一种基于峰值电流模的电源控制电路的制作方法

1.本发明涉及电源管理技术领域，特别是涉及一种基于峰值电流模的电源控制电路。


背景技术：

2.buck-boost是电感式开关升降压dcdc电压稳压器的简称。其基本原理如图1所示。开关abcd和电感ind组成了功率级电路。控制电路(control circuit)让abcd按着一定的时序交替工作，利用储能原件电感将能量由输入vin搬移的输出vout。无论vin大于、等于或小于vout，该稳压器都可以保持vout的恒定。
3.当vin》》vout时，开关d一直导通c一直关断，开关ab交替导通关断，电源控制电路工作在降压模式(buck模式)；在vin《《vout时，开关a一直导通b一直关断，开关cd交替导通关断，电源控制电路工作在升压模式(boost模式)。当vin接近vout时，需要开关abcd按照特定的时序交替导通，电源控制电路工作在升降压模式(buck-boost模式)。降压模式(buck模式)和升压模式(boost模式)的稳压器在技术上已经非常成熟，buck-boost的技术难点在于如何实现升降压模式(buck-boost模式)。
4.为了提高轻载时的效率，dcdc需要有专门设计的轻载工作模式。当负载很重时电源控制电路工作在连续导通(ccm)模式；当负载低到一定程度后，电源控制电路要能自动进入轻载模式。在ccm模式下，dcdc保持工作频率不变，通过调整功率开关的占空比实现vout的稳压，电感电流随着负载线性变化；在轻载模式下，每个开关周期内的电感电流不再降低，功率级电路通过间歇式工作来保持vout的稳压。
5.vin》vout且轻载的条件下，单个工作周期中在t1阶段给vout充了过多不受环路控制的电荷，会在vout端引入较大的纹波导致vc端也产生很大的纹波，单脉冲控制环路很难找到稳定的工作点，使得环路出现不稳定现象；为了抑制该不稳定现象，应用中必须在vout和vc节点加较大的电容来减小纹波的影响。由于反馈环路中引入较大的电容，环路响应速度会变慢且增加了应用成本。


技术实现要素：

6.为了解决上述问题，本发明提供了一种基于峰值电流模的电源控制电路。
7.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
8.一种基于峰值电流模的电源控制电路，包括：功率级电路、第一比较器、第二比较器、差分放大器、电流控制延时电路、逻辑控制电路、v/i变换电路、timer电路、输出电阻以及输出电容；
9.所述功率级电路的输入端接输入电压，所述功率级电路的输出端分别与所述输出电阻的一端、所述输出电容的一端、所述第二比较器输入端以及所述差分放大器的反向输入端连接；所述输出电阻的另一端以及所述输出电容的另一端均接地；所述第二比较器的输出端与所述逻辑控制电路的输入端连接；所述差分放大器的反向输入端接参考电压，所
述差分放大器的输出端与所述v/i变换电路的输入端连接；所述v/i变换电路的输出端分别与所述第一比较器的反向输入端以及所述电流控制延时电路的输入端连接；所述电流控制延时电路的输出端与所述逻辑控制电路的输入端连接；所述第一比较器的正向输入端与所述功率级电路连接，所述第一比较器的输出端与所述逻辑控制电路的输入端连接；所述逻辑控制电路的输入端还与所述timer电路的输出端连接，所述逻辑控制电路的输出端与所述功率级电路连接；所述timer电路电路的输入接输入电压以及输出电压。
10.可选地，所述功率级电路包括第一mos开关、第二mos开关、第三mos开关、第四mos开关以及储能电感；
11.所述第一mos开关的源极为所述功率级电路的输入端，所述第一mos开关的漏极分别与所述第二mos开关的漏极、所述电感的一端以及所述第一比较器的正向输入端连接；所述第二mos开关的源极接地；所述电感的另一端分别与所述第三mos开关的漏极、所述第四mos开关的漏极以及所述第二比较器的反向输入端连接连接；所述第三mos开关的源极接地；所述第四mos开关的源极与所述第二比较器的正向输入端连接；所述第一mos开关的栅极、所述第二mos开关的栅极、所述第三mos开关的栅极以及所述第四mos开关的栅极均与所述逻辑控制电路的输出端连接。
12.可选地，在重载情况下，所述电源控制电路工作在ccm模式；随着负载变低，所述电源控制电路工作在dcm模式；在轻载情况下，所述电源控制电路工作在单脉冲轻载模式。
13.可选地，当所述电源控制电路工作在ccm模式，所述逻辑控制电路根据所述第一比较器的输出和所述timer电路的输出控制所述第一mos开关、所述第二mos开关、所述第三mos开关以及所述第四mos开关的导通时间；
14.当所述电源控制电路在dcm模式，所述逻辑控制电路根据所述第二比较器的输出和所述timer电路的输出控制所述第一mos开关、所述第二mos开关、所述第三mos开关以及所述第四mos开关的导通时间；
15.当所述电源控制电路工作在单脉冲轻载模式，所述逻辑控制电路根据所述电流控制延时电路的输出控制所述第一mos开关、所述第二mos开关、所述第三mos开关以及所述第四mos开关的导通时间。
16.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
17.本发明提供了一种基于峰值电流模的电源控制电路，包括：功率级电路、第一比较器、第二比较器、差分放大器、电流控制延时电路、逻辑控制电路、v/i变换电路、timer电路、输出电阻以及输出电容。本发明能够实现对timer电路的输出信号t1随负载变化进行线性调节，负载越轻，间隔时间越短。由于单个周期对vout的充电电荷随负载降低而减小，vout端和vc节点不再需要用很大的电容来降低电压纹波，环路响应速度会相应增加。
附图说明
18.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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为buck-boost的原理图；
20.图2为本发明提供的基于峰值电流模的电源控制电路的示意图；
21.图3为重载时ccm模式下的时序图；
22.图4为稍轻载时dcm模式下的时序图；
23.图5为很轻载时单脉冲模式下的时序图。
具体实施方式
24.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。
25.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
26.如图2所示，本实施例提供的基于峰值电流模的电源控制电路，包括：功率级电路(虚线框内)、第一比较器comp1、第二比较器comp2、差分放大器gm、电流控制延时电路tpfm、逻辑控制电路logic、v/i变换电路、timer电路、输出电阻rout以及输出电容cout。
27.功率级电路的输入端接输入电压vin，功率级电路的输出端分别与输出电阻rout的一端、输出电容cout的一端、第二比较器comp2输入端以及差分放大器gm的反向输入端连接；输出电阻rout的另一端以及输出电容cou的另一端均接地；第二比较器comp2的输出端与逻辑控制电路logic的输入端连接；差分放大器gm的反向输入端接参考电压vref，差分放大器gm的输出端与v/i变换电路的输入端连接；v/i变换电路的输出端分别与第一比较器comp1的反向输入端以及电流控制延时电路tpfm的输入端连接；电流控制延时电路tpfm的输出端与逻辑控制电路logic的输入端连接；第一比较器comp1的正向输入端与功率级电路连接，第一比较器comp1的输出端与逻辑控制电路logic的输入端连接；逻辑控制电路logic的输入端还与timer电路的输出端连接，逻辑控制电路logic的输出端与功率级电路连接；timer电路电路的输入接输入电压vin以及输出电压vout。
28.如图2所示，本实施例提供的功率级电路包括第一mos开关、第二mos开关、第三mos开关、第四mos开关以及储能电感；
29.第一mos开关的源极为功率级电路的输入端，第一mos开关的漏极分别与第二mos开关的漏极、电感的一端以及第一比较器的正向输入端连接；第二mos开关的源极接地；电感的另一端分别与第三mos开关的漏极、第四mos开关的漏极以及第二比较器的反向输入端连接连接；第三mos开关的源极接地；第四mos开关的源极与第二比较器的正向输入端连接；第一mos开关的栅极、第二mos开关的栅极、第三mos开关的栅极以及第四mos开关的栅极均与逻辑控制电路的输出端连接。
30.本实施例在tpfm电路中增加延时电路，延迟时间随着ipfm的减小而减小，延时结束后产生信号脉冲t1_2。延时的最短时间设定为t1_min。在逻辑控制电路logic中，t1阶段的工作时间由t1和t1_2中定时先到达的决定。
31.在重载情况下，vc电压比较高所以ipfm和ic都比较大。tpfm产生的间隔时间t1_2大于timer电路产生的t1，同时tpfm产生的间隔时间t3小于由t1和t2设定的开关周期。pwm、t1和t2共同控制开关abcd的导通时间以实现vout的稳压。电源控制电路工作在ccm模式，该
情况下的时序如图3所示。
32.随着负载变低，vc电压逐渐降低直至ic被钳位在最小电流值后，每个开关周期的电感电流不再减小。ipfm随着vc的下降而继续减小，tpfm产生的间隔时间t1_2会逐渐减小。当t1_2小于t1后，t1阶段的工作时间开始减小。此时，t3仍小于由t1和t2设定的开关周期。pwm、t1、t2和zcd共同控制开关abcd以实现vout的稳压。电源控制电路工作在dcm模式，该情况下的时序如图4所示。
33.当负载进一步变低时，vc电压降低直至t1_2被钳位在t1_min，t1阶段的工作时间不再降低。ipfm随着vc的下降而继续减小，tpfm产生的间隔时间会逐渐增大。当间隔时间大于由t1和t2设定的开关周期后，开关动作的工作周期开始由t3信号决定。电源控制电路自动进入单脉冲轻载模式，该情况下的时序如图5所示。
34.在轻载条件下，随负载降低而降低t1阶段的维持时间，线性减小单个周期对vout的充电电荷，使得vout端的纹波电压一直很小。当t1降到设定的最小值后，再开始延长t3，使间歇时间逐渐拉长。
35.本实施例提供的电源控制电路中利用反馈控制vc信号去调制t1的间隔时间，实现t1随负载变化的线性调节。负载越轻，间隔时间越短。
36.因为单个周期对vout的充电电荷随负载降低而减小，vout端和vc节点不再需要用很大的电容来降低电压纹波，环路响应速度会相应增加。
37.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。
38.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。