一种基于COT控制含纹波补偿的Buck电路电源管理芯片的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种基于COT控制含纹波补偿的Buck电路电源管理芯片。
【背景技术】
[0002]电源管理类芯片是对系统中各个模组进行用电管理的芯片，一些电源管理芯片会被用于开关电源电路。开关电源电路从广义上定义为，凡用半导体功率器件作为开关，将电源形态转变成为另一形态，转变时用自动控制闭环稳定输出并有保护环节的电路。开关电源电路一般包含控制芯片和外围电路。开关电源电路常见的拓扑结构有:降压斩波(Buck)、升压斩波(Boost)、反激式、正激式、半桥和全桥。其中Buck电路的控制方式包含有:迟滞控制、恒定导通时间(COT)控φ?」、电压型PffM控制和电流型PffM控制等。
[0003]采用COT控制的Buck电路，其传统做法电路如图1所示，片内包含有:基准电路模块、比较器模块、恒定导通时间模块、控制逻辑与软启动模块、驱动模块及两个片内功率开关管Mp、Mn。片外外围电路有:电感L，输出分压采样电阻RpR2，输出电容Cj其等效电阻Re。由于输出电容常采用陶瓷电容，其等效电阻Re很小，易使系统不稳定。经常要在片外加入RC无源补偿网络RpCpC2，将其并联在电感L两端，采样电感电流纹波，叠加到采样反馈电压上，以使系统稳定。
[0004]Buck电路有断续导通模式(DCM)和连续导通模式(CCM)两种工作状态。DCM下电感电流断续，每周期归零；DCM下电感电流I 续，不会归零。传统的Buck电路作用在DCM下的对应波形如图2所示:当GD为高电平，功率开关管Mp开通，Mn开通，电感电流由零上升，同时电感电压也上升；当GD为低电平，功率开关管Mn开通，Mp开通，电感电流下降，同时电感电压也下降，最终实现输入到输出、直流到直流的降压变换。
[0005]但是，传统的COT控制的Buck电路，在电感L两端直接并联电阻私和电容、C”(^的RC无源补偿方式会需要较大的电容和电阻。而若直接在片内产生一个与电感电流成比例的三角波做补偿纹波，由于工艺的影响，不能保证每个周期都归零，很容易产生积分误差。同时，传统Buck电路作用在DCM下，在电感电流L下降并过零的时候，没能及时关断下边管Mn，使电感电流込出现反向电流，大大增加了系统损耗，且欠缺防止电感电流I 大的过流保护功能，系统工作安全性低。
【发明内容】
[0006]针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种基于COT控制含纹波补偿的Buck电路电源管理芯片，能够避免外接较大电容电阻，降低系统每周期的积分误差。
[0007]—种基于COT控制含纹波补偿的Buck电路电源管理芯片，包括:
[0008]功率开关管Mp和Mn ;其中，功率开关管Mp的源端接Buck电路的输入电压Vin，漏端与功率开关管Mn的漏端相连，功率开关管Mn的源端接地；
[0009]基准电路模块，其根据输入电压Vin为高电平时，为片内提供参考电压V BG；
[0010]过流保护模块，其检测Buck电路的负载电流，并根据负载电流生成过流保护信号;
[0011]零电流开关模块，其在Buck电路片外电感续流阶段采集功率开关管Mp的漏端电压Vsw，并根据漏端电压Vsw生成零电流开关信号；
[0012]纹波补偿模块，其产生两路电流1(^和IC2，其中电流IC1的大小正比于Buck电路的输出电压Vo，电流1(32的大小正比于输入电压Vin与输出电压Vo的电压差；进而根据电流ICjP IC 2对所述的参考电压V B(；进行纹波补偿，得到基准电压V REF;
[0013]比较器，其反向输入端接收所述的基准电压Vref，正向输入端接收输出电压Vo经电阻分压后的反馈电压信号Vfb，从而产生比较信号；
[0014]恒定导通时间产生模块，其根据所述的比较信号生成导通时间信号；
[0015]控制逻辑与软启动模块，其根据所述的过流保护信号、零电流开关信号和导通时间信号，通过控制逻辑生成驱动信号用以对纹波补偿模块中的开关以及功率开关管Mp和Mn进彳丁开关控制；
[0016]驱动模块，其对所述的驱动信号进行功率放大后直接对纹波补偿模块中的开关以及功率开关管Mp和Mn进行开关控制。
[0017]进一步地，当所述的负载电流大于预设的电流阈值时，过流保护模块生成的过流保护信号才为高电平触发，其他时间均为低电平。
[0018]进一步地，当所述的漏端电压Vsw产生正向跳变时，零电流开关模块生成的零电流开关信号才为高电平触发，其他时间均为低电平。
[0019]进一步地，当所述的比较信号为低电平时，恒定导通时间产生模块生成的导通时间信号才为高电平触发且该高电平的脉宽恒定，其他时间均为低电平。
[0020]进一步地，对于功率开关管Mp和Mn，控制逻辑与软启动模块生成驱动信号⑶^口GD2对其进行控制；当导通时间信号为高电平时，驱动信号GD1S高电平；当导通时间信号为低电平时，驱动信号GD1S低电平；当零电流开关信号或过流保护信号为高电平时，驱动信号GD2M发为一个高电平脉冲；具体控制逻辑为:当驱动信号GD i为高电平时，功率开关管Mp导通，功率开关管Mn关断；当驱动信号GD1为低电平时，功率开关管Mn导通，功率开关管Mp关断；当驱动信号GD2触发为一个高电平脉冲，功率开关管Mp和Mn均关断，直到驱动信号电平再一次由低变高后，功率开关管Mp导通，功率开关管Mn关断，重复上述逻辑。[0021 ] 进一步地，所述的纹波补偿模块包括电流产生电路和纹波补偿电路。
[0022]所述的电流产生电路包括两个NMOS管Q1' Q 2、两个PMOS管Q3?Q 4、两个运算放大器仏?A 2以及两个电阻R ^ R 2;其中，电阻R i的一端接输入电压V IN，电阻札的另一端与运算放大器仏的正向输入端和NMOS管Q i的漏端相连，运算放大器A i的反向输入端接输出电压Vo，运算放大器A1的输出端与NMOS管Q 4勺栅端和NMOS管Q 2的栅端相连，NMOS管
源端和NMOS管Q 2的源端均接地，NMOS管Q 2的漏端产生电流IC 2；PM0S管Q 3的源端和PMOS管Q4的源端共接输入电压V in，PM0S管03的漏端与电阻R2的一端和运算放大器A2的正向输入端相连，运算放大器A2的反向输入端接输出电压Vo，运算放大器A2的输出端与PMOS管03的栅端和PMOS管Q 4的栅端相连，PMOS管Q 4的漏端产生电流IC 10
[0023]所述的纹波补偿电路包括五个开关Si?S 5、四个电流源14和一个电容C ;其中，电流源I1的输入端接电源电压VDD，电流源1:的输出端与开关S:的一端、电容C的一端、开关S5的一端、开关S 4的一端以及电流源14的输入端相连并接参考电压V B(；，开关S1的另一端与开关&的一端和电流源12的输入端相连，电流源I 2的输出端和电流源14的输出端均接地，开关S2的另一端与电容C的另一端、开关S 5的另一端以及开关S 3的一端相连并产生基准电压Vref，开关&的另一端与开关S 4的另一端和电流源13的输出端相连，电流源I3的输入端接电源电压VDD ;电流源1:和12的幅值为电流1(:2的大小，电流源13和14的幅值为电流IC1的大小。
[0024]进一步地，对于纹波补偿模块中的开关，控制逻辑