CN112600397A - 一种用于降压式变换电路片内集成的纹波电路 - Google Patents
一种用于降压式变换电路片内集成的纹波电路 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112600397A CN112600397A CN202011623011.7A CN202011623011A CN112600397A CN 112600397 A CN112600397 A CN 112600397A CN 202011623011 A CN202011623011 A CN 202011623011A CN 112600397 A CN112600397 A CN 112600397A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ripple
- circuit
- capacitor
- voltage
- switch
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 230000010354 integration Effects 0.000 title claims abstract description 12
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 35
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims abstract description 4
- 101710176296 Switch 2 Proteins 0.000 claims description 5
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/14—Arrangements for reducing ripples from dc input or output
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
本发明揭示了一种用于降压式变换电路片内集成的纹波电路，其中节点SW与输出Vout之间接设有电感L。特别其中纹波电路由对应下管switch1进行采样的第一开关、第二开关、电容C1、C2相接构成，在下管导通时间内下管switch1的导通压降Vds作为纹波电压信号，且差分的纹波电压信号与反馈信号VFB通过运算放大器叠加至逻辑驱动控制的环路中；其中第一开关、第二开关及电容C2在节点SW与接地之间依次串联，且电容C1的一端接入两开关之间，另一端接地。应用本发明的纹波电路改良电路，通过片内集成实现了电路结构简单化；纹波电压信号仅与电感电流及下管的导通电阻相关，故输出电压可以做到很小的纹波，且能够适用于较宽的输入电压范围和开关频率范围。
Description
技术领域
本发明涉及一种降压式变换电路设计，尤其一种COT BUCK架构的片内集成纹波电路。
背景技术
随着集成电路设计的不断发展，基于降压稳压器（COT架构）的变换电路，因为电路结构简单、稳定性较好、瞬态响应快速等优点，应用也日益广泛。而COT架构的稳定性依赖于反馈信号VFB上面的纹波信号。如图1所示COT架构的基本电路结构可见，只有当RC0C0-Ton/2＞0时，系统才不会出现右半平面零点，从而保持稳定。因此，反馈信号VFB上面的纹波信号就成为了影响稳定性的重要因素。
现在技术的改善方案大致包括如下几种，首先，利用图1所示的输出电容C0自身的寄生电容（或再串联一个小电阻），以此产生足够的纹波电压信号，满足前述稳定性条件。但该方案输出的电压纹波会比较大。其次如图2所示，以D-CAP架构为代表的电路可见，利用节点SW与输出电压Vout之间的RC滤波电路产生与电感电流成比例的纹波信号。再通过电容把纹波信号耦合到反馈信号VFB上。该方案的缺陷是容易增加应用电路的元器件复杂度，并且容易受到干扰，导致系统不稳定。又有一种现有方案如图3所示，利用在节点SW与输出电压Vout之间的两级RC滤波的差值产生纹波并叠加到反馈信号VFB上。但该方案同样存在一定的缺陷，即当输入电压VIN变化范围和降压式变换电路开关频率范围比较宽时，产生的纹波信号也会变大或者变小，在所有应用场景下很难满足稳定性要求。
发明内容
鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的旨在提出一种用于降压式变换电路片内集成的纹波电路，以提升不同条件下的适用性。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术解决方案为，一种用于降压式变换电路片内集成的纹波电路，所述降压式变换电路上管switch2的源极与下管switch1的漏极相接节点SW，且节点SW与输出Vout之间接设有电感L，其特征在于：所述纹波电路由对应下管switch1进行采样的第一开关、第二开关、电容C1、C2相接构成，在下管导通时间内下管switch1的导通压降Vds作为纹波电压信号，且差分的纹波电压信号与反馈信号VFB通过运算放大器叠加至逻辑驱动控制的环路中；其中第一开关、第二开关及电容C2在节点SW与接地之间依次串联，且电容C1的一端接入两开关之间，另一端接地。
进一步地，所述降压式变换电路的输出Vout接设有输出电容Cout和反馈电阻Rf1、Rf2，且反馈信号VFB引出自相串联的反馈电阻Rf1、Rf2之间。
更进一步地，所述反馈信号VFB在与运算放大器一个差分输入端之间还设有误差放大器，且误差放大器的输入端分别接入反馈信号VFB及参考电压VREF。
进一步地，所述导通压降Vds与下管switch1的导通电阻Ron及电感电流IL相关联，设电容C1的端压为Vsw_cn1，电容C2的端压为Vsw_cn2，纹波电压信号Vds=Vsw_cn1-Vsw_cn2。
应用本发明改良后的纹波电路，具备突出的实质性特点和显著的进步性：该纹波电路通过片内集成实现了电路结构简单化；纹波电压信号仅与电感电流及下管的导通电阻相关，故输出电压可以做到很小的纹波，且能够适用于较宽的输入电压范围和开关频率范围。
附图说明
图1是传统COT架构的基本电路结构示意图。
图2是现有技术一种D-CAP架构的电路结构示意图。
图3是现有技术另一种D-CAP架构的电路结构示意图。
图4是本发明优化的纹波电路结构示意图。
图5是本发明降压式变换电路的电压曲线示意图。
具体实施方式
以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握，从而对本发明的保护范围做出更为清晰的界定。
鉴于传统COT BUCK架构输出电压稳定性对反馈信号VFB上纹波电压信号的依赖性，以及现有解决方案不同方面的技术缺陷。本发明设计者针对该电路维持稳定性所依，进行了电路结构方面的综合分析，结合自身经验和创造性劳动，创新提出了一种用于降压式变换电路片内集成的纹波电路，切实改善了电路的应用性能。
如图4所示，作为传统降压式变换电路的基础结构：逻辑驱动控制环路接设有相串联的上管switch2和下管switch1，其中上管switch2的漏极接输入电压VIN，下管switch1的源极接地，上管switch2的源极与下管switch1的漏极相接节点SW，且节点SW与输出Vout之间接设有电感L。与此同时，输出Vout处接设有输出电容Cout和反馈电阻Rf1、Rf2，且反馈信号VFB引出自相串联的反馈电阻Rf1、Rf2之间。作为优化设计的片内集成纹波电路，由对应下管switch1进行采样的第一开关、第二开关、电容C1、C2相接构成，在下管导通时间内下管switch1的导通压降Vds作为纹波电压信号，且差分的纹波电压信号与反馈信号VFB通过运算放大器叠加至逻辑驱动控制的环路中；其中第一开关、第二开关及电容C2在节点SW与接地之间依次串联，且电容C1的一端接入两开关之间，另一端接地。
作为必要的电路配置，该反馈信号VFB在与运算放大器一个差分输入端之间还设有误差放大器，且误差放大器的输入端分别接入反馈信号VFB及参考电压VREF。从运算放大器另一个差分输入端来看，与该纹波电路及其纹波电压信号相关联。具体地，下管的导通压降Vds与下管switch1的导通电阻Ron及电感电流IL相关联（欧姆定律关系）；而设电容C1的端压为Vsw_cn1，电容C2的端压为Vsw_cn2，纹波电压信号Vds=Vsw_cn1-Vsw_cn2。两个电容的端压所形成的压差则接入该另一个差分输入端。
上述纹波电路的具体工作过程如下：
1、在Ton（节点SW为高电平）时间内，第一开关断开；电容C1保持当前的电压信息；在Toff （节点SW为低电平）时间内，第一开关导通；电容C1的端压Vsw_cn1等于节点SW的电压；
2、在Ton时间内有50ns的窄脉冲信号控制第二开关，在50ns的时间内第二开关导通，电容C2的端压Vsw_cn2等于电容C1的端压Vsw_cn1；其余时间内，电容C2保持当前电压；
3、这里两个电容的端压之间所形成的电压差组成与电感电流成比例的纹波电压信号，即：Vsw_cn1-Vsw_cn2=Vds=IL*Ron；（IL：电感电流；Ron：下管导通电阻）。
4、两个电容的端压压差与误差放大器的输出信号都输入到比较器（即运算放大器）输入端；从而把纹波电压信号叠加到反馈信号之中，从而保持环路稳定工作。
综上结合图示的实施例详述可见，本发明改良后的纹波电路应用于COT架构的BUCK，具备突出的实质性特点和显著的进步性：该纹波电路通过片内集成实现了电路结构简单化；纹波电压信号仅与电感电流及下管的导通电阻相关，故输出电压可以做到很小的纹波，且能够适用于较宽的输入电压范围和开关频率范围。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内进行修改或者等同变换，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种用于降压式变换电路片内集成的纹波电路，所述降压式变换电路上管switch2的源极与下管switch1的漏极相接节点SW，且节点SW与输出Vout之间接设有电感L，其特征在于：所述纹波电路由对应下管switch1进行采样的第一开关、第二开关、电容C1、C2相接构成，在下管导通时间内下管switch1的导通压降Vds作为纹波电压信号，且差分的纹波电压信号与反馈信号VFB通过运算放大器叠加至逻辑驱动控制的环路中；其中第一开关、第二开关及电容C2在节点SW与接地之间依次串联，且电容C1的一端接入两开关之间，另一端接地。
2.根据权利要求1所述用于降压式变换电路片内集成的纹波电路，其特征在于：所述降压式变换电路的输出Vout接设有输出电容Cout和反馈电阻Rf1、Rf2，且反馈信号VFB引出自相串联的反馈电阻Rf1、Rf2之间。
3.根据权利要求1或2所述用于降压式变换电路片内集成的纹波电路，其特征在于：所述反馈信号VFB在与运算放大器一个差分输入端之间还设有误差放大器，且误差放大器的输入端分别接入反馈信号VFB及参考电压VREF。
4.根据权利要求1所述用于降压式变换电路片内集成的纹波电路，其特征在于：所述导通压降Vds与下管switch1的导通电阻Ron及电感电流IL相关联，设电容C1的端压为Vsw_cn1，电容C2的端压为Vsw_cn2，纹波电压信号Vds=Vsw_cn1 - Vsw_cn2。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011623011.7A CN112600397A (zh) | 2020-12-31 | 2020-12-31 | 一种用于降压式变换电路片内集成的纹波电路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011623011.7A CN112600397A (zh) | 2020-12-31 | 2020-12-31 | 一种用于降压式变换电路片内集成的纹波电路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112600397A true CN112600397A (zh) | 2021-04-02 |
Family
ID=75206425
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011623011.7A Pending CN112600397A (zh) | 2020-12-31 | 2020-12-31 | 一种用于降压式变换电路片内集成的纹波电路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112600397A (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080088292A1 (en) * | 2006-09-11 | 2008-04-17 | Micrel, Inc. | Constant On-Time Regulator With Internal Ripple Generation and Improved Output Voltage Accuracy |
| CN104158392A (zh) * | 2014-09-05 | 2014-11-19 | 电子科技大学 | 一种用于dc-dc变换器的纹波补偿控制电路 |
| CN104617770A (zh) * | 2015-03-09 | 2015-05-13 | 王锴 | 开关电源转换器系统及其控制方法 |
| CN104617771A (zh) * | 2015-03-09 | 2015-05-13 | 王锴 | 开关电源转换器系统及其控制方法 |
| CN106253671A (zh) * | 2016-08-24 | 2016-12-21 | 电子科技大学 | 一种适用于cot控制的内部纹波补偿电路 |
| CN109742945A (zh) * | 2019-01-04 | 2019-05-10 | 泉芯电子技术(深圳)有限公司 | 基于cot控制的内部纹波补偿电路及其控制方法 |
-
2020
- 2020-12-31 CN CN202011623011.7A patent/CN112600397A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080088292A1 (en) * | 2006-09-11 | 2008-04-17 | Micrel, Inc. | Constant On-Time Regulator With Internal Ripple Generation and Improved Output Voltage Accuracy |
| CN104158392A (zh) * | 2014-09-05 | 2014-11-19 | 电子科技大学 | 一种用于dc-dc变换器的纹波补偿控制电路 |
| CN104617770A (zh) * | 2015-03-09 | 2015-05-13 | 王锴 | 开关电源转换器系统及其控制方法 |
| CN104617771A (zh) * | 2015-03-09 | 2015-05-13 | 王锴 | 开关电源转换器系统及其控制方法 |
| CN106253671A (zh) * | 2016-08-24 | 2016-12-21 | 电子科技大学 | 一种适用于cot控制的内部纹波补偿电路 |
| CN109742945A (zh) * | 2019-01-04 | 2019-05-10 | 泉芯电子技术(深圳)有限公司 | 基于cot控制的内部纹波补偿电路及其控制方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101667019B (zh) | 双模调制且模式平滑转换的开关电源控制方法及电路 | |
| CN103151926B (zh) | 负载调整补偿电路及开关型电压转换电路 | |
| CN101145732B (zh) | 形成于集成电路上并接收输入电压的降压开关调节器及产生开关输出电压的方法 | |
| CN109600029B (zh) | 基于自适应导通时间的Buck DC-DC芯片及控制方法 | |
| CN100505495C (zh) | Dc-dc转换器电路 | |
| CN104092360A (zh) | 跨导调整电路、跨导型误差放大单元及开关型功率变换器 | |
| CN102545572A (zh) | 一种采用电容复用的软启动电路及方法 | |
| US20170237353A1 (en) | Method for conrolling on time of power switch in power converter | |
| CN107147292A (zh) | 一种导通时间受控的降压变换器 | |
| CN102055335A (zh) | 升降压式电源转换器及其控制方法 | |
| CN107171553A (zh) | 一种buck变换器电路 | |
| US20060125455A1 (en) | Burst-mode switching voltage regulator with ESR compensation | |
| CN111707858A (zh) | 一种高精度的升降压转换器输入电流采样方法 | |
| US11677323B2 (en) | Progressive power converter drive | |
| CN203278651U (zh) | 负载调整补偿电路及开关型电压转换电路 | |
| CN104201881A (zh) | 降压dcdc转换器的控制电路 | |
| CN114726208B (zh) | 一种峰值电流模降压变换器pwm控制电路 | |
| CN112600397A (zh) | 一种用于降压式变换电路片内集成的纹波电路 | |
| CN109217671B (zh) | 一种浮地稳压供电电路 | |
| CN114944748B (zh) | 一种恒定导通时间控制模式转换器的定频控制电路及方法 | |
| CN108923645B (zh) | 一种带有线损补偿的开关电源电路 | |
| CN204376704U (zh) | 用于电压转换器的控制电路 | |
| CN114337192A (zh) | 一种外置功率管补偿方法及电路 | |
| CN112688559A (zh) | 一种开关电源电路 | |
| CN114726205A (zh) | 一种用于dc-dc变换器的自适应时间导通控制电路 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |