專利名稱：開關(guān)調(diào)壓器控制電路、開關(guān)調(diào)壓器和開關(guān)調(diào)壓器控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及開關(guān)調(diào)壓器，更具體地說，涉及盡管在低電流消耗的情況下仍對(duì)輸出電壓的偏轉(zhuǎn)具有極好快速響應(yīng)的開關(guān)調(diào)壓器。
背景技術(shù)：
美國專利No.6127815中所公開的開關(guān)調(diào)壓器致力于在不消耗負(fù)載電流的中止時(shí)段中，降低將消耗于控制電路中的電流消耗。在圖5所示的開關(guān)調(diào)壓器200中，從比較器128輸出的休眠信號(hào)控制開關(guān)127。此外，休眠信號(hào)還連接到誤差放大器222的省電使能端223，以便將誤差放大器222的控制狀態(tài)在正常工作時(shí)段和中止時(shí)段之間切換，所述中止時(shí)段是省電工作狀態(tài)。
在供應(yīng)大負(fù)載電流的正常工作時(shí)段中，開關(guān)127連接到具有休眠信號(hào)的A側(cè)，并且濾波電路225連接到誤差放大器222的輸出端。輸出信號(hào)ITH的電壓保持在閾值電壓V1以上，并且休眠信號(hào)保持在低電平，使得開關(guān)定時(shí)電路101和比較器102被激活。此外，在正常工作時(shí)段中，誤差放大器222保持在能夠確保足夠快的響應(yīng)速度的激活狀態(tài)。
在中止時(shí)段中，負(fù)載電流降低，并且信號(hào)ITH的電壓降到閾值電壓V1以下，使得休眠信號(hào)反轉(zhuǎn)到高電平。開關(guān)定時(shí)電路101和比較器102轉(zhuǎn)到非活動(dòng)狀態(tài)，并且不需要快速響應(yīng)的誤差放大器222轉(zhuǎn)到省電工作狀態(tài)。此外，開關(guān)127連接到B側(cè)，使得濾波電路225與誤差放大器222的輸出端分離。從而，降低了功耗。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)美國專利No.6127815，在無負(fù)載電流流動(dòng)的中止時(shí)段中，開關(guān)定時(shí)電路101和比較器102轉(zhuǎn)到非激活狀態(tài)，并且誤差放大器222轉(zhuǎn)到省電工作狀態(tài)，以便降低開關(guān)調(diào)壓器控制電路中的電流消耗。
然而，在正常工作狀態(tài)中，開關(guān)定時(shí)電路101和比較器102被激活，并且誤差放大器222處于正常工作狀態(tài)，以便確保對(duì)負(fù)載電流變化的快速響應(yīng)。此外，濾波電路225連接到誤差放大器222的輸出端。因此，由于開關(guān)定時(shí)電路101和比較器102的激活而引起電流消耗的增加，并且濾波電路225所連接的輸出端被高速地驅(qū)動(dòng)。因此，誤差放大器222的偏置電流等加強(qiáng)了，使得電流消耗增加。在正常工作狀態(tài)中，開關(guān)調(diào)壓器控制電路的電流消耗增加，以便確?？焖夙憫?yīng)。
反之，為了降低開關(guān)調(diào)壓器控制電路在正常工作狀態(tài)中的電流消耗，需要控制誤差放大器222的驅(qū)動(dòng)性能。在這種情況下，無法跟上負(fù)載電流的變化，這是需要解決的問題。
因此，本發(fā)明被完成以解決傳統(tǒng)技術(shù)的上述問題，并希望提供一種開關(guān)調(diào)壓器控制電路、開關(guān)調(diào)壓器和開關(guān)調(diào)壓器控制方法，其即使在正常工作狀態(tài)中，也能夠在保持中止時(shí)段的低電流消耗特性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓變化的快速響應(yīng)。
為了實(shí)現(xiàn)以上目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于開關(guān)調(diào)壓器的開關(guān)調(diào)壓器控制電路，所述開關(guān)調(diào)壓器用于通過與開關(guān)器件的通/斷相對(duì)應(yīng)地重復(fù)電力供應(yīng)來控制輸出電壓，該開關(guān)調(diào)壓器控制電路包括誤差放大器，用于放大輸出電壓與期望電壓之間的電壓差；以及相位補(bǔ)償部分，其連接在誤差放大器的輸入與輸出之間，以便使控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)穩(wěn)定，開關(guān)調(diào)壓器還包括相位補(bǔ)償量切換部分，用于在預(yù)定時(shí)段中降低相位補(bǔ)償部分的相位補(bǔ)償量，所述預(yù)定時(shí)段包含開關(guān)器件開始導(dǎo)通的時(shí)刻。
此外，根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種開關(guān)調(diào)壓器，包括誤差放大器，用于放大輸出電壓與期望電壓之間的電壓差；以及相位補(bǔ)償部分，其連接在誤差放大器的輸入與輸出之間，以便使控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)穩(wěn)定，開關(guān)調(diào)壓器還包括相位補(bǔ)償量切換部分，用于在預(yù)定時(shí)段中降低相位補(bǔ)償部分的相位補(bǔ)償量，所述預(yù)定時(shí)段包含開關(guān)器件開始導(dǎo)通的時(shí)刻。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種開關(guān)調(diào)壓器控制方法，其中輸出電壓與期望電壓之間的電壓差作為誤差被放大，并且輸出電壓被負(fù)反饋以便使控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)穩(wěn)定，該開關(guān)調(diào)壓器控制方法包括在預(yù)定時(shí)段中降低相位補(bǔ)償?shù)南辔谎a(bǔ)償量的步驟，所述預(yù)定時(shí)段包含開關(guān)器件開始導(dǎo)通的時(shí)刻。
根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)調(diào)壓器控制電路、開關(guān)調(diào)壓器和開關(guān)調(diào)壓器控制方法，誤差放大器的相位補(bǔ)償?shù)南辔谎a(bǔ)償量被切換，所述相位補(bǔ)償用于實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)工作狀態(tài)的穩(wěn)定。在預(yù)定時(shí)段中，相位補(bǔ)償?shù)南辔谎a(bǔ)償量被降低，所述預(yù)定時(shí)段包含開關(guān)器件開始導(dǎo)通的時(shí)刻。這里，所述降低意味著相位補(bǔ)償量的值降低，并且包括下述情況，其中反饋環(huán)被切斷以使得相位補(bǔ)償量變?yōu)榱恪?br> 因此，在預(yù)定時(shí)段中，相位補(bǔ)償?shù)南辔谎a(bǔ)償量被降低，所述預(yù)定時(shí)段至少部分地包含誤差放大器控制開關(guān)器件導(dǎo)通狀態(tài)的時(shí)段在內(nèi)。因此，對(duì)于輸出電壓和期望電壓之間的電壓差，不進(jìn)行誤差放大的響應(yīng)抑制操作，使得可以利用大的增益對(duì)誤差放大進(jìn)行響應(yīng)。可以急劇地將輸出電壓帶到期望電壓附近。即使在正常工作時(shí)由于負(fù)載電流等的增加而使輸出電壓下降，也可以得到快速的瞬態(tài)響應(yīng)特性，而不增加誤差放大器等的控制電路中的電流消耗。
因?yàn)樵诎_關(guān)器件截止?fàn)顟B(tài)在內(nèi)的時(shí)段中，相位補(bǔ)償?shù)南辔谎a(bǔ)償量增加，所以抑制了輸出電壓和期望電壓之間電壓差的誤差放大的響應(yīng)。與輸出電壓的偏轉(zhuǎn)相對(duì)應(yīng)的作為誤差而放大的誤差放大電壓的偏轉(zhuǎn)得到了抑制，這使得在對(duì)輸出端的電力供應(yīng)量增加的下一供電周期中，誤差放大電壓不會(huì)偏轉(zhuǎn)。因此，可以在相鄰供電周期的結(jié)束時(shí)間與開始時(shí)間之間的時(shí)段內(nèi)，誤差放大電壓的連續(xù)性被保持，從而實(shí)現(xiàn)平滑的輸出電壓控制。
在開關(guān)調(diào)壓操作中，盡管在低電流消耗操作中也可以提供快速的瞬態(tài)響應(yīng)。


當(dāng)結(jié)合附圖閱讀以下“具體實(shí)施方式
”部分時(shí)，本發(fā)明的以上及其他目的和新特征將從中將更充分地顯現(xiàn)出來。然而應(yīng)該清楚地理解的是，這些附圖僅用于舉例說明的目的，而不是作為對(duì)本發(fā)明的限制。
圖1是一個(gè)實(shí)施例的電路圖；圖2A是相位補(bǔ)償部分的修改形式的電路圖，其中電容器件的電容被改變了；圖2B是相位補(bǔ)償部分的修改形式的電路圖，其中電阻器件被旁路；圖3是示出可用開關(guān)信號(hào)(CTL)的生成部分的主要部分電路圖；圖4是可用開關(guān)信號(hào)的時(shí)序圖；以及圖5是傳統(tǒng)開關(guān)調(diào)壓器的電路圖。
具體實(shí)施例方式
在下文中，將參照附圖1～圖4詳細(xì)描述本發(fā)明的開關(guān)調(diào)壓器控制電路、開關(guān)調(diào)壓器和開關(guān)調(diào)壓器控制方法的優(yōu)選實(shí)施例。
圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例的降壓開關(guān)調(diào)壓器。負(fù)載(未示出)連接到輸出端(VOUT)，并且輸出電容器件COUT被連接用于向負(fù)載供應(yīng)電荷。此外，電阻器件R1、R2串聯(lián)連接至地電位，以便檢測輸出電壓VOUT。此外，用于相位補(bǔ)償?shù)碾娙萜骷﨏1與電阻器件R1并聯(lián)連接。
電阻器件R1、R2的連接點(diǎn)(VM)是輸出電壓VOUT的檢測點(diǎn)，并連接到誤差放大器EA的反相輸入端(-)。參考電壓Vref連接到誤差放大器EA的正相輸入端(+)。誤差放大器EA的輸出端(O)連接到下一級(jí)的比較器CMP的正相輸入端(+)。電流監(jiān)控信號(hào)IM被輸入到比較器CMP的反相輸入端(-)。電流監(jiān)控信號(hào)IM是從電源電壓VCC輸入到電感器L1的電流的檢測信號(hào)。
從誤差放大器EA的輸出端(O)到反相輸入端(-)形成相位補(bǔ)償。該相位補(bǔ)償通過電容反饋器件CFB和切換開關(guān)MFB連接到誤差放大器EA的反相輸入端(-)，或者作為輸出電壓VOUT檢測點(diǎn)的電阻器件R1、R2的連接點(diǎn)(VM)，所述切換開關(guān)MFB用于斷開/閉合經(jīng)由電容反饋器件CFB的反饋回路。如在圖3、圖4中所描述的，利用控制信號(hào)CTL來控制切換開關(guān)MFB的斷開/閉合。
比較器CMP的輸出端(O)連接到觸發(fā)器(flip-flop)電路FF的復(fù)位端(/R)。觸發(fā)器電路FF的內(nèi)容利用低電平信號(hào)被復(fù)位。觸發(fā)(trigger)信號(hào)TG被輸入到觸發(fā)器電路FF的置位端(/S)。觸發(fā)器電路FF的內(nèi)容依賴于低電平觸發(fā)信號(hào)TG的輸入而被置位，并從輸出端(/Q)輸出低電平的輸出信號(hào)。
觸發(fā)器電路FF的輸出端(/Q)連接到PMOS晶體管M1的柵極端。在PMOS晶體管M1中，其源極端連接到電源電壓VCC，其漏極端連接到電感器L1的一端。二極管器件D1的陰極端連接到電感器L1該端，二極管器件D1的陽極端連接到地電壓。電感器L1的另一端連接到輸出端(VOUT)。
具有上述連接關(guān)系的該實(shí)施例的開關(guān)調(diào)壓器是執(zhí)行電流模式開關(guān)控制的降壓開關(guān)調(diào)壓器。
如果PMOS晶體管M1導(dǎo)通，并且電感器L1的該端連接到電源電壓VCC，則比另一端上的輸出電壓VOUT大的電壓施加到該端上，使得流入電感器L1的電流以預(yù)定的時(shí)間梯度增加，該時(shí)間梯度由兩端的電壓差和電感值決定。電感器L1中積累的電磁能增加，并且此時(shí)，電力被供應(yīng)給輸出電容器件COUT和負(fù)載(未示出)。如果PMOS晶體管M1截止，則由于需要保持電感器L1到當(dāng)時(shí)為止所積累的電磁能的連續(xù)性，因此電流繼續(xù)流到電感器L1中，保持電流值與變?yōu)榻刂箷r(shí)的電流的連續(xù)性。因?yàn)榇穗娏魇峭ㄟ^二極管D1供應(yīng)的，所以電感器L1的所述端變?yōu)榛竞偷仉娢幌嗟?，使得施加了比輸出電壓VOUT的另一端低的電壓。因此，電流以負(fù)的時(shí)間梯度降低。利用流過二極管D1的電流，電感器L1中積累的電磁能被放電到輸出電容器件COUT和負(fù)載。
為了在向輸出電容器件COUT和負(fù)載供應(yīng)電力的同時(shí)將輸出電壓VOUT保持在預(yù)定電壓值，在連接點(diǎn)(VM)處檢測輸出電壓VOUT，以調(diào)整PMOS晶體管M1的導(dǎo)通/截止時(shí)刻。因此，在連接點(diǎn)(VM)處的檢測電壓VM與參考電壓Vref一致的情況下，輸出電壓VOUT變得與期望的電壓相等。在開關(guān)調(diào)壓器中，輸出電壓VOUT始終被反饋，并基于參考電壓Vref被控制，使得其被調(diào)節(jié)到一個(gè)基于期望電壓的輸出電壓VOUT。
如果利用低電平觸發(fā)信號(hào)TG置位了觸發(fā)器電路FF，并且從/Q輸出端輸出低電平信號(hào)，則PMOS晶體管M1開始導(dǎo)通。通過電阻器件R1、R2的連接點(diǎn)(VM)獲得的檢測電壓VM被輸入到誤差放大器EA，并且檢測電壓VM與參考電壓Vref的電壓差被作為誤差而放大，以便輸出誤差放大電壓VEA。對(duì)于誤差放大電壓VEA，如果檢測電壓VM低于參考電壓Vref，則與這種不足的程度相對(duì)應(yīng)地輸出較高的電壓。當(dāng)誤差放大電壓VEA與電流監(jiān)控信號(hào)IM相比較，然后電流監(jiān)控信號(hào)IM超過誤差放大電壓VEA時(shí)，比較器CMP輸出低電平復(fù)位信號(hào)。因此，觸發(fā)器電路FF被復(fù)位，并從/Q輸出端輸出高電平信號(hào)，PMOS晶體管M1變?yōu)榻刂埂?br> PMOS晶體管M1的截止時(shí)刻被確定在電流監(jiān)控信號(hào)IM達(dá)到誤差放大電壓VEA的電壓電平的時(shí)刻。因?yàn)镻MOS晶體管M1在該時(shí)刻變?yōu)榻刂梗砸蕾囉谳敵鲭妷篤OUT相對(duì)于期望電壓的不足程度來確定通過PMOS晶體管M1輸入到電感器L1的電流峰值。即，如果輸出電壓VOUT距離期望電壓的不足程度很小，則檢測電壓VM和參考電壓Vref之間的電壓差也很小，使得通過放大此電壓差而獲得的誤差放大電壓的電壓電平也降低。相應(yīng)于小的電流監(jiān)控信號(hào)IM，比較器CMP的輸出電壓反轉(zhuǎn)到低電平，使得PMOS晶體管M1截止。輸入到電感器L1的峰值電流降低。如果輸出電壓VOUT從期望電壓大幅降低，則檢測電壓VM距參考電壓Vref的不足的量變大，并且通過放大此電壓差而獲得的誤差放大電壓VEA的電壓電平變?yōu)楦唠妷弘娖?。相?yīng)于大的電流監(jiān)控信號(hào)IM，比較器CMP的輸出電壓反轉(zhuǎn)到低電平，使得PMOS晶體管M1變?yōu)榻刂?。輸入到電感器L1的峰值電流增加。
觸發(fā)信號(hào)TG是基于從振蕩器電路等輸出的預(yù)定周期的時(shí)鐘信號(hào)等而生成的脈沖信號(hào)(見圖3)。通過對(duì)于觸發(fā)信號(hào)TG的每個(gè)周期，依賴于輸出電壓VOUT的不足的量控制輸入到電感器L1的峰值電流，來控制電流模式的開關(guān)調(diào)壓器。
當(dāng)由NMOS晶體管等組成的切換開關(guān)MFB導(dǎo)通時(shí)，通過電容反饋器件CFB從誤差放大器EA的輸出端(O)到反相輸入端(-)實(shí)現(xiàn)的相位補(bǔ)償是一種電路配置，這種電路配置一般被采用在諸如開關(guān)調(diào)壓器之類的用于執(zhí)行反饋控制的控制系統(tǒng)中。希望對(duì)檢測電壓VM的快速變化，通過從輸出端(O)到反相輸入端(-)施加負(fù)反饋，在一定程度上抑制快速瞬態(tài)響應(yīng)，以便使控制系統(tǒng)穩(wěn)定。然而，因?yàn)樵撓辔谎a(bǔ)償是在誤差放大電壓VEA阻礙檢測電壓VM變化的方向上起作用，所以過多的負(fù)反饋可能抑制輸出電壓VOUT對(duì)其快速變化的恢復(fù)操作。在某些情況下，為了保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性，不可避免地要犧牲瞬態(tài)響應(yīng)能力。
如果尋求將快速響應(yīng)能力提高到最大限度，則可以考慮下述結(jié)構(gòu)，其中在誤差放大器EA的輸入和輸出之間不設(shè)置相位補(bǔ)償。在這種情況下，可以利用誤差放大器EA的增益，將被輸入到誤差放大器EA的檢測電壓與參考電壓Vref之間的電壓差作為誤差而放大。然而，如果利用沒有負(fù)反饋的大增益將誤差放大，則在檢測電壓VM變?yōu)檩敵鲭妷篤OUT然后又再次返回到檢測電壓的系統(tǒng)的反饋控制中，控制系統(tǒng)將會(huì)振蕩而不穩(wěn)定。
因此，本實(shí)施例的開關(guān)調(diào)壓器(圖1)設(shè)有用于斷開/閉合相位補(bǔ)償?shù)那袚Q開關(guān)MFB，以便既獲得沒有相位補(bǔ)償?shù)睦谜`差放大器EA增益的快速響應(yīng)能力，又獲得相位補(bǔ)償。切換開關(guān)MFB利用隨后將描述的控制電路(圖3)，根據(jù)隨后將描述的控制定時(shí)(圖4)來斷開/閉合相位補(bǔ)償。
切換開關(guān)MFB轉(zhuǎn)到截止?fàn)顟B(tài)以便切斷誤差放大器EA的輸入和輸出之間的相位補(bǔ)償，這是與PMOS晶體管M1的導(dǎo)通時(shí)刻同步(在圖3、圖4的CTL(1)的情況下)、在從導(dǎo)通時(shí)刻開始的預(yù)定時(shí)段內(nèi)(在圖3、圖4的CTL(2)的情況下)或者在從導(dǎo)通時(shí)刻之前的一個(gè)時(shí)刻開始到導(dǎo)通時(shí)刻之后的一個(gè)時(shí)刻為止的預(yù)定定時(shí)期間(在圖3、圖4的CTL(3)的情況下)進(jìn)行的。利用誤差放大器EA所具有的增益，與輸出電壓VOUT相對(duì)應(yīng)的檢測電壓VM作為誤差被放大，而不形成相位補(bǔ)償。所得到的誤差放大電壓VEA是直接反映檢測電壓VM和參考電壓Vref之差的電壓，因此，由比較器CMP確定的輸入到電感器L1的峰值電流變?yōu)橛糜趯⑤敵鲭妷篤OUT恢復(fù)成期望電壓的最大電流。在利用PMOS晶體管M1的導(dǎo)通，通過電感器L1供應(yīng)到輸出端(VOUT)的電力供應(yīng)變?yōu)樵黾拥臅r(shí)刻，根據(jù)最大響應(yīng)能力來執(zhí)行對(duì)輸出電容器件COUT和負(fù)載的電力供應(yīng)，使得可以獲得快速瞬態(tài)響應(yīng)。
切換開關(guān)MFB變?yōu)閷?dǎo)通以便形成誤差放大器EA的輸入和輸出之間的相位補(bǔ)償，這是與PMOS晶體管M1的截止時(shí)刻同步(在圖3、圖4的CTL(1)的情況下)、在從導(dǎo)通時(shí)刻開始的預(yù)定時(shí)段之后(在圖3、圖4的CTL(2)的情況下)或者在從導(dǎo)通時(shí)刻之后的預(yù)定時(shí)刻開始直到下一周期導(dǎo)通時(shí)刻之前的一個(gè)時(shí)刻為止的預(yù)定時(shí)間期間(在圖3、圖4的CTL(3)的情況下)進(jìn)行的。由于切換開關(guān)MFB的導(dǎo)通，電容反饋器件CFB被插入到誤差放大器EA的輸入和輸出之間，以便形成相位補(bǔ)償。因此，在由于PMOS晶體管M1的截止，通過電感器L1供應(yīng)到輸出端(VOUT)的電流供應(yīng)變?yōu)榻档偷臅r(shí)刻，確保了控制系統(tǒng)的反饋控制的穩(wěn)定性，從而防止振蕩。
在通過電感器L1供應(yīng)到輸出端(VOUT)的電力供應(yīng)增加的時(shí)段內(nèi)，通過切斷從誤差放大器的輸出端(O)到反相輸入端(-)的相位補(bǔ)償，確保了對(duì)輸出電壓VOUT偏轉(zhuǎn)的快速響應(yīng)能力。在通過電感器L1供應(yīng)到輸出端(VOUT)的電力供應(yīng)降低的時(shí)段內(nèi)，通過在誤差放大器的輸入端和輸出端之間形成相位補(bǔ)償，可以確保開關(guān)調(diào)壓器的反饋控制的穩(wěn)定性。
圖2A和圖2B示出了誤差放大器EA中的相位補(bǔ)償?shù)男薷男问降氖纠?。根?jù)圖1所示的實(shí)施例，利用電容反饋器件CFB而提供的相位補(bǔ)償在對(duì)輸出端(VOUT)的電力供應(yīng)增加的時(shí)刻被切斷，并在電力供應(yīng)降低的時(shí)刻被控制連接。與此相應(yīng)，根據(jù)圖2A和圖2B所示的修改示例，與電容反饋器件CFB和切換開關(guān)MFB并聯(lián)地設(shè)置了電容反饋器件CFB2，如圖2A所示；或者與切換開關(guān)MFB并聯(lián)地設(shè)置了電阻反饋器件RFB，如圖2B所示。通過在對(duì)輸出端(VOUT)的電力供應(yīng)增加的時(shí)刻使切換開關(guān)MFB截止，來切斷利用電容反饋器件CFB而提供的相位補(bǔ)償(圖2A的情況)，或者通過將電阻反饋器件RFB旁路掉，來切換反饋環(huán)的相位補(bǔ)償量(圖2B的情況)。
在圖2A的情況下，在供應(yīng)到輸出端(VOUT)的電力降低的時(shí)刻保持切換開關(guān)MFB導(dǎo)通，并且電容反饋器件CFB和CFB2彼此并聯(lián)連接以便形成相位補(bǔ)償。在對(duì)輸出端(VOUT)的電力供應(yīng)增加的時(shí)刻，切換開關(guān)MFB變?yōu)榻刂?，使得電容反饋器件CFB與相位補(bǔ)償分離，從而僅利用電容反饋器件CFB2形成相位補(bǔ)償。在電力供應(yīng)增加的時(shí)刻，將被插入到環(huán)路中的電容反饋器件的總電容較之電力供應(yīng)降低的時(shí)刻被降低了，從而減少了相位補(bǔ)償。因此，通過在電流降低的時(shí)刻確保相位補(bǔ)償?shù)南辔谎a(bǔ)償量而實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的操作，而在電流增加的時(shí)刻相位補(bǔ)償量被限制，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸出電壓VOUT變化的快速瞬態(tài)響應(yīng)能力。
在圖2B的情況下，在對(duì)輸出端(VOUT)的電力供應(yīng)降低的時(shí)刻，切換開關(guān)MFB變?yōu)閷?dǎo)通，使得電阻反饋器件RFB被旁路掉，以利用電容反饋器件CFB形成相位補(bǔ)償。在對(duì)輸出端(VOUT)的電力供應(yīng)增加的時(shí)刻，切換開關(guān)MFB變?yōu)榻刂梗沟秒娮璺答伷骷FB連接到電容反饋器件CFB，從而形成相位補(bǔ)償。因?yàn)樵陔娏?yīng)增加的時(shí)刻插入了電阻反饋器件RFB，所以相位補(bǔ)償量較之電力供應(yīng)降低的時(shí)刻被降低了。在電流降低的時(shí)刻，確保了相位補(bǔ)償量以便獲得穩(wěn)定的操作，而在電流增加的時(shí)刻，限制了相位補(bǔ)償量以便實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓VOUT變化的快速瞬態(tài)響應(yīng)能力。
圖3示出了切換開關(guān)MFB的控制信號(hào)CTL的生成部分，該切換開關(guān)MFB斷開/閉合相位補(bǔ)償(圖1)或增加/降低相位補(bǔ)償量。圖4連同觸發(fā)信號(hào)TG一起示出了控制信號(hào)CTL的操作定時(shí)波形。例如，假定切換開關(guān)MFB由NMOS晶體管構(gòu)成，利用高電平控制信號(hào)CTL被導(dǎo)通，并利用低電平控制信號(hào)CTL被截止。
圖3是包含用于控制PMOS晶體管M1的觸發(fā)器電路FF的主電路圖。從振蕩器電路OSC中輸出的振蕩信號(hào)被輸入到與非門NA1、延遲電路DL1、反相門I2和積分電路DL2。延遲電路DL1的輸出信號(hào)被輸入到反相門I1，并且反相門I1的輸出信號(hào)被輸入到與非門NA1的另一輸入端。觸發(fā)信號(hào)TG從與非門NA1輸出。從觸發(fā)器電路FF的/Q輸出端輸出的PMOS晶體管M1的驅(qū)動(dòng)信號(hào)是控制信號(hào)CTL(1)，所述觸發(fā)器電路FF由觸發(fā)信號(hào)TG置位，并由比較器CMP復(fù)位(圖1)。控制信號(hào)CTL(2)從反相門I2的輸出端輸出。積分電路DL2的輸出信號(hào)相繼傳播到兩級(jí)反相門I3、I4，因此，控制信號(hào)CTL(3)由微分電路DF通過兩級(jí)反相門I5、I6輸出。可以使用控制信號(hào)CTL(1)～(3)中的任何一個(gè)。
如圖4所示，與振蕩信號(hào)的上升沿同步地，輸出了具有延遲電路DL中的延遲時(shí)間TP的脈沖寬度的從與非門NA1輸出的低電平脈沖信號(hào)TG。觸發(fā)器電路FF由這個(gè)低電平信號(hào)置位，使得PMOS晶體管M1導(dǎo)通。
當(dāng)原封不動(dòng)地使用PMOS晶體管M1的導(dǎo)通信號(hào)時(shí)，輸出控制信號(hào)CTL(1)。在PMOS晶體管M1變?yōu)閷?dǎo)通，使得對(duì)輸出端(VOUT)的電力供應(yīng)增加的時(shí)段中，切斷相位補(bǔ)償和限制相位補(bǔ)償量，以便快速獲得輸出電壓VOUT隨電力供應(yīng)的瞬態(tài)響應(yīng)。
控制信號(hào)CTL(2)將振蕩信號(hào)反相以形成控制信號(hào)。這個(gè)控制信號(hào)與PMOS晶體管M1的導(dǎo)通時(shí)刻同步地切斷相位補(bǔ)償或限制相位補(bǔ)償量，并且在振蕩信號(hào)的振蕩周期的一個(gè)中間時(shí)刻，相位補(bǔ)償被連接或者相位補(bǔ)償量被增加。PMOS晶體管M1在振蕩周期中的導(dǎo)通率由電源電壓VCC和輸出電壓VOUT固定地決定，并根據(jù)瞬態(tài)狀況而變化。通過使用控制信號(hào)(2)，相位補(bǔ)償?shù)那袛嗷驅(qū)ο辔谎a(bǔ)償量的限制可以與PMOS晶體管M1開始導(dǎo)通同時(shí)開始，并可在PMOS晶體管M1變?yōu)榻刂怪盎蛑蠼K止。在PMOS晶體管M1變?yōu)閷?dǎo)通并且對(duì)輸出端(VOUT)的電力供應(yīng)開始的前半個(gè)時(shí)段，切斷相位補(bǔ)償和限制相位補(bǔ)償量，使得可以快速獲得輸出電壓VOUT隨電力供應(yīng)的瞬態(tài)響應(yīng)。
在控制信號(hào)CTL(3)的生成電路中，首先通過利用積分電路DL2對(duì)振蕩信號(hào)進(jìn)行積分，輸出這樣一個(gè)信號(hào)，該信號(hào)相對(duì)于振蕩信號(hào)的信號(hào)電平的跳變，具有與CR時(shí)間常數(shù)相對(duì)應(yīng)的跳變延遲。利用反相門I3、I4對(duì)這個(gè)具有該跳變延遲的信號(hào)進(jìn)行整形。從而，從反相門I4輸出這樣一個(gè)信號(hào)，該信號(hào)具有由CR時(shí)間常數(shù)決定的時(shí)間延遲T1。從反相門I4輸出的信號(hào)被輸入到微分電路DF并被求微分。輸出這樣一個(gè)波形，該波形產(chǎn)生相對(duì)于信號(hào)跳變來說急劇變化的電平跳變。在此微分波形中，利用由信號(hào)跳變求微分的電壓電平，逐漸將電平恢復(fù)到恒定值。因此，由于此信號(hào)被輸入到反相門I5，所以在從信號(hào)跳變時(shí)的峰值電壓開始到反相門I5的閾值電壓為止的時(shí)段內(nèi)，輸出反相的脈沖信號(hào)，進(jìn)而該信號(hào)電平被反相門I6再反相。根據(jù)組成微分電路的電容器件和電阻器件的值來設(shè)置所述脈沖信號(hào)的時(shí)間寬度，并從反相門I6輸出具有時(shí)間寬度T2的脈沖信號(hào)。
在觸發(fā)信號(hào)TG被輸出的振蕩信號(hào)的高電平跳變的時(shí)刻，在延遲時(shí)間T1之后從反相門I4輸出具有相同相位的信號(hào)，進(jìn)而從反相門I6輸出具有脈沖寬度T2的高電平信號(hào)。利用在PMOS晶體管M1變?yōu)閷?dǎo)通并且對(duì)輸出端(VOUT)的電力供應(yīng)開始的時(shí)刻之后的延遲時(shí)間T1，開始對(duì)相位補(bǔ)償?shù)那袛嗪蛯?duì)相位補(bǔ)償量的限制，并且這個(gè)持續(xù)時(shí)間是時(shí)間T2。通過調(diào)整時(shí)間T1和T2，在對(duì)輸出端(VOUT)的電力供應(yīng)開始之前，開始對(duì)反饋環(huán)的切斷和對(duì)相位補(bǔ)償量的限制，并在此后的一個(gè)預(yù)定時(shí)刻，可以終止對(duì)反饋環(huán)的切斷和對(duì)相位補(bǔ)償量的限制。此時(shí)，可以快速地獲得輸出電壓VOUT隨電力供應(yīng)的瞬態(tài)響應(yīng)。
如上所詳細(xì)描述的，根據(jù)本實(shí)施例的開關(guān)調(diào)壓器控制電路、開關(guān)調(diào)壓器和開關(guān)調(diào)壓器控制方法，通過誤差放大器EA來控制作為開關(guān)器件示例的PMOS晶體管M1的導(dǎo)通時(shí)段，并且在至少部分地包含供應(yīng)到輸出端(VOUT)的電力的量增加的時(shí)段在內(nèi)的一個(gè)預(yù)定時(shí)段中，相位補(bǔ)償?shù)南辔谎a(bǔ)償量被降低。因此，對(duì)輸出電壓VOUT和期望電壓之間的電壓差不進(jìn)行誤差放大的響應(yīng)抑制操作，使得即使對(duì)誤差放大也生成具有大增益的響應(yīng)。因此，即使在正常工作時(shí)輸出電壓VOUT由于負(fù)載電流的增加等而下降，也可以得到快速的瞬態(tài)響應(yīng)，而不增加諸如誤差放大器EA之類的控制電路中的電流消耗。
此外，沒有誤差放大器的控制，PMOS晶體管M1的截止?fàn)顟B(tài)被保持到下一周期，并且在對(duì)輸出端(VOUT)的電力供應(yīng)的量降低的時(shí)段中，相位補(bǔ)償?shù)南辔谎a(bǔ)償量增加。因此，抑制了輸出電壓VOUT與期望電壓之間電壓差的誤差放大的響應(yīng)。與輸出電壓VOUT的偏轉(zhuǎn)相對(duì)應(yīng)的誤差放大電壓VEA的偏轉(zhuǎn)被抑制，并且在對(duì)輸出端(VOUT)的電力供應(yīng)的量增加的下一供電周期中，誤差放大電壓VEA不會(huì)發(fā)生大的偏轉(zhuǎn)。因此，可以保持相鄰供電周期的結(jié)束時(shí)間和開始時(shí)間之間誤差放大電壓VEA的連續(xù)性，以便平滑地控制輸出電壓VOUT。
開關(guān)調(diào)壓操作可以具有快速瞬態(tài)響應(yīng)能力，這是低電流消耗動(dòng)作。
因?yàn)樽鳛橄辔谎a(bǔ)償切換部分示例的切換開關(guān)MFB切斷相位補(bǔ)償或限制相位補(bǔ)償量，所以當(dāng)環(huán)路被切斷或相位補(bǔ)償量受限時(shí)，誤差放大的增益可以最大化。
本實(shí)施例的開關(guān)調(diào)壓器是降壓開關(guān)轉(zhuǎn)換器，其中與導(dǎo)通控制信號(hào)相對(duì)應(yīng)地切斷或降低相位補(bǔ)償量，所述導(dǎo)通控制信號(hào)使作為開關(guān)器件示例的PMOS晶體管M1導(dǎo)通。因?yàn)楫?dāng)PMOS晶體管M1導(dǎo)通時(shí)對(duì)輸出端(VOUT)的電力供應(yīng)增加，所以相位補(bǔ)償量是相應(yīng)于對(duì)輸出端(VOUT)的電力供應(yīng)增加的時(shí)間而被切斷或降低的。
用于設(shè)定預(yù)定時(shí)段的控制信號(hào)CTL(1)是與導(dǎo)通控制信號(hào)同步地設(shè)立的。此外，控制信號(hào)CTL(2)可以在導(dǎo)通控制信號(hào)結(jié)束之前或之后終止。在任一情況下，當(dāng)將電力供應(yīng)到輸出端(VOUT)時(shí)，可以基于具有大的誤差放大的增益來放大輸出電壓VOUT與期望電壓之間的電壓差，以便急劇將輸出電壓帶到期望電壓附近。
本發(fā)明不局限于上述實(shí)施例，不言而喻，在不脫離本發(fā)明本質(zhì)的范圍內(nèi)，可以用多種方式來改進(jìn)或修改本發(fā)明。
例如，雖然對(duì)于本實(shí)施例舉了降壓開關(guān)轉(zhuǎn)換器的例子，但本發(fā)明不局限于此示例，而是可將本發(fā)明應(yīng)用于升壓開關(guān)轉(zhuǎn)換器和其他類型的開關(guān)轉(zhuǎn)換器。
同樣，對(duì)于升壓開關(guān)轉(zhuǎn)換器，優(yōu)選地，與將開關(guān)器件置于導(dǎo)通狀態(tài)的導(dǎo)通控制信號(hào)相對(duì)應(yīng)地切斷或降低相位補(bǔ)償量。為了精確地控制開關(guān)器件的導(dǎo)通時(shí)間，與將開關(guān)器件置于導(dǎo)通狀態(tài)的導(dǎo)通控制信號(hào)相對(duì)應(yīng)地切斷或降低相位補(bǔ)償量。
雖然對(duì)于此實(shí)施例，舉了電流模式開關(guān)調(diào)壓器的例子，但本發(fā)明不局限于此示例。因?yàn)榭梢酝ㄟ^代替圖1中輸入到比較器CMP的電流監(jiān)控信號(hào)，輸入三角波或鋸齒波之類的振蕩信號(hào)來校準(zhǔn)電壓模式開關(guān)調(diào)壓器，所以本發(fā)明也可應(yīng)用于電壓模式開關(guān)調(diào)壓器。
雖然參照?qǐng)D3描述了以與振蕩信號(hào)相同的周期輸出觸發(fā)信號(hào)TG的情況，但也可對(duì)振蕩信號(hào)進(jìn)行分頻。
根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種開關(guān)調(diào)壓器控制電路、開關(guān)調(diào)壓器和開關(guān)調(diào)壓器控制方法，其能夠在正常工作狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓變化的快速瞬態(tài)響應(yīng)能力，而不增加電路的消耗電流，這是因?yàn)樵诎糜诳刂崎_關(guān)器件的導(dǎo)通狀態(tài)的時(shí)段在內(nèi)的時(shí)段中，誤差放大器降低其相位補(bǔ)償?shù)南辔谎a(bǔ)償量，以便將輸出電壓和期望電壓之間的電壓差作為誤差而放大。
本申請(qǐng)基于2004年3月29日遞交的在先日本專利申請(qǐng)No.2004-096511，并要求享受其優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)的全部內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。
權(quán)利要求
1.一種用于開關(guān)調(diào)壓器的開關(guān)調(diào)壓器控制電路，所述開關(guān)調(diào)壓器用于通過與開關(guān)器件的通/斷相對(duì)應(yīng)地重復(fù)電力供應(yīng)來控制輸出電壓，所述開關(guān)調(diào)壓器控制電路包括誤差放大器，用于放大所述輸出電壓與期望電壓之間的電壓差；和相位補(bǔ)償部分，所述相位補(bǔ)償部分連接在所述誤差放大器的輸入與輸出之間，以便使控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)穩(wěn)定，其中，所述開關(guān)調(diào)壓器還包括相位補(bǔ)償量切換部分，用于在預(yù)定時(shí)段中降低所述相位補(bǔ)償部分的相位補(bǔ)償量，所述預(yù)定時(shí)段包含所述開關(guān)器件開始導(dǎo)通的時(shí)刻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)調(diào)壓器控制電路，其中，所述相位補(bǔ)償量切換部分通過切斷所述相位補(bǔ)償部分中的補(bǔ)償通路來降低所述相位補(bǔ)償量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)調(diào)壓器控制電路，其中，所述預(yù)定時(shí)段是與所述開關(guān)器件的導(dǎo)通控制信號(hào)相對(duì)應(yīng)地設(shè)立的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的開關(guān)調(diào)壓器控制電路，其中，所述開關(guān)調(diào)壓器是降壓轉(zhuǎn)換器，并且所述相位補(bǔ)償量切換部分與所述導(dǎo)通控制信號(hào)相對(duì)應(yīng)地降低所述相位補(bǔ)償量，所述導(dǎo)通控制信號(hào)使所述開關(guān)器件導(dǎo)通。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的開關(guān)調(diào)壓器控制電路，其中，所述開關(guān)調(diào)壓器是升壓轉(zhuǎn)換器，并且所述相位補(bǔ)償量切換部分與所述導(dǎo)通控制信號(hào)相對(duì)應(yīng)地降低所述相位補(bǔ)償量，所述導(dǎo)通控制信號(hào)使所述開關(guān)器件導(dǎo)通。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的開關(guān)調(diào)壓器控制電路，其中，所述預(yù)定時(shí)段是與所述導(dǎo)通控制信號(hào)同步地設(shè)立的。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的開關(guān)調(diào)壓器控制電路，其中，所述預(yù)定時(shí)段是在所述導(dǎo)通控制信號(hào)開始之前開始的。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的開關(guān)調(diào)壓器控制電路，其中，所述預(yù)定時(shí)段是在所述導(dǎo)通控制信號(hào)結(jié)束之前結(jié)束的。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的開關(guān)調(diào)壓器控制電路，其中，所述開關(guān)器件的通/斷是以預(yù)定周期執(zhí)行的，并且所述預(yù)定時(shí)段是從在所述預(yù)定周期中所述開關(guān)器件開始導(dǎo)通的時(shí)刻開始被固定的時(shí)段。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)調(diào)壓器控制電路，其中，所述相位補(bǔ)償部分具有多個(gè)并聯(lián)連接的電容器件，并且所述相位補(bǔ)償量切換部分設(shè)在所述多個(gè)電容器件的一部分上。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)調(diào)壓器控制電路，其中，所述相位補(bǔ)償部分具有串聯(lián)連接的電容器件和電阻器件，并且所述相位補(bǔ)償量切換部分將所述電阻器件旁路。
12.一種開關(guān)調(diào)壓器，用于通過與開關(guān)器件的通/斷相對(duì)應(yīng)地重復(fù)電力供應(yīng)來控制輸出電壓，所述開關(guān)調(diào)壓器包括誤差放大器，用于放大所述輸出電壓與期望電壓之間的電壓差；和相位補(bǔ)償部分，所述相位補(bǔ)償部分連接在所述誤差放大器的輸入與輸出之間，以便使控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)穩(wěn)定，其中，所述開關(guān)調(diào)壓器還包括相位補(bǔ)償量切換部分，用于在預(yù)定時(shí)段中降低所述相位補(bǔ)償部分的相位補(bǔ)償量，所述預(yù)定時(shí)段包含所述開關(guān)器件開始導(dǎo)通的時(shí)刻。
13.一種開關(guān)調(diào)壓器控制方法，其中輸出電壓與期望電壓之間的電壓差作為誤差被放大，并且輸出電壓被負(fù)反饋以便使控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)穩(wěn)定，所述開關(guān)調(diào)壓器控制方法包括通過與開關(guān)器件的通/斷相對(duì)應(yīng)地重復(fù)電力供應(yīng)來控制輸出電壓的步驟；以及在預(yù)定時(shí)段中降低相位補(bǔ)償?shù)南辔谎a(bǔ)償量的步驟，所述預(yù)定時(shí)段包含所述開關(guān)器件開始導(dǎo)通的時(shí)刻。
全文摘要
提供了一種開關(guān)調(diào)壓器控制電路、開關(guān)調(diào)壓器和開關(guān)調(diào)壓器控制方法，用于實(shí)現(xiàn)正常工作時(shí)的低電流消耗和快速響應(yīng)。用于斷開/閉合相位補(bǔ)償?shù)那袚Q開關(guān)(MFB)被設(shè)置以建立沒有相位補(bǔ)償?shù)氖褂谜`差放大器(EA)增益的快速響應(yīng)能力以及有相位補(bǔ)償?shù)目刂葡到y(tǒng)的穩(wěn)定性。通過在PMOS晶體管(M1)變?yōu)閷?dǎo)通的時(shí)刻使切換開關(guān)(MFB)截止，切斷誤差放大器(EA)輸入和輸出之間的相位補(bǔ)償。檢測電壓(VM)利用誤差放大器(EA)自身增益作為誤差放大。實(shí)現(xiàn)了與最大響應(yīng)特性相對(duì)應(yīng)的對(duì)輸出電壓(VOUT)變化的快速瞬態(tài)響應(yīng)。通過在PMOS晶體管(M1)變?yōu)榻刂沟臅r(shí)刻使切換開關(guān)(MFB)導(dǎo)通，形成了誤差放大器(EA)的輸入和輸出之間的相位補(bǔ)償。因此，可以確?？刂葡到y(tǒng)的穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)G05F1/565GK1677300SQ200510059378
公開日2005年10月5日 申請(qǐng)日期2005年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月29日
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