栅压摆幅控制Buck-Boost开关电源变换器

摘要

本发明公开了一种栅压摆幅控制Buck-Boost开关电源变换器，其特征在于：包括Main_circuit模块、SENSFET模块、GCM模块、CLK_gen模块、Deadtime模块、EA模块、PWM_generator模块、Mode_sel模块、BGR模块、Soft_start模块和Protect模块；应用本发明设计的Buck-Boost变换器，可以实现开关管和同步整流管全集成，外接电感和输出滤波电容；输入端电压范围2.4V-4.2V，输出端电压范围1.0V-4.0V，最大输出电流500mA，最高工作频率5MHz，轻负载时系统整体效率80％以上；重负载时整体效率90％以上；控制环路为PWM电压模控制。

主权项

一种栅压摆幅控制Buck‑Boost开关电源变换器，其特征在于：包括Main_circuit模块、SENSFET模块、GCM模块、CLK_gen模块、Deadtime模块、EA模块、PWM_generator模块、Mode_sel模块、BGR模块、Soft_start模块和Protect模块；所述Main_circuit模块是主电路模块，其中：Lout和Lin连接外接电感L的两端；Vin接电源的输入端；Vout接电源的输出端，Vout端外接串联分压电阻，产生一个反馈信号VFB，该电压与EA模块以及Mode_sel模块相连，Vout端还外接滤波电容C和负载Rload；VP1、VN1、VP2和VN2分别是主电路中栅压控制信号的输入端；所述SENSFET模块是开关管电流检测模块，其中输入端VP1、VN1、VP2和VN2分别与Main_circuit模块中的同名端口相连；输出端Vsense_p1、Vsense_n1、Vsense_p2和Vsense_n2与GCM模块的同名端口相连；所述GCM模块是栅压摆幅调整控制模块，其中输入端p1、n1、p2和n2分别与SENSFET模块的Vsense_p1、Vsense_n1、Vsense_p2和Vsense_n2相连；输入端clk与CLK_gen模块的同名端口相连；输入端VP和VN与Deamtime模块的同名端口相连；输出端VP1、VN1、VP2和VN2与mian_circuit模块的同名端口相连；所述CLK_gen模块用于产生时钟信号控制GCM模块的周期性工作，其中输入端Vdd与变换器输入端电压Vin相连，输出端clk与GCM模块同名端口相连；所述EA模块根据电路的输出端反馈电压VFB与基准电压Vref产生控制信号VEA；其中Vref是模块的输入端，与外接的基准电压相连；输入端vbias用来为模块内部电路提供偏置电压，与BGR模块相应端口连接；输出端VEA与PWM_generator模块的同名端口相连；所述Mode_sel模块用于进行模式选择与控制；该模块根据电路输入端输出端电压关系决定电路工作在Buck、Boost或者Buck‑Boost模式下；输入端Vref与EA模块的Vref输入端相连；输入端Vref_in与输入端电压Vin经外接电阻分压得到的信号相连；输出端Vbuck、Vboost与GCM模块的同名端口相连，从而实现对电路工作状态的控制；所述BGR模块用于为电路系统提供基准电压，保证电路的正常工作；其中输入端Vin与变换器的输入端电压相连，输出端vbias与EA模块、PWM_generator模块的vbias端口相连，为其提供相应的基准电压；所述Protect模块用于为系统提供温度过温保护功能，电路利用片上晶体管的温度特性判断电路是否过温；输入端Vref与BGR模块的vbias相连；输出端EN与PWM_generator模块的同名端口相连；采用跨周期积分电流采样的方式，以交替采样工作方式实现优化电路的复用，在第1～N个开关周期中，电路对PMOS开关管的电流进行积分采样，并在第N个开关周期结束的时候，根据这1～N个开关周期中PMOS开关管电流情况确定PMOS开关管的栅压摆幅；而在第N+1～2N个开关周期中，电路对NMOS开关管电流进行积分采样，并在第2N个开关周期结束的时候确定NMOS开关管的栅压摆幅。在这种工作方式下，只需要一个电流采样分析电路便可以完成PMOS和NMOS开关管的电流分析；P1的源端接电源Vin的正极，N1的源端接地，P1和N1的漏端相连，接电感L的左端；N2的源端接地，P2的源端接输出端，P2和N2的漏端相连，接电感L的右端，其中P1、P2为PMOS管，N1、N2为NMOS管。