[实用新型]一种同步峰值电流控制模式脉宽调制DC/DC转换器

说明书

技术领域

本实用新型涉及便携式电子产品的电源，特别是一种同步峰值电流控制模式脉宽调制DC/DC转换器，属于开关电源技术领域。

背景技术

电源是电子产品的一个重要组成部分，电源质量直接影响电子设备的性能。便携式电子产品通常采用电池供电，随着放电的进行，电池电压逐渐降低，电池内阻逐渐增大；一方面，电池开始使用时，端电压较高而电池内阻较小，易造成输出电流大于负载实际需要电流而造成电能的浪费，尤其不利于系统工作时间及待机时间的延长；另一方面，使用一段时间后，端电压降低而电池内阻增大，致使负载变化引起较大的供电电压的变化，又不利于系统维持高性能的工作。为延长电池使用寿命以及得到波动小的直流电压，需要高效率、体积小、重量轻的低电压DC/DC转换器。

DC/DC转换器有三种类型：线性稳压器、电荷泵和开关电源。其中开关电源因具有效率高、灵活的正负极性和升降压方式的特点而倍受人们的青睐，它广泛应用于便携式装置如笔记本电脑、移动电话、寻呼机、PDA中。

开关电源技术属于电力电子技术，它把电源从一种形态转换成另一种形态，满足各种用电要求，由于其高效节能可带来巨大的经济效益，因此引起了社会的各方面的重视而得到迅速的推广。近来随着笔记本电脑、移动电话、PDA、MP3、MP4等移动设备的不断发展，其电源IC的品种也因追求设备高性能化的缘故而日渐繁多。CPU、微控制器、DSP等各自需要固定的工作电压，使得设备中的工作电压至少已达5种之多，并会随所用器件版本的不同而发生变化。另外，为了实现移动设备的体小量轻和更长的电池使用寿命，少数IC的功耗会增加。在这种情况下，采用标准化的电源IC或定制电源已呈落伍之势，而具有高灵活性和高性能的小型通用电源IC则已成为移动设备用电源IC的发展方向。

图2所示现有技术，同步峰值电流控制模式脉宽调制DC/DC转换器包括误差放大器A1、脉宽调制比较器A2、电流检测放大器A3、脉冲振荡器、RS触发器、同步整流管M0、同步开关管M1、电流检测管M2、电流检测电阻R2、分压电阻R0、R1、电感L0、滤波电容C0、频率补偿电阻电容R3、C1、C2。由误差放大器A1对基准电压Vref和负载电压分量Vout(R1/(R0+R1))之间的差值进行比较、放大，得到控制信号Vc。由于在一个开关周期时间内，负载电压的变化量很小，可近似认为在同一个开关周期时间内Vc值不变。Vc被送到脉宽调制比较器A2的反相输入端；通过电流检测电阻R2和电流检测管M2检测到的电感电流信号经过电流检测放大器A3比较、放大后产生正比于电感电流瞬时值的电压Vsens，Vsens被送到脉宽调制比较器A2的同相输入端；脉宽调制比较器A2产生的信号送入RS触发器的R端；脉冲振荡器产生的正窄脉冲信号送到RS触发器的S端。电路中的振荡器开始同步送出正窄脉冲信号时，就是每个开关周期的开始。此时S＝1，R＝0，RS触发器输出QN＝0，同步整流管M0开始关断，同步开关管M1开始导通。电流由电池流经同步开关管M1、电感L0到电容C0和负载，电感电流持续上升，电感储能在增加，能量由电池传送到电感并存储在电感中。在正窄脉冲信号很快消失后，S＝0，R＝0，RS触发器输出处于保持状态，同步整流管M0维持在关断状态，同步开关管M1维持在导通状态。此后，由于同步开关管M1处于导通状态，电感电流开始线性增大，Vsens也随着电感电流增大而增大，一般在本周期结束前，信号增长至满足Vsens>Vc，使脉宽调制比较器A2产生翻转，于是R＝1，S＝0，RS触发器输出QN＝1，同步整流管M0开始导通，同步开关管M1开始关断，切断电池和电感元件的连接，于是电感产生感生电动势是电流维持原来的方向，电流由电感L0流向电容C0和负载，电感电流随时间下降，能量由电感流向负载。经电感L0、电容C0滤波，在负载上可得到脉动很小的直流电压Vout。推导输出电压与输入电压的关系，考察开关节点X处的波形：同步开关管M1导通、同步整流管M0关断时，忽略同步开关管M1的导通电阻，有：

Vx＝Vin               (1)

同步开关管(M1)关断、同步整流管(M0)导通时，忽略同步整流管(M0)的导通电阻，有：

Vx＝0                 (2)

忽略电感L0、电容C0的寄生电阻，负载上得到的输出电压值与Vx的平均值相等，所以有：

Vout＝D*Vin           (3)

其中D为同步开关管(M1)导通时间的占空比。

振荡器送出新的脉冲，开始下一个开关周期。