本發(fā)明屬于電子電路技術(shù)領(lǐng)域，涉及基于零電壓?jiǎn)?dòng)的DC-DC變換器自適應(yīng)死區(qū)產(chǎn)生電路。

背景技術(shù)：

在DC-DC變換器中，功率管的導(dǎo)通電阻很小，如果兩個(gè)功率管同時(shí)開(kāi)啟，會(huì)出現(xiàn)電源到地的低阻通路，流過(guò)功率管的電流將會(huì)非常大，該電流可達(dá)到安培級(jí)別，使芯片的功耗大大增加，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使功率管乃至整個(gè)芯片嚴(yán)重?fù)p毀。因此一般通過(guò)在兩個(gè)功率管之間加入死區(qū)時(shí)間來(lái)防止工作過(guò)程中同臂高低端功率管同時(shí)導(dǎo)通。通常的做法是采用固定長(zhǎng)度的死區(qū)時(shí)間，其優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)方便簡(jiǎn)單、可靠性高，而其缺點(diǎn)也尤為明顯：固定死區(qū)時(shí)間在較輕負(fù)載下會(huì)出現(xiàn)高低功率管同時(shí)關(guān)閉較長(zhǎng)的時(shí)間的情況，由此會(huì)對(duì)驅(qū)動(dòng)的負(fù)載電壓、電流波形產(chǎn)生影響，進(jìn)一步會(huì)導(dǎo)致效率低和穩(wěn)定性差的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的，就是針對(duì)上述問(wèn)題，提出基于零電壓?jiǎn)?dòng)的DC-DC變換器自適應(yīng)死區(qū)產(chǎn)生電路。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

基于零電壓?jiǎn)?dòng)的DC-DC變換器自適應(yīng)死區(qū)產(chǎn)生電路，包括負(fù)載電流采樣電路、積分器電路、積分控制電路和波形處理電路；負(fù)載電流采樣電路的輸入端接DC-DC變換器的輸出電壓，負(fù)載電流采樣電路的輸出端接積分器電路的第一輸入端；積分器電路的第二輸入端接積分控制電路的輸出端，積分器電路的第三輸入端接PWM輸入信號(hào)，積分器電路的輸出端接波形處理電路的第一輸入端和積分控制電路的第一輸入端；積分控制電路的第二輸入端接PWM輸入信號(hào)；波形處理電路的第二輸入端接PWM輸入信號(hào)，波形處理電路的輸出端輸出含有自適應(yīng)死區(qū)時(shí)間的柵驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

其中PWM輸入信號(hào)為DC-DC變換器中不含死區(qū)時(shí)間的功率管柵控制信號(hào)，波形處理電路的輸出即為本發(fā)明的輸出信號(hào)。

本發(fā)明總的技術(shù)方案，通過(guò)電流采樣電路對(duì)DC-DC變換器的負(fù)載電流進(jìn)行采樣，并轉(zhuǎn)化成電壓信息，得到采樣電壓作為積分器電路的輸入電壓，積分控制電路對(duì)積分器電路的積分進(jìn)行控制，最后波形處理電路對(duì)積分器電路的輸出波形進(jìn)行處理后得到含有自適應(yīng)死區(qū)的功率管柵驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

所述的負(fù)載電流采樣電路由第三電阻RL、第四電阻Rsense和運(yùn)算放大器構(gòu)成；第三電阻RL的一端接DC-DC變換器的輸出端，第三電阻RL的另一端接第四電阻Rsense的一端；第四電阻Rsense的另一端接地；運(yùn)算放大器的正輸入端接第三電阻RL和第四電阻Rsense的公共端，其負(fù)輸入端與輸出端短接，運(yùn)算放大器的輸出端為所述負(fù)載電流采樣電路的輸出端；

所述的波形處理電路由第三比較器COMP3、第四比較器COMP4、兩輸入與門AND2、兩輸入或門OR3構(gòu)成；第三比較器COMP3的正輸入端接偏置電壓信號(hào)Vref3，其負(fù)輸入端接積分器電路的輸出端，其輸出端接兩輸入與門AND2的第一輸入端；第四比較器COMP4的正輸入端接積分器電路的輸出端，其負(fù)輸入端接偏置電壓信號(hào)Vref4，其輸出端接兩輸入或門OR3的第二輸入端；兩輸入與門AND2的第二輸入端接PWM信號(hào)，其輸出端為所述波形處理電路的第一輸出端；兩輸入或門OR3的第一輸入端接PWM信號(hào)，其輸出端為所述波形處理電路的第二輸出端。

進(jìn)一步的，所述積分器電路由第一電阻R1、第二電阻R2、第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2、第三NMOS管MN3、第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2、電容C和運(yùn)算放大器構(gòu)成；第一電阻R1的一端接負(fù)載電流檢測(cè)電路的輸出端，其另一端接第一NMOS管MN1的漏端；第二電阻R2的一端接第二PMOS管MP2的漏端，其另一端接地；第一NMOS管MN1的柵極接PWM信號(hào)，其源極接第二NMOS管MN2的漏端；第二NMOS管MN2的柵極接積分控制電路的輸出Vc，其源極接運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端；第三NMOS管MN3的柵極接PWM信號(hào)，其源極接地，其漏極接運(yùn)算放大器的正輸入端；第一PMOS管MP1的柵極接PWM信號(hào)，其源極接負(fù)載電流檢測(cè)電路的輸出端，其漏極接運(yùn)算放大器的正輸入端；第二PMOS管MP2的柵極接PWM信號(hào)，其源極接第一NMOS管MN1的源極，其漏極接地；電容C正極板接運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端，其負(fù)極板接運(yùn)算放大器的輸出；運(yùn)算放大器的輸出端為所述積分器電路的輸出端。

進(jìn)一步的，所述積分控制電路由第一比較器COMP1、第二比較器COMP2、反相器INV、第一兩輸入或門OR1、第二兩輸入或門OR2、兩輸入與門AND1構(gòu)成；第一比較器COMP1的正輸入端接偏置電壓信號(hào)Vref1，其負(fù)輸入端接積分器電路的輸出端，其輸出端接第一兩輸入或門OR1的第一輸入端；第二比較器COMP2的正輸入端接積分器電路的輸出端；其負(fù)輸入端接偏置電壓信號(hào)Vref2，其輸出端接第二兩輸入或門OR2的第二輸入端；反相器INV的輸入端接PWM信號(hào)，其輸出端接第二兩輸入或門OR2的第一輸入端；第一兩輸入或門OR1的第二輸入端接PWM信號(hào)，其輸出接兩輸入與門AND1的第一輸入端；第二兩輸入或門OR2的輸出端接兩輸入與門AND1的第二輸入端；兩輸入與門AND1的輸出端為所述積分處理電路的輸出Vc。

進(jìn)一步的，所述偏置電壓Vref1、Vref2、Vref3和Vref4具有以下關(guān)系，Vref1>Vref4>Vref3>Vref2；且(Vref1-Vref2)>2|Vref3-Vref2|且Vref1–Vref4＝Vref3–Vref2；Vref1–Vref4與Vref3–Vref2的取值由DC-DC變換器的輸出電壓、SW點(diǎn)等效電容以及積分電容C的大小決定，具體表現(xiàn)為Vref1-Vref4與積分電容的乘積等于SW點(diǎn)等效電容與DC-DC變換器輸出電壓的乘積，其中SW點(diǎn)電位即DC-DC變換器中兩開(kāi)關(guān)功率管共同的漏端電位。

本發(fā)明的有益效果為，能有效的根據(jù)DC-DC變換器的負(fù)載變化情況自適應(yīng)地為功率管提供最優(yōu)死區(qū)時(shí)間，保證功率管的零電壓開(kāi)啟。該電路與傳統(tǒng)固定死區(qū)電路相比，其開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通損耗近似為零，輸出波形在不同的負(fù)載情況下更加穩(wěn)定，能有效提高DC-DC變換器的效率。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的基于零電壓?jiǎn)?dòng)的DC-DC變換器自適應(yīng)死區(qū)電路結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為負(fù)載電流采樣電路原理圖；

圖3為積分器電路原理圖；

圖4為積分控制電路原理圖；

圖5為波形處理電路原理圖；

圖6為基于零電壓?jiǎn)?dòng)的DC-DC變換器自適應(yīng)死區(qū)電路的波形示意圖。

具體實(shí)施方式

圖1為本發(fā)明的基于零電壓?jiǎn)?dòng)的DC-DC變換器自適應(yīng)死區(qū)電路結(jié)構(gòu)框圖，如圖1所示，負(fù)載電流采樣電路采樣DC-DC變換器的負(fù)載電流并將采樣的電流信號(hào)作為積分器電路的輸入。積分器電路以該電流作為積分電容C的充放電電流，其充電、放電、停止充放電的狀態(tài)由PWM信號(hào)和Vc信號(hào)共同控制，其中Vc信號(hào)由積分控制單元通過(guò)邏輯判斷積分器的積分狀態(tài)后產(chǎn)生。經(jīng)過(guò)上述步驟，積分器模塊將輸出梯形電壓信號(hào)輸入到波形處理電路，且該梯形電壓信號(hào)的斜率由DC-DC變換器的負(fù)載電流的大小決定，因此具有自適應(yīng)性。最后波形處理電路對(duì)該梯形電壓信號(hào)進(jìn)行處理，產(chǎn)生帶有自適應(yīng)死區(qū)的上下功率管柵驅(qū)動(dòng)信號(hào)。本發(fā)明設(shè)計(jì)了所提及的負(fù)載電流采樣電路、積分器電路、積分控制電路和波形處理電路。

圖2負(fù)載電流采樣電路原理圖，RL為DC-DC變換器的負(fù)載，Rsense為采樣電阻，電阻Rsense的阻值選取應(yīng)該遠(yuǎn)小于電阻RL。根據(jù)運(yùn)算放大器虛短虛斷的原理，該電流采樣電路的輸出電壓Vsense為采樣電阻Rsense兩端的電壓，在后續(xù)電路中可以在負(fù)載電流采樣電路的輸出端再接一個(gè)與Rsense阻值相同的電阻，以獲得與DC-DC變換器負(fù)載電流等值的電流，即完成了對(duì)負(fù)載電流的采樣。

圖3和圖4分別為積分器電路和積分控制電路的原理圖，設(shè)Vc的初始值為高電平，當(dāng)PWM為高電平時(shí)，積分器電路中的MN1、MN2和MN3管導(dǎo)通，運(yùn)放的正輸入端接地，根據(jù)虛短虛斷原理，其負(fù)輸入端也為0電位。電壓Vsense通過(guò)電阻R1后轉(zhuǎn)化為與DC-DC變換器負(fù)載電流等值的電流并給電容進(jìn)行充電，此時(shí)Vout開(kāi)始放電，當(dāng)Vout低于電壓Vref2時(shí)，積分控制電路中第二比較器輸COMP2出低電平到第二兩輸入或門OR2的第二輸入端，使第二兩輸入或門OR2輸出低電平，最終經(jīng)過(guò)兩輸入與門AND1后Vc被置低電平，MN2管截止，放電停止。此時(shí)PWM仍然為高電平，在其低電平來(lái)臨前，電容既不充電也不放電。當(dāng)PWM為變低電平時(shí)，積分控制電路的第一兩輸入或門OR1和第二兩輸入或門OR2都輸出高電平，此時(shí)Vc重新置為高電平。積分器電路中的MN2、MP1和MP2管導(dǎo)通，運(yùn)放的正輸入端接到電位Vsense，根據(jù)虛短虛斷原理，其負(fù)輸入端也為Vsense電位，負(fù)輸入端電壓Vsense通過(guò)電阻R2到地后轉(zhuǎn)化為與DC-DC變換器負(fù)載電流等值的電流并給電容進(jìn)行放電，此時(shí)Vout開(kāi)始放電，當(dāng)Vout高于電壓Vref1時(shí)，積分控制電路中第一比較器COMP1輸出低電平到第一兩輸入或門OR1的第一輸入端，使第一兩輸入或門OR1輸出低電平，最終經(jīng)過(guò)兩輸入與門后Vc被置低電平，MN2管截止，充電停止。此時(shí)PWM仍然為低電平，在其高電平來(lái)臨前，電容既不充電也不放電。當(dāng)PWM變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，積分控制電路的第一兩輸入或門OR1和第二兩輸入或門OR2都輸出高電平，此時(shí)Vc重新置為高電平，即回到初始假設(shè)值；其中偏置電壓信號(hào)Vref1大于偏置電壓信號(hào)Vref2，且(Vref1-Vref2)>2|Vref3-Vref2|。由此，通過(guò)積分器電路和積分控制電路可以對(duì)積分信號(hào)的正向積分、反向積分、終止積分進(jìn)行控制，進(jìn)而得到所需要的規(guī)范梯形波，為下一步的波形處理做準(zhǔn)備。

圖5為波形處理電路原理圖，圖6為基于零電壓?jiǎn)?dòng)的DC-DC變換器自適應(yīng)死區(qū)電路的波形示意圖，波形處理電路的輸入端接積分器電路的輸出，即為圖6中的積分信號(hào)。如圖6所示，波形處理電路對(duì)積分信號(hào)進(jìn)行如下處理：當(dāng)PWM信號(hào)為高電平且積分信號(hào)電壓值高于偏置電壓Vref3時(shí)，波形處理電路的第一輸出端GH輸出高電平，其余情況輸出低電平；當(dāng)PWM信號(hào)為高電平或者積分信號(hào)電壓值高于偏置電壓Vref4時(shí)，波形處理電路的第二輸出端GL輸出高電平，其余情況輸出低電平；其中偏置電壓信號(hào)Vref4大于偏置電壓信號(hào)Vref3，即Vref1>Vref4>Vref3>Vref2，且Vref1–Vref4＝Vref3–Vref2。為了保證功率管的零電壓開(kāi)啟，Vref1–Vref4與Vref3–Vref2的取值由DC-DC變換器的輸出電壓、SW點(diǎn)等效電容以及積分電容C的大小決定，具體表現(xiàn)為Vref1-Vref4與積分電容的乘積等于SW點(diǎn)等效電容與DC-DC變換器輸出電壓的乘積。通過(guò)波形處理電路，產(chǎn)生了含有自適應(yīng)死區(qū)時(shí)間tdr和tdf的功率管柵驅(qū)動(dòng)信號(hào)GH和GL，根據(jù)負(fù)載情況的不同，死區(qū)時(shí)間tdr和tdf會(huì)自適應(yīng)變化，如圖中l(wèi)oad1和load2為兩種不同的負(fù)載情況，由于積分器電路的輸入積分電流為對(duì)DC-DC變換器負(fù)載電流的采樣電流，使得積分梯形信號(hào)的斜率因負(fù)載情況的變化而變化。由此，在負(fù)載load1的情況下，產(chǎn)生的死區(qū)長(zhǎng)度為tdr1和tdf1；在負(fù)載load2的情況下，產(chǎn)生的死區(qū)長(zhǎng)度為tdr2和tdf2。