CN219875492U - 一种负升压dc-dc转换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种负升压DC‑DC转换器，包括：负升压电路、输出端反馈模块和COT控制电路；COT控制电路包括计时模块；负升压电路包括电源输入端、功率管和负载输出端；输出端反馈模块的输入端与负载输出端电连接；输出端反馈模块的输出端与COT控制电路的输入端电连接；COT控制电路的输出端与功率管的控制端电连接；输出端反馈模块用于将负载输出端的负电压转换为正向反馈电压；COT控制电路用于根据正向反馈电压和计时模块，控制功率管导通或关断。采用上述技术方案，使得负升压DC‑DC转换器既可以做到电压控制模式的简洁度，同时还能具备电流摸控制方式的良好动态特性。

Description

一种负升压DC-DC转换器

技术领域

本实用新型涉及电路技术领域，尤其涉及一种负升压DC-DC转换器。

背景技术

近年来，随着激光雷达技术的不断发展成熟，尤其是基于单光子雪崩二极管(Single photon avalanche diode，SPAD)的单光子成像传感器也由单点、小面阵越来越朝着大面阵发展，由此对给SPAD提供反向偏压的电源提出越来越高的要求。

目前SPAD反向偏压电源的主流方案是采用PWM构架的电流模DC-DC负高压，电路复杂且动态性能一般。

因此，设计一种大电流、高动态性能、小型化、低电磁干扰(ElectromagneticInterference，EMI)且输出连续可调的负电源成为必然。

实用新型内容

本实用新型提供了一种负升压DC-DC转换器，以实现输出连续可调的负电源。

根据本实用新型的一方面，提供了一种负升压DC-DC转换器，包括：负升压电路、输出端反馈模块和COT控制电路；所述COT控制电路包括计时模块；

所述负升压电路包括电源输入端、功率管、电感、电容、二极管和负载输出端；所述功率管的第一端与所述电源输入端电连接；所述功率管的第二端、所述二极管的阴极和所述电感的第一端电连接于开关节点；所述二极管的阳极和所述电容的第一端均与所述负载输出端电连接；所述电感的第二端和所述电容的第二端均接地；

所述输出端反馈模块的输入端与所述负载输出端电连接；所述输出端反馈模块的输出端与所述COT控制电路的输入端电连接；所述COT控制电路的输出端与所述功率管的控制端电连接；

所述负升压电路用于将所述电源输入端的正电压转换为所述负载输出端的负电压；所述输出端反馈模块用于将所述负载输出端的负电压转换为正向反馈电压；所述COT控制电路用于根据所述正向反馈电压和所述计时模块，控制所述功率管导通或关断。

可选的，所述输出端反馈模块包括第一分压电阻、第二分压电阻、第一参考端和第一滤波电容；所述第一分压电阻的电阻值大于所述第二分压电阻的电阻值；

所述第一分压电阻的第一端与所述负载输出端电连接；所述第一分压电阻的第二端和所述第二分压电阻的第一端均与所述COT控制电路的输入端电连接；所述第二分压电阻的第二端和所述第一滤波电容的第一端均与所述第一参考端电连接；所述第一滤波电容的第二端接地；

所述第一参考端用于接收第一参考信号；所述第一参考信号的电压值大于零。

可选的，还包括：纹波注入模块和纹波补偿模块；所述输出端反馈模块的输出端通过所述纹波注入模块和所述纹波补偿模块与所述COT控制电路的输入端电连接；

所述纹波注入模块包括第一纹波电容、第二纹波电容、第一纹波电阻和第二纹波电阻；所述纹波补偿模块包括双差分输入运算放大器；

所述第一纹波电容的第一端和所述第二纹波电容的第一端均与所述负载输出端电连接；所述第一纹波电阻的第一端与所述开关节点电连接；

所述第二纹波电容的第二端和所述第二纹波电阻的第一端均与所述双差分输入运算放大器的第一反向输入端电连接；

所述第一纹波电容的第二端、所述第一纹波电阻的第二端和所述第二纹波电阻的第二端均与所述双差分输入运算放大器的第一正向输入端电连接；

所述双差分输入运算放大器的第二正向输入端与所述输出端反馈模块的输出端电连接；所述双差分输入运算放大器的第二反向输入端和所述双差分输入运算放大器的输出端均与所述COT控制电路的输入端电连接。

可选的，所述COT控制电路还包括比较模块、逻辑模块和功率驱动模块；所述计时模块包括最小关断计时模块和导通计时模块；

所述比较模块的输入端与所述输出端反馈模块的输出端电连接，所述比较模块的输出端与所述逻辑模块的第一输入端电连接；所述最小关断计时模块的输出端与所述逻辑模块的第二输入端电连接；所述导通计时模块的输出端与所述逻辑模块的第三输入端电连接；

所述逻辑模块的第一输出端与所述功率驱动模块的控制端电连接；所述逻辑模块的第二输出端与所述功率驱动模块的输入端电连接；所述功率驱动模块的输出端与所述功率管的控制端电连接；所述逻辑模块的第三输出端与所述最小关断计时模块的输入端电连接；所述逻辑模块的第四输出端与所述导通计时模块的输入端电连接。

可选的，所述逻辑模块包括第一RS触发器、第二RS触发器、第一与门、第二与门、第一或门、第二或门、第一或非门和第一非门；

所述第一RS触发器的置位端与所述第一与门的输出端电连接；所述第一RS触发器的复位端与所述导通计时模块的输出端电连接；所述第一RS触发器的输出端与所述功率驱动模块的控制端电连接；

所述最小关断计时模块的输出端和所述第一RS触发器的输出端均与所述第一或门的输入端电连接；所述比较模块的输出端和所述第一或门的输出端均与所述第一与门的输入端电连接；

所述第一或门的输出端与所述第一非门的输入端电连接；所述第一或门的输出端和所述第一RS触发器的输出端与所述第二与门的输入端电连接；

所述第二RS触发器的置位端与所述第一非门的输出端电连接；所述第二RS触发器的复位端与所述第二与门的输出端电连接；所述第二RS触发器的输出端与所述功率驱动模块的输入端电连接；

所述第一RS触发器的输出端和所述第二RS触发器的输出端与所述第一或非门的输入端电连接；所述第一非门的输出端和所述第一或非门的输出端与第二或门的输入端电连接；

所述第一RS触发器的输出端与所述最小关断计时模块的输入端电连接；所述第二或门的输出端与所述导通计时模块的输入端电连接。

可选的，所述导通计时模块包括充电电流产生单元、电流镜单元、充电单元、导通时间生成单元、参考电压生成单元和第一开关；

所述充电电流产生单元的输入端与所述电源输入端电连接；所述充电电流产生单元的输出端与所述电流镜单元的输入端电连接；所述电流镜单元的输出端与所述充电单元的输入端电连接；所述充电单元的输出端与所述导通时间生成单元的第一输入端电连接；

所述参考电压生成单元的输入端与所述负载输出端电连接；所述参考电压生成单元的输出端与所述导通时间生成单元的第二输入端电连接；

所述导通时间生成单元的输出端与所述逻辑模块的第三输入端电连接；

所述第一开关的第一端与所述导通时间生成单元的第一输入端电连接；所述第一开关的第二端接地；所述第一开关的控制端与所述逻辑模块的第四输出端电连接。

可选的，所述充电电流产生单元包括第三分压电阻、第四分压电阻、运算放大器、第一晶体管和限流电阻；

第三分压电阻的第一端与所述电源输入端电连接；所述第三分压电阻的第二端和所述第四分压电阻的第一端均与所述运算放大器的正向输入端电连接；所述第四分压电阻的第二端接地；所述运算放大器的反向输入端与所述限流电阻的第一端电连接；所述运算放大器的输出端与所述第一晶体管的栅极电连接；所述第一晶体管的第一极与所述电流镜单元的输入端电连接；所述第一晶体管的第二极与所述限流电阻的第一端电连接；所述限流电阻的第二端接地。

可选的，所述电流镜单元包括固定电位端、第一P型晶体管、第二P型晶体管；所述固定电位端的电压值大于零；

所述第一P型晶体管的第一极和所述第二P型晶体管的第一极均与所述固定电位端电连接；

所述第一P型晶体管的第二极与所述充电电流产生单元的输出端电连接；所述第一P型晶体管的第二极同时与所述第一P型晶体管的栅极和所述第二P型晶体管的栅极电连接；所述第二P型晶体管的第二极与所述充电单元的输入端电连接。

可选的，所述导通时间生成单元包括导通比较器；

所述导通比较器的正向输入端与所述充电单元的输出端电连接；所述导通比较器的反向输入端与所述参考电压生成单元的输出端电连接；所述导通比较器的输出端与所述逻辑模块的第三输入端电连接。

可选的，所述参考电压生成单元包括第五分压电阻、第六分压电阻、第二参考端和第二滤波电容；所述第五分压电阻的电阻值大于所述第六分压电阻的电阻值；

所述第五分压电阻的第一端与所述负载输出端电连接；所述第五分压电阻的第二端和所述第六分压电阻的第一端均与所述导通时间生成单元的第二输入端电连接；所述第六分压电阻的第二端和所述第二滤波电容的第一端均与所述第二参考端电连接；所述第二滤波电容的第二端接地；

所述第二参考端用于接收第二参考信号；所述第二参考信号的电压值大于零。

本实用新型的技术方案，没有采用常规的电流模/电压模控制模式，通过输出端反馈模块可以实现采用COT控制电路控制负升压电路的功率管的导通时间和关断时间，使得负升压DC-DC转换器既可以做到电压控制模式的简洁度，同时还能具备电流摸控制方式的良好动态特性。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本实用新型的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本实用新型的范围。本实用新型的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的一种负升压DC-DC转换器的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的又一种负升压DC-DC转换器的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的又一种负升压DC-DC转换器的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的一种导通计时模块的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列单元的系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其它单元。

图1是本实用新型实施例提供的一种负升压DC-DC转换器的结构示意图。参考图1，负升压DC-DC转换器包括：负升压电路10、输出端反馈模块20和COT控制电路30；COT控制电路30包括计时模块40。

负升压电路10包括电源输入端VIN、功率管M1、电感L、电容C、二极管D和负载输出端VNEG；功率管M1的第一端与电源输入端VIN电连接；功率管M2的第二端、二极管D的阴极和电感L的第一端电连接于开关节点SW；二极管D的阳极和电容C的第一端均与负载输出端VNEG电连接；电感L的第二端和电容C的第二端均接地。负升压电路10用于将电源输入端VIN的正电压转换为负载输出端VNEG的负电压。

输出端反馈模块20的输入端21与负载输出端VNEG电连接；输出端反馈模块20的输出端22与COT控制电路30的输入端31电连接；COT控制电路30的输出端32与功率管M1的控制端电连接。输出端反馈模块20用于将负载输出端VNEG的负电压转换为正向反馈电压Vfb；COT控制电路30用于根据正向反馈电压Vfb和计时模块40，控制功率管M1导通或关断。

其中，COT是恒定导通时间(constant on time)的缩写，可以在负升压DC-DC转换器工作时用一个固定时长的计时模块来控制开关管的导通(或关断)时间。功率管M1包括但不限于晶体管，例如还可以是继电器等开关。

示例性的，电源输入端VIN可连接直流电源的正极，电源输入端VIN的电位为正电压，负载输出端VNEG连接负载。在功率管M1导通时，直流电源的电信号通过电源输入端VIN和功率管M1给电感L充电，在功率管M1关断时，电感L放电，电信号流向负载，并由负载流向负载输出端VNEG，负载输出端VNEG处电位为负电压，其中，电容C起到滤波的作用。输出端反馈模块20可以将负载输出端VNEG的负电压转换为正向反馈电压Vfb，正向反馈电压Vfb可以表示负载输出端VNEG的负电压的负升压情况，便于COT控制电路30根据载输出端VNEG的负电压转化的正向反馈电压Vfb和计时模块40控制功率管M1的导通时间和关断时间，使得导通时间与负升压电路10的占空比呈正相关。

在一可选的实施例中，输出端反馈模块20包括第一分压电阻Rf1、第二分压电阻Rf2、第一参考端Vref1和第一滤波电容Cref1；第一分压电阻Rf1的电阻值大于第二分压电阻Rf2的电阻值。第一分压电阻Rf1的第一端与负载输出端VNEG电连接；第一分压电阻Rf1的第二端和第二分压电阻Rf2的第一端均与COT控制电路30的输入端31电连接；第二分压电阻Rf2的第二端和第一滤波电容Cref1的第一端均与第一参考端Vref1电连接；第一滤波电容Cref1的第二端接地。其中，第一参考端VREF1用于接收第一参考信号Vref1；第一参考信号Vref1的电压值大于零。

示例性的，输出端反馈模块20可以接收负载输出端VNEG的负电压，并经第一分压电阻Rf1产生一个介于负载输出端VNEG的负电压和第一参考端VREF1的第一参考信号Vref1之间的正向反馈电压Vfb，并且正向反馈电压Vfb与负载输出端VNEG的负电压呈正相关，当负载输出端VNEG的负电压由于负升压变小时，正向反馈电压Vfb也变小，当由于负升压不足而使得负载输出端VNEG的负电压增大时，正向反馈电压Vfb也增大。

本实用新型实施例提供的负升压DC-DC转换器，有别于市面上已有的各种负升压DC-DC产品，没有采用常规的电流模/电压模控制模式，通过输出端反馈模块可以实现采用COT控制电路控制负升压电路的功率管的导通时间和关断时间，使得负升压DC-DC转换器既可以做到电压控制模式的简洁度，同时还能具备电流摸控制方式的良好动态特性。

可选的，图2是本实用新型实施例提供的又一种负升压DC-DC转换器的结构示意图。参考图2，负升压DC-DC转换器还包括：纹波注入模块110和纹波补偿模块120；输出端反馈模块20的输出端22通过纹波注入模块110和纹波补偿模块120与COT控制电路30的输入端31电连接。纹波注入模块110包括第一纹波电容CW1、第二纹波电容CW2、第一纹波电阻RW1和第二纹波电阻RW2；纹波补偿模块120包括双差分输入运算放大器DDA。

继续参考图2，第一纹波电容CW1的第一端和第二纹波电容CW2的第一端均与负载输出端VNEG电连接；第一纹波电阻RW1的第一端与开关节点SW电连接；第二纹波电容CW2的第二端和第二纹波电阻RW2的第一端均与双差分输入运算放大器DDA的第一反向输入端电连接；第一纹波电容CW1的第二端、第一纹波电阻RW1的第二端和第二纹波电阻RW2的第二端均与双差分输入运算放大器DDA的第一正向输入端电连接；双差分输入运算放大器DDA的第二正向输入端与输出端反馈模块20的输出端22电连接；双差分输入运算放大器DDA的第二反向输入端和双差分输入运算放大器的输出端均与COT控制电路30的输入端31电连接。

示例性的，纹波注入模块110中第二纹波电容CW2的第二端和第二纹波电阻RW2的第一端之间的连接节点可产生一个直流电平CSN，第一纹波电容CW1的第二端、第一纹波电阻RW1的第二端和第二纹波电阻RW2的第二端之间的连接节点可产生一个与电感L的电流同相位的电压信号CSP；通过双差分输入运算放大器DDA实现纹波补偿，纹波补偿后产生补偿电压信号Vcmps，补偿电压信号Vcmps也可以表示负载输出端VNEG的负电压的负升压情况，正向反馈电压Vfb与负载输出端VNEG的负电压呈正相关时，正向反馈电压Vfb纹波补偿后产生的补偿电压信号Vcmps也与负载输出端VNEG的负电压呈正相关。COT控制电路30可以根据补偿电压信号Vcmps和计时模块40控制功率管M1的导通时间和关断时间，如此，可使得负载输出端VNEG的负电压的纹波变化与电感L的电流同步，避免负升压DC-DC转换器的负载较小时引起的负载输出端VNEG的负电压的纹波变化滞后于电感L的电流的情况，出现周期性振荡的现象，提高负升压DC-DC转换器的稳定性。

可选的，图3是本实用新型实施例提供的又一种负升压DC-DC转换器的结构示意图。参考图3，COT控制电路30还包括比较模块50、逻辑模块60和功率驱动模块70；计时模块40包括最小关断计时模块410和导通计时模块420。比较模块50的输入端51与输出端反馈模块20的输出端22电连接，比较模块50的输出端52与逻辑模块60的第一输入端61电连接；最小关断计时模块410的输出端42与逻辑模块60的第二输入端62电连接；导通计时模块420的输出端44与逻辑模块60的第三输入端63电连接；逻辑模块60的第一输出端64与功率驱动模块70的控制端71电连接；逻辑模块60的第二输出端65与功率驱动模块70的输入端72电连接；功率驱动模块70的输出端73与功率管M1的控制端电连接；逻辑模块60的第三输出端66与最小关断计时模块410的输入端41电连接；逻辑模块60的第四输出端67与导通计时模块420的输入端43电连接。

其中，功率驱动模块70用于放大或转换逻辑模块60的第二输出端65的信号，以驱动负升压电路10中的驱动管M1，逻辑模块60的第一输入端61的信号用于控制功率驱动模块70的导通或关闭。其中，逻辑模块60的第二输出端65的信号为0时，功率驱动模块70的输出端72输出的信号可以是较高电位的信号，或者也可以是较低电位的信号；逻辑模块60的第二输出端65的信号为1时，功率驱动模块70的输出端72输出的信号可以是较低电位的信号，或者也可以是较高电位的信号，本实施例不做限定。

示例性的，比较模块50包括比较器501，比较器501的正向输入端接收正向反馈电压Vfb或补偿电压信号Vcmps,比较器501反向输入端与第三参考端VREF3电连接，接收第三参考信号Vref3，比较器501可以将正向反馈电压Vfb或补偿电压信号Vcmps与第三参考信号Vref3比较，生成一个使能信号。当负载输出端VNEG的负电压负升压至预设值时，负载输出端VNEG的负电压较小，正向反馈电压Vfb和补偿电压信号Vcmps也较小，小于第三参考信号Vref3，此时，比较器501输出的使能信号为0；当负载输出端VNEG的负电压未负升压至预设值时，负载输出端VNEG的负电压较大，正向反馈电压Vfb和补偿电压信号Vcmps也较大，大于第三参考信号Vref3，此时，比较器501输出的使能信号为1。最小关断计时模块410在功率管M1关断后开始计时，并在计时结束后输出最小关断时间控制信号Voff，在负升压DC-DC转换器通电的初始阶段，功率管M1处于关断状态，在负升压DC-DC转换器通电时，最小关断计时模块410开始计时。导通计时模块420在功率管M1导通后开始计时，并在计时结束后输出导通时间控制信号Von。逻辑模块60可以根据比较器501输出的使能信号和最小关断计时模块410的输出信号，或者根据比较器501输出的使能信号和导通计时模块420的输出信号相应的信号至功率驱动模块70，进而控制功率管M1的导通或断开。

可选的，继续参考图3，逻辑模块60包括第一RS触发器201、第二RS触发器202、第一与门AND1、第二与门AND2、第一或门OR1、第二或门OR2、第一或非门NOR1和第一非门NOT1。第一RS触发器201的置位端与第一与门ANDQ的输出端电连接，第一RS触发器201的复位端与导通计时模块420的输出端电连接，第一RS触发器201的输出端与功率驱动模块70的控制端71电连接；最小关断计时模块410的输出端42和第一RS触发器201的输出端均与第一或门OR1的输入端电连接，比较模块50的输出端52和第一或门OR1的输出端均与第一与门AND1的输入端电连接；第一或门OR1的输出端与第一非门NOT1的输入端电连接，第一或门OR1的输出端和第一RS触发器201的输出端与第二与门AND2的输入端电连接；第二RS触发器202的置位端与第一非门NOT1的输出端电连接,第二RS触发器202的复位端与第二与门AND2的输出端电连接,第二RS触发器202的输出端与功率驱动模块70的输入端72电连接；第一RS触发器201的输出端和第二RS触发器202的输出端与第一或非门NOR1的输入端电连接,第一非门NOT1的输出端和第一或非门NOR1的输出端与第二或门OR2的输入端电连接；第一RS触发器201的输出端与最小关断计时模块410的输入端41电连接,第二或门OR2的输出端与导通计时模块420的输入端43电连接。

示例性的，以低电平为0，高电平为1举例说明。在负升压DC-DC转换器通电的初始阶段，最小关断计时模块410开始计时，第一RS触发器201的输出端为0，负载输出端VNEG的负电压未负升压至预设值,比较器501输出的使能信号为1；在最小关断计时模块410计时结束前，最小关断计时模块410输出的最小关断时间控制信号Voff为0，第一或门OR1的输出端为0，第一与门AND1的输出端也为0，第一RS触发器201的置位端为0，第一RS触发器201输出的控制信号Vpwm为0。

在最小关断计时模块410计时满足最小关断时间Min Toff，计时结束时，最小关断时间控制信号Voff为1，若负载输出端VNEG的负电压仍未负升压至预设值，比较器501输出的使能信号仍为1，第一与门AND1的输出端为1，第一RS触发器201的置位端为1，第一RS触发器201输出的控制信号Vpwm为1，功率驱动模块70导通，进而驱动管M1导通。最小关断计时模块410停止工作，第一或非门NOR1和第一非门NOT1的输出端均为0，第二或门OR2的输出端为0，导通计时模块420开始计时。功率管M1在最小关断计时模块410计时满足最小关断时间Min Toff后即导通，在负载输出端VNEG的负电压较大时，此时负载输出端VNEG的负电压的绝对值较小，缩短了功率管M1的关断时间，增加了功率管M1的导通时间。

若最小关断计时模块410计时满足最小关断时间Min Toff，计时结束时，负载输出端VNEG的负电压仍已负升压至预设值，比较器501输出的使能信号为0，第一与门AND1的输出端为0，功率管M1在最小关断计时模块410计时满足最小关断时间Min Toff后仍继续关断，功率管M1的关断时间大于最小关断时间Min Toff。在最小关断计时模块410计时满足最小关断时间Min Toff后且功率管M1仍关断时，最小关断时间控制信号Voff保持为1。由于负载耗电，负载输出端VNEG的负电压逐渐被拉回0V，负载输出端VNEG的负电压增大至一定值时，比较器501输出的使能信号为1，此时第一RS触发器201的置位端为1，第一RS触发器201输出的控制信号Vpwm为1，功率驱动模块70导通，进而驱动管M1导通，最小关断计时模块410停止工作，导通计时模块420开始计时。在负载输出端VNEG的负电压较小时，此时负载输出端VNEG的负电压的绝对值较大，增加了功率管M1的关断时间，减小了功率管M1的导通时间。

在导通计时模块420计时结束后，导通计时模块420输出的导通时间控制信号Von为1，第一RS触发器201的复位端为1，第一RS触发器201的输出端为0，功率驱动模块70关断，功率管M1关断，第一非门NOT1的输出端为1，第一或门OR1的输出端为0，第二与门AND2的输出端为0，第二RS触发器202的置位端为1，第二RS触发器202的输出端为1，第二或门OR2的输出端为1，导通计时模块420停止工作，最小关断计时模块410开始工作，进入了下一个周期，使得功率管M1循环往复导通和关断。其中，在最小关断计时模块410的计时过程中，最小关断时间控制信号Voff始终为0，可以保证第一RS触发器201输出的控制信号Vpwm始终为0，功率驱动模块70一直处于关断状态，即功率管M1一直处于关断状态。

逻辑模块60可以基于比较模块50输出的使能信号，最小关断时间控制信号Voff，自调节驱动管M1的关断时间，使得驱动管M1的导通时间和负升压DC-DC转换器的占空比呈正相关，驱动管M1的导通时间实际上是随着负升压DC-DC转换器的占空比的增大而逐渐增大的，而驱动管M1的关断时间则随着负升压DC-DC转换器的占空比的增大而逐渐减小，从而使得工作频率始终能维持相对恒定，并且在电感L和电容C的作用下通过反馈实现负载输出端VNEG的负电压的稳定。

可选的，图4是本实用新型实施例提供的一种导通计时模块的结构示意图。参考图4，导通计时模块420包括充电电流产生单元01、电流镜单元02、充电单元03、导通时间生成单元04、参考电压生成单元05和第一开关06。充电电流产生单元01的输入端011与电源输入端VIN电连接；充电电流产生单元01的输出端012与电流镜单元02的输入端021电连接；电流镜单元02的输出端022与充电单元03的输入端031电连接；充电单元03的输出端032与导通时间生成单元04的第一输入端041电连接；参考电压生成单元05的输入端051与负载输出端VNEG电连接；参考电压生成单元05的输出端052与导通时间生成单元04的第二输入端042电连接；导通时间生成单元04的输出端043与逻辑模块60的第三输入端63电连接；第一开关06的第一端061与导通时间生成单元04的第一输入端041电连接；第一开关06的第二端062接地；第一开关06的控制端063与逻辑模块60的第四输出端67电连接。

具体的，导通计时模块420，可接收负升压DC-DC转换器的电源输入端VIN与负载输出端VNEG的电信号，并生成导通时间控制信号Von，使得导通时间的取值不再为常量，负升压DC-DC转换器的导通时间可以根据电源输入端VIN与负载输出端VNEG的电信号的变化进行调节，抵消了负升压DC-DC转换器的占空比的影响，驱动管M1的工作频率稳定、单一，电磁干扰集中，更加便于后续处理。

可选的，继续参考图4，充电电流产生单元01包括第三分压电阻Rf3、第四分压电阻Rf4、运算放大器101、第一晶体管T1和限流电阻R0。第三分压电阻Rf3的第一端与电源输入端VIN电连接；第三分压电阻Rf3的第二端和第四分压电阻Rf4的第一端均与运算放大器101的正向输入端电连接；第四分压电阻Rf4的第二端接地；运算放大器101的反向输入端与限流电阻R0的第一端电连接；运算放大器101的输出端与第一晶体管T1的栅极电连接；第一晶体管T1的第一极与电流镜单元的输入端电连接；第一晶体管T1的第二极与限流电阻R0的第一端电连接；限流电阻R0的第二端接地。

可选的，继续参考图4，电流镜单元02包括固定电位端VINT、第一P型晶体管T2、第二P型晶体管T3；固定电位端VINT的电压值大于零；第一P型晶体管T2的第一极和第二P型晶体管T3的第一极均与固定电位端VINT电连接；第一P型晶体管T2的第二极与充电电流产生单元01的输出端012电连接；第一P型晶体管T2的第二极同时与第一P型晶体管T2的栅极和第二P型晶体管T3的栅极电连接；第二P型晶体管T3的第二极与充电单元03的输入端031电连接。

可选的，继续参考图4，导通时间生成单元04包括导通比较器401；导通比较器401的正向输入端与充电单元03的输出端032电连接；导通比较器401的反向输入端与参考电压生成单元05的输出端052电连接；导通比较器401的输出端与逻辑模块60的第三输入端63电连接。

可选的，继续参考图4，参考电压生成单元05包括第五分压电阻Rf5、第六分压电阻Rf6、第二参考端VFEF2和第二滤波电容Cref2；第五分压电阻Rf5的电阻值大于第六分压电阻Rf6的电阻值；第五分压电阻Rf5的第一端与负载输出端VNEG电连接；第五分压电阻Rf5的第二端和第六分压电阻Rf6的第一端均与导通时间生成单元04的第二输入端042电连接；第六分压电阻Rf6的第二端和第二滤波电容Cref2的第一端均与第二参考端VFEF2电连接；第二滤波电容Cref2的第二端接地；第二参考端VFEF2用于接收第二参考信号Vref2；第二参考信号Vref2的电压值大于零。

在一可选的实施例中，充电单元03包括充电电容C1，充电电容C1的第一端分别与电流镜单元02的输出端022和导通时间生成单元04的第一输入端电连接，充电电容C1的第二端接地。

示例性的，充电电流产生单元301用于产生一个与输入电压VIN成反比的充电电流，然后通过电流镜单元02与充电单元03连接，生成一个计时电压VC1。第一开关06用于在其控制端063接收到高电平信号1时，控制充电电容C1放电，导通时间生成单元04不生成导通时间，即导通计时模块420不工作；在其控制端063接收到低电平信号0时，控制充电电容C1充电，导通时间生成单元04生成导通时间，即导通计时模块420开始计时。固定电位端VINT可以是由于负升压DC-DC转换器电连接的直流电源引出的端口，与电源输入端VIN不同，电源输入端VIN的电位可能受负载影响发生波动，而固定电位端VINT的电位不会发生波动。充电电流产生单元301产生一个与输入电压VIN反相关的充电电流，充电电流由固定电位端VINT的电位为转换，充电电流经过充电电容C1后对充电电容C1实现缓慢的充电过程，并基于充电电容C1的缓慢充电过程实现计时并生成计时电压VC1，同时参考电压生成单元05也相应产生一个与负载输出端VNEG的负电压正相关的参考电压Vref5，当充电电容C1的第一端的极板上的计时电压VC1缓慢升高到参考电压VREF5时，比较器401的输出会发生翻转，从而使得导通计时模块420完成计时。

通过对导通计时模块420的改进，可以根据负升压DC-DC转换器的占空比的大小来动态调节导通时间，使得在占空比较大时，自动增加导通时间，同时相应降低关断时间，防止破坏反馈电压的原始控制逻辑；而在占空比较小时，自动降低导通时间，同时相应增加关断时间，防止噪声或干扰等的影响使得负升压DC-DC转换器的频率不够稳定，从而防止升压DC-DC转换器的功率异常升高。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种负升压DC-DC转换器，其特征在于，包括：负升压电路、输出端反馈模块和COT控制电路；所述COT控制电路包括计时模块；

所述负升压电路包括电源输入端、功率管、电感、电容、二极管和负载输出端；所述功率管的第一端与所述电源输入端电连接；所述功率管的第二端、所述二极管的阴极和所述电感的第一端电连接于开关节点；所述二极管的阳极和所述电容的第一端均与所述负载输出端电连接；所述电感的第二端和所述电容的第二端均接地；

所述输出端反馈模块的输入端与所述负载输出端电连接；所述输出端反馈模块的输出端与所述COT控制电路的输入端电连接；所述COT控制电路的输出端与所述功率管的控制端电连接；

所述负升压电路用于将所述电源输入端的正电压转换为所述负载输出端的负电压；所述输出端反馈模块用于将所述负载输出端的负电压转换为正向反馈电压；所述COT控制电路用于根据所述正向反馈电压和所述计时模块，控制所述功率管导通或关断。

2.根据权利要求1所述的负升压DC-DC转换器，其特征在于，所述输出端反馈模块包括第一分压电阻、第二分压电阻、第一参考端和第一滤波电容；所述第一分压电阻的电阻值大于所述第二分压电阻的电阻值；

所述第一分压电阻的第一端与所述负载输出端电连接；所述第一分压电阻的第二端和所述第二分压电阻的第一端均与所述COT控制电路的输入端电连接；所述第二分压电阻的第二端和所述第一滤波电容的第一端均与所述第一参考端电连接；所述第一滤波电容的第二端接地；

所述第一参考端用于接收第一参考信号；所述第一参考信号的电压值大于零。

3.根据权利要求1所述的负升压DC-DC转换器，其特征在于，还包括：纹波注入模块和纹波补偿模块；所述输出端反馈模块的输出端通过所述纹波注入模块和所述纹波补偿模块与所述COT控制电路的输入端电连接；

所述纹波注入模块包括第一纹波电容、第二纹波电容、第一纹波电阻和第二纹波电阻；所述纹波补偿模块包括双差分输入运算放大器；

所述第一纹波电容的第一端和所述第二纹波电容的第一端均与所述负载输出端电连接；所述第一纹波电阻的第一端与所述开关节点电连接；

所述第二纹波电容的第二端和所述第二纹波电阻的第一端均与所述双差分输入运算放大器的第一反向输入端电连接；

所述第一纹波电容的第二端、所述第一纹波电阻的第二端和所述第二纹波电阻的第二端均与所述双差分输入运算放大器的第一正向输入端电连接；

所述双差分输入运算放大器的第二正向输入端与所述输出端反馈模块的输出端电连接；所述双差分输入运算放大器的第二反向输入端和所述双差分输入运算放大器的输出端均与所述COT控制电路的输入端电连接。

4.根据权利要求1所述的负升压DC-DC转换器，其特征在于，所述COT控制电路还包括比较模块、逻辑模块和功率驱动模块；所述计时模块包括最小关断计时模块和导通计时模块；

所述比较模块的输入端与所述输出端反馈模块的输出端电连接，所述比较模块的输出端与所述逻辑模块的第一输入端电连接；所述最小关断计时模块的输出端与所述逻辑模块的第二输入端电连接；所述导通计时模块的输出端与所述逻辑模块的第三输入端电连接；

所述逻辑模块的第一输出端与所述功率驱动模块的控制端电连接；所述逻辑模块的第二输出端与所述功率驱动模块的输入端电连接；所述功率驱动模块的输出端与所述功率管的控制端电连接；所述逻辑模块的第三输出端与所述最小关断计时模块的输入端电连接；所述逻辑模块的第四输出端与所述导通计时模块的输入端电连接。

5.根据权利要求4所述的负升压DC-DC转换器，其特征在于，所述逻辑模块包括第一RS触发器、第二RS触发器、第一与门、第二与门、第一或门、第二或门、第一或非门和第一非门；

所述第一RS触发器的置位端与所述第一与门的输出端电连接；所述第一RS触发器的复位端与所述导通计时模块的输出端电连接；所述第一RS触发器的输出端与所述功率驱动模块的控制端电连接；

所述最小关断计时模块的输出端和所述第一RS触发器的输出端均与所述第一或门的输入端电连接；所述比较模块的输出端和所述第一或门的输出端均与所述第一与门的输入端电连接；

所述第一或门的输出端与所述第一非门的输入端电连接；所述第一或门的输出端和所述第一RS触发器的输出端与所述第二与门的输入端电连接；

所述第二RS触发器的置位端与所述第一非门的输出端电连接；所述第二RS触发器的复位端与所述第二与门的输出端电连接；所述第二RS触发器的输出端与所述功率驱动模块的输入端电连接；

所述第一RS触发器的输出端和所述第二RS触发器的输出端与所述第一或非门的输入端电连接；所述第一非门的输出端和所述第一或非门的输出端与第二或门的输入端电连接；

所述第一RS触发器的输出端与所述最小关断计时模块的输入端电连接；所述第二或门的输出端与所述导通计时模块的输入端电连接。

6.根据权利要求5所述的负升压DC-DC转换器，其特征在于，所述导通计时模块包括充电电流产生单元、电流镜单元、充电单元、导通时间生成单元、参考电压生成单元和第一开关；

所述充电电流产生单元的输入端与所述电源输入端电连接；所述充电电流产生单元的输出端与所述电流镜单元的输入端电连接；所述电流镜单元的输出端与所述充电单元的输入端电连接；所述充电单元的输出端与所述导通时间生成单元的第一输入端电连接；

所述参考电压生成单元的输入端与所述负载输出端电连接；所述参考电压生成单元的输出端与所述导通时间生成单元的第二输入端电连接；

所述导通时间生成单元的输出端与所述逻辑模块的第三输入端电连接；

所述第一开关的第一端与所述导通时间生成单元的第一输入端电连接；所述第一开关的第二端接地；所述第一开关的控制端与所述逻辑模块的第四输出端电连接。

7.根据权利要求6所述的负升压DC-DC转换器，其特征在于，所述充电电流产生单元包括第三分压电阻、第四分压电阻、运算放大器、第一晶体管和限流电阻；

第三分压电阻的第一端与所述电源输入端电连接；所述第三分压电阻的第二端和所述第四分压电阻的第一端均与所述运算放大器的正向输入端电连接；所述第四分压电阻的第二端接地；所述运算放大器的反向输入端与所述限流电阻的第一端电连接；所述运算放大器的输出端与所述第一晶体管的栅极电连接；所述第一晶体管的第一极与所述电流镜单元的输入端电连接；所述第一晶体管的第二极与所述限流电阻的第一端电连接；所述限流电阻的第二端接地。

8.根据权利要求6所述的负升压DC-DC转换器，其特征在于，所述电流镜单元包括固定电位端、第一P型晶体管、第二P型晶体管；所述固定电位端的电压值大于零；

所述第一P型晶体管的第一极和所述第二P型晶体管的第一极均与所述固定电位端电连接；

所述第一P型晶体管的第二极与所述充电电流产生单元的输出端电连接；所述第一P型晶体管的第二极同时与所述第一P型晶体管的栅极和所述第二P型晶体管的栅极电连接；所述第二P型晶体管的第二极与所述充电单元的输入端电连接。

9.根据权利要求6所述的负升压DC-DC转换器，其特征在于，所述导通时间生成单元包括导通比较器；

所述导通比较器的正向输入端与所述充电单元的输出端电连接；所述导通比较器的反向输入端与所述参考电压生成单元的输出端电连接；所述导通比较器的输出端与所述逻辑模块的第三输入端电连接。

10.根据权利要求6所述的负升压DC-DC转换器，其特征在于，所述参考电压生成单元包括第五分压电阻、第六分压电阻、第二参考端和第二滤波电容；所述第五分压电阻的电阻值大于所述第六分压电阻的电阻值；

所述第五分压电阻的第一端与所述负载输出端电连接；所述第五分压电阻的第二端和所述第六分压电阻的第一端均与所述导通时间生成单元的第二输入端电连接；所述第六分压电阻的第二端和所述第二滤波电容的第一端均与所述第二参考端电连接；所述第二滤波电容的第二端接地；

所述第二参考端用于接收第二参考信号；所述第二参考信号的电压值大于零。