CN102201736A - Dc/dc转换器开关的恒定电流限制电路 - Google Patents

Abstract

一种DC/DC转换器的开关恒定电流限制电路，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为第一节点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转换器中驱动电路的输出端。限制电流更精确，第一节点的电压小于偏置电压时下拉管关闭；第一节点的电压上升到偏置电压值时运放将钳制第一节点的电压于偏置电压。增加了偏置电压产生电路，其输出的偏置电压等于一个固定电压加上一个与驱动电路输出时钟相关的电压，使开关限制电流维持恒定不变。

Description

DC/DC转换器开关的恒定电流限制电路

[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转换器开关(BUCK)中的恒定电流限制电路。

[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。转换电路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，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，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转换器的开关恒定电流限制电路，提高限制电流的精度，减小限制电流随着随着输入电压的升高而变小，使开关限制电流维持不变，与输入电压、输出电压无关即与芯片工作状态无关。

本发明的技术方案是：一种DC/DC转换器的开关恒定电流限制电路，包括运算放大器、下拉管和偏置电压产生电路，其特征在于DC/DC转换器中误差放大器输出端为第一节点，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转换器中驱动电路的输出端。

所述偏置电压产生电路应由采样电路和加法器连接组成，采样电路输入端即为所述偏置电压产生电路的输入端接至DC/DC转换器中驱动电路的输出端，加法器的输出端即为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。

与传统的电流限制电路相比，上述技术方案有两个方面改进：

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P管，第一节点的电压小于偏置电压时，下拉管关闭；第一节点的电压上升到偏置电压值时，运放将钳制第一节点的电压于偏置电压。

二、限制电流与芯片工作状态无关。增加了偏置电压产生电路，其输出的偏置电压等于一个固定电压加上一个与驱动电路输出时钟相关的电压，此电压峰值与时钟脉冲宽度成正比，由于时钟周期不变，其峰值也与时钟占空比成正比，第一节点允许的最高电压和占空比有关。当输入电源电压或输出电压变化时，驱动电路输出时钟也相应地变化，其表现为时钟占空比相应变化，DC/DC转换器输出电压也会随之调整，第一节点允许的最高电压也相应的变化。电流限制电路的误差主要由斜率补偿引入的电压随占空比变化引起的，使第一节点允许的最高电压随占空比变化的部分刚好等于斜率补偿引入的误差，从而使最大允许的电流与占空比无关，此时限制电流为一常数。例如，占空比越大时，经过斜率补偿后的峰值电流采样电压中斜率补偿引入的误差电压成分越大，同时第一节点允许的最高电压也增加变得越高，抵消掉斜率补偿引入的电压，使开关限制电流维持恒定不变。

[附图说明]

图1含传统的开关恒定电流限制电路的DC/DC转换器电路图。

图2含本发明的开关恒定电流电流限制电路的DC/DC转换器电路图。

图3本发明的偏置电压产生电路。

[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，一种DC/DC转换器的开关恒定电流限制电路，见图中虚线框所围部分，包括运算放大器20、下拉管10和偏置电压产生电路30。DC/DC转换器中误差放大器输出端为第一节点，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3的输出端接至所述运算放大器20的反相输入端，所述偏置电压产生电路3的输入端接至DC/DC转换器中驱动电路的输出端。

见图3所示，所述偏置电压产生电路30应由采样电路31和加法器32连接组成，图中有虚线框围合，就采样电路31和加法器32的结构而言是属于公知的，图3已清楚表达，恕不详细介绍各个组件及其连接关系。采样电路31输入端即为所述偏置电压产生电路30的输入端接至DC/DC转换器中驱动电路的输出端，加法器32的输出端即为偏置电压产生电路30的输出端接至所述运算放大器20的反相输入端。来自DC/DC转换器的固定电压和来自采样电路31的输出电压在加法器中相加后送入运算放大器20。

下面对本发明开关恒定电流限制电路的工作原理说明如下。

在DC/DC转换器系统开启后，系统将产生一个锯齿波，锯齿波的斜率由两部分相加，第一部分是一个固定的斜率，用作斜率补偿。第二部分的斜率与开关电流成正比。该锯齿波与图2的第一节点电压进行比较，谐波电压小于第一节点的电压时，开关管打开，开关电流上升；一旦开关电流超过第一节点电压，开关管关闭，直到下一个周期来才重新打开。

第一节点的电压由系统的工作环路来决定，在第一节点的电压低于开关电流钳制电压时，第一节点的电压随开关电流的增加而上升，当第一节点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。

当第一节点的电压低于偏置电压时，下拉管10关闭，当第一节点的电压要超过偏置电压时，下拉管10打开，运算放放大器20把第一节点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第一节点的电压的影响，开关限制电流受工艺和温度的影响相应地大为减小，精度远远提高。

偏置电压产生电路30输出的偏置电压等于一个固定的电压和采样电路31输出电压之和，采样电路31输出电压在脉冲为高时随时间成正比增加，其峰值与脉冲宽度成正比，也就是和占空比成正比。这样偏置电压输出会随着占空比升高而升高，锯齿波的峰值电压也相应的增加。另一方面，占空比变长时，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，开关限制电流与占空比或则输入输出电压不再相关。也就是说，本发明的开关电流限制电路对开关限制电流随驱动电路输出时钟占空比的变化升高而变小的情况做了一个校正，使得不论芯片工作在什么条件下都可以使限制电流为常数。

见图3所示，当驱动电路输出为高时，开关S1打开，S2断开，此时电流I对电容C1充电，C1输出电压和S1打开时间成正比。当驱动电路输出为低电平时，S1断开，S2打开，C1输出电压为零。C1输出电压通过加法器与图中来自DC/DC转换器的固定电压相加，得到一变化的电压，电压变化的部分刚好用于抵消斜率补偿所引入的限流误差。加法器中R1＝R2，R3＝R4。

Claims (2)

1.一种DC/DC转换器开关的恒定电流限制电路，包括运算放大器、下拉管和偏置电压产生电路，其特征在于DC/DC转换器中误差放大器输出端为第一节点，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转换器中驱动电路的输出端。

2.根据权利要求1所述DC/DC转换器开关的恒定电流限制电路，其特征在于所述偏置电压产生电路由采样电路和加法器连接组成，采样电路输入端即为所述偏置电压产生电路的输入端接至DC/DC转换器中驱动电路的输出端，加法器的输出端即为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。

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