BOOST型开关电源电压调整器及其控制方法技术

本发明专利技术揭示了一种BOOST型开关电源电压调整器及其控制方法，所述电压调整器包括：输入端IN、输出端OUT、控制端CT、电感L1、开关管NM1、第一P型沟道MOS场效应管PM1、第二P型沟道MOS场效应管PM2、电容C1、电阻分压网络、误差放大器EA及电压比较器COMP。本发明专利技术提出的BOOST型开关电源电压调整器及其控制方法，可解决传统BOOST型开关电源电压调整器结构存在的输出电压值的限制，提升电路的稳定性。提升电路的稳定性。提升电路的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
BOOST型开关电源电压调整器及其控制方法


[0001]本专利技术属于电子电路
，涉及一种开关电源电路，尤其涉及一种BOOST型开关电源电压调整器及其控制方法。

技术介绍

[0002]开关型电源电压调整器是一类一般用于电源设计的拓扑结构，具有产生可调整的稳定输出电压的功能。其结构决定了可以通过人为地去调整输出电压，并且由于存在分压采样网络、误差放大器及脉宽调制器构成稳定的环路，因此被广泛用于电源功能模块中。开关型电源电压调整器的性能对整个电路具有较大影响。
[0003]开关型电源电压调整器典型的有BUCK型开关电源电压调整器和BOOST型开关电源电压调整器两类。BUCK型开关电源电压调整器又叫降压调整器，由其结构决定了输出电压必须低于输入电压时，调整器才能正常稳定工作；BOOST型开关电源电压调整器又叫升压调整器，由其结构决定了输出电压必须高于输入电压时，调整器才能正常稳定工作。
[0004]以传统的BUCK型开关电源电压调整器电路为例：当开关管导通时，电路的输入端为电感充电，同时也为负载在输出端提供电流，当开关管关断时，由于电感的电流不能够突变，所以电感极性变化并为负载在输出端提供电流。可以根据BUCK型开关电源电压调整器电路结构示意图，忽略二极管压降简要列出开关管导通和关断时近似方程：电路结构示意图，忽略二极管压降简要列出开关管导通和关断时近似方程：ton＝T
·
D，toff＝T
·
(1
‑
D)；其中T为开关管开关时间周期，D为对应的占空比。由于开关管开关状况变化时，电感中的电流不会突变，故解方程可得到：V
OUT
＝V
IN
·
D，可以看出该结构下通过调整开关管的占空比能够得到的输出电压是小于等于输入电压的，同时与输出端相连的分压网络和误差放大器等构成的反馈环路保证了输出电压的稳定。
[0005]以传统的BOOST型开关电源电压电路为例：当开关管导通时，电路的输入端为电感充电，当开关管关断时，由于电感的电流不能够突变，所以此时电感极性变化并和电路的输入端一起为负载提供电流。可以根据BOOST型开关电源电压电路结构示意图，忽略二极管导通压降简要列出开关管导通和关断时近似方程：ton＝T
·
D，toff＝T
·
(1
‑
D)；其中T为开关管开关时间周期，D为对应的占空比。由于开关管开关状况变化时，电感中的电流不会突变，故解方程可得到：可以看出该结构下通过调整开关管的占空比能够得到的输出电压是大于等于输入电压的，同时与输入端相连的分压网络和误差放大器等构成的反馈环路保证了输出电压的稳定。
[0006]在实际应用中，能够正确输出可调整且稳定的输出电压值是开关调整器最基本的要求，也是关乎到使用该结构的电源电路是否可行的关键因素。但是由于BUCK型开关电源
电压调整器电路结构和BOOST型开关电源电压电路结构决定了输出电压都存在可调整的电压范围，这在实际应用中无疑是一个较大的限制，会对之后的结构设计产生重大影响。
[0007]有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的开关型电源电压调整器，以便克服现有开关型电源电压调整器存在的上述至少部分缺陷。

技术实现思路

[0008]本专利技术提供一种BOOST型开关电源电压调整器及其控制方法，可解决传统BOOST型开关电源电压调整器结构存在的输出电压值的限制，提升电路的稳定性。
[0009]为解决上述技术问题，根据本专利技术的一个方面，采用如下技术方案：
[0010]一种BOOST型开关电源电压调整器，所述电压调整器包括：
[0011]输入端IN，用于提供输入电压；
[0012]输出端OUT，用于提供输出电压；
[0013]电感L1，其同名端与输入端IN相连，用于在开关管NM1关断后与输入端IN电压一起为负载提供电流；
[0014]开关管NM1，连接在电感L1异名端和地之间；
[0015]第一P型沟道MOS场效应管PM1，其衬底与漏极接在一起，用以代替二极管，通过同步整流技术减少因二极管导通压降导致的电压损耗；
[0016]第二P型沟道MOS场效应管PM2，其衬底与源级接在一起，用以在输出端电压需要小于输入端电压时起到等效电阻的作用进行降压；
[0017]第一P型沟道MOS场效应管PM1、第二P型沟道MOS场效应管PM2以串联方式连接在电感L1异名端和输出端OUT之间；
[0018]电容C1，连接在输出端OUT和地之间，用于在开关管NM1导通时为负载提供电流；
[0019]电阻分压网络，连接在输出端OUT和地之间；
[0020]误差放大器EA，其以电阻分压网络的输出和基准电压VREF1为输入；
[0021]脉宽调制器PWM，其以误差放大器EA的输出和周期为T的锯齿波Vt为输入，脉宽调制器PWM的输出连接至开关管NM1的栅极，用于根据基准电压VREF1来调整脉宽调制器的输出电压的占空比，从而调整开关管NM1循环周期内导通时间和关断时间的比例，最终调整输出电流和输出电压；
[0022]电压比较器COMP，其以输入端IN和输出端OUT作为输入，所述电压比较器COMP的输出接在第二P型沟道MOS场效应管PM2的栅极；
[0023]控制端CT，用以控制第一P型沟道MOS场效应管PM1的导通，使第一P型沟道MOS场效应管PM1能够在开关管导通和关断时分别使第一P型沟道MOS场效应管PM1关断和导通。
[0024]作为本专利技术的一种实施方式，所述电阻分压网络包括串联第一电阻R1、第二电阻R2。
[0025]作为本专利技术的一种实施方式，所述开关管NM1为N型沟道MOS场效应管。
[0026]作为本专利技术的一种实施方式，当开关管NM1导通时，控制端CT输出高电平使第一P型沟道MOS场效应管PM1关断；当开关管NM1关断时，控制端CT输出低电平使第一P型沟道MOS场效应管PM1导通；从而减小因二极管D1导通压降造成的损耗。
[0027]作为本专利技术的一种实施方式，采用以输入端IN的输入电压和输出端OUT的输出电
压作为输入的电压比较器COMP和由电压比较器COMP的输出控制栅极的第二P型沟道MOS场效应管PM2来完成输出端OUT的输出电压值低于输入端IN的输入电压值时刻的降压工作。
[0028]作为本专利技术的一种实施方式，若需要使输出端OUT的输出电压值在大于输入端IN的输入电压值的调整范围内进行增大或减小的调整时，根据需要的输出电压值和电阻分压网络设置对应的基准电压VREF1；
[0029]误差放大器EA和脉宽调制器PWM根据当前输出电压的分压采样值和基准电压值来调整脉宽调制器PWM的方波输出的占空比，使开关管的导通时间得到调整；进而使电感L1的充电时间得到改变，这样在开关管关断期间，电感L1能够为负载提供的电能也相应改变，导致输出端OUT的输出电压相应改变；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种BOOST型开关电源电压调整器，其特征在于，所述电压调整器包括：输入端IN，用于提供输入电压；输出端OUT，用于提供输出电压；电感L1，其同名端与输入端IN相连，用于在开关管NM1关断后与输入端IN电压一起为负载提供电流；开关管NM1，连接在电感L1异名端和地之间；第一P型沟道MOS场效应管PM1，其衬底与漏极接在一起，用以通过同步整流技术减少因二极管导通压降导致的电压损耗；第二P型沟道MOS场效应管PM2，其衬底与源级接在一起，用以在输出端电压需要小于输入端电压时起到等效电阻的作用进行降压；第一P型沟道MOS场效应管PM1、第二P型沟道MOS场效应管PM2以串联方式连接在电感L1异名端和输出端OUT之间；电容C1，连接在输出端OUT和地之间，用于在开关管NM1导通时为负载提供电流；电阻分压网络，连接在输出端OUT和地之间；误差放大器EA，其以电阻分压网络的输出和基准电压VREF1为输入；脉宽调制器PWM，其以误差放大器EA的输出和周期为T的锯齿波Vt为输入，脉宽调制器PWM的输出连接至开关管NM1的栅极，用以根据基准电压VREF1来调整脉宽调制器的输出电压的占空比，从而调整开关管NM1循环周期内导通时间和关断时间的比例，最终调整输出电流和输出电压；电压比较器COMP，其以输入端IN和输出端OUT作为输入，所述电压比较器COMP的输出接在第二P型沟道MOS场效应管PM2的栅极；控制端CT，用以控制第一P型沟道MOS场效应管PM1的导通，使第一P型沟道MOS场效应管PM1能够在开关管NM1导通和关断时分别使第一P型沟道MOS场效应管PM1关断和导通。2.根据权利要求1所述的BOOST型开关电源电压调整器，其特征在于：所述电阻分压网络包括串联第一电阻R1、第二电阻R2。3.根据权利要求1所述的BOOST型开关电源电压调整器，其特征在于：所述开关管NM1为N型沟道MOS场效应管。4.根据权利要求1所述的BOOST型开关电源电压调整器，其特征在于：当开关管NM1导通时，控制端CT输出高电平使第一P型沟道MOS场效应管PM1关断；当开关管NM1关断时，控制端CT输出低电平使第一P型沟道MOS场效应管PM1导通；从而减小因二极管D1导通压降造成的损耗。5.根据权利要求1所述的BOOST型开关电源电压调整器，其特征在于：采用以输入端IN的输入电压和输出端OUT的输出电压作为输入的电压比较器COMP和由电压比较器COMP的输出控制栅极的第二P型沟道MOS场效应管PM2来完成输出端OUT的输出电压值低于输入端IN的输入电压值时刻的降压工作。6.根据权利要求1所述的BOOST型开关电源电压调整器，其特征在于：若需要使输出端OUT的输出电压值在大于输入端IN的输入电压值的调整范围内进行增大或减小的调整时，根据需要的输出电压值和电阻分压网络设置对应的基准电压VREF1；误差放大器EA和脉宽调制器PWM根据当前输出电压的分压采样值和基准电压值来调整脉宽调制器PWM的方波输出的占空比，使开关管的导通时间得到调整；进而使电感L1的充电
时间得到改变，这样在开关管关断期间，电感L1能够为负载提供的电能也相应改变，导致输出端OUT的输出电压相应改变；当输出端OUT的输出电压通过电阻分压网络的分压后，分压值与基准电压值VREF1相等时，反馈环路稳定，进一步使输出端OUT的输出电压也保持稳定。7.根据权利要求1所述的BOOST型开关电源电压调整器，其特征在于：若需要使输出端OUT的输出电压值在小于输入端IN的输入电压值的调整范围内进行增大或减小的调整时，根据需要的输出电压值和电阻分压网络设置对应的基准电压VREF1；误差放大器EA和脉宽调制器PWM会根据当前较大的输出电压的分压采样值和基准电压值来减小脉宽调制器PWM的方波输出的占空比，使开关管的导通时间变短；进而使电感L1的充电时间变短，这样在开关管关断期间，电感L1能够为负载提供的电能也相应减少，导致输出端OUT的输出电压下降；当输出端OUT的输出电压下降到等于输入端IN的输入电压时，以输入端IN的输入电压和输出端IN的输出电压为输入的电压比较器COMP检测到这一状况时，输出高电平到第二P型沟道MOS场效应管PM2的栅极，使第二P型沟道MOS场效应管PM2夹断；此时尽管开关管保持关断，输入端IN通过第一P型沟道MOS场效应管PM1的源极和衬底构成的PN结直通到PM2的源极，但是却不能够通过与源极相连的衬...

【专利技术属性】
技术研发人员：相琛，杨城，
申请(专利权)人：昂赛微电子上海有限公司，
类型：发明
国别省市：