CN107947565A - 一种基于psm模式的cuk转换器的控制电路 - Google Patents

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张白雪
陈建军
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Abstract

一种基于PSM模式的CUK转换器的控制电路，包括反馈电压调节电路、比较器、占空比调节电路、与门以及驱动电路，其特征在于：反馈电压调节电路通过对输出电压VO分压产生反馈电压VFB，反馈电压VFB接入比较器的同相端，比较器负向端接基准电压VREF。时钟信号CLK输入到占空比调节电路产生占空比信号CLK_DUTY。比较器输出结果与占空比信号CLK_DUTY输入到与门，与门输出有效占空比信号到驱动电路，控制功率管MN的通断。本发明的CUK转换器控制电路结构简单、实用、输出负压多级可调。

Description

一种基于PSM模式的CUK转换器的控制电路
技术领域
本发明涉及一种微电子技术，尤其是一种DC-DC开关变换器，具体地说是一种基于PSM模式的CUK转换器的控制电路。
背景技术
有机发光二极管（Organic Light Emitting Diode , OLED）作为新一代的显示技术，具有低功耗、高色域、宽视角、可弯曲、响应快、更轻薄的特点。OLED显示器件需要有正电压和负电压供电，因而负压电源的设计成为这一领域的趋势。
CUK变换器可看作Boost变换器和Buck变换器串联而成，合并了开关管。其输出电压的极性与输入电压的极性相反，而且具有低输出电压电流纹波和高效率的特点，所以CUK变换器逐渐成为研究的热点。目前，CUK变换器的调制方式通常有四种：脉冲宽度调制（PWM）、脉冲频率调制（PFM）、脉冲宽度频率调制（PWM、PFM）和跨周期调制（PSM）。无论采用哪种方式，应用到控制芯片中的结构通常都比较复杂。本文涉及的基于PSM模式的CUK变换器的控制电路结构与传统结构相比简单、实用，减小了由于采用复杂电路而带来的风险性。
发明内容
本发明的目的是针对现有的CUK变换器存在电路结构复杂，出错风险率高的问题，设计一种利用反馈电压与参考电压的比较结果使若干个控制周期被跳过，以控制输入到CUK功率级电路的驱动电路的信号的有效占空比，使CUK的输出负压稳定的基于PSM模式的CUK转换器的控制电路。
本发明的技术方案是：
一种基于PSM模式CUK转换器的控制电路，它包括反馈电压调节电路、比较器、占空比调节电路、与门以及驱动电路。其特征在于：反馈电压调节电路通过对输出电压VO分压产生反馈电压VFB，反馈电压VFB接入比较器的同相端，比较器负向端接基准电压VREF。时钟信号CLK输入到占空比调节电路产生占空比信号CLK_DUTY。比较器输出结果与占空比信号CLK_DUTY输入到与门，与门输出有效占空比信号到驱动电路，控制功率管MN的通断。
所述的反馈电压调节电路采用如图2所示的寄存器控制的电阻分压网络，分为粗调网络和细调网络。粗调网络由串联的电阻R1~R9和选通开关组成，可选取电阻R2~R8中的任意一个电阻的两端电压用于粗调。细调网络由电阻R10~R17和选通开关组成，用于精细调节输出的电压值。通过逻辑控制分压比例，可使输出负压可以多级可调。
所述的占空比调节电路采用3位寄存器控制，通过逻辑控制，可以输出1/8、1/4、3/8、1/2、5/8、3/4、7/8共7种占空比信号。使用中可根据需要选择适合的占空比信号，以减小纹波。而且，占空比调节电路具备软启动功能。电路启动后，占空比调节电路输出信号的占空比依次为1/8、1/4、3/8的占空比信号，之后再输出所设置的占空比信号，防止启动时功率级电路中电流过大。
本发明的优点及显著效果：
本发明的CUK转换器控制电路结构简单实用，减小了由于采用复杂电路而带来的风险性。而且减小了芯片面积占用，有利于芯片集成。
本发明的CUK转换器控制电路结构简单、实用、输出负压多级可调。
附图说明
图1是本发明的CUK转换器的控制电路图。
图2是反馈电压调节电路原理图。
图3是电压调整幅度较大时控制电路各点的波形图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一上的说明。
如图1-3所示。
一种基于PSM模式CUK转换器的控制电路，如图1下部所示，与控制电路相匹配的CUK功率级电路如图1上部所示，其组成和结构均为现有技术。本发明的控制电路包括反馈电压调节电路、比较器、占空比调节电路、与门以及驱动电路。反馈电压调节电路通过对输出电压VO分压产生反馈电压VFB，反馈电压VFB接入比较器的同相端，比较器负向端接基准电压VREF。时钟信号CLK输入到占空比调节电路产生占空比信号CLK_DUTY。比较器输出结果与占空比信号CLK_DUTY输入到与门，与门输出有效占空比信号到驱动电路，控制功率管MN的通断。
图1所示的CUK转换器的控制电路的工作过程如下：
当CUK转换器工作在连续电流模式时，其输出电压Vout与输入电压Vin的关系如下：
其中，D为占空比。由于输入电压Vin是固定的，根据这一关系式，可知CUK转换器输出电压受占空比控制。本发明的占空比调节电路可输出1/8、1/4、3/8、1/2、5/8、3/4、7/8共7种占空比信号，使用中可根据需要选择适合的占空比信号。为了使控制电路进入跨周期调制模式，所设定的输出电压应高于占空比信号对应的输出电压。
占空比调节电路具备软启动功能。电路启动后，占空比调节电路输出信号的占空比依次为1/8、1/4、3/8的占空比信号，之后再输出所设置的占空比信号，防止启动时功率级电路中电流过大。
电路开始启动时，输出电压VO为零电位，反馈电压VFB大于参考电压VREF，比较器输出高电平，占空比信号直接输入到驱动电路，CUK功率级电路开始产生负电压，并向占空比信号所对应的负压值靠近；当输出电压VO下降得足够低，使得VFB小于VREF时，比较器输出低电平，在与门的作用下，若干个控制周期被跳过，功率管MN处于关断状态，CUK拓扑输出的负压逐渐上升，当负压上升到使VFB大于VREF时，占空比信号再次输入到驱动电路。如此，输入到CUK功率级电路的驱动电路的信号的有效占空比得到调制。在控制环路的作用下，VFB最终维持在VREF左右，输出电压VO也因此稳定在所需的负压值附近。
图2的反馈电压调节电路是寄存器控制的电阻分压网络，分为粗调网络和细调网络。粗调网络由串联的电阻R1~R9和选通开关组成，可选取电阻R2~R8中的任意一个电阻的两端电压用于粗调。细调网络由电阻R10~R17和选通开关组成，用于精细调节输出的电压值。通过逻辑控制分压比例，可使输出负压可以多级可调。
图3分别是控制电路各点的波形图。当输出电压低于所设定的输出值，比较器会短暂地输出低电平，抑制占空比信号的输入，一部分控制周期跳过，功率管MN处于关断状态，直到输出电压达到所设定的电压范围，占空比信号再次输出到驱动电路，从而调节有效占空比下降，电压稳定在设定的负压值附近。当电压调整幅度较大时，较多的控制周期被跳过，输出电压的纹波会比较大，所以本发明的占空比调节电路可从大到小输出7种占空比信号，以便选择合适的占空比来减小输出电压纹波。
本发明的特点和内容已揭示如上，然而本领域的技术人员可能基于本发明的说明做出若干替换和修改。因此，本发明的保护范围应不局限于上述实施方案，而应包含基于本发明的变形和修改，并为权利要求书所涵盖。
本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (3)

1.一种基于PSM模式的CUK转换器的控制电路，包括反馈电压调节电路、比较器、占空比调节电路、与门以及驱动电路，其特征在于：反馈电压调节电路通过对输出电压VO分压产生反馈电压VFB，反馈电压VFB接入比较器的同相端，比较器负向端接基准电压VREF；时钟信号CLK输入到占空比调节电路产生占空比信号CLK_DUTY；比较器输出结果与占空比信号CLK_DUTY输入到与门，与门输出有效占空比信号到驱动电路，控制功率管MN的通断。
2.根据权利要求1所述的基于PSM模式的CUK转换器的控制电路，其特征在于：所述的反馈电压调节电路采用寄存器控制的电阻分压网络，分为粗调网络和细调网络；粗调网络由串联的电阻R1~R9和选通开关组成，可选取电阻R2~R8中的任意一个电阻的两端电压用于粗调；细调网络由电阻R10~R17和选通开关组成，用于精细调节输出的电压值；通过逻辑控制分压比例，可使输出负压多级可调。
3.根据权利要求1所述的基于PSM模式的CUK转换器的控制电路，其特征在于：所述的占空比调节电路采用3位寄存器控制，通过逻辑控制，输出1/8、1/4、3/8、1/2、5/8、3/4、7/8共7种占空比信号；以便在使用中根据需要选择适合的占空比信号，减小纹波；而且，占空比调节电路具备软启动功能；电路启动后，占空比调节电路输出信号的占空比依次为1/8、1/4、3/8的占空比信号，之后再输出所设置的占空比信号，防止启动时功率级电路中电流过大。
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