CN104980023A - 一种输出电压控制电路及具有该电路的电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种输出电压控制电路及具有该电路的电源，其中，所述输出电压控制电路包括：误差消除电路，比较器，控制逻辑电路，导通计时器，驱动电路；误差消除电路两个输入端分别接反馈电压信号及参考电压信号，其两个输出端分别接比较器两个正向输入端；比较器两个负向输入端分别接反馈电压信号及参考电压信号，比较器输出端接控制逻辑电路第一输入端；控制逻辑电路输出端接驱动电路的输入端，驱动电路输出开关管控制信号；导通计时器一端接控制逻辑电路第二输入端，另一端接开关管控制信号。本发明通过误差消除电路检测反馈电压平均值与参考电压误差，动态调节参考电压，从而达到降低误差，提高恒定导通时间控制方式输出电压精度。

Description

一种输出电压控制电路及具有该电路的电源

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种输出电压控制电路及具有该电路的电源。

背景技术

随着电子产品不断发展，对电源芯片的要求也越来越高，不仅要求电源芯片能够提供稳定的供电电压，提供高的全负载范围内的转换效率，同时对电源芯片的响应速度以及应用的多样性也有着越来越高的要求。为延长电池寿命和提升电子产品性能，需要设计出转换效率高，工作模式多样的电源管理芯片。其中，采用恒定导通时间控制方式(constant on-time,简称COT)结合了脉冲频率调制模式(Pulse Frequency Modulation，简称PFM)和跳周期调制模式(Pulse Skip Modulation，简称PSM)的控制方式的电源芯片，不仅控制方式较为简单，而且能够实现开关频率的可控。同时恒定导通时间控制方式也是一种PFM控制，在轻载时会自动降低开关频率来提升效率，可以实现全负载范围下的高效率转换，且不需要进行模式切换，极大地简化了电路设计的复杂度。

如图1所示，为COT控制方式的输出电压控制电路图，该电路依赖输出电压的纹波进行触发控制，当反馈电压V_FB低于参考V_VREF时开启上功率管，电感L两端的电压变为V_IN-V_OUT，电感电流I_L变大，输出电阻R_ESR上的电压上升，进而使反馈电压V_FB上升。这种控制方式的缺点是由于每次当输出电压降到V_REF以下即触发单稳态电路，则对应输出电压纹波的下边沿和V_REF值相等，而输出电压的直流值必定高于V_REF电压。

因此，在发明人设计直流转直流电源的输出电压控制电路的过程中，发现现有技术中至少存在如下问题：

现有直流转直流电源输出电压控制电路采用COT控制方式输出电压精度不高。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本发明的技术方案是这样实现的：

一方面，本发明提供了一种输出电压控制电路，包括：误差消除电路，比较器，控制逻辑电路，导通计时器，驱动电路；

所述误差消除电路的两个输入端分别接反馈电压信号及参考电压信号，其两个输出端分别接所述比较器的两个正向输入端；

所述比较器的两个负向输入端分别接反馈电压信号及参考电压信号，所述比较器的输出端接所述控制逻辑电路的第一输入端；

所述控制逻辑电路的输出端接所述驱动电路的输入端，所述驱动电路输出开关管控制信号；

所述导通计时器一端接所述控制逻辑电路的第二输入端，另一端接所述开关管控制信号。

优选地，所述误差消除电路包括：积分器；

所述积分器两个输入端分别接所述反馈电压信号、所述参考电压信号；

所述积分器两个输出端分别接入所述比较器的正向输入端管脚1和管脚2。

优选地，所述积分器包括：第一级跨导放大器，第二级跨导放大器，第一电容和采样电阻；

所述第一级跨导放大器正向输入端接所述参考电压信号；所述第一级跨导放大器负向输入端接所述反馈电压信号；所述第一级跨导放大器输出端接所述第一电容一端以及所述第二级跨导放大器正向输入端；

所述第一电容另一端接地；

所述第二级跨导放大器负向输入端接所述参考电压信号，所述第二级跨导放大器输出端接所述采样电阻一端以及所述比较器正向输入端的管脚1；

所述采样电阻另一端接所述比较器正向输入端的管脚2与所述比较器负向输入端的管脚4连接端。

优选地，所述积分器采用双极结型晶体管搭建电路实现，或者，采用金属-氧化物-半导体场效应晶体管搭建电路实现；

所述比较器采用双极结型晶体管搭建电路实现，或者，采用金属-氧化物-半导体场效应晶体管搭建电路实现。

优选地，所述导通计时器通过采集所述开关管控制信号，确定开关管导通时间，进而控制所述开关管的频率。

另一方面，本发明提供了一种电源，包括：输出电压控制电路；所述输出电压控制电路包括：误差消除电路，比较器，控制逻辑电路，导通计时器，驱动电路；

所述误差消除电路的两个输入端分别接反馈电压信号及参考电压信号，其两个输出端分别接所述比较器的两个正向输入端；

所述比较器的两个负向输入端分别接反馈电压信号及参考电压信号，所述比较器的输出端接所述控制逻辑电路的第一输入端；

所述控制逻辑电路的输出端接所述驱动电路的输入端，所述驱动电路输出开关管控制信号；

所述导通计时器一端接所述控制逻辑电路的第二输入端，另一端接所述开关管控制信号。

优选地，所述误差消除电路包括：积分器；

所述积分器两个输入端分别接所述反馈电压信号、所述参考电压信号；

所述积分器两个输出端分别接入所述比较器的正向输入端管脚1和管脚2。

优选地，所述积分器包括：第一级跨导放大器，第二级跨导放大器，第一电容和采样电阻；

所述第一级跨导放大器正向输入端接所述参考电压信号；所述第一级跨导放大器负向输入端接所述反馈电压信号；所述第一级跨导放大器输出端接所述第一电容一端以及所述第二级跨导放大器正向输入端；

所述第一电容另一端接地；

所述第二级跨导放大器负向输入端接所述参考电压信号，所述第二级跨导放大器输出端接所述采样电阻一端以及所述比较器正向输入端的管脚1；

所述采样电阻另一端接所述比较器正向输入端的管脚2与所述比较器负向输入端的管脚4连接端。

优选地，所述积分器采用双极结型晶体管搭建电路实现，或者，采用金属-氧化物-半导体场效应晶体管搭建电路实现；

所述比较器采用双极结型晶体管搭建电路实现，或者，采用金属-氧化物-半导体场效应晶体管搭建电路实现。

优选地，所述导通计时器通过采集所述开关管控制信号，确定开关管导通时间，进而控制所述开关管的频率。

本发明的技术方案通过误差消除电路检测反馈电压平均值与参考电压的误差，并将该误差叠加到参考电压端，动态调节参考电压，从而达到降低误差，提高恒定导通时间控制方式输出电压精度。

附图说明

图1为现有技术中一种输出电压控制电路图；

图2为本发明实施例提供的一种输出电压控制电路图；

图3为本发明实施例提供的一种输出电压控制电路中误差消除电路图；

图4为本发明实施例提供的一种电源结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

如图2为所示为本发明实施例提供的一种输出电压控制电路图；该输出电压控制电路包括：误差消除电路，比较器，控制逻辑电路，导通计时器，驱动电路；

所述误差消除电路的两个输入端分别接反馈电压信号及参考电压信号，其两个输出端分别接所述比较器的两个正向输入端；

所述比较器的两个负向输入端分别接反馈电压信号及参考电压信号，所述比较器的输出端接所述控制逻辑电路的第一输入端；

所述控制逻辑电路的输出端接所述驱动电路的输入端，所述驱动电路输出开关管控制信号；

所述导通计时器一端接所述控制逻辑电路的第二输入端，另一端接所述开关管控制信号。

如图3所示，为本发明实施例提供的一种输出电压控制电路中误差消除电路；所述误差消除电路包括：积分器；

所述积分器两个输入端分别接所述反馈电压信号V_FB、所述参考电压信号V_REF；

所述积分器两个输出端分别接入所述比较器的正向输入端管脚1和管脚2。

所述积分器包括：第一级跨导放大器OTA1，第二级跨导放大器OTA2，第一电容C1和采样电阻R_S；

所述第一级跨导放大器OTA1正向输入端接所述参考电压信号V_REF；所述第一级跨导放大器OTA1负向输入端接所述反馈电压信号V_FB；所述第一级跨导放大器OTA1输出端分别接所述第一电容C1以及所述第二级跨导放大器OTA2正向输入端；

所述第一电容C1另一端接地；

所述第二级跨导放大器OTA2负向输入端接所述参考电压信号V_REF，所述第二级跨导放大器OTA2输出端分别接所述采样电阻R_S以及所述比较器正向输入端的管脚1；

所述采样电阻R_S另一端接所述比较器正向输入端的管脚2与所述比较器负向输入端的管脚4连接端。

需要说明的是，所述积分器采用双极结型晶体管搭建电路实现，或者，采用金属-氧化物-半导体场效应晶体管搭建电路实现；

所述比较器采用双极结型晶体管搭建电路实现，或者，采用金属-氧化物-半导体场效应晶体管搭建电路实现。

还需要说明的是，所述导通计时器通过采集所述开关管控制信号，确定开关管导通时间，进而控制所述开关管的频率。

基于以上电路，对本发明工作原理进行详细说明；

设所述误差消除电路可以用积分电路实现，实现了将V_FB和V_REF电压误差进行积分运算。比较器比较从误差消除电路输出的电压与VFB电压，输出PWM波形。然后通过控制逻辑电路输出高低电平，经过驱动电路的调节，输出开关管控制信号DH和DL信号，控制功率管的开断。同时，开关管控制信号DH信号被导通计时器采集，最终决定导通时间，进而控制开关管的频率。

误差消除电路的原理图如图3所示，其中，反馈电压V_FB和参考电压V_REF作为第一级跨导放大器OTA1的输入电压，所述第一级跨导放大器OTA1根据V_FB比V_REF高,或着，V_FB比V_REF低的不同状态选择对第一电容C1充电，或着，放电，通过第一级跨导放大器OTA1与第一电容C1即实现了将V_FB和V_REF的电压误差进行积分运算，在一定时间内所述第一电容C1上的电压随时间的变化规律为：

$V_1=\frac{1}{C_1}{\∫}_{t_1}^{t_2}\mathrm{\Δv}\·g_{m1}\·\mathrm{dt}$

所述第一电容C1起到低通滤波器的作用，则V1的值等于V_FB的直流量与V_REF间误差的放大值。V1再经过第二级跨导放大器OTA2后，输出电流I _S同采样电阻R_S相乘，并与V_REF相加，得到积分器的输出电压V_REF’，作为比较器的一个正相输入电压。然后，输入到比较器；只要所述积分器增益足够大，即可达到消除误差电压的目的。

本发明中的第一跨导放大器OTA1，第二跨导放大器OTA2和比较器既可以使用双极结型晶体管搭建电路实现，也可以使用金属-氧化物-半导体场效应晶体管搭建电路实现。

需要说明的是，所述导通计时器的输入信号可以来自开关管控制信号DH，也可以来自开关管控制信号DL。

如图3所示，为本发明实施例提供的一种电源结构示意图；该电源包括：输出电压控制电路；所述输出电压控制电路包括：误差消除电路，比较器，控制逻辑电路，导通计时器，驱动电路；

所述误差消除电路的两个输入端分别接反馈电压信号及参考电压信号，其两个输出端分别接所述比较器的两个正向输入端；

所述比较器的两个负向输入端分别接反馈电压信号及参考电压信号，所述比较器的输出端接所述控制逻辑电路的第一输入端；

所述控制逻辑电路的输出端接所述驱动电路的输入端，所述驱动电路输出开关管控制信号；

所述导通计时器一端接所述控制逻辑电路的第二输入端，另一端接所述开关管控制信号。

其中，所述误差消除电路包括：积分器；

所述积分器两个输入端分别接所述反馈电压信号、所述参考电压信号；

所述积分器两个输出端分别接入所述比较器的正向输入端管脚1和管脚2。

需要说明的是，所述积分器包括：第一级跨导放大器，第二级跨导放大器，第一电容和采样电阻；

所述第一级跨导放大器正向输入端接所述参考电压信号；所述第一级跨导放大器负向输入端接所述反馈电压信号；所述第一级跨导放大器输出端接所述第一电容一端以及所述第二级跨导放大器正向输入端；

所述第一电容另一端接地；

所述第二级跨导放大器负向输入端接所述参考电压信号，所述第二级跨导放大器输出端接所述采样电阻一端以及所述比较器正向输入端的管脚1；

所述采样电阻另一端接所述比较器正向输入端的管脚2与所述比较器负向输入端的管脚4连接端。

还需要说明的是，所述积分器采用双极结型晶体管搭建电路实现，或者，采用金属-氧化物-半导体场效应晶体管搭建电路实现；

所述比较器采用双极结型晶体管搭建电路实现，或者，采用金属-氧化物-半导体场效应晶体管搭建电路实现。

还需要说明的是，所述导通计时器通过采集所述开关管控制信号，确定开关管导通时间，进而控制所述开关管的频率。

本发明的技术方案通过误差消除电路检测反馈电压平均值与参考电压的误差，并将该误差叠加到参考电压端，动态调节参考电压，从而达到降低误差，提高恒定导通时间控制方式输出电压精度，同时该电路对输出电压的纹波没有影响。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种输出电压控制电路，其特征在于，包括：误差消除电路，比较器，控制逻辑电路，导通计时器，驱动电路；

所述误差消除电路的两个输入端分别接反馈电压信号及参考电压信号，其两个输出端分别接所述比较器的两个正向输入端；

所述比较器的两个负向输入端分别接反馈电压信号及参考电压信号，所述比较器的输出端接所述控制逻辑电路的第一输入端；

所述控制逻辑电路的输出端接所述驱动电路的输入端，所述驱动电路输出开关管控制信号；

所述导通计时器一端接所述控制逻辑电路的第二输入端，另一端接所述开关管控制信号。

2.根据权利要求1所述的输出电压控制电路，其特征在于，所述误差消除电路包括：积分器；

所述积分器两个输入端分别接所述反馈电压信号、所述参考电压信号；

所述积分器两个输出端分别接入所述比较器的正向输入端管脚1和管脚2。

3.根据权利要求2所述的输出电压控制电路，其特征在于，所述积分器包括：第一级跨导放大器，第二级跨导放大器，第一电容和采样电阻；

所述第一级跨导放大器正向输入端接所述参考电压信号；所述第一级跨导放大器负向输入端接所述反馈电压信号；所述第一级跨导放大器输出端接所述第一电容一端以及所述第二级跨导放大器正向输入端；

所述第一电容另一端接地；

所述第二级跨导放大器负向输入端接所述参考电压信号，所述第二级跨导放大器输出端接所述采样电阻一端以及所述比较器正向输入端的管脚1；

所述采样电阻另一端接所述比较器正向输入端的管脚2与所述比较器负向输入端的管脚4。

4.根据权利要求2或3所述的输出电压控制电路，其特征在于，所述积分器采用双极结型晶体管搭建电路实现，或者，采用金属-氧化物-半导体场效应晶体管搭建电路实现；

所述比较器采用双极结型晶体管搭建电路实现，或者，采用金属-氧化物-半导体场效应晶体管搭建电路实现。

5.根据权利要求4所述的输出电压控制电路，其特征在于，所述导通计时器通过采集所述开关管控制信号，确定开关管导通时间，进而控制所述开关管的频率。

6.一种电源，其特征在于包括：输出电压控制电路；所述输出电压控制电路包括：误差消除电路，比较器，控制逻辑电路，导通计时器，驱动电路；

所述误差消除电路的两个输入端分别接反馈电压信号及参考电压信号，其两个输出端分别接所述比较器的两个正向输入端；

所述比较器的两个负向输入端分别接反馈电压信号及参考电压信号，所述比较器的输出端接所述控制逻辑电路的第一输入端；

所述控制逻辑电路的输出端接所述驱动电路的输入端，所述驱动电路输出开关管控制信号；

所述导通计时器一端接所述控制逻辑电路的第二输入端，另一端接所述开关管控制信号。

7.根据权利要求6所述的电源，其特征在于，所述误差消除电路包括：积分器；

所述积分器两个输入端分别接所述反馈电压信号、所述参考电压信号；

所述积分器两个输出端分别接入所述比较器的正向输入端管脚1和管脚2。

8.根据权利要求7所述的电源，其特征在于，所述积分器包括：第一级跨导放大器，第二级跨导放大器，第一电容和采样电阻；

所述第一级跨导放大器正向输入端接所述参考电压信号；所述第一级跨导放大器负向输入端接所述反馈电压信号；所述第一级跨导放大器输出端接所述第一电容一端以及所述第二级跨导放大器正向输入端；

所述第一电容另一端接地；

所述第二级跨导放大器负向输入端接所述参考电压信号，所述第二级跨导放大器输出端接所述采样电阻一端以及所述比较器正向输入端的管脚1；

所述采样电阻另一端接所述比较器正向输入端的管脚2与所述比较器负向输入端的管脚4。

9.根据权利要求7或8所述的电源，其特征在于，所述积分器采用双极结型晶体管搭建电路实现，或者，采用金属-氧化物-半导体场效应晶体管搭建电路实现；

所述比较器采用双极结型晶体管搭建电路实现，或者，采用金属-氧化物-半导体场效应晶体管搭建电路实现。

10.根据权利要求9所述的电源，其特征在于，所述导通计时器通过采集所述开关管控制信号，确定开关管导通时间，进而控制所述开关管的频率。