一種直流穩(wěn)壓電源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電學(xué)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種直流穩(wěn)壓電源。
【背景技術(shù)】
[0002] 直流穩(wěn)壓電源也叫DC-DC轉(zhuǎn)換器、開(kāi)關(guān)電源或開(kāi)關(guān)調(diào)整器。直流穩(wěn)壓電源作為電 源系統(tǒng)的一個(gè)分支，廣泛應(yīng)用于通信、計(jì)算機(jī)、家用電器等領(lǐng)域中。穩(wěn)壓電源分為線性穩(wěn)壓 源和開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓源兩大類(lèi)。線性穩(wěn)壓源的主要特點(diǎn)是調(diào)整管工作在線性放大狀態(tài)，具有穩(wěn)定 度高、可靠性好、成本較低等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)換效率低，功耗大、體積大，限制了線性穩(wěn)壓電 源的應(yīng)用。開(kāi)關(guān)電源被稱(chēng)為高效節(jié)能電源，近年來(lái)，隨著電子器件、電磁材料、電壓變換技術(shù) 的快速發(fā)展，開(kāi)關(guān)電源技術(shù)得到了相當(dāng)大的突破，已經(jīng)可W逐漸替代線性穩(wěn)壓電源，成為穩(wěn) 壓電源的主流產(chǎn)品。開(kāi)關(guān)電源轉(zhuǎn)換效率較低，內(nèi)部關(guān)鍵元器件工作在高頻開(kāi)關(guān)狀態(tài)，系統(tǒng)的 穩(wěn)定性差，抗電源電壓波動(dòng)能力低，且不具備欠電流與過(guò)電流檢測(cè)及控制能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種直流穩(wěn)壓電源。
[0004] 本發(fā)明通過(guò)W下技術(shù)方案得W實(shí)現(xiàn)。
[0005] 本發(fā)明提供的一種直流穩(wěn)壓電源，包括電源Vin、電感L、續(xù)流二極管D、濾波電容 C、負(fù)載電阻R0~R4、脈沖寬度調(diào)制式控制器和開(kāi)關(guān)管M;所述電源Vin的正負(fù)極之間依次 串聯(lián)有電感L、續(xù)流二極管D、負(fù)載電阻R1~R4和負(fù)載電阻R0,所述電源Vin的負(fù)極還接 地；所述脈沖寬度調(diào)制式控制器的Q端與開(kāi)關(guān)管M的柵極連接，detectel檢測(cè)端與負(fù)載電 阻R3的后端連接，detecte2檢測(cè)端與開(kāi)關(guān)管M的源級(jí)連接后與負(fù)載電阻R4的后端連接；開(kāi) 關(guān)管M的漏極與電感L的后端連接；所述濾波電容C與負(fù)載電阻R1~R4并聯(lián)；所述負(fù)載電 阻R1和負(fù)載電阻R2之間、負(fù)載電阻R2和負(fù)載電阻R3之間分別設(shè)置有電壓輸出端Voutl、 Vout2〇
[0006] 所述脈沖寬度調(diào)制式控制器包括誤差運(yùn)算放大器A、主比較器Cl、欠流比較器C2、 過(guò)流比較器C3、逆變器invl、銀齒波發(fā)生器U1、同或口XN0R1~XN0R2、與口AND1~AND3、 或口 0R1~0R2、RS觸發(fā)器U2、驅(qū)動(dòng)電路化ive和軟啟動(dòng)電路soft-start,誤差運(yùn)算放大 器A、主比較器C1、欠流比較器C2、過(guò)流比較器C3和銀齒波發(fā)生器U1的使能端en均與使 能信號(hào)端en油le連接；誤差運(yùn)算放大器A的正輸入端與標(biāo)準(zhǔn)電壓Vufi端連接，負(fù)輸入端與 detectel檢測(cè)端連接，輸出端與主比較器C1的負(fù)輸入端連接；主比較器C1的正輸入端與 銀齒波發(fā)生器U1的信號(hào)輸出端連接，輸出端通過(guò)逆變器invl與與口的一個(gè)輸入端連接；主 比較器C1的輸出端還與與口AND2的一個(gè)輸入端連接；銀齒波發(fā)生器U1的1腳和2腳分別 與Vhi端和V端連接。
[0007] 欠流比較器C2的正輸入端、過(guò)流比較器C3的負(fù)輸入端均與detecte2檢測(cè)端連 接，欠流比較器C2的負(fù)輸入端與標(biāo)準(zhǔn)電壓Vuf2端連接，過(guò)流比較器C3的正輸入端懸空；欠 流比較器C2的輸出端分別與同或口XN0R1的B端、同或口XN0R2的B端和或口 0R2的一個(gè) 輸入端連接，過(guò)流比較器C3的輸出端分別與同或口XNORl的A端、同或口XN0R2的A端和 或口0R1的一個(gè)輸入端連接。
[000引同或口XN0R1的輸出端與與口AND1的另一輸入端連接，同或口XN0R2的輸出端與 與口AND2的另一輸入端連接；與口AND1的輸出端與或口0R1的另一個(gè)輸入端連接，與口 AND2的輸出端與或口0R2的另一個(gè)輸入端連接，或口0R1和或口0R2的輸出端分別與RS 觸發(fā)器U2的S端和R端連接，RS觸發(fā)器U2的輸出端與與口AND3的一個(gè)輸入端連接；與口 AND3的另一輸入端通過(guò)軟啟動(dòng)電路soft-start與使能信號(hào)en油le端連接，輸出端通過(guò)驅(qū) 動(dòng)電路化ive與脈沖寬度調(diào)制式控制器的輸出端Q連接。
[0009] 所述主比較器A包括開(kāi)關(guān)管Ml~M13和逆變器inv2,開(kāi)關(guān)管M5、M6、M8和M10的 源級(jí)均與電源Vdd端連接，開(kāi)關(guān)管M5和M6的柵極均與偏置電流Bias端連接；開(kāi)關(guān)管M5的 漏極分別與開(kāi)關(guān)管Ml和M2的源級(jí)連接；開(kāi)光Ml和M2的柵極分別與電源Vin+和Vin-連 接，開(kāi)關(guān)管Ml的漏極分別與開(kāi)關(guān)管M12的漏極、開(kāi)關(guān)管M3的漏極和柵極連接，開(kāi)關(guān)管M3的 柵極還與開(kāi)關(guān)管M4的柵極連接。
[0010] 開(kāi)關(guān)管M4的漏極分別與開(kāi)關(guān)管M2的漏極、開(kāi)關(guān)管M7的柵極連接；開(kāi)關(guān)管M7的漏 極、開(kāi)關(guān)管M6的漏極、開(kāi)關(guān)管M8的柵極和開(kāi)關(guān)管M9的柵極相連；開(kāi)關(guān)管M9的漏極、開(kāi)關(guān) 管M8的漏極、開(kāi)關(guān)管M10的柵極和開(kāi)關(guān)管Mil的柵極相連；開(kāi)關(guān)管M10的漏極分別與開(kāi)關(guān) 管Mil和M13的漏極連接后與電壓輸出端Vout3連接；使能信號(hào)en油le與逆變器inv2的 信號(hào)輸入端連接，逆變器inv2的信號(hào)輸出端分別與開(kāi)關(guān)管M12和M13的柵極連接；開(kāi)關(guān)管 M12、M3、M4、M7、M9、M11 和M13 的源級(jí)均接地。
[0011] 所述欠流比較器C2包括開(kāi)關(guān)管M14~M17和運(yùn)算放大器B，開(kāi)關(guān)管M16和M17的 源級(jí)均與電源Vdd端連接，柵極均與偏置電流Bias端連接，開(kāi)關(guān)管M16的漏極分別與開(kāi)關(guān) 管M14的源級(jí)和運(yùn)算放大器B的正輸入端連接，開(kāi)關(guān)管M17的漏極分別與開(kāi)關(guān)管M15的源級(jí) 和運(yùn)算放大器B的負(fù)輸入端連接；運(yùn)算放大器B的輸出端與欠流比較器C2的輸出端Vout4 連接；開(kāi)關(guān)管M14的柵極與電源Vin+端連接，漏極與開(kāi)關(guān)管M15的漏極連接，開(kāi)關(guān)管M15的 柵極接地。
[0012] 本發(fā)明的有益效果在于；提供了一種高轉(zhuǎn)換效率、低輸出紋波的直流穩(wěn)壓電源，該 轉(zhuǎn)換器具有很高的轉(zhuǎn)換效率、低工作電壓、欠電流與過(guò)電流檢測(cè)和節(jié)電模式控制等特性；通 過(guò)帶隙基準(zhǔn)電壓源對(duì)轉(zhuǎn)換器內(nèi)部工作點(diǎn)提供偏置，大大地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高了抗 電源電壓波動(dòng)，溫度的變化化及噪聲引起的干擾的抑制；并采用0. 25ym的CMOS工藝，其轉(zhuǎn) 換效率可達(dá)到90%W上，在輸入電壓為2. 5V的條件下，輸出電壓為標(biāo)準(zhǔn)的3. 3V和5V。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1是本發(fā)明的電路圖；
[0014] 圖2是圖1中脈沖寬度調(diào)制式控制器的電路圖；
[0015] 圖3是圖2中主比較器的電路圖；
[0016] 圖4是圖2中欠流比較器的電路圖；
[0017] 圖5是圖3中主比較器的靈敏度分析仿真圖；
[001引圖6是圖4中欠電流比較器的靈敏度分析仿真圖；
[0019]圖7是圖1的仿真結(jié)果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面進(jìn)一步描述本發(fā)明的技術(shù)方案，但要求保護(hù)的范圍并不局限于所述。
[0021] 如圖1~圖7所示的一種直流穩(wěn)壓電源，包括電源Vin、電感L、續(xù)流二極管D、濾波 電容C、負(fù)載電阻R0~R4、脈沖寬度調(diào)制式控制器和開(kāi)關(guān)管M;所述電源Vin的正負(fù)極之間 依次串聯(lián)有電感L、續(xù)流二極管D、負(fù)載電阻R1~R4和負(fù)載電阻R0,所述電源Vin的負(fù)極 還接地；所述脈沖寬度調(diào)制式控制器的Q端與開(kāi)關(guān)管M的柵極連接，detectel檢測(cè)端與負(fù) 載電阻R3的后端連接，detecte2檢測(cè)端與開(kāi)關(guān)管M的源級(jí)連接后與負(fù)載電阻R4的后端連 接；開(kāi)關(guān)管M的漏極與電感L的后端連接；所述濾波電容C與負(fù)載電阻R1~R4并聯(lián)；所述 負(fù)載電阻R1和負(fù)載電阻R2之間、負(fù)載電阻R2和負(fù)載電阻R3之間分別設(shè)置有電壓輸出端 Voutl、Vout2。開(kāi)關(guān)管M的控制脈沖是由脈沖寬度調(diào)制式控制器（PWM)提供。開(kāi)關(guān)管M4受 輸入脈沖控制導(dǎo)通或截止。當(dāng)開(kāi)關(guān)管M導(dǎo)通時(shí)，電源向電感L儲(chǔ)能，電感電流增加，其感應(yīng)電 動(dòng)勢(shì)為左正右負(fù)。由于開(kāi)關(guān)管M導(dǎo)通電阻接近于零，濾波電容C上的電壓為上正下負(fù)，則續(xù) 流二極管D處于反向截止?fàn)顟B(tài)，濾波電容C上的電壓通過(guò)負(fù)載電阻放電；當(dāng)開(kāi)關(guān)管M截止， 電感電流減少，電感L上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為左負(fù)右正，此時(shí)二極管處于正向?qū)?，電源電壓?電感L電壓相加向?yàn)V波電容C充電。因此，在一個(gè)脈沖周期，經(jīng)濾波電容C濾波后的輸出電 壓平均值將高于輸入電壓。
[0022] 在電感L電流連續(xù)的條件下，設(shè)定開(kāi)關(guān)管M的控制脈沖周期為T(mén)，開(kāi)關(guān)管M導(dǎo)通時(shí) 間為0~T1 ;開(kāi)關(guān)管M截止時(shí)間為T(mén)1~T，且電感L上的電流變化在開(kāi)關(guān)管M導(dǎo)通和截止 時(shí)間相等（AI)，則電路工作按圖1中開(kāi)關(guān)管M導(dǎo)通和截止分為兩種情況：
[002引 （1)開(kāi)關(guān)管M導(dǎo)通期間，此時(shí)續(xù)流二極管D截止，電感L中的電流上化其電路的表 達(dá)式為：
[0024]
[0025] (2)開(kāi)關(guān)管M截止期間，由于電感L上的電流不能突變，則續(xù)流二極管D導(dǎo)通，其電 路的表達(dá)式為：
[002引當(dāng)設(shè)控制脈沖的占空比為k，開(kāi)關(guān)管M導(dǎo)通時(shí)間為T(mén)ik?T;MOS管截止時(shí)間為T(mén)2仙）?T。將VT2帶入（3)式得；
[0029]
(4)
[0030] 從上式可W看出，由于k小于1，則該DC-DC轉(zhuǎn)換器是升壓型轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器的輸出 電壓大于輸入電壓。
[0031] 所述脈沖寬度調(diào)制式控制器包括誤差運(yùn)算放大器A、主比較器C1、欠流比較器C2、 過(guò)流比較器C3、逆變器invl、銀齒波發(fā)生器U1、同或口XNOR1~XNOR2、與口AND1~AND3、 或口ORl~0R2、RS觸發(fā)器U2、驅(qū)動(dòng)電路化ive和軟啟動(dòng)電路soft-start,誤差運(yùn)算放大 器A、主比較器C1、欠流比較器C2、過(guò)流比較器C3和銀齒波發(fā)生器U1的使能端en均與使 能信號(hào)端en油le連接；誤差運(yùn)算放大器A的正輸入端與標(biāo)準(zhǔn)電壓Vufi端連接，負(fù)輸入端與 detectel檢測(cè)端連接，輸出端與主比較器C1的負(fù)輸入端連接；主比較器C1的正輸入端與 銀齒波發(fā)生器U1的信號(hào)輸出端連接，輸出端通過(guò)逆變器invl與與口的一個(gè)輸入端連接；主 比較器C1的輸出端還與與口AND2的一個(gè)輸入端連接；銀齒波發(fā)生器U1的1腳和2腳分 別與Viiii端和V端連接。detectel檢測(cè)端和detecte2檢測(cè)端分別是PWM-Controller脈 沖寬度調(diào)制式控制器的檢測(cè)端。Vhi端和端均是電壓信號(hào)端，分別是圖1中電壓輸出端 Voutl和Vout2輸送送過(guò)去的電壓信號(hào)。
[0032] 欠流比較器C2的正輸入端、過(guò)流比較器C3的負(fù)輸入端均與detecte2檢測(cè)端連 接，欠流比較器C2的負(fù)輸入端與標(biāo)準(zhǔn)電壓Vuf2端連接，過(guò)流比較器C3的正輸入端懸空；欠 流比較器C2的輸出端分別與同或口XN0R1的B端、同或口XN0R2的B端和或口 0R2的一個(gè) 輸入端連接，過(guò)流比較器C3的輸出端分別與同或口XN0R1的A端、同或口XN0R2的A端和 或口 0R1的一個(gè)輸入端連接。
[003引同或口XN0R1的輸出端與與口AND1的另一輸入端連接，同或口XN0R2的輸出端與 與口AND2的另一輸入端連接；與口AND1的輸出端與或口0R1的另一個(gè)輸入端連接，與口 AND2的輸出端與或口0R2的另一個(gè)輸入端連接，或口0R1和或口0R2的輸出端分別與RS 觸發(fā)器U2的S端和R端連接，RS觸發(fā)器U2的輸出端與與口AND3的一個(gè)輸入端連接；與口 AND3的另一輸入端通過(guò)軟啟動(dòng)電路soft-start與使能信號(hào)en油le端連接，輸出端通過(guò)驅(qū) 動(dòng)電路化ive與脈沖寬度調(diào)制式控制器的輸出端Q連接。
[0034] 當(dāng)使能信號(hào)en油le端的信號(hào)為"0"時(shí)，巧片處于節(jié)電狀態(tài)；當(dāng)使能信號(hào)en油le端 的信號(hào)為"1"時(shí)，巧片處于正常