简论斜坡一种PWM方式电源管理芯片斜坡发生器电路

论文导读：
摘要：在基于PWM模式的电源管理芯片设计中，斜坡发生电路是必不可少的模块电路。本文中基于华越SB45双极工艺提出了一种电路设计方案，该电路能够极好地完成电源管理芯片的功能需求。
关键词：PWM模式 斜坡发生器 双极工艺
1007-9416（2013）02-0121-01
1 前言
斜坡发生器电路[1，2]在电源管理芯片的电路设计中有着非常重要的应用，它能够缓和变频器的动态性能，其作用是产生一个周期性三角波，并且由振荡器时钟控制该周期性三角波，最终产生的周期性三角波作为PWM比较器的被调制信号电压。
2 电路设计原理
在传统的三角波发生电路的设计中，三角波产源于：毕业论文致谢怎么写www.7ctime.com
生原理是利用积分电路得到，本文中进行电路设计时，为了尽量简化电路设计，所采用的基本思想则是用由晶体管T1、T2和T3构成的威尔逊电流源在晶体管T3的集电极形成稳定的电流对电容CR进行充、放电，在电容的充、放电过程中，电容电压随着输入脉冲升高和降低；当脉冲陆续从输入端输入时，放电管开放、闭合，若从电容的输出端引出电压，就形成了一定周期的斜坡电压[3]。
3 电路设计
根据电路设计原理中设计思路，如图1所示为本文中所设计的斜坡发生器电路。电路中电压V1是为了保证与稳定供电的基准电压Vref一致而外加的5.0V电压[3，4]，V2是为了保证电路正常工作外接的激励电压。10端为斜坡发生器电压信号的输出端，由振荡器产生的脉冲信号从input端接接入，通过脉冲来控制放电管的开关，11端为控制充电电流大小的外接采样控制端。
从图1中可以看到，斜坡发生器电路工作过程如下，当振荡器脉冲的低电平信号从input端的输入时，放电管T5、T6截止，当给端11接入一个稳定电压后，晶体管T7和T8导通，根据威尔逊电流源的镜像原理，晶体管T3导通并给电容CR充电，电容上的电压升高；而当振荡器脉冲的高电平信号从input端输入时，晶体管管T5、T6导通，电容CR放电，电容上电压逐渐减小。随着振荡器周期性脉冲输入，在端10处就可以形成稳定的三角波输出电压。
4 仿真结果与讨论
在电容CR的充、放电过程中，若设电流源提供的为电容充电的电流为IC，电容电压初值VCR=0，则可以得到电容电压V（t） 与时间的线性关系[5]，如式（1）所示：
（1）
由“电路设计”中所阐述内容，可知，调整外加电压V2和电阻R3，R4的大小，能够调节电容的充电电流IC，进而电容充电速度和电容电压的大小也可以很容易地控制。
为了能够与电源管理芯片其他模块电路协同工作，故在V2=30V，R5=100K，CR=1.6nF条件下基于华越SB45工艺对斜坡发生器模块电路进行仿真。得到电性能参数的仿真结果，如表1所示。
图2为斜坡发生器的输出结果波形仿真图，根据振荡器产生的脉冲，本电路中的三角波接近于锯齿波，脉冲为低电平时缓慢充电，脉冲为高电平时迅速放电。由图2、表1的结果以及电源管理芯片的需求，该斜坡发生器的电参数及其功能均符合芯片中关于该模块电路的设计要求，目前该电路已应用于实际电源管理芯片中。
参考文献
朱正涌.半导体集成电路.清华大学出版社，2003.
Paul R.Gray， Paul J.Hurst， Stephen H.LEWIS.模拟集成电路的设计与分析.北京：高等教育出版社，2005.
[3]吴铁峰.基于PWM控制方式的电源管理芯片设计与实现[博士论文].西安电子科技大学，2011.
[4]吴铁峰，张鹤鸣，胡辉勇.基于PWM的低温度依赖基准电压电路设计.中南大学学报，41（6），2269-2273，2010.
[5]曹培栋，亢宝位.微电子技术基础-双极、场效应晶体管原理.北京：电子工业出版社，2001.