第３７卷第５期微电子学Ｖ０１．３７．Ｎｎ５２００７年１０月Ｍ｛ｃ，·ｏｅｌＰｃｆ，Ｄｎｆ删Ｏｃｔ．２００７一种用于ＤＣ／ＤＣ控制器的三角波发生电路廖良，王敬，许云，胡永贵，罗秀芳（中国电子科技集团公司第二十四研究所，重庆４０００６０）摘要：介绍了一种用于两路两相ＤＣ／ＤＣ控制器的三角波发生电路；描述了电路工作原理、线路设计、版图设计。电路包括弛张振荡器和相位转换电路。采用０．５“ｍＢｉＣＭｏＳ工艺模型库验证。仿真结果表明，该电路可以输出频率和幅度可调的两路１８０。反相三角波，并已应用在两路两相同步工作的单片ＤＣ／ＤＣ控制器中。关键词：三角波发生器；相位转换；弛张振荡器；ＤＣ／ＤＣ控制器中图分类号：ＴＮ４３３文献标识码：文章编号：１００４＿３３６５（２００７）０５＿０６９６－０４ＡＴｒｉ蛐ｇｌｅＷａｖｅＧｅｎｅｒａｔｏｒｆｏｒＤＣ／ＤＣＣｏｎｔｍｌｌｅｒＬＩＡＯＬｉａｎｇ，ＷＡＮＧＪｉｎｇ，ＸＵＹｕｎ，ＨＵＹｏｎｇ－９１ｌｉ，ＬＵＯＸｉｕ＿ｆａｎｇ（ｓｆ曲蛳”ｈｔ厶“船盯ｓＤ￡谢ｓ缸捃ｏｒ州如，ｃＩｌ妇ｍ倒耐ｒ矾如ｊｍ＾，１０姗，Ｇ，伽声。憎．，凸。增ｑ抽ｇ４０００６０，只Ｒ．ｏ由ｍ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ廿ｉａｒｌｇｌｅｗａｖｅｇ朗ｅｒａｔｏｒ｛ｏｒｄｕａ卜ｏｕｔ，ｔｗ０＿ｐｈｓｅｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＤｃ／【）ＣｃＤｎｔｒｏｌｌｅｒｗ拈ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅ ｔ１１ｅｏｒｙｏｆｏｐｅｒａｔｉｏｎａｎｄｃｉｒｃｕｉｔａＩｌｄｌａｙｏｕｔｄｅｓｉｇｎｗｅｒｅｄｅｓｃ＾ｂｅｄＩＴｈｅｃｉｒｃｌｌｉｔｃｏｎ协ｉ璐ｒｅｌ瑚ｔｉｏｎｏｓｃｉＩｌａｔｏｒａＩｌｄｐｈａｓｅｓＩｌｉ“ｃｉｒｃｕｉ匕Ｓｐｅｃｔｒｅｓｉｍｌｌｌａｄｏｎｂａｓｅｄｏｒｌ０．５舯ＢｉＣＭＯＳｍｏｄｅｈｈａｗｓｔｈｔｔｈｅｃｉｒｃ血锄ｇ饥町ａｔｅｄｕａｌｏ唧ｕｔｓ１８０。ｏｕ｝＿ｏ卜ｐ｝１ａｓｅｄａｎ９１ｅｗａｖｅｓｆｏｒＤｃ／ＤＣｃｏｎｔｒｏｌｌ瓯Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｔ血ｎｇｌｅｗａｖｅｇｅｎｅｒａｔｏ。；Ｐｈａ５ｅｓｈｉｆｔ；Ｒｅｌａ豫ｄｏｒＩ∞ｃｉｌｌａｔｏｒ｝Ｄｃ／ＤＣｃｏｎｔｒ０１ｌｅｆＥＥＡＯＣ：１２１０；２５７０ＫＤＣ／ＤＣ控制器的核心单元电路包括误差放大器、基准源、逻辑控制单元、比较器以及三角波发生电路等。本文设计了一种用于两相两路单片ＤＣ／ＤＣ控随着半导体技术的不断进步，性能和集成度越制器的三角波发生电路。来越高的单片Ｄｃ／Ｄｃ转换器和控制器芯片不断出现，并应用在需要低压大电流的各种电子设备中。２两相同步工作ＤＣ／ＤＣ控制器的相对于传统的供电电源，它们具有更高的效率，对减优点小能源损耗具有十分重要的意义。在为ＣＰＵ、ＤＰＳ、Ｉ／Ｏ电源以及其他便携式设备开关电源普遍存在一个缺点：与传统的线性稳压供电的低压负载点Ｄｃ／Ｄｃ开关电源中，采用单片电源相比，开关电源的噪声相对于线性电源一般比Ｄｃ／ＤＣ控制器配合外接ＭＯＳＦＥＴ的方案，相对于较差。开关电源工作时，其内部开关电流可能产生将控制器和功率ＭＯＳＦＥＴ集成于同一块芯片的单电磁干扰（ＥＭＩ）。ＥＭＩ的峰值能量主要集中在开片ＤＣ／Ｄｃ转换器，能够为负载提供更大的电流；同关频率上，并可能会对其他器件造成影响。时还具有效率高，响应时间快等特点。因此，这种方采用多相同步工作的开关稳压器，将每个开关案特别适合为ＣＰＵ和ＡｓＩＣ提供低压大电流的逻的接通时间错开。这样，在以前是死区的地方就有辑电源。同时，采用两路双相工作的ＤＣ／Ｄｃ电路，了输入电流，使开关管的电流脉冲有效地交错，极大可降低开关电源产生的ＥＭＩ及输入输出电容。地减小了它们叠加在一起的时间，大幅度地降低了收稿日期：２００７一０６—１９：定稿日期：２００７—０８－０７万方数据第５期廖良等；一种用于ＤＣ／ＤＣ控制器的三角波发生电路从输入电容器流出的总ＲＭＳ电流，对输入电容的滤波能力降低，从而减小了对输入电容器的要求和输入电源的ＥＭＩ和损耗。考虑采用相位相差１８０。的两相双路开关稳压器，与相同频率的单路开关稳压器相比，当为相同的负载供电时，在高端ＭＯＳ—ＦＥＴ导通时，两相稳压器需要从输入电容吸人的电流幅度仅为单稳压器的一半。因此，采用多相工作的开关稳压器，可以大大降低ＥＭＩ，降低输入滤波电容的要求，同时，还具有较短的开关延迟时间，减小所需的输出电容。由于多相同步的优点，目前最新的单片ＤＣ／ＤＣ转换器和控制器一般都有外部同步端。几个相同的ＤＣ／ＤＣ转换器并联应用时，可以选择外部频率振荡器芯片，对这几个芯片进行多相同步工作。对于单片两路两相工作的ＤＣ／ＤＣ控制器，要实现两相同步工作，需要内部的频率源产生两个频率和幅度相同，并具有１８０。相差的三角渡，分别控制两路ＤＣ／ＤＣ工作。基于上述考虑，本文设计的用于两相同步工作ＤＣ／ＤＣ控制器的三角波发生电路，其内部包括振荡器电路及相位转换电路，电路能产生频率和幅度可调的两路１８０。相差的三角波。 ３振荡器电路及相位转换电路的设计３．１振荡器电路的设计在ＩＸ：／ＤＣ开关稳压器中，反馈电压一般是通过误差放大器，然后与振荡器产生的三角波在ＰＷＭ比较器电路中进行比较，产生脉冲宽度随反馈电压变化的脉冲，控制功率开关管的导通，以实现调节输出的目的。在单片ＩＣ中，采用最多的振荡器是弛张振荡器，它是靠对内部设定的两个阈值电平间的定时电容器交替充放电的方式工作阻“，产生频率反比于定时电容量的周期性输出波形。图１是应用于两相ＤＣ／ＤＣ控制器中的振荡器电路，它是采用恒流源对定时电容器充放电的恒流源充电振荡器。在电路中，充电电流Ｉ是由基准电流源产生的，它通过Ｐ６～Ｐ１０、Ｑ６～Ｑ８组成的电流镜，对电容Ｇ进行充放电。其中，流过Ｐ６、Ｐ９的电流Ｉ是对Ｃｏ进行充电的电流，Ｐ７、Ｐ１０、Ｑ７、Ｑ８是产生对ｃｏ放电的电流。由于Ｑ７、Ｑ８的面积比为２：１，所以，Ｑ７上流过的电流大小为２ｆ。来自迟滞比较器的信号控制Ｎ７突变的通断，Ｎ７导通时，Ｑ７截止。这时，通过从Ｐ６和Ｐ９流过的恒定电流ｆ对Ｃｏ进行充电，直至ｃｏ两端的电压到达迟滞比较器的上万方数据阈值电压ｎ。迟滞比较器将使Ｎ７关断，使电流源Ｑ７、Ｑ８开始工作，流过Ｇ的电流为流过Ｑ７和Ｐ９的电流之差，所以这时ｃｏ上将以ｚ卜一Ｉ＝Ｊ的净电流进行放电，直至Ｇ上的电压到达迟滞比较器的下阈值电压％，这时Ｎ７重新被导通。通过这样反复的操作，就形成了一个振荡电路。在这个电路中，振荡周期为：，。瓦彘‘卜刍）２丽≠瓦瓜（１）为了与三角波的上升和下降时间保持一致，在设计时，需要保证充放电电流的匹配。上升时间：Ｔｌ：—（ｖ—ａ－１ｖ．ｅ一）Ｇ（２）下降时间：Ｔ２；ｇ气ｉ兰孚鱼＝堡么二手遍（３）图１恒流源振荡器充放电电路Ｆｉｇ．１Ｃｈａｒｇｅ／ｄｉｓｃｈａｒｇｅｃｉｒｃｕｉｔｉｎｃｏｎｓｔａｎｔｃｕｒｒｅｌｌｔｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ图２迟滞比较器电路原理图Ｆｉｇ．２Ｓｃｈｆｍｍｔｉｃｓｏｆｔｈｅｈｙｓｔｅｒｅｔｉｃｃｏｍｐａｒａｔｏｒｃｉｒｃｕｉｔ廖良等：一种用于ＤＣ／ＤＣ控制器的三角波发生电路２００７年图２是振荡器电路中采用的迟滞比较器电路，它是由一个被逻辑开关控制的分压电阻网络，产生所需要的高低基准阈值电压。比较器的输出控制两个ＭＯＳ开关，实现对比较阈值电压的切换。这种比较器代替了传统弛张振荡器需要的双比较器，实现电路相对简单。电容的充放电电流通过基准恒流源产生。由于比较器和开关随温度变化的延时会造成振荡频率随温度的变化，可以考虑在设计时将基准电流设计为可补偿延时温度变化的影响。３．２相位转换电路的设计将两相双路ＤＣ／ＤＣ控制器集成在一块芯片上，需要将振荡器产生的三角波信号通过一个相位转换电路产生两个相差为１８０。的三角波信号。这样，就不需要为第二路ＤＥ／ＤＥ控制器再设计一个振荡器，节约了一个外接电容。三角波相位转换电路的基本原理是，将对输入的三角波信号通过差分对进行线性放大，在差分对的两个输出端产生两路反相的三角渡信号。具体实现电路可采用图３所示的具有发射极负反馈的差分电路来实现：Ｑ１、Ｑ２组成了一个差分对电路，从振 荡器产生的三角波信号Ⅵ；，通过差分对，在Ｖ。ｔ和儿ｚ处输出同相和反相的三角波信号。三角波的输出幅度为：Ｖ。ｌ—Ｖ名一ｂ×Ｒ２（４）ｙｍ—Ｖ。一如×Ｒ３（５）Ｌ和如是由输入信号产生的三角波电流，所以，通过改变Ｒｚ和Ｒｓ，可以实现对输出两路三角波幅度的调节。‰ｋ图３相位转换电路原理图Ｆｉｇ．３Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｓｏｆｐｈａｓｅｓｈｉｆｔｃｉｒｃｕｉｔ三角波相位转换电路的设计难点在于要保证从万方数据Ｖ名输入的三角波信号工作在差分对的线性区。由于Ｑ２的基极接０Ｖ，所以，差分对的差分输入电压为Ｖｉ。一般当ＶＩ＜ＶＩ时，电路接近于线性。为了增大差分对工作在线性区的范围，加入了射极反馈电阻Ｒ·，当一个晶体管截止时，在电阻上产生的压降为１１×Ｒ－，其中，Ｊ·为与Ｊ。相等的尾电流源。这样，另一个晶体管所需的截止电压相应地增加，通过Ｒ－的负反馈，差分对线性范围就扩大到Ｉ。×Ｒ。。图４为差分对电路的小信号响应特性。通过合理设计，能保证输入的三角波始终工作在差分对的线性区，由高阶项引起的三角波畸变最小口］。图４工作在线性区的差分对电路小信号响应Ｆｉｇ．４Ｌｉｎｅａｒｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ－ｐａｉｒｕｎｄｅｒｓｍａｌｌ－ｓｉｇｎａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎ４仿真结果图５为利用三角渡振荡电路和相位转换电路，采用Ｊａｚｚ０．５ｔｔｍＢｉＣＭＯＳ一２１２艺和Ｓｐｅｃｔｒｅ软件仿Ｆｉｇ．５一图５三角渡电路仿真输出波形Ｓｉｍｕｌａｔｅｄｗａｖｅｆｏｒｍｓｏｆｔｒｉａｎｇｌｅｗａｖｅｇｅｎｅｒａｔｏｒ 万方数据一种用于DC/DC控制器的三角波发生电路
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
廖良， 王敬， 许云， 胡永贵， 罗秀芳， LIAO Liang， WANG Jing， XU Yun， HUYong-gui， LUO Xiu-fang
中国电子科技集团公司,第二十四研究所,重庆,400060微电子学
MICROELECTRONICS2007，37(5)0次
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