一种用于大功率电源管理的COT恒定导通时间电路的制作方法

一种用于大功率电源管理的cot恒定导通时间电路
技术领域
1.本发明属于开关电源领域，具体涉及一种用于大功率电源管理的cot恒定导通时间电路。


背景技术：

2.在消费电子领域，各种电子设备都需要电源来维持，开关电源管理芯片是电子系统不可缺少的一部分，其中cot控制模式的开关电源由于在环路中只有比较器，因此环路响应快，其优越的负载瞬态响应及平滑的工作模式切换，在电源领域得到了很好的应用。cot控制模式架构的dc/dc转换器的架构，可以用一个单次触发定时器，产生恒定导通时间t
on
，在该时间内，内部主开关打开，打开时间由t
on
决定。在导通时间之后，主开关必须保持断开状态，直到输出电压的分压反馈电压再次低于固定基准的设定值，单次触发定时器电路继续工作。
3.该单次触发定时器，产生与电源电压v
in
相关的恒定导通时间t
on
，与输入电压成反比，由于占空比d为v
out
/v
in
，t
on
为占空比d除以开关频率，所以此特性表现为，当v
out
固定时，工作频率固定，与负载无关。因此需要一种用于恒定导通时间控制模式开关电源的产生恒定导通时间电路，可以在cot控制模式架构的dc/dc转换器中，与恒定导通时间与v
in
相关，开关频率与v
out
相关。


技术实现要素：

4.为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于大功率电源管理的cot恒定导通时间电路，以解决现有技术中v
out
固定时，工作频率固定，与负载无关的问题。
5.为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
6.本发明公开了一种用于大功率电源管理的cot恒定导通时间电路，包括第一p型mos管pm1、第二p型mos管pm2、第三p型mos管pm3、第四p型mos管pm4、第五p型mos管pm5、第六p型mos管pm6、第一n型mos管nm1、第二n型mos管nm2、第三n型mos管nm3、第四n型mos管nm4、第五n型mos管nm5、第一n型三极管npn1、第二n型三极管npn2、第三n型三极管npn3、第四n型三极管npn4、外部电阻r
on
、第一电阻r1、第二电阻r2、电容c1和比较器；
7.第一p型mos管pm1的栅极与第一p型mos管pm1的漏极、第二p型mos管pm2的栅极、第三p型mos管pm3的栅极、第四p型mos管pm4的栅极，并与外部的偏置电流ibias1连接，第二p型mos管pm2的漏极与第一n型mos管nm1的栅极、第一n型mos管nm1的漏极、第二n型mos管nm2的栅极、第三n型mos管nm3的栅极连接，第三p型mos管pm3的漏极与第一n型三极管npn1的集电极、第五n型mos管nm5的栅极连接，第四p型mos管pm4的漏极与第二n型三极管npn2的集电极、第四n型mos管nm4的栅极连接，第五p型mos管pm5的栅极与第五p型mos管pm5的漏极、第六p型mos管pm6的栅极、第四n型三极管npn4的集电极连接，第六p型mos管pm6的漏极与电容c1正端、比较器的负极连接，第二n型mos管nm2的漏极与第四n型mos管nm4的源极、第一n型
三极管npn1的基极、第二n型三极管npn2的基极连接，第三n型mos管nm3的漏极与第五n型mos管nm5的源极、第三n型三极管npn3的基极、第四n型三极管npn4的基极连接，第四n型mos管nm4的漏极与内部电源vcc连接，第五n型mos管nm5的漏极与内部电源vcc连接，第一n型三极管npn1的发射级与电阻r
on
的一端、第一电阻r1的一端连接；第二n型三极管npn2的发射级与第二电阻r2的一端、第三n型三极管npn3的发射极、第四n型三极管npn4的发射极连接；第三n型三极管npn3的集电极与内部电源vcc连接，第一p型mos管pm1、第二p型mos管pm2、第三p型mos管pm3、第四p型mos管pm4、第五p型mos管pm5和第六p型mos管pm6的源极均连接内部电源vcc连接，第一n型mos管nm1、第二n型mos管nm2和第三n型mos管nm3的源极均与地gnd连接。
8.优选地，电阻r
on
远远大于第一电阻r1，使第一电阻r1端口的电流i
r1
为v
in
/r
on
。
9.优选地，第一n型三极管npn1的数量为第二n型三极管npn2的m倍，第二电阻r2的阻值为第一电阻r1的m倍，i
npn1
为m倍的i
npn2
，使得vr1等于vr2。
10.i
npn1
＝m
×inpn2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0011]vin
/r
on
＝m
×
(in
pn3
+in
pn4
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0012][0013]
优选地，第四n型三极管npn4的个数为第三n型三极管npn3、第四n型三极管npn4个数总和的n分之一，使得：
[0014]inpn4
＝(i
npn3
+i
npn4
)/n
ꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0015][0016]
优选地，当i
pm5
＝i
pm6
＝i
npn4
时，该电流对电容c1进行周期性充电。
[0017]
优选地，第一p型mos管pm1、第二p型mos管pm2、第三p型mos管pm3、第四p型mos管pm4、第五p型mos管pm5和第六p型mos管pm6的衬底与内部电源vcc连接。
[0018]
优选地，第一n型mos管nm1、第二n型mos管nm2、第三n型mos管nm3、第四n型mos管nm4、第五n型mos管nm5的衬底与地gnd连接。
[0019]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0020]
本发明所公开的一种用于大功率电源管理的cot恒定导通时间电路，系统不需要振荡器电路就能产生开关电源的恒定频率，该频率只与v
out
相关，可实现开关频率的自控制。通过外设电阻r
on
，具有可控制开关频率的大小的优点。通过外设电阻r
on
与v
in
产生电流i
r1
为f
in
/r
on
的信号，电路简单，不需要放大器即可实现。通过第一n型三极管npn1与第二n型三极管npn2的倍数关系，及第二电阻r2与第一电阻r1的倍数关系，可以精确镜像出电流i
r1
的倍数的电流信号，可避免电流镜像时由于衬偏等影响导致电流的不准确性。通过电流对电容c1周期性充电，产生与电源电压v
in
相关的恒定导通时间t
on
，与输入电压成反比，由于占空比d为v
out
/v
in
，t
on
为占空比d除以开关频率，所以此特性表现为，当v
out
固定时，工作频率固定，与负载无关。因此该电路可以产生恒定导通时间与v
in
相关，开关频率与v
out
相关。
[0021]
进一步地，电阻r
on
远远大于第一电阻r1，使第一电阻r1端口的电流i
r1
为v
in
/r
on
，有利于产生只与v
in
及r
on
相关的电流信号，并能保证电流的精度，同时提供只与v
in
及r
on
的电流信号。
[0022]
进一步地，第一n型三极管npn1的数量为第二n型三极管npn2的m倍，第二电阻r2的
阻值为第一电阻r1的m倍，i
npn1
为m倍的i
npn2
，使得vr1等于vr2，有利于精确镜像出电流i
r1
的倍数的电流信号，使电流的倍数便于计算。
[0023]
进一步地，当i
pm5
＝i
pm6
＝i
npn4
时，该电流对电容c1进行周期性充电，有利于产生与v
in
及r
on
信号相关的电压三角波，用于与后级比较器相比较，产生出恒定的导通时间信号，最终产生与v
out
相关的频率信号，不需要振荡器电路。
附图说明
[0024]
图1为本发明的电源电压相关的恒定导通时间电路图。
具体实施方式
[0025]
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
[0026]
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0027]
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
[0028]
本发明提供了一种通过内部电路来实现的与电源电压v
in
相关的恒定导通时间电路，应用于cot控制模式的开关电源，主要应用于cot控制模式架构的降压dc/dc转换器中,实现了单次触发定时器产生恒定导通时间。恒定导通时间t
on
与输入电压成反比，而与输出电压成正比，因此，恒定导通时间与v
in
相关，开关频率与v
out
相关。
[0029]
所述的一种用于cot控制模式与电源电压相关的恒定导通时间电路，包括一个恒定导通时间电路，是一个单次触发定时器，导通时间与v
in
相关。
[0030]
恒定导通时间电路的具体实现形式图1所示，该cot控制模式开关电源控制系统上管的开启由输出电压的分压反馈电压与固定基准的设定值比较决定，当输出电压的分压反馈电压低于固定基准的设定值时，上管开启，上管的关断则恒定导通时间电路产生的t
on
决定。
[0031]
主开关管导通时间由外部电阻r
on
决定，与输入电压v
in
成反比。导通时间可由公式(1)设计，
[0032][0033]
由于，
[0034][0035]
t
on
＝d
×
t
sw
ꢀꢀ
(3)
[0036][0037]
所以可以得到，
[0038][0039]
其中外部电阻r
on
设置导通时间t
on
的电阻，v
out
为系统输出电压，v
in
为系统输入电压，d为占空比，t
on
表示恒定导通时间，f
sw
为系统开关频率，f
sw
为系统开关周期。由上式可以得出，恒定导通时间t
on
与v
in
相关，开关频率f
sw
与v
out
相关。
[0040]
电路由图1所示，第一p型mos管pm1、第二p型mos管pm2、第三p型mos管pm3、第四p型mos管pm4、第五p型mos管pm5、第六p型mos管pm6、第一n型mos管nm1、第二n型mos管nm2、第三n型mos管nm3、第四n型mos管nm4、第五n型mos管nm5、第一n型三极管npn1、第二n型三极管npn2、第三n型三极管npn3、第四n型三极管npn4、外部电阻r
on
、第一电阻r1、第二电阻r2和电容c1组成产生恒定导通时间的三角波，周期性的对电容c1进行充电，具体的实现方式如下：第一电阻r1端口为v
in
在r
on
与第一电阻r1的分压。设计时，电阻r
on
远远大于第一电阻r1，故第一电阻r1端口的电流ir1可以近似看作为v
in
/r
on
。第一n型三极管npn1的数量为第二n型三极管npn2的m倍，第二电阻r2的阻值为第一电阻r1的m倍，i
npn1
为m倍的i
npn2
。所以vr1等于vr2。由电路得，
[0041]inpn1
＝m
×inpn2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0042]vin
/r
on
＝m
×
(i
npn3
+i
npn4
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0043]
将第四n型三极管npn4的个数为第三n型三极管npn3、第四n型三极管npn4个数总和的n分之一，所以得，
[0044]inpn4
＝(i
npn3
+i
npn4
)/n
ꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0045][0046]
由电路得，i
pm5
＝i
pm6
＝i
npn4
，该电流对电容c1进行周期性充电。
[0047]
将电容c1的电压与固定电压vref送入比较器进行比较，得到方波信号，即恒定导通时间。
[0048]
根据电容充放电公式，cu＝it可得，
[0049]
c1
×
vref＝i
npn4
×
t
on
ꢀꢀ
(10)
[0050]
可得，
[0051][0052][0053]
所以a＝c1
×
vref
×m×
n，恒定导通时间t
on
只与外部电阻r
on
与电源电压v
in
相关，开关频率f
sw
只与外部电阻r
on
与输出电压v
out
相关。
[0054]
参见图1，具体连接关系如下：
[0055]
第一p型mos管pm1的栅极与第一p型mos管pm1的漏极、第二p型mos管pm2的栅极、第三p型mos管pm3的栅极、第四p型mos管pm4的栅极，并与外部的偏置电流ibias1连接，源极与内部电源vcc连接，衬底与内部电源vcc连接；
[0056]
第二p型mos管pm2的栅极与第一p型mos管pm1的栅极、第一p型mos管pm1的漏极、第三p型mos管pm3的栅极、第四p型mos管pm4的栅极，并与外部的偏置电流ibias1连接，漏极与第一n型mos管nm1的栅极、第一n型mos管nm1的漏极、第二n型mos管nm2的栅极、第三n型mos管nm3的栅极连接，源极与内部电源vcc连接，衬底与内部电源vcc连接；
[0057]
第三p型mos管pm3的栅极与第一p型mos管pm1的栅极、第一p型mos管pm1的漏极、第二p型mos管pm2的栅极、第四p型mos管pm4的栅极，并与外部的偏置电流ibias1连接，漏极与第一n型三极管npn1的集电极、第五n型mos管nm5的栅极连接，源极与内部电源vcc连接，衬底与内部电源vcc连接；
[0058]
第四p型mos管pm4的栅极与第一p型mos管pm1的栅极、第一p型mos管pm1的漏极、第二p型mos管pm2的栅极、第三p型mos管pm3的栅极，并与外部的偏置电流ibias1连接，漏极与第二n型三极管npn2的集电极、第四n型mos管nm4的栅极连接，源极与内部电源vcc连接，衬底与内部电源vcc连接；
[0059]
第五p型mos管pm5的栅极与第五p型mos管pm5的漏极、第六p型mos管pm6的栅极、第四n型三极管npn4的集电极连接，源极与内部电源vcc连接，衬底与内部电源vcc连接；
[0060]
第六p型mos管pm6的栅极与第五p型mos管pm5的栅极、第五p型mos管pm5的漏极、第四n型三极管npn4的集电极连接，漏极与电容c1正端、比较器的负极连接，源极与内部电源vcc连接，衬底与内部电源vcc连接；
[0061]
第一n型mos管nm1的栅极与第一n型mos管nm1的漏极、第二n型mos管nm2的栅极、第三n型mos管nm3的栅极、第二p型mos管pm2的漏极连接，源极与地gnd连接，衬底与地gnd连接；
[0062]
第二n型mos管nm2的栅极与第一n型mos管nm1的栅极、第一n型mos管nm1的漏极、第三n型mos管nm3的栅极、第二p型mos管pm2的漏极连接，漏极与第四n型mos管nm4的源极、第一n型三极管npn1的基极、第二n型三极管npn2的基极连接，源极与地gnd连接，衬底与地gnd连接；
[0063]
第三n型mos管nm3的栅极与第一n型mos管nm1的栅极、第一n型mos管nm1的漏极、第二n型mos管nm2的栅极、第二p型mos管pm2的漏极连接，漏极与第五n型mos管nm5的源极、第三n型三极管npn3的基极、第四n型三极管npn4的基极连接，源极与地gnd连接，衬底与地gnd连接；
[0064]
第四n型mos管nm4的栅极与第四p型mos管pm4的漏极、第二n型三极管npn2的集电极连接，漏极与内部电源vcc连接，源极与第一n型三极管npn1的基极、第二n型三极管npn2的基极、第二n型mos管nm2的漏极连接，衬底与地gnd连接；
[0065]
第五n型mos管nm5的栅极与第三p型mos管pm3的漏极、第一n型三极管npn1的集电极连接，漏极与内部电源vcc连接，源极与第三n型三极管npn3的基极、第四n型三极管npn4的基极、第三n型mos管nm3的漏极连接，衬底与地gnd连接；
[0066]
第一n型三极管npn1的基极与第四n型mos管nm4的源极、第二n型三极管npn2的基
极、第二n型mos管nm2的漏极连接，集电极与第三p型mos管pm3的漏极、第五n型mos管nm5的栅极连接，发射级与电阻ron的一端、第一电阻r1的一端连接；
[0067]
第二n型三极管npn2的基极与第四n型mos管nm4的源极、第一n型三极管npn1的基极、第二n型mos管nm2的漏极连接，集电极与第四n型mos管nm4的栅极、第四p型mos管pm4的漏极连接，发射级与第二电阻r2的一端、第三n型三极管npn3的发射极、第四n型三极管npn4的发射极连接；
[0068]
第三n型三极管npn3的基极与第三n型mos管nm3的漏极、第五n型mos管nm5的源极、第四n型三极管npn4的基极连接，集电极与内部电源vcc连接，发射级与第二电阻r2的一端、第二n型三极管npn2的发射极、第四n型三极管npn4的发射极连接；
[0069]
第四n型三极管npn4的基极与第三n型mos管nm3的漏极、第五n型mos管nm5的源极、第三n型三极管npn3的基极连接，集电极与第五p型mos管pm5的栅极、第五p型mos管pm5的漏极、第六p型mos管pm6的栅极连接，发射级与第二电阻r2的一端、第二n型三极管npn2的发射极、第三n型三极管npn3的发射极连接；
[0070]
外部电阻ron的一端与外部电源vin连接，电阻的另一端与第一n型三极管npn1的发射级、第一电阻r1的一端连接；
[0071]
第一电阻r1的一端与第一n型三极管npn1的发射级、外部电阻ron的一端连接，另一端与地gnd连接；
[0072]
第二电阻r2的一端与第二n型三极管npn2的发射级、第三n型三极管npn3的发射级、第四n型三极管npn4的发射级连接，另一端与地gnd连接；
[0073]
电容c1的正端与第六p型mos管pm6的漏极、比较器的负极连接，电容c1的负端与地gnd连接；
[0074]
比较器的输入正端与固定电压基准vref连接，比较器的输入负端与电容c1的正端、第六p型mos管pm6的漏极连接，比较器的输出为恒定导通时间信号t
on
。
[0075]
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。