一種電流?？刂芼cdc升壓變化器及其脈沖頻率調(diào)制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于模擬集成電路中的開關(guān)電源技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種電流模控制DCDC 升壓變化器及其脈沖頻率調(diào)制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] DC-DC是英語直流變直流的縮寫，DCDC升壓變化器包括一個(gè)將直流低電壓變換為 直流高電壓的電路、W及相應(yīng)的控制電路。該電路一般采用電流模脈沖寬度調(diào)制方式進(jìn)行 DCDC升壓。
[0003] 請(qǐng)參考圖1A所示為傳統(tǒng)電流模脈沖寬度調(diào)制方式：一個(gè)固定頻率的振蕩器 (oscillator)產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)化K，化K信號(hào)在每個(gè)開關(guān)周期中控制使主開關(guān)SW1導(dǎo)通，使 從開關(guān)SW2斷開。同時(shí)，誤差放大器EA將輸出電壓Vo與參考電壓Vref之間的誤差進(jìn)行放大后 產(chǎn)生誤差信號(hào)V。另一方面系統(tǒng)檢測(cè)電感電流II，并疊加上一個(gè)斜坡電流Islepe后，流到電阻 Rs上產(chǎn)生電壓Vs，Vs與Vc信號(hào)進(jìn)行比較，當(dāng)其大于Vc時(shí)，脈沖寬度調(diào)制比較器（PWM comparator)將輸出Pmi信號(hào)將主開關(guān)SW1斷開，將從開關(guān)SW2導(dǎo)通。當(dāng)下一個(gè)化K信號(hào)到來 時(shí)，重復(fù)W上過程。因此，系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)VC的大小來控制電感電流的大小，W使得輸出電壓 Vo基本等于參考電壓Vref。
[0004] 開關(guān)SW1的導(dǎo)通時(shí)間與化K信號(hào)周期的比值稱作占空比D，D = Ton, swi/Τακ。理想情況 下，系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)連續(xù)導(dǎo)通模式時(shí)，輸出電壓V〇 = Vbat/( 1-D)。由于DCDC升壓變化器的占空比D 小于1，所WV〇>Vbat，達(dá)到升壓目的。
[0005] 傳統(tǒng)的電流?？刂品绞街?，為了使系統(tǒng)穩(wěn)定工作，需要在誤差放大器的輸出端連 接一個(gè)較大的電容Cc、電阻Rz、和電容Cp進(jìn)行補(bǔ)償，大電容不僅難于集成，而且使得Vc信號(hào) 針對(duì)負(fù)載電流變化時(shí)的反應(yīng)速度變慢，導(dǎo)致當(dāng)負(fù)載電流變化時(shí)，輸出電壓Vo將產(chǎn)生較大的 紋波。如圖1B所示，當(dāng)tl時(shí)刻負(fù)載電流IlDad突然變大時(shí)，由于電容Cc的延遲作用，導(dǎo)致Vc將會(huì) 延遲(delay)時(shí)間作出反應(yīng)，在此段延遲時(shí)間內(nèi)由于電感電流平均值將小于負(fù)載電流Iinad， 因此輸出電壓Vo將降低，產(chǎn)生低于參考電壓Vref的較大的紋波Δ Vo。反之，當(dāng)負(fù)載電流突然變 小時(shí)，輸出電壓Vo將產(chǎn)生高于參考電壓Vref的較大的紋波。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種集成度高、輸出電壓穩(wěn)定的DCDC 升壓變化器及其脈沖頻率調(diào)制控制方法。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種電流模控制DCDC升壓變化器，所述DCDC升壓 變化器包括一個(gè)DCDC升壓電路及與其相連接的控制電路;所述升壓電路包括直流電源、電 感、負(fù)載、主開關(guān)SW1、W及從開關(guān)SW2;所述控制電路包括控制單元、電感電流保持單元、W 及輸出電壓比較單元;其中：
[000引所述控制單元接收所述電感電流保持單元和所述輸出電壓比較單元發(fā)來的信號(hào)， 并向DCDC升壓變化器主開關(guān)SW巧日從開關(guān)SW2發(fā)出導(dǎo)通或斷開的控制信號(hào)，W保證DCDC升壓 變化器的正常工作；
[0009] 所述電感電流保持單元，控制每個(gè)工作周期中主開關(guān)SW1的導(dǎo)通時(shí)間W便將所述 電感電流II保持在0~Iref的之間，其中Iref為參考電流；同時(shí)還在檢測(cè)到II已減小至0時(shí)，向 所述控制單元發(fā)出信號(hào)使得從開關(guān)SW2斷開，防止電感電流反向從負(fù)載流向電源從而造成 電荷損失；
[0010] 所述輸出電壓比較單元，比較輸出電壓Vo與參考電壓Vref的大小，并將比較信號(hào)輸 出給所述控制單元；
[0011] 上述Ξ個(gè)單元協(xié)同工作，在一個(gè)工作周期的開始，主開關(guān)SW1斷開從開關(guān)SW2導(dǎo)通， 當(dāng)所述電感電流保持單元檢測(cè)到II逐漸減小至0并且所述輸出電壓比較單元檢測(cè)到輸出電 壓Vo降低至Vref時(shí)，主開關(guān)SW1導(dǎo)通從開關(guān)SW2斷開使得II逐漸回升；當(dāng)所述電感電流保持單 元檢測(cè)到I止升到Iref時(shí)，主開關(guān)SW1斷開，從開關(guān)SW2導(dǎo)通，W上工作過程周而復(fù)始不斷持 續(xù)，將輸出電壓Vo穩(wěn)定在參考電壓Vref附近。
[0012] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述輸出電壓比較單元至少包括一個(gè)輸出電壓比較器，用于比 較輸出電壓Vo與參考電壓Vref的大小。
[0013] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述輸出電壓比較單元還包括一個(gè)誤差放大器和一個(gè)補(bǔ)償電 容，W使得Vo精確等于Vref。
[0014] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述電感電流保持單元包括一個(gè)電感電流比較器和一個(gè)電感電 流過零比較器，所述電感電流比較器比較電感電流II與參考電流Iref的大小，并將比較信號(hào) 輸出給所述控制單元;所述電感電流過零比較器一旦檢測(cè)到電感電流II已減小至0,則向所 述控制單元發(fā)出信號(hào)使得從開關(guān)SW2斷開，W防止電感電流反向從Vo流向Vbat從而造成電荷 損失。
[0015] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述電感電流保持單元包括一個(gè)帶有兩個(gè)開關(guān)SW3和SW4的電流 比較器，其中SW3與0電流相連接，SW4與參考電流Ire袖連接，通過SW3和SW4的通或斷比較電 感電流II與參考電流Iref的大小并將比較信號(hào)輸出給所述控制單元、W及檢測(cè)電感電流II下 降至加寸，向所述控制單元發(fā)出信號(hào)使得從開關(guān)SW2斷開，W防止電感電流反向從Vo流向Vbat 從而造成電荷損失。
[0016] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述電感電流保持單元包括一個(gè)固定導(dǎo)通時(shí)間計(jì)時(shí)器和一個(gè)電 感電流過零比較器，所述固定導(dǎo)通時(shí)間計(jì)時(shí)器控制每個(gè)工作周期中主開關(guān)SW1的導(dǎo)通時(shí)間， W便保持所述電感電流;所述電感電流過零比較器一旦在檢測(cè)到II已減小至加寸，向所述控 制單元發(fā)出信號(hào)使得從開關(guān)SW2斷開，防止電感電流反向從負(fù)載流向電源從而造成電荷損 失。
[0017] 其中主開關(guān)SW1的導(dǎo)通時(shí)間Ton,swl與參考電流Ire込間有如下關(guān)系：Iref = Vbat* Ton, swi/L
[0018] 其中Iref為參考電流，Vbat為輸入電壓，T〇n，swl為主開關(guān)SWl的導(dǎo)通時(shí)間，L為電感值；
[0019] 參考電流Iref與流過負(fù)載的電流IlDad的關(guān)系需滿足：
[0020] Iref〉巧 Iload*Vo/Vbat;
[0021] 系統(tǒng)的工作頻率為：
[0022] 本發(fā)明的控制電路的各單元均采用集成電路制作。
[0023] 另外，本發(fā)明還提出了一種電流?？刂艱CDC升壓變化器的脈沖頻率調(diào)制方法，采 用上述電流?？刂艱CDC升壓變化器，在一個(gè)工作周期的開始，主開關(guān)SW1斷開從開關(guān)SW2導(dǎo) 通，當(dāng)所述電感電流保持單元檢測(cè)到II逐漸減小至0并且所述輸出電壓比較單元檢測(cè)到輸 出電壓Vo降低至Vref時(shí)，主開關(guān)SW1導(dǎo)通從開關(guān)SW2斷開使得II逐漸回升；當(dāng)所述電感電流保 持單元檢測(cè)到I止升到Iref時(shí)，主開關(guān)SW1斷開，從開關(guān)SW2導(dǎo)通，W上工作過程周而復(fù)始不 斷持續(xù)，將輸出電壓Vo穩(wěn)定在參考電壓Vref附近;在上述工作過程中，所述電感電流保持單 元一旦檢測(cè)到II減小至0時(shí)，即向所述控制單元發(fā)出信號(hào)使得從開關(guān)SW2斷開，防止電感電 流反向從負(fù)載流向電源從而造成電荷損失。
[0024] 本發(fā)明的DCDC升壓變化器采用集成電路器件制成，相比于傳統(tǒng)的控制模式，有效 的簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低了系統(tǒng)集成難度;針對(duì)負(fù)載電流的變化，系統(tǒng)可迅速做出相應(yīng)，有 效減小了輸出電壓Vo在負(fù)載電流變化時(shí)的紋波大小。
【附圖說明】
[0025] 圖1A所示為傳統(tǒng)DCDC升壓變化器及其電流模脈沖寬度調(diào)制方法。
[0026] 圖1B所示為圖1A的DCDC升壓變化器的電流模脈沖寬度調(diào)制方式工作波形圖。
[0027] 圖2A為本發(fā)明DCDC升壓變化器的實(shí)施例1的電路圖。
[00%]圖2B所示為圖2A的DCDC升壓變化器的電流模脈沖寬度調(diào)制方式工作波形圖。
[0029] 圖3為本發(fā)明DCDC升壓變化器的實(shí)施例2的電路圖。
[0030] 圖4為本發(fā)明DCDC升壓變化器的