專利名稱：用于boost變換器中的脈寬控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于 電源技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種BOOST變換器中的脈寬控制電路的設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，電力電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切，而一個(gè)穩(wěn)定的電源是電子設(shè)備必不可少的組成部分。BOOST變換器是一種常見的升壓式開關(guān)電源，要穩(wěn)定BOOST的輸出，需要一個(gè)負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)來調(diào)節(jié)BOOST變換器中開關(guān)管的脈沖覽度?，F(xiàn)有傳統(tǒng)的BOOST脈寬控制電路采用電壓比較的方式如附圖I所示，其中，V0 = VJm^RHTL，式中，V。表示BOOST變換器的輸出電壓，Vdc表示BOOST變換器的直流輸入電壓，Tm表示BOOST變換器開關(guān)管的柵極控制信號(hào)的占空比，R表示BOOST變換器的負(fù)載電阻，T表示BOOST變換器開關(guān)管的柵極控制信號(hào)的周期，L表示BOOST變換器中的儲(chǔ)能電感。這種控制方式可以實(shí)現(xiàn)輸出電壓的精確控制，但也存在一些不足，比如電路需要一個(gè)Vref基準(zhǔn)電壓、一個(gè)EA放大器以及一個(gè)PWM的電壓比較器，這樣對(duì)于電路的實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜，電路的功耗較大，尤其一個(gè)可靠的EA放大器需要相應(yīng)的穩(wěn)定補(bǔ)償電路，這增加了電路設(shè)計(jì)的難度以及電路的功耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有電壓比較型的BOOST脈寬控制電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題，提出了一種用于BOOST變換器中的脈寬控制電路。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種用于BOOST變換器中的脈寬控制電路,具體包括一V-I變換器、一電容兀件、一-〖亙流源、第一反相器、第二反相器、一二輸入與門、第一 NMOS管、第二 NMOS管、第三NMOS管，其中，所述V-I變換器用于將所述BOOST變換器的輸出電壓轉(zhuǎn)換為電流，其輸入端接BOOST變換器的輸出端，輸出端接第一 NMOS管的漏極、第一 NMOS管的柵極、第二 NMOS管的柵極以及第三NMOS管的漏極；所述第一 NMOS管的源極接地，所述第三NMOS管的柵極接外部的方波信號(hào)，所述第三NMOS管的源極接地，所述第二 NMOS管的源極接地，所述恒流源的第一端接外部的直流電源，所述恒流源的第二端接所述第二 NMOS管的漏極、所述電容元件的第一端及第一反相器的輸入端，所述電容元件的第二端接地，所述第一反相器的輸出端接所述第二反相器的輸入端，所述第二反相器的輸出端接二輸入與門的第一輸入端，所述二輸入與門的第二輸入端接所述第三NMOS管的柵極，所述二輸入與門的輸出端作為所述脈寬控制電路的輸出端。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的脈寬控制電路采用了 V-I變換器，實(shí)現(xiàn)了用電流比較來調(diào)節(jié)BOOST變換器開關(guān)管的脈寬，省去了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的EA放大器、電壓比較器等模塊，大大降低了電路功耗以及電路設(shè)計(jì)的難度，電路結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單，從而提高了集成度，降低了成本。


圖I是傳統(tǒng)的電壓比較型BOOST變換器脈寬控制電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明所實(shí)現(xiàn)的用于BOOST變換器中的脈寬控制電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明電路的具體實(shí)施示例電路圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明電流比較型的BOOST控制電路技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白下面 結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。本發(fā)明的用于BOOST變換器中的脈寬控制電路，如圖2所示，具體包括一 V-I變換器、一電容兀件Cl、一-〖亙流源II、第一反相器Q1、第二反相器Q2、一二輸入與門Q3、第一NMOS管Ml、第二 NMOS管M2、第三NMOS管M3，其中，所述V-I變換器用于將所述BOOST變換器的輸出電壓轉(zhuǎn)換為電流，其輸入端接BOOST變換器的輸出端Vo，輸出端接Ml的漏極、Ml的柵極、M2的柵極以及M3的漏極；M1的源極接地，M3的柵極接外部的方波信號(hào)，M3的源極接地，M2的源極接地，恒流源Il的第一端接外部的直流電源VDD，恒流源Il的第二端接M2的漏極、Cl的第一端及第一反相器Ql的輸入端，Cl的第二端接地，第一反相器Ql的輸出端接第二反相器Q2的輸入端，第二反相器Q2的輸出端接二輸入與門Q3的第一輸入端，Q3的第二輸入端接M3的柵極，二輸入與門Q3的輸出端作為所述脈寬控制電路的輸出端Vcon，接BOOST變換器開關(guān)管的控制端。需要說明的是外部的方波信號(hào)的占空比可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選取，對(duì)于BOOST變換器來說，一般占空比要大于50%。反相器Ql和Q2作用在于一是給電容元件的充放電設(shè)定一個(gè)翻轉(zhuǎn)值；二是起到了對(duì)電壓波形進(jìn)行整形的作用。圖3展示了本發(fā)明的一種具體實(shí)施例，該具體實(shí)施例中用了一個(gè)電流鏡結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)V-I變換，具體的電路在附圖3中已經(jīng)用虛線框出。該V-I變換器包括第一 PMOS管M4、第二 PMOS管M5、第一電阻R1、第二電阻R2和穩(wěn)壓管組件，其中，M4管的源極和M5的源極連接在一起作為所述V-I變換器的輸入端，M4管的柵極和漏極接Rl的第一端，Rl的第二端接穩(wěn)壓管管組件的陰極，穩(wěn)壓管管組件的陽極接地，M5管的柵極接M4管的柵極、M5管的漏極接電阻R2的第一端，電阻R2的第二端作為V-I變換器的輸出端。這里的穩(wěn)壓管組件主要起限流作用，可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇，在本實(shí)施例中，由于實(shí)際工藝的要求，穩(wěn)壓管管組件由三個(gè)穩(wěn)壓管D1、D2、D3串聯(lián)而成，即穩(wěn)壓管Dl的陰極作為穩(wěn)壓管管組件的陰極，穩(wěn)壓管Dl的陽極接穩(wěn)壓管D2的陰極，穩(wěn)壓管D2的陽極接穩(wěn)壓管D3的陰極，穩(wěn)壓管D3的作為穩(wěn)壓管管組件的陽極。這里的V-I變換器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用了高壓穩(wěn)壓管組件，節(jié)省了版圖面。在本實(shí)施例中設(shè)定外部的直流電源VDD的電壓為5V，BOOST變換器輸出電壓的典型值為90V，這就要求V-I變換器中的PMOS管為高壓器件且耐壓要大于90V，考慮一定的裕量，選擇高壓PMOS器件的耐壓至少要100V以上。通過選擇合適的恒流源II，可以使得在BOOST輸出電壓為90V時(shí)，轉(zhuǎn)換之后的電流等于II。在V-I變換器中每個(gè)穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值約為28V，3個(gè)穩(wěn)壓管串聯(lián)之后的穩(wěn)壓值可以達(dá)到85V左右，這樣在保證限流的前提下，可以大大減小Rl的阻值，進(jìn)而節(jié)約版圖面積。若V-I變換器的輸出電流較小，可以選用較小的恒流源，這樣可以降低電路的功耗。設(shè)定附圖3中M3管柵極所接方波信號(hào)的占空比為D。電路的工作原理如下為了敘述清楚，分為3種情況來描述電路的工作原理。①當(dāng)BOOST變換器上電過程中，輸出電壓No小于3個(gè)穩(wěn)壓管串聯(lián)之后的穩(wěn)壓值，V-I變換器不工作，恒流源Il為電容元件Cl充電，當(dāng)電容上的電壓達(dá)到第一反相器的翻轉(zhuǎn)電平Vth后,第二反相器輸出為高電平,這時(shí)二輸入與門的輸出信號(hào)Vcon是占空比為D的方波。②當(dāng)BOOST變換器的輸出電壓超過3個(gè)穩(wěn)壓管的串聯(lián)穩(wěn)壓值但小于90V時(shí)，V-I變換器開始工作，當(dāng)M3的柵極信號(hào)為低電平時(shí)，V-I變換器的輸出電流被鏡像到M2管，但這個(gè)電流小于II，所以電容元件Cl不能放電，第二反相器的輸出依舊保持為高電平，輸出信 號(hào)Vcon的占空比保持為D。③當(dāng)BOOST變換器的輸出電壓超過90V時(shí)，V-I變換器的輸出電流大于II，這樣在M3柵極信號(hào)為低電平時(shí)，M2管的電流大于II，電容元件Cl會(huì)對(duì)M2放電，電容元件Cl的電壓Vc會(huì)在整個(gè)低電平時(shí)段一直變小，設(shè)當(dāng)M3管柵極信號(hào)低電平結(jié)束時(shí)，電容電壓Vc降低為VcO。如果VcO大于第一反相器的翻轉(zhuǎn)電平Vth,第二反相器的輸出依舊是高電平，Vcon信號(hào)的占空比不變。如果VcO小于第一反相器的翻轉(zhuǎn)電平Vth，則第二反相器的輸出電壓會(huì)在電容元件Cl電壓由VcO上升到Vth過程中保持低電平，而這段低電平的時(shí)間就是Vcon信號(hào)減小的高電平時(shí)間，這樣Vcon的占空比會(huì)減小，從而達(dá)到調(diào)節(jié)BOOST變換器的輸出電壓的效果。設(shè)這個(gè)時(shí)間為Td，則Td的表達(dá)式如下Td=C* (Vth-VcO)A1 ;式中，Vth為第一反相器的翻轉(zhuǎn)電平，VcO為M3管柵極信號(hào)低電平結(jié)束時(shí)的電容電壓，C是電容元件Cl的容值，I1是恒流源Il的電流值。Vcon信號(hào)的占空比變?yōu)镈’=D_Td/T，式中，T為初始占空比為D的方波的周期。通過上述實(shí)例分析，可以看出，本發(fā)明的脈寬控制電路用電流比較的方式，以一種簡(jiǎn)單實(shí)用的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了對(duì)BOOST變換器脈寬的控制，該方案省去了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的EA放大器、電壓比較器等復(fù)雜的電流結(jié)構(gòu)，降低了電路功耗以及電路設(shè)計(jì)難度。該結(jié)構(gòu)所用器件數(shù)量少，有利于提高芯片集成度，從而節(jié)約成本。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到，這里所述的實(shí)施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理，應(yīng)被理解為本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明公開的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于BOOST變換器中的脈寬控制電路，具體包括一 V-I變換器、一電容元件、一;〖亙流源、第一反相器、第二反相器、一二輸入與門、第一 NMOS管、第二 NMOS管、第三NMOS管， 其中， 所述V-I變換器用于將所述BOOST變換器的輸出電壓轉(zhuǎn)換為電流，其輸入端接BOOST變換器的輸出端，輸出端接第一 NMOS管的漏極、第一 NMOS管的柵極、第二 NMOS管的柵極以及第三NMOS管的漏極； 所述第一 NMOS管的源極接地，所述第三NMOS管的柵極接外部的方波信號(hào)，所述第三NMOS管的源極接地，所述第二 NMOS管的源極接地，所述恒流源的第一端接外部的直流電源，所述恒流源的第二端接所述第二 NMOS管的漏極、所述電容元件的第一端及第一反相器的輸入端，所述電容元件的第二端接地，所述第一反相器的輸出端接所述第二反相器的輸入端，所述第二反相器的輸出端接二輸入與門的第一輸入端，所述二輸入與門的第二輸入端接所述第三NMOS管的柵極，所述二輸入與門的輸出端作為所述脈寬控制電路的輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的脈寬控制電路，其特征在于，所述的V-I變換器具體包括第一PMOS管、第二 PMOS管、第一電阻、第二電阻和穩(wěn)壓管組件，其中，第一 PMOS管的源極和第二PMOS管的源極連接在一起作為所述V-I變換器的輸入端，第一 PMOS管的柵極和漏極接第一電阻的第一端，第一電阻的第二端接穩(wěn)壓管管組件的陰極，穩(wěn)壓管管組件的陽極接地，第二 PMOS管的柵極接第一 PMOS管的柵極、第二 PMOS管的漏極接電阻第二電阻的第一端，第一電阻的第二端作為V-I變換器的輸出端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的脈寬控制電路，其特征在于，所述的穩(wěn)壓管管組件由三個(gè)穩(wěn)壓管D1、D2、D3串聯(lián)而成，穩(wěn)壓管Dl的陰極作為穩(wěn)壓管管組件的陰極，穩(wěn)壓管Dl的陽極接穩(wěn)壓管D2的陰極，穩(wěn)壓管D2的陽極接穩(wěn)壓管D3的陰極，穩(wěn)壓管D3的作為穩(wěn)壓管管組件的陽極。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于BOOST變換器中的脈寬控制電路，具體包括一V-I變換器、一電容元件、一恒流源、第一反相器、第二反相器、一二輸入與門、第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管。本發(fā)明的脈寬控制電路采用了V-I變換器，實(shí)現(xiàn)了用電流比較來調(diào)節(jié)BOOST變換器開關(guān)管的脈寬，省去了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的EA放大器、電壓比較器等模塊，大大降低了電路功耗以及電路設(shè)計(jì)的難度，電路結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單，從而提高了集成度，降低了成本。
文檔編號(hào)H02M3/155GK102790525SQ201210249559
公開日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月19日
發(fā)明者唐莉芳, 方健, 潘福躍, 黎俐 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)