[发明专利]一种Cuk型开关电源的控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及DC-DC开关电源，特别涉及在集成电路内部的一种Cuk(丘克)型开关电源的控制系统，属于微电子技术领域。

背景技术

有机发光二极管(Organic Light Emitting Diode OLED)具有柔软、透明、画质清晰、节能环保等特点，被视为是最具潜力的下一代新型平面显示技术。OLED显示面板需要一个正电源电压和负电源电压供电，从而负压芯片的设计成为这一领域的主流趋势。Cuk电路输入输出电压方向，具有低的输出电压电流纹波和高效率的优点，同时，Cuk电路还具备非常好的抗噪声能力和抗干扰能力，所以Cuk型电路逐渐成为研究的热点。然而，传统的Cuk型电路结构的功率级存在两个电感和电容，小信号模型较为复杂。现有的控制电路(图1)是采用单周期(One-cycle)控制方式，虽然电路能够无条件稳定，但该控制方式存在较为明显的缺陷：单周期控制是一种非线性大信号的脉冲宽度(Pulse Width Modulation PWM)调制方法，它并不是一种严格意义上的闭环控制系统，控制信号对输出电压的校正能力有限，当负载变化时，输出电压将产生较大的变化，电路的负载调整率极差(在图1中负载电流跳变时，输出电压产生较大变化)。

发明内容

本发明在现有单周期控制Cuk电路的基础上，提供一种Cuk型开关变换器单周期结合III型补偿控制系统。在原有单周期控制电路的基础上，加入III型补偿网络和反馈电路，使得环路构成一个闭环控制系统，通过补偿功率级的零极点，从而使得Cuk型开关变换器保持稳定。

本发明的技术方案是：一种Cuk型开关电源的控制系统，包括Cuk型开关电源和单周期控制电路两部分，其特征在于，在单周期控制电路的基础上，增设III补偿网络和反馈电路，构成闭环控制系统，用III补偿网络的输出与单周期控制电路中积分电路的输出进行比较，比较结果产生的占空比控制Cuk型开关电源中功率管的通断；

Cuk型开关电源包括第一、第二两级功率级电路，其中：

第一功率级电路包括电感L1、电容C1和功率管Sn，电感L1的一端与电源电压VDD正端连接，电源电压VDD负端接地，电感L1的另一端连接电容C1的一端和功率管Sn的漏极，功率管Sn的源极接地，功率管Sn的栅极连接驱动电路的输出端；

第二功率级电路包括电感L2、电容C2、续流二极管D1和负载电阻Ro，电感L2的一端与续流二极管D1的正端以及第一功率级电路中电容C1的另一端连接，续流二极管D1的负端接地，电感L2的另一端连接电容C2的一端和负载电阻Ro的一端并作为输出电压Vo，电容C2的另一端和负载电阻Ro的另一端均接地；

单周期控制电路包括积分电路、比较器、RS触发器和驱动电路，其中：

积分电路包括运算放大器E1，电阻Rz，电容C和复位开关K，运算放大器E1的反相端通过电阻Rz连接第二功率级电路中续流二极管D1的正端，运算放大器E1的同相端接地，电容C和复位开关K并联后跨接在运算放大器E1的反相端与输出端VE1之间；

比较器的同相端连接积分电路中运算放大器E1的输出端VE1；

RS触发器的复位端R连接比较器的输出端，RS触发器的置位端S连接时钟信号，RS触发器的输出端Q连接驱动电路的输入端，RS触发器的输出非端连接积分电路中复位开关K的控制端；

反馈电路包括两个完全相同的串联电阻R，两个电阻R的非串联端分别连接输出电压Vo和电源电压VDD的正端，两个电阻R的串联端分压输出反馈信号VFB；

III补偿网络包括误差放大器EA、电阻R1、R2、R3和电容C11、C22、C33，误差放大器EA的同相端连接反馈电路输出的反馈信号VFB，误差放大器EA的反相端通过电阻R1连接基准电压VREF，电阻R3与电容C33串联后跨接在电阻R1的两端，电容C33的非串联端连接误差放大器EA的反相端，电阻R3的非串联端连接基准电压VREF，电阻R2与电容C22串联，电容C33的非串联端连接电容C11的一端和误差放大器EA的输出端VEA，电阻R2的非串联端连接电容C11的另一端和误差放大器EA的反相端，误差放大器EA的输出端VEA作为连接III补偿网络的输出连接比较器的反相端。

本发明的优点及显著效果：