[发明专利]低EMI高频Buck控制器电路

说明书

本发明涉及一种低EMI高频buck控制器电路，包括反馈电压检测电路、第一电流检测电路、第二电流检测电路、综合补偿电路、输入高压检测电路、补偿比较器电路、控制逻辑电路、输出软启动电路、低EMI振荡器电路、高侧输出驱动电路和低侧输出驱动电路。本发明为限制频率提高而引起的环路稳定性问题，提供了多个反馈控制环路，从而提高Buck控制器的反馈控制精度和环路稳定性。本发明为减小频率提高而引起的EMI干扰增大的问题，一方面提供了一种低EMI振荡器电路，采用抖频时钟对环路和输出驱动开关信号进行控制；另外提供了输出软启动电路减小输出开关控制信号HG上升沿和下降沿可能出现的尖峰干扰。本发明可应用于各类高频开关电源系统中。

技术领域

本发明涉及一种用于DC-DC开关电源系统的buck控制器电路，属于集成电路技术领域。

背景技术

电源管理芯片的种类非常多，从应用上来看应用最广的为AC-DC变换器及DC-DC变换器。Buck变换器属于DC-DC变换器一类，它的输出电压小于输入电压，具有较高的转换效率，因此成为了当下应用最广的电源控制器之一。在整机电源模块朝着小型化、轻型化、便携式发展的过程中，续航能力成为了人们最关注的技术指标之一。为了推出更有竞争力的开关变换器产品，Buck变换器需要具备更高的转换效率、更小的噪声和输出纹波和更快的瞬态响应特性，其终极目标是使用更小的面积做出更高功率和效率的电源转换器。

脉冲宽度调制(PWM)控制模式是Buck变换器的一种最成熟控制模式，它具有结构简单，输出电压稳态误差小等优势。总的来说脉冲宽度调制模式是通过保持Buck变换器的开关频率不变，调整功率开关管的导通时间来调整系统占空比，从而改变输出电压。典型基于buck控制器的开关电源系统框图如图1所示，通过控制每个周期的开关时间实现电能转换的功率电路，它包含功率开关管Q1，续流电感L1，续流管Q2和输出电容COUT。Buck控制器00连接着输入高压信号VIN、开关电源输出电流信号CSP/CSN(电阻R2的两端)、反馈电压FB、高侧输出栅压BST、浮动地SW以及地电压GND。由Buck控制器00生成的PWM信号(HG/LG)控制开关管Q1和Q2的闭合与断开，电感L1和输出电容COUT组成一个二阶滤波网络，将左侧斩波电路生成的幅值为VIN的方波信号进行滤波，从而生成直流电压VOUT。这样，通过控制开关管Q1闭合的时间，就能控制Buck变换器的占空比，我们就能控制输出电压的大小。

Buck控制器通过改变占空比来调整输入到输出的能量转换，从而来生成稳定的输出电压。如果我们希望通过占空比实时调整输出电压，则必须引入负反馈来实现闭环控制。图2为现有的典型PWM调制控制模式的电路结构图，一方面开关电源输出电压经分压后的反馈电压FB输入到误差放大器EA与基准电压共同产生参考电压；另一方面通过将该参考电压与采样的开关电源输出电流信号CSP/CSN进行比较从而确定功率开关管导通或断开的时间点，并且可以加入外置控制电路控制开关频率。这样的结构与最传统的电压PWM控制模式相比要复杂不少，但是引入了电流信号，提升了瞬态响应速度。

提高Buck控制器及开关电源系统功率密度和效率的主要途径为提高开关频率，但是开关频率的提升会带来各种次生非理想因素。在诸多非理想因素中，环路稳定性和电磁干扰(EMI)辐射是最重要的危害。

发明内容

本发明在现有技术基础上，提供了一种高频、高稳定和低EMI的buck控制器电路。本发明为提高Buck控制器的频率，首先采用抖频技术对EMI危害进行限制，另外采用了多环路补偿技术对控制环路进行稳定。