CN115021563A - 一种谷电流模式dc-dc转换器 - Google Patents
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Abstract
一种谷电流模式DC‑DC转换器，包括误差放大器、转换单元和反馈单元，其特征在于：所述误差放大器基于参考电压Vref和所述反馈单元生成的反馈电压VFB生成误差放大电压VEA；所述转换单元基于所述误差放大电压VEA和时钟信号CLK，生成输出电压Vout，其中，所述转换单元中包括电流检测单元和NMOS管，所述电流检测单元用于检测NMOS管的导通电流，并基于所述NMOS管的导通电流生成感应电流；所述反馈单元基于所述输出电压Vout生成反馈电压VFB。基于本发明中的DC‑DC转换器，能够通过NMOS管的导通电流生成感应电流，减小PMOS管的导通时间，从而实现更小的占空比。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路，更具体地，涉及一种谷电流模式DC-DC转换器。
背景技术
目前，在集成电路中应用DC-DC转换器是十分普遍的。而为了实现集成电路的特殊要求，在某些应用中需要DC-DC转换器的输出信号处于小占空比的状态。
通常，DC-DC转换器的工作模式有两种，分别为峰电流peak模式和谷电流valley模式。当DC-DC转换器工作在峰电流模式时，DC-DC转换器中PMOS上管的导通时间通常比较短。然而，为了消除开关噪声对DC-DC转换器性能的影响，导通PMOS管的过程中必须要加入前沿消隐时间(通常为270ns)，使得PMOS管在导通时有足够的时间用于避免采集到开关管导通瞬间的脉冲峰值电流。这就导致使用峰电流工作模式的DC-DC转换器无法将DC-DC转换器输出信号的占空比限制在很小的范围内。
因此，亟需一种工作在谷电流模式下的能够提供小占空比的DC-DC转换器。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种谷电流模式DC-DC转换器，能够基于NMOS管的导通电流生成感应电流，从而减小PMOS管的导通时间，实现更小的占空比。
本发明采用如下的技术方案。
一种谷电流模式DC-DC转换器，包括误差放大器、转换单元和反馈单元，误差放大器基于参考电压Vref和反馈单元生成的反馈电压VFB生成误差放大电压VEA；转换单元基于误差放大电压VEA和时钟信号CLK，生成输出电压Vout，其中，转换单元中包括电流检测单元和NMOS管，电流检测单元用于检测NMOS管的导通电流，并基于NMOS管的导通电流生成感应电流；反馈单元基于输出电压Vout生成反馈电压VFB。
优选地，误差放大器正相输入端接入参考电压Vref，负相输入端接入反馈单元生成的反馈电压VFB，输出端连接转换单元中的比较器的正相输入端，并向比较器的正相输入端输出误差放大电压VEA。
优选地，转换单元中包括比较器、逻辑控制电路、PMOS管、NMOS管、电流检测电路、直流电流源、斜坡电流源、电阻；并且，比较器正相输入端接入误差放大电压VEA，负相输入端接入电流检测电路的输出，输出端接入逻辑控制电路；逻辑控制电路分别接入时钟信号CLK和比较器的输出端，并与PMOS管和NMOS管的栅极分别相连，输出逻辑电压；PMOS管的源极接电源电压，NMOS管的源极接地，PMOS管和NMOS管的漏极相连接；电流检测电路分别与NMOS管的源漏极相连接并基于NMOS管的源漏极电流输出感应电流，电流检测电路的输出端分别连接直流电流源，斜坡电流源和电阻的一端，直流电流源另一端接电源电压，斜坡电流源另一端接地，电阻另一端经过一个并联电路后接地，并联电路为直流电压源和开关的并联电路；电感一端与PMOS管的漏极相连接，另一端作为转换器的输出端提供输出电压Vout。
优选地，反馈单元包括电容、第一分压电阻、第二分压电阻；并且，电容一端接转换器的输出端，另一端接地；第一分压电阻与第二分压电阻组成串联电路，串联电路一端接转换器的输出端，另一端接地，并基于输出电压Vout按比例为误差放大器提供反馈电压VFB。
优选地，当电流检测电路的输出电压VSUM降低到与误差放大电压VEA相等时，比较器翻转并输出高电平。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明中一种谷电流模式DC-DC转换器，能够基于NMOS管的导通电流生成感应电流，从而减小PMOS管的导通时间，实现更小的占空比，以实现DC-DC转换器更广泛的应用。
附图说明
图1为本发明一种谷电流模式DC-DC转换器的电路示意图；
图2为本发明一种谷电流模式DC-DC转换器各项参数的信号随时间变化示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。
图1为本发明一种谷电流模式DC-DC转换器的电路示意图。如图1所示，一种谷电流模式DC-DC转换器，包括误差放大器、转换单元和反馈单元。
误差放大器基于参考电压Vref和反馈单元生成的反馈电压VFB生成误差放大电压VEA；转换单元基于误差放大电压VEA和时钟信号CLK，生成输出电压Vout，其中，转换单元中包括电流检测单元和NMOS管，电流检测单元用于检测NMOS管的导通电流，并基于NMOS管的导通电流生成感应电流；反馈单元基于输出电压Vout生成反馈电压VFB。
优选地，误差放大器正相输入端接入参考电压Vref，负相输入端接入反馈单元生成的反馈电压VFB，输出端连接转换单元中的比较器的正相输入端，并向比较器的正相输入端输出误差放大电压VEA。
优选地，转换单元中包括比较器、逻辑控制电路、PMOS管、NMOS管、电流检测电路、直流电流源、斜坡电流源、电阻；并且，比较器正相输入端接入误差放大电压VEA，负相输入端接入电流检测电路的输出，输出端接入逻辑控制电路；逻辑控制电路分别接入时钟信号CLK和比较器的输出端，并与PMOS管和NMOS管的栅极分别相连，输出逻辑电压；PMOS管的源极接电源电压，NMOS管的源极接地，PMOS管和NMOS管的漏极相连接；电流检测电路分别与NMOS管的源漏极相连接并基于NMOS管的源漏极电流输出感应电流，电流检测电路的输出端分别连接直流电流源，斜坡电流源和电阻的一端，直流电流源另一端接电源电压，斜坡电流源另一端接地，电阻另一端经过一个并联电路后接地，并联电路为直流电压源和开关的并联电路。；电感一端与PMOS管的漏极相连接，另一端作为转换器的输出端提供输出电压Vout。
优选地，反馈单元包括电容、第一分压电阻、第二分压电阻；并且，电容一端接转换器的输出端，另一端接地；第一分压电阻与第二分压电阻组成串联电路，串联电路一端接转换器的输出端，另一端接地，并基于输出电压Vout按比例为误差放大器提供反馈电压VFB。
优选地，当电流检测电路的输出电压VSUM降低到与误差放大电压VEA相等时，比较器翻转并输出高电平。
图2为本发明一种谷电流模式DC-DC转换器各项参数的信号随时间变化示意图。如图2所示，以降压型DC-DC转换器为例进行说明。当时钟信号CLK处于高电平时，PMOS管和NMOS管的栅极电压均为高电平，此时PMOS管截止，NMOS管导通。电流检测电路检测到NMOS管源漏极两端的电流后，按照NMOS管源漏极电流成比例的生成感应电流Isense。当感应电流Isense流入电阻Rsum时，开关S1处于导通状态，短路电压源，因而此时电阻Rsum两端的电压即为转换单元的输出电压Vsum。该输出电压的计算公式为Vsum＝(Isense+IDC+ISLOPE)*Rsum。此时，经过了输入时钟信号的高电平状态，电感电流IL逐渐降低，同时感应电流Isense逐渐减小，斜坡电流源电流ISLOPE逐渐增加，此时电流检测电路的输出电压Vsum会随之逐渐减小。当Vsum减小至VEA时，比较器会发生翻转，并输出高电平信号。此时，该高电平信号输入至逻辑控制电路中会使得逻辑控制电路输出的电压为低电压，即PMOS管与NMOS管的栅极电压为低电压。此时，PMOS管导通，NMOS管截止，经过电感生成的输出电压Vout会变小，同时负载电流Iload变大。此时，经过分压的反馈电压为VFB＝Vout*R2/(R1+R2)，随着输出电压Vout减小。
当反馈电压VFB减小时，经过误差放大器的计算输出的误差放大电压VEA会升高，此时由电流检测电路的输出电压VSUM更容易降低到与误差放大电压VEA相等或更低的状态，这使得比较器再次翻转并输出高电平信号。由此循环，系统会保持稳定的输出状态。
此时，由于电流检测电路仅通过检测NMOS管的源漏极电流输出感应电流，所以只要时钟信号CLK变为高电平后，即可瞬时关闭PMOS管，导通NMOS管。由于用于反馈的感应电流不对PMOS管的源漏极电流进行检测，因此PMOS管的导通时间可以很短，足以满足集成电路对小占空比的要求。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明中一种谷电流模式DC-DC转换器，能够基于NMOS管的导通电流生成感应电流，从而减小PMOS管的导通时间，实现更小的占空比，以实现DC-DC转换器更广泛的应用。
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种谷电流模式DC-DC转换器，包括误差放大器、转换单元和反馈单元，其特征在于：
所述误差放大器基于参考电压Vref和所述反馈单元生成的反馈电压VFB生成误差放大电压VEA；
所述转换单元基于所述误差放大电压VEA和时钟信号CLK，生成输出电压Vout，其中，所述转换单元中包括电流检测单元和NMOS管，所述电流检测单元用于检测NMOS管的导通电流，并基于所述NMOS管的导通电流生成感应电流；
所述反馈单元基于所述输出电压Vout生成反馈电压VFB。
2.根据权利要求1中所述的一种谷电流模式DC-DC转换器，其特征在于：
所述误差放大器正相输入端接入参考电压Vref，负相输入端接入所述反馈单元生成的反馈电压VFB，输出端连接所述转换单元中的比较器的正相输入端，并向所述比较器的正相输入端输出误差放大电压VEA。
3.根据权利要求2中所述的一种谷电流模式DC-DC转换器，其特征在于：
所述转换单元中包括比较器、逻辑控制电路、PMOS管、NMOS管、电流检测电路、直流电流源、斜坡电流源、电阻；并且，
所述比较器正相输入端接入误差放大电压VEA，负相输入端接入所述电流检测电路的输出，输出端接入逻辑控制电路；
所述逻辑控制电路分别接入时钟信号CLK和所述比较器的输出端，并与所述PMOS管和NMOS管的栅极分别相连，输出逻辑电压；
所述PMOS管的源极接电源电压，所述NMOS管的源极接地，所述PMOS管和NMOS管的漏极相连接；
所述电流检测电路分别与所述NMOS管的源漏极相连接并基于所述NMOS管的源漏极电流输出感应电流，所述电流检测电路的输出端分别连接直流电流源，斜坡电流源和电阻的一端，直流电流源另一端接电源电压，斜坡电流源另一端接地，电阻另一端经过一个并联电路后接地，所述并联电路为直流电压源和开关的并联电路；
所述电感一端与所述PMOS管的漏极相连接，另一端作为所述转换器的输出端提供输出电压Vout。
4.根据权利要求3中所述的一种谷电流模式DC-DC转换器，其特征在于：
所述反馈单元包括电容、第一分压电阻、第二分压电阻；并且，
所述电容一端接所述转换器的输出端，另一端接地；
所述第一分压电阻与第二分压电阻组成串联电路，所述串联电路一端接所述转换器的输出端，另一端接地，并基于所述输出电压Vout按比例为所述误差放大器提供反馈电压VFB。
5.根据权利要求4中所述的一种谷电流模式DC-DC转换器，其特征在于：
当所述电流检测电路的输出电压VSUM降低到与误差放大电压VEA相等时，所述比较器翻转并输出高电平。
Priority Applications (1)
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| CN202011564450.5A CN115021563A (zh) | 2021-03-05 | 2021-03-05 | 一种谷电流模式dc-dc转换器 |
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Publications (1)
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| CN115021563A true CN115021563A (zh) | 2022-09-06 |
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Family Applications (1)
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| CN202011564450.5A Pending CN115021563A (zh) | 2021-03-05 | 2021-03-05 | 一种谷电流模式dc-dc转换器 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN115021563A (zh) |
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2021
- 2021-03-05 CN CN202011564450.5A patent/CN115021563A/zh active Pending
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