一種用交流負(fù)反饋抑制電荷泵dc-dc轉(zhuǎn)換器紋波的技術(shù)的制作方法
【專利摘要】電容型開關(guān)電源具有低EMI、較高效率、體積小等優(yōu)點(diǎn)，是電源管理系統(tǒng)的重要組成部分。本發(fā)明針對開關(guān)電容型DC-DC轉(zhuǎn)換器，提出了一種采用交流負(fù)反饋環(huán)路抑制紋波的方法。該方法在誤差放大器輸出和DC-DC輸出之間通過耦合電容CC連接，形成交流負(fù)反饋環(huán)路(如附圖)，利用環(huán)路在開關(guān)頻率下的環(huán)路增益A，將輸出紋波電壓抑制為原來的1/(1+A)，在保證系統(tǒng)得到較高效率的同時(shí)，減小輸出電壓紋波。
【專利說明】—種用交流負(fù)反饋抑制電荷泵DC-DC轉(zhuǎn)換器紋波的技術(shù)

【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明專利涵蓋開關(guān)電容型DC-DC轉(zhuǎn)換器原理、紋波噪聲抑制技術(shù)。

【背景技術(shù)】
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[0002]隨著集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，便攜式移動終端的大量出現(xiàn)，尤其是近幾年，智能手機(jī)、平板電腦、GPS等產(chǎn)品的普及，電子系統(tǒng)對供電電源也提出了更多的要求，例如:便攜性、低功耗、輸出穩(wěn)定、高效率等，推動了便攜式電子設(shè)備電源技術(shù)的發(fā)展。電子系統(tǒng)通常不能由電池或電源適配器為其直接供電，通常需要一個(gè)電壓調(diào)制器將不穩(wěn)定的直流電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的系統(tǒng)供電電源。目前，DC-DC轉(zhuǎn)換器主要分為兩類:線性穩(wěn)壓器和開關(guān)電源調(diào)制器。線性穩(wěn)壓器具有低紋波、低噪聲、設(shè)計(jì)簡單等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于對噪聲敏感的場合，但其也有效率較低和只能實(shí)現(xiàn)降壓等缺點(diǎn)。開關(guān)電源又分為電感型和電容型。其中，電感型開關(guān)電源儲能元件為電感，優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)換效率高，缺點(diǎn)是在輸出端具有紋波干擾，并且有電磁干擾(EMI)問題；電容型(又稱電荷泵型)開關(guān)電源使用電容作為儲能元件，大大降低了 EMI，轉(zhuǎn)換效率也較高，缺點(diǎn)是輸出端紋波噪聲較大。
[0003]模擬和射頻電路對噪聲敏感，通常采用線性穩(wěn)壓源供電，這雖然避免了電源的噪聲干擾，但系統(tǒng)效率較低。開關(guān)型DC-DC轉(zhuǎn)換器效率比線性穩(wěn)壓源高如果能解決其輸出端紋波噪聲的問題(對電感型開關(guān)電源還要解決EMI問題)，則可將開關(guān)型DC-DC轉(zhuǎn)換器應(yīng)用于噪聲敏感的模擬和射頻電路，從而提高系統(tǒng)效率，這對便攜系統(tǒng)尤其重要。本發(fā)明提出了一種紋波抑制技術(shù)，在保證電源效率的同時(shí)，具有很少的額外硬件開銷，使開關(guān)電容型DC-DC轉(zhuǎn)換器直接為模擬和射頻電路供電成為可能。


【發(fā)明內(nèi)容】

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[0004]本發(fā)明針對電荷泵型開關(guān)電源的輸出紋波干擾問題，提出了一種利用交流負(fù)反饋的紋波抑制技術(shù)。通常，開關(guān)電源為了將輸出穩(wěn)定在某個(gè)特定電壓上，會將輸出電壓采樣與參考電壓比較產(chǎn)生誤差信號，并經(jīng)過誤差放大器放大，然后經(jīng)過一個(gè)低通特性的負(fù)反饋環(huán)路，通過調(diào)制充放電頻率(PFM和跳周調(diào)制PSM)，每次充放電電荷的多少(限流調(diào)制、線性調(diào)制)，或輸出端串接的電阻的大小(后調(diào)制)等方法來控制輸出電壓。本紋波抑制技術(shù)可以利用現(xiàn)有誤差放大器(或另外增加一個(gè)專門的誤差放大器)，將放大后的誤差信號經(jīng)過一個(gè)隔直流的耦合電容反饋到輸出端，形成一個(gè)針對誤差信號交流分量的負(fù)反饋環(huán)路。在系統(tǒng)充放電過程中，系統(tǒng)輸出電壓紋波經(jīng)過負(fù)反饋放大后加到電容一端，電容兩端的電壓不能發(fā)生跳變，從而放大反相后的紋波又加在了輸出端，與原輸出紋波相抵消，從而抑制了輸出電壓紋波。該技術(shù)對紋波的抑制程度正比于反饋環(huán)路在開關(guān)頻率下的環(huán)路增益。

【專利附圖】

【附圖說明】
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[0005]附圖1 一種包含紋波抑制的開關(guān)電容DC-DC轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)框圖
[0006]附圖2電荷泵DC-DC輸出電壓使用紋波抑制前后對比【具體實(shí)施方式】:
[0007]紋波抑制負(fù)反饋環(huán)路由系統(tǒng)輸出、誤差放大器和交流耦合電容C。組成，系統(tǒng)輸出經(jīng)分壓后接誤差放大器的負(fù)端，參考電壓接正端，耦合電容一端接系統(tǒng)輸出，另一端接誤差放大器的輸出端。假設(shè)誤差放大器增益為Aea，反饋系數(shù)β由SCA/(SC&+1)(其中A為負(fù)載電阻與負(fù)載電容的并聯(lián)阻抗)和對輸出電壓的采樣電阻的比值R2/(R1+R2)的乘積決定。容易判斷，反饋網(wǎng)絡(luò)為高通特性。通過選擇足夠大的C。，可以將放大后的開關(guān)噪聲反饋回系統(tǒng)輸出端，與原有輸出電壓紋波相抵消，將紋波減小為原來的I/ (1+Ααε β )。
【權(quán)利要求】
1.一種用于電荷泵DC-DC轉(zhuǎn)換器的紋波抑制技術(shù),其特征在于誤差放大器輸出和DC-DC輸出之間通過耦合電容C。連接，形成交流負(fù)反饋環(huán)路，通過該交流負(fù)反饋環(huán)路的環(huán)路增益抑制輸出紋波。
2.對于權(quán)利要求1所述的紋波抑制技術(shù)，其特征在于DC-DC系統(tǒng)輸出電壓Vwt的采樣電壓Vf和交流電壓為零的參考電壓VMf分別接在一個(gè)誤差放大器的負(fù)輸入和正輸入端，誤差放大器輸出通過耦合電容Cc與DC-DC系統(tǒng)輸出Vtjut連接，形成交流負(fù)反饋環(huán)路。
【文檔編號】H02M1/14GK104167910SQ201410442654
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月29日
【發(fā)明者】卜剛, 鄒志鵬 申請人:南京航空航天大學(xué)