CN110299843B - 一种复合dcdc电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电路技术领域，尤其涉及一种复合DCDC电路，其中，包括，开关器件组，连接于工作电路的输入端与接地端之间；驱动控制单元，驱动控制单元的输入端连接工作电路的输出端，用于根据工作电路输出的电压信号及切换控制信号的作用下产生PWM驱动信号；补偿单元，补偿单元的输入端连接驱动控制单元的输出端，用于调整补偿PWM驱动信号的范围；环路补偿单元，环路补偿单元的输入端连接补偿单元的输出端；调整单元，调整单元的输入端连接补偿单元的输出端，用于调整PWM驱动信号的增益。本发明的技术方案的有益效果在于：采用双环路架构，在不破坏原环路的稳定性的基础上增加补偿环路，提高输出电压的精度。

Description

一种复合DCDC电路

技术领域

本发明涉及电路技术领域，尤其涉及一种复合DCDC(Direct Current直流电源转换为直流电源)电路。

背景技术

随着便携式电子产品在通讯、计算机以及消费类电子产品等领域的广泛应用，对电源管理集成芯片的需求不断上升。而DCDC开关电源在宽输入电压范围、输出电流大、静态电流小、输出负载范围宽等优点而被广泛应用。DCDC开关电源有多种控制模式，根据采样信号，一般可以分为电压模、电流模。电压模通过采样输出电压进行负反馈；电流模通过采样输入电流和输出电压进行负反馈。

现有技术中，COT(恒定导通时间模式)，响应速度很快，但是需要以来自ESR电阻产生和电感电流同相位的电压纹波以稳定环路，对于以陶瓷电容这类ESR极小的场合，稳定性比较困难；若采用单环路，比较器增益受限制；因为比较器要求高速，所以输入管尺寸不能太大以降低寄生电容，所以本身也有较大误差；第一相位比较点为前馈电容的高点(升压架构为高点，降压架构为低点)，所以比较器的比较点本身就有误差，所以当负载较小，纹波较小的时候，输出电压值变化不大。当负载加大，纹波电流加大，文波电压也较大的时候，输出电压值变化就会比较大。因此，上述现有技术的问题，成为本领域技术人员亟待解决的难题。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种旨在提高输出电压精度的复合DCDC电路。

具体技术方案如下：

本发明提供一种复合DCDC电路，其中，包括：

一设置有储能元件的工作电路；

一开关器件组，连接于所述工作电路的输入端与接地端之间，用于控制所述储能元件于充电模式与放电模式之间交替切换；

一驱动控制单元，所述驱动控制单元的输入端连接所述工作电路的输出端，用于根据一采样来自所述工作电路的输出端的电压信号及切换控制信号的作用下产生一PWM(pulse width modulation脉冲宽度调制)驱动信号；

一补偿单元，所述补偿单元的输入端连接所述驱动控制单元的输出端，用于调整补偿所述PWM驱动信号的范围；

一环路补偿单元，所述环路补偿单元的输入端连接所述补偿单元的输出端，用于对所述驱动控制单元进行环路补偿；

一调整单元，所述调整单元的输入端连接所述环路补偿单元的输出端，用于调整所述PWM驱动信号的增益。

优选的，所述工作电路包括：

一充电控制支路，连接于一输出端与一交汇结点之间；

一充放电支路，连接于所述交汇结点与所述输入端之间；

一放电控制支路，连接于所述交汇结点与接地端之间；

一所述储能元件串联于所述充放电支路上；

所述工作电路于充电模式时，所述充电控制支路及所述充放电支路导通，所述放电控制支路断开，所述输入端输入的电流对所述储能元件充电；

所述工作电路于放电模式时，所述放电控制支路及所述充放电支路导通，所述充电控制支路断开，所述储能元件对所述输出端放电。

优选的，所述驱动控制单元包括：

一驱动模块，所述驱动模块的输入端连接所述工作电路的输出端；

一控制模块，所述控制模块的输入端连接所述驱动模块的输出端；

一处理模块，所述处理模块的输入端连接所述控制模块的输出端。

优选的，所述处理模块包括：

一比较器，所述比较器的正相输入端通过一电压参考源连接所述接地端，所述比较器的反相输入端通过一电容连接所述输出端，所述比较器的输出端连接所述控制模块的输出端，用于对一基准电压与所述电压反馈信号进行比较，产生一比较信号；

一第一电阻，连接于所述比较器的正相输入端与所述输出端之间；

一第二电阻，连接于所述比较器的反相输入端与一分压节点之间；

一第三电阻，连接于所述分压节点与所述接地端之间。

优选的，所述所述电压反馈信号通过一反馈网络产生，所述反馈网络由一电阻分压电路形成，所述电阻分压电路包括所述第二电阻与所述第三电阻，所述第二电阻与所述第三电阻之间相连接的点形成所述分压节点，所述电压反馈信号自所述分压节点引出。

优选的，所述开关器件组包括：

一第一开关管，所述第一开关管的栅极连接于所述驱动模块的第一输入端，所述第一开关管的源极连接所述输出端，所述第一开关管的漏极连接所述交汇结点；

一第二开关管，所述第二开关管的栅极连接所述驱动模块的第二输入端，所述第二开关管的源极连接所述接地端，所述第二开关管的漏极连接所述交汇结点。

优选的，所述储能元件为一电感。

优选的，所述补偿单元包括：

一第三开关管，所述第三开关管的栅极连接所述调整单元的输入端，所述第三开关管的源极通过一第四电阻连接所述接地端，所述第三开关管的漏极连接所述分压节点。

优选的，所述调整单元包括：

一放大器，所述放大器的正相输入端通过一第五电阻连接所述输出端，所述放大器的反相输入端通过所述电压参考源连接所述接地端，所述放大器的输出端连接所述第三开关管的栅极；

一第六电阻，所述第六电阻连接于所述第五电阻和所述接地端之间。

本发明的技术方案的有益效果在于：提供一种复合DCDC电路，通过补偿单元调整补偿驱动控制单元产生的PWM驱动信号的范围以及通过调整单元调整PWM驱动信号的增益，采用双环路架构，在不破坏原环路的稳定性的基础上增加补偿环路，提高输出电压的精度。

附图说明

参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。

图1为本发明实施例的复合DCDC电路结构示意图；

图2为本发明实施例的电感电流波形图；

图3为本发明实施例的输出电压波形图；

图4为本发明实施例的反馈补偿环路电压波形图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本发明提供一种复合DCDC电路，其中，包括：

一设置有储能元件的工作电路1；

一开关器件组，连接于工作电路1的输入端与接地端之间，用于控制储能元件于充电模式与放电模式之间交替切换；

一驱动控制单元2，驱动控制单元2的输入端连接工作电路1的输出端，用于根据一采样来自工作电路1的输出端的电压信号及切换控制信号的作用下产生一PWM驱动信号；

一补偿单元3，补偿单元3的输入端连接驱动控制单元2的输出端，用于调整补偿PWM驱动信号的范围；

一环路补偿单元4，环路补偿单元4的输入端连接补偿单元3的输出端，用于对驱动控制单元2进行环路补偿；

一调整单元5，调整单元5的输入端连接环路补偿单元4的输出端，用于调整PWM驱动信号的增益。

通过上述提供的复合DCDC电路，如图1所示，于驱动控制单元2中，根据采样来自工作电路1输出的电压信号和切换控制信号的作用下产生PWM驱动信号，再将驱动控制单元2中引出的电压反馈信号传输至补偿单元3。

另外，驱动控制单元2中包括经典的COT(恒定导通时间模式)架构，输出电压Vout在电流为1A和2A的负载下，其电压值基本没有波动，其中，横坐标为时间T，纵坐标为电流I(如图2所示)，该波形为电感电流随时间变化的仿真波形图；横坐标为时间T，，纵坐标为输出电压V(如图3所示)，该波形为输出电压随时间变化的仿真波形图；横坐标为时间T，纵坐标为反馈电压V(如图4所示)，该波形为反馈补偿环路电压随时间变化的仿真波形图，在加入COT架构后，从而保证整个电路系统的稳定性不受影响。

进一步地，增加补偿单元3，补偿单元3为补偿环路，用以提供额外的补偿，将来自工作电路1的输出端的电压信号及切换控制信号的作用下产生的PWM驱动信号调整补偿的范围，实现升高输出电压的功能。

进一步地，增加调整单元5，调整单元5为运放环路，用以调整来自工作电路1的输出端的电压信号及切换控制信号的作用下产生的PWM驱动信号的增益，有效提高输出电压的精度，使得COT架构可以用于电流高精度的场合。

进一步地，驱动控制单元2包括快速的电流电压反馈环路，调整单元4包括慢速环路，用以修正电压变化。

进一步地，若出现慢速环路无法修正快速电压变化的极端情况，则需要通过环路补偿单元4进行环路补偿，该环路补偿单元4可采用传统的补偿网络。

在一种较优的实施案例中，如图1所示，工作电路1包括：

一充电控制支路，连接于一输出端与一交汇结点之间；

一充放电支路，连接于交汇结点与输入端之间；

一放电控制支路，连接于交汇结点与接地端GND之间；

一储能元件串联于所述充放电支路上；

工作电路于充电模式时，充电控制支路及充放电支路导通，放电控制支路断开，输入端输入的电流对储能元件充电；

工作电路于放电模式时，放电控制支路及充放电支路导通，充电控制支路断开，储能元件对输出端放电。

在一种较优的实施案例中，驱动控制单元2包括：

一驱动模块20，驱动模块20的输入端连接工作电路1的输出端；

一控制模块21，控制模块21的输入端连接驱动模块20的输出端；

一处理模块22，处理模块22的输入端连接控制模块21的输出端。

处理单元22包括：

一比较器CMP，比较器CMP的正相输入端通过一电压参考源V0连接接地端GND，比较器CMP的反相输入端通过一电容C0连接输出端OUT，比较器CMP的输出端连接控制单元21的输出端，用于对一基准电压与电压反馈信号进行比较，产生一比较信号；

一第一电阻R0，连接于比较器CMP的正相输入端与输出端OUT之间；

一第二电阻R1，连接于比较器CMP的反相输入端与一分压节点之间；

一第三电阻R2，连接于分压节点与接地端GND之间。

具体地，如图1所示，通过驱动模块20传输驱动脉冲将工作电路1输出的功率放大，以保证工作电路1输出的电压信号稳定可靠，再通过控制模块21来控制整个电路系统的流程顺序。

进一步地，处理模块22包括比较器CMP，通过比较器CMP将电压外环的基准电压输入至比较器CMP的反相输入端与比较器CMP的正相输入端的电压进行比较，产生比较信号。

进一步地，第一电阻R0和第二电阻R1之间的交汇点处叠加一电流量，产生反馈电压FB，当输出电压Vout降低时，反馈电压FB没有前馈电容，从而使得输出电压Vout为准确值。

进一步地，当输出电压Vout与电压参考源的参考电压V0进行比对后，若输出电压Vout低，则将会通过降低COT架构的电阻比例值来升高输出电压Vout。

进一步地，通过第一电阻R0、第二电阻R1及第三电阻R2形成一个等效串联电阻系统，于第二电阻R1与第三电阻R3之间的分压节点处引出电压反馈信号。

在一种较优的实施案例中，电压反馈信号通过一反馈网络产生，反馈网络由一电阻分压电路形成，电阻分压电路包括第二电阻R1与第三电阻R2，第二电阻R1与第三电阻R2之间相连接的点形成分压节点，电压反馈信号自分压节点引出。

具体地，电压反馈信号通过一反馈网络产生，反馈网络由一电阻分压电路形成，电阻分压电路包括第二电阻R1与第三电阻R2，两个电阻间相连接的点形成分压节点，电压反馈信号自第二电阻R1与第三电阻R2之间的分压节点引出，用以调整补偿PWM驱动信号的范围。

在一种较优的实施案例中，开关器件组包括：

一第一开关管M0，第一开关管M0的栅极连接于驱动模块20的第一输入端，第一开关管M0的源极连接输出端OUT，第一开关管M0的漏极连接交汇结点；

一第二开关管M1，第二开关管M1的栅极连接驱动模块20的第二输入端，第二开关管M1的源极连接接地端GND，第二开关管M1的漏极连接交汇结点。

具体地，如图1所示，第一开关管M0串联于充电控制支路上，第二开关管M1串联于放电控制支路上，第一开关管M0与第二开关管M1为MOS管，第一开关管M0与第二开关管M1在PWM驱动信号作用下控制于工作电路1于充电模式与放电模式之间交替切换。

在一种较优的实施案例中，储能元件为一电感L。

在一种较优的实施案例中，补偿单元3包括：

一第三开关管M2，第三开关管M2的栅极连接调整单元4的输入端，第三开关管M2的源极通过一第四电阻R3连接接地端GND，第三开关管M2的漏极连接分压节点。

具体地，如图1所示，补偿单元3为补偿环路，通过调整R1的阻值和R2的阻值来调整补偿的范围，也可以通过调整第三开关管M2和R3的阻值来调整不成的增益，从而实现升高输出电压Vout的功能。

可选地，也可以使用PMOS(positive channel Metal Oxide Semiconductor金属氧化物半导体)在电源端增加电阻，从而实现降低输出电压Vout的功能，也可以同时添加上拉电阻和下拉电阻来实现升高或降低输出电压Vout的功能。

另外需要说明的是，实际情况不限于实现方式，只要是可以提供电压到电阻(压控电阻)或者电压到电流的跨导输出都可以。

在一种较优的实施案例中，如图1所示，调整单元5包括：

一放大器OPA，放大器OPA的正相输入端通过一第五电阻R4连接输出端，放大器OPA的反相输入端通过电压参考源V0连接接地端GND，放大器OPA的输出端连接第三开关管M3的栅极；

一第六电阻R5，第六电阻R5连接于第五电阻R4和接地端GND之间。

具体地，调整单元5为运放环路，用于调整PWM驱动信号的增益，从而获取高增益，有效提高输出电压Vout的精度。

在一种较优的实施案例中，如图1所示，复合DCDC电路还包括一第七电阻ESR和第二电容COUT串联，连接于输出端OUT和接地端GND之间。

在一种较优的实施案例中，复合DCDC电路还包括一第八电阻RLOAD，连接于输出端OUT和接地端GND之间。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种复合DCDC电路，其特征在于，包括：

一设置有储能元件的工作电路；

一开关器件组，连接于所述工作电路的输出端与接地端之间，用于控制所述储能元件于充电模式与放电模式之间交替切换；

一驱动控制单元，所述驱动控制单元的输入端连接所述工作电路的输出端，用于根据一采样来自所述工作电路的输出端的电压信号及切换控制信号的作用下产生一PWM驱动信号，所述驱动控制单元还包括：

一驱动模块，所述驱动模块的输出端连接所述工作电路的控制端；

一控制模块，所述控制模块的输出端连接所述驱动模块的输入端；

一处理模块，所述处理模块的输出端连接所述控制模块的输入端，所述处理模块包括：

一比较器，所述比较器的正相输入端通过一电压参考源连接所述接地端，所述比较器的反相输入端通过一电容连接所述工作电路的输出端，所述比较器的输出端连接所述控制模块的输入端，用于对一基准电压与一电压反馈信号进行比较，产生一比较信号；

一第一电阻，连接于所述比较器的反相输入端与所述工作电路的输出端之间；

一第二电阻，连接于所述比较器的反相输入端与一分压节点之间；

一第三电阻，连接于所述分压节点与所述接地端之间；

一补偿单元，所述补偿单元的输出端连接所述驱动控制单元的输入端，用于调整补偿所述PWM驱动信号的范围；

一环路补偿单元，所述环路补偿单元的输出端连接所述补偿单元的输入端，用于对所述驱动控制单元进行环路补偿；

一调整单元，所述调整单元的输出端连接所述环路补偿单元的输入端；

其中，所述补偿单元包括：

一第三开关管，所述第三开关管的栅极连接所述调整单元的输出端，所述第三开关管的源极通过一第四电阻连接所述接地端，所述第三开关管的漏极连接所述分压节点；

所述调整单元包括：

一放大器，所述放大器的正相输入端通过一第五电阻连接所述工作电路的输出端，所述放大器的反相输入端通过所述电压参考源连接所述接地端，所述放大器的输出端连接所述第三开关管的栅极；

一第六电阻，所述第六电阻连接于所述第五电阻和所述接地端之间。

2.根据权利要求1所述的一种复合DCDC电路，其特征在于，所述工作电路包括：

一充电控制支路，连接于接地端与一交汇结点之间；

一充放电支路，连接于所述交汇结点与所述工作电路的输入端之间；

一放电控制支路，连接于所述交汇结点与所述工作电路的输出端之间；

一所述储能元件串联于所述充放电支路上；

所述工作电路于充电模式时，所述充电控制支路及所述充放电支路导通，所述放电控制支路断开，所述工作电路的输入端输入的电流对所述储能元件充电；

所述工作电路于放电模式时，所述放电控制支路及所述充放电支路导通，所述充电控制支路断开，所述储能元件对所述工作电路的输出端放电。

3.根据权利要求1所述的一种复合DCDC电路，其特征在于，所述电压反馈信号通过一反馈网络产生，所述反馈网络由一电阻分压电路形成，所述电阻分压电路包括所述第二电阻与所述第一电阻，所述电压反馈信号自所述第一电阻与所述第二电阻之间相连接的点引出。

4.根据权利要求2所述的一种复合DCDC电路，其特征在于，所述开关器件组包括：

一第一开关管，所述第一开关管的栅极连接于所述驱动模块的第一输出端，所述第一开关管的源极连接所述工作电路的输出端，所述第一开关管的漏极连接所述交汇结点；

一第二开关管，所述第二开关管的栅极连接所述驱动模块的第二输出端，所述第二开关管的源极连接所述接地端，所述第二开关管的漏极连接所述交汇结点。

5.根据权利要求1所述的一种复合DCDC电路，其特征在于，所述储能元件为一电感。

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