CN104038039B - 一种单周期控制加iii型补偿的cuk型开关变换器的启动电路 - Google Patents

Abstract

为了解决单周期控制加III型补偿的CUK控制电路无法正常启动的问题，本发明提供了一种单周期控制加III型补偿的CUK(丘克)型开关变换器的启动电路，包括镜像电流源、两个开关管、电容放电电路和输出电路，输出电路的输出端作为启动电路的输出端，通过III型补偿网络中的一个电阻电容网络连接误差放大器的反相输入端作为基准电压VREF1，能够实现单周期控制加III型补偿的CUK控制电路的正常启动。

Description

一种单周期控制加III型补偿的CUK型开关变换器的启动电路

技术领域

本发明涉及电源转换器，特别涉及在集成电路内部的一种单周期控制加III型补偿的CUK(丘克)型开关变换器的启动电路，属于微电子技术领域。

背景技术

有机发光二极管(Organic Light Emitting Diode OLED)具有柔软、透明、画质清晰、节能环保等特点，被视为是最具潜力的下一代新型平面显示技术。OLED显示面板需要一个正电源电压和负电源电压供电，从而负压芯片的设计成为这一领域的主流趋势。CUK电路输入输出电压方向，具有低的输出电压电流纹波和高效率的优点，同时，CUK电路还具备非常好的抗噪声能力和抗干扰能力，所以CUK型电路逐渐成为研究的热点，但是将单周期控制用于一些拓扑结构较复杂的变换器时,会给变换器的启动带来问题。

如图1所示的单周期控制加III型补偿的CUK控制电路是通过将误差放大器的输出信号同积分器的输出进行比较，产生占空比信号来驱动开关进行工作。CUK电路在启动阶段时，误差放大器输出电压为高电平，此时积分器的反相输入端电压V几乎为零电平，而积分器的输出电压为所以在一个周期内积分器的输出电压无法同误差放大器的输出电压相交，RS触发器的输出电平将无法翻转，电路因此无法正常启动，从而使CUK电路进入另一个稳定状态。

发明内容

本发明为了解决单周期控制加III型补偿的CUK控制电路无法正常启动的问题，提供一种单周期控制加III型补偿的CUK(丘克)型开关变换器的启动电路。

为实现上述目的，本发明的技术方案具体如下：一种单周期控制加III型补偿的CUK型开关变换器的启动电路，其特征在于，包括镜像电流源、两个开关管、电容放电电路和输出电路，其中：

镜像电流源包括NMOS管M1、NMOS管M2，PMOS管M3、PMOS管M4和偏置电阻R1构成的两级镜像电流源，NMOS管M1和NMOS管M2构成第一级镜像电流源，PMOS管M3和PMOS管M4构成第二级镜像电流源，偏置电阻R1为两级镜像电流源共用；NMOS管M1的漏极与栅极互连并连接NMOS管M2的栅极和偏置电阻R1的一端，偏置电阻R1的另一端连接PMOS管M3的源极和PMOS管M4的源极并连接电源VDD，PMOS管M3的栅极与PMOS管M4的栅极互连并连接NMOS管M2的漏极，NMOS管M1的源极和NMOS管M2的源极均接地，PMOS管M4的漏极作为两级镜像电流源输出端；

两个开关管包括NMOS管M5和PMOS管M8，PMOS管M8的源极连接两级镜像电流源的输出端，PMOS管M8的漏极连接NMOS管M5的漏极，PMOS管M8的栅极连接外部控制信号，NMOS管M5的栅极连接外部窄脉冲信号；

电容放电电路包括电阻R2和电容C1构成的RC放电电路，电阻R2的一端及电容C1的一端分别连接开关管NMOS管M5的源极及开关管PMOS管M8的漏极，电阻R2的另一端及电容C1的另一端均接地；

输出电路包括比较器、两个开关管NMOS管M6和PMOS管M7，比较器的同相输入端连接开关管NMOS管M5与PMOS管M8的漏极互连端和NMOS管M6的源极，比较器的反相输入端连接基准电压VREF2和PMOS管M7的源极，比较器的输出端连接NMOS管M6的栅极和PMOS管M7的栅极，NMOS管M6的漏极与PMOS管M7的漏极互连作为启动电路的输出端，输出的信号作为基准电压VREF1连接至单周期控制加III型补偿的CUK型开关变换器中误差放大器反相端的基准电压输入端口。

本发明的优点及显着效果：

1)本发明的启动电路结构简单，且较好的实现了其功能。

2)本发明的启动电路采用了间歇式放电的方式，能够有效的减小集成电路内的电容值，减小了芯片面积和成本。

附图说明

图1是现有单周期加III型补偿的CUK型开关变换器原理图；

图2是本发明用于图1电路的启动电路；

图3是启动电路中各个信号的时序图。

具体实施方式

参看图1，单周期加III型补偿CUK型开关变换器包括两级功率级电路、积分器、III型补偿电路，比较器、RS触发器、驱动电路和反馈电路。功率级包括电感L1，L2，电容C1，C2、功率管Sn、续流二极管D1和负载电阻Ro，电感L1的一端与电源电压VDD相连，另一端连接电容C1的一端和功率管Sn的漏极；电容C1的另一端连接电感L2的一端和续流二极管D1的正向端，D1的负端接地；电感L2的另一端接滤波电容C2的一端作为输出电压Vo，C2的另一端接地；电阻Ro连接在Vo端与地端作为负载电阻。在整个功率级中L1，C1和Sn组成功率级的第一级；L2，C2以及续流二极管D1和负载电阻Ro组成功率级的第二级。控制部分由积分器，III型补偿网络，比较器、RS触发器、反馈电路和驱动电路构成。积分器包括电阻Rz，电容C和运算放大器E1，Rz的一端接到E1的反相端，另一端接到续流二极管D1的正端；电容C跨接在E1的反相端和输出端，开关K并联在电容C的两端，其中开关K由RS触发器的端控制。III型补偿网络包括误差放大器，以及两个电阻电容网络，CUK型开关变换器输出电压的反馈信号VFB连接到误差放大器的正向端。VFB是这样产生的：输出电压Vo通过两个相同电阻R连接到VDD，两个电阻产生的分压VFB作为反馈信号。C11、C22和R2组成的电阻电容网络跨接到误差放大器的反相端和输出端，基准电压VREF1通过补偿电阻R1、R3、C33组成的另一个电阻电容网络接到误差放大器的反相端。III型补偿网络的输出(即误差放大器输出)VEA连接到比较器的反相端，积分器的输出(即运算放大器E1的输出)VE1接到比较器的同相端，比较器的输出接到RS触发器的复位端R端，RS触发器的置位端S接时钟信号，RS触发器的输出端Q通过驱动和死去控制连接到功率管Sn的栅极，控制电路的占空比。

参看图2，本发明启动电路包括2个NMOS管M1与M2，2个PMOS管M3和M4及一个偏置电阻R1构成的两级镜像电流源，两个开关管NMOS管M5和PMOS管M8以及电阻R2和电容C1构成的电容放电电路和输出电路。偏置电阻R1的一端与PMOS管M3的源极以及PMOS管M4源极共接于电源端，偏置电阻R1的另一端与NMOS管M1的漏极和栅极以及NMOS管M2的栅极连接在一起，NMOS管M2的漏极与PMOS管M3的漏极和栅极以及PMOS管M4的栅极连接在一起；PMOS管M4的漏极作为镜像电流源输出端。

NMOS开关管M5的源极接电阻R2的一端，漏极与电容C1的一端连接，栅极与窄脉冲信号相连接。PMOS开关管M8的源极与镜像电流源的输出连接，漏极同样接于电容C1的一端。电容放电电路中，电阻R2的一端与M5的源极相连接，另一端与电源地连接。电容C1的一端接于M8的漏极，另一端与电源地连接。

输出电路中，比较器的同相输入端与PMOS管M8的漏极相连接，反相输入端接入基准电压VREF2，NMOS开关管M6的源极与比较器的同相输入端连接，PMOS管M7的漏极与比较器的反相输入端连接，比较器的输出电平VOUT与M6和M7的栅极相连接，M6和M7的漏极连接在一起并与图1误差放大器中反相输入端连接的基准电压VREF1端口连接。

在启动阶段时，PMOS开关管M8首先处于闭合状态，当电容C1充电电压达到预定值时，将开关管M8断开，窄脉冲信号控制开关管M5的关闭，电容C1不断缓慢放电。比较器的同相输入端输入电压大于反相输入端电压时，比较器输出高电平，开关管M6处于闭合状态，M7处于断开状态，输出电路中的比较器的同相输入端电压接入图1中误差放大器的VREF1端口。当电容放电至预定值时，比较器输出电平翻转，因此，M6断开，M7闭合，比较器的反相输入端电压接入图1中误差放大器的VREF1端口，误差放大器的输出电平会有一个从零电平不断缓慢上升的过程，从而一个周期内积分器的输出电压同误差放大器的输出电压会有相交点，电路继而达到稳定状态。

图3是启动电路中各个信号的时序图，从上往下，A是图2中的控制信号，B是图2中的输出信号，C是图2中的窄脉冲信号，D是图2中比较器的输出电平VOUT。当控制信号为高电平时,开关管M8为闭合状态,电流对电容C1充电,此时比较器输出为高电平,开关管M6闭合,输出信号即为比较器的同相输入端信号。电压不断上升,达到预定电压后,开关管M8断开，开关管M5接入窄脉冲信号，电容C1间歇式放电，输出信号的电压不断下降，从而让图1中的误差放大器的同相输入端电压和反相输入端电压同时缓慢下降，直至图2中的比较器输出电平发生翻转，输出信号变为基准电压VREF2，此时达到了启动的目的。

本专利的特点及内容已揭示如上，然而本领域的技术人员可能基于本发明的说明而做种种不背离发明精神的替换及修改。因此，本发明的保护范围应不局限于上述的实施方案，而应包含各种不背离本发明的替换和修改，并为权利要求书所涵盖。

Claims (1)

1.一种单周期控制加III型补偿的CUK型开关变换器的启动电路，其特征在于，包括镜像电流源、两个开关管、电容放电电路和输出电路，其中：

镜像电流源包括NMOS管M1、NMOS管M2，PMOS管M3、PMOS管M4和偏置电阻R1构成的两级镜像电流源，NMOS管M1和NMOS管M2构成第一级镜像电流源，PMOS管M3和PMOS管M4构成第二级镜像电流源，偏置电阻R1为两级镜像电流源共用；NMOS管M1的漏极与栅极互连并连接NMOS管M2的栅极和偏置电阻R1的一端，偏置电阻R1的另一端连接PMOS管M3的源极和PMOS管M4的源极并连接电源VDD，PMOS管M3的栅极与PMOS管M4的栅极互连并连接NMOS管M2的漏极，NMOS管M1的源极和NMOS管M2的源极均接地，PMOS管M4的漏极作为两级镜像电流源输出端；

两个开关管包括NMOS管M5和PMOS管M8，PMOS管M8的源极连接两级镜像电流源的输出端，PMOS管M8的漏极连接NMOS管M5的漏极，PMOS管M8的栅极连接外部控制信号，NMOS管M5的栅极连接外部窄脉冲信号；

电容放电电路包括电阻R2和电容C1构成的RC放电电路，电阻R2的一端及电容C1的一端分别连接开关管NMOS管M5的源极及开关管PMOS管M8的漏极，电阻R2的另一端及电容C1的另一端均接地；

输出电路包括比较器、两个开关管NMOS管M6和PMOS管M7，比较器的同相输入端连接开关管NMOS管M5与PMOS管M8的漏极互连端和NMOS管M6的源极，比较器的反相输入端连接基准电压VREF2和PMOS管M7的源极，比较器的输出端连接NMOS管M6的栅极和PMOS管M7的栅极，NMOS管M6的漏极与PMOS管M7的漏极互连作为启动电路的输出端，输出的信号作为基准电压VREF1连接至单周期控制加III型补偿的CUK型开关变换器中误差放大器反相端的基准电压输入端口。