[发明专利]一种基于纹波控制的单电感双输出开关电源

摘要

一种基于纹波控制的单电感双输出开关电源，包括功率级模块、滤波和电压采样模块、次级电压采样模块、次级波纹控制模块、主级电压采样模块、主级控制模块和驱动模块，功率级模块输出连接滤波和电压采样模块，滤波和电压采样模块输出分别连接次级电压采样模块及主级电压采样模块，次级电压采样模块输出连接次级纹波控制模块，主级电压采样模块输出连接主级控制模块，次级纹波控制模块及主级控制模块的输出均连接驱动模块，驱动模块输出连接功率级模块，次级纹波控制模块还输出斜坡补偿电流源Islope信号给次级电压采样模块。

主权项

一种基于纹波控制的单电感双输出开关电源，其特征是：包括功率级模块、滤波和电压采样模块、次级电压采样模块、次级波纹控制模块、主级电压采样模块、主级控制模块和驱动模块，功率级模块输出连接滤波和电压采样模块，滤波和电压采样模块输出分别连接次级电压采样模块及主级电压采样模块，次级电压采样模块输出连接次级纹波控制模块，主级电压采样模块输出连接主级控制模块，次级纹波控制模块及主级控制模块的输出均连接驱动模块，驱动模块输出连接功率级模块，次级纹波控制模块还输出斜坡补偿电流源Islope信号给次级电压采样模块；其中：功率级模块包括作为主功率开关管的PMOS管MP1、作为同步整流开关管的NMOS管MN1、作为次级功率开关管的PMOS管MP2及NMOS管MN2以及电感L，PMOS管MP1的源极连接电源电压Vin，PMOS管MP1的漏极与NMOS管MN1的漏极以及电感L的一端连接在一起，NMOS管MN1的源极接地，电感L的另一端分别连接PMOS管MP2的源极及NMOS管MN2的漏极；滤波和电压采样模块包括电容C1、C2及电阻R1、R2、R3、R4、R5和R6，电容C1的一端与功率级模块中PMOS管MP2的漏极、电阻R1以及电阻R3的一端连接在一起作为一路输出电压VO1，电容C1的另一端与电阻R1的另一端以及电阻R4的一端连接在一起并接地，电阻R4的另一端与电阻R3的另一端连接作为一路采样电压V1；电容C2的一端与功率级模块中NMOS管MN2的源极、电阻R2以及电阻R5的一端连接在一起作为另一路输出电压VO2，电容C2的另一端与电阻R2的另一端以及电阻R6的一端连接在一起并接地，电阻R6的另一端与电阻R5的另一端连接作为另一路采样电压V2；次级电压采样模块包括PMOS管MP7和PMOS管MP8、电阻R11、R12、R13、R14和R15、一对恒流电流源I2及一对斜坡补偿电流源Islope，电阻R13及电阻R15的一端分别连接滤波和电压采样模块输出的采样电压V1及采样电压V2，电阻R13的另一端与PMOS管MP7的栅极以及电阻R14的一端连接在一起，电阻R15的另一端与PMOS管MP8的栅极连接，PMOS管MP7的漏极与PMOS管MP8的漏极以及电阻R14的另一端连接在一起并接地，一对恒流电流源I2及一对斜坡补偿电流源Islope的一端连接电源VDD，其中一个斜坡补偿电流源Islope的另一端与电阻R12的一端连接作为输出电压V‑，电阻R12的另一端与PMOS管MP8的源极以及其中一个恒流电流源I2的另一端连接在一起，另一个斜坡补偿电流源Islope的另一端与PMOS管MP7的源极以及电阻R11的一端连接在一起，电阻R11的另一端与另一个恒流电流源I2的另一端连接作为输出电压V+；次级波纹控制模块包括斜坡补偿电路和比较器电路，比较器电路的两个输入端分别连接次级电压采样模块的输出电压V+及V‑，斜坡补偿电路包括PMOS管MP3、PMOS管MP4、PMOS管MP5、PMOS管MP6以及NMOS管MN3、NMOS管MN4、NMOS管MN5、电容C3、C4、电阻R10、恒流电流源I1和反相器，恒流电流源I1的一端与PMOS管MP6的源极、PMOS管MP5的源极以及电容C4的一端连接在一起并连接电源VDD，恒流电流源I1的另一端与NMOS管MN3的漏极、栅极以及NMOS管MN4的栅极连接 在一起，NMOS管MN3的源极连接电容C3的一端和NMOS管MN5的漏极，电容C3的另一端及NMOS管MN5的源极均接地，NMOS管MN5的栅极连接反相器的输出端，反相器的输入端连接比较器电路输出的占空比信号d2，PMOS管MP6的栅极连接占空比信号d2，PMOS管MP6的漏极连接电容C4的另一端及MOS管MP3的源极，MOS管MP3的栅极与漏极互连并与MOS管MP4的栅极及NMOS管MN4的漏极连接在一起，NMOS管MN4的源极通过电阻R10接地，PMOS管MP5的栅极接地，PMOS管MP5的漏极连接PMOS管MP4的源极，PMOS管MP4的漏极作为斜坡补偿电路的输出，输出斜坡补偿电流源Islope信号给次级电压采样模块；主级电压采样模块包括电阻R7、R8和R9，电阻R7及电阻R8的一端分别连接滤波和电压采样模块输出的采样电压V1及采样电压V2，电阻R7及电阻R8的另一端通过电阻R9接地；主级控制模块包括斜坡补偿电路、振荡器、电流检测电路、叠加器、误差放大器和脉冲宽度调制器，振荡器输出时钟控制信号给斜坡补偿电路，斜坡补偿电路输出连接加法器，电流检测电路的输入连接功率级模块中PMOS管MP1和NMOS管MN1的的漏极，电流检测电路的输出亦连接至叠加器，叠加器的输出连接脉冲宽度调制器的一个输入端，脉冲宽度调制器的另一个输入端连接误差放大器的输出，误差放大器的负输入端连接主级电压采样模块中作为采样电压VM输出的电阻R7、R8及R9的连接端，误差放大器正输入端连接基准电压Vref，接脉冲宽度调制器输出主级占空比信号d1；驱动模块设有死区和驱动电路，其输入端分别连接主级控制模块中脉冲宽度调制器输出的主级占空比信号d1及次级波纹控制模块中比较器电路输出的占空比信号d2，在死区和驱动电路的输出端，由占空比信号d1产生的驱动信号PD和ND分别连接到功率级模块中PMOS管MP1的栅极及NMOS管MN1的栅极，由占空比信号d2产生的驱动信号DP和DN分别连接到功率级模块中PMOS管MP2的栅极及NMOS管MN2的栅极。