具有自适应最小导通时间功能的直流电源转换器的制作方法

1.本发明涉及一种dcdc芯片，具体说是具有自适应最小导通时间功能的直流电源转换器。


背景技术：

2.在直流电源转换器中，输入电压或输出电压的改变将会调整占空比的变化，受导通电阻，开关损耗等非理想因素影响，不同的负载条件，不同的工作频率对直流电源转换器的导通时间也有很大影响，而且在不同应用场景中对轻载时输出电压的纹波、效率等提出较高的要求，因此提出自适应变化的最小导通时间电路是很有实际价值和意义的。同时，在直流电源转换器中，电感电流是在导通时间内测量的。电感电流可用于过流保护，也可用于根据电流闭环控制原理(电流模式控制)工作的稳压器中，因为在环路调节时需要测量电感电流。在开关瞬变后，必须先降低产生的噪音才能进行准确的电流测量。这需要一些时间，也称为消隐时间。尤其对于mhz级别的极高开关频率，最小导通时间的影响更大，因此能够自适应变化的最小导通时间电路设计将很有价值。另外，对于低占空比，例如降压型开关稳压器中的高输入电压和低输出电压，最小导通时间是关键限制参数。它通常会限制支持dcdc工作的最大开关频率。综上，随输入输出自适应变化的最小导通时间电路的设计有价值，有意义。
3.目前，传统的直流电源转换器包括功率级电路、驱动控制电路和比较电路。所述功率级电路的输入端接入vin，功率级电路的输出端输出vout。所述功率级电路与驱动控制电路适配连接，功率级电路的输出端与比较电路适配连接，比较电路与驱动控制电路适配连接。传统的直流电源转换器的驱动控制电路为普通的逻辑电路，该电路无法根据输入输出的变化改变功率级电路的最小导通时间。因而，传统的直流电源转换器的最小导通时间是固定不变的，即使通过编程改变输出电压改变时，其最小导通时间也是固定不变的。


技术实现要素：

4.本发明要解决的问题是提供一种是具有自适应最小导通时间功能的直流电源转换器，该直流电源转换器的最小导通时间是根据输入输出自适应变化，解决了现有技术中直流电源转换器的最小导通时间固定不变的技术问题。
5.为解决上述问题，提供以下技术方案：
6.本发明的具有自适应最小导通时间功能的直流电源转换器包括功率级电路、驱动电路、比较电路和控制电路。所述功率级电路的输入端接入vin，功率级电路的输出端输出vout。所述功率级电路与驱动电路适配连接，功率级电路的输出端与比较电路适配连接，比较电路与驱动电路适配连接。其特点是所述控制电路含有自适应最小导通时间电路和触发器。所述触发器与驱动电路适配连接，用于向驱动电路发送duty信号。所述自适应最小导通时间电路与触发器适配连接，用于向触发器发送set信号，从而改变功率级电路的最小导通时间。
7.所述比较电路包括第一比较器、误差运算放大器和补偿网络模块。所述功率级电路输出端与电阻ru一端相连，电阻ru的另一端分别与误差运算放大器的反相输入端和电阻rd的一端相连，电阻rd的另一端接地。直流电源转换器芯片的dac信号作用到电阻ru上。所述误差运算放大器的同相输入端输入vref，误差运算放大器的输出端与所述第一比较器的同相输入端相连，所述补偿网络模块与第一比较器的同相输入端适配连接，所述第一比较器的反相输入端接入三角波纹信号，第一比较器的输出端与所述触发器适配连接，用于向触发器发送reset信号。
8.其中，所述自适应最小导通时间电路包括第一运算放大电路、第二运算放大电路、第二比较器、与门和非门。所述第一运算放大电路输入vref
×
α、vbias和vin，向第二比较器的同相输入端输出va。所述第二运算放大电路输入vin
×
β和vin，向第二比较器的反相输入端输出v
ramp
。所述第二比较器的输出端和与门适配连接，向与门发送ton_c信号；所述非门输入osc信号，非门和与门适配连接，向与门发送osc_n信号。所述与门与触发器适配连接，向触发器发送set信号。
9.所述第一运算放大电路包括第一运算放大器，第一运算放大器的输出端与mos管p1和mos管p2的栅极相连，mos管p1的源级和mos管p2的源级均输入vin，mos管p1的漏级与mos管p3的源级相连，mos管p3的漏级输出v
sa
，mos管p3的漏级与电阻r
u1
的一端相连，电阻r
u1
的另一端分别与电阻r
d1
的一端和第一运算放大器的同相输入端相连，电阻r
d1
的另一端接地。直流电源转换器芯片的dac信号作用到电阻r
u1
上。所述mos管p2的漏级与mos管p4的源级相连，mos管p4的漏级输出所述va，mos管p4的漏级分别与电阻ra的一端和第二比较器的同相输入端相连，电阻ra的另一端接地。所述mos管p3和mos管p4的栅极均输入vbias。
10.与mos管p3漏级相连的电阻r
u1
一端与电阻r
sa
一端相连，电阻r
sa
的另一端与电阻r
d1
的接地端相连，电阻r
sa
的两端并联电容c
sa
。所述电阻ra的两端并排电容ca。
11.所述第二运算放大电路包括第二运算放大器，第二运算放大器的反相输入端输入vin
×
β，第二运算放大器的输出端分别与mos管p5的栅极和mos管p6的栅极相连，mos管p5的源级和mos管p6的源级均与输入vin。所述mos管p5的漏级分别与电阻r
sb
的一端和第二运算放大器的同相输入端相连，电阻r
sb
的另一端接地；所述mos管p6的漏级输出v
ramp
，mos管p6的漏级分别与mos管n1的漏级和第二比较器的反相输入端相连，mos管n1的源级接地，mos管n1的栅极输入osc信号。
12.所述mos管p6的漏级与电容c
ramp
的一端相连，电容c
ramp
的另一端接地。
13.所述触发器为rs触发器。
14.采取以上方案，具有以下优点：
15.由于本发明的具有自适应最小导通时间功能的控制电路含有自适应最小导通时间电路和触发器，触发器与驱动电路适配连接，用于向驱动电路发送duty信号，自适应最小导通时间电路与触发器适配连接，用于向触发器发送set信号，从而改变功率级电路的最小导通时间。这种直流电源转换器中的自适应最小导通时间电路可根据输入输出来改变改变功率级电路的最小导通时间，使得直流电源转换器的最小导通时间实现自适应功能，确保直流电源转换器可适应各种要求。
附图说明
16.图1是本发明的具有自适应最小导通时间功能的直流电源转换器的原理框图；
17.图2是本发明的具有自适应最小导通时间功能的直流电源转换器中自适应最小导通时间电路的电路图。
18.图3是本发明的具有自适应最小导通时间功能的直流电源转换器中osc、v
ramp
、va、ton_c、osc_n和set信号的波形参考图。
具体实施方式
19.以下结合附图对本发明做进一步详细说明。
20.如图1所示，本发明的具有自适应最小导通时间功能的直流电源转换器包括功率级电路2、驱动电路1、比较电路和控制电路。所述功率级电路2的输入端接入vin，功率级电路2的输出端输出vout。所述功率级电路2与驱动电路1适配连接，功率级电路2的输出端与比较电路适配连接，比较电路与驱动电路1适配连接。所述控制电路含有自适应最小导通时间电路7和触发器3。所述触发器3与驱动电路1适配连接，用于向驱动电路1发送duty信号。所述自适应最小导通时间电路7与触发器3适配连接，用于向触发器3发送set信号，从而改变功率级电路2的最小导通时间。三角波纹信号通过比较器进入到触发器3，触发器3控制驱动电路1驱动功率级电路2导通，vin进入功率级电路2，功率级电路2输出vout，误差运算放大器6输入vout和基准参考电压vref，放大送入到第一比较器4，第一比较器4对运放和三角波纹信号进行比较、并将比较结果送入的触发器3，触发器3根据比较结果控制驱动电路1是否停止驱动功率级电路2导通，进而控制是否输出vout。输出vout的目的是为电感(蓄电池)充电。
21.如图2所示，所述比较电路包括第一比较器4、误差运算放大器6和补偿网络模块8。所述功率级电路2输出端与电阻ru一端相连，电阻ru的另一端分别与误差运算放大器6的反相输入端和电阻rd的一端相连，电阻rd的另一端接地。直流电源转换器芯片的dac信号作用到电阻ru上。所述误差运算放大器6的同相输入端输入vref，误差运算放大器6的输出端与所述第一比较器4的同相输入端相连，所述补偿网络模块8与第一比较器4的同相输入端适配连接，所述第一比较器4的反相输入端接入三角波纹信号，第一比较器4的输出端与所述触发器3适配连接，用于向触发器3发送reset信号。
22.所述自适应最小导通时间电路7包括第一运算放大电路、第二运算放大电路、第二比较器11、与门9和非门12。所述第一运算放大电路输入vref
×
α、vbias和vin，向第二比较器11的同相输入端输出va。所述第二运算放大电路输入vin
×
β和vin，向第二比较器11的反相输入端输出v
ramp
。所述第二比较器11的输出端和与门9适配连接，向与门9发送ton_c信号；所述非门12输入osc信号，非门12和与门9适配连接，向与门9发送osc_n信号。所述与门9与触发器3适配连接，向触发器3发送set信号。
23.所述第一运算放大电路包括第一运算放大器5，第一运算放大器5的输出端与mos管p1和mos管p2的栅极相连，mos管p1的源级和mos管p2的源级均输入vin，mos管p1的漏级与mos管p3的源级相连，mos管p3的漏级输出v
sa
，mos管p3的漏级与电阻r
u1
的一端相连，电阻r
u1
的另一端分别与电阻r
d1
的一端和第一运算放大器5的同相输入端相连，电阻r
d1
的另一端接地。与mos管p3漏级相连的电阻r
u1
一端与电阻r
sa
一端相连，电阻r
sa
的另一端与电阻r
d1
的接
地端相连，电阻r
sa
的两端并联电容c
sa
。所述电阻ra的两端并排电容ca。直流电源转换器芯片的dac信号作用到电阻r
u1
上。所述mos管p2的漏级与mos管p4的源级相连，mos管p4的漏级输出所述va，mos管p4的漏级分别与电阻ra的一端和第二比较器11的同相输入端相连，电阻ra的另一端接地。所述mos管p3和mos管p4的栅极均输入vbias。
24.所述第二运算放大电路包括第二运算放大器10，第二运算放大器10的反相输入端输入vin
×
β，第二运算放大器10的输出端分别与mos管p5的栅极和mos管p6的栅极相连，mos管p5的源级和mos管p6的源级均与输入vin。所述mos管p5的漏级分别与电阻r
sb
的一端和第二运算放大器10的同相输入端相连，电阻r
sb
的另一端接地。所述mos管p6的漏级输出v
ramp
，mos管p6的漏级分别与mos管n1的漏级和第二比较器11的反相输入端相连，mos管n1的源级接地，mos管n1的栅极输入osc信号。所述mos管p6的漏级与电容c
ramp
的一端相连，电容c
ramp
的另一端接地。所述mos管p6漏极输出的电流对电容c
ramp
进行充电，电容c
ramp
上的电压近似线性斜率上升(根据i*t＝c*v)，从而产生斜波信号v
ramp
。
25.所述电容ca和c
sa
用于滤波，从而确保信号传递平稳。
26.所述dac信号是直流电源转换器芯片的调压控制单元提供，为控制逻辑信号。所述osc信号是直流电源转换器的振荡器模块单元提供。所述三角纹波信号作为调制信号，电压模式直接利用振荡器osc产生的三角波进行调制，电流模式通过采样电感电流信号和斜波补偿补偿信号运算再进行调制。
27.所述osc、v
ramp
、va、ton_c、osc_n和set信号的波形参考见图3。
28.本实施例中，所述电阻r
u1
和电阻r
d1
与电阻ru和电阻rd保持等比例关系，即电阻r
u1
/电阻r
d1
的比值与电阻ru/电阻rd的比值相等，则v
sa
＝vout
×
α，其中，α为确数，且α《1。电阻r
sa
阻值比电阻r
u1
电阻r
d1
小1个数量级(10倍)以上，则流过mos管p1上的电流近似为：mos管p2拷贝mos管p1上的电流，假定比例关系为1，那么mos管p5的电流为：其中β为确数，且β《1。mos管p6拷贝p5管上的电流，假定比例关系为1，那么最后通过比较实现预期功能，其自适应最小导通时间可表达如下：
[0029][0030]
其中，vref
×
α正相关于输出电压vout。
[0031]
本发明的具有自适应最小导通时间功能的直流电源转换器的自适应最小导通时间电路7根据这些dac信号、osc信号自动产生最小导通时间，参与调制器的调制，进而输出所需求的输出电压。，使得直流电源转换器的最小导通时间实现自适应功能，确保直流电源转换器可适应各种要求。