DC-DC转换电路制造技术

本发明专利技术公开了DC-DC转换电路，包括：串连在电源电压VDD与接地端GND之间的第一功率开关管(MP1)和第二功率开关管(MN1)；并联在第一功率开关管(MP1)两端的串联的采样电阻(R0)和第三功率开关管(MP0)，一电流采样模块，电流采样模块包括电压到电流转换单元、电流差值单元、电流到电压转换单元；电压到电流转换单元用于将采样电阻(R0)两端的电压转换为电流量，利用电流差值单元求出两个电流量的差值，并通过电流到电压转换单元转换成电压信号输出Vsense至PMW比较器；第一功率开关管和第二功率开关管晶体管的开关状态受PMW比较器接收的检测信号的控制。本发明专利技术能够较好对功率管流过的电流进行采样，转换为电压量输出。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成电路制造领域，确切的说，涉及一种DC-DC转换电路。
技术介绍
开关电源是一种采用开关方式控制的直流稳压电源，它以体积小、重量轻，效率高，稳压范围宽，安全可靠等优点而被广泛应用到计算机、网络通信设备和消费类电子等几乎所有的电子设备中。随着半导体技术和电子技术的发展，电子产品的功能不断丰富，体积和重量不断减小，功耗却不断增加，这就对开关电源的设计不断提出挑战。根据DC-DC直流变换器的原理，直流变换器芯片主要分为两大类：线性调整器和开关电源变换器。其中，开关电源变换器又可分为：电容式开关电源变换器和电感式开关电源变换器。电感式开关电源变换器同时利用电感和电容作为储能元件，为负载提供稳定的电流。其电路由电感、电容、开关晶体管及续流二极管等元件构成，这四种元件按照不同的组合方式，可以形成不同的拓扑结构，从而完成降压、升压和电压极性反转的功能。电压型PWM(Pulse Width Modulation，脉宽调制比较器)控制方式的开关电源，输出电压经分压电阻网络分压后，输入误差放大器的反向输入端，与带隙基准电压进行比较，两者的差值经过误差放大器放大为误差电压比，与振荡器产生的斜升电压VRAUP经过PWM比较器比较后产生功率管的控制信号，调节功率管的导通占空比。为了克服上述电压单环控制方式存在的系统不稳定隐患，在系统中引入了一个电流反馈环，构成了双环控制的电流型PWM控制方式，也称为峰值电流控制方式(PCM，Peak Current Mode)，如图1所示。该方式将电感电流作为一个反馈量引入，从而使系统成为一阶无条件稳定系统。如图1所示的电路，其包括有两个负反馈控制回路，外环对输出电压进行检测，内环对流过功率管电流进行检测并控制外环。其工作原理为：电阻分压网络对输出电压分压得到采样电压，误差放大器将反馈电压VFB与带隙基准电压的差值进行放大，输入PWM_CMP比较器的负向输入端。通过电流采样电阻Rsense对功率管电流进行采样，经过电流采样模块I_sens后，输出一个代表电感电流变化情况的采样电压数值，将它送入PWM_CMP比较器的正向输入端，进行比较。输出脉冲与振荡器模块输出的Clk信号，连接到RS触发器，输出控制脉冲，驱动功率管工作。每个时钟上升沿，功率管导通，电感电流逐渐增大，当采样电压增大到限幅值时，PWM_CMP比较器翻转，使得功率管截止，如此周而复始，电路通过逐周期的检测和调节电感电流的峰值，达到控制输出电压的目的。电流采样模块与PWM比较器一起，构成电流控制内环，与电压外环一起，控制整个电路的工作。电流采样模块实现对电感电流进行逐周期的采样，并将其转换为对应的电压值，输入比较器的正向端。一个周期内，当电感电流达到某一极限值时，比较器反转，以控制功率管的占空比和实现逐周期的峰值电流控制。常用的电流采样电路的原理图如图2所示。其中，L和C为开关电源的储能电感和滤波电容，MP、MN分别为功率开关管和功率整流管，Msense为采用与MP相同的工艺所制造出来的PMOS管，Msense的沟道长度与MP相同，但其沟道宽度是MP的1/N，因此，流过Msense的电流就为MP的I/N，避免了将Rsense直接串接在MP支路所造成的功耗过大的问题。电流采样模块的具体电路如图3所示。其中Pvin和Pgnd分别为整个开关电源的输入电压和地电压。CON为功率开关管的控制信号，SW为外接电感的引脚；EN为模块的使能信号，高电平有效。VBIAS2为偏置模块提供的偏置电压。Vsense为模块输出的电流与流过功率开关管的电流成正比的电压信号，该电压信号输入PWM比较器的正向端，以调节功率开关管的占空比。现有的采样保持电路存在着速度不高，精度不高的缺点，容易造成电流检测不精确，甚至导致控制回路的失效，影响电压输出的精度。因此如何克服上述问题，一直为本领域技术人员所致力研究的方向。
技术实现思路
一种DC-DC转换电路，其中，包括：串联在电源电压VDD与接地端GND之间的第一功率开关管(MP1)和第二功率开关管(MN1)；并联在所述第一功率开关管(MP1)两端的串联的采样电阻(R0)和第三功率开关管(MP0)，一电流采样模块，所述电流采样模块包括电压到电流转换单元、电流差值单元、电流到电压转换单元；所述电压到电流转换单元用于将所述采样电阻(R0)两端的电压转换为电流量，利用所述电流差值单元输出两个电流量的差值，并通过所述电流到电压转换单元转换成电压信号输出Vsense至PMW比较器；所述第一功率开关管和第二功率开关管的开关状态受所述PMW比较器接收的检测信号的控制。上述的DC-DC转换电路，其中，所述电压到电流转换单元包括有第一电压到电流转换单元和第二电压到电流转换单元，所述第一电压到电流转换单元和第二电压到电流转换单元用于将所述采样电阻两端的电压转换为电流量。上述的DC-DC转换电路，其中，所述第一电压到电流转换单元、第二电压到电流转换单元及所述电流差值单元均至少包括一对并联的晶体管(M1、M3，M5、M7)，各所述晶体管通过串联一晶体管接地(M2、M4，M6、M8)；所述第一电压到电流转换单元所包含的其中一个晶体管(M1)的栅极连接在采样电阻(R0)的一端，所述第二电压到电流转换单元所包含的晶体管(M5)的栅极连接所述电源电压VDD。上述的DC-DC转换电路，其中，所述电流差值单元接地的两个晶体管(M11，M12)的栅极分别连接至所述第一电压到电流转换单元和第二电压到电流转换单元。上述的DC-DC转换电路，其中，所述第一电压到电流转换单元以及所述第二电压到电流转换单元各自所包含的其中一晶体管(M3，M7)为增益放大管，用于将所述电流采样电阻两端的电压转化为电流量。上述的DC-DC转换电路，其中，所述电流差值单元所包含的其中一对并联的晶体管(M9，M10)的栅极相连，且其中一个晶体管(M9)的漏极与所述电源电压VDD之间设置有一电阻(R2)。上述的DC-DC转换电路，其中，所述第一电压到电流转换单元和第二电压到电流转换单元各自包含的其中一个接地的晶体管(M4，M8)与所述电流差值电路中的两个接地的晶体管(M11，M12)分别构成电流镜像晶体管对。上述的DC-DC转换电路，其中，所述电流到电压变换单元包括一电阻(R本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种DC‑DC转换电路，其特征在于，包括：串联在电源电压VDD与接地端GND之间的第一功率开关管(MP1)和第二功率开关管(MN1)；并联在所述第一功率开关管(MP1)两端的串联的采样电阻(R0)和第三功率开关管(MP0)，一电流采样模块，所述电流采样模块包括电压到电流转换单元、电流差值单元、电流到电压转换单元；所述电压到电流转换单元用于将所述采样电阻(R0)两端的电压转换为电流量，利用所述电流差值单元输出两个电流量的差值，并通过所述电流到电压转换单元转换成电压信号输出Vsense至PMW比较器；所述第一功率开关管和第二功率开关管的开关状态受所述PMW比较器接收的检测信号的控制。

【技术特征摘要】
1.一种DC-DC转换电路，其特征在于，包括：
串联在电源电压VDD与接地端GND之间的第一功率开关管
(MP1)和第二功率开关管(MN1)；
并联在所述第一功率开关管(MP1)两端的串联的采样电阻(R0)
和第三功率开关管(MP0)，
一电流采样模块，所述电流采样模块包括电压到电流转换单元、
电流差值单元、电流到电压转换单元；
所述电压到电流转换单元用于将所述采样电阻(R0)两端的电
压转换为电流量，利用所述电流差值单元输出两个电流量的差值，并
通过所述电流到电压转换单元转换成电压信号输出Vsense至PMW
比较器；
所述第一功率开关管和第二功率开关管的开关状态受所述PMW
比较器接收的检测信号的控制。
2.如权利要求1所述的DC-DC转换电路，其特征在于，所述
电压到电流转换单元包括有第一电压到电流转换单元和第二电压到
电流转换单元，所述第一电压到电流转换单元和第二电压到电流转换
单元用于将所述采样电阻两端的电压转换为电流量。
3.如权利要求2所述的DC-DC转换电路，其特征在于，所述
第一电压到电流转换单元、第二电压到电流转换单元及所述电流差值

\t单元均至少包括一对并联的晶体管(M1、M3，M5、M7)，各所述晶
体管通过串联一晶体管接地(M2、M4，M6、M8)；
所述第一电压到电流转换单元所包含的其中一个晶体管(M1)
的栅极连接在采样电阻(R0)的一端，所述第二电压到电流转换单
元所包含的晶体管(M5)的栅极连接所述电源电压VDD。
4.如权利要求3所述的DC-DC转换电路，其特征在于，所述
电流差值单元接地的两个晶体管(M11，M12)的栅极分别连接至所
述第一电压到电流转换单元和第二电压到电流转换单元。
5.如权利要求3所述的DC-DC转换电路，其特征在于，所述
第一电压到电流转换单元以及所述第二电压到电流转换单元各自所
包含的其中一晶体管(M3，M7)为增益放大管，用于将所述电流采
样电阻两端的电压转化为电流量。
6.如权利要求3所述的DC-DC转换电路，其特征在于，所述
电流差值单元所包含的其中一对并联的晶体管(M9，M10)的栅极
相连，且其中一个晶体管(M9)的漏极与所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡俊，张宁，王志利，
申请(专利权)人：上海华力微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31