CN103825439B - Buck变换器电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种BUCK变换器电路，该BUCK变换器电路包括：直流电源，用于提供电源电压；BUCK电路，用于降低所述直流电源的电压；LC滤波器，用于将所述BUCK电路降压后的电压进行滤波，并输出至负载；反馈采样补偿电路，用于对所述BUCK电路的输出电压和LC滤波器的输出电压进行采样和反馈补偿；控制电路，用于根据所述反馈采样补偿电路的采样电压调整所述BUCK电路输出电压。本发明提高了电路的稳定性和动态特性，同时降低了输出纹波及噪声。
Description
技术领域
本发明涉及电子产品技术领域，特别涉及一种BUCK变换器电路。
背景技术
在计算机、通讯、工业控制、仪器仪表、医疗设备等领域,应用BUCK变换器电路设计的从高压直流变换到低压直流的开关电源的应用已经非常广泛。尤其在现代计算机系统中，多相、多路同步BUCK变换器电路得以广泛应用。在多路低压大电流的同步BUCK变换器电路设计中，如何提高电源的动态负载特性，同时降低直流输出的噪声和纹波是设计的难点。为了降低噪声和纹波，在电压型或电流型的BUCK变换器电路的输出端通常会串联LC滤波器。实践证明输出端串联的LC滤波器的传输特性会插入到电源系统的反馈环中，从而影响电源系统的稳定。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种BUCK变换器电路，旨在提高电路的动态特性，同时降低输出纹波及噪声。
为了实现上述目的，本发明提供一种BUCK变换器电路，该BUCK变换器电路包括：
直流电源，用于提供电源电压；
BUCK电路，用于降低所述直流电源的电压；
LC滤波器，用于将所述BUCK电路降压后的电压进行滤波，并输出至负载；
反馈采样补偿电路，用于对所述BUCK电路的输出电压和LC滤波器的输出电压进行采样和反馈补偿；
控制电路，用于根据所述反馈采样补偿电路的采样电压调整所述BUCK电路输出电压；
其中，所述BUCK电路包括第一场效应管、第二场效应管、第一电感和第一电容；第一场效应管的漏极与所述直流电源的正极连接，栅极与所述控制电路连接，源极与所述第二场效应管的漏极连接；所述第二场效应管的栅极与所述控制电路连接，源极与所述直流电源的负极连接；所述第一电感的一端与所述第一场效应管的源极连接，另一端通过所述第一电容与所述直流电源的负极连接；
所述LC滤波器包括第二电感和第三电容，第二电感的一端连接至所述第一电感与所述第一电容连接的一端，另一端通过第三电容与所述直流电源的负极连接；
所述反馈采样补偿电路包括第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第四电容、第五电容和第六电容；所述控制电路包括PWM控制电路，该PWM控制电路包括误差放大器；第二电阻的一端与所述直流电源的负极连接，另一端与所述控制电路的反馈端连接，并分别通过第三电阻与所述第二电感和第三电容相连的一端连接、通过依次连接的第四电容和第四电阻与所述第二电感的一端连接、通过第五电容与所述误差放大器连接、通过依次连接的第六电容和第五电阻与所述误差放大器连接。
优选地，所述BUCK电路还包括第一电阻和第二电容，其中第一电阻的一端与所述第一场效应管的源极连接，另一端通过所述第二电容与所述直流电源的负极连接。
优选地，所述控制电路包括一脉宽调制控制器，该脉宽调制控制器包括与所述第一场效应管的栅极连接的第一脉宽调制信号输出端和与所述第二场效应管的栅极连接的第二脉宽调制信号输出端。
本发明通过由上述第四电阻和第四电容构成快速反馈回路，由第三电阻和第二电阻构成慢速反馈回路；同时由第四电阻、第四电容、第五电容、第六电容和第五电阻构成快速反馈补偿电路，由第三电阻、第五电容、第六电容和第五电阻构成慢速反馈补偿电路。此外将快速反馈回路的采样点设置于BUCK电路的输出端和LC滤波器的输入端之间，因此BUCK电路输出的纹波和快速动态负载变化信号可以经快速补偿回路至BUCK控制器；快速反馈补偿电路具有较宽的带宽，较低的低频增益和较高的高频增益。将慢速反馈回路的采样点设置于BUCK电路所串连的LC滤波器之后的输出端，由于BUCK电路输出的纹波和快速动态负载变化信号经LC滤波器滤波之后变为较为稳定的直流，该直流信号可以经慢速反馈回路至BUCK控制器；慢速反馈补偿电路具有较窄的带宽，较高的低频增益和较低的高频增益。因此本发明提供的BUCK变换器电路可同时具备较快的动态负载响应速度和较低的纹波及噪声，而且具有较高的稳压精度和充足的相位裕量及增益裕量。
附图说明
图1为本发明BUCK变换器电路较佳实施例的结构示意图；
图2为本发明BUCK变换器电路较佳实施例的电路图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
结合参照图1和图2，图1为本发明BUCK变换器电路较佳实施例的结构示意图，图2为本发明BUCK变换器电路较佳实施例的电路图。本实施例提供的BUCK变换器电路包括：
直流电源10，用于提供电源电压；
BUCK电路20，用于降低直流电源10的电压；
LC滤波器30，用于将BUCK电路20降压后的电压进行滤波，并输出至负载R；
反馈采样补偿电路40，用于对BUCK电路20的输出电压和LC滤波器30的输出电压进行采样和反馈补偿；
控制电路50，用于根据反馈采样补偿电路40的采样电压调整BUCK电路20输出电压。
本实施例中，上述BUCK电路20包括第一场效应管Q1、第二场效应管Q2、第一电感L1和第一电容C1；其中第一场效应管Q1的漏极与直流电源10的正极连接，栅极与控制电路50连接，源极与第二场效应管Q2的漏极连接；第二场效应管Q2的栅极与控制电路50连接，源极与直流电源10的负极连接；第一电感L1的一端与第一场效应管Q1的源极连接，另一端通过第一电容C1与直流电源10的负极连接。
工作时，当上述第一场效应管Q1导通时，第二场效应管Q2截止，从而使得直流电源V2直接加载至第一电感L1上，对该第一电感L1进行充电，并为负载R提供供电电压；当第一场效应管Q1截止时，第二场效应管Q2导通，此时，电感L1上所储存的电能通过该第二场效应管Q2放电，并为负载R提供供电电压。应当说明的是，可通过调节第一场效应管Q1和第二场效应管Q2的导通和截止的时间，从而调整BUCK电路20输出的电压。
具体地，上述BUCK电路20还包括第一电阻R1和第二电容C2，其中第一电阻R1的一端与第一场效应管Q1的源极连接，另一端通过第二电容C2与直流电源V2的负极连接。
上述第一电阻R1和第二电容C2组成缓冲电路，由于设置了缓冲电路，在第一场效应管Q1导通瞬间和截止的瞬间，可对电路起缓冲作用，从而提高了电路的稳定性。
上述LC滤波器30包括第二电感L2和第三电容C3，其中第二电感L2的一端连接至第一电感L1与第三电容C3连接的一端，另一端通过第三电容C3与直流电源10的负极连接。
上述反馈采样补偿电路40包括第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第四电容C4、第五电容C5和第六电容C6；其中第二电阻R2的一端与直流电源10的负极连接，另一端与控制电路50的反馈端连接，并分别通过第三电阻R3与第二电感L2和第三电容R3相连的一端连接、通过依次连接的第四电容C4和第四电阻R4与第二电感L2的一端连接、通过第五电容C5与控制电路50的内部误差输出端连接、通过依次连接的第六电容C6和第五电阻R5与内部误差输出端连接。
上述控制电路50包括一脉宽调制控制器U1，该脉宽调制控制器U1包括与第一场效应管Q1的栅极连接的第一脉宽调制信号输出端CLP和与第二场效应管的栅极连接的第二脉宽调制信号输出端CLN。上述反馈端为脉宽调制控制器U1的IN脚，上述内部误差输出端为脉宽调制控制器U1的COMP脚。
本实施例中，上述BUCK电路20输出电压的纹波和快速动态负载变化信号可通过第四电阻R4和第四电容C4组成超前补偿回路反馈至脉宽调制控制器U1的IN脚。若BUCK变换器电路的工作频率Fw，则该Fw高于BUCK变换器电路控制输出增益为0dB时的穿越频率Fb的频段为高频段，低于L1和C2所构成的几点Fp1的频段为低频段。因此由第四电阻R4、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6和第五电阻R5组成的快速反馈补偿电路具有较宽的带宽、较低的低频增益和较高的高频增益。
上述BUCK电路20输出电压的纹波和快速动态负载变化信号通过LC滤波器30滤波后得到较为稳定的直流电压信号。该直流电压信号通过第三电阻R3构成的补偿回路反馈至脉宽调制控制器U1的IN脚。若BUCK变换器电路的工作频率Fw，则该Fw高于BUCK变换器电路控制输出增益为0dB时的穿越频率Fb的频段为高频段，低于L1和C2所构成的几点Fp1的频段为低频段。因此由第三电阻R3、第五电容C5、第六电容C6和第五电阻R5组成的慢速反馈补偿电路具有较窄的带宽、较高的低频增益和较低的高频增益。
综上所述，本发明提供的BUCK变换器电路具有较快的动态负载响应速度和较低的纹波噪声，同时保证了电路具有较高的稳压精度和充足的相位裕量及增益裕量。
本发明通过由上述第四电阻R4和第四电容C4构成快速反馈回路401，由第三电阻R3和第二电阻R2构成慢速反馈回路402；同时由第四电阻R4、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6和第五电阻R5构成快速反馈补偿电路，由第三电阻R3、第五电容C5、第六电容C6和第五电阻R5构成慢速反馈补偿电路。此外将快速反馈回路401的采样点设置于BUCK电路20的输出端和LC滤波器30的输入端之间，由于BUCK电路40输出的纹波和快速动态负载变化信号可以经快速补偿回路401至BUCK控制器；因此使得快速反馈补偿电路具有较宽的带宽，较低的低频增益和较高的高频增益。将慢速反馈回路402的采样点设置于BUCK电路20所串连的LC滤波器30之后的输出端，由于BUCK电路20输出的纹波和快速动态负载变化信号经LC滤波器30滤波之后变为较为稳定的直流，该直流信号可以经慢速反馈回路402至BUCK控制器；因此使得慢速反馈补偿电路具有较窄的带宽，较高的低频增益和较低的高频增益。因此本发明提供的BUCK变换器电路可同时具备较快的动态负载响应速度和较低的纹波及噪声，而且具有较高的稳压精度和充足的相位裕量及增益裕量。应当说明的是，上述BUCK控制器为控制电路50的一部分。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (3)
1.一种BUCK变换器电路，其特征在于，包括：
直流电源，用于提供电源电压；
BUCK电路，用于降低所述直流电源的电压；
LC滤波器，用于将所述BUCK电路降压后的电压进行滤波，并输出至负载；
反馈采样补偿电路，用于对所述BUCK电路的输出电压和LC滤波器的输出电压进行采样和反馈补偿；
控制电路，用于根据所述反馈采样补偿电路的采样电压调整所述BUCK电路输出电压；
其中，所述BUCK电路包括第一场效应管、第二场效应管、第一电感和第一电容；第一场效应管的漏极与所述直流电源的正极连接，栅极与所述控制电路连接，源极与所述第二场效应管的漏极连接；所述第二场效应管的栅极与所述控制电路连接，源极与所述直流电源的负极连接；所述第一电感的一端与所述第一场效应管的源极连接，另一端通过所述第一电容与所述直流电源的负极连接；
所述LC滤波器包括第二电感和第三电容，第二电感的一端连接至所述第一电感与所述第一电容连接的一端，另一端通过第三电容与所述直流电源的负极连接；
所述反馈采样补偿电路包括第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第四电容、第五电容和第六电容；所述控制电路包括PWM控制电路，该PWM控制电路包括误差放大器；第二电阻的一端与所述直流电源的负极连接，另一端与所述控制电路的反馈端连接，并分别通过第三电阻与所述第二电感和第三电容相连的一端连接、通过依次连接的第四电容和第四电阻与所述第二电感的一端连接、通过第五电容与所述误差放大器连接、通过依次连接的第六电容和第五电阻与所述误差放大器连接。
2.如权利要求1所述的BUCK变换器电路，其特征在于，所述BUCK电路还包括第一电阻和第二电容，其中第一电阻的一端与所述第一场效应管的源极连接，另一端通过所述第二电容与所述直流电源的负极连接。
3.如权利要求1所述的BUCK变换器电路，其特征在于，所述控制电路包括一脉宽调制控制器，该脉宽调制控制器包括与所述第一场效应管的栅极连接的第一脉宽调制信号输出端和与所述第二场效应管的栅极连接的第二脉宽调制信号输出端。
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