一种直流稳压电源的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及电学领域，具体设及一种直流稳压电源。
【背景技术】
[0002] 直流稳压电源也叫DC-DC转换器、开关电源或开关调整器。直流稳压电源作为电 源系统的一个分支，广泛应用于通信、计算机、家用电器等领域中。稳压电源分为线性稳压 源和开关稳压源两大类。线性稳压源的主要特点是调整管工作在线性放大状态，具有稳定 度高、可靠性好、成本较低等优点，缺点是转换效率低，功耗大、体积大，限制了线性稳压电 源的应用。开关电源被称为高效节能电源，近年来，随着电子器件、电磁材料、电压变换技术 的快速发展，开关电源技术得到了相当大的突破，已经可W逐渐替代线性稳压电源，成为稳 压电源的主流产品。开关电源转换效率较低，内部关键元器件工作在高频开关状态，系统的 稳定性差，抗电源电压波动能力低，且不具备欠电流与过电流检测及控制能力。
【发明内容】
[0003] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种直流稳压电源。
[0004] 本发明通过W下技术方案得W实现。
[0005] 本发明提供的一种直流稳压电源，包括电源Vin、电感L、续流二极管D、滤波电容 C、负载电阻R0~R4、脉冲宽度调制式控制器和开关管M;所述电源Vin的正负极之间依次 串联有电感L、续流二极管D、负载电阻R1~R4和负载电阻R0,所述电源Vin的负极还接 地；所述脉冲宽度调制式控制器的Q端与开关管M的栅极连接，detectel检测端与负载电 阻R3的后端连接，detecte2检测端与开关管M的源级连接后与负载电阻R4的后端连接；开 关管M的漏极与电感L的后端连接；所述滤波电容C与负载电阻R1~R4并联；所述负载电 阻R1和负载电阻R2之间、负载电阻R2和负载电阻R3之间分别设置有电压输出端Voutl、 Vout2〇
[0006] 所述脉冲宽度调制式控制器包括误差运算放大器A、主比较器Cl、欠流比较器C2、 过流比较器C3、逆变器invl、银齿波发生器U1、同或口XN0R1~XN0R2、与口AND1~AND3、 或口 0R1~0R2、RS触发器U2、驱动电路化ive和软启动电路soft-start,误差运算放大 器A、主比较器C1、欠流比较器C2、过流比较器C3和银齿波发生器U1的使能端en均与使 能信号端en油le连接；误差运算放大器A的正输入端与标准电压Vufi端连接，负输入端与 detectel检测端连接，输出端与主比较器C1的负输入端连接；主比较器C1的正输入端与 银齿波发生器U1的信号输出端连接，输出端通过逆变器invl与与口的一个输入端连接；主 比较器C1的输出端还与与口AND2的一个输入端连接；银齿波发生器U1的1脚和2脚分别 与Vhi端和V端连接。
[0007] 欠流比较器C2的正输入端、过流比较器C3的负输入端均与detecte2检测端连 接，欠流比较器C2的负输入端与标准电压Vuf2端连接，过流比较器C3的正输入端悬空；欠 流比较器C2的输出端分别与同或口XN0R1的B端、同或口XN0R2的B端和或口 0R2的一个 输入端连接，过流比较器C3的输出端分别与同或口XNORl的A端、同或口XN0R2的A端和 或口0R1的一个输入端连接。
[000引同或口XN0R1的输出端与与口AND1的另一输入端连接，同或口XN0R2的输出端与 与口AND2的另一输入端连接；与口AND1的输出端与或口0R1的另一个输入端连接，与口 AND2的输出端与或口0R2的另一个输入端连接，或口0R1和或口0R2的输出端分别与RS 触发器U2的S端和R端连接，RS触发器U2的输出端与与口AND3的一个输入端连接；与口 AND3的另一输入端通过软启动电路soft-start与使能信号en油le端连接，输出端通过驱 动电路化ive与脉冲宽度调制式控制器的输出端Q连接。
[0009] 所述主比较器A包括开关管Ml~M13和逆变器inv2,开关管M5、M6、M8和M10的 源级均与电源Vdd端连接，开关管M5和M6的栅极均与偏置电流Bias端连接；开关管M5的 漏极分别与开关管Ml和M2的源级连接；开光Ml和M2的栅极分别与电源Vin+和Vin-连 接，开关管Ml的漏极分别与开关管M12的漏极、开关管M3的漏极和栅极连接，开关管M3的 栅极还与开关管M4的栅极连接。
[0010] 开关管M4的漏极分别与开关管M2的漏极、开关管M7的栅极连接；开关管M7的漏 极、开关管M6的漏极、开关管M8的栅极和开关管M9的栅极相连；开关管M9的漏极、开关 管M8的漏极、开关管M10的栅极和开关管Mil的栅极相连；开关管M10的漏极分别与开关 管Mil和M13的漏极连接后与电压输出端Vout3连接；使能信号en油le与逆变器inv2的 信号输入端连接，逆变器inv2的信号输出端分别与开关管M12和M13的栅极连接；开关管 M12、M3、M4、M7、M9、M11 和M13 的源级均接地。
[0011] 所述欠流比较器C2包括开关管M14~M17和运算放大器B，开关管M16和M17的 源级均与电源Vdd端连接，栅极均与偏置电流Bias端连接，开关管M16的漏极分别与开关 管M14的源级和运算放大器B的正输入端连接，开关管M17的漏极分别与开关管M15的源级 和运算放大器B的负输入端连接；运算放大器B的输出端与欠流比较器C2的输出端Vout4 连接；开关管M14的栅极与电源Vin+端连接，漏极与开关管M15的漏极连接，开关管M15的 栅极接地。
[0012] 本发明的有益效果在于；提供了一种高转换效率、低输出纹波的直流稳压电源，该 转换器具有很高的转换效率、低工作电压、欠电流与过电流检测和节电模式控制等特性；通 过带隙基准电压源对转换器内部工作点提供偏置，大大地提高了系统的稳定性，提高了抗 电源电压波动，温度的变化化及噪声引起的干扰的抑制；并采用0. 25ym的CMOS工艺，其转 换效率可达到90%W上，在输入电压为2. 5V的条件下，输出电压为标准的3. 3V和5V。
【附图说明】
[0013] 图1是本发明的电路图；
[0014] 图2是图1中脉冲宽度调制式控制器的电路图；
[0015] 图3是图2中主比较器的电路图；
[0016] 图4是图2中欠流比较器的电路图；
[0017] 图5是图3中主比较器的灵敏度分析仿真图；
[001引图6是图4中欠电流比较器的灵敏度分析仿真图；
[0019]图7是图1的仿真结果图。
【具体实施方式】
[0020] 下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
[0021] 如图1~图7所示的一种直流稳压电源，包括电源Vin、电感L、续流二极管D、滤波 电容C、负载电阻R0~R4、脉冲宽度调制式控制器和开关管M;所述电源Vin的正负极之间 依次串联有电感L、续流二极管D、负载电阻R1~R4和负载电阻R0,所述电源Vin的负极 还接地；所述脉冲宽度调制式控制器的Q端与开关管M的栅极连接，detectel检测端与负 载电阻R3的后端连接，detecte2检测端与开关管M的源级连接后与负载电阻R4的后端连 接；开关管M的漏极与电感L的后端连接；所述滤波电容C与负载电阻R1~R4并联；所述 负载电阻R1和负载电阻R2之间、负载电阻R2和负载电阻R3之间分别设置有电压输出端 Voutl、Vout2。开关管M的控制脉冲是由脉冲宽度调制式控制器（PWM)提供。开关管M4受 输入脉冲控制导通或截止。当开关管M导通时，电源向电感L储能，电感电流增加，其感应电 动势为左正右负。由于开关管M导通电阻接近于零，滤波电容C上的电压为上正下负，则续 流二极管D处于反向截止状态，滤波电容C上的电压通过负载电阻放电；当开关管M截止， 电感电流减少，电感L上的感应电动势为左负右正，此时二极管处于正向导通，电源电压和 电感L电压相加向滤波电容C充电。因此，在一个脉冲周期，经滤波电容C滤波后的输出电 压平均值将高于输入电压。
[0022] 在电感L电流连续的条件下，设定开关管M的控制脉冲周期为T，开关管M导通时 间为0~T1 ;开关管M截止时间为T1~T，且电感L上的电流变化在开关管M导通和截止 时间相等（AI)，则电路工作按图1中开关管M导通和截止分为两种情况：
[002引 （1)开关管M导通期间，此时续流二极管D截止，电感L中的电流上化其电路的表 达式为：
[0024]
[0025] (2)开关管M截止期间，由于电感L上的电流不能突变，则续流二极管D导通，其电 路的表达式为：
[002引当设控制脉冲的占空比为k，开关管M导通时间为Tik?T;MOS管截止时间为T2仙）?T。将VT2带入（3)式得；
[0029]
(4)
[0030] 从上式可W看出，由于k小于1，则该DC-DC转换器是升压型转换器，转换器的输出 电压大于输入电压。
[0031] 所述脉冲宽度调制式控制器包括误差运算放大器A、主比较器C1、欠流比较器C2、 过流比较器C3、逆变器invl、银齿波发生器U1、同或口XNOR1~XNOR2、与口AND1~AND3、 或口ORl~0R2、RS触发器U2、驱动电路化ive和软启动电路soft-start,误差运算放大 器A、主比较器C1、欠流比较器C2、过流比较器C3和银齿波发生器U1的使能端en均与使 能信号端en油le连接；误差运算放大器A的正输入端与标准电压Vufi端连接，负输入端与 detectel检测端连接，输出端与主比较器C1的负输入端连接；主比较器C1的正输入端与 银齿波发生器U1的信号输出端连接，输出端通过逆变器invl与与口的一个输入端连接；主 比较器C1的输出端还与与口AND2的一个输入端连接；银齿波发生器U1的1脚和2脚分 别与Viiii端和V端连接。detectel检测端和detecte2检测端分别是PWM-Controller脉 冲宽度调制式控制器的检测端。Vhi端和端均是电压信号端，分别是图1中电压输出端 Voutl和Vout2输送送过去的电压信号。
[0032] 欠流比较器C2的正输入端、过流比较器C3的负输入端均与detecte2检测端连 接，欠流比较器C2的负输入端与标准电压Vuf2端连接，过流比较器C3的正输入端悬空；欠 流比较器C2的输出端分别与同或口XN0R1的B端、同或口XN0R2的B端和或口 0R2的一个 输入端连接，过流比较器C3的输出端分别与同或口XN0R1的A端、同或口XN0R2的A端和 或口 0R1的一个输入端连接。
[003引同或口XN0R1的输出端与与口AND1的另一输入端连接，同或口XN0R2的输出端与 与口AND2的另一输入端连接；与口AND1的输出端与或口0R1的另一个输入端连接，与口 AND2的输出端与或口0R2的另一个输入端连接，或口0R1和或口0R2的输出端分别与RS 触发器U2的S端和R端连接，RS触发器U2的输出端与与口AND3的一个输入端连接；与口 AND3的另一输入端通过软启动电路soft-start与使能信号en油le端连接，输出端通过驱 动电路化ive与脉冲宽度调制式控制器的输出端Q连接。
[0034] 当使能信号en油le端的信号为"0"时，巧片处于节电状态；当使能信号en油le端 的信号为"1"时，巧片处于正常