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用于DC/DC變換器的PWM信號發(fā)生器及對應DC/DC變換器的制作方法與工藝

文檔序號:12009426閱讀:988來源:國知局
用于DC/DC變換器的PWM信號發(fā)生器及對應DC/DC變換器的制作方法與工藝
本發(fā)明的實施方式涉及電路領域,更具體地,本發(fā)明涉及一種用于DC/DC變換器的脈沖寬度調制PWM信號發(fā)生器及對應DC/DC變換器。

背景技術:
在DC/DC變換器中,可以使用PWM信號發(fā)生器來產生用于控制DC/DC變換器的功率開關的閉合和斷開的PWM信號。PWM信號發(fā)生器包括一個比較器,該比較器比較同相端和反相端的電壓信號,輸出一個脈沖寬度不同的波形(即PWM信號),來控制DC/DC變換器的功率開關的閉合和斷開。為了得到優(yōu)異的負載調整和瞬態(tài)響應,DC/DC變換器可以擁有兩個反饋回路。第一反饋回路采樣輸出電壓或者輸出電壓的反饋電壓Vfb。由誤差放大器比較輸出電壓或其反饋電壓與基準電壓Vref,并放大這兩者之間的誤差Veao,其中這放大的誤差Veao輸入到比較器的同相端或反相端中的一端。第二反饋回路采樣功率開關的電流支路中的電壓Vsense。該采樣的功率開關的電流支路中的電壓Vsense將與一個斜波電壓Vramp相加,輸入到比較器的同相端或反相端中的另一端。在現有技術中,為了實現電壓Vsense與電壓Vramp的相加,需要先將電壓Vsense轉換成相應的電流,將電壓Vramp也轉換成相應的電流,并將這兩個轉換得到的電流相加,最后將相加得到的電流再轉換成電壓,從而實現電壓Vsense與電壓Vramp的相加。這一方案的缺點在于,由于增加了電壓到電流以及電流到電壓的轉換電路,因此增大了芯片的面積、引入了轉換噪聲、導致相加的結果不正確、以及使得成本增加。

技術實現要素:
因此,需要有一種方案,可以實現上述電壓Vsense與電壓Vramp的直接相加,從而克服由于兩次轉換間接相加所產生的上述缺陷。根據本發(fā)明的第一方面,提出了一種用于DC/DC變換器的脈沖寬度調制信號發(fā)生器,包括:一個斜波電壓發(fā)生器,用于生成一個斜波電壓,所述斜波電壓發(fā)生器包括:一個恒流源;一個電容器單元,其第一端連接于所述恒流源的輸出端,其第二端可操作為與所述DC/DC變換器中的功率開關所在的電流支路中的電壓檢測點連接;一個斜坡開關,與所述電容器單元并聯;以及一個比較器,其第一輸入端與所述電容器單元的所述第一端連接,其第二輸入端與一個誤差信號連接,其輸出端可操作以輸出脈沖寬度調制信號,用于對所述功率開關和所述斜坡開關分別進行控制。根據本發(fā)明的第二方面,提出了一種DC/DC變換器,包括:根據上面所述的脈沖寬度調制信號發(fā)生器;一個電感元件、一個電容元件、一個二極管和一個功率開關,其中在所述脈沖寬度調制信號發(fā)生器生成的脈沖寬度調制信號的控制下,在所述功率開關閉合時,所述電感元件被充電,在所述功率開關斷開時,所述電感元件通過所述二極管向所述電容元件充電;以及一個連接于所述功率開關與地電位之間的檢測電阻,其與所述功率開關的連接點被用作為電壓檢測點,以提供檢測電壓。根據本發(fā)明的實施方式,能夠實現上述電壓Vsense與電壓Vramp的直接相加,從而可以減小芯片面積、降低芯片成本、同時不會引入轉換噪聲并且實現更加準確的電壓相加。附圖說明通過以下結合附圖的說明,并且隨著對本發(fā)明的更全面了解,本發(fā)明的其他目的和效果將變得更加清楚和易于理解,其中:圖1示出了根據本發(fā)明的一個實施方式的DC/DC變換器的電路圖;圖2a、圖2b、圖2c分別示意性地示出了驅動器的輸出端、檢測電阻的非接地端、以及電容器單元兩端的信號圖。在所有的上述附圖中,相同的標號表示具有相同、相似或相應的特征或功能。具體實施方式以下將結合附圖詳細描述本發(fā)明的具體實施方式。圖1示出了根據本發(fā)明的一個實施方式的DC/DC變換器的電路圖,其中的DC/DC變換器為升壓型變換器。當然,本領域的技術人員應該理解,本發(fā)明也適用于降壓型DC/DC變換器或者升降壓型DC/DC變換器。如圖1所示,該DC/DC變換器100包括一個脈沖寬度調制PWM信號發(fā)生器110、一個電感元件L1、一個電容元件C1、一個二極管D1、一個功率開關Q1、一個檢測電阻R1和分壓電阻串R2和R3。該PWM信號發(fā)生器110包括一個斜波電壓(Vramp)發(fā)生器112、一個比較器114、一個驅動器116、一個誤差放大器118。所述Vramp發(fā)生器112用于生成一個斜波電壓Vramp。該Vramp發(fā)生器112包括一個恒流源Is、一個電容器單元C2,其第一端連接于所述恒流源Is的輸出端,其第二端與所述DC/DC變換器100中的功率開關Q1所在的電流支路中的電壓檢測點(電壓Vsense輸出點)連接、以及一個斜坡開關S1,與所述電容器單元C2并聯連接。比較器114的第一輸入端(例如反相端)與所述電容器單元C2的所述第一端(該第一端即提供電壓Vramp和電壓Vsense之和)連接,其第二輸入端(例如同相端)與誤差放大器118的輸出端相連。比較器114的輸出端輸出脈沖寬度調制信號,用于通過所述驅動器116對所述功率開關Q1和所述斜坡開關S1分別進行控制。當比較器114同相端輸入的電壓大于反相端輸入的電壓時,其輸出高電平;而當比較器114同相端輸入的電壓小于等于反相端輸入的電壓時,其輸出低電平。驅動器116的輸入端連接到比較器114的輸出端,輸出端連接到所述功率開關Q1和所述斜坡開關S1的控制端,用于分別驅動所述功率開關Q1和所述斜坡開關S1。例如,驅動器116是一個觸發(fā)器,例如RS觸發(fā)器。另外,驅動器116還輸入有時鐘信號。所述誤差放大器118的一個輸入端(例如同相端)連接于一個基準電壓Vref,另一個輸入端(例如反相端)連接于所述DC/DC變換器100的輸出電壓或者該輸出電壓的反饋電壓Vfb(在圖1中示出為連接到分壓電阻串R2和R3的中間),其輸出端與所述比較器114的所述第二輸入端連接。所述二極管D1與所述電容元件C1串聯連接,所述功率開關Q1與所述串聯連接的二極管D1和電容元件C1并聯,所述電感元件L1的一端連接輸入電源,另一端連接到所述功率開關Q1與所述串聯連接的二極管D1和電容元件C1的第一并聯點,其中該第一并聯點是所述二極管D1的陽極,所述功率開關Q1與所述串聯連接的二極管D1和電容元件C1的第二并聯點接地,該二極管D1的陰極與所述電容元件C1的連接點作為所述變換器100的輸出端Vout。檢測電阻R1連接于所述功率開關Q1與地電位之間,其與所述功率開關Q1的連接點被用作為電壓檢測點,以提供功率開關Q1所在的電流之路的檢測電壓Vsense。串聯連接的分壓電阻串R2和R3連接于變換器100的輸出端Vout與接地之間,用于向所述誤差放大器118提供反饋電壓Vfb。另外,功率開關Q1和斜坡開關S1的控制端連接到驅動器116。在本發(fā)明的該實施方式中,所述斜坡開關S1閉合與斷開與所述功率開關Q1的閉合與斷開相反。例如,所述功率開關Q1是一個N型MOS晶體管、所述斜坡開關S1是一個P型MOS晶體管。所述功率開關Q1和所述斜坡開關S1的柵極連接到所述驅動器116的輸出端,所述功率開關Q1的漏極連接到所述二極管D1的陽極,所述功率開關Q1的源極與檢測電阻R1的一端(該端不接地)相連;所述斜坡開關S1的源極與所述恒流源Is的輸出端相連,并且所述斜坡開關S1的漏極也與所述檢測電阻R1的一端(該端不接地)相連。當然,本領域的技術人員也可以理解,所述功率開關Q1是一個NPN雙極型晶體管、所述斜坡開關S1是一個PNP雙極型晶體管?;蛘?,所述功率開關Q1與所述斜坡開關S1是同類型的晶體管,只是所述DC/DC變換器100還包括一個反相器(圖中未示出),所述反相器連接在所述驅動器116的輸出端與所述功率開關Q1和所述斜坡開關S1中的一個之間。下面來說明這個DC/DC變換器100的工作過程。當功率開關Q1閉合,斜坡開關S1斷開時,輸入電源Vin給電感元件L1充電。當功率開關Q1斷開,斜坡開關S1閉合時,電感元件L1存儲的能量可以經過二極管D1提供或輸出給電容元件C1和負載。隨著功率開關Q1的閉合和斷開,輸出電壓Vout逐漸變高到最后穩(wěn)定。此外,由于斜坡開關S1斷開,恒流源Is對電容器單元C2進行充電,電容器單元C2兩端之間的電壓Vramp也逐漸升高。隨著充電的進行,當比較器114的反相端的電壓Vramp+Vsense大于等于比較器114的同相端的電壓Veao時,其中該Veao是誤差放大器118的輸出,是反饋電壓Vfb與基準電壓Vref之間的差異的放大值,比較器114輸出發(fā)生轉變,從高電平變成低電平。比較器114從高電平到低電平的這一轉變,觸發(fā)驅動器116輸出一個低電平,從而使得功率開關Q1斷開以及斜坡開關S1閉合。在斜坡開關S1閉合的情況下,電壓Vramp等于0。另外,在功率開關Q1斷開的情況下,電壓Vsense也接近于0。因此,比較器114的反相端的輸入電壓。而此時比較器114的同相輸入端的基準電壓Vref與反饋電壓Vfb之間的差基本上保持不變,其可以認為大于0。因此,比較器114輸出又從低電平轉變成高電平。然而,比較器114的這一轉變不能使驅動器116進行相應的動作。另一方面,在時鐘信號的上升沿到來時,驅動器116的輸出發(fā)生轉變,從低電平轉變成高電平,從而使得功率開關Q1閉合,而斜坡開關S1斷開,從而又開始一個新的周期。圖2a、圖2b、圖2c分別示意性地示出了驅動器116的輸出端、檢測電阻R1的非接地端、以及電容器單元C2兩端的信號圖。應當注意,為了使本發(fā)明更容易理解,上面的描述省略了對于本領域的技術人員來說是公知的、并且對于本發(fā)明的實現可能是必需的更具體的一些技術細節(jié)。本領域的技術人員還應當理解,本發(fā)明不限于上面所描述的步驟,本發(fā)明也包括對上面所描述的步驟進行的組合、順序變換等。本發(fā)明的最終范圍由所附的權利要求限定。選擇并描述實施方式是為了更好地解釋本發(fā)明的原理及其實際應用,并使本領域普通技術人員明白,在不脫離本發(fā)明實質的前提下,所有修改和變更均落入由權利要求所限定的本發(fā)明的保護范圍之內。
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