ITVA20080039A1 - Generatore di una rampa di tensione a gradini - Google Patents

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ITVA20080039A1
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IT
Italy
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generator
switch
storage capacitor
diode
voltage ramp
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IT000039A
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Inventor
Diego Armaroli
Davide Betta
Marco Ferrari
Roberto Trabattoni
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St Microelectronics Srl
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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K4/00—Generating pulses having essentially a finite slope or stepped portions
    • H03K4/02—Generating pulses having essentially a finite slope or stepped portions having stepped portions, e.g. staircase waveform
    • H03K4/023—Generating pulses having essentially a finite slope or stepped portions having stepped portions, e.g. staircase waveform by repetitive charge or discharge of a capacitor, analogue generators

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  • Control Of Stepping Motors (AREA)
  • Moving Of Head For Track Selection And Changing (AREA)
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Description

DESCRIZIONE
Questa invenzione concerne in generale i convertitori di tensione DC-DC e pi? in particolare un circuito di soft-start per un convertitore, che genera una rampa di tensione con una desiderata pendenza media.
Un tipico convertitore DC-DC ? mostrato in Figura 1. Quando esso viene acceso, la tensione di uscita VOUT sul condensatore di tenuta Cout ? praticamente nulla. Il generatore di segnali di pilotaggio PWM (PWM GENERATOR) dello stadio a semi-ponte mantiene in saturazione l'interruttore high-side del semi-ponte finch? un segnale di errore VERROR, che ? sostanzialmente la differenza filtrata passa-basso tra una tensione di riferimento VREF e una replica scalata della tensione di uscita VOUT, non si riduce.
Il condensatore di accumulo Cout viene caricato attraverso l'induttanza Lout, che ? inizialmente scarica, per cui si verifica una sovraelongazione ("overshoot") non controllata della corrente nell'induttore Lout e una conseguente sovraelongazione ("overshoot") non controllata della tensione di uscita VOUT rispetto al valore di regolazione prestabilito, determinato dalla tensione VREF.
Il primo effetto potrebbe causare la violazione di eventuali specifiche di massima corrente assorbita dalla linea VIN oppure di limiti di dissipazione di potenza nell'interruttore high-side del semi-ponte. Il secondo effetto potrebbe causare danni ai circuiti alimentati dal regolatore.
Per evitare ci?, i regolatori DC-DC includono un circuito detto di "softstart", come mostrato in Figura 1, che pilota la tensione VERROR con una rampa a pendenza prestabilita. Una possibile forma di realizzazione del circuito di soft-start di Figura 1 ? mostrata in Figura 2. Una rampa di tensione generata dal generatore RAMP GENERATOR ? fornita ad un amplificatore operazionale di aggancio ("clamp"), che fa crescere gradualmente la tensione di errore VERROR. Cos? il duty-cycle del segnale PWM di pilotaggio dell'interruttore high-side ? incrementato gradualmente e quindi si riduce la sovraelongazione della corrente nell'induttore Lout e della tensione sul condensatore Cout.
La pendenza della rampa ? scelta in funzione delle caratteristiche del regolatore e della massima corrente desiderata durante la fase di soft-start.
Tipicamente, la rampa di tensione viene generata iniettando una corrente costante su una capacit? di accumulo. La pendenza richiesta ? generalmente nell'ordine di 1V/msec ed ? quindi difficilmente realizzabile con un circuito di semplice realizzazione e totalmente integrato.
Il brevetto statunitense US 5,917,313 divulga un generatore di una rampa di tensione a gradini basato su un circuito a capacit? commutata.
Il brevetto statunitense US 6,316,926 divulga un circuito di soft-start digitale di un convertitore DC-DC.
? stato trovato un generatore di una rampa di tensione a gradini avente un'architettura molto semplice da realizzare, interamente integrabile su un'area di silicio ridotta.
Il generatore proposto comprende sostanzialmente un condensatore di accumulo su cui ? resa disponibile la rampa di tensione, accoppiato ad una linea di alimentazione tramite un transistore collegato a specchio di corrente con un altro transistore connesso a diodo e polarizzato con una certa corrente. Il transistore connesso a diodo dello specchio di corrente ? elettricamente in parallelo ad un interruttore di by-pass comandato da un segnale PWM di temporizzazione esternamente generato.
Quando l'interruttore di by-pass ? aperto, la corrente di polarizzazione viene specchiata e iniettata nel condensatore di accumulo, che si carica; quando invece l'interruttore di by-pass ? chiuso, lo specchio di corrente ? bypassato e la tensione sul condensatore di accumulo resta costante. Di conseguenza, aggiustando il duty-cycle del segnale PWM di temporizzazione esternamente generato si pu? regolare la pendenza media della rampa di tensione generata.
Il generatore proposto ? definito nelle annesse rivendicazioni.
La Figura 1 mostra un'architettura tipica di un convertitore DC-DC. La Figura 2 mostra un tipico circuito di "soft-start" comprendente un generatore di rampa di tensione collegato ad un circuito di "clamp".
La Figura 3 mostra una forma di realizzazione esemplificativa del generatore di rampa di tensione a gradini dell'invenzione.
La Figura 4 ? una rappresentazione grafica temporale dei principali segnali del generatore di Figura 3.
La Figura 5 mostra un circuito digitale con ritardo aggiustabile per generare un segnale PWM con un certo duty-cycle a partire da un segnale PWM con duty-cycle del 50%.
Una forma di realizzazione esemplificativa del generatore di rampa di tensione proposto ? mostrata in Figura 3. Il condensatore di accumulo Cramp ? collegato ad una linea a tensione di alimentazione tramite un interruttore, che forma uno specchio di corrente con un transistore connesso a diodo. Un interruttore di by-pass ? collegato elettricamente in parallelo al transistore d'ingresso dello specchio di corrente, cos? che quest'ultimo ? cortocircuitato o meno a seconda dello stato logico del segnale PWM di temporizzazione Ck.
Quando l'interruttore di by-pass ? spento, lo specchio di corrente specchia una corrente di polarizzazione Iramp nel condensatore di accumulo Cramp. Quando l'interruttore di by-pass ? in conduzione, lo specchio di corrente non ? percorso da alcuna corrente e il condensatore di accumulo Cramp non ? attraversato da corrente.
La rappresentazione grafica di Figura 4 dei principali segnali del generatore di Figura 3 illustra come funziona il generatore dell'invenzione. L'ampiezza dei gradini di tensione Vstep dipende dalla capacit? Cramp, dalla corrente n*Iramp erogata dallo specchio di corrente, in cui n ? il rapporto di specchiatura, e dalla durata Ton degli intervalli di spegnimento dell'interruttore di by-pass secondo la seguente formula:
Il generatore proposto non necessita di alcun convertitore digitaleanalogico ed ? molto semplice da realizzare perch? ? sostanzialmente costituito da uno specchio di corrente, un condensatore e un interruttore. Questa soluzione ? versatile come un'architettura digitale con il vantaggio di poter realizzare step molto piccoli senza un hardware complicato come un DAC ad alta risoluzione.
Opzionalmente, il generatore pu? essere fornito di un interruttore di scarica del condensatore di accumulo, mostrato in Figura 3, per scaricare completamente il condensatore prima di generare una nuova rampa di tensione.
Un circuito logico per generare un segnale PWM di temporizzazione Ck con duty-cycle qualsiasi a partire da un segnale di clock Ckin con dutycycle del 50% ? mostrato in Figura 5. Il circuito logico ? composto da una porta NOT una porta AND e da un blocco di ritardo regolabile che determina la durata Ton della fase attiva del segnale Ck.
Il generatore dell'invenzione pu? essere realizzato in tecnologia MOS o BJT.
Nell'esempio di Figura 3 lo specchio di corrente ? costituito da MOSFET a canale N, ma ? possibile usare MOSFET a canale P invertendo il segno della tensione di alimentazione Vcc e la polarit? del segnale Ck.

Claims (6)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Generatore di una rampa di tensione a gradini (Vramp), comprendente: un condensatore di accumulo (Cramp), un cui terminale ? posto ad un potenziale di riferimento, su cui si produce detta rampa di tensione (Vramp), un interruttore collegante detto condensatore di accumulo ad una linea di alimentazione, caratterizzato dal fatto che comprende inoltre un transistore connesso a diodo, polarizzato con una certa corrente di polarizzazione (Iramp) e collegato con detto primo interruttore a formare uno specchio di corrente; un interruttore di by-pass elettricamente in parallelo a detto transistore connesso a diodo, comandato da un segnale PWM di temporizzazione (Ck) il cui duty-cycle determina la pendenza media di detta rampa di tensione (Vramp) generata.
  2. 2. Il generatore della rivendicazione 1, comprendente inoltre un interruttore di scarica di detto condensatore di accumulo collegato elettricamente in parallelo ad esso e comandato da un segnale di scarica (Reset).
  3. 3. Il generatore della rivendicazione 1, completamente integrato su un chip a semiconduttore.
  4. 4. Il generatore della rivendicazione 3, in cui detto transistore connesso a diodo e detto primo interruttore sono MOSFET a canale N.
  5. 5. Il generatore della rivendicazione 3, in cui detto transistore connesso a diodo e detto primo interruttore sono MOSFET a canale P.
  6. 6. Il generatore della rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che un circuito logico comprendente una porta NOT, una porta AND e un circuito di ritardo aggiustabile per generare detto segnale PWM di temporizzazione (Ck) a partire da un clock di sistema (CKin), ? co-integrato sul chip a semiconduttore.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102790525B (zh) * 2012-07-19 2015-01-07 电子科技大学 用于boost变换器中的脉宽控制电路
US10530352B1 (en) * 2018-09-27 2020-01-07 Infineon Technologies Austria Ag Power transition filtering with pulse modulated control

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4078252A (en) * 1975-08-07 1978-03-07 Signetics Corporation Ramp generator
EP0562452A1 (en) * 1992-03-26 1993-09-29 INDUSTRIE MAGNETI MARELLI S.p.A. An interface circuit for generating an analogue signal to control the speed of rotation of a direct-current electric motor, particularly a brushless motor
US5283476A (en) * 1991-08-28 1994-02-01 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Waveform generator
US20060267665A1 (en) * 2005-05-30 2006-11-30 Denso Corporation Signal generator

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1242770A (en) * 1985-08-06 1988-10-04 Mosaid Technologies Inc. Edge programmable timing signal generator
US4812687A (en) * 1988-07-13 1989-03-14 International Business Machines Corporation Dual direction integrating delay circuit
US5130582A (en) * 1989-09-19 1992-07-14 Tdk Corporation Delay circuit which is free from temperature variation, power supply voltage variation and process variation
US5917313A (en) 1997-12-19 1999-06-29 Stmicroelectronics, Inc. DC-to-DC converter with soft-start error amplifier and associated method
US6094077A (en) * 1998-09-18 2000-07-25 Tektronix, Inc. Dynamically controlled timing signal generator
US6316926B1 (en) 2000-05-19 2001-11-13 Stmicroelectronics S.R.L. Switching control circuit
US7746129B2 (en) * 2008-04-04 2010-06-29 Freescale Semiconductor, Inc. Ultra low power servo-controlled single clock ramp generator with amplitude independent to clock frequency

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4078252A (en) * 1975-08-07 1978-03-07 Signetics Corporation Ramp generator
US5283476A (en) * 1991-08-28 1994-02-01 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Waveform generator
EP0562452A1 (en) * 1992-03-26 1993-09-29 INDUSTRIE MAGNETI MARELLI S.p.A. An interface circuit for generating an analogue signal to control the speed of rotation of a direct-current electric motor, particularly a brushless motor
US20060267665A1 (en) * 2005-05-30 2006-11-30 Denso Corporation Signal generator

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LEE C F ET AL: "A Monolithic Current-Mode CMOS DC-DC Converter With On-Chip Current-Sensing Technique", IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, IEEE SERVICE CENTER, PISCATAWAY, NJ, US, vol. 39, no. 1, 1 January 2004 (2004-01-01), pages 3 - 14, XP011105683, ISSN: 0018-9200 *
PO-HUI YANG ET AL: "Low-Voltage Pulsewidth Control Loops for SOC Applications", IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, IEEE SERVICE CENTER, PISCATAWAY, NJ, US, vol. 37, no. 10, 1 October 2002 (2002-10-01), XP011065861, ISSN: 0018-9200 *

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