电压型PWM比较器及DC/DC变换器的制作方法

本发明涉及电气技术领域，更具体地说，涉及电压型pwm比较器及dc/dc变换器。

背景技术：

dc/dc变换器就是一种直流电压转换为另外一种直流电压的装置。峰值电流模式控制方式以瞬态响应快，补偿简单的优势在dc/dc变换器中被广泛应用。峰值电流模式控制方式为反馈信息是电流信息的定频控制方式。由于dc/dc变换器中的电压型pwm(pulsewidthmodulation，脉冲宽度调制)比较器延时，功率管驱动延时，以及电流采样电路建立延时都限制了dc/dc变换器的最小占空比。占空比是高电平维持时间占整个周期的时间比例。

图1为采用峰值电流模式控制的降压型变换器。采样电流isense和斜坡补偿电流islope通过电阻转化为电压信号vramp，然后vramp和vc通过pwm比较器进行比较。图2为图1中降压型变换器的稳态工作波形图。电感电流il上升时间ton为最小值ton_min时，占空比最小；ton_min由如下三部分限制：(1)电感电流采样建立时间，即电压信号vramp的产生时间；(2)电压型pwm比较器延时时间；(3)pwm信号作用到功率管的传输延时时间。dc/dc变换器的最小占空比d＝ton_min/ts，ts为降压型变换器的开关周期。

dc/dc变换器的最小占空比限制了dc/dc变换器的应用范围。例如，dc/dc变换器的最小占空比为20％，那么如果将该dc/dc变换器应用在占空比小于20％的场景中，则输出电压就无法维持稳定输出，导致输出电压飘高。由于vramp和vc是两个电压信号，在比较过程中有较大的延时时间，导致电压型pwm比较器延时时间，在上述三个延时时间中的比重较大。因此，现在亟需一种降低电压型pwm比较器延时时间的方案。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提出电压型pwm比较器及dc/dc变换器，欲实现降低延时时间，扩大dc/dc变换器应用范围的目的。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

一种电压型pwm比较器，包括：第一级开关管电路、第二级开关管电路、信号输出电路和钳位电路；

所述第一级开关管电路包括两个电压输入端，用于输入待比较电压；

所述第一级开关管电路的电压输出端与所述第二级开关管电路的电压驱动端连接；

所述第二级开关管电路的电压输出端与所述信号输出电路连接；

所述钳位电路与所述第一级开关管电路的电压输出端连接，用于将所述第一级开关管电路的电压输出端的电压钳位在电压阈值与翻转阈值之间，所述电压阈值小于电压源电压。

可选的，所述钳位电路包括：第一开关管和第二开关管；

所述第一开关管的控制端和电流输出端均与所述第一级开关管电路的电压输出端连接，所述第一开关管的电流输入端与所述第二级开关管电路的电压输出端连接；

所述第二开关管的控制端与电流源连接，所述第二开关管的电流输入端与所述第一开关管的电流输出端连接，所述第二开关管的电流输出端与所述第二级开关管电路的电压输出端连接；

所述第一开关管是在控制端为低电平时导通的开关管，所述第二开关管是在控制端为高电平时导通的开关管。

可选的，所述第一开关管为pmos管，所述第二开关管为nmos管。

可选的，所述钳位电路包括：第三开关管、第四开关管、第五开关管和第六开关管；

所述第三开关管的控制端与所述第一级开关管电路的电压输出端连接，所述第三开关管的电流输入端与电压源连接，所述第三开关管的电流输出端与第四开关管的电流输入端连接；

所述第四开关管的控制端与电流源连接，所述第四开关管的电流输出端接地；

所述第五开关管的控制端与所述第三开关管的电流输出端连接，所述第五开关管的电流输入端与所述第一级开关管电路的电压输出端连接，所述第五开关管的电流输出端与所述第六开关管的电流输入端连接；

所述第六开关管的控制端与所述电流源连接，所述第六开关管的电流输出端接地；

所述第三开关管和所述第五开关管均是在控制端为低电平时导通的开关管，所述第四开关管和所述第六开关管均是在控制端为高电平时导通的开关管。

可选的，所述第三开关管和所述第五开关管均为pmos管，所述第四开关管和第六开关管均为nmos管。

一种峰值电流模式控制的dc/dc变换器，包括电压型pwm比较器，所述电压型pwm比较器包括：第一级开关管电路、第二级开关管电路、信号输出电路和钳位电路；

所述第一级开关管电路包括两个电压输入端，用于输入待比较电压；

所述第一级开关管电路的电压输出端与所述第二级开关管电路的电压驱动端连接；

所述第二级开关管电路的电压输出端与所述信号输出电路连接；

所述钳位电路与所述第一级开关管电路的电压输出端连接，用于将所述第一级开关管电路的电压输出端的电压钳位在电压阈值与翻转阈值之间，所述电压阈值小于电压源电压。

可选的，所述钳位电路包括：第一开关管和第二开关管；

所述第一开关管的控制端和电流输出端均与所述第一级开关管电路的电压输出端连接，所述第一开关管的电流输入端与所述第二级开关管电路的电压输出端连接；

所述第二开关管的控制端与电流源连接，所述第二开关管的电流输入端与所述第一开关管的电流输出端连接，所述第二开关管的电流输出端与所述第二级开关管电路的电压输出端连接；

所述第一开关管是在控制端为低电平时导通的开关管，所述第二开关管是在控制端为高电平时导通的开关管。

可选的，所述第一开关管为pmos管，所述第二开关管为nmos管。

可选的，所述钳位电路包括：第三开关管、第四开关管、第五开关管和第六开关管；

所述第三开关管的控制端与所述第一级开关管电路的电压输出端连接，所述第三开关管的电流输入端与电压源连接，所述第三开关管的电流输出端与第四开关管的电流输入端连接；

所述第四开关管的控制端与电流源连接，所述第四开关管的电流输出端接地；

所述第五开关管的控制端与所述第三开关管的电流输出端连接，所述第五开关管的电流输入端与所述第一级开关管电路的电压输出端连接，所述第五开关管的电流输出端与所述第六开关管的电流输入端连接；

所述第六开关管的控制端与所述电流源连接，所述第六开关管的电流输出端接地；

所述第三开关管和所述第五开关管均是在控制端为低电平时导通的开关管，所述第四开关管和所述第六开关管均是在控制端为高电平时导通的开关管。

可选的，所述第三开关管和所述第五开关管均为pmos管，所述第四开关管和第六开关管均为nmos管。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

上述技术方案提供的电压型pwm比较器及dc/dc变换器，通过设置第一级开关管电路的电压输出端的钳位电路，对第一级开关管电路的电压输出端的电压进行钳位，使得电压被钳位在电压阈值与翻转阈值之间，电压阈值小于电压源电压。相比传统电压型pwm比较器的第一级开关管电路的电压输出端电压由电压源电压降低到翻转阈值所用的时间，本方案中第一级开关管电路的电压输出端电压由电压阈值降低翻转阈值所用的时间较少，减小了小信号延时时间，进而减小了电感电流il上升的最小时间ton_min，使得dc/dc变换器的最小占空比降低，扩大了dc/dc变换器的应用范围。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为采用峰值电流模式控制的降压型变换器的电路示意图；

图2为图1中降压型变换器的稳态工作波形图；

图3为传统的电压型pwm比较器的电路示意图；

图4为图3中电压型pwm比较器的各个连接节点的电压翻转波形图；

图5为本发明提供的设置钳位电路后电压型pwm比较器的各个连接节点的电压翻转波形图；

图6为本发明一个实施例提供的电压型pwm比较器的电路示意图；

图7为本发明另一个实施例提供的电压型pwm比较器的电路示意图。

具体实施方式

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，都属于本发明保护的范围。

图3示出了传统的电压型pwm比较器。传统的电压型pwm比较器包括第一级开关管电路、第二级开关管电路和信号输出电路。第一级开关管电路包括pmos管mp1、mp2，nmos管mn1、mn2、mn4、mn5；第二级开关管电路包括pmos管mp3，nmos管mn6；信号输出电路包括两个串联的反相器。

第一级开关管电路包括两个电压输入端；一个电压输入端用于输入待比较电压vramp，另一个电压输入端用于输入待比较电压vc。第一级开关管电路的电压输出端nodea与第二级开关管电路的电压驱动端连接。第二级开关管电路的电压输出端nodeb与信号输出电路连接。

传统的电压型pwm比较器的第一级开关管电路的电压输出端nodea的电压的摆幅是电压源电压vdd和翻转阈值，导致传统的电压型pwm比较器的小信号延时时间td较长，大约为30ns。图4示出了传统的电压型pwm比较器的各个连接节点的电压翻转波形图。

本发明通过设置第一级开关管电路的电压输出端nodea的钳位电路，来减小电压型pwm比较器的小信号延时时间td。钳位电路将第一级开关管电路的电压输出端nodea的电压钳位在电压阈值clamph与翻转阈值之间，电压阈值clamph小于电压源电压vdd。参见图5，为设置钳位电路后电压型pwm比较器的各个连接节点的电压翻转波形图。下面详细介绍本发明提供的钳位电路结构。

参见图6，为本发明实施例提供的一种电压型pwm比较器，其中，钳位电路包括第一开关管mp4和第二开关管mn7。

第一开关管mp4的控制端和电流输出端均与第一级开关管电路的电压输出端nodea连接；第一开关管mp4的电流输入端与第二级开关管电路的电压输出端nodeb连接。

第二开关管mn7的控制端与电流源idc连接；第二开关管mn7的电流输入端与第一开关管mp4的电流输出端连接；第二开关管mn7的电流输出端与第二级开关管电路的电压输出端nodeb连接。

第一开关管mp4是在控制端为低电平时导通的开关管，第二开关管mn7是在控制端为高电平时导通的开关管。

当第一级开关管电路的电压输出端nodea的电压上升时，开关管mp3的电流减小，第二级开关管电路的电压输出端nodeb的电压开始翻低，开关管mn6从饱和区进入线性区，这样第二开关管mn7会导通以提供开关管mp2的电流从第二开关管mn7和开关管mn6到地的通路，这时第一级开关管电路的电压输出端nodea的电压不会再继续上升，使得第一级开关管电路的电压输出端nodea被钳位在比翻转阈值稍微高一些位置，且比电压源电压vdd要低，进而减小了小信号延时时间。

在本发明一个优选的实施例中，第一开关管mp4为pmos管，第二开关管mn7为nmos管。第一开关管mp4为pmos管时，第一开关管mp4的控制端为pmos管的栅极，第一开关管mp4的电流输入端为pmos管的源极，第一开关管mp4的电流输出端为pmos管的漏极。第二开关管mn7为nmos管时，第二开关管mn7的控制端为nmos管的栅极，第二开关管mn7的电流输入端为nmos管的漏极，第二开关管mn7的电流输出端为nmos管的源极。

参见图7，为本发明实施例提供的另一种电压型pwm比较器，其中，钳位电路包括：第三开关管mp4、第四开关管mn7、第五开关管mp5和第六开关管mn8。

第三开关管mp4的控制端与第一级开关管电路的电压输出端nodea连接；第三开关管mp4的电流输入端与电压源vdd连接；第三开关管mp4的电流输出端与第四开关管mn7的电流输入端连接。

第四开关管mn7的控制端与电流源idc连接；第四开关管mn7的电流输出端接地。

第五开关管mp5的控制端与第三开关管mp4的电流输出端连接；第五开关管mp5的电流输入端与第一级开关管电路的电压输出端nodea连接；第五开关管mp5的电流输出端与第六开关管mn8的电流输入端连接。

第六开关管mn8的控制端与电流源idc连接；第六开关管mn8的电流输出端接地。

第三开关管mp4和第五开关管mp5均是在控制端为低电平时导通的开关管；第四开关管mn7和第六开关管mn8均是在控制端为高电平时导通的开关管。

当第一级开关管电路的电压输出端nodea的电压上升时，开关管mp3的电流减小，第二级开关管电路的电压输出端nodea的电压开始翻低，当第一级开关管电路的电压输出端nodea的电压上升使得第五开关管mp5的栅极nodec的电压翻低时，第五开关管mp5开始导通，以提供开关管mp2的电流从第五开关管mp5和第六开关管mn8到地的通路，这时第一级开关管电路的电压输出端nodea的电压不会再继续上升，使得第一级开关管电路的电压输出端nodea被钳位在比翻转阈值稍微高一些位置，且比电压源电压vdd要低，进而减小了小信号延时时间。

在本发明一个优选的实施例中，第三开关管mp4和第五开关管mp5均为pmos管；第四开关管mn7和第六开关管mn8均为nmos管。

本发明还提供一种峰值电流模式控制的dc/dc变换器，包括上述任意一种电压型pwm比较器。

在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对本发明所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。