专利名称：脉冲宽度频率调节模式dc/dc升压电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种DC/DC转换器，尤其是涉及一种根据负载条件将脉冲频率调制型 (PFM)和脉冲宽度调制型(PWM)工作方式结合起来的DC/DC升压电路。
背景技术：
DC/DC转换器因其体积小巧、价格低廉、能源转换效率高等突出特点，在高效节 能开关电源的设计中一直处于核心地位，被广泛应用于各种电源管理系统。伴随着业界 不断发展的需求，DC/DC变换技术以及相应的芯片设计方法也不断更新换代，各种巧 妙的控制策略层出不穷。
现有技术中，脉冲产生电路作为DC/DC升压电路中的关键组成，其工作原理主要 包括PWM式(脉冲宽度调制)和PFM式(脉冲频率调制)。这两种不同的脉冲产生 电路，分别具有不同的特点。例如，PWM式的优点是采用固定频率脉冲信号，改变信 号占空比的方式，改变输出平均电压。这种形式在经过低通滤波器后，可将噪声影响 降到最小；而PFM式升压电路可提供比传统脉宽调制(PWM)转换器更高的工作效 率。
如何实现将上述两种不同工作原理的DC/DC升压电路的优点相结合的新设计方案 是本发明函待解决的问题。
发明内容
鉴于上述现有技术中存在的问题，本发明的提出了一种脉冲宽度频率调节模式 DC/DC升压电路，根据负载轻或重的不同情况，对应不同的工作频率的PWM方式， 并且在该升压电路中增加误差电压反馈回路，不仅能够计结合了 PFM和PWM的优点， 而且很好地解决了当输入高于输出时，PFM式升压电路无法关断PMOS而引起的输出 电压或电流过高的问题。
本发明提出了一种脉冲宽度频率调节模式DC/DC升压电路，利用脉冲宽度和脉冲 频率两种调节模式的结合，将一直流电压源转换成电压高于此直流电源的稳定输出的直 流电压源，该升压电路包括基准电压产生电路、控制电流产生电路、用以控制NMOS、 PMOS功率开关管的开/合逻辑，进行直流输入电压的脉冲频率调节的脉冲频率调节模 块，用以控制NMOS、 PMOS功率开关的开/合逻辑，进行直流输入电压的脉冲宽度调节的脉冲宽度调节模块，其特征在于，所述脉冲宽度调节模块中
误差电流作为PMOS功率开关管的输入信号和发生器的输入端L相耦合，lin和ldd共 同控制PMOS的开启时问，采样电压低于额定值越多，lin越大，PMOS的开启时问越短， 以此来调节输出的脉冲宽度，提為'输出电压；
所述NMOS功率开关管的丌启时长恒定，只与输入电压Vin有关，如下式所示。
式中，7;为NMOS的开启时长，A，/ 为常量参数。
所述PMOS功率开关管的开启时长开启时长与L和ldd有关，如下式所示。
^",《,/(y,")
式中，7>为PMOS的开启时长，《为常量参数。
所述直流输入电压Vin通过一个线圈与功率开关管NMOS、 PMOS相耦合，PMOS 开启时间由所述电流卜和ldd共同控制；
所述ldd是输出电压与输入电压差成正比的电流，其计算公式为
式中，K为常量参数。
所述误差电流是采样电压Vsampie和参考电压Vref的差值形成误差电压Verr，通过电导 放大器GM转换而形成误差电流。
本发明公开了一种脉冲宽度频率调节模式DC/DC升压电路，结合了 PFM和PWM 的优点，增加了误差电压反馈回路。当负载较轻时，系统工作在分立状态，表现为PFM 方式，效率较高。当负载较重时，系统工作在连续状态，表现为PWM方式，由于增加 了误差电压反馈回路，明显提高了带负载的能力。同时，与PFM/PWM的控制方式 (NMOS开启时长只由输入电压确定，而PMOS开启时长只由输出与输入压差确定) 相比，本设计很好的避免了当输入高于输出时，前者无法关断PMOS的问题。
图1为本发明所涉及的脉冲宽度频率调节模式DC/DC升压电路的屯路图； 图2为木发明所涉及的脉冲宽度频率调节模式DC/DC升压电路中NMOS功率开 关管的工作电路图3为本发明所涉及的脉冲宽度频率调节模式DC/DC升压电路'|' PMOS功率开关 管的工作电路图。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明的技术方案作进一步的具体描述
在本发明的脉冲宽度频率调节模式的DC/DC升压电路中，采用功率开关管 (PMOS—pulse—generator、 NMOS—pulse—generator)模块来产生控制信号，这个控 制信号再通过功率开关品体管驱动器(MOS—Diver)来控制MOS管开启和关断，从而 实现输入到输出的DC/DC转换。
如图1所示，为本发明的脉冲宽度频率调节模式的DC/DC升压电路的电路图，其 工作原理是直流输入电压Vin通过^ '只线圈与功率开关管NMOS、PMOS相耦合，NMOS 管的另一端接地，PMOS管的另一端与负载耦合，负载另一端接地。输出电压通过采样
电阻得到采样电压Vsampfe，系统内部由基准电压源产生额定电压Vref作为参考电压。 Vsamp,e和V「ef分别作为比较器(COMPARATOR)的正、负端输入电压信号，通过比较 器转换为电流输出信号，此电流输出信号作为功率开关晶体管驱动器的输入信号与驱动
器的Off端相耦合，可根据负载的情况同吋关断、从而控制NMOS和PMOS的开启。即 当采样电压"于额定电压值时，关断NMOS和PMOS;采样电压低于额定电压值时，开
启NMOS和PMOS，以此来调节脉冲频率。同时，Vs加p,e和Vref的差值_一误差电压Verr通
过电导放大器(GM)转换电流，此电流作为PMOS功率开关管的输入信号和发生器的
输入端Im相耦合，L和Idd共同控制PMOS的开启时间，即采样电压低于额定值越多，l,n越
大，PMOS的开启时间越短，以此来调节输出的脉冲宽度，提高输出电压，这样形成了
误差电压的反馈回路。
如图2所示，为本发明中NMOS脉冲发送器的工作电路，可以看出，NMOS的开启
时长恒定，只与输入电压Vin有关，如式1所示。
^=x2nre,/^ (式1)
式1中，7;为NMOS的开启时长，A,i 为常量参数。
上述NMOS功率开关管的开启时长等于图2中NMOS管充电到Vref的时长。NMOS 管充电到Vref后比较器的输出端反转为低电平，此低电平通过NMOSJn端关断NMOS功 率开关管，同时通过PGATE一f^开启PMOS。
同理，如图3所示，为本发明中PMOS脉冲发送器的工作电路，PMOS功率开关管 的输出信号PGATE作为驱动器(MOS—Diver)和NMOS功率开关管的输入信号分别与 两者的PMOSJn端、PGATE—fb2端相耦合。PMOS的开启时长与lh和ldd有关，如式2 所示。
^&《/A4,+4)(式2) 式2中，7>为PMOS的开启吋长，《为常量参数。 以上参数中，夂，=允2./ ,且/:<《2。上式中，C)/2i ，通过ldd和lin的变化达到调制脉宽和频率的目的。此 开启时长等于图1中的MOS管充电到Vref的时间，MOS管充电到Vref后比较器反转为低
电平，此低电平通过PMOS—in端关断PMOS，同时通过PGATE一fb2开启PMOS。如此， NMOS和PMOS交替工作。
同时，Vsamp,e和Vref的差值作为误差电压V肌，通过图2所示的电导放大器(GM ) 转换成误差输出电流。此误差输出电流作为PMOS功率开关管的输入信号和发生器输入 端lin相耦合，L和ldd共同控制PMOS的开启时长，即采样电压低于额定值越多，lin越大， PMOS的开启时长越短，以此来调节输出信号的脉冲宽度，提高输出电压，这样形成了 误差电压的反馈回路。
此设计结合了 PFM和PWM的优点，增加了误差电压反馈回路。当负载较轻时， 系统工作在分立状态，表现为PFM方式，效率较高。当负载较重时，系统工作在连续 状态，表现为PWM方式，由于增加了误差电压反馈回路，明显提高了带负载的能力。 同时，与PFM/PWM的控制方式(NMOS开启时长只由输入电压确定，而PMOS开启 时长只由输出与输入压差确定)相比，本设计很好的避免了当输入高于输出吋，前者无 法关断PMOS的问题。
在本发明中，有关较轻负载与较重负载的判据(或者判据范围)依赖于额定电压 Vref，输入电压Vin，外部电感值及K2，此额定电压通常为一经验值。
权利要求
1. 一种脉冲宽度频率调节模式DC/DC升压电路，利用脉冲宽度和脉冲频率两种调节模式的结合，将一直流电压源转换成电压高于此直流电源的稳定输出的直流电压源，该升压电路包括电压产生电路、控制电流产生电路、用以控制NMOS、PMOS功率开关的开/合逻辑，进行直流输入电压的脉冲频率调节的脉冲频率调节模块，用以控制NMOS、PMOS功率开关的开/合逻辑，进行直流输入电压的脉冲宽度调节的脉冲宽度调节模块，其特征在于，所述脉冲宽度调节模块中误差电流作为PMOS功率开关管的输入信号和发生器的输入端Iin相耦合，Iin和Idc1共同控制PMOS的开启时间，采样电压低于额定值越多，Iin越大，PMOS的开启时间越短，以此来调节输出的脉冲宽度，提高输出电压；所述NMOS功率开关管的开启时长恒定，只与输入电压Vin有关，如下式所示。Tn＝K2·R·Vref/Vin式中，Tn为NMOS的开启时长，K2，R为常量参数。所述PMOS功率开关管的开启时长开启时长与Iin和Idc1有关，如下式所示。Tp＝K1·Vref/(Idc1+Iin)式中，TP为PMOS的开启时长，K1为常量参数。
2. 如权利要求1所述的脉冲宽度频率调节模式DC/DC升压电路，其特征在于， 所述直流输入电压Vin通过一个线圈与功率开关管NMOS、 PMOS相耦合，PMOS开启时 间由所述电流lin和ldd共同控制；
3. 如权利要求1所述的脉冲宽度频率调节模式DC/DC升压电路，其特征在于，所述ldd是输出电压与输入电压的差成正比的电流，其计算公式为式中，《为常量参数。
4. 如权利要求1所述的脉冲宽度频率调节模式DC/DC升压电路，其特征在于，所述误差电流L是采样电压Vsampie和参考电压Vref的差值形成误差电压Ve『通过电导放大 器GM转换而形成误差电流。
全文摘要
本发明公开了一种脉冲宽度频率调节模式DC/DC升压电路，结合了PFM和PWM的优点，增加了误差电压反馈回路。当负载较轻时，系统工作在分立状态，表现为PFM方式，效率较高。当负载较重时，系统工作在连续状态，表现为PWM方式，由于增加了误差电压反馈回路，明显提高了带负载的能力。同时，与PFM/PWM的控制方式(NMOS开启时长只由输入电压确定，而PMOS开启时长只由输出与输入压差确定)相比，本设计很好的避免了当输入高于输出时，前者无法关断PMOS的问题。
文档编号H02M3/155GK101505096SQ20081005244
公开日2009年8月12日 申请日期2008年3月14日 优先权日2008年3月14日
发明者褚以人 申请人:天津英诺华微电子技术有限公司