一种DC-DC转换器
阅读：964发布：2020-05-08
专利汇可以提供一种DC-DC转换器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型公开了一种DC-DC转换器，包括 开关 部、 LC 滤波器 、 定时器 发生器、三 角 波生成器、补偿器、比较器及SR 锁 存器，开关部将输入 电压 按照转换电压进行输出，LC滤波器将转换电压转换成负载形式的 输出电压 ，定时器发生器生成第一 频率 的第一定时器 信号 ，三角波生成器生成大于转换频率的第二频率的三角波，补偿器输出输出电压和标准电压之间的误差电压，比较器比较误差电压和三角波，并生成复位信号，SR锁存器通过第一定时器信号和复位信号，并根据转换频率输出转换脉冲信号，转换脉冲信号用于控制开关部。本实用新型能够减少比较器运行误差，并提供稳定输出电压，有助于提高转换器的 质量 。(ESM)同样的 发明 创造已同日 申请 发明 专利，下面是一种DC-DC转换器专利的具体信息内容。
1.一种DC-DC转换器，其特征在于：包括开关部(110)、LC滤波器、定时器发生器(120)、三角波生成器(130)、补偿器(140)、比较器(150)及SR锁存器(160)，所述开关部(110)将输入电压按照转换电压进行输出，所述LC滤波器将所述转换电压转换成负载形式的输出电压，所述定时器发生器(120)生成第一频率的第一定时器信号SET，所述三角波生成器(130)生成大于转换频率fsw的第二频率的三角波VSAW，所述补偿器(140)输出所述输出电压和标准电压之间的误差电压VERR，所述比较器(150)比较所述误差电压VERR和所述三角波VSAW，并生成复位信号RST，所述SR锁存器(160)通过所述第一定时器信号SET和所述复位信号RST，并根据所述转换频率fsw输出转换脉冲信号SW，所述转换脉冲信号SW用于控制所述开关部(110)。
2.如权利要求1所述的一种DC-DC转换器，其特征在于：所述第一频率和所述转换频率fsw为相同规格。
3.如权利要求1所述的一种DC-DC转换器，其特征在于：所述转换器还包括电压检测器，所述电压检测器检测所述误差电压VERR，当所述误差电压VERR低于临界电压时，输出频率控制信号，所述三角波生成器(130)通过所述频率控制信号，从所述第二频率与所述转换频率fsw相同的第一模式转换成所述第二频率高于所述转换频率fsw的第二模式运行。
4.如权利要求1所述的一种DC-DC转换器，其特征在于：所述转换器还包括频率分频器，所述频率分频器将所述第一频率进行分频，生成小于所述第一频率的第三频率的第二定时器信号SET′，所述SR锁存器(160)通过所述第二定时器信号SET′和所述复位信号RST输出所述转换脉冲信号SW。
5.如权利要求4所述的一种DC-DC转换器，其特征在于：所述第三频率和所述转换频率fsw为相同规格。
6.如权利要求4所述的一种DC-DC转换器，其特征在于：所述频率分频器通接收所述第一频率的所述第一定时器信号SET，同时生成所述第三频率的所述第二定时器信号SET′。
7.如权利要求1所述的一种DC-DC转换器，其特征在于：所述三角波生成器(130)生成大于所述第一频率多倍的所述第二频率的所述三角波VSAW。
8.如权利要求4所述的一种DC-DC转换器，其特征在于：所述频率分频器生成所述第二定时器信号SET′，所述第二定时器信号SET′通过所述第一频率分频得到所述第三频率，所述三角波生成器(130)生成与所述第一频率相同的所述第二频率。
一种DC-DC转换器
技术领域
背景技术
[0002] 一般情况下，DC-DC转换器是一种接受DC输入电压(VIN)将其转换为DC输出电压(VOUT)的电力转换装置。DC-DC转换器可以不受通过PMOS以及NMOS晶体管交换而产生输入电压以及负载电流变化的影响提供稳定的DC输出电压，因此也被称作开关模式电源，而专业名称为DC-DC转换器。实用新型内容
[0004] 为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
[0005] 一种DC-DC转换器，包括开关部、LC滤波器、定时器发生器、三角波生成器、补偿器、比较器及SR锁存器，所述开关部将输入电压按照转换电压进行输出，所述LC滤波器将所述转换电压转换成负载形式的输出电压，所述定时器发生器生成第一频率的第一定时器信号SET，所述三角波生成器生成大于转换频率fSW的第二频率的三角波VSAW，所述补偿器输出所述输出电压和标准电压之间的误差电压VERR，所述比较器比较所述误差电压VERR和所述三角波VSAW，并生成复位信号RST，所述SR锁存器通过所述第一定时器信号SET和所述复位信号RST，并根据所述转换频率fSW输出转换脉冲信号SW，所述转换脉冲信号SW用于控制所述开关部。
[0006] 作为本实用新型所述的一种DC-DC转换器的一种改进，所述第一频率和所述转换频率fSW为相同规格。
[0007] 作为本实用新型所述的一种DC-DC转换器的一种改进，所述转换器还包括电压检测器，所述电压检测器检测所述误差电压VERR，当所述误差电压VERR低于临界电压时，输出频率控制信号，所述三角波生成器通过所述频率控制信号，从所述第二频率与所述转换频率fSW相同的第一模式转换成所述第二频率高于所述转换频率fSW的第二模式运行。
[0008] 作为本实用新型所述的一种DC-DC转换器的一种改进，所述转换器还包括频率分频器，所述频率分频器将所述第一频率进行分频，生成小于所述第一频率的第三频率的第二定时器信号SET′，所述SR锁存器通过所述第二定时器信号SET′和所述复位信号RST输出所述转换脉冲信号SW。
[0009] 作为本实用新型所述的一种DC-DC转换器的一种改进，所述第三频率和所述转换频率fSW为相同规格。
[0010] 作为本实用新型所述的一种DC-DC转换器的一种改进，所述频率分频器通接收所述第一频率的第一定时器信号SET，同时生成所述第三频率的所述第二定时器信号SET′。
[0011] 作为本实用新型所述的一种DC-DC转换器的一种改进，所述三角波生成器生成大于所述第一频率多倍的所述第二频率的三角波VSAW。
[0012] 作为本实用新型所述的一种DC-DC转换器的一种改进，所述频率分频器生成所述第二定时器信号SET′，所述第二定时器信号SET′通过所述第一频率分频得到所述第三频率，所述三角波生成器生成与所述第一频率相同的所述第二频率。
[0013] 本实用新型的有益效果在于，本实用新型包括开关部、LC滤波器、定时器发生器、三角波生成器、补偿器、比较器及SR锁存器，所述开关部将输入电压按照转换电压进行输出，所述LC滤波器将所述转换电压转换成负载形式的输出电压，所述定时器发生器生成第一频率的第一定时器信号SET，所述三角波生成器生成大于转换频率fSW的第二频率的三角波VSAW，所述补偿器输出所述输出电压和标准电压之间的误差电压VERR，所述比较器比较所述误差电压VERR和所述三角波VSAW，并生成复位信号RST，所述SR锁存器通过所述第一定时器信号SET和所述复位信号RST，并根据所述转换频率fSW输出转换脉冲信号SW，所述转换脉冲信号SW用于控制所述开关部。本实用新型能够减少比较器运行误差，并提供稳定输出电压，有助于提高转换器的质量。附图说明
[0014] 图1为本实用新型中实施例1的结构示意图；
[0015] 图2为本实用新型中实施例1的信号与时间的波形图；
[0016] 图3为本实用新型中实施例1的信号与时间的波形图；
[0017] 图4为本实用新型中实施例2的结构示意图；
[0018] 图5为本实用新型中实施例2的信号与时间的波形图；
[0019] 其中：110-开关部；120-定时器发生器；130-三角波生成器；140-补偿器；150-比较器；160-SR锁存器。
具体实施方式
[0020] 如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决技术问题，基本达到技术效果。
[0021] 在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语″上″、″下″、″前″、″后″、″左″、″右″、水平″等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
[0022] 在实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语″安装″、″相连″、″连接″、″固定″等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0023] 以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明，但不作为对本实用新型的限定。
[0024] 实施例1
[0025] 如图1～3所示，一种DC-DC转换器，包括开关部110、LC滤波器、定时器发生器120、三角波生成器130、补偿器140、比较器150及SR锁存器160，开关部110将输入电压按照转换电压进行输出，LC滤波器将转换电压转换成负载形式的输出电压，定时器发生器120生成第一频率的第一定时器信号SET，三角波生成器130生成大于转换频率fSW的第二频率的三角波VSAW，补偿器140输出输出电压和标准电压之间的误差电压VERR，比较器150比较误差电压VERR和三角波VSAW，并生成复位信号RST，SR锁存器160通过第一定时器信号SET和复位信号RST，并根据转换频率fSW输出转换脉冲信号SW，转换脉冲信号SW用于控制开关部110。
[0026] 第一频率和转换频率fSW为相同规格；转换器还包括电压检测器，电压检测器检测误差电压VERR，当误差电压VERR低于临界电压时，输出频率控制信号，三角波生成器130通过频率控制信号，从第二频率与转换频率fSW相同的第一模式转换成第二频率高于转换频率fSW的第二模式运行；转换器还包括频率分频器，频率分频器将第一频率进行分频，生成小于第一频率的第三频率的第二定时器信号SET′，SR锁存器160通过第二定时器信号SET′和复位信号RST输出转换脉冲信号SW；第三频率和转换频率fSW为相同规格；频率分频器通接收第一频率的第一定时器信号SET，同时生成第三频率的第二定时器信号SET′
[0027] 优选的，三角波生成器130生成大于第一频率多倍的第二频率的三角波VSAW。
[0028] 优选的，频率分频器生成第二定时器信号SET′，第二定时器信号SET′通过第一频率分频得到第三频率，三角波生成器130生成与第一频率相同的第二频率。
[0029] 包含开关部110，LC滤波器，定时器发生器120，三角波生成器130，补偿器140，比较器150，SR锁存器160，栅极驱动器；在本实用新型实施例中所述DC-DC转换器也可以是降压转换器。
[0030] 开关部110应该包含至少个能够控制控制DC输入电压VIN输出实现转换操作的开关。为了便于理解，在此以晶体管为例加以说明。开关部110中包含由PMOS晶体管构成的第一开关和由NMOS晶体管构成的第二开关。
[0031] 第一开关的第一端子接收DC输入电压VIN，第二端子通过接点与第二开关的第一端子相互连接；第二开关的第一端子与第一开关的第一端子通过接点连接，第二端子接收接地电压GND；第一端子和第二端子分别为漏极端子和源极端子。
[0032] 第一开关和第二开关的栅极端子分别从栅极驱动器处接收栅极控制信号，栅极控制信号可以看作是与转换脉冲信号SW相对应的信号；根据栅极控制信号可以控制第一开关和第二开关的开启和关闭状态。第一开关从开启转换成关闭状态、或者从关闭转换成开启状态过程中的频率可以为转换频率fSW；第一开关根据栅极信号开启或者闭合，由于栅极驱动器通过转换脉冲信号SW输出栅极控制信号，为此转换脉冲信号SW的频率可以替代转换频率。
[0033] 第一开关处于开启状态时第二开关为关闭状态，当第一开关处于关闭状态时第二开关则为开启状态；开关部110根据栅极信号交换DC输入电压VIN，通过个晶体管之间的接点输出交换电压VX。
[0034] LC滤波器中包含电感器L和电容器C，LC滤波器将从开关部110中输出的交换电压VX转换成稳定的直流电压并向负载RL中输入DC输出电压VOUT。
[0035] 定时器发生器120生成第一频率的定时器讯号SET，第一频率可以和交换频率fSW规格相同。定时器发生器120将定时器讯号SET输出至SR锁存器160之中的S端子之中；定时器讯号SET为按照1/fSW周期产生的脉冲波形。
[0036] 三角波生成器130生成第二频率的三角波VSAW并将其输入至比较器150的非反相端子+端子之中。第二频率可以是高于交换频率fSW的频率，举例说明，三角波生成器130可以生成是交换频率fSWn倍(n：大于1的整数)的第二频率＝nfSW的三角波VSAW；但是，当n＝5时，第二频率为fSW。
[0037] 补偿器140用于测量比较DC输出电压和标准电压之间差值，并以电压比较差值为基础输出误差电压VERR。补偿器140还包含误差增幅器和分压电路。在误差增幅器中，反相端子-端子接收分压电路的反馈电压VFB，非反相端子+端子接收标准电压VREF。分压电路可以是以DC输出电压为基础生成输入至误差增幅器反相端子中的反馈电压结构的多样化电路。
[0038] 比较器150通过-端子和+端子分别接收误差电压VERR和三角波VSAW，比较误差电压VERR和三角波VSAW的电压电平并生成复位信号RST。比较器150在三角波VSAW高于误差电压VERR时VSAW≥VERR，将会输出高High电平、当三角波VSAW低于误差电压VERR时VSAW＜VERR，将输出低Low电平并生成复位信号RST。在比较器150中，复位信号RST通过SR锁存器160的R端子向外输出。
[0039] SR锁存器160利用输入至S端子和R端子中的定时器讯号SET和复位信号RST生成交换脉冲信号SW，通过Q端子实时间输出交换脉冲信号SW；从SR锁存器160中输出的交换脉冲信号SW可以是PWM信号。交换脉冲信号SW控制包含在开关部110中的第一开关和第二开关的开启和关闭交换运行状态。
[0040] 栅极驱动器利用从SR锁存器160中输出的交换脉冲信号SW驱动第一开关和第二开关的栅极；栅极驱动器分别与各自的晶体管相互对应和连接。栅极驱动器一般情况下安装在DC-DC转换器之中，在此不再给予详细说明。
[0041] 实施例2
[0042] 如图4～5所示，本实用新型实施例中所述DC-DC转换器的补偿器140输出的误差电压VERR计算方程式一如下所示。
[0043]
[0044] 方程式一中所述VPEAK为三角波VSAW的峰值电压，L为电感器的电感值，fSW为交换频率，ILOAD为负载电流IO，VIN和VOUT分别为DC输入电压和DC输出电压，n为频率分频器的频率分频倍数或者三角波VSAW的第二频率的交换频率fSW的倍数。
[0045] 参照方程式一，误差电压VERR参照频率分频器的频率分频倍数或者交换频率fSW和三角波VSAW频率的关系而决定；误差电压VERR与三角波VSAW峰值电压呈现为一定的比例标准，举例说明，误差电压VERR可以是三角波VSAW峰值电压的√n倍。
[0046] 定时器发生器120通过第一频率生成定时器讯号SET，三角波生成器130通过第二频率生成三角波VSAW；定时器发生器120的第一频率和三角波生成器130的第二频率可以为相同频率。频率分频器生成是定时器发生器120中生成的第一定时器讯号SET第一频率的1/n此处n为以上的整数数量的、被分频的第三频率f＝f/n的第二定时器讯号SET’；比较器150通过比较三角波VSAW的电压电平和误差电压VERR生成复位信号RST。SR锁存器160根据第二定时器讯号SET′和定时器讯号SET生成交换脉冲信号SW。
[0047] 交换脉冲信号SW的频率属于交换频率fSW，与第二定时器讯号SET’的第三频率f相同。三角波VSAW中包含是第二定时器讯号SET’第三频率f倍的第二频率；因此，SR锁存器160中生成交换脉冲信号SW的每次交换周期T＝/fSW中共发生次三角波VSAW。
[0048] 在方程式一中，较之于n＝3的实施例，n＝3的实施例中三角波VSAW的峰值电压VPEAK高出了√3倍，误差电压VERR也高出了√3倍。
[0049] 三角波VSAW的频率将高于交换频率fSWd的n倍，个交换周期中将会向比较器150输入n个的多重三角波，最终将会提升√n倍DC-DC转换器的误差电压VERR。
[0050] 为此在相同条件下，向比较器150中输入的误差电压VERR更高，由此比较器150的三角波VSAW电压电平与误差电压VERR之间将会产生差值，进而减少比较器150的输出误差。
[0052] 开关部110负责控制DC输入电压VIN输出的交换运行，并且包含由PMOS晶体管构成的第一开关以及由NMOS晶体管构成的第二开关；开关部110根据栅极控制信号交换DC输入电压VIN，并通过个晶体管之间的接点输出交换电压VX。
[0053] LC滤波器中包含电感器L和电容器C，LC滤波器将开关部110中输出的交换电压VX转变成稳定的直流电压，然后向负载RL提供输出电压VOUT。
[0054] 定时器发生器120生成第一频率的第一定时器讯号SET。在本实施例中，定时器发生器120将第一频率的第一定时器讯号SET输入至SR锁存器160的S端子之中；而在其他实施例中，定时器发生器120将第一频率的第一定时器讯号SET输入至频率分频器之中。
[0055] 频率分频器将定时器发生器120中生成的第一定时器讯号SET第一频率的1/n此处n为2以上的整数数量的、被分频的第三频率f3＝f1/n的第二定时器讯号SET’并将其输出至SR锁存器160的S端子之中。
[0056] 三角波生成器130生成第二频率的三角波VSAW并将其输入至比较器150的非反相端子+端子之中；第二频率与定时器发生器120的第一频率相同。
[0057] 补偿器140用于比较DC输出电压和标准电压之间的差值，以电压比较差值结果为基础输出误差电压VERR；补偿器140分别包含误差增幅器和分压电路。
[0058] 比较器150通过-端子和+端子接收输入的误差电压VERR和三角波VSAW，然后比较误差电压VERR和三角波VSAW的电压电平生成复位信号RST。
[0059] 在SR锁存器160中，S端子和R端子分别通过各自输入的定时器讯号SET和复位信号RST生成交换脉冲信号SW，然后通过Q端子实时间输出交换脉冲信号SW。在本实施例中，SR锁存器160的S端子和R端子分别通过各自输入的第一定时器讯号SET和复位信号RST生成交换脉冲信号SW，然后通过Q端子实时间输出交换脉冲信号SW；在其他实施例中，SR锁存器160的S端子和R端子分别通过各自输入的第二定时器讯号SET’和复位信号RST生成交换脉冲信号SW，然后通过Q端子实时间输出交换脉冲信号SW。
[0060] 栅极驱动器通过SR锁存器160中输出的交换脉冲信号SW驱动第一开关和第二开关的栅极。
[0061] 电压检测器用于检测补偿器140输出的误差电压VERR。电压检测器中包含用于比较误差电压VERR进而临界电压VTH的比较器150，电压检测器在误差电压VERR低于临界电压VTH时，可以生成用于转换定时器发生器120/或者频率分频器中生成频率的频率控制信号FC。在此情况下，DC-DC转换器将由第一模式转换为第二模式。
[0062] 第一模式可以是输入至SR锁存器160S端子的定时器讯号第一频率的第一定时器讯号SET模式；第二模式可以是输入至SR锁存器160S端子的定时器讯号第三频率f的第二定时器讯号SET’模式。
[0063] 在频率分频器中，当输入频率控制信号FC并启动之后，参照设置在第二模式中的频率，将第一定时器讯号SET第一频率的1/n此处n为2以上的整数数量的、被分频的第三频率f3＝f1/n的第二定时器讯号SET’并将其输出至SR锁存器160的S端子之中。
[0064] 定时器发生器120在输入频率控制信号FC之后会将第一频率的第一定时器讯号SET输入至频率分频器之中。
[0065] 电压检测器实时或者按照周期将补偿器140输出的误差电压VERR和临界电压VTH进行比较，电压检测器在单位时间t中检测出误差电压VERR低于临界电压VTH时，将通过定时器发生器120/或者频率分频器输出频率控制信号FC。从电压检测器接收频率控制信号FC的定时器发生器120参照第二模式将第一频率的第一定时器讯号SET输入至频率分频器之中；频率分频器在进入单位时间t之后参照第二模式伸生成按照第一定时器讯号SET第一频率的1/n此处n为2以上的整数数量的、被分频的第三频率f3＝f1/n的第二定时器讯号SET’。第二模式中的交换频率fSW可以高于第一模式交换频率fSWn倍；参照DC-DC转换器的反馈动作，误差电压VERR在过渡期t2-t4时间段内慢慢增加，在单位时间t4内达到指定数值之后从补偿器
140中输出。
140中输出。
[0066] 根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本实用新型的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本实用新型的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。
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