一種在開關穩(wěn)壓器中控制時序和斜坡補償?shù)碾娐返闹谱鞣椒?br> 【專利摘要】一種在開關穩(wěn)壓器中控制時序和斜坡補償?shù)碾娐?，提供了在開關穩(wěn)壓器中控制時序和斜坡補償?shù)碾娐泛头椒?。這些電路和方法包括一個時序控制電路，該電路控制一個或多個開關穩(wěn)壓器輸出級的切換定時，使得開關切換在均勻的時間間隔發(fā)生；一個斜坡補償電路，該電路產(chǎn)生一個斜坡補償信號，其波形不需要匹配任何振蕩器信號的波形，也不需要匹配任何振蕩器信號。時序控制的實現(xiàn)方法是，使用T觸發(fā)器和一個“滾動時鐘”（或“約翰遜計數(shù)器”）產(chǎn)生2N時鐘相位信號，來分割主時鐘信號進行時序控制。斜坡補償?shù)膶崿F(xiàn)方法是，使用譯碼邏輯電路，一個數(shù)模轉換器（DAC），和一個積分器產(chǎn)生一個斜坡補償信號進行。
【專利說明】—種在開關穩(wěn)壓器中控制時序和斜坡補償?shù)碾娐?br> 【技術領域】:
[0001]本發(fā)明針對開關穩(wěn)壓器電路。更具體地，本發(fā)明針對在開關穩(wěn)壓器中控制時序和斜坡補償?shù)碾娐泛头椒?。電壓穩(wěn)壓器的目的是，從電壓源給負載提供預定的、大致恒定的電壓輸出，該電壓源可能是無顯著特性的、波動的。在典型的線性電壓穩(wěn)壓器中，穩(wěn)壓器的輸出電壓由控制通過一個元件從電壓源到負載的電流來確定。
【背景技術】:
[0002]在典型開關穩(wěn)壓器中，從電壓源到負載的電流是不穩(wěn)定的，尤其是在離散的電流脈沖中。為使離散的電流脈沖轉換為穩(wěn)定的負載電流，典型的開關穩(wěn)壓器采用一個電感能量存儲元件。為產(chǎn)生離散的電流脈沖，典型的開關穩(wěn)壓器采用一個開關(例如一個功率晶體管)，并且該開關與負載串聯(lián)或并聯(lián)。通過控制此開關的占空比(即開關為ON的時間相對于總的開關周期的百分比)，開關穩(wěn)壓器可以控制負載電壓。在電流型開關穩(wěn)壓器(即由穩(wěn)壓器中電流信號來控制的開關穩(wěn)壓器)中，當占空比超過50% (即開關為ON的時間超過給出開關周期的50%)時，穩(wěn)壓器會變的不穩(wěn)定。此種類型的電流型開關穩(wěn)壓器的穩(wěn)定性，通過使用斜坡補償來調(diào)節(jié)控制穩(wěn)壓器的電流信號來得到。
[0003]產(chǎn)生斜坡補償信號的一種方法是使用振蕩信號的一部分作為補償信號。這種振蕩信號可以是，例如，一個鋸齒波，它同樣用來產(chǎn)生時鐘信號來控制穩(wěn)壓器的開關。然而，當振蕩信號不具有所需波形或者超過所需斜坡補償信號的相位時，使用振蕩信號的一部分作為補償信號可能無效。第一個例子，當振蕩信號為方波時，使用振蕩信號作為斜坡補償信號是無效的，因為在振蕩信號的升降邊沿獲得斜坡補償信號的急劇變化和獲得兩級斜坡補償信號是不需要的。第二個例子，當振蕩信號為鋸齒波時，使用振蕩信號作為斜坡補償信號可能是無效的，因為在斜坡補償信號中不需要線性增加。第三個例子，任何振蕩信號作為斜坡補償信號時，使用振蕩信號作為斜坡補償信號可能是無效的，因為穩(wěn)壓器開關可能超出振蕩信號的相位，進而，所需的斜坡補償信號會超出振蕩信號相位。
[0004]在一些開關穩(wěn)壓器中，連接單個電源輸入到多級開關輸出是常見的，并且開關輸出級由相同時鐘信號同步控制，每個開關輸出級產(chǎn)生不同的電壓輸出。類似地，多級開關穩(wěn)壓器的輸出與單個電源輸入并聯(lián)，并由相同時鐘信號同步操作。然而，當每個輸出級的開關同時為ON (因為他們連接到同一個時鐘信號),會在輸出級的輸入輸出電流中產(chǎn)生過大的紋波電流。例如，輸入紋波電流的峰值約等于所有電感電流的峰值之和。隨著輸入紋波電流增力口，功率損耗急劇增加，因為在輸入電容的等效源電阻(ESR)上的功率損失的均方根(RMS)正比于輸入電流的平方。同時，由于紋波電流的存在，必須給這些輸出級和穩(wěn)壓電路提供低的等效串聯(lián)電阻輸入和輸出電容來降低損耗。
[0005]同樣地，能夠產(chǎn)生一種不需要與振蕩信號同周期的斜坡補償信號的開關穩(wěn)壓器電路是需要的。
[0006]進一步地，能夠減少從聯(lián)立的多級輸出級感應產(chǎn)生的輸入輸出紋波電流的開關穩(wěn)壓器電路是需要的。
【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0007]這是本發(fā)明的第一個目的，提供能夠產(chǎn)生一種不需要匹配振蕩信號波形的斜坡補償信號的開關穩(wěn)壓器電路。
[0008]這是本發(fā)明的第二個目的，提供能夠產(chǎn)生一種不需要與振蕩信號同周期的斜坡補償信號的開關穩(wěn)壓器電路。
[0009]這是本發(fā)明的第三個目的，提供能夠防止過大的從聯(lián)立的多級輸出級感應產(chǎn)生的輸入輸出紋波電流的開關穩(wěn)壓器電路。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的上述的或者其他的目的，它們由以下開關穩(wěn)壓器電路和方法提供，包括:定時控制電路，控制開關穩(wěn)壓器一個或多個輸出級的開關切換，來使得開關在均勻的時間間隔切換；斜坡補償電路，產(chǎn)生斜坡補償信號，該信號可能不同于振蕩信號波形及周期。
[0011]本發(fā)明的技術解決方案:
[0012]開關穩(wěn)壓器中的定時控制功能，由產(chǎn)生用于控制多級開關穩(wěn)壓器輸出級切換的均勻間隔的時鐘相位信號來提供。這些時鐘相位信號由以下提供，使用T觸發(fā)器分割主時鐘信號為一半(以保證合成的信號占空比為50%)，然后使用由N個D觸發(fā)器構成的“滾動時鐘”(或者說“約翰遜計數(shù)器”)繼續(xù)分割合成信號，并且這個滾動時鐘提供2N時鐘信號，以主時鐘頻率的1/(4N)運行。例如，包含3個D觸發(fā)器的滾動時鐘提供6個時鐘相位信號，并以主時鐘頻率的1/12運行。任何由滾動計數(shù)器提供的時鐘相位信號，通過以下方式譯碼，使用另一個D觸發(fā)器和一個反相器以產(chǎn)生一個輸出信號,該輸出信號與解碼的時鐘相位信號為正交相位(即，相對解碼的時鐘相位信號滯后一個主時鐘信號周期)。
[0013]通過以這種方式對主時鐘信號進行分割和譯碼，開關穩(wěn)壓器定時控制電路使用主時鐘振蕩器來以更高頻率運行，而不是以開關穩(wěn)壓器提供的頻率。使用這種更高頻率振蕩器的兩個優(yōu)點是，其相對于低頻率振蕩器更小、更經(jīng)濟。
[0014]使用這種相位信號，相對于單個開關穩(wěn)壓器的切換時間，多級開關穩(wěn)壓器輸出級的開關切換時間更加均勻分割，這樣，輸入電流的均方根(RMS )和感應紋波電流被降低至最小限度。例如，對于有3個輸出級的電路，相位信號1、3、5可以用來分割開關周期，每隔120度為輸出級開關打開時間。對于有四個輸出級的電路，相位信號I正交與相位信號2和4，可以用來以每隔90度分割穩(wěn)壓器輸出級開關周期。
[0015]本發(fā)明中在開關穩(wěn)壓器中的斜坡補償由以下提供，使用譯碼邏輯器件，一個數(shù)模轉換器(DAC)和一個反相器來產(chǎn)生一個斜坡補償信號。譯碼邏輯器件接收已減半的時鐘信號和來自定時控制電路兩個或更多的相位信號，并譯碼為兩個或更多的計數(shù)位信號和一個復位信號。在開關穩(wěn)壓器周期的第一階段(例如，1/3周期)中，復位信號為L0W，并且計數(shù)位為減半的時鐘信號從O到最高位(基于計數(shù)位的個數(shù))計數(shù)。
[0016]響應于這些計數(shù)位，DAC從使用兩個或更多并聯(lián)的電流源的綜合器件吸取電流。例如，含有兩個計數(shù)位和3個電流源的電路，第一電流源總是從綜合器件吸取第一部分電流，僅當?shù)臀挥行в嫈?shù)位(LSB)為HIGH時第二電流源從綜合器件吸取第二部分電流，僅當高位有效計數(shù)位(MSB)為HIGH時第三電流源從綜合器件吸取第三部分電流。以這種方式，4個不同部分電流通過DAC從綜合器件吸取，包括:第一部分電流，第一和第二部分電流之和，第一和第三部分電流之和，第一、第二和第三部分電流之和。
[0017]從DAC電流源吸取的電流通過積分器積分產(chǎn)生一個積分輸出電壓。在穩(wěn)壓器每個開關周期開始，只要譯碼電路的復位信號為HIGH，積分器被復位。一旦復位信號變?yōu)長0W，積分器中的電容由電容負極流出的電流和積分器中放大器提供的電流充電。電容兩端電壓，由參考電壓偏置，提供電壓形式的斜坡補償信號給連接到積分器輸出端的電壓控制電流源。電壓控制電流源的輸出提供電流給開關穩(wěn)壓器的控制電路，該電流正比于積分器的電容電壓。
[0018]通過以這種方式產(chǎn)生斜坡補償信號，在較寬的頻率范圍內(nèi)的開關穩(wěn)壓器的周期是可變的，同時提供恒定的斜坡校正。在實現(xiàn)本發(fā)明中，在穩(wěn)壓器開關周期內(nèi)以特定的百分比產(chǎn)生不同水平的斜率補償信號，不管開關周期是什么，不僅僅是根據(jù)預定的和固定的穩(wěn)壓器開關周期產(chǎn)生不同水平的斜坡補償信號。
[0019]對比專利文獻:CN202854636U新型穩(wěn)壓器 201220571447.0，CN203084588U 穩(wěn)壓器201220669157.X
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0020]在考慮了下面的詳細描述后，結合附圖，其中相同的參考符號表示相同的部件，本發(fā)明的上述和其它目的和優(yōu)點將是顯而易見的，并且其中:
[0021]圖1是在根據(jù)本發(fā)明的原則的定時控制電路的一個實例的原理示意圖；
[0022]圖2是在根據(jù)本發(fā)明的原則的斜坡補償電路的一個實例的原理示意圖；
[0023]圖3是連接圖1中所示的定時電路和圖2中所示的在開關穩(wěn)壓器中斜坡補償電路的一個輸出級的一個實例的原理示意圖；
[0024]圖4是根據(jù)本發(fā)明的原則的一個包括一個定時控制電路，斜坡補償電路，和三個輸出級的開關穩(wěn)壓器的一個實例的電路方框圖；
[0025]圖5是根據(jù)本發(fā)明原則的圖1定時控制電路和圖2斜坡補償電路所產(chǎn)生的波形的說明。
【具體實施方式】:
[0026]圖1顯示了在根據(jù)本發(fā)明原則的定時控制電路100的一個實例的示意圖。如圖所示，定時控制電路100集成了一個T觸發(fā)器102，一個反相器104，和D觸發(fā)器106、108、110和112。T觸發(fā)器102接收來自時鐘輸入端114的時鐘輸入信號F。。T觸發(fā)器102分割信號F。頻率為一半，以提供一個減半的時鐘輸入信號匕/2。通過以這種方式分割時鐘信號F。為一半，電路100確保所得到的信號占空比為50%，即使時鐘輸入信號Fc的占空比可能不是50%。然后信號Fe/2被提供給反相器104和D觸發(fā)器106、108和110。反相器104反轉信號匕/2，并提供反相信號YJl給D觸發(fā)器112。
[0027]D觸發(fā)器106、108和110形成了一個“滾動時鐘”(或者說“約翰遜計數(shù)器”)。如圖所示，信號Fe/2被提供給D觸發(fā)器106、108和110的時鐘輸入端。D觸發(fā)器106的輸入由D觸發(fā)器108的非反相輸出提供。D觸發(fā)器108的輸入由D觸發(fā)器110的非反相輸出提供。D觸發(fā)器110的輸入由D觸發(fā)器106的反相輸出提供。通過這樣的結構，滾動時鐘分別在端子116、126、122、118、124和120，分別從D觸發(fā)器106的非反相輸出、D觸發(fā)器110的反相輸出、D觸發(fā)器108的反相輸出、D觸發(fā)器106的反相輸出、D觸發(fā)器110的非反相輸出和D觸發(fā)器108的非反相輸出，分別提供相位信號PH1、PH2、PH3、PH4、PH5和PH6。每個相位信號PH1、PH2、PH3、PH4、PH5和PH6是一個方波，在連續(xù)的信號Fe/2的上升沿變?yōu)楦唠娖讲⒈３指唠娖叫盘?個匕/2周期。
[0028]盡管三個D觸發(fā)器106、108和110在圖1示出，任何數(shù)量的D觸發(fā)器，或任何其他合適的器件或器件的組合，可以根據(jù)本發(fā)明的原則使用從一個定時控制電路來提供相位信號。同樣地，盡管一個T觸發(fā)器102在圖1中示出，任何數(shù)量的T觸發(fā)器，或任何其它合適的器件，可以用來分割到時鐘輸入信號為一個合適的頻率。例如，可以使用適當?shù)木幊痰奈⑻幚砥鱽硖峁┤魏斡蒁觸發(fā)器106、108、110和T觸發(fā)器102提供的信號。盡管定時控制電路所產(chǎn)生的相位信號是間隔均勻的方波，根據(jù)本發(fā)明的原則，可以使用任何其他所需的間距和波形。
[0029]圖1中定時控制電路100中的D觸發(fā)器112提供了一個正交相位輸出。如圖所示，D觸發(fā)器112接收來自反相器104的反相信號YJI。D觸發(fā)器112輸入由D觸發(fā)器110的反相輸出提供。D觸發(fā)器112的輸出提供了一個正交相位輸出信號，相對于D觸發(fā)器112輸入端連接的相位信號(在這種情況下，是PH2)延遲信號匕/2的一半周期，但和D觸發(fā)器112輸入端連接的相位信號具有相同的周期和占空比。
[0030]雖然在圖1中只顯示了一個正交相位輸出的連接到相位信號PH2的D觸發(fā)器112，但是，根據(jù)本發(fā)明，任何數(shù)量的連接到一個或多個相位信號的有正交相位輸出的D觸發(fā)器可以被使用。另外，雖然在圖1中只顯示了一個D觸發(fā)器112和一個反相器104，且它們被用來提供正交相位輸出，但是，根據(jù)本發(fā)明，任何其他合適的器件或器件的組合可以用于提供此輸出。例如，可以使用適當?shù)木幊涛⑻幚砥魈峁┯蒁觸發(fā)器112和反相器104提供的信號。
[0031]圖2說明了根據(jù)本發(fā)明的斜坡補償電路200。如圖所示，電路200包括譯碼電路201，一個數(shù)模轉換器(DAC) 202，一個積分器204和一個電壓控制電流源206。
[0032]譯碼器電路201由一個兩位計數(shù)器208和一個邏輯器件210構成，邏輯器件是一個簡單的反轉輸入的“與”門。邏輯器件210的非反相輸入從定時控制電路100的相位信號PHl接收，而邏輯裝置210的反相輸入從定時控制電路100的相位信號PH3接收。邏輯裝置210輸出一個復位信號，當復位信號變?yōu)镠IGH時，其用于復位計數(shù)器208和積分器204。計數(shù)器208的時鐘輸入由定時控制電路100的信號Fc/2提供。當復位信號是LOW時，對于信號匕/2的每個上升沿，在計數(shù)器208輸出端的計數(shù)位信號加I。這些輸出位信號被標記為MSB (即最高有效位)和LSB (即最低有效位)，并且按以下順序:00、01、10和11計數(shù)，其中高位是MSB，低位是LSB，并在復位信號是HIGH時計數(shù)器208置為00。
[0033]雖然在圖2中顯示了作為譯碼器電路201的一部分的一個兩位計數(shù)器208和一個特定的邏輯裝置210，但是，根據(jù)本發(fā)明，可以使用任何其它的適當大小的計數(shù)器和任何其他適當?shù)倪壿嬈骷硖峁?shù)字計數(shù)和復位信號。
[0034]數(shù)模轉換器(DAC)202由三個電流源212、214和218，兩個0N/0FF開關(在此為場效應晶體管(FETs) 216和220)構成。如圖所示，DAC202從積分器204吸取電流到電流源212,214和218。電流源212總是從積分器204吸取電流；當計數(shù)器208的LSB為HIGH時電流源214從積分器204吸取電流，因此FET216是導電的；當計數(shù)器208的MSB為HIGH時電流源218從積分器204吸取電流，因此場效應晶體管220是導電的。在這種結構中，計數(shù)器208的輸出位計數(shù)從00至11增加，從積分器204吸取電流的量也隨之增加。最好是，電流源212、214和218的大小由以下確定，要使得電流源214等于電流源212而且電流源218是電流源214的兩倍。
[0035]雖然DAC202被示出為具有三個電流源212、214和218，并僅示出其中的兩個的開關，但是，根據(jù)本發(fā)明，任何數(shù)量的電流源和任意數(shù)量的電流源開關可以用于數(shù)模轉換器。電流源212、214和218可以是本領域中已知的任何適合的電流源。雖然在圖1中場效應管216和220作為控制電流源214和218吸取電流，但是，任何其它合適的開關裝置或本領域中已知的電路可以被使用。
[0036]積分器204由一個電容器222，一個運算放大器224和一個場效應晶體管(FET)228構成。如圖所示，電容器222的負極連接到運算放大器224的反相輸入端，場效應晶體管228的源級和DAC202的輸出。電容器222的正極連接到運算放大器224的輸出，場效應晶體管228的漏極和電壓控制電流源206的正輸入端。運算放大器224的正相輸入端和的電壓控制電流源206的負輸入端，被連接到一個參考電壓(Vkefi) 226。電壓控制電流源206的輸出，提供一個開關穩(wěn)壓器的輸出級的斜坡補償信號，下面在圖3中會進一步討論。
[0037]積分器204集成從DAC202吸取的電流，只要譯碼電路201中邏輯器件210的輸出所提供的復位信號變?yōu)镠IGH，積分器復位。當這個高電平的復位信號被場效應晶體管228的柵極接收，三極管228通過使電容器222導通來使電容器222放電。一旦復位信號變?yōu)長Off時，電容器222通過DAC222負極吸取電流開始充電。在電容器222充電的同時，運算放大器224的輸出端電壓保持在一個電壓值，該值等于電容器兩端的電壓(VC) 222加上參考電壓(Vkefi) 226。運算放大器224的輸出電壓隨后被提供給電壓控制電流源206，該電壓值為運算放大器的輸出電壓減去參考電壓(Vkefi ) 226，然后電壓控制電流源提供與電容器222兩端的電壓成比例的斜坡補償電流給開關穩(wěn)壓器的輸出級。
[0038]雖然在圖2中顯示了電路200中的DAC202和積分器204，其中DAC202從積分器204吸取電流和積分器204集成了這樣的吸取電流，但是，根據(jù)本發(fā)明，任何適當?shù)臄?shù)模轉換器和在數(shù)模轉換器后的積分器或數(shù)字積分，可以用來轉換數(shù)字計數(shù)輸出和復位信號，而產(chǎn)生斜坡補償信號。此外，雖然電路200斜坡補償信號輸出是一個基于電流的信號，但是，根據(jù)本發(fā)明，基于電壓的信號，例如，運算放大器224的輸出，也可以被使用。
[0039]圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個輸出級300的原理示意圖，該輸出級耦合到圖1中的定時控制電路和圖2中的斜坡補償電路。如圖所示，輸出級300包括輸出電路302，一個控制電路304, —個差分放大器306, —個單觸發(fā)器312, —個鎖存器314, —個反相器316, —個濾波器309 (由一個電容器308和一個電阻310構成)。
[0040]輸出電路302由一個開關334，一個肖特基二極管336，一個電感器338，一個電流感應電阻340, —個電容器342和一個電壓分壓器345 (電阻344和346構成)構成。在電路302中，開關334用來從電壓源(電壓輸入記為VIN)到負載(電壓輸出記為Vqut)的電流。開關334可以是任何開關器件，例如，場效應晶體管(FET)可用來控制電壓源的電流。當開關334是打開的，二極管336可提供電流通道使電感338在開關334閉合期間存儲的能量放電。雖然在圖中顯示肖特基二極管來提供電流通道，但是，其他二極管或其他器件可以用來取代肖特基二極管提供電流通道，例如開關或三極管。電感器338用來轉換來自電壓源的脈沖電流為連續(xù)電流給負載。電流感應電阻340可提供一種途徑，測量電感器338流出的電流來控制開關334打開和閉合的時間。電容器342使Vott端提供的輸出電壓變的平滑。分壓器345給輸出電壓反饋環(huán)路提供一個測量點。
[0041]在操作期間，當開關334是第一次CLOSED時，電流從VIN端通過開關334，電感器338和電流感應電阻器340到Vqut端的電容器342，分壓器345和負載，一個開關周期開始。自開關334最初為CLOSED的時間，流過開關334，電感器338和電流感應電阻器340的電流逐漸增加，并將能量存儲在電感器338。電流通過測量電流感應電阻器340兩端的電壓進行監(jiān)測。在同一時間，電荷也存儲在電容器342,并且在Vmjt端提供一個輸出電壓。此輸出電壓通過測量電壓分壓器345的電壓進行監(jiān)測。由于在開關334閉合時二極管336是反向偏置的，在那個時候，沒有電流流過二極管336。
[0042]當流過電阻器340的電流達到一定水平或電壓分壓器345的電壓達到一定的水平時，如下面進一步描述的，開關334將成為OPENED。當發(fā)生這種情況時，電流停止在VIN端從電壓源流出，而存儲在電感338中的能量引起電流流過二極管336、電感器338和電流感應電阻器340到電容器342、分壓器345和負載。當開關為OPENED時存儲在電感器338的能量排出，電感器338流出的電流逐漸減小，因此，電阻器340兩端的電壓下降。同樣地，伴隨電感器338的電流下降，在負載上的電壓使電流輸出電容器342，分壓器345測得的電壓也下降。流過電感器電流的減少和在Vqut端電壓的減少使得開關334重新為CLOSED，這樣開關周期可以重復。
[0043]開關334的打開和關閉由鎖存器314和反相器316控制。當鎖存器314的置位輸入端(S )接收到高邏輯電平，鎖存器的輸出(Q)變?yōu)楦唠娖健４溯敵霰３指唠娖?，直到鎖存器314的復位輸入端(R)接收到高邏輯電平。反相器316反轉鎖存器314的HIGH或LOW輸出，在這種情況是，當鎖存器輸出為HIGH驅動開關334為CLOSED，當鎖存器輸出為LOW驅動開關 334 為 OPENED。
[0044]鎖存器314的置位輸入端由單觸發(fā)器312驅動，而單觸發(fā)器由圖1中定時控制電路100的相位信號來驅動。單觸發(fā)器312通過以下方式來工作，在輸出相位信號的每個上升沿時變?yōu)镠IGH，保持一段預定的時間，并產(chǎn)生一個輸出脈沖。因為定時控制電路100的HIGH相位信號可能長于所需的開關334為CLOSED的最大時間周期，單觸發(fā)器312用于提供一個短脈沖來置位鎖存器314。
[0045]鎖存器314的復位輸入端由控制電路304驅動?？刂齐娐?04響應于分壓器345的電壓，斜坡補償電路200的斜坡補償信號，流過電流感應電阻的電流，來復位鎖存器314(開關334變?yōu)镺PENED的致因)。
[0046]如圖所示，控制電路304包括一個電流感應比較器332，電阻器322和330，一個運算放大器326，一個N溝道場效應晶體管328，一個分壓器319(由電阻318和320構成)。在操作過程中，運算放大器326檢測分壓器319的電壓。此電壓由從差分放大器306到過濾器309和分壓器319的電流來確定，并且正比于分壓器345的電壓和參考電壓(Vkef2)(連接到差分放大器306的正相輸入端)的差值。
[0047]運算放大器326驅動FET328，使得電阻330兩端的電壓匹配分壓器319的電壓。由于FET328由運算放大器326驅動，電流同樣由圖2的斜坡補償電路200提供，并流過電阻器322。然而，圖2的斜坡補償電路200不產(chǎn)生電流，所有通過電阻器322的電流由FET328產(chǎn)生。
[0048]從FET328汲取的電流通過電阻器322，電阻322產(chǎn)生電壓降。同樣地，當電流通過電阻器340，電阻340產(chǎn)生電壓降。比較器332比較前述得到的電壓，當比較器兩輸入端的電壓差值為正時，驅動鎖存器314的復位輸入端為HIGH。在這種方式中，在開關3340PENED時，控制電路304控制流經(jīng)電感器338的電流的量和Vtot端提供的電壓的量。
[0049]圖4示出一個采用本發(fā)明的定時和斜坡補償功能的具有多個穩(wěn)壓輸出的開關穩(wěn)壓器電路400。如圖所示，電路400包含一個與圖1的電路100幾乎相同的單一的定時控制電路408，3個與圖2電路200幾乎相同的斜坡補償電路410、414和418，3個與圖3電路300幾乎相同的輸出級412、416和420。這是優(yōu)選的開關穩(wěn)壓器的應用，它具有多個輸出級，并按照本發(fā)明在電流模式反饋環(huán)路中，為每個輸出級提供一個單獨的斜坡補償電路，以防止電流跳閘水平(即，當輸出級開關變?yōu)镺PENED的電流水平)的次諧波的變化。
[0050]時鐘輸入端114提供時鐘輸入信號F。給定時控制電路408的T觸發(fā)器102。然后，定時控制電路408提供了一個減半的時鐘信號Fe/2給斜坡補償電路410、414和418的計數(shù)器208的輸入端。定時控制電路408還提供相位信號PHl和PH3給斜坡補償電路410，相位信號PH3和PH5給斜坡補償電路414，相位信號PH5和PHl給斜坡補償電路418，這樣相位信號對中的第一和第二的相位信號分別被連接到邏輯器件410、414和418非反相和反相輸入端。定時控制電路408還提供相位信號PH1、PH3、PH5到輸出級412、416、420的單觸發(fā)器的輸入端。斜坡補償電路410、414、418提供斜坡補償電流從電壓控制電流源206到輸出級412、416、420的FET328的漏極。最后，每個輸出級412、416、420的電壓輸入端(VIN)連接到一個未確定的電壓端318,每個輸出級412、416、420的電壓輸出端(Votjt)提供穩(wěn)定的輸出給端口 402、404、406。
[0051]在操作過程中，相位信號PH1、PH3、PH5提供給輸出級412、416、420，使得這些輸出級中的開關334相隔120度為CLOSED。更具體地說，輸出級412的開關334在相位信號PHl上升沿到來時為CLOSED，輸出級416的開關334在相位信號PH3上升沿到來時為CLOSED，輸出級420的開關334在相位信號PH5上升沿到來時為CLOSED。在這種方式中，保持每個輸出級開關的閉合時間盡可能遠離，以盡量減少輸出級輸入和輸出引起的紋波電流。
[0052]斜坡補償電路410、414、418提供信號Fc/2和相位信號PH1、PH3、PH5，這樣每個電路可以生成一個斜坡補償電流給輸出級412、416、420。通過給斜坡補償電路提供特定的上面列出的相位信號對，生成的斜坡補償信號與在輸出級412、416、420的開關334的閉合保持同相。
[0053]雖然圖4顯示出了具有一個定時控制電路408，三個斜率補償電路410、414、418，三個輸出級412、416、420的電路400，但是，根據(jù)本發(fā)明，其他數(shù)量和類型的時序控制電路，斜率補償電路和輸出級可以用在開關穩(wěn)壓器電路中。此外，雖然特定的相位信號連接顯示于圖4，但是，根據(jù)本發(fā)明，其他的相位信號連接可以用來實現(xiàn)在開關穩(wěn)壓器電路的其他時序安排。
[0054]圖5中的時序圖500顯示出了典型的可能會產(chǎn)生在根據(jù)本發(fā)明的圖1至5的電路100、200、300、400信號波形。正如可以看到的，一個主時鐘信號Fc501 (其占空比不一定是50%)被分為兩半以產(chǎn)生減半的時鐘信號Fe/2502 (其占空比是50%)。每個相位信號PH1504, PH2506, PH3508, PH4510, PH5512, PH6514 在連續(xù)減半的時鐘信號 Fc/2502 的上升沿到來時變?yōu)镠IGH，并且保持3個信號Fe/2502周期的高電平。正交相位信號(或90度相位信號)516落后相位信號PH2506 —個信號Fc/2502周期的一半,且由PH2產(chǎn)生。如圖所不，復位信號518由邏輯器件210使用相位信號PHl和PH3產(chǎn)生。如圖所示，復位信號518在開始的兩個信號Fe/2502的周期變?yōu)镠IGH，而在下來的四個信號Fe/2502的周期變?yōu)長OW。在開始兩個周期內(nèi)，電路200的計數(shù)器208和積分器204復位，并在接下來的四個周期內(nèi)，計數(shù)器208遞增，其計數(shù)值以信號LSB520和信號MSB522形式在圖中示出。積分器204集成由DAC202產(chǎn)生的電流，如圖中示出，積分器電流信號(Iint) 524和電容器電壓信號(VC)526。
[0055]在本領域的技術人員將會理解，本發(fā)明的原則可被是實施在所描述的實例以外，該實例是為了說明目的而提出的，而不是限制性的，并且本發(fā)明僅由下面的權利要求的限制。
【權利要求】
1.一種在開關穩(wěn)壓器中控制時序和斜坡補償?shù)碾娐?，其特征?一種控制電路，其控制開關穩(wěn)壓器多級輸出的開環(huán)切換定時并產(chǎn)生至少一個斜坡補償波形，該控制電路包括:一個定時電路，耦合到輸出級，從一個時鐘信號生成多位相位信號，其中每一個相位信號控制不同輸出級的開關切換定時；一個斜坡補償波形的生成電路，其接收至少兩個來自定時電路的相位信號，并在至少一個輸出級產(chǎn)生一個斜坡補償波形。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種在開關穩(wěn)壓器中控制時序和斜坡補償?shù)碾娐?，其特征?定時電路包括:多個D觸發(fā)器；一個分頻器，實質為T觸發(fā)器，通過分割一個高頻時鐘信號產(chǎn)生所需的時鐘信號；一個正交相位輸出電路，在一個相位信號的第一信號上升到第一相鄰信號和另一個相位信號的第二信號上升到第二相鄰信號之間的一個時間，此時產(chǎn)生一個包含上升沿的正交相位輸出信號，該正交相位輸出電路包括:一個D觸發(fā)器，從一個相位信號的第一相鄰接收一個輸入相位信號，并且提供正交相位輸出信號；一個反相器，使時鐘信號反相并且提供反相的時鐘信號給D觸發(fā)器。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種在開關穩(wěn)壓器中控制時序和斜坡補償?shù)碾娐?，其特征?斜坡補償波形產(chǎn)生電路包括:譯碼電路，接收時鐘信號和至少兩個相位信號，并提供多個計數(shù)位輸出和復位信號；一個數(shù)模轉換器，對應于由譯碼電路產(chǎn)生的計數(shù)位輸出，產(chǎn)生模擬信號輸出；一個反相器，使數(shù)模轉換器產(chǎn)生的輸出信號反相來產(chǎn)生斜坡補償波形，且反相器由復位信號復位；一個電壓控制電流源，響應于斜坡補償信號來產(chǎn)生一個斜坡補償電流。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種在開關穩(wěn)壓器中控制時序和斜坡補償?shù)碾娐?，其特征?其中的斜坡補償波形產(chǎn)生電路包括:譯碼電路包括:一個計數(shù)器，對時鐘信號進行計數(shù)來產(chǎn)生計數(shù)位輸出，且計數(shù)器有復位信號進行復位；一個邏輯器件，邏輯連接相位輸出信號來產(chǎn)生復位信號，且該邏輯器件是帶有反相輸入的與門；模數(shù)轉換器包括:多個電流源，響應譯碼電路計數(shù)位輸出來提供電流流入；多個開關，響應于計數(shù)位輸出，當多個電流源響應譯碼電路計數(shù)位輸出以提供電流流入時，進行控制；反相器包括:一個電容，響應于數(shù)模轉換器的輸出信號來存儲電荷；一個放大器，響應于電容存儲的電荷來產(chǎn)生斜坡補償波形；一個開關，響應于復位信號來使電容放電。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種在開關穩(wěn)壓器中控制時序和斜坡補償?shù)碾娐?，其特征?控制開關切換定時和多個開關穩(wěn)壓器斜坡補償波形的方法包括:接收時鐘源的輸入時鐘信號；提供多個相位信號輸出，并且每個相位信號用來控制不同的開關穩(wěn)壓器多個輸出級的開關切換；使用至少兩個輸出相位信號，產(chǎn)生相關的斜坡補償波形給至少一個開關穩(wěn)壓器的輸出級；使用分頻器降低主時鐘信號從而提供輸入時鐘信號；在一個相位信號的第一信號上升到第一相鄰信號和另一個相位信號的第二信號上升到第二相鄰信號之間的一個時間，此時產(chǎn)生一個包含上升沿的正交相位輸出信號。
6.根據(jù)權利要求5所述的一種在開關穩(wěn)壓器中控制時序和斜坡補償?shù)碾娐?，其特征?其中的提供正交相位輸出信號的方法包括:接收從第一相鄰輸出相位信號的輸入相位信號；反轉輸入時鐘信號來提供反相的時鐘輸入信號；產(chǎn)生正交相位輸出信號以使得在每個反相時鐘信號的上升沿正交相位信號匹配輸入相位信號。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種在開關穩(wěn)壓器中控制時序和斜坡補償?shù)碾娐罚涮卣魇?為開關穩(wěn)壓器輸出級產(chǎn)生斜坡補償信號的方法包括:接收輸入時鐘信號和多個相位輸入信號；提供計數(shù)位輸出和復位信號；產(chǎn)生輸出信號以響應計數(shù)位輸出；集成輸出信號以產(chǎn)生斜坡補償信號；復位輸出信號以響應復位信號。
8.根據(jù)權利要求7所述的一種在開關穩(wěn)壓器中控制時序和斜坡補償?shù)碾娐?，其特征?其中的為開關穩(wěn)壓器輸出級產(chǎn)生斜坡補償信號的方法包括:提供的計數(shù)位輸出和復位信號包括:對輸入時鐘信號計數(shù)以提供計數(shù)位輸出；復位計數(shù)位輸出以響應復位信號；邏輯連接多個相位輸入信號以產(chǎn)生復位信號；產(chǎn)生輸出信號以響應計數(shù)位輸出還包括:產(chǎn)生一個電流以響應計數(shù)位輸出；使用開關響應于計數(shù)位輸出來控制電流的開斷；集成輸出信號來產(chǎn)生斜坡補償信號并復位輸出信號以響應復位信號包括:存儲電荷以響應輸出信號；產(chǎn)生斜坡補償信號以響應存儲的電荷；排出存儲的電荷以響應復位信號；提供斜坡補償電流以響應斜坡補償信號。
9.根據(jù)權利要求8所述的一種在開關穩(wěn)壓器中控制時序和斜坡補償?shù)碾娐?，其特征?其中的邏輯連接方法包括:反轉多個相位輸入信號之一以產(chǎn)生一個反相信號；對反相信號和多個相 位輸入信號進行與邏輯運算。
【文檔編號】G05F1/46GK103645763SQ201310611287
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年11月26日 優(yōu)先權日:2013年11月26日
【發(fā)明者】不公告發(fā)明人 申請人:蘇州貝克微電子有限公司