[发明专利]带有数字校正功能的功率变换器

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路，特别涉及降压型开关功率变换器输出电压调节电路。

背景技术

集成功率变换器是功率集成电路的重要组成部分，在各种电子产品中得到了广泛应用。功率变换器中的降压型开关功率变换器可分为电压模式控制和电流模式控制。电压模式控制降压型开关功率变换器的控制环路简单，可较大程度上简化设计。现有技术的电压模式控制降压型开关功率变换器的典型结构如图1所示，包括控制逻辑单元、误差放大器(Error Amplifier简写为EA)、PWM(脉冲宽度调制波)比较器、驱动单元和输出单元。图1中，误差放大器EA连接输出电压Vout和参考电压Vref，根据输出电压Vout和参考电压Vref向PWM比较器comp给出误差电压V1和V2。PWM比较器comp的另一输入端连接锯齿波信号，PWM比较器comp根据误差电压V2调整输出脉冲的占空比。控制逻辑单元根据PWM比较器comp输出的脉冲，通过驱动单元驱动输出单元的一对晶体管(MP和MN)对输入电压Vin进行功率变换，产生输出电压Vout。这是一款典型的模拟控制功率变换器电路，晶体管MP和MN以及电感L、电容C和负载电阻R构成降压型开关功率变换器电路。随着集成电路工艺技术的进步，集成电路向纳米级工艺迈进。在摩尔定律的驱动下，在纳米级工艺下的SoC(系统级芯片)中集成开关功率变换器成为必然。但纳米级工艺下的模拟电路设计面临着本征增益降低、摆幅减小等诸多挑战。传统电压模式变换器中的误差放大器需要较高的增益以满足负载调整率的要求，但在纳米级工艺下满足较高增益要求，误差放大器的设计将会变得困难，而且在负载范围较宽时，很难保证负载调整率的指标。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是针对现有技术误差放大器增益降低，不能满足负载调整率要求的问题，提供一种采用数字技术调整输出电压的功率变换器。

本发明解决所述技术问题，采用的技术方案是，带有数字校正功能的功率变换器，包括控制逻辑单元、误差放大器、PWM比较器、驱动单元和输出单元，所述误差放大器根据输出单元的输出电压和参考电压给出误差电压，所述PWM比较器根据所述误差电压调整输出脉冲的占空比，所述控制逻辑单元根据PWM比较器输出的脉冲，通过驱动单元驱动输出单元对输入电压进行功率变换，产生输出电压；其特征在于，还包括数字控制单元，所述数字控制单元输入端连接输出电压，输出端连接误差电压；当所述输出电压超过设定范围时，所述数字控制单元以步进方式改变所述误差电压的大小，使所述输出电压保持在所述设定范围。

具体的，所述输出单元由一只PMOS晶体管和一只NMOS晶体管构成，所述PMOS晶体管和NMOS晶体管的栅极与驱动单元连接，其漏极连接在一起作为输出端，所述PMOS晶体管源极接输入电压，所述NMOS晶体管源极接地。

具体的，所述误差放大器采用跨导放大器。

进一步的，所述数字控制单元包括第一比较器、第二比较器、校正模块和电流镜；所述第一比较器和第二比较器输入端连接输出电压，输出端连接校正模块，所述校正模块连接电流镜；所述校正模块根据所述第一比较器和第二比较器的输出信号控制电流镜开启的数量，使流过连接在误差电压上的上拉电阻的电流变化，从而以步进方式改变所述误差电压的大小。

具体的，所述第一比较器用于检测输出电压的正偏差，所述第二比较器用于检测输出电压的负偏差；如果在设定的时间内输出电压均为正偏差则减少电流镜开启的数量，如果在设定的时间内输出电压均为负偏差则增加电流镜开启的数量。

本发明的有益效果是，在原有模拟控制电路基础上，增加了数字控制电路，结合了简洁的模拟电路和复杂的数字校正电路，使功率变换器的性能在纳米级工艺下依然能够得到保证。数字电路的工艺鲁棒性强，保证了较高的成品率和稳定性。本发明数字校正电路不仅可用到纳米级工艺中，对传统工艺下的功率变换器仍然具有广泛的使用前景。

附图说明

图1是现有技术功率变换器结构示意图；

图2是实施例的功率变换器结构示意图；

图3是校正模块状态转换示意图；

图4是功率变换器输出电压校正效果示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例，详细描述本发明的技术方案。

本发明对传统模拟环路开关变换器进行了数字自调节，对工艺的依赖性减少，使该方法的可移植性强，并且自调节原理简单。很好结合了数字电路和模拟电路的优势，非常适用于难以得到高性能模拟电路的纳米级工艺，以及对传统开关变换器进行升级改造。

实施例