[发明专利]一种用于DC/DC的开关频率校正电路

说明书

本发明公开了一种用于DC/DC的开关频率校正电路，其特征在于，所述开关频率校正电路由振荡器OSC、数字锁相环电路、分频器和逻辑模块组成，其中所述数字锁相环电路由鉴频鉴相器PFD、电荷泵CP、运算跨导放大器OTA、导通时间计时器On_Timer模块相连组成，旨在解决Buck型DC/DC在ACOT控制模式下EMI特性较差的问题。本发明通过引入锁相环检测实际开关频率与参考频率的误差，实时地校正开关频率，实现了恒定开关频率，显著改善了ACOT变换器的EMI性能，具有较好的应用前景。

技术领域

本发明属于电学领域，具体涉及一种用于DC/DC的开关频率校正电路。

背景技术

近年来，开关型功率变换器被广泛应用于消费类电子产品、工业、汽车电子等领域。当其应用场景是为高性能处理器供电时，整个系统呈现出工作电压越来越低，集成度越来越高，体积越来越小，瞬态转换越来越频繁的趋势。恒定开关频率的DC/DC变换器极具理论与商业价值。

开关型功率变换器通过功率开关将一部分输入能量截取并存储在电感中，然后借由电感将能量连续地释放给负载，达到功率变换的目的。其基本拓扑分为降压型(Buck)、升压型(Boost)和升降压型(Buck-Boost)。其中Buck型DC/DC用途最为广泛。

设开关周期为T，若电感电流在每个开关周期内从一个非零值开始上升，又下降到此值后周而复始，即TON+TOFF＝T，则称变换器工作在连续导通模式(ContinuousConduction Mode,CCM)；若电感电流在每个开关周期内从零开始上升，又下降到零后保持一段时间，即TON+TOFF<T，则称变换器工作在断续导通模式(Discontinuous ConductionMode,DCM)。

在DCM模式下，电感电流从零开始线性上升，TON时间后，功率开关关断，电感电流线性下降，TOFF时间后，电感电流下降至零，此时功率开关和续流二极管均关断，故SW节点为高阻，极易受到扰动，因此会在电感的作用下震荡一段时间THZ直到开关周期结束功率开关重新打开，在THZ时间段内，负载电流由输出电容单独供给。如前所述，对于Buck变换器，电感电流的平均值等于负载电流，进一步可知变换器工作模式与负载电流的关系，即当ILOAD>ΔIL/2时，变换器工作在CCM模式，当ILOAD<ΔIL/2时，变换器工作在DCM模式。

早期传统的变换器依据反馈变量的不同可以分为电压模控制和电流模控制，而电流模控制中峰值电流模控制应用最为广泛，恒定导通时间控制是近年来由纹波控制衍生而来的一种大信号控制方法，其控制环路十分简单，不需要误差放大器，因此瞬态响应速度极快，十分适合作为高速处理器的供电方案，然而虽然COT控制拥有环路简单、瞬态响应速度极快和轻载效率高等优势，原始的COT控制因其CCM模式下开关频率的不可控而很难获得商用。为了使COT控制在CCM模式下的开关频率相对恒定，学者们对COT控制中的TON进行了改进，从而得到了ACOT控制模式，即自适应恒定导通时间控制。

Buck型DC/DC的电压模控制及峰值电流模控制具有稳定性好，输出精度高，EMI特性好等优点，然而电压模控制响应速度较慢，轻载效率较低；峰值电流模控制轻载效率较低，环路较为复杂。COT及ACOT控制模式具有响应速度极快，轻载效率较高，环路较为简单等优点，然而稳定性较差，EMI特性较差。

传统的COT控制本质上是一种PFM调制，COT变换器的开关频率会随输入电压和输出电压变化，产生大量的电磁干扰，现代ACOT控制的导通时间TON正比于Vout反比于Vin，使得开关频率在理论上恒定，大大减小了COT控制的电磁干扰问题。但实际应用中，ACOT变换器的开关频率也难以在工况变化时保持恒定，主要是由于功率开关的导通电阻RON和电感的直流寄生电阻RDC会产生静态误差，以及控制环路中的各类延时会产生动态误差。

在应用于对瞬态响应速度要求较为苛刻的芯片中，ACOT控制模式是为首选，然而其EMI特性较差等问题也亟待解决。

发明内容