下管都趨于關(guān)斷。
[0015]本發(fā)明的工作原理為:
[0016]線性穩(wěn)壓器上下功率管的電流分別為Impi和Imi，MPl/MP2和麗1/MN2兩個(gè)電流鏡的鏡像比都為M: 1，MP3/MP4電流鏡的鏡像比為1:1，流過(guò)MP2和MP4的電流分別為Imi和Im2,則Imi = Im/M，I12 = IwiM,電阻Rl的正端電壓為R.Imi = R.IW1/M,電阻R2的正端電壓為R.Im2 = R.IW1/M，電阻Rl與電阻R2的電阻值相等，Rl = Rl = R ;將電阻Rl的正端電壓與電阻R2的正端電壓之差作為占空比控制信號(hào)Ve，則Ve與Impi和Imni的關(guān)系為:

【權(quán)利要求】
1.一種具有快速響應(yīng)特性的DC-DC變換器，其特征在于，包括依次連接的BUCK變換器、線性穩(wěn)壓器和占空比控制信號(hào)產(chǎn)生電路；所述線性穩(wěn)壓器為推挽輸出型線性穩(wěn)壓器，由PMOS管MP1、NMOS管麗1、第一誤差放大器、第二誤差放大器構(gòu)成；其中MPl的源極接電源VDD，其柵極接第一誤差放大器的輸出端，其漏極接第一誤差放大器的同相輸入端；MP1的漏極與第一誤差放大器的同相輸入端的連接點(diǎn)接BUCK變換器的輸出端與麗I的漏極作為變換器的輸出端輸出電壓VOUT ;麗1的柵極接第二誤差放大器的輸出端，其源極接地VSS ；第一誤差放大器的反相輸出端與第二誤差放大器的反相輸入端接基準(zhǔn)電壓Vref ;所述占空比控制信號(hào)產(chǎn)生電路由？]\?5管1^2、]\^3、]\^4、匪05管麗2、電阻1?1、1?2構(gòu)成；其中，MP2的源極接電源VDD，其柵極接第一誤差放大器的輸出端與MPl的柵極的連接點(diǎn)，其漏極通過(guò)Rl后接地VSS ；MN2的柵極接第二誤差放大器的輸出端與MNl的柵級(jí)的連接點(diǎn)，其源極接地VSS,其漏極接MP3的漏極；MP3的漏極與柵極互連，其源極接電源VDD，其柵極接MP4的柵極；MP4的源極接電源VDD，其漏極通過(guò)R2接地VSS ；MP2與Rl的連接點(diǎn)為占空比控制信號(hào)產(chǎn)生電路的正輸出端，MP4的漏極與R2的連接點(diǎn)為占空比控制信號(hào)產(chǎn)生電路的負(fù)輸出端，占空比控制信號(hào)產(chǎn)生電路 的正輸出端與負(fù)輸出端電壓之差為占空比控制信號(hào)VE。
【文檔編號(hào)】H02M3/158GK104079171SQ201410341514
【公開日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年7月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月17日
【發(fā)明者】甄少偉, 楊云, 王磊, 許志斌, 羅萍, 賀雅娟, 張波 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)