專利名稱：一種適用于輸出電源電壓連續(xù)變化的Buck變換器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于電子器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電源輸出能跟隨輸入?yún)⒖茧妷?連續(xù)變化的Buck(非隔離的降壓開關(guān)電源)變換器電路的設(shè)計。
背景技術(shù)：
為提高電子產(chǎn)品的效率，在電源的一些應用中需要產(chǎn)生能跟隨信號連續(xù)變化的電 源。比如在將電源管理和音頻功率放大器集成在一起的丨類放大器中，音頻功放的電源就 是以音頻頻率變化的信號。一般的DC-DC Buck變換器電路中參考電壓直接輸入到補償器 的正端，當參考電壓以一定頻率變化時，補償器正輸入端到輸出端的前饋通路會使轉(zhuǎn)換器 的輸出相對輸入?yún)⒖茧妷河幸欢ㄕ`差量，而不能準確的跟隨參考電壓。本實用新型提出的適用于輸出電源電壓連續(xù)變化的Buck變換器的電路在參考電 壓輸入端加單位增益反饋放大器。通過該放大器取出反饋電壓和參考電壓的差值送給后級 的補償器網(wǎng)絡(luò)，去除了補償器正輸入端到其輸出的前饋通路，使Buck變換器的輸出能夠準 確跟隨變化的信號，適應電源電壓連續(xù)變化的Buck變換器的設(shè)計需要。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于針對需要電源電壓連續(xù)可變的應用需要，提出一種適用于 輸出電源電壓連續(xù)變化的Buck變換器的電路。本實用新型提出的Buck變換器的電路，包括單位增益反饋放大器，補償器，比較 器，驅(qū)動電路，功率開關(guān)，片外濾波電感L和電容C ；所述的單位增益反饋放大器由一個雙差 分輸入單端輸出放大器接成，該雙差分輸入單輸出放大器的兩組差分輸入端分別為inl+， inl-和in2+，in2_，將輸入端in2+和in2_通過電阻R相連，并且將所述放大器輸出反饋到 輸入端in2-端形成單位增益反饋，輸入端in2+端接共模電平Vcm，輸入端inl+和inl-分 別接反饋電壓Vfb和輸入?yún)⒖茧妷篤ref。所述放大器的輸出接到補償器的負端，補償器的 正端接共模電平Vcm。補償器的輸出接到比較器的負端，比較器的正端接三角波時鐘，比較 器產(chǎn)生的脈沖寬度調(diào)制信號接到驅(qū)動電路。驅(qū)動電路產(chǎn)生的驅(qū)動信號控制功率管MP，MN的 柵極，MP管的源端接輸入電壓Vg，MN管的源端接地，MP, MN管的漏端接在一起與電感L 一 端相連，電感L另一端與電容C相連產(chǎn)生輸出電壓Vo，電容C另一端接地，Vo給外部負載供 電。反饋電阻網(wǎng)絡(luò)Rfl，Rf2的一端分別接Vo和地，另一端相互連接產(chǎn)生反饋電壓Vfb。本實用新型提出的Buck變換器的電路，輸入端為一個雙差分輸入單端輸出放大 器接成的單位增益反饋放大器。通過該放大器取出反饋電壓和參考電壓的差值送給后級的 補償器網(wǎng)絡(luò)，與一般的DC-DC Buck變換器中將參考電壓直接加在補償器網(wǎng)絡(luò)的正輸入端相 比，去除了由于補償器正輸入端到其輸出的前饋通路引入的超前零點，使Buck變換器的輸 出能夠準確跟隨輸入的參考電壓，產(chǎn)生連續(xù)變化的電源電壓。
圖1為本實用新型中的Buck變換器的整體結(jié)構(gòu)框圖。圖2為單位增益反饋雙差分輸入單輸出放大器圖3為雙差分輸入單輸出放大器的電路圖。圖4為補償器網(wǎng)絡(luò)。圖5為無輸入放大器時Buck變換器的整體結(jié)構(gòu)框圖。圖6為無輸入放大器時Buck變換器小信號框圖。圖7為有輸入放大器時Buck變換器小信號框圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖及實例對本實用新型進行詳細說明。如圖1所示，一種適用于輸出電源電壓連續(xù)變化的Buck變換器電路，包括單位增 益反饋放大器，補償器，比較器，驅(qū)動電路，功率開關(guān)，片外濾波電感和電容。雙差分輸入單 輸出放大器的兩組差分輸入端分別為inl+，inl-和in2+，in2_，將輸入端in2+和in2_通 過電阻R相連，并且將放大器輸出反饋到輸入端in2-端形成單位增益反饋，輸入端in2+端 接共模電平Vcm，輸入端inl+和inl-分別接反饋電壓Vfb和輸入?yún)⒖茧妷篤ref。放大器 的輸出接到補償器的負端，補償器的正端接共模電平Vcm。補償器的輸出接到比較器的負 端，比較器的正端接三角波時鐘，比較器產(chǎn)生的脈沖寬度調(diào)制信號接到驅(qū)動電路。驅(qū)動電路 產(chǎn)生的驅(qū)動信號控制功率管MP，MN的柵極，MP管的源端接輸入電壓Vg，MN管的源端接地， MP，麗管的漏端接在一起與電感L 一端相連，電感L另一端與電容C相連產(chǎn)生輸出電壓Vo， 電容C另一端接地，Vo給外部負載供電。反饋電阻網(wǎng)絡(luò)Rfl，Rf2的一端分別接Vo和地，另 一端相互連接產(chǎn)生反饋電壓Vfb。如圖2所示，為本實用新型中輸入端單位增益放大器的反饋電路圖，雙差分輸入 單輸出放大器的兩組差分輸入端分別為inl+，inl-和in2+，in2_，將輸入端in2+和in2_通 過電阻R相連，并且將放大器輸出反饋到輸入端in2-端形成單位反饋，in2+端接共模電平 Vcm，放大器輸出可以表示為= (Vfb-Vref)+VCffl這樣就能取出反饋電壓和參考電壓的誤差量送入到補償器中。如圖3所示，為實用新型中雙差分輸入單端輸出放大器電路圖。功率管M1，M2，M3， M4管的柵極分別為四個輸入端inl-，inl+，in2-，in2+。電流源II 一端接到電源Vdd，另一 端接功率管M5管的漏端，功率管M5管的柵極與漏極接在一起并與功率管M6，M7, M8的柵 極相連形成電流鏡，功率管M5，M6，M7，M8管的源端接到地。功率管Ml，M2管的源端與功率 管M6管的漏端相連，功率管M3，M4管的源端與功率管M7管的漏端相連，功率管M1，M3管的 漏端接在一起與功率管M9管的漏端相連，功率管M9管的柵和漏接在一起并與功率管M10 管的柵極相連形成電流鏡，功率管M10管的漏端與功率管M2，M4管的漏端相連，功率管M9， M10的源端接到電源Vdd。功率管Mil管的柵極接到功率管M10管的漏端，源極接Vdd，漏極 與M8管漏端相連，補償電容C接在功率管Mil管的柵極和漏極間，功率管Mil管的漏端即 為輸出。如圖4所示，為本實用新型中補償器網(wǎng)絡(luò)，電容C1的一端與電阻R1的一端相連并接反饋信號Vfb，電容C1的另一端接到電阻R2的一端。電阻Rl，R2的另一端與放大器的 負端相連，電容C2的一端與電阻R3的一端相連并接到放大器的負端，電容C2和電阻R3的 另一端分別接到電容C3的兩端，電容C2與C3相連的端點接放大器的輸出端。輸入?yún)⒖茧?壓接放大器的正端。
)令4 = Rl / /(R2 + 丄)，Z2 =丄 / /(R3 + — 1sCY 2 sC2sCy
z則廠2= {Vref-Vfb) + Vref若如圖5所示，無輸入放大器，參考電壓Vref直接接到補償器正端，反饋電壓Vfb 接補償器負端，其余電路連接關(guān)系同圖1，則等效的Buck變換器小信號框圖如圖6所示。其中，氏為參考電壓和反饋電壓的誤差量到補償器輸出端的小信號傳遞函數(shù)，H2 為參考電壓到補償器輸出端的小信號傳遞函數(shù)，h3為從比較器負輸入端到反饋信號Vfb的 小信號傳遞函數(shù)。Hi = ljllH2 = 1
H3為比較器，驅(qū)動電路，功率級，濾波器和反饋電阻網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)之積。 Vre/, Vfl,, k分別為輸入?yún)⒖茧妷?，反饋電壓，輸出電壓的小信號量?推導閉環(huán)時反饋電壓與參考電壓的關(guān)系H3 [(vref -Vjb)Hx+H2 Vref ] = V Jb整理得
Vfb —-Vref
l + H.H,
-Rn + Rfi - Rfx + Rfi H,H3 + H2H3 -
Vo =-Vfb =--Vref
Rf2Rf2 l + HxH3
Rfl+Rf2
由于H2H3項的影響，即使環(huán)路增益HiH3>> 1,.也與 存在一定誤差。
VoRf2
本實用新型中加入輸入放大器時Buck變換器小信號框圖如圖7所示，由于在補償 器前加了一個雙差分輸入單輸出的單位反饋放大器取出^和的差值再送入補償器的負
端，去除了補償器正端到其輸出的前饋通路傳遞函數(shù)H2的影響，可以得到
- H H -v/b = -r-fr" vre/
1 + /3jX73
八 Rn+ Rn “ Rn+ Rn八R/2 I 譯ef
八RR當環(huán)路增益HA >> l，。”^“11‘，使Buck變換器的輸出能夠準確跟隨放
Rn
大一定比例的變化的信號，適應輸出電源電壓連續(xù)變化的Buck變換器的設(shè)計需要。
權(quán)利要求一種適用于輸出電源電壓連續(xù)變化的Buck變換器電路，其特征在于包括單位增益反饋放大器，補償器，比較器，驅(qū)動電路，功率開關(guān)，片外濾波電感L和電容C；所述的單位增益反饋放大器由一個雙差分輸入單端輸出放大器接成，該雙差分輸入單輸出放大器的兩組差分輸入端分別為in1+，in1 和in2+，in2 ，輸入端in2+和in2 通過電阻R相連，并且將所述放大器輸出反饋到輸入端in2 形成單位增益反饋，輸入端in2+接共模電平Vcm，輸入端in1+和in1 分別接反饋電壓Vfb和輸入?yún)⒖茧妷篤ref；所述放大器的輸出接到補償器的負端，補償器的正端接共模電平Vcm；補償器的輸出接到比較器的負端，比較器的正端接三角波時鐘，比較器產(chǎn)生的脈沖寬度調(diào)制信號接到驅(qū)動電路；驅(qū)動電路產(chǎn)生的驅(qū)動信號控制功率管MP和功率管MN的柵極，功率管MP的源端接輸入電壓Vg，功率管MN管的源端接地，功率管MP和功率管MN的漏端接在一起與電感L一端相連；電感L另一端與電容C相連產(chǎn)生輸出電壓Vo，電容C另一端接地，Vo給外部負載供電；反饋電阻網(wǎng)絡(luò)Rf1，Rf2的一端分別接Vo和地，另一端相互連接產(chǎn)生反饋電壓Vfb。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸出電源電壓連續(xù)變化的Buck變換器電路，其特征在于所 述雙差分輸入單端輸出放大器電路中，功率管Ml，M2，M3，M4管的柵極分別為四個輸入端 inl-, inl+, in2-, in2+；電流源II 一端接到電源Vdd，另一端接功率管M5管的漏端，功率 管M5管的柵極與漏極接在一起并與功率管M6，M7, M8的柵極相連形成電流鏡，功率管M5， M6，M7，M8管的源端接到地；功率管M1，M2管的源端與功率管M6管的漏端相連，功率管M3， M4管的源端與功率管M7管的漏端相連，功率管M1，M3管的漏端接在一起與功率管M9管的 漏端相連，功率管M9管的柵和漏接在一起并與功率管M10管的柵極相連形成電流鏡；功率 管M10管的漏端與功率管M2，M4管的漏端相連，功率管M9，M10的源端接到電源Vdd ；功率 管Mil管的柵極接到功率管M10管的漏端，源極接Vdd，漏極與M8管漏端相連，補償電容C 接在功率管Mil管的柵極和漏極間，功率管Mil管的漏端即為輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸出電源電壓連續(xù)變化的Buck變換器電路，其特征在于所 述補償器中，電容C1的一端與電阻R1的一端相連并接反饋信號Vfb，電容C1的另一端接 到電阻R2的一端；電阻Rl，R2的另一端與放大器的負端相連，電容C2的一端與電阻R3的 一端相連并接到放大器的負端，電容C2的另一端和電阻R3的另一端分別接到電容C3的兩 端，電容C2與C3相連的端點接放大器的輸出端；輸入?yún)⒖茧妷航臃糯笃鞯恼恕?br> 專利摘要本實用新型屬于電子器件技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種適用于輸出電源電壓連續(xù)變化的Buck變換器的電路。該電路輸入端為一個雙差分輸入單端輸出放大器接成的單位增益反饋放大器。通過該放大器取出反饋電壓和參考電壓的差值送給后級的補償器網(wǎng)絡(luò)，與一般的DC-DC Buck變換器中將參考電壓直接加在補償器網(wǎng)絡(luò)的正輸入端相比，去除了由于補償器正輸入端到輸出的前饋通路引入的誤差量，使Buck變換器的輸出能夠準確跟隨信號幅度，產(chǎn)生一個連續(xù)時間的與信號成比例的電壓，供給信號放大、功率輸出的電源。
文檔編號H02M3/155GK201708696SQ20102023645
公開日2011年1月12日 申請日期2010年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月24日
發(fā)明者馮勇, 楊姍姍, 洪志良, 王朝旭 申請人:復旦大學