一种用于DC-DC变换器的带斜坡补偿电路的振荡器设计

摘要

目前,单片集成DC-DC转换器发展的主要趋势是高频化、高效率、高精度、低功耗、低电压等,其中高频化是提高功率密度、改善动态响应的重要技术途径。振荡器作为DC-DC转换器核心模块是实现高频化的基础之一。在电源电压、温度等变化或漂移的情况下,要求振荡器产生的频率稳定性好、可调范围宽、波形规则的信号输出。另一方面,开关电源在电流控制模式下存在一个特殊的问题,在系统的占空比大于50％时便会出现开环不稳定现象,主要是亚谐波振荡现象。为了解决这个问题,通常的方法是采用斜坡补偿技术,从而提高系统的稳定性,提高工作效率。
　　 本文先对振荡器的基本组成单元和工作原理进行了介绍,在总结两种常用片内振荡器的优缺点和分析传统弛张振荡器工作过程的基础上,结合设计要求,提出了本文所设计的振荡器结构,由恒流源充放电环路和RC充放电环路组成的双比较器振荡产生电路。论文主要从振荡器核心电路,延时电路,斜坡补偿电路三个部分进行设计与改进,使得振荡器的性能满足设计要求,在振荡器的结构中加入了斜坡补偿信号产生电路,可以消除峰值电流控制模式开关电源中占空比大于50%时出现的开环不稳定等问题,而且结构简单易于控制。
　　 基于CSMC0.5μm CMOS工艺,利用Cadence Spectre仿真软件对振荡器电路在电源电压、温度变化以及工艺漂移的条件下进行了仿真验证,结果表明:最大占空比为90%,输出方波的频率为1.2MHz,最大斜坡补偿电压斜率为10V/μs,补偿频率、占空比以及斜坡补偿斜率的温度系数小于5%,随电源电压变化范围小于5%,达到设计要求。