[发明专利]一种单片高频DC－DC转换器

权利要求书

1.一种单片高频DC-DC转换器，包括控制模块、占空比调制模块、死区控制模块、驱动电路模块及开关管、电流检测模块、保护电路模块、波形发生器模块、软启动模块、偏置网络模块和参考电压模块，其中，保护电路模块的输出信号输入到驱动电路模块的输入端，软启动模块的输入端为使能端(EN)，其输出端连接参考电压模块的输入端，参考电压模块输出的参考电压V_ref连接至控制模块以及偏置网络模块提供参考电压，偏置网络模块的输出偏置电压和电流分别输入到控制模块、占空比调制模块、电流检测模块和波形发生器模块，为各模块提供稳定的偏置电压和电流，其特征是，所述控制模块为由滑动模式电压控制模块和电流模式控制模块组成的级联的控制电路，该控制电路的外环为滑动模式电压控制，内环为电流模式控制；所述外环为来自外接元件和负载等效电路的一组状态变量：电流信号i_c、电压信号Kv_o和负载电流变化率di_Load/dt输入到滑动模式电压控制模块，滑动模式电压控制模块输出控制信号v_c1至电流模式控制模块的输入，或等效输出控制信号到占空比调制模块并通过其输出等效控制信号u_eq；所述内环为电流检测模块的输出电流信号i_MP与控制信号v_c1输入到电流模式控制模块；所述驱动电路模块由驱动电路P模块和驱动电路N模块组成，波形发生器模块输出的类三角波信号与电流模式控制模块输出的控制信号分别输入到占空比调制模块，占空比调制模块输出的PWM控制信号通过死区控制模块产生两路控制信号，分别通过驱动电路P模块和驱动电路N模块输入到第一开关管(MP)和第二开关管(MN)的栅极，输入电压v_in输入到第一开关管(MP)的源极，第一、第二开关管(MP、MN)的漏极连接外接元件和负载的等效电路，第二开关管(MN)的源极接地(GND)，第一开关管(MP)的漏极连接电流检测电路的输入端。

2.根据权利要求1所述的单片高频DC-DC转换器，其特征是，所述滑动模式电压控制模块包括第2比例电路(K_C2)，其输入为参考电压V_ref与电压信号Kv_o相减得到差信号x₁，输出信号为K_C2x₁；第1比例电路(-K_C1)的输入为电流信号i_c，输出信号为-K_C1i_c；第3比例电路(K_C3)的输入为电压信号Kv_o，输出信号为K_C3Kv_o；第4比例电路(K_C4)的输入为负载电流变化率di_Load/dt，输出信号为K_C4di_Load/dt；所述输出信号-K_C1i_c、K_C2x₁、K_C3Kv_o、K_C4di_Load/dt相加输出控制信号v_c1；所述电流模式控制模块包括电压/电流转换电路和PI补偿电路，其电压/电流转换电路的输入连接控制信号v_c1，输出电流信号i_ref，其与电流检测模块输出的电流信号i_MP的差输入到PI补偿电路，PI补偿电路的输出连接到占空比调制模块。

3.根据权利要求1或2所述的单片高频DC-DC转换器，其特征是，波形发生器模块的一个输入端为连接外接元件和负载等效电路的分压电压信号v_C2，另两个输入端为工作模式第1、第2选择输入端(SEL1、SEL2)，其中第1选择输入端(SEL1)还连接到驱动电路P模块和驱动电路N模块的一个输入端。

4.根据权利要求3所述的单片高频DC-DC转换器，其特征是，波形发生器模块由五个单级压控环形振荡器VCO级联而成，通过工作模式选择输入端来控制输出频率，所述单级压控环形振荡器VCO包括，第3、第4MOS管(M_osc3、M_osc4)为交叉耦合结构，第5、第6MOS管(M_osc5、M_osc6)为二极管的连接形式，第3、第5MOS管(M_osc3、M_osc5)和第4、第6MOS管(M_osc4、M_osc6)的漏极分别连到振荡器的本级输出和第1、第2MOS管(M_osc1、M_osc2)的漏极；工作模式第1、第2选择输入端(SEL1、SEL2)输入到第12、第11MOS管(M_osc12、M_osc11)的栅极，通过折叠形式的电流镜控制第1、第2MOS管(M_osc1、M_osc2)和第3、第4MOS管(M_osc3、M_osc4)的尾电流；第9、第10MOS管(M_osc9、M_osc10)以二极管连接形式连到第12、第11MOS管(M_osc12、M_osc11)的漏极，同时第7、第9、第8、第10MOS管(M_osc7、M_osc9、M_osc8、M_osc10)组成电流镜电流比均为K_osc，电流源(I_oscbia)连到第12、第11MOS管(M_osc12、M_osc11)的源极和电源电压(VDD)之间，来自外接元件和负载等效电路的分压电压信号v_C2控制电流源(I_oscbia)的电流调节振荡器的输出波形摆幅。