專利名稱：一種dc-dc變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于直流電變換領(lǐng)域，尤其涉及一種DC-DC變換器。
背景技術(shù)：
目前，DC-DC變換器的轉(zhuǎn)換方式分為升壓型、降壓型以及降壓-升壓型，而且工作模式也包括具有固定頻率的峰值電流模式、谷值電流模式及電壓模式，同時(shí)還包括非固定開關(guān)頻率的遲滯模式。隨著負(fù)載對(duì)頻率成分的要求越來越高，固定開關(guān)頻率是必須的，也是至關(guān)重要的。因此，現(xiàn)有技術(shù)提供了具備固定開關(guān)頻率的電流型DC-DC變換器和電壓型DC-DC變換器。其中，電流型DC-DC變換器是工作于峰值電流模式的降壓型結(jié)構(gòu)，其通過電流采樣電路、斜坡補(bǔ)償電路以及誤差放大器對(duì)功率管的通斷進(jìn)行控制，雖然能夠達(dá)到實(shí)現(xiàn)固定開關(guān)頻率的目的，但電路結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，成本高，且抗噪聲能力差；電壓型DC-DC變換器通過比較器的輸出電平控制PMOS功率管和NMOS功率管的通斷，而比較器的輸出又是由固定頻率的鋸齒波和誤差放大器對(duì)輸出反饋電壓進(jìn)行誤差比較放大后所輸出的電平信號(hào)共同決定的，然而由于其采用誤差放大器，需要使用大電容和大電阻對(duì)輸出直流電進(jìn)行三階補(bǔ)償，這樣便會(huì)使DC-DC變換器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在電路集成時(shí)會(huì)出現(xiàn)所占用的封裝面積大，從而增加了成本。綜上所述，現(xiàn)有的DC-DC變換器雖然能夠?qū)β使軐?shí)現(xiàn)固定開關(guān)頻率控制，但卻存在因電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜而導(dǎo)致抗噪聲能力差，且于電路集成時(shí)在芯片中所占用的封裝面積過大和成本增加的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種DC-DC變換器，旨在解決現(xiàn)有的DC-DC變換器雖然能夠?qū)β使軐?shí)現(xiàn)固定開關(guān)頻率控制，但卻存在因電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜而導(dǎo)致抗噪聲能力差，且于電路集成時(shí)在芯片中所占用的封裝面積過大和成本增加的問題。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種DC-DC變換器，與直流電源連接，包括PMOS功率管、NMOS功率管、儲(chǔ)能電感LI及濾波電容Cl，所述PMOS功率管和所述NMOS功率管分別根據(jù)各自的柵極輸入信號(hào)的頻率進(jìn)行開關(guān)操作以對(duì)所述直流電源所輸出的直流電進(jìn)行電壓變換，所述儲(chǔ)能電感LI與所述濾波電容Cl對(duì)經(jīng)過所述PMOS功率管和所述NMOS功率管進(jìn)行電壓變換后的直流電進(jìn)行穩(wěn)壓濾波處理后輸出；所述DC-DC變換器還包括:三角波產(chǎn)生模塊，第一輸入端和第二輸入端分別連接所述儲(chǔ)能電感LI的第一端和第二端，用于根據(jù)所述儲(chǔ)能電感LI的兩端電壓生成一三角波信號(hào)；以及開關(guān)控制模塊，輸入端接所述三角波產(chǎn)生模塊的輸出端，輸出端同時(shí)與所述PMOS功率管的柵極和NMOS功率管的柵極連接，用于根據(jù)所述三角波信號(hào)輸出控制電平控制所述PMOS功率管和所述NMOS功率管按照預(yù)設(shè)開關(guān)頻率進(jìn)行開關(guān)操作。本發(fā)明通過采用包括所述三角波產(chǎn)生模塊和所述開關(guān)控制模塊的DC-DC變換器，由所述三角波產(chǎn)生模塊根據(jù)所述儲(chǔ)能電感LI的兩端電壓生成一三角波信號(hào)，并經(jīng)過所述開關(guān)控制模塊根據(jù)其內(nèi)部所產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)和所述三角波信號(hào)輸出控制電平控制所述PMOS功率管和所述NMOS功率管的按照固定開關(guān)頻率進(jìn)行開關(guān)操作，實(shí)現(xiàn)了對(duì)所述PMOS功率管和所述NMOS功率管進(jìn)行預(yù)設(shè)開關(guān)頻率控制，且在保證對(duì)直流電進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換的前提下簡(jiǎn)化了 DC-DC變換器的電路結(jié)構(gòu)，抗噪聲能力得到提升，同時(shí)減少了 DC-DC變換器在芯片集成設(shè)計(jì)時(shí)所占用的封裝面積，進(jìn)而降低了芯片成本，從而解決了現(xiàn)有的DC-DC變換器雖然能夠?qū)β使軐?shí)現(xiàn)固定開關(guān)頻率控制，但卻存在因電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜而導(dǎo)致抗噪聲能力差，且于電路集成時(shí)在芯片中所占用的封裝面積過大和成本增加的問題。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例所提供的DC-DC變換器的結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例所提供的DC-DC變換器的示例電路結(jié)構(gòu)；圖3是本發(fā)明第二實(shí)施例所提供的DC-DC變換器的示例電路結(jié)構(gòu)；圖4是本發(fā)明第三實(shí)施例所提供的DC-DC變換器的示例電路結(jié)構(gòu)；圖5是本發(fā)明第四實(shí)施例所提供的DC-DC變換器的示例電路結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明實(shí)施例通過采用包括三角波產(chǎn)生模塊和開關(guān)控制模塊的DC-DC變換器，由三角波產(chǎn)生模塊根據(jù)儲(chǔ)能電感LI的兩端電壓生成一三角波信號(hào)，并經(jīng)過開關(guān)控制模塊根據(jù)其內(nèi)部所產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)和所述三角波信號(hào)輸出控制電平控制PMOS功率管和NMOS功率管的按照固定開關(guān)頻率進(jìn)行 開關(guān)操作，實(shí)現(xiàn)了對(duì)PMOS功率管和NMOS功率管進(jìn)行預(yù)設(shè)開關(guān)頻率控制，且在保證對(duì)直流電進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換的前提下簡(jiǎn)化了 DC-DC變換器的電路結(jié)構(gòu)，抗噪聲能力得到提升，同時(shí)減少了 DC-DC變換器在芯片集成設(shè)計(jì)時(shí)所占用的封裝面積，進(jìn)而降低了芯片成本。圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例所提供的DC-DC變換器的結(jié)構(gòu)，為了便于說明，僅示出了與本發(fā)明實(shí)施例相關(guān)的部分，詳述如下:一種DC-DC變換器，與直流電源300連接，包括PMOS功率管Ql、NMOS功率管Q2、儲(chǔ)能電感LI及濾波電容Cl，PMOS功率管Ql和NMOS功率管Q2分別根據(jù)各自柵極的輸入信號(hào)的頻率進(jìn)行開關(guān)操作以對(duì)直流電源300所輸出的直流電進(jìn)行電壓變換，儲(chǔ)能電感LI與濾波電容Cl組成穩(wěn)壓濾波電路對(duì)經(jīng)過PMOS功率管Ql和NMOS功率管Q2進(jìn)行電壓變換后的直流電進(jìn)行穩(wěn)壓濾波處理后輸出。DC-DC變換器還包括:三角波產(chǎn)生模塊100,所述三角波產(chǎn)生模塊100的第一輸入端和第二輸入端分別連接儲(chǔ)能電感LI的第一端和第二端，用于根據(jù)儲(chǔ)能電感LI的兩端電壓生成一三角波信號(hào)；以及開關(guān)控制模塊200，所述開關(guān)控制模塊200的輸入端接三角波產(chǎn)生模塊100的輸出端，所述開關(guān)控制模塊200的輸出端同時(shí)與PMOS功率管Ql的柵極和NMOS功率管Q2的柵極連接，所述開關(guān)控制模塊200根據(jù)三角波產(chǎn)生模塊100輸出的三角波信號(hào)向所述PMOS功率管Ql的柵極和NMOS功率管Q2的柵極輸出控制電平，所述控制電平用于控制PMOS功率管Ql和NMOS功率管Q2按照預(yù)設(shè)開關(guān)頻率進(jìn)行開關(guān)操作。
在本發(fā)明實(shí)施例中，直流電源300的輸出端連接PMOS功率管Ql的漏極，NMOS功率管Q2的漏極與PMOS功率管Ql的源極共接于儲(chǔ)能電感LI的第一端，NMOS功率管Q2的源極接地，濾波電容Cl的正極和負(fù)極分別連接儲(chǔ)能電感LI的第二端與地，儲(chǔ)能電感LI的第二端連接負(fù)載400。
以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)上述的DC-DC變換器的具體實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)描述:
實(shí)施例一:
圖2示出了本發(fā)明第一實(shí)施例所提供的DC-DC變換器的示例電路結(jié)構(gòu)，為了便于說明，僅示出了與本發(fā)明第一實(shí)施例相關(guān)的部分，詳述如下:
作為本發(fā)明一實(shí)施例，三角波產(chǎn)生模塊100包括電阻R1、電阻R2及儲(chǔ)能電容C2，電阻Rl的第一端與三角波產(chǎn)生模塊100的第一輸入端相連，電阻Rl的第二端與電阻R2的第一端共接于儲(chǔ)能電容C2的正極，電阻R2的第二端接地，儲(chǔ)能電容C2的正極和負(fù)極分別與三角波產(chǎn)生模塊100的輸出端和第二輸入端相接。
作為本發(fā)明一實(shí)施例，開關(guān)控制模塊200包括:
第一比較器C0MP1、第一 RS觸發(fā)器TRG1、第一斜坡補(bǔ)償電路201、第一基準(zhǔn)電壓源202及第一時(shí)鐘信號(hào)源203 ；
第一比較器COMPl的同相輸入端與開關(guān)控制模塊200的輸入端相接,第一比較器COMPl的正電源端和負(fù)電源端分別連接+5V直流電源和地，第一斜坡補(bǔ)償電路201的輸入端接第一比較器COMPl的同相輸入端,第一斜坡補(bǔ)償電路201的輸出端與第一基準(zhǔn)電壓源202的輸出端共接于第一比較器COMPl的反相輸入端,第一 RS觸發(fā)器TRGl的第一輸入端S和第二輸入端R分別連接第一比較器COMPl的輸出端和第一時(shí)鐘信號(hào)源203的輸出端,第一RS觸發(fā)器TRGl的第一輸出端Q與開關(guān)控制模塊200的輸出端相連,第一 RS觸發(fā)器TRGl的第二輸出端0空接。其中，第一斜坡補(bǔ)償電路201為常用的斜坡補(bǔ)償信號(hào)產(chǎn)生電路，其所產(chǎn)生的斜坡補(bǔ)償信號(hào)的斜率大小跟隨三角波產(chǎn)生模塊100所生成的三角波信號(hào)的下降沿的斜率大小的變化而變化；第 一基準(zhǔn)電壓源202為常用的基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路，其用于輸出具有固定電壓值的基準(zhǔn)電壓信號(hào)；第一時(shí)鐘信號(hào)源203為常用的時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生電路，其用于輸出具有固定頻率的時(shí)鐘信號(hào)。此處采用第一斜坡補(bǔ)償電路201產(chǎn)生斜坡補(bǔ)償信號(hào)是為了克服第一比較器COMPl因發(fā)生次諧波振蕩而影響其輸出信號(hào)的問題，從而提高第一比較器COMPl的工作穩(wěn)定性，以保證第一 RS觸發(fā)器TRGl對(duì)PMOS功率管Ql和NMOS功率管Q2進(jìn)行準(zhǔn)確的開關(guān)控制。
以下結(jié)合工作原理對(duì)上述的DC-DC變換器作進(jìn)一步說明:
工作時(shí)，電阻Rl和電阻R2將儲(chǔ)能電感LI的第一端的電壓進(jìn)行分壓后輸出至儲(chǔ)能電容C2的正極，同時(shí)儲(chǔ)能電容C2的負(fù)極也從儲(chǔ)能電感LI的第二端取電壓，則通過由電阻R1、電阻R2及儲(chǔ)能電容C2所組成的三角波產(chǎn)生電路根據(jù)儲(chǔ)能電感LI的第一端電壓Vl與第二端電壓Vo生成一個(gè)三角波信號(hào)輸出至第一比較器COMPl和第一斜坡補(bǔ)償電路201，隨后第一斜坡補(bǔ)償電路201以其內(nèi)部預(yù)設(shè)的固有頻率并結(jié)合所述三角波信號(hào)輸出斜坡補(bǔ)償信號(hào)，該斜坡補(bǔ)償信號(hào)與第一基準(zhǔn)電壓源202輸出的基準(zhǔn)電壓信號(hào)疊加后進(jìn)入第一比較器COMPl的反相輸入端，則第一比較器COMPl對(duì)其同相輸入端與反相輸入端進(jìn)行電壓比較后相應(yīng)地輸出一電平信號(hào)至第一 RS觸發(fā)器TRGl的第一輸入端S。由于第一比較器COMPl的同相輸入端的電壓是跟隨三角波信號(hào)的變化而變化的，所以第一比較器COMPl所連續(xù)輸出的信號(hào)也會(huì)是由高低電平按照一定的占空比組合而成的脈沖信號(hào)。根據(jù)RS觸發(fā)器的特性，其邏輯真值表如下:
權(quán)利要求
1.一種DC-DC變換器，與直流電源連接，包括PMOS功率管、NMOS功率管、儲(chǔ)能電感LI及濾波電容Cl，所述PMOS功率管和所述NMOS功率管分別根據(jù)各自柵極的輸入信號(hào)的頻率進(jìn)行開關(guān)操作以對(duì)所述直流電源所輸出的直流電進(jìn)行電壓變換，所述儲(chǔ)能電感LI與所述濾波電容Cl對(duì)經(jīng)過所述PMOS功率管和所述NMOS功率管進(jìn)行電壓變換后的直流電進(jìn)行穩(wěn)壓濾波處理后輸出；其特征在于，所述DC-DC變換器還包括: 三角波產(chǎn)生模塊，第一輸入端和第二輸入端分別連接所述儲(chǔ)能電感LI的第一端和第二端，用于根據(jù)所述儲(chǔ)能電感LI的兩端電壓生成一三角波信號(hào)；以及 開關(guān)控制模塊，輸入端接所述三角波產(chǎn)生模塊的輸出端，輸出端同時(shí)與所述PMOS功率管的柵極和NMOS功率管的柵極連接，用于根據(jù)所述三角波信號(hào)輸出控制電平控制所述PMOS功率管和所述NMOS功率管按照預(yù)設(shè)開關(guān)頻率進(jìn)行開關(guān)操作。
2.如權(quán)利要求1所述的DC-DC變換器，其特征在于，所述三角波產(chǎn)生模塊包括電阻R1、電阻R2及儲(chǔ)能電容C2，所述電阻Rl的第一端與所述三角波產(chǎn)生模塊的第一輸入端相連，所述電阻Rl的第二端與所述電阻R2的第一端共接于所述儲(chǔ)能電容C2的正極，所述電阻R2的第二端接地，所述儲(chǔ)能電容C2的正極和負(fù)極分別與所述三角波產(chǎn)生模塊的輸出端和第二輸入端相接。
3.如權(quán)利要求1所述的DC-DC變換器，其特征在于，所述開關(guān)控制模塊包括: 第一比較器、第一 RS觸發(fā)器、第一斜坡補(bǔ)償電路、第一基準(zhǔn)電壓源及第一時(shí)鐘信號(hào)源； 所述第一比較器的同相輸入端與所述開關(guān)控制模塊的輸入端相接，所述第一比較器的正電源端和負(fù)電源端分別連接+5V直流電源和地，所述第一斜坡補(bǔ)償電路的輸入端接所述第一比較器的同相輸入端，所述第一斜坡補(bǔ)償電路的輸出端與所述第一基準(zhǔn)電壓源的輸出端共接于所述第一比較器的反相輸入端，所述第一 RS觸發(fā)器的第一輸入端和第二輸入端分別連接所述第一比較器的輸出端和所述第一時(shí)鐘信號(hào)源的輸出端，所述第一 RS觸發(fā)器的第一輸出端與所述開關(guān)控制模塊的輸出端相連，所述第一 RS觸發(fā)器的第二輸出端空接。
4.如權(quán)利要求1所述的DC-DC變換器，其特征在于，所述三角波產(chǎn)生模塊包括: 電阻R3、儲(chǔ)能電容C3、儲(chǔ)能電容C4、電阻R4及電阻R5 ； 所述電阻R3的第一端與所述三角波產(chǎn)生模塊的第一輸入端相連，所述電阻R3的第二端接所述儲(chǔ)能電容C3的負(fù)極，所述儲(chǔ)能電容C3的正極與所述三角波產(chǎn)生模塊的輸出端相接，所述儲(chǔ)能電容C4的負(fù)極接所述電阻R4的第一端，所述電阻R4的第一端與所述三角波產(chǎn)生模塊的第二輸入端相接，且所述電阻R4的第二端與所述儲(chǔ)能電容C4的正極以及所述電阻R5的第一端共接于所述儲(chǔ)能電容C3的正極，所述電阻R5的第二端接地。
5.如權(quán)利要求1所述的DC-DC變換器，其特征在于，所述開關(guān)控制模塊包括: 第二比較器、第二 RS觸發(fā)器、第二斜坡補(bǔ)償電路、第二基準(zhǔn)電壓源及第二時(shí)鐘信號(hào)源； 所述第二比較器的反相輸入端與所述開關(guān)控制模塊的輸入端相連，所述第二比較器的正電源端和負(fù)電源端分別連接+5V直流電源和地，所述第二斜坡補(bǔ)償電路的輸入端接所述第二比較器的反相輸入端，所述第二斜坡補(bǔ)償電路的輸出端與所述第二基準(zhǔn)電壓源的輸出端共接于所述第二比較器的 同相輸入端，所述第二 RS觸發(fā)器的第一輸入端和第二輸入端分別連接所述第二時(shí)鐘信號(hào)源的輸出端和所述第二比較器的輸出端，所述第二 RS觸發(fā)器的第一輸出端與所述開關(guān)控制模塊的輸出端相接，所述第二 RS觸發(fā)器的第二輸出端空接。
全文摘要
本發(fā)明適用于直流電變換領(lǐng)域，提供了一種DC-DC變換器。本發(fā)明通過采用包括三角波產(chǎn)生模塊和開關(guān)控制模塊的DC-DC變換器，由三角波產(chǎn)生模塊根據(jù)儲(chǔ)能電感L1的兩端電壓生成一三角波信號(hào)，并經(jīng)過開關(guān)控制模塊根據(jù)其內(nèi)部所產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)和所述三角波信號(hào)輸出控制電平控制PMOS功率管和NMOS功率管的按照預(yù)設(shè)開關(guān)頻率進(jìn)行開關(guān)操作，實(shí)現(xiàn)了對(duì)PMOS功率管和NMOS功率管進(jìn)行固定開關(guān)頻率控制，且在保證對(duì)直流電進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換的前提下簡(jiǎn)化了DC-DC變換器的電路結(jié)構(gòu)，抗噪聲能力得到提升，同時(shí)減少了DC-DC變換器在芯片集成設(shè)計(jì)時(shí)所占用的封裝面積，進(jìn)而降低了芯片成本。
文檔編號(hào)H02M3/155GK103227566SQ201310140249
公開日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2013年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月22日
發(fā)明者謝強(qiáng), 陳亮 申請(qǐng)人:華為技術(shù)有限公司