CN106026032A - 一种用于Buck变换器的轻载软关断电路 - Google Patents

Abstract

本发明属于电子技术领域，涉及一种用于Buck变换器的轻载软关断电路。本发明的电路，PMOS功率管漏极和NMOS功率管漏极的连接点为输出端并分别接电压采样电路的输入端和过零检测电路的输入端，电压采样电路的输出端接PWM比较器的负输入端；PWM比较器的正输入端分别接基准电压和软关段信号，定时器和PWM比较器的输出端接SR触发器的S输入端；SR触发器的R输入端接定时器的输出端；SR触发器的输出端接或非门的一个输入端，或非门的另一个输入端接控制电路的输入端；控制电路的一个输入端接过零检测电路的输出端，另一个输入端接使能信号；或非门的输出端接PMOS功率管的栅极；所述控制电路用于在使能信号关段的时候，控制PMOS功率管延迟一端时间关段。

Description

一种用于Buck变换器的轻载软关断电路

技术领域

本发明属于电子技术领域，涉及一种用于Buck变换器的轻载软关断电路。

背景技术

近年来，随着便携式电子产品在日常生活中的应用越来越广泛，对其电源的性能提出了更高的要求，要求电源具有稳定的输出和高效率。其中开关型DC-DC变换器因其具有效率高、应用方便等有点而被广泛应用，BUCK变换器在计算机、通信、工业自动化、电子或电工仪器等领域应用更加广泛，BUCK变换器中脉冲宽度调制模式(PWM)与脉冲频率调制模式(PFM)往往配合使用。一般在连续导通(CCM)模式下，变换器工作在PWM模式，开关频率固定；在断续导通(DCM)模式下，变换器工作在PFM模式，开关频率随负载的降低而减小。基于COT模式Buck变换器在轻载下会进入断续导通(DCM)模式，在轻载模式下，会发生关断芯片的情况，设计轻载下软关断电路，实现芯片软关断，能够有效保护芯片。

发明内容

本发明所要解决的，就是针对上述问题，提出一种合理的软关断电路，能够使芯片软关断，可以有效地保护芯片。

本发明的技术方案是：如图1所示，一种用于Buck变换器的轻载软关断电路，包括PMOS功率管、NMOS功率管、电压采样电路、过零检测电路、定时器、SR触发器、PWM比较器、控制电路和或非门；PMOS功率管的源极接电压，其漏极与NMOS功率管的漏极连接，NMOS功率管的源极接地；PMOS功率管漏极和NMOS功率管漏极的连接点为输出端并分别接电压采样电路的输入端和过零检测电路的输入端，电压采样电路的输出端接PWM比较器的负输入端；PWM比较器的正输入端分别接基准电压和软启动信号，PWM比较器的输出端接SR触发器的S输入端；SR触发器的R输入端接定时器的输出端，定时器的输入端接SR触发器的反向输出端；NMOS功率管的栅极接SR触发器的反向输出端；SR触发器的输出端接或非门的一个输入端，或非门的另一个输入端接控制电路的输入端；控制电路的一个输入端接过零检测电路的输出端，另一个输入端接使能信号；或非门的输出端接PMOS功率管的栅极；所述控制电路用于在使能信号关段的时候，控制PMOS功率管延迟一端时间关段。

本发明的有益效果为，能够在芯片轻载工作模式下、超轻载模式下、空载模式下实现芯片的软关断，可以有效地保护芯片。

附图说明

图1为本发明的系统架构图；

图2为轻载下电感电流和输出电压波形图；

图3为轻载下使能信号EN关断的流程图；

图4为轻载下使能信号EN关断的实际电路结构图；

图5为正常负载下软关断波形示意图；

图6为轻载下芯片软关断波形的示意图。

具体实施方式

下面结合附图，详细描述本发明的技术方案：

使能信号EN在轻载工作模式下关断时，由于负载放电比较慢，有可能出现FB信号追不上SS信号变化，本发明针对这种情况做了合理设计，使芯片能够在轻载工作模式下软关断，下面结合附图对本发明进行详细的描述。

轻载下EN关断后的流程图如图3所示，轻载模式下EN关断后会出现两个动作：首先是提高过零检测电路的参考电位，使电感电流降到负值才会过零，SS信号开始放电，如果FB可以跟随SS下降，就靠PWM来控制上下管，不会发生过零，直至软关断完成，这就和正常负载下的软关断一样，具体波形如图5所示；如果FB跟不上SS下降，这是会触发过零，芯片会强制开一段时间上管，芯片进入强制CCM模式，FB信号最终也会将下来，其具体波形如图6所示。

本发明的轻载软关断具体电路如图4所示，其中L45是上下管控制信号，为高时开上管，从图4中可以看出，有三个信号可以控制上下管，其中Ctrl3只在EN关断时有效，Ctrl0只在EN关断并且发生过零时才有效。正常工作时Ctrl2为低，Ctrl3这条支路无效，当EN关断时，Ctrl2为高，会使Ctrl3为高，L45为高，会产生开上管动作，经过一段延时会使Ctrl3变低，这段延时就是上管开启的时间，是由R1、C1延时电路确定的，从图4中可以看出，Ctrl2为高会使MP5开启，R1、C1延时电路开始工作，经过一段延时后会使A点电位为低，Ctrl3为低使不对上下管产生影响，因此上管只开启了一次，开启时间由R1、C1延时电路确定，这样做是为了防止芯片无法软关断，假设EN关断发生在系统过零之后，如果没有强制开启一次上管，此时上下管都是关闭的，系统将没有任何动作，所以在EN关断后要强制开一次上管；Ctrl0这条支路在正常工作时也是无效的，正常工作时Ctrl1为低，Ctrl0为低，Ctrl0这条支路无效，当EN关断时会把过零比较点提高，电感电流降到负值才会发生过零，轻载或者超轻载工作模式下关断时，FB信号下降比较慢，会出现FB信号追不上SS信号变化的情况，就会触发过零，使过零检测信号为低，Ctrl0为高，L45为高，会产生开上管动作，从图4中可以看出Ctrl0为高会使MP3开启，Vout从1.2V开始下降，二级管连接方式的MP2导通，MP1产生的电流对电容C0充电，由于恒定电流源I0电流不变，可以求出MP1的漏极电流大小ID1，也就是充电电流大小，具体为：

$I0=\frac{1}{2}\mathrm{\β}{\left(\frac{W}{L}\right)}_{MP2}{\[V_{OUT}-V_{G2}-V_{th}\]}^2$

$V_{G2}=V_{OUT}-\sqrt{\frac{I0}{k2}}-V_{th}---\left(1\right)$

其中：

$I_{D1}=\frac{1}{2}\mathrm{\β}{\left(\frac{W}{L}\right)}_{MP1}{\[(V_{in}-I_{D1}\·R_0-V_{G1})-V_{th}\]}^2=k1{\[(V_{in}-I_{D1}\·R_0-V_{G1})-V_{th}\]}^2---\left(2\right)$

其中：

由于VG1＝VG2，把(1)代入(2)可以得到：

其中：

可以根据(3)解出ID1：

$I_{D1}=\frac{(1+2k1\·R_0\·B)+\sqrt{1+4\·k1\·R_0\·B}}{2k1\·{R_0}^2}---\left(4\right)$

由(1)可以得到VG1、VG2随着Vout减小而减小，B随着Vout减小而增大，由(4)可知ID1随着Vout减小而增大，也就是说充电电流随着Vout减小而增大，充电时间就会减少，所以上管开启时间随着Vout减小而减小的，能够保证Vout降下来，综上所述，当轻载或者超轻载工作模式下关断时，会出现FB信号追不上SS信号变化的情况，PWM_FLAG一直为低，这时由Ctrl0来控制L45，这时芯片会强制开一段时间上管，会进入强制CCM模式，上管开启时间随着Vout减小而减小，Vout会缓慢降到地，直至软关断完成，芯片完全关断。

本发明的有益效果是设计出一种基于COT模式Buck变换器的轻载软关断电路，考虑了芯片在各种工作情况下的关断，能够实现轻载工作模式下、超轻载模式下、空载模式下芯片的软关断，可以有效地保护芯片。

Claims (1)

1.一种用于Buck变换器的轻载软关断电路，包括PMOS功率管、NMOS功率管、电压采样电路、过零检测电路、定时器、SR触发器、PWM比较器、控制电路和或非门；PMOS功率管的源极接电压，其漏极与NMOS功率管的漏极连接，NMOS功率管的源极接地；PMOS功率管漏极和NMOS功率管漏极的连接点为输出端并分别接电压采样电路的输入端和过零检测电路的输入端，电压采样电路的输出端接PWM比较器的负输入端；PWM比较器的正输入端分别接基准电压和软关段信号，PWM比较器的输出端接SR触发器的S输入端；SR触发器的R输入端接定时器的输出端，定时器的输入端接SR触发器的反向输出端；NMOS功率管的栅极接SR触发器的反向输出端；SR触发器的输出端接或非门的一个输入端，或非门的另一个输入端接控制电路的输入端；控制电路的一个输入端接过零检测电路的输出端，另一个输入端接使能信号；或非门的输出端接PMOS功率管的栅极；所述控制电路用于在使能信号关段的时候，控制PMOS功率管延迟一端时间关段。