一种ACOT控制型Buck变换器的谷值电流限产生电路

本发明属于集成电路和功率电子领域，具体涉及一种用于自适应恒定导通时间(adaptive constant on-time mode,acot)控制型buck变换器的谷值电流限产生电路。

背景技术：

1、dc-dc buck变换器芯片在全负载范围具有良好的效率，体积小，是当下各种电子系统中最为常见的芯片，如服务器、通讯基站、手机等都会集成各种不同用途的电源芯片。目前电源芯片正朝着低功耗、高效率、小体积、高功率密度、更快的瞬态响应的方向发展。快速的瞬态响应意味着电源电压在负载跳变时能快速恢复，cot控制型buck变换器由于其快速的瞬态响应、控制结构简单等优点获得了学术界和工业界的广泛研究和应用。采用cot控制的电流模式buck变换器通过对导通时间进行固定计时产生上管关断也即下管导通信号，后将电感电流与谷值电流限进行比较产生下管关断也即上管导通信号，以达到调整输出电压的目的。cot控制的电流模式buck变换器即使占空比大于50％也能够保持稳定，可以避免峰值电流模控制的次谐波振荡，无需设计斜坡补偿电路；轻负载时，cot控制的电流模式buck变换器根据是否允许电感反流可分为两种工作状态。不允许电感反流时，轻负载处于不连续导通模式(dcm)，频率降低，能够实现高的转换效率；允许电感反流时，轻负载处于连续导通模式(ccm)，频率不变，能够实现低的纹波，但效率很低。为了解决cot控制的电磁兼容问题，常采用acot，其导通时间随输入输出变化而变化以维持恒定频率。对于轻载支持电感反流选项的acot控制的电流模buck变换器，在保持低输出纹波性能的同时，需产生正负平滑切换的谷值电流限。

技术实现思路

1、本发明的目的，在于提出一种适用于轻载支持电感反流选项的acot控制型buck变换器的谷值电流限产生电路，重负载时可以为其提供正的谷值电流限，轻负载时可以为其提供负的谷值电流限。从而使buck变换器在全负载范围都具有低纹波性能，以及快速负载瞬态响应。应用本发明的acot控制型buck变换器相较传统的acot控制型buck变换器不仅可以在轻载时处于不连续导通状态来获得高效率，还可以提供允许电感反流的选项，使轻载时处于连续导通状态，保持低输出纹波的特性。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种适用于轻载支持电感反流选项的acot控制型buck变换器的谷值电流限产生电路，包括误差放大器ea、正谷值电流产生电路、负谷值电流产生电路、电流差分谷值限比较电路。正谷值电流产生电路和负谷值电流产生电路输出由误差放大器ea控制的电流。重负载时正谷值电流产生电路工作，负谷值电流产生电路输出电流为零；轻负载时负谷值电流产生电路工作，正谷值电流产生电路输出电流为零。电流差分谷值限比较电路将正谷值电流和负谷值电流作差得到在零值平滑切换的谷值电流限，并输出电感电流il和该谷值电流限的比较结果。

3、图1为本发明的架构。所述误差放大器ea的同相端接buck内部基准电压vref，反相端接buck芯片的反馈电压vfb，输出端接正谷值电流产生电路和负谷值电流产生电路。进行图5所示仿真时，误差放大器ea反相端接ea输出，同相端接测试信号vp，输出端接正谷值电流产生电路和负谷值电流产生电路。正谷值电流产生电路和负谷值电流产生电路的输出接电流差分谷值限比较电路。电流差分谷值限比较电路的输出co接图2的逻辑与驱动模块。图2为应用本发明的buck变换器。自适应计时模块和本发明均连接逻辑与驱动模块，逻辑与驱动模块连接功率下管nld1和功率上管nld2的栅极。功率下管nld1的源极接地，功率上管nld2的漏极接电源。功率下管nld1的漏极接功率上管nld2的源极，该结点称为sw节点。第一电感l1一端接sw点，另一端接第二电容c2。第二电容c2一端接第二电阻r2，第二电容c2另一端接地，第二电阻r2的另一端接第三电阻r3，第三电阻r3另一端接地。第二电阻r2和第三电阻r3相连的结点接本发明误差放大器ea的反相端。

4、所述正谷值电流产生电路包括第一nmos管mn1、第一pmos管mp1、第二pmos管mp2、第三pmos管mp3、第一电阻r1、第一电流源i1；所述负谷值电流产生电路包括第二nmos管mn2、第三nmos管mn3、第四nmos管mn4、第五nmos管mn5、第四pmos管mp4、第五pmos管mp5、第六pmos管mp6、第二电流源i2、第三电流源i3和第一电容c1；

5、第一nmos管mn1的栅极接误差放大器ea的输出端，第一nmos管mn1的源极接第一电阻r1的一端，第一电阻r1的另一端接地，第一nmos管mn1的漏极接第一电流源i1的一端和第二pmos管mp2的栅极；第一电流源i1的另一端接电源；第一pmos管mp1的栅极接第六pmos管mp6的栅极，第一pmos管mp1的源极接电源，第一pmos管mp1的漏极接第二pmos管mp2的栅极；第二pmos管mp2的源极接电源，第二pmos管mp2的漏极接第一nmos管mn1的源极；第三pmos管mp3的栅极接第二pmos管mp2的栅极，第三pmos管mp3的源极接电源；

6、第四pmos管mp4的栅极接第三pmos管mp3的栅极，第四pmos管mp4的源极接电源，第四pmos管mp4的漏极接第二电流源i2的一端、第一电容c1的一端和第三nmos管mn3的栅极；第二电流源i2的另一端和第一电容c1的另一端接地；第二nmos管mn2的栅极接第五nmos管mn5的源极，第二nmos管mn2的源极接地，第二nmos管mn2的漏极接第四nmos管mn4的源极；第三nmos管mn3的源极接地，第三nmos管mn3的漏极接第五nmos管mn5的源极；第四nmos管mn4栅漏短接，；第四nmos管mn4的漏极接第三电流源i3的一端，第三电流源i3的另一端接电源；第五nmos管mn5的栅极接第四nmos管mn4的栅极，第五nmos管mn5的漏极接第六pmos管mp6的漏极；第五pmos管mp5的源极接电源，第五pmos管mp5的栅极接第六pmos管mp6的栅极；第六pmos管mp6的源极接电源；第二电流源i2、第一电容c1和第三nmos管mn3构成误差放大器ea输出的高侧箝位；第三电流源i3、第二nmos管mn2、第四nmos管mn4、第五nmos管mn5和第六pmos管mp6构成误差放大器ea输出的低侧箝位。

7、所述电流差分谷值限比较电路的第六nmos管mn6的栅极接功率下管nld1的栅极驱动信号ls，第六nmos管mn6的漏极接比较器comp的正输入端和第五pmos管的漏极，第六nmos管mn6的源极接地。第七nmos管mn7的栅极接功率下管nld1的栅极驱动信号ls，第七nmos管mn7的漏极接功率下管nld1的漏极sw，第七nmos管mn7的源极接比较器comp的负输入端和第三pmos管的漏极。比较器的输出co接图2的逻辑与驱动模块。

8、本发明的有益效果为，本发明可以为轻载支持电感反流选项的acot控制型buck变换器提供谷值电流限，重负载时提供正的谷值电流限，轻负载时提供负的谷值电流限。应用本发明的acot控制型buck变换器相较传统的acot控制型buck变换器不仅可以在轻载时处于不连续导通状态来获得高效率，还可以提供允许电感反流的选项，牺牲效率换取低纹波的性能。