专利名称：一种适用于固定关断时间控制升压变换器的频率控制电路的制作方法
技术领域：
本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种适用于固定关断时间控制模式升压 直流-直流变换器开关频率控制的电路。
背景技术：
直流-直流变换器(DC-DC Converter)广泛应用于各种电子系统中，特别是基 于电感型的直流-直流变换器，由于其效率高、输出电流能力大的优点，应用最广。根据 变换器输入电压与输出电压的关系可以分为降压型(BUCK)、升压型(BOOST)和升降压型 (BUCK-BOOST)。为了获得较高精度的输出电压，需要对直流_直流变换器进行闭环控制。一般的 控制方法有电压模式控制、电流控制模式控制和迟滞控制。其中前两种控制是一种近似线 性的控制方法，而迟滞控制是一种非线性控制模式。每种控制模式各有优缺点，也各有适合 的应用场合。固定关断时间控制模式也是直流-直流变换器控制方式的一种，它具有响应速度 快、补偿网络简单且不需要斜率补偿电路的优点，但是它有一个很大的缺点——开关频率 不固定，使得电磁干扰(EMI)问题更加严重，大大制约了它的应用。在一些设计实例中，为 了解决这一问题，锁相环(PLL)技术被引入到控制电路中，但是也增加了电路设计的复杂 性和芯片面积。本发明的目的在于设计一种新型的频率控制电路，使系统开关频率固定的 同时，尽量减少电路设计的复杂性。
发明内容
本发明的目的在于提出一种适用于固定关断时间控制模式升压直流-直流变换 器的频率控制电路，使系统的开关频率保持恒定，降低电磁干扰(EMI)问题，从而使固定关 断时间控制模式可以得到更广泛的应用。该频率控制电路由关断时间计时器和频率锁定电路两部分组成。其中关断时间计 时器由放大器、比较器、电阻电容等构成，其具体连接关系为电阻R1的左端与输出电压V。ut 相连，右端与电阻R2的上端相连并连接到放大器Al的正输入端，电阻R2的下端与VSS相连。 放大器Al的输出端与MOS管M3的栅端相连，其负输入端与MOS管M3的源端及电阻Rt的上 端相连，电阻Rt的下端接VSS。MOS管M3的漏端与MOS管M1、M2的栅端及Ml的漏端相连， MOS管Ml、M2的源端均与VDD相连。MOS管M2的漏端与MOS管M4的源端相连，MOS管M4、 M5的漏端相连并连接电容Ct的上端和比较器COM的正输入端，MOS管M5的源端和电容Ct 的下端均与VSS相连，MOS管M4、M5的栅端均连接到关断时间开启信号。电阻R3的上端与 输入电压Vin相连，电阻R3的下端与电阻R4的上端相连并连接到四输入放大器A2的inp2 输入端，电阻R4的下端与VSS相连。四输入放大器A2的irm2输入端与其输出端相连并连 接到比较器COM的负输入端。它是根据升压直流_直流变换器特点产生的一个与输入电压 成正比输出电压成反比的关断时间，使得在工作状态变化的情况下，工作频率只会在小范围内变化。当关断时间开始信号到达后，输出电压V。ut经电阻R1和R2分压后转化成电流信 号对电容Ct充电，同时输入电压Vin经电阻R3和R4分压后经过单位增益放大产生阈值电压 信号。当电容Ct上的电压达到阈值电压时，比较器触发，关断时间结束。频率锁定电路主要由鉴频鉴相器、四输入放大器和电阻构成，其具体连接关系为 比较器COM输出端与反向器输入端相连，反相器输出端接鉴频鉴相器的A输入端，参考频率 接鉴频鉴相器的B输入端，电阻R5的左端与鉴频鉴相器的QA输出端相连，其右端与电阻R6 的上端相连并连接到四输入放大器A2的inp输入端，电阻R6的下端接VSS。电阻R7的左端 与鉴频鉴相器的QB输出端相连，其右端与电阻R8的上端相连并连接四输入放大器A2的irm 输入端，电阻R8的下端接VSS。它将关断时间结束信号与参考频率进行鉴频鉴相，鉴频鉴相 器的输出信号经电阻分压后送向四输入放大器A2的一组正负端，动态调节关断时间计时 器的阈值电压，使得关断时间处于负反馈环路中，从而保证开关频率锁定在参考频率上。本发明提出的频率控制电路没有通过设计复杂的PLL电路来锁定频率，同时又克 服了一些文献中采用的随输入输出电压自适应关断时间控制方法中开关频率不固定的缺 点，电路结构简单，功能可靠，具有良好的应用前景。本发明提出的频率控制电路不仅可以用于升压型直流_直流变换器，也可用于其 它类型的直流-直流变换器，如降压型。而且它还可以用于固定导通时间模式控制下的直 流-直流变换器。本发明提出的频率控制电路采用CSMC 0. 5um B⑶工艺条件设计，参考频率为 IMHz0利用电路仿真软件模拟结果表明输入电压为4 6V，输出电压范围为5. 5V 30V时，
工作频率保持恒定。
图1.频率控制电路的电路图。图2.输入电压为5V，输出电压范围为5. 5V 30V时，阈值电压波形图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明进行进一步的说明。如图1所示，本发明中提到的频率控制电路关断时间计时器和频率锁定电路组 成。关断时间计时器电路是由放大器、比较器、电阻电容等构成。在电感电流连续模式下 (CCM,continuous current mode)，
权利要求
一种适用于固定关断时间控制模式升压直流 直流变换器的频率控制电路，其特征在于该频率控制电路由关断时间计时器和频率锁定电路组成；其中关断时间计时器由放大器、比较器、电阻和电容构成，其连接关系为电阻R1的左端与输出电压Vout相连，右端与电阻R2的上端相连并连接到放大器(A1)的正输入端，电阻R2的下端与VSS相连；放大器(A1)的输出端与第三MOS管(M3)的栅端相连，放大器(A1)的负输入端与第三MOS管(M3)的源端及电阻RT的上端相连，电阻RT的下端接VSS；第三MOS管(M3)的漏端与第一MOS管(M1)、第二MOS管(M2)的栅端及第一MOS管(M1)的漏端相连，第一MOS管(M1)、第二MOS管(M2)的源端均与VDD相连；第二MOS管(M2)的漏端与第四MOS管(M4)的源端相连，第四MOS管(M4)、第五MOS管(M5)的漏端相连并连接电容CT的上端和比较器(COM)的正输入端，第五MOS管(M5)的源端和电容CT的下端均与VSS相连，第四MOS管(M4)、第五MOS管(M5)的栅端均连接到关断时间开启信号；电阻R3的上端与输入电压Vin相连，电阻R3的下端与电阻R4的上端相连并连接到四输入放大器(A2)的inp2输入端，电阻R4的下端与VSS相连；四输入放大器(A2)的inn2输入端与其输出端相连并连接到比较器(COM)的负输入端；频率锁定电路由鉴频鉴相器、比较器、反向器、四输入放大器和电阻构成，其连接关系为比较器(COM)输出端与反向器输入端相连，反相器输出端接鉴频鉴相器的A输入端，参考频率接鉴频鉴相器的B输入端，电阻R5的左端与鉴频鉴相器的QA输出端相连，电阻R5的右端与电阻R6的上端相连并连接到四输入放大器(A2)的inp输入端，电阻R6的下端接VSS；电阻R7的左端与鉴频鉴相器的QB输出端相连，电阻R7的右端与电阻R8的上端相连并连接四输入放大器A2的inn输入端，电阻R8的下端接VSS。
2.根据权利要求1所述的适用于固定关断时间控制模式直流-直流变换器的频率控制 电路，其特征在于所述关断时间计时器根据升压直流-直流变换器特点产生一个与输入 电压成正比、与输出电压成反比的关断时间，使得在工作状态变化的情况下，工作频率在小 范围内变化；所述频率锁定电路实时检测并调整开关频率，使其固定在参考频率上。
3.根据权利要求2所述的适用于固定关断时间控制模式直流-直流变换器的频率控制 电路，其特征在于在电感电流连续模式下？I/r out其中Ts为系统的开关频率，Vin为输入电压，V。ut为输出电压，1； 为固定关断时间；设 Toff被设计成与输入电压成正比，与输出电压成反比，K1、K2为其比例系数，则有
4.根据权利要求3所述的适用于固定关断时间控制模式直流-直流变换器的频率控制 电路，其特征在于当关断时间开始、信号到达后，输出电压V。ut经电阻R1和R2分压后转化 成电流信号对电容Ct充电，同时输入电压Vin经电阻R3和R4分压后经过单位增益放大器产 生阈值电压信号；当电容(^上的电压达到阈值电压时，比较器触发，关断时间结束；关断时 间表示为Ts=ToffX^- =
全文摘要
本发明属于集成电路技术领域，具体为一种适用于固定关断时间控制模式升压直流-直流变换器开关频率控制的电路。该电路由关断时间计时器和频率锁定电路组成，这种结构克服了传统固定关断时间控制模式下工作频率随工作状态变化的缺点，将工作频率精确固定在参考频率上，降低了电磁干扰(EMI)。本发明电路结构简单，功能可靠，具有良好的应用前景。本发明也可用于其它类型的直流-直流变换器(如降压型)和固定导通时间控制模式中。
文档编号H02M3/155GK101951149SQ20101024638
公开日2011年1月19日 申请日期2010年8月5日 优先权日2010年8月5日
发明者倪金华, 洪志良, 程林, 龙佳 申请人:复旦大学