CN101860204B - 一种直流/直流转换器以及直流/直流转换方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直流/直流转换器及转换方法，属于微电子和电源管理技术领域。本发明提供一种直流/直流转换器，包括：电流检测模块，用于生成电流检测信号；振荡器，用于对电流检测信号进行叠加补偿；误差放大器，用于对反馈电压以及带隙参考电压进行比较，得到误差放大信号；比较器，用于对补偿后电流检测信号以及误差放大信号进行比较，产生脉宽调制信号；逻辑电路，接收脉冲调制信号后生成控制信号控制功率开关的导通与断开。本发明相对于传统结构复杂度大大降低，不仅能减少功能消耗、提高性能，同时因为芯片面积减小，在成本上也会有更大优势，能够提升直流/直流转换芯片的产品竞争力。

Description

一种直流/直流转换器以及直流/直流转换方法

技术领域

本发明属于微电子和电源管理技术领域，具体涉及一种直流/直流转换器及直流/直流转换方法。 

背景技术

直流/直流转换器在低功耗电路、便携设备、消费类电子产品中有重要的应用，具有低成本、重量轻、结构简单、可靠性高等优点。基于电感储能的直流/直流转换器分为升压型直流/直流转换器、降压型直流/直流转换器和升压-降压直流/直流转换器等。直流/直流转换器包括一个功率开关，通过控制功率开关的通断来控制输出电压。 

传统的电流反馈有多种方式，一般都着眼于先检测电流再产生控制电压的方法，根据电流检测的方法不同分为几种：用电阻检测可以实现很高的精度，但有很大的功率损失；其他一些方式或者需要电感的参数，或者因无法集成而不实用。目前最常用的方式是通过一个尺寸与输出功率管成比例的MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor，金氧半场效晶体管)，通过控制，使其栅电压和漏电压与输出功率管完全一致，从而得到一个成比例的小电流。这种方式可以实现比较高的精度，但是用在反馈环路中，其控制信号并不需要电流值的绝对精度，只需要其相对精度，因此电流检测部分功能冗余，增加了功耗和面积。 

传统升压型和降压型直流/直流转换器结构类似，图1是传统的降压型直流/直流转换器示意图，图2是传统降压型直流/直流转换器的示意图。两者的区别在于，降压型直流/直流转换器输出电压V_OUT小于输入电压V_IN，升压型直流/直流转换器输出电压V_OUT大于输入电压V_IN。两者原理相似，以下仅以降压型结构为例进行描述。 

图1所示的降压型直流/直流转换器电路包含误差放大器ErrorAmp(Error Amplifier)，电流检测模块ISENSE，与ISENSE相连的加法器XADD，补偿波形发生器OSC，与加法器XADD以及误差放大器Error AMP相连的PWM比较器PWM COMP(PWM Comparator)，与PWM COMP以及功率PMOS(Positive Channel Metal OxideSemiconductor，N型衬底、P沟道，靠空穴的流动运送电流的MOS管)相连的逻辑电路。功率PMOS的源极接输入电压V_IN，漏极与一电感L₀以及一二极管相连，电感L₀另一端通过电流检测电阻RSEN接输出端V_OUT，二极管另一端接地。V_OUT电压低于输出电压V_IN，用于给外部负载供电。电阻RFB1和RFB2构成分压电路，分压得到与V_OUT成比例的反馈电压V_FB，与Bandgap输出的参考电压V_REF相比较产生误差放大信号输出给比较器PWM COMP。比较器对误差信号和补偿过的电流信号进行比较，产生脉宽调制PWM信号输送给逻辑电路，产生功率管的驱动信号驱动PMOS管。 

当电路工作时，电流流过RSEN电阻，转换成一个反映了电流大小的电压信号。这一电压信号经ISENSE模块放大并送到电压加法器与补偿波形RAMP叠加。该结构是功率有损的检测方式，如果使用功率无损检测结构，ISENSE模块会更加复杂，如图3、图4所示分别是一种功率无损的电流检测电路示意图，要实现高精度和高速度，要求放大器必须有很高的GBW(Gain Bandwidth Product，增益带宽乘积)，若放大器达不到要求则会有较大的失真。由于ISENSE通过检测输出节点的电压，将电压转换成电流再转换成电压VSENSE，也会造成电流检测信号的失真。另外由于电压加法器XADD带宽有限，高速开关的情况下会存在失真，无法满足高频开关的需要。同时电流检测模块ISENSE和电压加法器XADD由于复杂度较高，占用了较大芯片面积，并增加了功率消耗。 

发明内容

(一)要解决的技术问题 

本发明要解决的技术问题是提供了一种新型直流/直流转换方法，可在满足高频开关要求的前提下，实现了更少的硬件开销和功率消耗。 

(二)技术方案 

为解决上述技术问题，本发明提供一种直流/直流转换器，包括功率开关、电感、分压电路、带隙参考源、误差放大器、比较器以及逻辑电路，所述转换器还包括： 

电流检测模块，用于生成反应流过所述功率开关电流大小的电流检测信号； 

振荡器，用于对所述电流检测信号进行叠加补偿，生成补偿后的电流检测信号并发送给所述比较器。 

所述电流检测模块包括放大单元、反馈电容、输入电容以及第一、第二、第三开关； 

所述第一开关用于控制所述反馈电容是否接入电路； 

所述第二开关用于控制功率开关源极是否接入电路； 

所述第三开关用于控制所述电流检测模块是否连接所述功率开关漏极； 

所述放大单元用于对功率开关漏极电压与源极电压的差值进行放大操作，然后生成用于反应流过所述功率开关电流大小的电流检测信号并输出至振荡器； 

所述反馈电容以及输入电容用于控制所述放大单元的放大操作倍数。 

所述电流检测模块内部结构为：所述第三开关一端连接所述功率开关的漏极，另一端连接所述第二开关的一端以及所述输入电容的一端； 

所述第二开关的另一端连接输入电压； 

所述输入电容的另一端连接所述放大单元负极输入端以及所述反馈电容一端； 

所述反馈电容另一端连接所述放大单元输出端以及所述振荡器； 

所述放大单元正极输入端连接用于确定放大器输出摆幅范围的固定参考电压； 

所述第一开关与反馈电容并联； 

所述第一、第二开关用于在所述功率开关断开时导通，在所述功率开关导通时断开； 

所述第三开关用于在所述功率开关断开时断开，在所述功率开关导通时导通。 

所述电流检测模块内部结构还可为：所述第三开关一端连接所述功率开关的漏极，另一端连接所述第二开关的一端以及所述输入电容的一端； 

所述第二开关的另一端接地； 

所述输入电容的另一端连接所述放大单元负极输入端以及所述反馈电容一端； 

所述反馈电容另一端连接所述放大单元输出端以及所述振荡器； 

所述第一开关与反馈电容并联； 

所述第一、第二开关用于在所述功率开关断开时导通，在所述功率开关导通时断开； 

所述第三开关用于在所述功率开关断开时断开，在所述功率开关导通时导通。 

所述振荡器包括：第一电流源、第二电流源、电容、电阻、开关、比较单元以及逻辑单元； 

所述第一电流源用于在所述电阻两端产生压降； 

所述第二电流源用于对所述电容充电，在其两端产生线性增大的电压差； 

所述电容连接所述电流检测模块电流检测信号输出端，用于进行在所述电流检测信号上电压的直接叠加； 

所述比较单元用于判断所述电容两端电压差是否超过所述电阻两端压降； 

所述逻辑单元用于在比较单元翻转时产生脉冲信号，控制所述开关对所述电容放电。 

所述振荡器内部结构为：所述电流检测信号经所述电流检测模块输出后与所述电容下端以及所述电阻下端相连； 

所述第一电流源以及第二电流源各自的上端分别与电源VDD连接； 

所述电阻上端与所述第一电流源下端以及比较单元负极输入端相连； 

所述电容上端与所述第二电流源下端以及比较单元正极输入端相连； 

所述开关与所述电容并联； 

所述比较单元输出端连接所述逻辑单元； 

所述电容上端连接所述比较器负极输入端。 

所述振荡器内部结构还可为：所述电流检测信号经所述电流检测模块输出后与所述电容上端以及所述电阻上端相连； 

所述第一电流源以及第二电流源各自的下端分别与地相连； 

所述电阻下端与所述第一电流源上端以及比较单元正极输入端相连； 

所述电容下端与所述第二电流源上端以及比较单元负极输入端相连； 

所述开关与所述电容并联； 

所述比较单元输出端连接所述逻辑单元； 

所述电容下端连接所述比较器负极输入端。 

此外，本发明还提供一种直流/直流转换方法，包括如下步骤： 

步骤1：通过电流检测模块检测经过功率开关的电流，并采样放大生成基于该功率开关电流大小的电流检测信号，输送给振荡器； 

步骤2：电流检测信号通过振荡器，由振荡器在所述电流检测信号上叠加产生补偿斜波信号，叠加后得到补偿后的电流检测信号，输送给比较器； 

步骤3：由直流输出端分压电路产生与输出电压成比例的电压反馈信号，输送给误差放大器； 

步骤4：由误差放大器对所述电压反馈信号以及参考电压信号进行比较，生成误差信号输送给比较器； 

步骤5：由比较器对所述误差信号以及补偿后的电流检测信号进行比较后生成脉冲调制信号，输送给逻辑电路； 

步骤6：逻辑电路接受脉冲调制信号后生成控制信号控制功率开关的导通与断开。 

所述步骤1具体包括：当功率开关断开时，将电流检测模块内部放大单元的输入电压重置为原始输入电压VIN，放大单元的输出电压等于正输入端的参考电压； 

当功率开关导通时，电流检测模块内部放大单元将功率开关漏极电压与前述重置时的输入电压的差值被放大； 

所述放大的倍数正比于流过功率开关的电流大小，即为反应功率开关导通时流过电流大小的电流检测信号。 

所述步骤1还可具体包括：当功率开关断开时，将电流检测模块内部放大单元的输入电压接地，放大单元的输出电压等于正输入端的参考电压； 

当功率开关导通时，电流检测模块内部放大单元将功率开关漏极电压与前述地极电压的差值被放大； 

所述放大的倍数正比于流过功率开关的电流大小，即为反应功率 开关导通时流过电流大小的电流检测信号。 

所述步骤2具体包括：振荡器内部电流源对内部电容充电，当内部电容电压值达到内部电阻上的压降时，振荡器内部比较单元产生翻转信号，控制内部逻辑单元产生脉冲信号控制内部电容放电产生补偿锯齿波； 

所述补偿锯齿波叠加在所述电流检测信号上得到所述补偿后的电流检测信号。 

(三)有益效果 

本发明技术方案所提供的的直流/直流转换器及直流/直流转换方法，对比现有技术，具备如下特征： 

1、本发明技术方案中输出级PMOS开启时存在导通电阻，电流会该电阻上产生压降，该压降即可反应通过功率开关的电流大小。但为了保证高效率，导通电阻很小，约为0.2欧姆，使得压降很小。转换器结构中采用采样放大模块，能够保证检测值有很高的相对精度，并且能控制检测值的大小； 

由于电流检测过程是由检测电压直接采样放大产生，无需先将电压信号转换成电流信号、再将电流信号转换成电压信号，因而降低了因信号转换产生的失真； 

2、补偿斜波信号由振荡器产生，直接叠加在电流检测信号上，用于环路上，避免了电压加法器带来的带宽限制，大大简化电路结构，从而实现了低成本和低功耗； 

3、控制反馈方法，直接由输出电压得到电压反馈信号，使电路得到很大的简化，并克服了效率和检测精度的矛盾； 

有上述几点还可以看出，本发明所提供的的直流/直流转换器和直流/直流转换方法在开关频率很高时，仍能保持很好的稳定性和可靠性，能满足高速开关的需要。 

综上所述，本发明技术方案将会在直流/直流转换器芯片中将会 有重要应用。随着能源问题越来越受人重视、便携式设备的电池寿命问题等，目前直流/直流转换器的发展趋势是高效率、低成本，特别是在低电流输出的应用中，减小控制电路的功率消耗对于提高转换效率尤为重要。本发明相对于传统结构复杂度大大降低，不仅能减少功能消耗、提高性能，同时因为芯片面积减小，在成本上也会有更大优势，能够提升直流/直流转换芯片的产品竞争力。 

附图说明

图1为传统降压型直流/直流转换器结构示意图； 

图2为传统升压型直流/直流转换器结构示意图； 

图3为功率无损电流检测电路示意图一； 

图4为功率无损电流检测电路示意图二； 

图5为本发明实施例一所提供的直流/直流转换器结构示意图； 

图6为本发明实施例二所提供的降压型直流/直流转换器详细结构示意图； 

图7为本发明实施例二所提供的降压型直流/直流转换器波形示意图； 

图8为本发明实施例三所提供的升压型直流/直流转换器详细结构示意图； 

图9为本发明实施例三所提供的升压型直流/直流转换器波形示意图。 

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。 

首先，解释本发明技术方案的关键特征在于： 

1)电流检测电路通过开关电容采样放大； 

2)振荡器与电流检测电路的连接方式，即电流检测输出与振荡器产生锯齿波形的电容一端相连，通过电容完成电压的直接叠加。 

实施例1 

本实施例首先体描述本发明技术方案所提供的一种直流/直流转换器的主要框架结构以及相应的直流/直流转换方法。 

如图5所示，所述转换器包括功率开关PMOS、电感L₀、分压电路以及带隙参考源Bandgap； 

其中分压电路主要由电阻RFB1与RFB2构成，分压得到与V_OUT成比例的反馈电压V_FB； 

此外，该转换器还包括： 

电流检测模块ISENSE，分别连接所述功率开关PMOS以及电感L₀，用于生成反应流过所述功率开关PMOS电流大小的电流检测信号； 

振荡器OSC，连接所述电流检测模块ISENSE，用于对所述电流检测信号进行叠加补偿，生成补偿后的电流检测信号CONTROL； 

误差放大器Error AMP，用于对直流输出端分压电路传来的反馈电压V_FB以及来自带隙参考源Bandgap的带隙参考电压V_REF进行比较，得到误差放大信号； 

比较器PWM COMP，连接所述误差放大器Error AMP，用于对所述补偿后的电流检测信号以及所述误差放大信号进行比较，产生脉宽调制信号； 

逻辑电路Logic，连接所述比较器PWM COMP以及功率开关PMOS，用于接收所述脉宽调制信号并产生用于控制所述功率开关的控制信号。 

所述直流/直流转换方法包括如下步骤： 

步骤1：通过电流检测模块ISENSE检测经过功率开关PMOS的电流，并采样放大生成基于该功率开关电流大小的电流检测信号，输 送给振荡器； 

步骤2：电流检测信号通过振荡器OSC，由振荡器OSC在所述电流检测信号上叠加产生补偿斜波信号，叠加后得到补偿后的电流检测信号，输送给比较器； 

步骤3：由直流输出VOUT端分压电路RFB1、RFB2产生与输出电压成比例的电压反馈信号V_FB，输送给误差放大器Error AMP； 

步骤4：由误差放大器Error AMP对所述电压反馈信号V_FB以及参考电压信号V_REF进行比较，生成误差信号输送给比较器PWM COMP； 

步骤5：由比较器PWM COMP对所述误差信号以及补偿后的电流检测信号进行比较后生成脉冲调制信号，输送给逻辑电路Logic； 

步骤6：逻辑电路Logic接受脉冲调制信号后生成控制信号控制功率开关的导通与断开。 

实施例2 

本实施例以降压型直流/直流转换器为例，描述所述转换器所包含的电流检测模块ISENSE以及振荡器OSC的具体结构以及相应的工作流程。 

如图6所示，所述电流检测模块ISENSE包括放大单元A、反馈电容C₁、输入电容C₂以及第一S₁、第二S₂、第三S₃开关； 

所述第一开关S₁用于控制所述反馈电容是否接入电路； 

所述第二开关S₂用于控制功率开关源极是否接入电路； 

所述第三开关S₃用于控制所述电流检测模块是否连接所述功率开关漏极； 

所述放大单元A用于对功率开关漏极电压与源极电压的差值进行放大操作，然后生成用于反应流过所述功率开关电流大小的电流检测信号并输出至振荡器； 

所述反馈电容C₁以及输入电容C₂用于控制所述放大单元的放大操作倍数。 

所述电流检测模块ISENSE内部结构为：所述第三开关S₃一端连接所述功率开关PMOS的漏极LX，另一端连接所述第二开关S₂的一端以及所述输入电容C₂的一端； 

所述第二开关S₂的另一端连接输入电压V_IN； 

所述输入电容C₂的另一端连接所述放大单元A负极输入端以及所述反馈电容C₁一端； 

所述反馈电容C₁另一端连接所述放大单元A输出端以及所述振荡器OSC； 

所述放大单元A正极输入端连接参考电压V₀； 

所述第一开关S₁与反馈电容C₁并联； 

所述第一S₁、第二S₂开关用于在所述功率开关PMOS断开时导通，在所述功率开关PMOS导通时断开； 

所述第三开关S₃用于在所述功率开关PMOS断开时断开，在所述功率开关PMOS导通时导通。 

关于所述降压型直流/直流转换器的电流检测模块ISENSE的工作流程具体如下： 

当功率开关PMOS断开时，第一S₁、第二S₂开关导通，第三开关S₃断开，将电流检测模块ISENSE内部放大单元A的输入电压重置为原始输入电压VIN，放大单元的输出电压等于正输入端的参考电压V₀； 

当功率开关PMOS导通、电感L₀充电时，第一S₁、第二S₂开关断开，第三开关S₃导通，由于电容C₁和C₂电荷重新分配，电流检测模块内部放大单元A将功率开关PMOS漏极LX电压值与前述重置时的输入电压VIN的差值被放大-C₂/C₁倍； 

所述放大的倍数正比于流过功率开关PMOS的电流大小，通过此方法就能获得反应功率开关PMOS导通时流过电流大小的电流检测信号V_ISEN。 

另外，关于所述振荡器OSC，其包括第一电流源I₀、第二电流源 I₀、电容C₄、电阻R₄、开关S₄、比较单元A以及逻辑单元Logic； 

所述第一电流源I₀用于在所述电阻R₄两端产生压降； 

所述第二电流源I₀用于对所述电容C₄充电，在其两端产生线性增大的电压差； 

所述电容C₄连接所述电流检测模块ISENSE电流检测信号输出端，用于进行在所述电流检测信号上电压的直接叠加； 

所述比较单元A用于判断所述电容C₄两端电压差是否超过所述电阻R₄两端压降； 

所述逻辑单元Logic用于在比较单元翻转时产生脉冲信号，控制所述开关S₄对所述电容C₄放电。 

所述第一电流源I₀与第二电流源I₀匹配或成比例；第一电流源I₀的电流在电阻R₄上产生压降，第二电流源对电容C₄充电；当电容C₄上的电压上升超过电阻R₄上的压降时，触发比较器A翻转产生一个放电脉冲，控制开关S₄对电容C₄放电，在电容C₄的两端产生锯齿形的电压波形。 

所述振荡器OSC内部结构为：所述电流检测信号V_ISEN经所述电流检测模块ISENSE输出后与所述电容C₄下端以及所述电阻R₄下端相连； 

所述两个电流源为第一电流源以及第二电流源，图中左边的为第一电流源I₀，右边的为第二电流源I₀，所述两个电流源电流相等或成比例N倍，本实施例均取为I₀，即电流比例为1∶1；所述第一电流源I₀以及第二电流源I₀各自的上端分别与电源VDD连接； 

所述电阻R₄上端与所述第一电流源I₀下端以及比较单元A负极输入端相连； 

所述电容C₄上端与所述第二电流源I₀下端以及比较单元A正极输入端相连； 

所述开关S₄与所述电容C₄并联； 

所述比较单元A输出端连接所述逻辑单元Logic； 

所述电容C₄上端连接所述比较器PWM COMP负极输入端。 

关于所述降压型直流/直流转换器的振荡器OSC的工作流程具体如下： 

振荡器OSC内部电流源I₀对内部电容C₄充电，当内部电容C₄电压值达到内部电阻R₄上的压降时，振荡器OSC内部比较单元A产生翻转信号，控制内部逻辑单元Logic产生脉冲信号，使开关S₄导通，控制内部电容C₄放电，从而产生补偿锯齿波；振荡频率由振荡器内部电阻R₄和内部电容C₄以及R₄与C₄所接的第一、第二电流源I0的电流值比例N决定。 

振荡器内部电容C₄上极板与PWM COMP比较器相连。振荡器OSC对电容C₄充放电，只改变电容C₄上下极板的差值V_RAMI，即补偿的锯齿波。该补偿锯齿波叠加在电流检测信号V_ISEN上，电容的上极板的电压等于V_ISEN+V_RAMI即是经过补偿的电流检测信号。经补偿的电流检测信号可直接送到PWM COMP比较器与误差放大器Error AMP输出的误差信号进行比较，得到PWM脉宽调制信号。脉宽调制信号送到逻辑电路产生控制信号，控制功率开关PMOS。 

如图7所示，降压型直流/直流转换器波形示意图； 

SWITCH信号控制功率PMOS管的开关，PMOS导通时，LX的电压被拉升到接近VIN，随着电流的增大，功率PMOS导通电阻上的压降变大，LX电压有一定下降；而VX是电流检测模块ISENSE的输出；功率PMOS导通时，将VIN与LX的电压差值采样放大；功率PMOS关闭时，复位到输入的参考电压V0；VY是VX电压与振荡器OSC产生的锯齿波相加的结果。 

实施例3 

本实施例以升压型直流/直流转换器为例，描述所述转换器所包含的电流检测模块ISENSE以及振荡器OSC的具体结构以及相应的 工作流程。 

如图8所示，所述电流检测模块ISENSE包括放大单元A、反馈电容C₁、输入电容C₂以及第一S₁、第二S₂、第三S₃开关； 

所述第一开关S₁用于控制所述反馈电容是否接入电路； 

所述第二开关S₂用于控制功率开关源极是否接入电路； 

所述第三开关S₃用于控制所述电流检测模块是否连接所述功率开关漏极； 

所述放大单元A用于对功率开关漏极电压与源极电压的差值进行放大操作，然后生成用于反应流过所述功率开关电流大小的电流检测信号并输出至振荡器； 

所述反馈电容C₁以及输入电容C₂用于控制所述放大单元A的放大操作倍数。 

所述电流检测模块ISENSE内部结构为：所述第三开关S₃一端连接所述功率开关NMOS的漏极LX，另一端连接所述第二开关S₂的一端以及所述输入电容C₂的一端； 

所述第二开关S₂的另一端接地； 

所述输入电容C₂的另一端连接所述放大单元A负极输入端以及所述反馈电容C₁一端； 

所述反馈电容C₁另一端连接所述放大单元A输出端以及所述振荡器OSC； 

所述放大单元A正极输入端连接参考电压V₁； 

所述第一开关S₁与反馈电容C₁并联； 

所述第一S₁、第二S₂开关用于在所述功率开关NMOS断开时导通，在所述功率开关NMOS导通时断开； 

所述第三开关S₃用于在所述功率开关NMOS断开时断开，在所述功率开关NMOS导通时导通。 

关于所述升压型直流/直流转换器的电流检测模块ISENSE的工 作流程具体如下： 

当功率开关NMOS断开时，第一S₁、第二S₂开关导通，第三开关S₃断开，将电流检测模块ISENSE内部放大单元A的输入电压连接到地极GND，放大单元的输出电压等于正输入端的参考电压V₁； 

当功率开关NMOS导通、电感L₀充电时，第一S₁、第二S₂开关断开，第三开关S₃导通，输入连到节点LX，电流检测模块内部放大单元A将功率开关NMOS漏极LX电压值与前述GND的差值被放大-C₂/C₁倍； 

所述放大的倍数正比于流过功率开关NMOS的电流大小，通过此方法就能获得反应功率开关NMOS导通时流过电流大小的电流检测信号V_ISEN。 

另外，关于所述振荡器OSC，其包括第一电流源I₀、第二电流源I₀、电容C₄、电阻R₄、开关S₄、比较单元A以及逻辑单元Logic； 

所述第一电流源I₀用于在所电述阻两端产生压降； 

所述第二电流源I₀用于对所述电容C₄充电，在其两端产生线性增大的电压差； 

所述电容C₄连接所述电流检测模块电流检测信号输出端，用于进行在所述电流检测信号上电压的直接叠加； 

所述比较单元A用于判断所述电容两端电压差是否超过所述电阻两端压降； 

所述逻辑单元Logic用于在比较单元A翻转时产生脉冲信号，控制所述开关对所述电容C₄放电。 

所述第一电流源I₀与第二电流源I₀匹配或成比例；第一电流源I₀的电流在电阻R₄上产生压降，第二电流源对电容C₄充电；当电容C₄上的电压上升超过电阻R₄上的压降时，触发比较器A翻转产生一个放电脉冲，控制开关S₄对电容C₄放电，在电容C₄的两端产生锯齿形的电压波形。 

所述振荡器OSC内部结构为：所述电流检测信号V_ISEN经所述电流检测模块ISENSE输出后与所述电容C₄上端以及所述电阻R₄上端相连； 

所述两个电流源为第一电流源以及第二电流源，图中左边的为第一电流源I₀，右边的为第二电流源I₀，所述两个电流源电流相等或成比例N倍，本实施例均取为I₀，即电流比例为1∶1；所述第一电流源I₀以及第二电流源I₀各自的下端分别与地连接； 

所述电阻R₄下端与所述第一电流源I₀上端以及比较单元A正极输入端相连； 

所述电容C₄下端与所述第二电流源I₀上端以及比较单元A负极输入端相连； 

所述开关S₄与所述电容C₄并联； 

所述比较单元A输出端连接所述逻辑单元Logic； 

所述逻辑单元Logic用于接受所述比较单元A的翻转信号产生脉冲信号，控制开关S₄的导通； 

所述电容C₄下端连接所述比较器PWM COMP负极输入端。 

关于所述升压型直流/直流转换器的振荡器OSC的工作流程具体如下： 

振荡器OSC内部电流源I₀对内部电容C₄充电，当内部电容C₄电压值达到内部电阻R₄上的压降时，振荡器OSC内部比较单元A产生翻转信号，控制内部逻辑单元Logic产生脉冲信号，使开关S₄导通，控制内部电容C₄放电，从而产生补偿锯齿波；振荡频率由振荡器内部电阻R₄和内部电容C₄以及R₄与C₄所接的第一、第二电流源I₀的电流值比例N决定。 

振荡器内部电容C₄下极板与PWM COMP比较器相连。振荡器OSC对电容C₄充放电，只改变电容C₄上下极板的差值V_RAMI，即补偿的锯齿波。该补偿锯齿波叠加在电流检测信号V_ISEN上，电容的上极板的 电压等于V_ISEN-V_RAMI即是经过补偿的电流检测信号。经补偿的电流检测信号可直接送到PWM COMP比较器与误差放大器Error AMP输出的误差信号进行比较，得到PWM脉宽调制信号。脉宽调制信号送到逻辑电路产生控制信号，控制功率开关NMOS。 

如图9所示，降压型直流/直流转换器波形示意图； 

SWITCH信号控制功率NMOS管的开关，NMOS导通时，LX的电压被拉低到接近GND，随着电流的增大，功率NMOS导通电阻上的压降变大，LX电压有一定上升；VX是电流检测模块ISENSE的输出；功率NMOS导通时，将LX与GND的电压差值采样放大；功率NMOS关闭时，复位到输入的参考电压V1；VY是VX电压与振荡器OSC产生的锯齿波相加的结果。 

根据上述实施例的描述，本发明技术方案所提供的的直流/直流转换器及直流/直流转换方法，对比现有技术，具备如下特征： 

1、本发明技术方案中输出级PMOS开启时存在导通电阻，电流会该电阻上产生压降，该压降即可反应通过功率开关的电流大小。但为了保证高效率，导通电阻很小，约为0.2欧姆，使得压降很小。转换器结构中采用采样放大模块，能够保证检测值有很高的相对精度，并且能控制检测值的大小； 

由于电流检测过程是由检测电压直接采样放大产生，无需先将电压信号转换成电流信号、再将电流信号转换成电压信号，因而降低了因信号转换产生的失真； 

2、补偿斜波信号由振荡器产生，直接叠加在电流检测信号上，用于环路上，避免了电压加法器带来的带宽限制，大大简化电路结构，从而实现了低成本和低功耗； 

3、控制反馈方法，直接由输出电压得到电压反馈信号，使电路得到很大的简化，并克服了效率和检测精度的矛盾； 

有上述几点还可以看出，本发明所提供的的直流/直流转换器和 直流/直流转换方法在开关频率很高时，仍能保持很好的稳定性和可靠性，能满足高速开关的需要。 

综上所述，本发明技术方案将会在直流/直流转换器芯片中将会有重要应用。随着能源问题越来越受人重视、便携式设备的电池寿命问题等，目前直流/直流转换器的发展趋势是高效率、低成本，特别是在低电流输出的应用中，减小控制电路的功率消耗对于提高转换效率尤为重要。本发明相对于传统结构复杂度大大降低，不仅能减少功能消耗、提高性能，同时因为芯片面积减小，在成本上也会有更大优势，能够提升直流/直流转换芯片的产品竞争力。 

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。 

Claims (7)

1.一种直流/直流转换器，包括功率开关、电感、分压电路、带隙参考源、误差放大器、比较器以及逻辑电路，其特征在于，所述转换器还包括：

电流检测模块，用于生成反映流过所述功率开关电流大小的电流检测信号；

振荡器，用于对所述电流检测信号进行叠加补偿，生成补偿后的电流检测信号并发送给所述比较器；

其中，所述振荡器包括：第一电流源、第二电流源、电容、电阻、开关、比较单元以及逻辑单元；

所述第一电流源用于在所述电阻两端产生压降；

所述第二电流源用于对所述电容充电，在其两端产生线性增大的电压差；

所述电容连接所述电流检测模块的电流检测信号输出端，用于进行在所述电流检测信号上电压的直接叠加；

所述比较单元用于判断所述电容两端电压差是否超过所述电阻两端压降；

所述逻辑单元用于在比较单元翻转时产生脉冲信号，控制所述开关对所述电容放电；

其中，所述电流检测信号经所述电流检测模块输出后与所述电容下端以及所述电阻下端相连；

所述第一电流源以及第二电流源各自的上端分别与电源VDD连接；

所述电阻上端与所述第一电流源下端以及比较单元负极输入端相连；

所述电容上端与所述第二电流源下端以及比较单元正极输入端相连；

所述开关与所述电容并联；

所述比较单元输出端连接所述逻辑单元；

所述电容上端连接所述比较器负极输入端。

2.如权利要求1所述的直流/直流转换器，其特征在于，所述电流检测模块包括放大单元、反馈电容、输入电容以及第一、第二、第三开关；

所述第一开关用于控制所述反馈电容是否接入电路；

所述第二开关用于控制功率开关源极是否接入电路；

所述第三开关用于控制所述电流检测模块是否连接所述功率开关漏极；

所述放大单元用于对功率开关漏极电压与源极电压的差值进行放大操作，然后生成用于反应流过所述功率开关电流大小的电流检测信号并输出至振荡器；

所述反馈电容以及输入电容用于控制所述放大单元的放大操作倍数；

其中，所述第三开关一端连接所述功率开关的漏极，另一端连接所述第二开关的一端以及所述输入电容的一端；

所述第二开关的另一端连接输入电压；

所述输入电容的另一端连接所述放大单元负极输入端以及所述反馈电容一端；

所述反馈电容另一端连接所述放大单元输出端以及所述振荡器；

所述放大单元正极输入端连接用于确定放大器输出摆幅范围的固定参考电压；

所述第一开关与反馈电容并联；

所述第一、第二开关用于在所述功率开关断开时导通，在所述功率开关导通时断开；

所述第三开关用于在所述功率开关断开时断开，在所述功率开关导通时导通。

3.一种直流/直流转换器，包括功率开关、电感、分压电路、带隙参考源、误差放大器、比较器以及逻辑电路，其特征在于，所述转换器还包括：

电流检测模块，用于生成反映流过所述功率开关电流大小的电流检测信号；

振荡器，用于对所述电流检测信号进行叠加补偿，生成补偿后的电流检测信号并发送给所述比较器；

其中，所述振荡器包括：第一电流源、第二电流源、电容、电阻、开关、比较单元以及逻辑单元；

所述第一电流源用于在所述电阻两端产生压降；

所述第二电流源用于对所述电容充电，在其两端产生线性增大的电压差；

所述电容连接所述电流检测模块的电流检测信号输出端，用于进行在所述电流检测信号上电压的直接叠加；

所述比较单元用于判断所述电容两端电压差是否超过所述电阻两端压降；

所述逻辑单元用于在比较单元翻转时产生脉冲信号，控制所述开关对所述电容放电；

其中，所述电流检测信号经所述电流检测模块输出后与所述电容上端以及所述电阻上端相连；

所述第一电流源以及第二电流源各自的下端分别与地相连；

所述电阻下端与所述第一电流源上端以及比较单元正极输入端相连；

所述电容下端与所述第二电流源上端以及比较单元负极输入端相连；

所述开关与所述电容并联；

所述比较单元输出端连接所述逻辑单元；

所述电容下端连接所述比较器负极输入端。

4.如权利要求3所述的直流/直流转换器，其特征在于，所述电流检测模块包括放大单元、反馈电容、输入电容以及第一、第二、第三开关；

所述第一开关用于控制所述反馈电容是否接入电路；

所述第二开关用于控制功率开关源极是否接入电路；

所述第三开关用于控制所述电流检测模块是否连接所述功率开关漏极；

所述放大单元用于对功率开关漏极电压与源极电压的差值进行放大操作，然后生成用于反应流过所述功率开关电流大小的电流检测信号并输出至振荡器；

所述反馈电容以及输入电容用于控制所述放大单元的放大操作倍数；

其中，所述第三开关一端连接所述功率开关的漏极，另一端连接所述第二开关的一端以及所述输入电容的一端；

所述第二开关的另一端接地；

所述输入电容的另一端连接所述放大单元负极输入端以及所述反馈电容一端；

所述反馈电容另一端连接所述放大单元输出端以及所述振荡器；

所述第一开关与反馈电容并联；

所述第一、第二开关用于在所述功率开关断开时导通，在所述功率开关导通时断开；

所述第三开关用于在所述功率开关断开时断开，在所述功率开关导通时导通。

5.一种直流/直流转换方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤1：通过电流检测模块检测经过功率开关的电流，并进行采样放大生成基于该功率开关电流大小的电流检测信号，输送给振荡器；

步骤2：电流检测信号通过振荡器，在所述电流检测信号上叠加由振荡器产生的补偿斜波信号，叠加后得到补偿后的电流检测信号，输送给比较器；

步骤3：由直流输出端分压电路产生与输出电压成比例的电压反馈信号，输送给误差放大器；

步骤4：由误差放大器对所述电压反馈信号以及参考电压信号进行比较，生成误差信号输送给比较器；

步骤5：由比较器对所述误差信号以及补偿后的电流检测信号进行比较后生成脉冲调制信号，输送给逻辑电路；

步骤6：逻辑电路接受脉冲调制信号后生成控制信号控制功率开关的导通与断开；

其中，所述步骤2具体包括：振荡器内部电流源对内部电容充电，当内部电容电压值达到内部电阻上的压降时，振荡器内部比较单元产生翻转信号，控制内部逻辑单元产生脉冲信号控制内部电容放电产生补偿锯齿波；

所述补偿锯齿波叠加在所述电流检测信号上得到所述补偿后的电流检测信号。

6.如权利要求5所述的直流/直流转换方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：当功率开关断开时，将电流检测模块内部放大单元的输入电压重置为原始输入电压VIN，放大单元的输出电压等于正输入端的参考电压；

当功率开关导通时，电流检测模块内部放大单元将功率开关漏极电压与前述重置时的输入电压的差值被放大；

所述放大的倍数正比于流过功率开关的电流大小，即为反应功率开关导通时流过电流大小的电流检测信号。

7.如权利要求5所述的直流/直流转换方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：当功率开关断开时，将电流检测模块内部放大单元的输入电压接地，放大单元的输出电压等于正输入端的参考电压；

当功率开关导通时，电流检测模块内部放大单元将功率开关漏极电压与前述地极电压的差值被放大；

所述放大的倍数正比于流过功率开关的电流大小，即为反应功率开关导通时流过电流大小的电流检测信号。

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