CN205142007U - 一种脉冲宽度调制及脉冲跨周期调制的双模式转换电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种脉冲宽度调制及脉冲跨周期调制的双模式转换电路，主要包括二个部分，其分别为参考电压电路和高速电压比较器电路。本实用新型根据开关电源的负载状态，使开关电源在脉冲宽度调制模式和脉冲跨周期调制模式间自动转换，有效提高了开关电源的效率和响应速度。本实用新型通过电压钳制电路设计及合理减小主要MOS管的比例尺寸，有效提高了电压比较器的工作速度，充分满足了开关电源工作频率的需求。

Description

一种脉冲宽度调制及脉冲跨周期调制的双模式转换电路

技术领域

本实用新型涉及开关电源脉冲宽度调制电路的设计，尤其涉及的是，一种脉冲宽度调制及脉冲跨周期调制的双模式转换电路的设计。

背景技术

开关电源常采用脉冲宽度调制的方式控制开关管的通断，以稳定其电压输出。但是当开关电源处于轻载状态时，其输出电流较小，脉冲宽度调制波形占空比变小。当占空比小到一定值后，采用脉冲宽度调制方式不利于开关电源效率的提高。脉冲跨周期调制是一种能够跨过几个脉冲周期并输出脉冲宽度固定而脉冲频率不固定的控制信号的调制方式。脉冲跨周期调制方式的效率几乎与负载无关，且响应速度快，非常适合开关电源在轻载状态下采用。本实用新型针对开关电源在轻载状态下效率不高的问题，设计了脉冲宽度调制与脉冲跨周期调制的双模式转换电路，有效提高了开关电源的效率和性能。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供了一种脉冲宽度调制及脉冲跨周期调制的双模式转换电路。

本实用新型的技术方案如下：一种脉冲宽度调制及脉冲跨周期调制的双模式转换电路包括二个部分，其分别为参考电压电路和高速电压比较器电路。其中基准电流源输出基准电流到参考电压电路中，同时开关管峰值电压也输入到参考电压电路中。参考电压电路输出参考电压到高速电压比较器电路中，同时反馈回路误差电压也输入到高速电压比较器电路中，并与参考电压进行比较。高速电压比较器电路输出脉冲宽度调制信号控制开关管的通断。

在脉冲宽度调制及脉冲跨周期调制的双模式转换电路中，由于参考电压电路输入的开关管峰值电压是随负载发生变化的，因此参考电压电路输出的参考电压也是变化的，并有一个最小值。当高速电压比较器电路中输入的反馈回路误差电压始终大于参考电压最小值时，高速电压比较器电路输出脉冲宽度调制信号。当开关电源处于轻载状态时，高速电压比较器电路中输入的反馈回路误差电压一旦小于参考电压最小值，高速电压比较器电路输出信号将持续为低电平。当误差电压再次大于参考电压最小值时，高速电压比较器电路输出脉冲宽度调制信号，如此反复，即实现了脉冲跨周期调制。

在脉冲宽度调制及脉冲跨周期调制的双模式转换电路中，参考电压电路主要用于产生开关电源调制模式转换的电压参考值。参考电压电路包括输入电压端口、基准电流源、1号电阻、2号电阻、开关管峰值电压输入端口、参考电压输出端口。其中输入电压端口连接基准电流源的上端，基准电流源的下端连接1号电阻的上端。1号电阻的下端连接2号电阻的上端，2号电阻的下端接地。开关管峰值电压输入端口连接2号电阻的上端，参考电压输出端口连接1号电阻的上端。

在脉冲宽度调制及脉冲跨周期调制的双模式转换电路中，高速电压比较器电路主要用于对反馈回路误差电压和参考电压进行比较，并输出脉冲宽度调制信号。高速电压比较器电路包括误差电压输入端口、参考电压输入端口、脉宽调制信号输出端口、1至28号MOS管、3至4号电阻、1号反相器。由于开关电源的工作频率比较高，因此要求比较器电路也具有较高的工作速度。高速电压比较器电路通过将18号MOS管的源极连接20号MOS管的漏极，18号MOS管的漏极连接19号MOS管的漏极，从而对27号MOS管的栅极电压产生钳制作用。当输入电压发生大幅度变化时，27号MOS管的栅极电压变化很小，从而提高了比较器电路的工作速度。通过减小16号MOS管、17号MOS管、19号MOS管和20号MOS管的比例尺寸，27号MOS管栅极的寄生电容能够得到明显减小，从而进一步提高比较器的工作速度。

在高速电压比较器电路中，误差电压输入端口连接3号MOS管的栅极，3号MOS管的源极连接2号MOS管的漏极。3号MOS管的漏极连接3号电阻的上端，3号电阻的下端接地。参考电压输入端口连接4号MOS管的栅极，4号MOS管的源极连接2号MOS管的漏极。4号MOS管的漏极连接4号电阻的上端，4号电阻的下端接地。5号MOS管的栅极连接2号MOS管的栅极，5号MOS管的漏极连接7号MOS管的漏极。7号MOS管的栅极连接18号MOS管的栅极，7号MOS管的源极接地。6号MOS管的栅极连接1号MOS管的栅极，6号MOS管的漏极连接8号MOS管的漏极。8号MOS管的栅极连接19号MOS管的栅极，8号MOS管的源极接地。12号MOS管的栅极连接9号MOS管的栅极，12号MOS管的漏极连接13号MOS管的源极。13号MOS管的栅极连接3号电阻的上端，13号MOS管的漏极连接16号MOS管的源极。14号MOS管的栅极连接4号电阻的上端，14号MOS管的漏极连接17号MOS管的源极。16号MOS管的栅极连接15号MOS管的栅极，16号MOS管的漏极连接18号MOS管的漏极。17号MOS管的栅极连接16号MOS管的栅极，17号MOS管的漏极连接18号MOS管的源极。19号MOS管的漏极连接16号MOS管的漏极，并连接21号MOS管的栅极。19号MOS管的源极连接21号MOS管的漏极，21号MOS管额源极接地。20号MOS管的漏极连接17号MOS管的漏极，20号MOS管的源极连接22号MOS管的漏极。22号MOS管的栅极连接21号MOS管的栅极，22号MOS管的源极接地。脉宽调制信号输出端口连接1号反相器的输出端，1号反相器的输入端连接27号MOS管的漏极。27号MOS管的栅极连接18号MOS管的源极，27号MOS管的源极接地。

本实用新型根据开关电源的负载状态，使开关电源在脉冲宽度调制模式和脉冲跨周期调制模式间自动转换，有效提高了开关电源的效率和响应速度。本实用新型通过电压钳制电路设计及合理减小主要MOS管的比例尺寸，有效提高了电压比较器的工作速度，充分满足了开关电源工作频率的需求。

附图说明

图1为本实用新型的系统框图；

图2为本实用新型的参考电压电路的电路图；

图3为本实用新型的高速电压比较器电路的电路图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例，对本实用新型进行更详细的说明。本说明书及其附图中给出了本实用新型的较佳的实施例，但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当某一元件固定于另一个元件，包括将该元件直接固定于该另一个元件，或者将该元件通过至少一个居中的其它元件固定于该另一个元件。当一个元件连接另一个元件，包括将该元件直接连接到该另一个元件，或者将该元件通过至少一个居中的其它元件连接到该另一个元件。

如图1所示，本实用新型主要包括二个部分，其分别为参考电压电路和高速电压比较器电路。其中基准电流源输出基准电流In到参考电压电路中，同时开关管峰值电压Vp也输入到参考电压电路中。参考电压电路输出参考电压Vn到高速电压比较器电路中，同时反馈回路误差电压Ve也输入到高速电压比较器电路中，并与参考电压进行比较。高速电压比较器电路输出脉冲宽度调制信号Vpwm控制开关管的通断。

由于参考电压电路输入的开关管峰值电压Vp是随负载发生变化的，因此参考电压电路输出的参考电压Vn也是变化的，并有一个最小值。当高速电压比较器电路中输入的反馈回路误差电压Ve始终大于参考电压Vn最小值时，高速电压比较器电路输出脉冲宽度调制信号Vpwm。当开关电源处于轻载状态时，高速电压比较器电路中输入的反馈回路误差电压Ve一旦小于参考电压Vn最小值，高速电压比较器电路输出信号将持续为低电平。当误差电压Ve再次大于参考电压Vn最小值时，高速电压比较器电路输出脉冲宽度调制信号Vpwm，如此反复，即实现了脉冲跨周期调制。

如图2所示，在脉冲宽度调制及脉冲跨周期调制的双模式转换电路中，参考电压电路主要用于产生开关电源调制模式转换的电压参考值。参考电压电路包括输入电压端口Vin、基准电流源I1、电阻R1、电阻R2、开关管峰值电压输入端口VPI、参考电压输出端口VNO。其中输入电压端口Vin连接基准电流源I1的上端，基准电流源I1的下端连接电阻R1的上端。电阻R1的下端连接电阻R2的上端，电阻R2的下端接地。开关管峰值电压输入端口VPI连接电阻R2的上端，参考电压输出端口VNO连接电阻R1的上端。

参考电压电路输出的电压值范围由该电路的相关参数决定。例如，电阻R1的阻值为56KΩ，电阻R2的阻值为0.4Ω，基准电流源I1输出的电流为5μA，输入电压Vin为5V，则参考电压Vn的变化范围为0.28V至0.85V。

如图3所示，高速电压比较器电路主要用于对反馈回路误差电压和参考电压进行比较，并输出脉冲宽度调制信号。高速电压比较器电路包括误差电压输入端口VEI、参考电压输入端口VNI、脉宽调制信号输出端口VPM、MOS管M1至M28、电阻R3至R4、反相器F1。由于开关电源的工作频率比较高，因此要求比较器电路也具有较高的工作速度。高速电压比较器电路通过将MOS管M18的源极连接MOS管M20的漏极，MOS管M18的漏极连接MOS管M19的漏极，从而对MOS管M27的栅极电压产生钳制作用。当输入电压发生大幅度变化时，MOS管M27的栅极电压变化很小，从而提高了比较器电路的工作速度。通过减小MOS管M16、MOS管M17、MOS管M19和MOS管M20的比例尺寸，例如，将上述MOS管的宽长比例设为2.1μm比0.9μm。由此MOS管M27栅极的寄生电容能够得到明显减小，从而进一步提高比较器的工作速度。

在高速电压比较器电路中，误差电压输入端口VEI连接MOS管M3的栅极，MOS管M3的源极连接MOS管M2的漏极。MOS管M3的漏极连接电阻R3的上端，电阻R3的下端接地。参考电压输入端口VNI连接MOS管M4的栅极，MOS管M4的源极连接MOS管M2的漏极。MOS管M4的漏极连接电阻R4的上端，电阻R4的下端接地。MOS管M5的栅极连接MOS管M2的栅极，MOS管M5的漏极连接MOS管M7的漏极。MOS管M7的栅极连接MOS管M18的栅极，MOS管M7的源极接地。MOS管M6的栅极连接MOS管M1的栅极，MOS管M6的漏极连接MOS管M8的漏极。MOS管M8的栅极连接MOS管M19的栅极，MOS管M8的源极接地。MOS管M12的栅极连接MOS管M9的栅极，MOS管M12的漏极连接MOS管M13的源极。MOS管M13的栅极连接电阻R3的上端，MOS管M13的漏极连接MOS管M16的源极。MOS管M14的栅极连接电阻R4的上端，MOS管M14的漏极连接MOS管M17的源极。MOS管M16的栅极连接MOS管M15的栅极，MOS管M16的漏极连接MOS管M18的漏极。MOS管M17的栅极连接MOS管M16的栅极，MOS管M17的漏极连接MOS管M18的源极。MOS管M19的漏极连接MOS管M16的漏极，并连接MOS管M21的栅极。MOS管M19的源极连接MOS管M21的漏极，MOS管M21额源极接地。MOS管M20的漏极连接MOS管M17的漏极，MOS管M20的源极连接MOS管M22的漏极。MOS管M22的栅极连接MOS管M21的栅极，MOS管M22的源极接地。脉宽调制信号输出端口VPM连接反相器F1的输出端，反相器F1的输入端连接MOS管M27的漏极。MOS管M27的栅极连接MOS管M18的源极，MOS管M27的源极接地。

需要说明的是，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本实用新型说明书记载的范围；并且，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种脉冲宽度调制及脉冲跨周期调制的双模式转换电路，其特征在于，其包括参考电压电路和高速电压比较器电路；

基准电流源输出基准电流到参考电压电路；

开关管峰值电压输入到参考电压电路；

参考电压电路输出参考电压到高速电压比较器电路；

反馈回路误差电压输入到高速电压比较器电路；

高速电压比较器电路输出脉冲宽度调制信号。

2.根据权利要求1所述一种脉冲宽度调制及脉冲跨周期调制的双模式转换电路，其特征在于，参考电压电路包括输入电压端口、基准电流源、1号电阻、2号电阻、开关管峰值电压输入端口、参考电压输出端口。

3.根据权利要求2所述一种脉冲宽度调制及脉冲跨周期调制的双模式转换电路，其特征在于，输入电压端口连接基准电流源的上端，基准电流源的下端连接1号电阻的上端；

1号电阻的下端连接2号电阻的上端，2号电阻的下端接地；

开关管峰值电压输入端口连接2号电阻的上端，参考电压输出端口连接1号电阻的上端。

4.根据权利要求1所述一种脉冲宽度调制及脉冲跨周期调制的双模式转换电路，其特征在于，高速电压比较器电路包括误差电压输入端口、参考电压输入端口、脉宽调制信号输出端口、1至28号MOS管、3至4号电阻、1号反相器。

5.根据权利要求4所述一种脉冲宽度调制及脉冲跨周期调制的双模式转换电路，其特征在于，误差电压输入端口连接3号MOS管的栅极，3号MOS管的源极连接2号MOS管的漏极；

3号MOS管的漏极连接3号电阻的上端，3号电阻的下端接地；

参考电压输入端口连接4号MOS管的栅极，4号MOS管的源极连接2号MOS管的漏极；

4号MOS管的漏极连接4号电阻的上端，4号电阻的下端接地；

5号MOS管的栅极连接2号MOS管的栅极，5号MOS管的漏极连接7号MOS管的漏极；

7号MOS管的栅极连接18号MOS管的栅极，7号MOS管的源极接地；

6号MOS管的栅极连接1号MOS管的栅极，6号MOS管的漏极连接8号MOS管的漏极；

8号MOS管的栅极连接19号MOS管的栅极，8号MOS管的源极接地；

12号MOS管的栅极连接9号MOS管的栅极，12号MOS管的漏极连接13号MOS管的源极；

13号MOS管的栅极连接3号电阻的上端，13号MOS管的漏极连接16号MOS管的源极；

14号MOS管的栅极连接4号电阻的上端，14号MOS管的漏极连接17号MOS管的源极；

16号MOS管的栅极连接15号MOS管的栅极，16号MOS管的漏极连接18号MOS管的漏极；

17号MOS管的栅极连接16号MOS管的栅极，17号MOS管的漏极连接18号MOS管的源极；

19号MOS管的漏极连接16号MOS管的漏极，并连接21号MOS管的栅极；

19号MOS管的源极连接21号MOS管的漏极，21号MOS管额源极接地；

20号MOS管的漏极连接17号MOS管的漏极，20号MOS管的源极连接22号MOS管的漏极；

22号MOS管的栅极连接21号MOS管的栅极，22号MOS管的源极接地；

脉宽调制信号输出端口连接1号反相器的输出端，1号反相器的输入端连接27号MOS管的漏极；

27号MOS管的栅极连接18号MOS管的源极，27号MOS管的源极接地。