一種buck-boost開關電壓調整器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種BUCK-BOOST開關電壓調整器，它包括電壓基準電路、時鐘電路、內部供電電路、電流采樣電路、邏輯控制電路、驅動電路和功率級電路，電壓基準電路、時鐘電路、內部供電電路、電流采樣電路的信號輸出端分別與邏輯控制電路的信號輸入端連接；所述邏輯控制電路包括誤差放大器、電壓電平轉換器、比較器、RS觸發(fā)器、D觸發(fā)器、與門、與非門和反相器，邏輯控制電路的信號輸出端連接驅動電路信號輸入端，驅動電路信號輸出端連接功率級電路信號輸入端。本發(fā)明能使BUCK-BOOST單片電壓調整器根據不同的輸入、輸出電壓自動識別工作區(qū)域。
【專利說明】 —種BUCK-BOOST開關電壓調整器
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及模擬集成電路領域，具體涉及一種BUCK-B00ST開關電壓調整器。
【背景技術】
[0002]汽車電子應用領域中，汽車收音機，CD等娛樂系統(tǒng)需要一個穩(wěn)定的開關電源電壓(如8V)。一般情況下汽車蓄電池電壓為14V高于8V(此時僅降壓電壓調整器即可滿足需求)，但是當汽車在start-stop或者cranking時汽車蓄電池電壓會降低至3?6V (此時系統(tǒng)需要升壓電壓調整器)，因此為了滿足上述需求，應用電路中需要同時集成BUCK和BOOST電壓調制器芯片，但是這種應用具有外圍元器件多、成本較高等不足。為了進一步滿足上述應用且降低成本，BUCK-B00ST電壓調整器及一種被稱為SEPIC的電壓調整器得到了較為廣泛的應用，但是后者比之與前者仍然需要較多的外圍器件。目前，基于市場上單片BUCK-B00ST調制器控制原理可以被分成2種類型。一種是，輸出電壓固定，檢測輸入電壓并與輸出電壓做比較，然后決定BUCK-B00ST工作區(qū)域。另一種是，同時檢測輸入與輸出電壓，并將兩電壓做比較后，決定BUCK-B00ST工作區(qū)域。但是這兩種類型的實現(xiàn)方法都有各自的缺點，前者輸出電壓不能編程，后者需要額外的電壓檢測電路，比較器等電路，需要更大的芯片面積且控制原理復雜。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的是提出一種自動識別工作模式的BUCK-B00ST開關電壓調整器，其可以根據輸入電壓范圍的變化自動調整芯片工作在降壓，升壓和升-降壓模式，從而實現(xiàn)穩(wěn)定的輸出電壓，這種應用具有較少的外圍元件、控制簡單、芯片面積小等優(yōu)點。
[0004]本發(fā)明采取的技術方案是:一種BUCK-B00ST開關電壓調整器，它包括電壓基準電路、時鐘電路、內部供電電路、電流采樣電路、邏輯控制電路、驅動電路和功率級電路，所述電壓基準電路、時鐘電路、內部供電電路、電流采樣電路的信號輸出端分別與邏輯控制電路的信號輸入端連接；所述邏輯控制電路包括誤差放大器、電壓電平轉換器、比較器、RS觸發(fā)器、D觸發(fā)器、與門、與非門和反相器，邏輯控制電路的信號輸出端連接驅動電路信號輸入端，驅動電路信號輸出端連接功率級電路信號輸入端。
[0005]上述方案中，所述邏輯控制電路由誤差放大器、電壓電平轉換器、第一比較器、第二比較器、第一 RS觸發(fā)器、第二 RS觸發(fā)器、D觸發(fā)器、與門、與非門和第一反相器U1、第二反相器U2、第三反相器U3組成。所述誤差放大器的同相輸入端和反相輸入端分別連接電壓基準電路輸出端和功率級電路輸出電壓反饋端，誤差放大器信號輸出端連接第一比較器同相輸入端和電壓電平轉換器信號輸入端；第一比較器的信號輸出端連接第一反相器Ul的信號輸入端，第一反相器Ul的信號輸出端連接第一 RS觸發(fā)器的R輸入端,第一 RS觸發(fā)器的Q輸出端連接第二反相器U2的信號輸入端；電壓電平轉換器的信號輸出端連接第二比較器的同相輸入端，第二比較器的信號輸出端連接與非門的第一信號輸入端，與非門信號輸出端連接第二 RS觸發(fā)器的R輸入端，第二 RS觸發(fā)器的Q輸出端連接第三反相器U3的信號輸入端；所述D觸發(fā)器的數據輸入端連接第一 RS觸發(fā)器的Q輸出端，D觸發(fā)器的數據輸出端連接與非門的第二信號輸入端和與門的第一信號輸入端；與非門的第二信號輸入端和與門的第一信號輸入端相互連接，與門的信號輸出端連接第二 RS觸發(fā)器的S輸入端；第一比較器、第二比較器的反相輸入端連接電流采樣電路的輸出端；D觸發(fā)器的控制信號輸入端、第一 RS觸發(fā)器的S輸入端和與門的第二信號輸入端連接時鐘電路的信號輸出端。
[0006]所述驅動電路由驅動模塊U4、驅動模塊U5、驅動模塊U6、驅動模塊U7組成。所述驅動模塊U4的信號輸入端連接第一 RS觸發(fā)器的Q輸出端,驅動模塊U5的信號輸入端連接第二反相器U2的信號輸出端,驅動模塊U6的信號輸入端連接第二 RS觸發(fā)器的Q輸出端，驅動模塊U7的信號輸入端連接第三反相器U3的信號輸出端；驅動模塊U4、驅動模塊U5、驅動模塊U6和驅動模塊U7的信號輸出端分別連接NMOS管Ml、NMOS管M2、NMOS管M3、NMOS管M4的柵極。
[0007]所述功率級電路包括NMOS管MUNMOS管M2、NMOS管M3、NMOS管M4、電感L、電容C。所述NMOS管Ml的柵極連接驅動模塊U4的信號輸出端，漏極接電源，源極連接NMOS管M2的漏極和電感L的一端；NM0S管M2的柵極連接驅動模塊U5信號輸出端，源極接地；電感L的另一端連接NMOS管M3的漏極和NMOS管M4的源極；NM0S管M3的柵極連接驅動模塊U6的信號輸出端，源極接地；NM0S管M4的柵極連接驅動模塊U7的信號輸出端，漏極作為電壓調整器輸出端與電容C的一端連接，電容C另一端接地。
[0008]本發(fā)明的有益效果是該電路可以根據輸入電壓范圍的變化使芯片自動調整其工作在降壓，升壓和升-降壓模式，從而實現(xiàn)穩(wěn)定的輸出電壓，這種應用具有較少的外圍元件、控制簡單、芯片面積小等優(yōu)點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明的原理框圖。
[0010]圖2是本發(fā)明的BUCK-B00ST邏輯控制電路。
[0011]圖3是本發(fā)明的BUCK-B00ST調整器功率級及其驅動電路。
[0012]圖4是本發(fā)明的控制器工作在降壓模式下的電路信號圖。
[0013]圖5是本發(fā)明的控制器工作在升-降壓模式下的電路信號圖。
[0014]圖6是本發(fā)明的控制器工作在升壓模式下的電路信號圖。
[0015]圖7是本發(fā)明的功率級電路NMOS管的導通順序示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0017]如圖1、一種自動識別工作模式的BUCK-B00ST開關電壓調整器，該芯片它包括電壓基準電路、時鐘電路、內部供電電路、電流采樣電路、邏輯控制電路、驅動電路和功率級電路，電壓基準電路、時鐘電路、內部供電電路、電流采樣電路的信號輸出端分別與邏輯控制電路的信號輸入端連接；其特征在于:所述邏輯控制電路包括誤差放大器、電壓電平轉換器、比較器、RS觸發(fā)器、D觸發(fā)器、與門、與非門和反相器，邏輯控制電路的信號輸出端連接驅動電路信號輸入端，驅動電路信號輸出端連接功率級電路信號輸入端。
[0018]如圖2所示，所述邏輯控制電路由誤差放大器(EA)、電壓電平轉換器(EA_SHIFT)、第一比較器(C0MP1)、第二比較器(C0MP2)、第一 RS觸發(fā)器、第二 RS觸發(fā)器(本方案中使用的觸發(fā)器是由兩個交叉耦合的或非門組成)、D觸發(fā)器、與門、與非門和第一反相器U1、第二反相器U2、第三反相器U3組成。其中信號VREF是電壓基準信號，VFB是輸出信號(圖3中V0UT)的反饋信號，信號EAl是誤差放大器的輸出電壓，且將EAl信號經EA_SHIFT處理后得到較低電平EA2，CLK_delay信號由系統(tǒng)時鐘信號CLK延時產生，VSENSE是由電流采樣模塊將電流信號轉換為電壓信號的輸信號，VRSTl和VRST2分別是比較器COMPl和C0MP2的輸出信號，PWM1，PWM2，P麗12及PWM22是邏輯電路的輸出信號，同時又是圖3所示電路的輸入信號。信號PWMl和PWM2經過驅動電路進一步控制功率器件Ml、M2、M3、M4的導通與關斷。圖2中，所述誤差放大器的同相輸入端和反相輸入端分別連接電壓基準電路輸出端和功率級電路輸出電壓反饋端，誤差放大器信號輸出端連接第一比較器同相輸入端和電壓電平轉換器信號輸入端；第一比較器的信號輸出端連接第一反相器Ul的信號輸入端,第一反相器Ul的信號輸出端連接第一 RS觸發(fā)器的R輸入端，第一 RS觸發(fā)器的Q輸出端連接第二反相器U2的信號輸入端；電壓電平轉換器的信號輸出端連接第二比較器的同相輸入端，第二比較器的信號輸出端連接與非門的第一信號輸入端，與非門信號輸出端連接第二 RS觸發(fā)器的R輸入端，第二 RS觸發(fā)器的Q輸出端連接第三反相器U3的信號輸入端；所述D觸發(fā)器的數據輸入端連接第一 RS觸發(fā)器的Q輸出端，D觸發(fā)器的數據輸出端連接與非門的第二信號輸入端和與門的第一信號輸入端；與非門的第二信號輸入端和與門的第一信號輸入端相互連接，與門的信號輸出端連接第二RS觸發(fā)器的S輸入端；第一比較器、第二比較器的反相輸入端連接電流采樣電路的輸出端；D觸發(fā)器的控制信號輸入端、第一 RS觸發(fā)器的S輸入端和與門的第二信號輸入端連接時鐘電路的信號輸出端。
[0019]如圖3所示，所述驅動電路由驅動模塊U4、驅動模塊U5、驅動模塊U6、驅動模塊U7組成。所述驅動模塊U4的信號輸入端連接第一 RS觸發(fā)器的Q輸出端,驅動模塊U5的信號輸入端連接第二反相器U2的信號輸出端,驅動模塊U6的信號輸入端連接第二 RS觸發(fā)器的Q輸出端，驅動模塊U7的信號輸入端連接第三反相器U3的信號輸出端；驅動模塊U4、驅動模塊U5、驅動模塊U6和驅動模塊U7的信號輸出端分別連接NMOS管Ml、NMOS管M2、NMOS管M3、NMOS管M4的柵極。所述功率級電路包括NMOS管Ml、NMOS管M2、NMOS管M3、NMOS管M4、電感L、電容C。所述NMOS管Ml的柵極連接驅動模塊U4的信號輸出端，漏極接電源，源極連接NMOS管M2的漏極和電感L的一端；NM0S管M2的柵極連接驅動模塊U5信號輸出端，源極接地；電感L的另一端連接NMOS管M3的漏極和NMOS管M4的源極；NM0S管M3的柵極連接驅動模塊U6的信號輸出端，源極接地；NM0S管M4的柵極連接驅動模塊U7的信號輸出端，漏極作為電壓調整器輸出端與電容C的一端連接，電容C另一端接地。
[0020]如圖4所示，當輸入電壓VS大于輸出電壓VOUT時，電路工作在BUCK (降壓)模式。PWMl信號為方波，其占空比由VS和VOUT共同決定，而工作頻率取決于系統(tǒng)時鐘頻率CLK，此時PWM2信號總是為低電平，最終功率管Ml和M2交替開關，M3保持關斷的同時M4 —直導通。
[0021]如圖5所示，當輸入、輸出電壓比較接近的時，且在一定的電壓范圍內，電路將在BUCK-B00ST (降壓-升壓)交替模式下工作。若輸出電壓為某一固定的值，假設輸入初始電壓遠大于輸出電壓，電路工作在降壓模式。隨著輸入電壓的降低，信號PWMl的占空比將逐步增加，直至100%。此時D觸發(fā)器輸出Q為高電平，信號PWM2由RST2決定，電路將工作于升壓模式。下一個時鐘周期，如果輸出電壓反饋信號升高，信號EAl將會降低，進一步導致圖2中PWMl信號占空比退出100%，故在此時鐘周期電路回到降壓工作模式。如上描述，電路將在升壓和降壓模式之間來回自動切換，直到輸入電壓明顯低于或高于輸出電壓時，電路才回到升壓或者降壓工作模式。
[0022]如圖6所示，當輸入電壓低于輸出電壓一定值時，電路工作在BOOST (升壓)模式。在升壓模式下，EAl信號變的很高，以至于信號VSENSE總是低于EAl，此時比較器COMPl的輸出信號保持在高電平，進一步使得信號Rl總是低電平，所以PWMl達到100%占空比保持高電平。故D觸發(fā)器的輸出信號Q為高電平，此時PWM2信號由比較器CM0P2的輸出信號RST2決定，且為占空比低于100%的矩形波。
[0023]如圖7所示，基于以上分析，當電路工作在降壓模式時，Ml和M2交替導通與關斷，M3保持關斷的同時M4保持導通；當電路工作在升壓模式時，Ml總是導通M2關斷，M3和M4輪流導通與關斷；當電路工作在升-降壓模式時，功率管導通順序如圖7中虛線所示，依次為 I (Ml, M3 導通，M2, M4 關斷)，2 (Ml, M4 導通，M2, M3 關斷)，3 (M2, M4 導通，Ml, M3 關斷)，4 (Ml, M4導通，M2, M3關斷)，并按此順序循環(huán)。
[0024]本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術相同或可采用現(xiàn)有技術加以實現(xiàn)。
【權利要求】
1.一種BUCK-BOOST開關電壓調整器，其特征在于:它包括電壓基準電路、時鐘電路、內部供電電路、電流采樣電路、邏輯控制電路、驅動電路和功率級電路，所述電壓基準電路、時鐘電路、內部供電電路、電流采樣電路的信號輸出端分別與邏輯控制電路的信號輸入端連接；所述邏輯控制電路包括誤差放大器、電壓電平轉換器、比較器、RS觸發(fā)器、D觸發(fā)器、與門、與非門和反相器，邏輯控制電路的信號輸出端連接驅動電路信號輸入端，驅動電路信號輸出端連接功率級電路信號輸入端。
2.根據權利要求1中所述的一種BUCK-B00ST開關電壓調整器，其特征在于:所述邏輯控制電路由誤差放大器、電壓電平轉換器、第一比較器、第二比較器、第一 RS觸發(fā)器、第二RS觸發(fā)器、D觸發(fā)器、與門、與非門和第一反相器U1、第二反相器U2、第三反相器U3組成。
3.根據權利要求1或2中所述的一種BUCK-B00ST開關電壓調整器，其特征在于:所述誤差放大器的同相輸入端和反相輸入端分別連接電壓基準電路輸出端和功率級電路輸出電壓反饋端，誤差放大器信號輸出端連接第一比較器同相輸入端和電壓電平轉換器信號輸入端；第一比較器的信號輸出端連接第一反相器Ul的信號輸入端,第一反相器Ul的信號輸出端連接第一 RS觸發(fā)器的R輸入端，第一 RS觸發(fā)器的Q輸出端連接第二反相器U2的信號輸入端； 電壓電平轉換器的信號輸出端連接第二比較器的同相輸入端，第二比較器的信號輸出端連接與非門的第一信號輸入端，與非門信號輸出端連接第二 RS觸發(fā)器的R輸入端，第二RS觸發(fā)器的Q輸出端連接第三反相器U3的信號輸入端； 所述D觸發(fā)器的數據輸入端連接第一 RS觸發(fā)器的Q輸出端，D觸發(fā)器的數據輸出端連接與非門的第二信號輸入端和與門的第一信號輸入端；與非門的第二信號輸入端和與門的第一信號輸入端相互連接，與門的信號輸出端連接第二 RS觸發(fā)器的S輸入端；第一比較器、第二比較器的反相輸入端連接電流采樣電路的輸出端；D觸發(fā)器的控制信號輸入端、第一RS觸發(fā)器的S輸入端和與門的第二信號輸入端連接時鐘電路的信號輸出端。
4.根據權利要求1中所述的一種BUCK-B00ST開關電壓調整器，其特征在于:所述驅動電路由驅動模塊U4、驅動模塊U5、驅動模塊U6、驅動模塊U7組成。
5.根據權利要求1或4中所述的一種BUCK-B00ST開關電壓調整器，其特征在于:所述驅動模塊U4的信號輸入端連接第一 RS觸發(fā)器的Q輸出端，驅動模塊U5的信號輸入端連接第二反相器U2的信號輸出端,驅動模塊U6的信號輸入端連接第二 RS觸發(fā)器的Q輸出端，驅動模塊U7的信號輸入端連接第三反相器U3的信號輸出端；驅動模塊U4、驅動模塊U5、驅動模塊U6和驅動模塊U7的信號輸出端分別連接NMOS管Ml、NMOS管M2、NMOS管M3、NMOS管M4的柵極。
6.根據權利要求1中所述的一種BUCK-B00ST開關電壓調整器，其特征在于:所述功率級電路包括NMOS管Ml、NMOS管M2、NMOS管M3、NMOS管M4、電感L、電容C。
7.根據權利要求1或6中所述的一種BUCK-B00ST開關電壓調整器，其特征在于:所述NMOS管Ml的柵極連接驅動模塊U4的信號輸出端，漏極接電源，源極連接NMOS管M2的漏極和電感L的一端；NM0S管M2的柵極連接驅動模塊U5信號輸出端，源極接地；電感L的另一端連接NMOS管M3的漏極和NMOS管M4的源極；NM0S管M3的柵極連接驅動模塊U6的信號輸出端，源極接地；NM0S管M4的柵極連接驅動模塊U7的信號輸出端，漏極作為電壓調整器輸出端與電容C的一端連接，電容C另一端接地。
【文檔編號】H02M3/157GK104009637SQ201410252975
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月10日 優(yōu)先權日:2014年6月10日
【發(fā)明者】白文利, 鄭鯤鯤, 王飛 申請人:澳特翼南京電子科技有限公司