CN103427625A - Dc-dc变换器及dc-dc变换器的控制电路 - Google Patents

Dc-dc变换器及dc-dc变换器的控制电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种DC-DC变换器及DC-DC变换器的控制电路，用于通过执行多种脉宽调制控制中的至少一种，将输入电压变换成预定的输出电压，所述DC-DC变换器控制装置还包括三角波发生器，用于产生三角波形信号；同频最小脉宽发生器，产生一个与三角波的同频脉冲宽度；脉宽调制比较器，用于控制开关输出脉宽；上述脉宽调制比较器和同频最小脉宽发生器的输出相或，用于实现最小固定脉冲宽度；关断控制比较器，用于控制开启或关闭三角波发生器及同频最小脉宽发生器。本发明彻底解决了很多电路模块无法关断或关断不彻底，导致待机功耗偏大的问题；使用关断控制比较器，大幅度降低了待机电流，并且对工艺稳定性要求低，可实现性强，非常适合大批量生产。

Description

DC-DC变换器及DC-DC变换器的控制电路
技术领域
本发明涉及能量采集电路领域，尤其涉及一种DC-DC变换器及DC-DC变换器的控制电路。
背景技术
移动电话或笔记本大小的个人计算机之类的便携式电子设备使用电池作为电源。然而电池的输出经历诸如由于放电而引起的输出降低之类的变化，因此便携式电子设备包括DC-DC变换器，用于将电池的输出电压变换成设备中要使用的电压。公知的用于变换电压的方法有三种：降压方法、升压方法和升/降压方法。在升压方法中，所使用的电池具有比设备中要使用的电压低的输出电压，该输出电压通过升压DC-DC变换器被升压到设备中要使用的电压。利用此升压方法，可以实现极高的变换效率。
这种DC-DC变换器主要用于普通干电池或锂电池之类的电池供电应用，为了延长电池使用时间和待机时间，节约用电的控制就显得尤为重要。目前广泛使用的降低待机功耗的方法是采用脉冲频率调制（PFM）的工作模式。采用固定的最小脉冲宽度，通过降低频率，以延长周期的方法，来降低占空比，从而达到既稳定输出电压，又减小开关次数，从而降低待机功耗的方法。
如图1所示，为现有技术的DC-DC变换器的概略的电路示意图。由于固定延时模块的作用，使开关输出的脉冲宽度不得小于延时T，在输出负载很轻或空载时，系统为了维持输出电压的稳定性，开关输出的频率会自动下降到远小于三角波发生器产生的频率，由于降低了开关频率，从而大大降低了功耗。上述技术中的主要缺陷是，虽然降低了开关输出的频率，并降低了功耗，但由于三角波发生器和脉宽调制比较器一直处于工作状态，并且固定延时模块也需要消耗较大的电流，并且，其它在图1中未标示出的辅助模块也都处于工作状态，因此，在待机时仍然有较大的待机功耗。
发明内容
本发明的目的就是为了弥补现有技术的缺陷，提供一种使待机功耗进一步明显降低的DC-DC变换器及DC-DC变换器的控制电路的电路。
为解决上述技术问题，本发明的基本构思是：一种DC-DC变换器，包括误差放大器、脉宽调制比较器和开关，用于通过执行多种脉宽调制控制中的至少一种，将输入电压变换成预定的输出电压，其特征在于还包括：
三角波发生器，用于产生三角波形信号；
同频最小脉宽发生器，产生一个与三角波的同频脉冲宽度；
脉宽调制比较器，用于控制开关输出脉宽；
上述脉宽调制比较器和同频最小脉宽发生器的输出相或，用于实现最小固定脉冲宽度。
进一步地，所述DC-DC变换器还包括关断控制比较器，用于控制开启或关闭三角波发生器、同频最小脉宽发生器和脉宽调制比较器。
进一步地，所述关断控制比较器的正输入端连接有一个阈值电压。
更进一步地，所述的阈值电压不小于三角波发生器产生的最高电压的一个参考电压。
进一步地，所述关断控制比较器与脉宽调制比较器的正输入端相连接。
进一步地，所述三角波发生器和同频最小脉宽发生器与脉宽调制比较器的负输入端相连接。
进一步地，所述脉宽调制比较器，用于产生表示电压差信号的正负的判断结果的判断信号，所述判断信号会产生一定的延迟时间量。
更进一步地，所述脉宽调制比较器的输出端与最小脉宽输出端进行逻辑运算后，由开关输出。
本发明的一种DC-DC变换器的控制电路，包括误差放大器模块和脉宽调制比较器模块，用于通过执行多种脉宽调制控制模块中的至少一种，将输入电压变换成预定的输出电压，其特征在于还包括：
三角波发生器模块，用于产生三角波形信号；
同频最小脉宽发生器模块，产生一个与三角波的同频脉冲宽度；
脉宽调制比较器模块，用于控制开关输出脉宽；
上述脉宽调制比较器模块和同频最小脉宽发生器模块的输出相或，用于实现最小固定脉冲宽度。
进一步地，所述DC-DC变换器的控制电路还包括关断控制比较器模块，用于控制开启或关闭三角波发生器模块、同频最小脉宽发生器模块和脉宽调制比较器模块。
有益效果：本发明彻底解决了电路模块无法关断或关断不彻底，导致DC-DC变换器的待机功耗偏大的问题，并且对工艺稳定性要求低，可实现性强，非常适合大批量生产和控制成本。由于采用了脉宽调制比较器和同频最小脉宽发生器的输出相或，实现了最小固定脉冲宽度的输出。用关断控制比较器，实现了在工作间隙，关断绝大部分模块，大幅度降低了待机电流。关断控制器设计非常简单，更加有利于实现大批量生产和在各种环境下正常使用。用关断控制比较器，实现了间息性的工作模式，以替代原用的频率调制工作模式，在同等外围应用条件下，空载时电流消耗可减小到现有技术的1/6左右。
附图说明
图1是现有技术的DC-DC变换器的概略的电路示意图；
图2是本发明的DC-DC变换器的概略的电路示意图；
图3是本发明的三角波波形与同频脉冲之间的相位关系示意图。
具体实施方式
下面将结合说明书附图，对本发明做进一步的说明。
实施例
有关本实施方式的其中之一的形态的一种DC-DC变换器，包括误差放大器、脉宽调制比较器和开关，用于通过执行多种脉宽调制控制中的至少一种，将输入电压变换成预定的输出电压，其特征在于：
所述DC-DC变换器还包括三角波发生器，用于产生三角波形信号；同频最小脉宽发生器，产生一个与三角波同频脉冲宽度；脉宽调制比较器，用于控制开关输出脉宽；上述脉宽调制比较器和同频最小脉宽发生器的输出相或，用于实现最小固定脉冲宽度。
如图2所示，为本实施例中，DC-DC变换器1的概略的电路图。
所述DC-DC变换器还包括关断控制比较器，用于控制开启或关闭三角波发生器、同频最小脉宽发生器和脉宽调制比较器及辅助元件，大大降低了功耗。
所述多种脉宽调制控制包括升压脉宽调制控制、降压脉宽调制控制，以及升压脉宽调制和降压脉宽调制控制两者。
所述关断控制比较器的正输入端连接有一个阈值电压。所述的阈值电压不小于三角波发生器产生的最高电压的一个参考电压。
所述关断控制比较器与脉宽调制比较器的正输入端相连接。所述三角波发生器和同频最小脉宽发生器与脉宽调制比较器的负输入端相连接。所述脉宽调制比较器，用于产生表示电压差信号的正负的判断结果的判断信号，所述判断信号会产生一定的延迟时间量。所述脉宽调制比较器的输出端与最小脉宽输出端进行逻辑运算后，由开关输出。
如图2所示，本发明的一种DC-DC变换器的控制电路，包括误差放大器模块和脉宽调制比较器模块，用于通过执行多种脉宽调制控制模块中的至少一种，将输入电压变换成预定的输出电压，其特征在于：所述DC-DC变换器的控制电路还包括三角波发生器模块，用于产生电压波形信号；同频最小脉宽发生器模块，产生一个同频脉冲宽度；脉宽调制比较器，用于控制开关输出脉宽；上述脉宽调制比较器模块和同频最小脉宽发生器模块的输出相或，用于实现最小固定脉冲宽度；所述DC-DC变换器的控制电路还包括关断控制比较器模块，用于控制开启或关闭三角波发生器模块、同频最小脉宽发生器模块和脉宽调制比较器模块。
如图2所示，本发明的三角波发生器和同频最小脉宽发生器为输出相或，产生一个脉宽为T的同频脉冲以取代图1中的固定延时模块，可使电路更加简单，省去了延时模块的工作电流。
如图3所示，为本发明的三角波波形与同频脉冲之间的相位关系示意图。三角波波形与同频脉冲之间的相位关系t0为某个三角波的上升起始时间点，t1为该三角波上升到最高的时间点，t2为紧邻的下一个三角波上升起始时间点；t3为同频的脉冲波形的上升时间点，t4为该脉冲的下降时间点。t4-t3则为脉冲的宽度，该宽度即定义为本方案中输出开关的最小脉冲宽度（忽略各方面的传输延时），对应于图1中的延时T。各个时间点之间的关系要求：t3不迟于t1，t4不迟于t2。在实际应用中，由于三角波要通过一个脉宽调制比较器调制之后才与同频的脉冲进行逻辑运算，这个脉宽调制比较器本身会产生一定的延时td，则实际t3可不迟于t1+td即可。
当电路系统空载时，某个时刻的电压FB高于内部参考电压，会使A点电压抬升，当A点电压仍低于关断控制比较器的阈值电压时，即大于三角波发生器产生的最高电压的一个参考电压时，开关输出为脉宽调制比较器输出与同频最小脉宽发生器的最小脉宽输出相或得到，开关输出仍处于连续工作状态，并使输出电压继续升高，A点电压继续抬升；当A点电压抬升至超过关断控制比较器的阈值电压时，此关断控制比较器给出关断控制信号，三角波发生器及同频最小脉宽发生器、脉宽调制比较器以及其它图中未能示出的一些可关闭的辅助模块均被关断，此时系统处于最小电流状态，这时输出电压不再抬升，并由外接储电元器件，所述外接储电元器件设置为电容，对外供电；由于待机时，此供电非常小，甚至没有，因此这种关断模式会维持很长时间。
当输出电压缓慢降低，使FB电压低于内部参考电压时，A点电压降低，当低于关断控制比较器的阈值电压时，上述被关断的模块又重新开启工作，此时，开关输出又会给出连续的具有最小脉宽的开关信号，使输出又重新抬升。
如此反复，从而使电路系统形成一种间息性工作模式。
由于电路系统工作在连续工作状态的时候很短，绝大部分时间都处于关断状态，而在此状态下的功耗可以做的很小，因此在整个工作过程中，平均功耗就远小于无关断状态的频率调制工作模式。同时，用于输出电压监测的误差放大器一直处于不关断状态，使得输出仍能维持所需电压不受影响。
本发明对工艺要求较低，三角波发生器产生的三角波的幅度往往会受工艺偏差、工作温度及工作电压等的影响，产生很大波动；而关断控制比较器的阈值电压只需大于不小于三角波发生器的最高电压，此电压具有很大的灵活性，可以选取一个在理论上三角波发生器的最高电压不可能达到的值，实现起来简便易行。
本发明彻底解决了电路模块无法关断或关断不彻底，导致DC-DC变换器的待机功耗偏大的问题，并且对工艺稳定性要求低，可实现性强，非常适合大批量生产和控制成本。由于采用了脉宽调制比较器和同频最小脉宽发生器的输出相或，实现了最小固定脉冲宽度的输出。用关断控制比较器，实现了在工作间隙，关断绝大部分模块，大幅度降低了待机电流。关断控制器设计非常简单，更加有利于实现大批量生产和在各种环境下正常使用。用关断控制比较器，实现了间息性的工作模式，以替代原用的频率调制工作模式，在同等外围应用条件下，空载时电流消耗可减小到现有技术的1/6左右。
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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种DC-DC变换器，包括误差放大器、脉宽调制比较器和开关，用于通过执行多种脉宽调制控制中的至少一种，将输入电压变换成预定的输出电压，其特征在于还包括：
三角波发生器，用于产生三角波形信号；
同频最小脉宽发生器，产生一个与三角波的同频脉冲宽度；
脉宽调制比较器，用于控制开关输出脉宽；
上述脉宽调制比较器和同频最小脉宽发生器的输出相或，用于实现最小固定脉冲宽度。
2.根据权利要求1所述的DC-DC变换器，其特征在于:所述DC-DC变换器还包括关断控制比较器，用于控制开启或关闭三角波发生器、同频最小脉宽发生器和脉宽调制比较器。
3.根据权利要求2所述的DC-DC变换器，其特征在于:所述关断控制比较器的正输入端连接有一个阈值电压。
4.根据权利要求3所述的DC-DC变换器，其特征在于：所述的阈值电压不小于三角波发生器产生的最高电压的一个参考电压。
5.根据权利要求3所述的DC-DC变换器，其特征在于：所述关断控制比较器与脉宽调制比较器的正输入端相连接。
6.根据权利要求4所述的DC-DC变换器，其特征在于：所述三角波发生器和同频最小脉宽发生器与脉宽调制比较器的负输入端相连接。
7.根据权利要求6所述的DC-DC变换器，其特征在于：所述脉宽调制比较器，用于产生表示电压差信号的正负的判断结果的判断信号，所述判断信号会产生一定的延迟时间量。
8.根据权利要求7所述的DC-DC变换器的控制电路，其特征在于：所述脉宽调制比较器的输出端与最小脉宽输出端进行逻辑运算后，由开关输出。
9.一种DC-DC变换器的控制电路，包括误差放大器模块和脉宽调制比较器模块，用于通过执行多种脉宽调制控制模块中的至少一种，将输入电压变换成预定的输出电压，其特征在于还包括：
三角波发生器模块，用于产生三角波形信号；
同频最小脉宽发生器模块，产生一个与三角波的同频脉冲宽度；
脉宽调制比较器模块，用于控制开关输出脉宽；
上述脉宽调制比较器模块和同频最小脉宽发生器模块的输出相或，用于实现最小固定脉冲宽度。
10.根据权利要求9所述的DC-DC变换器的控制电路，其特征在于：所述DC-DC变换器的控制电路还包括关断控制比较器模块，用于控制开启或关闭三角波发生器模块、同频最小脉宽发生器模块和脉宽调制比较器模块。
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