本發(fā)明屬于電子電路技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具有寬負載電流特性的BOOST變換器。

背景技術(shù)：

由于峰值電流模的BOOST功率管在開啟時，功率管的Rds_on上壓降可以直接反應(yīng)電感電流信息，所以傳統(tǒng)的峰值電流模BOOST直接采樣功率管開啟時Rds_on上壓降進行放大，然后送到PWM比較器跟誤差放大器的輸出電壓進行比較，產(chǎn)生PWM信號。但是由于誤差放大器的輸出電壓有擺幅限制，功率管的Rds_on又很小，傳統(tǒng)的直接比較方式對電感電流的動態(tài)范圍有嚴格限制，也就使能提供的輸出電流的動態(tài)范圍受到限制。本發(fā)明在保留原來采樣方式簡單的前提下，通過改變PWM比較器的結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)能提供較大范圍的輸出電流。同時，該結(jié)構(gòu)還能改善功率管Rds_on的溫度和工藝漂移對采樣帶來的影響。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種電壓轉(zhuǎn)電流再轉(zhuǎn)電壓的PWM比較器結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)能保證較大的輸出電流范圍，同時改善傳統(tǒng)方式溫度和工藝漂移對采樣精度的影響。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種具有寬負載電流特性的BOOST變換器，包括電感、功率管、電壓采樣電路、誤差放大器、PWM比較器和RS觸發(fā)器；所述功率管的漏極通過電感與輸入電壓連接，功率管的柵極接RS觸發(fā)器的Q輸出端，功率管的源極接地；誤差放大器的反相輸入端接電壓采樣電路的輸出端，誤差放大器的同相輸入端接基準電壓；PWM比較器的同相輸入端接功率管的漏極，PWM比較器的反相輸入端接誤差放大器的輸出端；RS觸發(fā)器的R輸入端接PWM比較器的輸出端，RS觸發(fā)器的S輸入端接外部時鐘信號；

其特征在于，所述PWM比較器由第一PMOS管、第二PMOS管、第一NMOS管、第二NMOS管、放大器、比較器、電流源和電阻構(gòu)成；其中，放大器的同相輸入端接誤差放大器的輸出端，放大器的輸出端接第一NMOS管的柵極，放大器的反相輸入端、第一NMOS管的源極和電流源的連接點通過電子后接地；第一NMOS管的漏極接第一PMOS管的漏極，第一PMOS管的源極接電源，其柵極和漏極互連；第二PMOS管的源極接電源，其柵極接第一PMOS管的漏極；比較器的反相輸入端接第二PMOS管的漏極，比較器的同相輸入端接功率管的漏極；第二NMOS管的漏極接第二PMOS管的漏極，第二NMOS管的柵極接電源，其源極接地；比較器的輸出端輸出PWM信號。

本發(fā)明的有益效果為，與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較，本發(fā)明大了電感電流的動態(tài)范圍，從而增大了輸出電流的動態(tài)范圍。同時改善了溫度和工藝漂移對比較點的影響。

附圖說明

圖1為傳統(tǒng)的采樣Rds_on上壓降進行放大直接與誤差放大器輸出電壓進行比較的系統(tǒng)框圖；

圖2為傳統(tǒng)方式的動態(tài)范圍示意圖；

圖3為本發(fā)明應(yīng)用的系統(tǒng)框圖；

圖4為本發(fā)明的PWM比較器的結(jié)構(gòu)圖；

圖5為本發(fā)明的動態(tài)范圍調(diào)整示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細的描述。

如圖1所示是采樣功率管Rds_on上壓降，即Vsense，放大A倍之后直接與誤差放大器的輸出電壓EA_OUT比較，產(chǎn)生PWM信號的方式。對于誤差放大器的輸出電壓而言，受誤差放大器結(jié)構(gòu)的限制，輸出電壓會有最小值、最大值和輸出擺幅的限制。對于輸出電流變化范圍很大的情況，例如輕載很輕的情況，Rds_on上壓降很小，為了保證輕載情況能觸碰到誤差放大器輸出電壓的最低點，需要將A做的比較大，但是這樣重載情況下，比較點可能會超出誤差放大器輸出電壓的上限，從而限制了輸出電流的范圍。如圖3所示為本發(fā)明的系統(tǒng)框圖，在保證了傳統(tǒng)方式采樣簡單的情況下，通過改變PWM比較器的結(jié)構(gòu)使系統(tǒng)能工作在更大的輸出電流范圍。

如圖1所示，可知比較點為：EA_OUT＝A·I_peak·R_{ds_on}，

如圖2所示對于誤差放大器，輸出電壓的最大值和最小值分別為EA_max和EA_min，為了保證系統(tǒng)在整個輸出范圍內(nèi)，比較點都在誤差放大器的輸出擺幅以內(nèi)，需要：

A·I_{peak_min}·R_{ds_on}≥EA_min且A·I_{peak_max}·R_{ds_on}≤EA_max

所以電感電流的動態(tài)范圍：

由于Rds_on很小，為了保證在輕載時也能采樣放大之后的電壓也能在誤差放大器的輸出電壓范圍內(nèi)，A的值一般會比較大，這樣就導致了電感電流峰值的最大值不能太大。如果電感電流峰值太大，如圖2所示，采樣的電感電流峰值最大值的電壓經(jīng)過放大之后，會超過誤差放大器的輸出范圍的上限。這樣就限制了電感電流峰值的范圍，從而限制了輸出電流能達到的范圍。

如圖3所示為本發(fā)明的系統(tǒng)框圖，從該結(jié)構(gòu)可以看出本發(fā)明保留了傳統(tǒng)方式采樣簡單的優(yōu)點。

如圖4所示，誤差放大器的輸出電壓EA_OUT經(jīng)過運放箝位到V1：

V1＝EA_OUT

通過電阻RV-I轉(zhuǎn)化為電流：

與直流電流IB做差之后，經(jīng)過鏡像得到電流I1，鏡像比為K：

電流I2與線性區(qū)的MOS管的導通電阻Ron相乘得到電壓Vc:

所以，最后的比較點為：

等效為：

從上式中可以得到，最后的比較點與功率管的Rds_on無關(guān)，這樣消除了圖1所示結(jié)構(gòu)中Vsense對溫度的敏感性，同時線性區(qū)的MOS管與功率管做了匹配，采用相同的溝道長度，改善了工藝偏差帶來的影響。

如圖5所示，對于誤差放大器，輸出電壓的最大值和最小值分別為EA_max和EA_min(這由誤差放大器的結(jié)構(gòu)決定),輸出擺幅為：EA_range＝EA_max-EA_min，

令：

需要保證電感電流峰值的范圍經(jīng)過轉(zhuǎn)換之后的范圍不超過誤差放大器的輸出擺幅，即：

EA_range>V_H-V_L

對于寬輸出電流范圍(變化范圍十倍以上)的情況，電感電流峰值的變化范圍也很大，由圖5可以得到，電感電流峰值的變化范圍很大，這種情況用圖1所示結(jié)構(gòu)是不可能實現(xiàn)的。在本發(fā)明中，對電感電流的最大值和最小值同時進行減小，壓縮電感電流變化范圍，使調(diào)整后的變化范圍Match-range和誤差放大器的輸出擺幅滿足之前的分析。在這種情況下，調(diào)整之后變化范圍的上下限分別小于誤差放大器的輸出范圍的上下限電壓，即存在電壓偏移offset1和offset2：

同時本發(fā)明結(jié)構(gòu)中引入了直流電流IB，會使電感電流峰值范圍轉(zhuǎn)換后的范圍整體有一個向上的平移，即引入了一個平移電壓：V_shift＝I_B·R_V-I，在保證壓縮后的電壓偏移滿足offset1<offset2的情況下(需要選取合適的來滿足之一條件)，只需要取offset 1<Vshift<offset2即可滿足所有負載情況下PWM比較器兩端電壓都能正常觸碰，保證PWM比較器的正常翻轉(zhuǎn)。

比較圖2和圖5可以明顯的發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明有效的增大了電感電流峰值的變化范圍，從而有效的增大了負載電流的動態(tài)范圍。

由此可見，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)在保證傳統(tǒng)方式采樣簡單的條件下，對PWM比較器結(jié)構(gòu)進行了調(diào)整，采用電壓轉(zhuǎn)電流再轉(zhuǎn)電壓的結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)在更大的負載電流動態(tài)范圍內(nèi)能保證PWM比較器的正常翻轉(zhuǎn)，同時改善了傳統(tǒng)的方式由于比較電壓與功率管Rds_on相關(guān)帶來的溫度和工藝的影響。