[发明专利]抑制开关电容DC-DC变换器混沌的基准电压调整电路

说明书

技术领域

本发明属于电子电路技术领域，涉及稳压电源电路，可用于抑制开关电容DC-DC变换器的混沌现象。

背景技术

随着人们对小型化、高转换效率、低成本的电源管理系统的需求的不断增长，作为电感式DC-DC变换器的一种替代，开关电容型DC-DC变换器获得了发展动力，广泛应用于单电源供电的便携式设备中。开关电容DC-DC变换器用一些电容和一组开关来替代电磁线圈，这使得将整个变换器制作在单个芯片上成为可能。在开关电容DC-DC中，为了得到稳定的输出电压，变换器需要反馈系统对其进行控制，有两种控制方式：一种称为线性模式，即通过控制电路中可调电阻的阻值的大小，来控制充放电电流的大小，从而稳定输出电压；另一种称为跳周期模式也称为skip模式，即通过控制占空比的大小来稳定输出电压。

图1显示了线性模式开关电容DC-DC变换器的电路图，该电路主要由可调电阻R₁，运算放大器U₁，基准电压源V_REF，振荡器OSC，跨接电容C₁，输出电容C₂，第一低压NMOS管M₁以及第二低压NMOS管M₂构成。线性模式开关电容DC-DC通过控制可调电阻R₁的大小从而控制传输到输出电容C₂上的电流，以稳定输出电压V_OUT。

线性模式开关电容DC-DC变换器电路单个周期的工作可分为充电和能量传输两个阶段：充电阶段，DC-DC变换器中的第一低压NMOS管M₁导通第二低压NMOS管M₂截止，跨接电容C₁被DC-DC变换器的输入V_IN充电；能量传输阶段，DC-DC变换器中的第二低压NMOS管M₂导通第一低压NMOS管M₁截止，跨接电容C₁向输出电容C₂放电。在电路的工作过程中，当电源电压或负载电流变化时，通过反馈环路控制运放来调节R₁的值，从而稳定输出电压。然而，由于开关电容DC-DC变换器含有开关元件，是一种强非线性系统，在一定的反馈条件下，开关电容DC-DC变换器会呈现丰富的非线性动力学行为，使系统处于混沌状态，易造成三方面的缺陷：一是输出不稳定且难以预测，如图2所示，从图2可见输出电压变化范围大且变化无规律；二是电路性能恶化；三是电压转换效率降低。

已有研究表明对于电感型DC-DC变换器可采用状态变量延迟反馈控制方式或应用自适应斜坡补偿控制策略等抑制其混沌现象，但却没有给出如何抑制开关电容DC-DC变换器混沌现象的具体实施方案。

发明内容

本发明的目的在于针对现有线性开关电容DC-DC变换器出现混沌现象的问题，提出一种抑制线性开关电容DC-DC变换器混沌现象的基准电压调整电路，以对处于混沌状态的变换器进行控制，提高电压转换效率。

为实现上述目的，本发明包括两个级联的差分比例运算放大器；第一差分比例运算放大器由第一运算放大器U₂及外围的第一正向端电阻R₅、第一负向端电阻R₆、第一反馈电阻R₇、第一分压电阻R₈组成；第二差分比例运算放大器由第二运算放大U₃及外围的第二正向端电阻R₉第二负向端电阻R₁₀、第二反馈电阻R₁₁、第二分压电阻R₁₂组成，其特征在于：

第一正向端电阻R₅与第一负向端电阻R₆的阻值相同，第一反馈电阻R₇与第一分压电阻R₈的阻值相同,第一正向端电阻R₇与第一反馈电阻的R₅阻值的比值在0～1之间调整；第二正向端电阻R₉、第二负向端电阻R₁₀、第二反馈电阻R₁₁和第二分压电阻R₁₂阻值相同；

通过调节第一反馈电阻R₇与第一的正向端电阻R₅阻值的比值，使得开关电容DC-DC变换器输出稳定的电压。

上述基准电压调准电路，其特征在于：