CN104753348A - 一种直流转直流开关电源 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种直流转直流开关电源，旨在针对现有的开关电源电路尚无法满足低噪声、快速瞬态响应的要求的缺陷提供一种改进的开关电源电路，包括输入端、开关管、储能元件及控制单元；输入端通过开关管、储能元件与输出端连接；其中，控制单元包括反馈网络、基准电压电源、运算放大器及PWM信号发生器；所述反馈网络用于采集反应输出端输出电压大小的反馈信号；运算放大器的第一输入端接入所述反馈信号，运算放大器的第二输入端接入所述基准电压电源；运算放大器的输出端与PWM信号发生器连接，PWM信号发生器用于根据运算放大器输出的信号输出一定占空比的PWM信号以驱动开关管的导通与关闭；所述反馈网络为RC反馈网络。

Description

一种直流转直流开关电源
技术领域
本发明涉及一种DC-DC开关电源。
背景技术
开关电源通常用于数字电路或是对LDO供电。瞬态响应和噪声对于数字电路和LDO的影响是不容忽视的。需要尽可能减小开关电源中的噪声，以及提高其瞬态响应速度。
具体如图1展示的是现有技术中的可调节输出的DC-DC开关电源电路的简化框图。输出电压VOUT等于基准电压与运算放大器直流闭环增益的乘积：
V OUT = Vref × ( 1 + R 1 R 3 )
其中是误差放大器的直流闭环增益。
在本电路中，运算放大器噪声VAN和基准电压噪声VRN放大相同的倍数，使输出噪声与设定的输出电压成比例增加。这使得输出电压上的噪声比参考电压高但小于2倍，输出噪声适度增加，但在敏感应用中哪怕这种适度增加都有可能无法接受。
另外，R1和R3构成的衰减网络衰减了瞬变的高频负载能量，导致瞬态负载响应性能降低。对于数字应用电路来说，系统从休眠到运行状态的切换，会导致电流瞬态变化。开关电源的瞬态性能会严重影响电路的稳定性。
开关电源的主要噪声源是开关切换引起的开关噪声。当然，内部基准电压和运算放大器噪声也不可忽略。当今的器件工作时内部偏置电流低于1μA，可实现高达20μA的静态电流。这些小电流需要使用高达几百MΩ的偏置电阻，使得运算放大器和基准电压电路放大器带来更多的噪声。图1中的开关电源采用电阻分压器设置输出电压，对于理想电阻来说，直流闭环增益，与交流闭环增益相同，等于噪声增益。
可见当应用在某些敏感电路中，现有的开关电源电路尚无法满足低噪声、快速瞬态响应的要求。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提供一种改进的开关电源电路。
本发明采用的技术方案如下：包括输入端、开关管、储能元件及控制单元；输入端用于与直流电源连接；输入端通过开关管、储能元件与输出端连接；控制单元用于控制开关管周期性的导通与断开；
其中，控制单元包括反馈网络、基准电压电源、运算放大器及PWM信号发生器；所述反馈网络用于采集反应输出端输出电压大小的反馈信号；运算放大器的第一输入端接入所述反馈信号，运算放大器的第二输入端接入所述基准电压电源；运算放大器的输出端与PWM信号发生器连接，PWM信号发生器用于根据运算放大器输出的信号输出一定占空比的PWM信号以驱动开关管的导通与关闭；
所述反馈网络为RC反馈网络。
进一步，所述反馈网络包括第一电阻、第二电阻、第三电阻及电容；所述第一电阻的一端与所述输出端连接，第一电阻的另一端与第三电阻的一端连接，第三电阻的另一端与接地；第一电阻与第三电阻的公共端与所述运算放大器的反相输入端连接；第二电阻与电容串联后再与所述第一电阻并联。
进一步，所述控制单元用于当运算放大器输出信号减小时提高PWM信号的占空比。
进一步，所述运算放大器的反相输入端接入所述反馈信号，运算放大器的正相输入端接入所述基准电压电源。
进一步，所述PWM信号发生器包括比较器，所述比较器的正相输入端接入一锯齿波信号，所述比较器的反相输入端与所述运算放大器的输出端连接。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.由于在反馈网络中增加了电容，使得开关电源的交流闭环增益大大减小，从而降低了电路中的交流噪声，改善了电源抑制比。
2.第一电阻、第二电阻和电容执行补偿环路的前馈功能，放大了负载瞬态的高频分量，提高了开关电源对负载瞬态高频分量的敏感度及响应速度。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1为现有的开关电源电路原理图。
图2为本发明中的开关电源电路原理图。
图3为本发明开关电源的开环增益、直流闭环增益及交流闭环增益对比图。
图4为本发明开关电源与现有开关电源的瞬态负载响应对比图。
图5为本发明开关电源与现有开关电源的电源抑制比对比图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
如图2所述，本发明提供的一个开关电源的具体实施例包括：
输入端DC IN，用于接收直流电源。输入端通过开关管、电感连接至输出端DC OUT。
控制单元根据反馈网络反馈回来的输出电压控制开关管周期性的断开与导通，从而实现将直流电源进行降压后由输出端供给负载。
其中，控制单元包括反馈网络、基准电压电源Vref、运算放大器及PWM信号发生器。
其中反馈网络包括电阻R1、电阻R2、电阻R3及电容C2。电阻R1的一端与所述输出端DC OUT连接，电阻R1的另一端与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端与接地；电阻R1与电阻R3的公共端与所述运算放大器的反相输入端连接；电阻R2与电容C2串联后再与电阻R1并联。
运算放大器的正相输入端接入所述基准电压Vref，运算放大器的输出端与PWM信号发生器连接。
在一个具体实施例中，PWM信号发生器包括比较器，所述比较器的正相输入端接入一锯齿波信号，所述比较器的反相输入端与所述运算放大器的输出端连接。
下面结合本发明电路结构及实验结果阐述本发明有益效果。
降低噪声
由于在反馈网络中引入了电容，通过计算可得交流闭环增益为 相比较直流闭环增益减小了。参见图3，选择R2将交流闭环增益设为1.1左右，当交流噪声频率达到一定值时，在大部分带宽中交流增益接近0db，因此基准电压噪声和运算放大器噪声放大的程度较低。
加快负载瞬态响应
同时，电阻R1、电阻R2和电容C2执行补偿环路的前馈功能。负载瞬态的高频分量，由未经衰减的运算放大器检测，使得运算放大器快速响应负载瞬态。图4显示了现有开关电源与本发明开关电源的电源负载瞬态响应情况。当负载变化使得输出电流发生突然跌落时，使用RC反馈网络后，本发明中的开关电源的输出电压能在100μs内响应负载瞬态，而不使用RC反馈网络的现有的开关电源的输出电压需要1ms响应负载瞬态。图4中，a、b中的方波表示输出电路，a中方波下的波形表示未使用RC反馈网络的开关电源的输出电压，b中方波下的波形表示使用RC反馈网络的开关电源的输出电压。
改善电源抑制比
RC反馈网络能改善开关电源的低频PSRR。本发明中的电阻R1、电阻R2及电容C2形成超前-滞后网络，其零点大致在处，极点大致在处。超前-滞后网络为补偿环路提供正反馈功能，因此能改善PSR。对于低于闭环增益和开环增益融合的频率而言，若改善的量以dB表示，则数值约为 20 log ( 1 + R 1 R 2 ) .
图5显示RC反馈网络对本发明开关电源所产生的影响。若输出为9V，则R1＝64kΩ、R3＝10kΩ、R2＝1kΩ、C1＝1μF。R1和C1在大约2.5Hz时建立的零点，证明10Hz以上PSRR得到了改善。在100Hz至1kHz范围内，总PSRR增加约17dB。改善情况直到约20kHz处才有所下降；在该处，开环增益和闭环增益融合。图5中NO NR代表现有开关电源的PSRR曲线，NR代表本发明中开关电源的PSRR曲线。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (5)

1.一种直流转直流开关电源，其特征在于，包括：输入端、开关管、储能元件及控制单元；输入端用于与直流电源连接；输入端通过开关管、储能元件与输出端连接；控制单元用于控制开关管周期性的导通与断开；
其中，控制单元包括反馈网络、基准电压电源、运算放大器及PWM信号发生器；所述反馈网络用于采集反应输出端输出电压大小的反馈信号；运算放大器的第一输入端接入所述反馈信号，运算放大器的第二输入端接入所述基准电压电源；运算放大器的输出端与PWM信号发生器连接，PWM信号发生器用于根据运算放大器输出的信号输出一定占空比的PWM信号以驱动开关管的导通与关闭；
所述反馈网络为RC反馈网络。
2.根据权利要求1所述的一种直流转直流开关电源，其特征在于，所述反馈网络包括第一电阻、第二电阻、第三电阻及电容；
所述第一电阻的一端与所述输出端连接，第一电阻的另一端与第三电阻的一端连接，第三电阻的另一端与接地；第一电阻与第三电阻的公共端与所述运算放大器的反相输入端连接；
第二电阻与电容串联后再与所述第一电阻并联。
3.根据权利要求1或2所述的一种直流转直流开关电源，其特征在于，所述控制单元用于当运算放大器输出信号减小时提高PWM信号的占空比。
4.根据权利要求3所述的一种直流转直流开关电源，其特征在于，所述运算放大器的反相输入端接入所述反馈信号，运算放大器的正相输入端接入所述基准电压电源。
5.根据权利要求4所述的一种直流转直流开关电源，其特征在于，所述PWM信号发生器包括比较器，所述比较器的正相输入端接入一锯齿波信号，所述比较器的反相输入端与所述运算放大器的输出端连接。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI644505B (zh) * 2017-09-19 2018-12-11 朋程科技股份有限公司 直流轉直流轉換器及其能量分配方法

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000032745A (ja) * 1998-06-18 2000-01-28 Linear Technol Corp 電圧モ―ドフィ―ドバックバ―ストモ―ド回路
CN1719707A (zh) * 2004-07-07 2006-01-11 精工电子有限公司 Dc－dc转换器电路
CN101145732A (zh) * 2006-09-11 2008-03-19 麦奎尔有限公司 使用固定接通时间控制的降压调节器中的纹波产生
CN101359870A (zh) * 2007-08-01 2009-02-04 三星电子株式会社 压电式变换器型高压电源装置和图像形成装置
CN101459381A (zh) * 2008-12-10 2009-06-17 浙江大学 一种Boost型开关变换器的控制装置及控制方法
CN101694962A (zh) * 2009-10-16 2010-04-14 电子科技大学 一种用于开关稳压电源控制器的环路补偿电路
CN201479001U (zh) * 2009-06-10 2010-05-19 福建星网锐捷网络有限公司 一种优化的dc-dc转换器和电路
CN102510211A (zh) * 2011-11-02 2012-06-20 无锡芯朋微电子有限公司 一种高压电荷泵控制电路
CN102810982A (zh) * 2011-05-31 2012-12-05 富士通半导体股份有限公司 电源装置、控制电路、电子装置以及电源的控制方法
CN202978686U (zh) * 2012-11-16 2013-06-05 深圳市航嘉驰源电气股份有限公司 Buck变换器电路
CN104038064A (zh) * 2014-06-20 2014-09-10 东南大学 一种III型补偿Cuk型开关变换器的控制系统
CN104467406A (zh) * 2013-09-13 2015-03-25 杭州必易科技有限公司 Led恒流驱动器
CN204669221U (zh) * 2015-04-23 2015-09-23 四川正冠科技有限公司 一种直流转直流开关电源

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000032745A (ja) * 1998-06-18 2000-01-28 Linear Technol Corp 電圧モ―ドフィ―ドバックバ―ストモ―ド回路
CN1719707A (zh) * 2004-07-07 2006-01-11 精工电子有限公司 Dc－dc转换器电路
CN101145732A (zh) * 2006-09-11 2008-03-19 麦奎尔有限公司 使用固定接通时间控制的降压调节器中的纹波产生
CN101359870A (zh) * 2007-08-01 2009-02-04 三星电子株式会社 压电式变换器型高压电源装置和图像形成装置
CN101459381A (zh) * 2008-12-10 2009-06-17 浙江大学 一种Boost型开关变换器的控制装置及控制方法
CN201479001U (zh) * 2009-06-10 2010-05-19 福建星网锐捷网络有限公司 一种优化的dc-dc转换器和电路
CN101694962A (zh) * 2009-10-16 2010-04-14 电子科技大学 一种用于开关稳压电源控制器的环路补偿电路
CN102810982A (zh) * 2011-05-31 2012-12-05 富士通半导体股份有限公司 电源装置、控制电路、电子装置以及电源的控制方法
CN102510211A (zh) * 2011-11-02 2012-06-20 无锡芯朋微电子有限公司 一种高压电荷泵控制电路
CN202978686U (zh) * 2012-11-16 2013-06-05 深圳市航嘉驰源电气股份有限公司 Buck变换器电路
CN104467406A (zh) * 2013-09-13 2015-03-25 杭州必易科技有限公司 Led恒流驱动器
CN104038064A (zh) * 2014-06-20 2014-09-10 东南大学 一种III型补偿Cuk型开关变换器的控制系统
CN204669221U (zh) * 2015-04-23 2015-09-23 四川正冠科技有限公司 一种直流转直流开关电源

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI644505B (zh) * 2017-09-19 2018-12-11 朋程科技股份有限公司 直流轉直流轉換器及其能量分配方法

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