工作状态。detectl检测端检测到的电压信号，经误差运算 放大器A与2. 5V标准电压Vufi比较后产生误差信号，该误差信号接到主比较器C1的负输 入端，主比较器C1的正输入端接银齿波发生器U1的输出端连接。主比较器C1在银齿波信 号和误差信号的共同作用下产生一个输出占空比随误差电压信号变化的脉冲。当detect2 检测端检测到的电压信号在lOmV到500mV之间时，欠电流比较器C2和过电流比较器C3的 输出均为"0"，经同或口XN0R1和XN0R2后输出均为"1"，该信号分别作为与口AND1和AND2 的输入信号，则与口AND1和AND2的输出仅仅决定于主比较器C1的输出信号；同时欠电流 比较器C2和过电流比较器C3的低电平信号输出作为或口的输入，或口 0R1和0R2的输出 也仅仅取决于主比较器C1的输出信号.当detect1检测端检测到的电压信号低于2. 5V， 主比较器C1输出占空比较大的脉冲信号一路送到RS触发器U2的R输入端，另一路信号经 反相器反相后送到RS触发器U2的S输入端，所WRS触发器U2的输出经电流驱动后使主 电路的电流上升。反之，当detectl检测端检测到的电压信号高于2. 5V，主电路的电流下 降。改变控制脉冲信号占空比能够调节主电路的电流，当主电路检测端detect2检测到的 电压信号低于lOmV，欠电流比较器C2和过电流比较器C3输出分别为"1"和"0"，同或口输 出为"0"，该低电平输出将两个与口屏蔽，RS触发器U2的S端都被置"1"，R端被置"0"，所 W输出Q为"1"，使主回路电流迅速上升，从而确保电路工作在连续工作状态（CCM)。同样， 主电路检测端detect2检测到的电压信号高于500mV，过电流比较器C3输出为"1"，欠电 流比较器C2输出为"0"，主比较器C1被屏蔽，RS触发器U2的S端都被置为"0"，同时R端 被置为"1"，输出Q置为"0"，使主回路电流迅速下降，从而有效地防止了功率开关管过电流 而毁坏。
[0035] 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。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112、]\0、]\14、]\17、]\19、]\111和]\113的源级均接地。
[0036] 控制单元的关键模块是主比较器C1，主比较器C1分为模拟部分和数字部分。模拟 部分为两级差分放大电路；第一级运放为差分放大器，第二级为共源放大器。第一级运放将 银齿波发生器的输出信号和误差运算放大器的输出信号进行比较，产生的输出信号经共源 放大器放大作为模拟/数字转换电路的输入信号。数字部分是两级标准CMOS反相器，其功 能是将比较结果的模拟信号转换为数字信号，并提高其电流驱动能力。从仿真图中可W看 出，输入直流电压从2. 495V到2. 505V，其输出曲线从低电平到高电平的两个转折点分别为 2. 499V和2. 501V，所W主比较器的灵敏度近似于ImV，满足了控制器的要求。
[0037] 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。
[0038] 欠电流比较器C2要检测低于lOmV的电压，则欠电流比较器C2的输入电压灵敏度 要小于ImV。为了增加比较器的灵敏度，本发明在主比较器C1电路的输入级增加了电压提 升电路。所述的电压提升电路由M14~M17四个开关管组成。将图4中所示的A点的比较 器阔值电压调到lOmV，则Vw在主回路检测点detect2处得到的非常微弱的检测电压经Ml 放大后与lOmV电压比较，因此提高了欠电流比较器C2的灵敏度。
[0039] 如图6所示，是欠电流比较器的灵敏度仿真图。从图中可W看出，电源Vw的输 入电压从9. 5mV到10. 5mV，其输出曲线从低电平到高电平的两个转折点分别为9. 95mV和 10. 05mV，所W主比较器C1的灵敏度近似于0. 05mV，满足了系统的需要。
[0040] 如图7所示，DC-DC转换器的仿真结果图。所述的仿真条件是：电源电压5V;2. 5V 的输入电压在时间1ms时加入，电路工作于连续模式。从仿真结果可W得到；输出电压分别 为3. 3V和5V;过冲电压为0. 5V~0. 8V;纹波电压小于30mV;输出稳定时间大约为1. 2ms。 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W及噪声引起的干扰的抑制；并采用0. 25ym的CMOS工艺，其
【主权项】
1. 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RO~ R4、脉冲宽度调制式控制器和开关管M，其特征在于：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Rl~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，detectd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Rl~R4并联；所述 负载电阻Rl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 VoutKVout2〇2. 如权利要求1所述的直流稳压电源，其特征在于：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、锯齿波发生 器U1、同或门XNORl~XN0R2、与门ANDl~AND3、或门ORl~0R2、RS触发器U2、驱动电路 drive和软启动电路soft-start，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和锯齿波发生器Ul的使能端en均与使能信号端enable连接；误差运算放大器A的 正输入端与标准电压Vrafl端连接，负输入端与detectel检测端连接，输出端与主比较器Cl 的负输入端连接；主比较器Cl的正输入端与锯齿波发生器Ul的信号输出端连接，输出端通 过逆变器irwl与与门的一个输入端连接；主比较器Cl的输出端还与与门AND2的一个输入 端连接； 锯齿波发生器Ul的1脚和2脚分别与Vlnl端和VIn2端连接； 欠流比较器C2的正输入端、过流比较器C3的负输入端均与detectd检测端连接，欠 流比较器C2的负输入端与标准电压VMf2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门XNORl的B端、同或门XN0R2的B端和或门0R2的一个输入 端连接，过流比较器C3的输出端分别与同或门XNORl的A端、同或门XN0R2的A端和或门 ORl的一个输入端连接； 同或门XNORl的输出端与与门ANDl的另一输入端连接，同或门XN0R2的输出端与与门AND2的另一输入端连接；与门ANDl的输出端与或门ORl的另一个输入端连接，与门AND2 的输出端与或门0R2的另一个输入端连接，或门ORl和或门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的输出端与与门AND3的一个输入端连接； 与门AND3的另一输入端通过软启动电路soft-start与使能信号enable端连接，输出 端通过驱动电路drive与脉冲宽度调制式控制器的输出端Q连接。3. 如权利要求2所述的直流稳压电源，其特征在于：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MlO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； 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MlO的栅极和开关管Mll的栅极相连；开关管MlO的漏极分别与开关管Mll 和M13的漏极连接后与电压输出端Vout3连接； 使能信号enable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Ml2和Ml3的栅极连接； 开关管組2、]\0、]\14、]\17、]\19、]\111和]\113的源级均接地。4.如权利要求2所述的直流稳压电源，其特征在于：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。
【专利摘要】本发明提供了一种直流稳压电源，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，detecte1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；本发明的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，温度的变化以及噪声引起的干扰的抑制。
【IPC分类】H02M3/156, H02M3/157
【公开号】CN104917383
【申请号】CN201510304490
【发明人】熊中刚, 贺娟, 欧光照, 敖邦乾, 叶振环, 李青
【申请人】遵义师范学院
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年6月4日