CN113078816B - 电压变换电路 - Google Patents

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Abstract

一种电压变换电路，包括：开关电路，适于基于输入信号，在开关节点处输出节点信号，所述节点信号与所述输入信号的相位相同；电压转换电路，适于根据接收的节点信号进入充电模式或放电模式以输出输出信号，并对所述开关节点处输出的节点信号进行滤波；还包括：自激振荡消除电路，适于当所述开关节点处产生高频振荡信号时，将该高频振荡信号进行释放。由此，通过将高频振荡信号进行释放，消除了电路产生的自激振荡，从而提高了电路的稳定性。

Description

电压变换电路
技术领域
本发明涉及电路领域，具体地，涉及一种电压变换电路。
背景技术
在现有的直流-直流(DC-DC)变换器中，如降压式变换器(Buck Converter)，当电路工作在断续模式(Discontinuous Conduction Mode，DCM)下时，由于比较器存在偏差以及反馈环路存在一定的反应时间，当电路处于放电状态时，电感中的剩余电流会引起高频振荡，从而影响了buck变换器的电磁兼容性，也容易对负载、电路器件产生干扰。
因此，需要一种新的电压变换电路，以消除高频振荡，从而避免对其他电路器件产生干扰，提高电路稳定性。
发明内容
为消除自激震荡消除，本发明实施例提供一种电压变换电路包括：开关电路，适于基于输入信号，在开关节点处输出节点信号，所述节点信号与所述输入信号的相位相同；电压转换电路，适于根据接收的节点信号进入充电模式或放电模式以输出输出信号，并对所述开关节点处接收的节点信号进行滤波；还包括：自激振荡消除电路，适于当所述开关节点处产生高频振荡信号时，将该高频振荡信号进行释放。
可选地，所述自激振荡消除电路通过将高频振荡信号流入到地进行释放而消除自激振荡信号。
可选地，所述自激振荡消除电路包括：第一电容，第一端与所述开关节点耦接；第一NMOS管，其漏极与所述开关节点耦接，源极接地；第二NMOS管，其漏极与所述第一电容的第二端耦接，源极接地，栅极与所述第一NMOS管的栅极耦接；以及偏置电流源，第一端与所述第二NMOS管的漏极耦接，第二端接收电流信号。
可选地，所述第一NMOS管还适于为所述节点处提供低频微电流释放通路。
可选地，所述自激振荡消除电路为所述开关节点的高频振荡信号提供等效阻抗为第一阻抗的接地通路，且为所述开关节点处的低频信号提供等效阻抗为第二阻抗的接地通路，所述第一阻抗小于第二阻抗。
可选地，所述第一阻抗为：
Figure GDA0003623748190000021
其中，gmM1为所述第一NMOS管的跨导，gmM2为所述第二NMOS管的跨导。
可选地，所述第二阻抗为：r2＝rdsM1，其中，rdsM1为所述第一NMOS管漏极与源极间的等效阻抗。
可选地，所述开关电路包括：驱动器，适于接收输入信号，并输出驱动信号，所述驱动信号与所述输入信号反相。
可选地，所述开关电路还包括：开关PMOS管，适于在所述驱动信号为低电平时导通，并向所述电压转换电路输出高电平；以及开关NMOS管，适于在所述驱动信号为高电平时导通，并向所述电压转换电路输出低电平。
可选地，所述电压转换电路包括：电感，第一端与所述开关节点耦接；以及第二电容，第一端与所述电感的第二端耦接，第二端接地。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下优点：
在本发明实施例提供的技术方案中，所述电压变换电路包括开关电路，适于基于输入信号，在开关节点处输出节点信号，所述节点信号与所述输入信号的相位相同；电压转换电路，适于根据接收的节点信号进入充电模式或放电模式以输出输出信号，并对所述开关节点处输出的节点信号进行滤波；还包括：自激振荡消除电路，适于当所述开关节点处产生高频振荡信号时，将该高频振荡信号进行释放。由此，通过将高频振荡信号进行释放，消除了电路产生的自激振荡，从而提高了电路的稳定性。
附图说明
图1是现有技术中的一种电压变换电路的结构示意图；
图2是现有技术中的一种电压变换电路的仿真波形示意图；
图3是本发明实施例提供的一种电压变换电路的结构示意图；以及
图4是本发明实施例提供的一种电压变换电路的仿真波形示意图。
具体实施方式
参考图1，图1是现有技术中的一种电压变换电路的结构示意图。
图1所示的电压变换电路包括：开关电路11、电压转换电路12以及负载R1。所述开关电路11与所述电压转换电路12在开关节点SW处耦接。
所述开关电路11包括驱动器111、开关PMOS管M1以及开关NMOS管M2。所述开关电路11接收脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)信号，当所述PWM信号为高电平时，所述开关PMOS管M1导通，向所述电压转换电路12输出高电平；当所述PWM信号为低电平时，所述开关NMOS管M2导通，所述电压转换电路12接地。
所述电压转换电路12包括电感L1以及电容C1。当所述开关PMOS管M1导通时，所述电感L1以及电容C1进入充电状态，同时向所述负载R1输出输出电压Vout；当所述开关NMOS管M2导通时，所述电感L1以及电容C1进入放电状态，同时向所述负载输出输出电压Vout。由此实现DC-DC转换，输出电压Vout低于所述PWM信号的幅值。
参考图2，图2是现有技术中的一种电压变换电路的仿真波形示意图。
如图2所示，Vsw1为SW节点处的电压波形，Vpwm1为PWM信号电压以及I.L1为电感L1中的电流波形。当所述PWM信号变为低电平后，电感L1中的电流开始下降，当电流接近于零时，SW节点处的电压波形开始振荡，说明SW节点处出现自激振荡，由此会影响所述电压变换电路的电磁兼容性，并容易对负载R1以及其他电路器件产生干扰，降低所述电压变换电路的稳定性。
参考图3，图3是本发明实施例提供的一种电压变换电路的结构示意图。
图3所示的电压变化电路包括开关电路21、电压转换电路23、自激振荡消除电路22以及负载R22。
在一些实施例中，所述开关电路21基于输入信号，在开关节点SW处输出节点信号，所述节点信号与所述输入信号的相位相同。所述输入信号可以是PWM信号。
在一些实施例中，所述开关电路21包括驱动器Driver，适于接收输入信号，并输出驱动信号，所述驱动信号与所述输入信号反相。所述开关电路21还包括：开关PMOS管M23，适于在所述驱动信号为低电平时导通，并向所述电压转换电路输出高电平；以及开关NMOS管M24，适于在所述驱动信号为高电平时导通，并向所述电压转换电路输出低电平。
在具体实施中，所述开关电路21基于输入信号，在开关节点SW处输出节点信号。具体地，当所述输入信号为高电平时，所述驱动器Driver输出低电平，此时所述开关PMOS管M23导通，所述开关NMOS管M24截止，所述开关电路21在所述开关节点SW处输出高电平的节点信号；当所述输入信号为低电平时，所述驱动器Driver输出高电平，此时所述开关PMOS管M23截止，所述开关NMOS管M24导通，所述开关电路21在所述开关节点SW处输出低电平的节点信号。
在一些实施例中，所述电压转换电路23适于根据接收的节点信号进入充电模式或放电模式以输出输出信号Vout，并对所述开关节点处接收的节点信号进行滤波。
在一些实施例中，所述电压转换电路23包括：电感L22，第一端与所述开关节点SW耦接；以及第二电容C22，第一端与所述电感L22的第二端耦接，第二端接地。
在具体实施中，当所述开关PMOS管M23导通时，所述电感L22以及电容C22进入充电状态，同时向所述负载R22输出输出电压Vout；当所述开关NMOS管M24导通时，所述电感L22以及电容C22进入放电状态，也同时向所述负载输出输出电压Vout，由此实现DC-DC转换，输出电压Vout低于所述输入信号的幅值。
在一些实施例中，所述自激振荡消除电路22适于当所述开关节点SW处产生高频振荡信号时，将该高频振荡信号进行释放。具体地，所述自激振荡消除电路22通过将高频振荡信号流入到地进行释放而消除自激振荡信号。
在一些实施例中，所述自激振荡消除电路22包括：第一电容C21、第一NMOS管M21、第二NMOS管M22以及偏置电流源Ib。
在一些实施例中，所述第一电容C21的第一端与所述开关节点SW耦接；所述第一NMOS管M21的漏极与所述开关节点耦接，源极接地；所述第二NMOS管M22的漏极与所述第一电容的第二端耦接，源极接地，栅极与所述第一NMOS管的栅极及所述第一电容的第二端耦接；所述偏置电流源Ib，第一端与所述第二NMOS管的漏极耦接，第二端接收电流信号。
在一些实施例中，所述自激振荡消除电路22为所述开关节点SW处的高频振荡信号提供等效阻抗为第一阻抗的接地通路，否则，为所述开关节点SW处的低频信号提供等效阻抗为第二阻抗的接地通路，所述第一阻抗小于第二阻抗。
具体地，所述偏置电流源Ib为所述第一NMOS管M21以及所述第二NMOS管M22提供偏置电流，使得所述第一NMOS管M21以及所述第二NMOS管M22处于导通状态。当所述开关节点SW处产生高频振荡信号时，所述高频振荡信号可以通过所述第一电容C21，并被耦合至所述第一NMOS管M21和所述第二NMOS管M22的栅极。因此，上述两个NMOS管的漏极与栅极被直接连接，此时，两个NMOS管可以被等效为二极管，而所述第一阻抗为：
Figure GDA0003623748190000051
其中，gmM1为所述第一NMOS管M21的跨导，gmM2为所述第二NMOS管M22的跨导。因此，高频振荡信号通过所述自激振荡消除电路22流入到地，电路中的自激振荡被消除，从而提升了电路的稳定性。
此外，如上文所述，所述第一NMOS管M21以及所述第二NMOS管M22处于导通状态。但由于电容性质，低频信号难以通过所述第一电容C21，因此，所述开关节点SW处的低频信号仅能通过所述第一NMOS管M21，所以所述第二阻抗为：
r2＝rdsM1
其中，rdsM1为所述第一NMOS管漏极与源极间的等效阻抗。
也就是说，所述第一NMOS管还适于为所述节点处提供低频微电流释放通路。由于rdsM1的阻值一般较大，例如可以为1kΩ。因此，部分低频信号被释放到地并不会对输出信号造成很大影响。
参考图4，图4是本发明实施例提供的一种电压变换电路的仿真波形示意图。
如图4所示，Vsw2为SW节点处的电压波形，Vpwm2为输入信号电压以及I.L2为电感L22中的电流波形。与图2相比，在图4中，SW节点处的自激振荡被消除，从而避免了自激振荡对所述电压变换电路的电磁兼容性的影响，以及对负载R1以及其他电路器件产生的干扰，从而降低本发明实施例中的所述电压变换电路的稳定性。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (9)

1.一种电压变换电路，包括：
开关电路，适于基于输入信号，在开关节点处输出节点信号，所述节点信号与所述输入信号的相位相同；
电压转换电路，适于根据接收的节点信号进入充电模式或放电模式以输出输出信号，并对所述开关节点处接收的节点信号进行滤波；
其特征在于，还包括：
自激振荡消除电路，适于当所述开关节点处产生高频振荡信号时，将该高频振荡信号进行释放；
所述自激振荡消除电路包括：
第一电容，第一端与所述开关节点耦接；
第一NMOS管，其漏极与所述开关节点耦接，源极接地；
第二NMOS管，其漏极与所述第一电容的第二端耦接，源极接地，栅极与所述第一NMOS管的栅极耦接；以及
偏置电流源，第一端与所述第二NMOS管的漏极耦接，第二端接收电流信号。
2.根据权利要求1所述的电压变换电路，其特征在于，所述自激振荡消除电路通过将高频振荡信号流入到地进行释放而消除自激振荡信号。
3.根据权利要求1所述的电压变换电路，其特征在于，所述第一NMOS管还适于为所述节点处提供低频微电流释放通路。
4.根据权利要求1所述的电压变换电路，其特征在于，所述自激振荡消除电路为所述开关节点的高频振荡信号提供等效阻抗为第一阻抗的接地通路，且为所述开关节点处的低频信号提供等效阻抗为第二阻抗的接地通路，所述第一阻抗小于第二阻抗。
5.根据权利要求4所述的电压变换电路，其特征在于，所述第一阻抗为：
Figure FDA0003623748180000011
其中，gmM1为所述第一NMOS管的跨导，gmM2为所述第二NMOS管的跨导。
6.根据权利要求4所述的电压变换电路，其特征在于，所述第二阻抗为：
r2＝rdsM1
其中，rdsM1为所述第一NMOS管漏极与源极间的等效阻抗。
7.根据权利要求1所述的电压变换电路，其特征在于，所述开关电路包括：驱动器，适于接收输入信号，并输出驱动信号，所述驱动信号与所述输入信号反相。
8.根据权利要求7所述的电压变换电路，其特征在于，所述开关电路还包括：开关PMOS管，适于在所述驱动信号为低电平时导通，并向所述电压转换电路输出高电平；以及
开关NMOS管，适于在所述驱动信号为高电平时导通，并向所述电压转换电路输出低电平。
9.根据权利要求1所述的电压变换电路，其特征在于，所述电压转换电路包括：
电感，第一端与所述开关节点耦接；以及
第二电容，第一端与所述电感的第二端耦接，第二端接地。
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