CN102201731A - Dc/dc转换器的开关电流限制电路 - Google Patents

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肖国庆
李茂登
冯林
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Abstract

一种DC/DC转换器的开关电流限制电路，包括运算放大器、下拉管和偏置电压产生电路，DC/DC转换器中误差放大器输出端连接下拉管的漏极和运算放大器的同相输入端，下拉管的栅极连接运算放大器的输出端，下拉管的源极接地；偏置电压产生电路的输出端接至运算放大器的反相输入端，偏置电压产生电路的输入端接至DC/DC转换器的输出电压。本发明用一个运放和一个下拉管代替传统的下拉管，限制电流更精确，偏置电压等于一个固定的电压和一个与输出电压成比例的电压相加，开关限制电流与输出电压不再相关，对现有技术中开关限制电流随输出电压升高而变小的情况做了一个校正。

Description

DC/DC转换器的开关电流限制电路
[技术领域]
本发明涉及集成电路设计，具体地说是一种用于DC/DC转换器(BUCK)中的开关电流限制电路。
[背景技术]
图1显示的是现在普遍采用的DC/DC转换器工作环路，包括锯齿波产生电路、BUCK结构的电压转换电路、输出电压反馈电路和开关电流限制电路。锯齿波的斜率由两部分相加：第一部分是一个固定的斜率，由转换器以外的集成元件提供；第二部分的斜率与开关电流成正比，由开关电流检测电路从接入输入电压的NMOS开关管漏极上获得。转换器的输出电压经反馈网络产生一反馈电压接到误差放大器的负输入端。误差放大器的输出端为节点1，节点1的电压与锯齿波电压经比较器相比较后产生一方波输出，该方波的占空比决定输出电压。开关电流增加，锯齿波电压峰值也会增加，节点1电压随之增加，从而输出占空比保持不变。当节点1电压增加超过设定值时，由开关电流限制电路把节点1的电压钳制在这一设定值，如果开关电流继续增加，占空比就会变小，开关管的导通时间变短，开关电流的增加受到抑制而稳定下来。
上述开关电流限制电路是由一个偏置电压和一个PMOS下拉管或PNP晶体管组成(见图1中虚线框内所示)，PMOS下拉管漏极(或者PNP晶体管的集电极)连接误差放大器的输出端即图1中的节点1，偏置电压接到PMOS下拉管(或者PNP晶体管)的栅极。该电路有两个缺点：
一、下拉管本身的阈值存在一定的工艺和温度偏差，因此节点1的电压也存在一定的偏差，这影响了限制电流的精度.
二、在输出电压变化范围比较宽的情况下，限制电流会随着输出电压的升高而变小。原因是节点1的电压被限制在某一电压上，因此锯齿波的峰值电压也就被限制在该电压上，开关限制电流的大小由峰值电压减去在这个时刻上的固定斜率锯齿波电压的电压差来决定，在输入电压不变的情况下，输出电压越高，占空比变大，固定斜率锯齿波的电压越高，电压差变小，这样开关限制电流变小，所以限制电流会随着输入电压的升高而变小。
[发明内容]
为了克服上述开关电流限制电路的缺陷，本发明提供一种DC/DC转换器的开关电流限制电路，不仅可以提高限制电流的精度，而且减小了限制电流随着输入电压的升高而变小的程度。
本发明的技术方案是：一种DC/DC转换器的开关电流限制电路，包括运算放大器、下拉管和偏置电压产生电路，其特征在于以DC/DC转换器中误差放大器输出端为一节点连接所述下拉管的漏极和所述运算放大器的同相输入端，所述下拉管的栅极连接所述运算放大器的输出端，所述下拉管的源极接地；偏置电压产生电路的输出端接至所述运算放大器的反相输入端，所述偏置电压产生电路的输入端接至DC/DC转换器的输出电压。
所述偏置电压产生电路输出的偏置电压等于一个固定的电压和一个与输出电压成比例的电压相加。
与传统的电流限制电路相比，该发明在两个方面做了改进：
一、限制电流更精确。用一个运放和一个下拉管代替传统的下拉管，DC/DC转换器中误差放大器输出端节点的电压小于偏置电压时，下拉管关闭，该节点的电压上升到偏置电压值时，运放将钳制该节点的电压于偏置电压。
二、增加了偏置电压产生电路，产生的偏置电压等于一个固定电压加上一个与输出电压成正比的电压，调节误差放大器输出端节点的电压，使二者电压之差维持在一个恒定值，开关限制电流也将维持不变，也就是说开关电流与输出电压无关。
[附图说明]
图1含传统开关电流限制电路的DC/DC转换器工作环路图
图2含本发明开关电流限制电路的DC/DC转换器工作环路图。
图3是图2中偏置电压产生电路结构图。
[具体实施方式]
下面结合本发明的实施例及其附图所进一步说明。
见图2所示的DC/DC转换器的开关电流限制电路，包括：下拉管10、运算放大器20和偏置电压产生电路30三部分，以DC/DC转换器中误差放大器输出端为一节点1连接所述下拉管10的漏极和所述运算放大器20的同相输入端，所述下拉管10的栅极连接所述运算放大器20的输出端，所述下拉管10的源极接地；偏置电压产生电路30的输出端接至所述运算放大器20的反相输入端，偏置电压产生电路30的输入端接至DC/DC转换器的输出电压。
在转换器开启后，与现有技术一样，电路将产生一个锯齿波，锯齿波的斜率由两部分相加，第一部分是一个固定的斜率，第二部分的斜率与开关电流成正比。该锯齿波与节点1电压由比较器进行比较，谐波电压小于节点1的电压时，开关管打开，开关电流上升；一旦谐波电压超过节点1电压，开关管关闭，直到下一个周期来才重新打开。
节点1的电压由系统的工作环路来决定。在节点1的电压低于开关电流钳制电压时，节点1的电压随开关电流的增加而上升，当节点1的电压被钳制在偏置电压时，开关电流也相应的被限制在某一电流值。
本发明改变了转换器中的开关电流限制电路。当节点1的电压低于偏置电压时，下拉管10关闭；当节点1的电压超过偏置电压时，下拉管10打开，运算放放大器20把节点1的电压钳制在偏置电压上。运算放大器20远远降低了工艺和温度对节点1的电压的影响，开关限制电流受工艺和温度的影响相应的大为减小，精度远远提高
图3所示的是本发明选用的偏置电压产生电路30，该电路30输入端连接转换器的输出电压，其输出端向运算放放大器20反相输入端提供一个偏置电压。因该电路30的结构属于公知的，图3已清楚表达，恕不详细介绍各个组件及其连接关系。用该电路30获得的偏置电压等于一个固定的电压和一个与输出电压成比例的电压相加，该偏置电压会随着输出电压的升高而升高。锯齿波的峰值电压也相应的增加。另一方面，输出电压的升高会使开关管的打开时间变长，锯齿波中固定斜率这一部分的峰值电压也在升高。当偏置电压升高的值等于固定斜率锯齿波电压升高的值时，开关限制电流与输出电压不再相关。也就是说，本发明的开关电流限制电路对开关限制电流随输出电压升高而变小的情况做了一个校正。

Claims (2)

1.一种DC/DC转换器的开关电流限制电路，包括运算放大器、下拉管和偏置电压产生电路，其特征在于以DC/DC转换器中误差放大器输出端为一节点连接所述下拉管的漏极和所述运算放大器的同相输入端，所述下拉管的栅极连接所述运算放大器的输出端，所述下拉管的源极接地；偏置电压产生电路的输出端接至所述运算放大器的反相输入端，所述偏置电压产生电路的输入端接至DC/DC转换器的输出电压。
2.根据权利要求1所述的DC/DC转换器的开关电流限制电路，其特征在于所述偏置电压产生电路输出的偏置电压等于一个固定的电压和一个与输出电压成比例的电压相加。
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