改善負載暫態(tài)的固定工作時間模式電源供應器及其方法
【專利摘要】一種改善負載暫態(tài)的固定工作時間模式電源供應器及其方法，該固定工作時間模式電源供應器包括：回授電路，檢測固定工作時間模式電源供應器的輸出電壓產(chǎn)生回授信號；補償器，根據(jù)回授信號與一參考電壓的差值產(chǎn)生誤差信號；鋸齒波產(chǎn)生器，提供鋸齒波信號；比較器，比較誤差信號及鋸齒波信號產(chǎn)生比較信號；工作時間產(chǎn)生器，根據(jù)比較信號觸發(fā)具有第一脈寬的第一調(diào)節(jié)信號供調(diào)節(jié)輸出電壓；負載暫態(tài)改善電路，根據(jù)鋸齒波信號及誤差信號其中至少一個及比較信號判斷負載狀態(tài)，在負載變化使輸出電壓下降期間產(chǎn)生具第二脈寬的第二調(diào)節(jié)信號供調(diào)節(jié)輸出電壓。在負載變化使輸出電壓下降時，增加提供至輸出端的能量以防止輸出電壓過低，并縮短輸出電壓的趨穩(wěn)時間。
【專利說明】改善負載暫態(tài)的固定工作時間模式電源供應器及其方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明是有關(guān)一種固定工作時間模式電源供應器，特別是關(guān)于一種改善負載暫態(tài)的固定工作時間模式電源供應器及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)行的固定工作時間(Constant On Time;COT)模式電源供應器有非常多種形式，圖1顯示其中一種較常見的COT電源供應器，其中回授電路18檢測COT電源供應器的輸出電壓Vo產(chǎn)生回授信號Vfb，補償器12根據(jù)回授信號Vfb與參考電壓Vrefl的差值產(chǎn)生誤差信號Vcomp，圖1的補償器12使用轉(zhuǎn)導放大器，在其他應用中，也可以使用運算放大器，串聯(lián)的電阻Re及電容Ce作為補償器元件連接在補償器12的輸出端，鋸齒波產(chǎn)生器10提供鋸齒波信號Vramp，鋸齒波產(chǎn)生器10除了可以根據(jù)輸入電壓Vin或輸出電壓No決定鋸齒波信號Vramp之外，也可以根據(jù)開關(guān)Ml的導通(on)或關(guān)閉(off)而產(chǎn)生如電感電流IL的鋸齒波信號Vramp,比較器14比較誤差信號Vcomp及鋸齒波信號Vramp產(chǎn)生比較信號Scmpl,工作時間產(chǎn)生器(on time generator) 16根據(jù)比較信號Scmpl觸發(fā)具有固定脈寬Tonl的調(diào)節(jié)信號Scotl，工作時間產(chǎn)生器16的設計方式有很多種，其中最常見的方式就是擷取輸入電壓Vin及輸出電壓Vo來決定調(diào)節(jié)信號Scotl的脈寬Tonl,以達成固定頻率(ConstantFrequency;CF)或固定電流鏈波(Constant Current Ripple;CCR)的COT架構(gòu)，閘極驅(qū)動器20根據(jù)調(diào)節(jié)信號Scotl控制開關(guān)Ml及M2以調(diào)節(jié)輸出電壓Vo。
[0003]圖1的COT電源供應器是將誤差信號Vcomp及鋸齒波信號Vramp相切，進而產(chǎn)生比較信號Scmpl觸發(fā)調(diào)節(jié)信號Scotl，其中鋸齒波信號Vramp除了可以增加COT電源供應器的抗雜訊(noise immunity)能力之外,還能夠降低誤差信號Vcomp出現(xiàn)抖動(jitter)的情況。然而，圖1的COT電源供應器有補償器12，在不同的補償器設計下會直接影響COT電源供應器的暫態(tài)響應，例如當補償器12的直流增益比較低時，暫態(tài)響應較慢，在負載Ro由輕載變成重載時，輸出電壓Vo可能出現(xiàn)過低(undershoot)情況,造成無法符合電器規(guī)范的需求。為了避免輸出電壓Vo出現(xiàn)過低情況，傳統(tǒng)的方法是增加輸出端上的電容Co的電容值，但此方法將使成本上升。
[0004]因此，一種不論補償器設計的優(yōu)劣皆能防止輸出電壓過低且能降低成本的固定工作時間模式電源供應器，乃為所冀。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的之一，在于提出一種改善負載暫態(tài)的固定工作時間模式電源供應器及其方法。
[0006]本發(fā)明的目的之一，在于提出一種防止輸出電壓過低且能降低成本的固定工作時間模式電源供應器及其方法。
[0007]本發(fā)明的目的之一,在于提出一種縮短輸出電壓的趨穩(wěn)時間的固定工作時間模式電源供應器及其方法。[0008]根據(jù)本發(fā)明，一種固定工作時間模式電源供應器包括回授電路檢測該固定工作時間模式電源供應器的輸出電壓產(chǎn)生回授信號，補償器根據(jù)該回授信號與一參考電壓的差值產(chǎn)生誤差信號，鋸齒波產(chǎn)生器提供鋸齒波信號，比較器比較該誤差信號及該鋸齒波信號產(chǎn)生比較信號，以及工作時間產(chǎn)生器根據(jù)該比較信號觸發(fā)具有第一脈寬的第一調(diào)節(jié)信號供調(diào)節(jié)該輸出電壓。該固定工作時間模式電源供應器根據(jù)該鋸齒波信號及該誤差信號其中至少一個以及該比較信號判斷負載狀態(tài)，在負載變化使該輸出電壓下降期間，該固定工作時間模式電源供應器產(chǎn)生具有第二脈寬的第二調(diào)節(jié)信號或者增加該第一調(diào)節(jié)信號的第一脈寬以增加提供至該固定工作時間模式電源供應器的輸出端的能量，進而防止該輸出電壓過低，同時縮短該輸出電壓的趨穩(wěn)時間。與現(xiàn)有增加輸出電容的固定工作時間模式電源供應器相比，本發(fā)明的固定工作時間電源供應器的成本較低。
[0009]根據(jù)本發(fā)明，一種固定工作時間模式電源供應器的負載暫態(tài)改善方法包括檢測該固定工作時間模式電源供應器的輸出電壓產(chǎn)生回授信號，根據(jù)參考電壓及該回授信號的差值產(chǎn)生誤差信號，比較該誤差信號及一鋸齒波信號產(chǎn)生比較信號，根據(jù)該比較信號觸發(fā)具有第一脈寬的第一調(diào)節(jié)信號供調(diào)節(jié)該輸出電壓，以及根據(jù)該鋸齒波信號及該誤差信號其中至少一個以及該比較信號判斷負載狀態(tài)。在負載變化使該輸出電壓下降期間，藉由產(chǎn)生具有第二脈寬的第二調(diào)節(jié)信號或者增加該第一調(diào)節(jié)信號的第一脈寬以增加提供至該固定工作時間模式電源供應器的輸出端的能量，進而防止該輸出電壓過低，同時縮短該輸出電壓的趨穩(wěn)時間。
[0010]本發(fā)明的固定工作時間電源供應器不但可以防止輸出電壓過低以及縮短輸出電壓的趨穩(wěn)時間，而且相對于現(xiàn)有增加輸出電容Co的方法，本發(fā)明的固定工作時間電源供應器的成本也比較低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1顯示現(xiàn)有的固定工作時間電源供應器；
[0012]圖2顯示本發(fā)明固定工作時間電源供應器的第一實施例；
[0013]圖3顯示圖2中負載暫態(tài)改善電路的第一實施例；
[0014]圖4顯示圖3中信號的時序圖；
[0015]圖5顯示用以達成固定頻率的工作時間產(chǎn)生器及快速響應電路的實施例；
[0016]圖6顯示用以達成固定頻率的快速響應電路的第二實施例；
[0017]圖7顯示用以達成固定電流漣波的工作時間產(chǎn)生器及快速響應電路的實施例；
[0018]圖8顯示用以達成固定電流漣波的快速響應電路的第二實施例；
[0019]圖9顯示本發(fā)明固定工作時間電源供應器的第二實施例；
[0020]圖10顯示圖9中負載暫態(tài)改善電路的實施例；
[0021]圖11顯示本發(fā)明固定工作時間電源供應器的第三實施例；
[0022]圖12顯不圖11中工作時間產(chǎn)生器的第一實施例；
[0023]圖13顯示圖12中時間控制器在固定頻率模式的實施例；
[0024]圖14顯示圖12中時間控制器在固定電流漣波模式的實施例；
[0025]圖15顯示本發(fā)明固定工作時間電源供應器的第四實施例；
[0026]圖16顯不圖15中工作時間產(chǎn)生器的實施例；[0027]圖17是根據(jù)本發(fā)明固定工作時間電源供應器的模擬圖；
[0028]圖18是現(xiàn)有固定工作時間電源供應器的模擬圖；以及
[0029]圖19顯示本發(fā)明及現(xiàn)有的固定工作時間電源供應器在負載暫態(tài)時的模擬圖。
[0030]附圖標號:
[0031]10鋸齒波產(chǎn)生器
[0032]12補償器
[0033]14比較器
[0034]16工作時間產(chǎn)生器
[0035]18回授電路
[0036]20閘極驅(qū)動器
[0037]22負載暫態(tài)改善電路
[0038]24取樣及維持電路
[0039]26負載檢測器
[0040]28快速響應電路
.[0041]30鋸齒波信號Vramp
[0042]32取樣信號 Vramp_sh
[0043]34誤差信號 Vcomp
[0044]36比較信號 Scmpl
[0045]38檢測信號 Scmp2
[0046]40電流轉(zhuǎn)換器
[0047]42比較器
[0048]44與門(and gate)
[0049]46電流轉(zhuǎn)換器
[0050]48比較器
[0051]50加法器
[0052]52加法器50的輸入端
[0053]54加法器50的輸入端
[0054]56時間控制器
[0055]60輸出電壓Vo
[0056]62輸出電壓Vo
【具體實施方式】
[0057]圖2顯示本發(fā)明固定工作時間電源供應器的第一實施例，其除了圖1的電路所示的元件之外，還包括負載暫態(tài)改善電路22，負載暫態(tài)改善電路22根據(jù)鋸齒波信號Vramp、誤差信號Vcomp及比較信號Scmpl判斷負載Ro的狀態(tài),并在負載Ro變化使輸出電壓Vo下降時，產(chǎn)生調(diào)節(jié)信號Scot2至工作時間產(chǎn)生器16，以使工作時間產(chǎn)生器16產(chǎn)生脈寬較大的調(diào)節(jié)信號Scotl，調(diào)節(jié)信號Scotl的脈寬增加表示開關(guān)Ml的導通(on)時間增加，輸入端Vin因而可以多輸出一些能量至輸出端Vo以防止輸出電壓Vo過低，同時也可以縮短從負載變化至輸出電壓Vo穩(wěn)定的趨穩(wěn)時間(settling time)。[0058]圖3顯示圖2中負載暫態(tài)改善電路22的第一實施例，其包括取樣及維持電路24、負載檢測器26及快速響應電路28。圖4顯示圖3中信號的時序圖，其中波形30為鋸齒波信號Vramp,波形32為取樣信號Vramp_sh,波形34為誤差信號Vcomp,波形36為比較信號Scmpl,波形38為檢測信號Scmp2。參照圖2、圖3及圖4,當誤差信號Vcomp等于鋸齒波信號Vramp時，比較器14產(chǎn)生比較信號Scmpl給取樣及維持電路24，如波形30、34及36以及時間tl所示，取樣及維持電路24根據(jù)比較信號Scmpl對鋸齒波信號Vramp取樣產(chǎn)生取樣信號Vramp_sh,如波形32所示，取樣信號Vramp_sh可以藉由小電容儲存并于下個周期送出給負載檢測器26，負載檢測器26藉由取樣信號Vramp_sh及誤差信號Vcomp判斷負載Ro的狀態(tài)。在正常操作下，誤差信號Vcomp小于或等于取樣信號Vramp_sh,負載檢測器26不會觸發(fā)檢測信號Scmp2。當負載Ro變化使輸出電壓Vo下降時，誤差信號Vcomp將大于取樣信號Vramp_sh，如時間t2所示，負載檢測器26因而送出檢測信號Scmp2，快速響應電路28根據(jù)檢測信號Scmp2產(chǎn)生調(diào)節(jié)信號Scot2。鋸齒波信號Vramp的動態(tài)谷值是由誤差信號Vcomp決定，因此不論是負載Ro變動或是輸入電壓Vin及輸出電壓No改變，負載暫態(tài)改善電路22皆可以防止輸出電壓Vo過低。
[0059]在圖2中，補償器12的反相輸入端及非反相輸入端也可以分別接收參考電壓Vrefl及回授信號Vfb，在這種狀況下，比較器14的反相輸入端及非反相輸入端將分別接收誤差信號Vcomp及鋸齒波信號Vramp,負載檢測器26則在誤差信號Vcomp小于取樣信號Vramp_sh時送出檢測信號Scmp2。
[0060]圖5顯示用以達成固定頻率(Constant Frequency ；CF)的工作時間產(chǎn)生器16及快速響應電路28的實施例。在快速響應電路28中，電流轉(zhuǎn)換器46根據(jù)電流Iinl=Vin/Rl提供與輸入電壓Vin相關(guān)的電流Iq對電容Cq充電，開關(guān)SWq與電容Cq并聯(lián)，比較器48比較輸出電壓Vo及電容Cq的電壓Vcq產(chǎn)生具有脈寬Ton2的調(diào)節(jié)信號Scot2。在工作時間產(chǎn)生器16中，電流轉(zhuǎn)換器40根據(jù)電流Iinl提供與輸入電壓Vin相關(guān)的電流Il對電容Cl充電，開關(guān)SWl與電容Cl并聯(lián)，比較器42比較輸出電壓No及電容Cl的電壓Vcl產(chǎn)生具有脈寬Tonl的調(diào)節(jié)信號Scot3，與門44根據(jù)調(diào)節(jié)信號Scot2及Scot3產(chǎn)生調(diào)節(jié)信號Scotl，其中脈寬Ton2大于脈寬Tonl。當比較器14送出比較信號Scmpl時，工作時間產(chǎn)生器16的開關(guān)SWl被導通(turn on)使電容Cl放電，電壓Vcl因而低于輸出電壓Vo而觸發(fā)調(diào)節(jié)信號Scot3，在開關(guān)SWl關(guān)閉(turn off)后，電流Il對電容Cl充電而使電壓Vcl上升，當電壓Vcl大于輸出電壓Vo時，結(jié)束調(diào)節(jié)信號Scot3。在非負載暫態(tài)的情況下，快速響應電路28中的開關(guān)SWq保持關(guān)閉狀態(tài)，電容Cq持續(xù)被充電使得電壓Vcq高于輸出電壓No，故此時工作時間產(chǎn)生器16產(chǎn)生脈寬等于Tonl的調(diào)節(jié)信號Scotl。當發(fā)生負載暫態(tài)使誤差信號Vcomp大于取樣信號Vramp_sh時,負載檢測器26提供檢測信號Scmp2導通快速響應電路28中的開關(guān)SWq以使電容Cq放電，電壓Vcq因而低于輸出電壓Vo以觸發(fā)調(diào)節(jié)信號Scot2，在開關(guān)SWq關(guān)閉(turn off)后，電流Iq對電容Cq充電，當電壓Vcq大于輸出電壓Vo時，結(jié)束調(diào)節(jié)信號Scot2，因此工作時間產(chǎn)生器16產(chǎn)生脈寬Ton2的調(diào)節(jié)信號Scotl，以使開關(guān)Ml導通較長時間，進而防止輸出電壓Vo過低。
[0061]圖6顯示用以達成CF的快速響應電路28的第二實施例，其與圖5的電路同樣包括電流轉(zhuǎn)換器46、開關(guān)SWq、電容Cq及比較器48，但是開關(guān)SWq是受控于比較信號ScmpI，此外，圖6的快速響應電路28還包括加法器50、電壓源Vrefq及開關(guān)SW2，加法器50結(jié)合其輸入端52及54上的電壓產(chǎn)生總和電壓Vsum至比較器48的非反相輸入端，加法器50的輸入端52接收輸出電壓No，電壓源Vrefq連接在加法器50的輸入端54及接地端之間，開關(guān)SW2與電壓源Vrefq并聯(lián)，而且受控于檢測信號Scmp2。在非負載暫態(tài)期間，開關(guān)SW2導通使加法器50的輸入端54連接至接地端，故總和電壓Vsum=Vo,當比較器14送出比較信號Scmpl時,開關(guān)SWq被導通使電容Cq放電，電壓Vcq因而低于總和電壓Vsum而觸發(fā)調(diào)節(jié)信號Scot2,在開關(guān)SWq關(guān)閉(turn off)后，電流Iq對電容Cq充電而使電壓Vcq上升，當電壓Vcq大于總和電壓Vsum時,結(jié)束調(diào)節(jié)信號Scot2,藉由設定電流Iq及電容Cq其中至少一個，使得此時的調(diào)節(jié)信號Scot2的脈寬Ton2小于或等于Toni。當發(fā)生負載暫態(tài)使誤差信號Vcomp大于取樣信號Vramp_sh時,開關(guān)SW2被檢測信號Scmpl關(guān)閉(turn off),此時總和電壓Vsum=Vo+Vrefq，因此調(diào)節(jié)信號Scot2的脈寬Ton2增加并且大于Toni。
[0062]圖7顯示用以達成固定電流鏈波(Constant Current Ripple ;CCR)的工作時間產(chǎn)生器16及快速響應電路28的實施例。圖7的工作時間產(chǎn)生器16與圖5的電路同樣包括電流轉(zhuǎn)換器40、開關(guān)SWl、電容Cl、比較器42跟與門44，但是電流轉(zhuǎn)換器40是根據(jù)電流Iin2= (Vin-Vo)/Rl提供與輸入電壓Vin及輸出電壓Vo之間的差值相關(guān)的電流II，比較器42是比較參考電壓Vref2及電容Cl的電壓Vcl產(chǎn)生調(diào)節(jié)信號Scot3。圖7的快速響應電路28與圖5的電路同樣包括電流轉(zhuǎn)換器46、開關(guān)SWq、電容Cq及比較器48，但是電流轉(zhuǎn)換器46是根據(jù)電流Iin2提供與輸入電壓Vin及輸出電壓No之間的差值相關(guān)的電流Iq，比較器48是比較參考電壓Vrefq及電容Cq的電壓Vcq產(chǎn)生調(diào)節(jié)信號Scot2。調(diào)節(jié)信號Scot2的脈寬Ton2大于調(diào)節(jié)信號Scot3的脈寬Toni。
[0063]圖8顯示用以達成CCR的快速響應電路28的第二實施例，其與圖7的電路同樣包括電流轉(zhuǎn)換器46、開關(guān)SWq、電容Cq及比較器48,但是開關(guān)SWq是受控于比較信號ScmpI,此外圖8的快速響應電路28還包括電壓源Vrefql、電壓源Vrefq2及開關(guān)SW2，電壓源Vrefql及Vrefq2串聯(lián)在比較器48的非反相輸入端及接地端之間，開關(guān)SW2與電壓源Vrefq2并聯(lián)。在非負載暫態(tài)期間，開關(guān)SW2導通，比較器48的非反相輸入端的電壓Vrefq=Vrefql,當比較器14送出比較信號Scmpl時,開關(guān)SWq被導通使電容Cq放電，電壓Vcq因而低于電壓Vrefq而觸發(fā)調(diào)節(jié)信號Scot2，在開關(guān)SWq關(guān)閉(turn off)后，電流Iq對電容Cq充電而使電壓Vcq上升，當電壓Vcq大于電壓Vrefq時,結(jié)束調(diào)節(jié)信號Scot2,藉由設定電流Iq、電容Cq及電壓源Vrefql其中至少一個，使得此時的調(diào)節(jié)信號Scot2的脈寬Ton2小于或等于Toni。當發(fā)生負載暫態(tài)使誤差信號Vcomp大于取樣信號Vramp_sh時,開關(guān)SW2被檢測信號Scmp2關(guān)閉(trun off),此時比較器48的非反相輸入端的電壓Vrefq=Vrefql+Vrefq2,因此調(diào)節(jié)信號Scot2的脈寬Ton2增加并且大于Toni。
[0064]圖9顯示本發(fā)明固定工作時間電源供應器的第二實施例，其與圖2的電路具有相同的元件，但是負載暫態(tài)改善電路22是根據(jù)誤差信號Vcomp及比較信號Scmpl產(chǎn)生調(diào)節(jié)信號Scot2。圖10顯示圖9中負載暫態(tài)改善電路22的實施例，其與圖3的電路同樣具有取樣及維持電路24、負載檢測器26及快速響應電路28，但是取樣及維持電路24是根據(jù)比較信號Scmpl對誤差信號Vcomp取樣產(chǎn)生取樣信號Vc0mp_sh，而且負載檢測器26是根據(jù)取樣信號Vc0mp_sh及誤差信號Vcomp產(chǎn)生檢測信號Scmp2。當負載Ro變化使誤差信號Vcomp大于取樣信號Vc0mp_sh時，負載檢測器26產(chǎn)生檢測信號使快速響應電路28產(chǎn)生調(diào)節(jié)信號Scot2，進而讓開關(guān)Ml導通較長的時間以防止輸出電壓Vo過低，以及縮短輸出電壓Vo的趨穩(wěn)時間。圖10的快速響應電路28的架構(gòu)可以參考圖5至圖8所示的實施例。
[0065]圖2及圖9中的負載暫態(tài)改善電路22也可以與工作時間產(chǎn)生器16結(jié)合。圖11顯示本發(fā)明固定工作時間電源供應器的第三實施例，其與圖1的電路具有相同的元件，但是工作時間產(chǎn)生器16除了根據(jù)比較信號Scmpl觸發(fā)調(diào)節(jié)信號Scotl之外，還根據(jù)鋸齒波信號Vramp、誤差信號Vcomp及比較信號Scmpl判斷負載Ro是否變化。當負載Ro變化使輸出電壓Vo下降時，圖11的工作時間產(chǎn)生器16將增加調(diào)節(jié)信號Scotl的脈寬Tonl，以防止輸出電壓Vo過低，同時也可以縮短輸出電壓No的趨穩(wěn)時間。
[0066]圖12顯不圖11中工作時間產(chǎn)生器16的實施例,其包括取樣及維持電路24、負載檢測器26及時間控制器56，圖12的取樣及維持電路24及負載檢測器26的操作與圖3的電路相同，時間控制器56根據(jù)比較信號Scmpl觸發(fā)調(diào)節(jié)信號Scotl，并且在負載Ro變化使輸出電壓Vo下降時，根據(jù)來自負載檢測器26的檢測信號Scmp2增加調(diào)節(jié)信號Scotl的脈寬 Tonl。
[0067]圖13顯示圖12中時間控制器56在CF模式的實施例，其中電流轉(zhuǎn)換器40根據(jù)電流Iinl提供與輸入電壓Vin相關(guān)的電流Il對電容Cl充電，開關(guān)SWl與電容Cl并聯(lián)，加法器50將其輸入端52及54的電壓結(jié)合產(chǎn)生總和電壓Vsum，加法器50的輸入端52接收輸出電壓Vo，電壓源Vref3連接在加法器50的輸入端54及接地端之間，開關(guān)SW2與電壓源Vref3并聯(lián)，比較器42比較總和電壓Vsum及電容Cl的電壓Vcl產(chǎn)生調(diào)節(jié)信號Scotl。在非負載暫態(tài)期間，開關(guān)SW2導通使加法器50的輸入端54連接至接地端，故總和電壓Vsum=Vo,當比較器14送出比較信號Scmpl時，開關(guān)SWl被導通使電容Cl放電，電壓Vcl因而低于總和電壓Vsum而觸發(fā)調(diào)節(jié)信號Scotl，在開關(guān)SWl關(guān)閉(turn off)后，電流Il對電容Cl充電而使電壓Vcl上升，當電壓Vcl大于總和電壓Vsum時，結(jié)束調(diào)節(jié)信號Scotl。當發(fā)生負載暫態(tài)使誤差信號Vcomp大于取樣信號Vramp_sh時，開關(guān)SW2被檢測信號Scmp2關(guān)閉，此時總和電壓，Vsum = Vo+Vref3,因此電容Cl的電壓Vcl需要較長的時間才能達到總和電壓Vsum，故調(diào)節(jié)信號Scotl的脈寬Tonl增加。在此實施例中，檢測信號Scmp2調(diào)整比較器42的非反相輸入端的電壓Vsum使脈寬Tonl增加,在其他實施例中,檢測信號Scmp2也可以調(diào)整電流I1、電容Cl及電壓Vsum其中至少一個來增加脈寬Tonl。
[0068]圖14顯示圖12中時間控制器56在CCR模式的實施例，其中電流轉(zhuǎn)換器40根據(jù)電流Iin2提供與輸入電壓Vin及輸出電壓No之間的差值相關(guān)的電流Il對電容Cl充電，開關(guān)SWl與電容Cl并聯(lián)，電壓源Vref 3及Vref4串聯(lián)在比較器42的非反相輸入端及接地端之間，開關(guān)SW2與電壓源Vref3并聯(lián)，電容Cl提供電壓Vcl至比較器42的反相輸入端，比較器42比較其兩輸入端的電壓產(chǎn)生調(diào)節(jié)信號Scotl。在非負載暫態(tài)期間，開關(guān)SW2導通，比較器42的非反相輸入端的電壓Vref2=Vref4，當比較器14送出比較信號Scmpl時，開關(guān)SWl被導通使電容Cl放電，電壓Vcl因而低于電壓Vref2而觸發(fā)調(diào)節(jié)信號Scotl，在開關(guān)SWl關(guān)閉(turn off)后，電流Il對電容Cl充電而使電壓Vcl上升，當電壓Vcl大于電壓Vref2時，結(jié)束調(diào)節(jié)信號Scotl。當發(fā)生負載暫態(tài)使誤差信號Vcomp大于取樣信號Vramp_sh時,開關(guān)SW2被檢測信號Scmp2關(guān)閉，此時比較器42的非反相輸入端的電壓Vref2=Vref3+Vref4，因此電容Cl的電壓Vcl需要較長的時間才能達到電壓Vref2，故調(diào)節(jié)信號Scotl的脈寬Tonl增加。在此實施例中，檢測信號Scmp2調(diào)整比較器42的非反相輸入端的電壓Vref2使脈寬Tonl增加，在其他實施例中，檢測信號Scmp2也可以調(diào)整電流I1、電容Cl及電壓Vref2其中至少一個來增加脈寬Toni。
[0069]圖15顯示本發(fā)明固定工作時間電源供應器的第四實施例，其與圖1的電路具有相同的元件，但是工作時間產(chǎn)生器16除了根據(jù)比較信號Scmpl觸發(fā)調(diào)節(jié)信號Scotl之外，還根據(jù)誤差信號Vcomp及比較信號Scmpl判斷負載Ro是否變化。當負載Ro變化使輸出電壓Vo下降時，圖15的工作時間產(chǎn)生器16將增加調(diào)節(jié)信號Scotl的脈寬Tonl，以防止輸出電壓Vo過低以及縮短輸出電壓Vo的趨穩(wěn)時間。
[0070]圖16顯不圖15中工作時間產(chǎn)生器16的實施例,其包括取樣及維持電路24、負載檢測器26及時間控制器56，其中時間控制器56根據(jù)比較信號Scmpl觸發(fā)調(diào)節(jié)信號Scotl，取樣及維持電路24根據(jù)比較信號Scmpl對誤差信號Vcomp取樣產(chǎn)生取樣信號Vc0mp_sh，負載檢測器26根據(jù)取樣信號Vcomp_sh及誤差信號Vcomp判斷負載Ro狀態(tài)，當發(fā)生負載暫態(tài)使誤差信號Vcomp大于取樣信號Vc0mp_sh時，負載檢測器26產(chǎn)生檢測信號Scmp2給時間控制器56以增加調(diào)節(jié)信號Scotl的脈寬Tonl。圖16的時間控制器56的架構(gòu)如圖13及圖14所示。
[0071]圖17是根據(jù)本發(fā)明固定工作時間電源供應器的模擬圖，圖18是現(xiàn)有固定工作時間電源供應器的模擬圖，圖17及圖18的模擬參數(shù)是相同的。參照圖17，本發(fā)明的固定工作時間電源供應器在負載暫態(tài)期間，可以增加調(diào)節(jié)信號Scotl的脈寬，因此輸出電壓Vo的最低點大約為1.035V。參照圖18，現(xiàn)有的固定工作時間電源供應器在負載暫態(tài)期間，調(diào)節(jié)信號Scotl的脈寬保持不變，使得輸出電壓Vo的最低點約為1.025V，故本發(fā)明確實可以防止輸出電壓Vo過低。
[0072]圖19顯示本發(fā)明及現(xiàn)有的固定工作時間電源供應器在負載暫態(tài)時的模擬圖，其中波形60為本發(fā)明固定工作時間電源供應器的輸出電壓Vo，波形62為現(xiàn)有固定工作時間電源供應器的輸出電壓No，從圖19可知，在相同模擬參數(shù)下，本發(fā)明不論是在輕載轉(zhuǎn)重載還是重載轉(zhuǎn)輕載都可以減少輸出電壓Vo的壓降(droop voltage),同時可以使輸出電壓Vo更快恢復穩(wěn)定。
[0073]本發(fā)明的固定工作時間電源供應器不但可以防止輸出電壓過低以及縮短輸出電壓的趨穩(wěn)時間，而且相對于現(xiàn)有增加輸出電容Co的方法，本發(fā)明的固定工作時間電源供應器的成本也比較低。
【權(quán)利要求】
1.一種改善負載暫態(tài)的固定工作時間模式電源供應器，其特征在于，所述的固定工作時間模式電源供應器包括: 回授電路，檢測所述固定工作時間模式電源供應器的輸出電壓產(chǎn)生回授信號； 補償器，連接所述回授電路，根據(jù)所述回授信號與一參考電壓的差值產(chǎn)生誤差信號； 鋸齒波產(chǎn)生器，提供鋸齒波信號； 比較器，連接所述補償器及所述鋸齒波產(chǎn)生器，比較所述誤差信號及所述鋸齒波信號產(chǎn)生比較信號； 工作時間產(chǎn)生器，連接所述比較器，根據(jù)所述比較信號觸發(fā)具有第一脈寬的第一調(diào)節(jié)信號供調(diào)節(jié)所述輸出電壓；以及 負載暫態(tài)改善電路，連接所述比較器，根據(jù)所述鋸齒波信號及所述誤差信號其中至少一個以及所述比較信號判斷負載狀態(tài)，并在負載變化使所述輸出電壓下降期間產(chǎn)生具有第二脈寬的第二調(diào)節(jié)信號供調(diào)節(jié)所述輸出電壓以防止所述輸出電壓過低。
2.如權(quán)利要求1所述的固定工作時間模式電源供應器，其特征在于，所述第二脈寬大于所述第一脈寬。
3.如權(quán)利要求1所述的固定工作時間模式電源供應器，其特征在于，所述負載暫態(tài)改善電路包括: 取樣及維持電路，連接所述鋸齒波產(chǎn)生器及所述比較器，根據(jù)所述比較信號對所述鋸齒波信號取樣產(chǎn)生取樣信號； 負載檢測器，連接所述取樣及維持電路及所述補償器，比較所述取樣信號及所述誤差信號以判斷負載狀態(tài)，并在所述誤差信號大于所述取樣信號時產(chǎn)生檢測信號；以及快速響應電路，連接所 述負載檢測器，根據(jù)所述檢測信號產(chǎn)生所述第二調(diào)節(jié)信號。
4.如權(quán)利要求1所述的固定工作時間模式電源供應器，其特征在于，所述負載暫態(tài)改善電路包括: 取樣及維持電路，連接所述補償器及所述比較器，根據(jù)所述比較信號對所述誤差信號取樣產(chǎn)生取樣信號； 負載檢測器，連接所述取樣及維持電路及所述補償器，比較所述取樣信號及所述誤差信號以判斷負載狀態(tài)，并在所述誤差信號大于所述取樣信號時產(chǎn)生檢測信號；以及快速響應電路，連接所述負載檢測器，根據(jù)所述檢測信號產(chǎn)生所述第二調(diào)節(jié)信號。
5.如權(quán)利要求3或4所述的固定工作時間模式電源供應器，其特征在于，所述快速響應電路包括: 電容； 開關(guān)，與所述電容并聯(lián)，根據(jù)所述檢測信號而導通使所述電容放電； 電流轉(zhuǎn)換器，連接所述電容，提供與所述固定工作時間模式電源供應器的輸入電壓相關(guān)的電流對所述電容充電；以及 第二比較器，連接所述電容，比較所述電容的電壓及所述輸出電壓產(chǎn)生所述第二調(diào)節(jié)信號。
6.如權(quán)利要求3或4所述的固定工作時間模式電源供應器，其特征在于，所述的快速響應電路包括: 電容；第一開關(guān)，與所述電容并聯(lián)，根據(jù)所述比較信號而導通使所述電容放電； 電流轉(zhuǎn)換器，連接所述電容，提供與所述固定工作時間模式電源供應器的輸入電壓相關(guān)的電流對所述電容充電； 加法器，結(jié)合其輸入端的電壓產(chǎn)生總和電壓，其中所述加法器的第一輸入端接收所述輸出電壓； 電壓源，連接在所述加法器的第二輸入端及接地端之間； 第二開關(guān)，與所述電壓源并聯(lián)，根據(jù)所述檢測信號而關(guān)閉；以及第二比較器，連接所述電容及所述加法器，比較所述電容的電壓及所述總和電壓產(chǎn)生所述第二調(diào)節(jié)信號。
7.如權(quán)利要求3或4所述的固定工作時間模式電源供應器，其特征在于，所述的快速響應電路包括: 電容； 開關(guān)，與所述電容并聯(lián)，根據(jù)所述檢測信號而導通使所述電容放電； 電流轉(zhuǎn)換器，連接所述電容，提供與所述固定工作時間模式電源供應器的輸入電壓及所述輸出電壓之間的差值相關(guān)的電流對所述電容充電；以及 第二比較器，連接所述電容，比較所述電容的電壓及一第二參考電壓產(chǎn)生所述第二調(diào)節(jié)信號。
8.如權(quán)利要求3或4所述的固定工作時間模式電源供應器，其特征在于，所述的快速響應電路包括: 電容； 第一開關(guān)，與所述電容并聯(lián)，根據(jù)所述比較信號而導通使所述電容放電； 電流轉(zhuǎn)換器，連接所述電容，提供與所述固定工作時間模式電源供應器的輸入電壓及所述輸出電壓之間的差值相關(guān)的電流對所述電容充電； 第二比較器，具有第一輸入端及第二輸入端，比較所述第一及第二輸入端的電壓產(chǎn)生所述第二調(diào)節(jié)信號，其中所述第一輸入端連接所述電容； 二電壓源，串聯(lián)在所述第二比較器的第二輸入端及一接地端之間；以及 第二開關(guān)，與所述二電壓源的其中之一并聯(lián)，根據(jù)所述檢測信號而關(guān)閉。
9.一種改善負載暫態(tài)的固定工作時間模式電源供應器，其特征在于，所述的固定工作時間模式電源供應器包括: 回授電路，檢測所述固定工作時間模式電源供應器的輸出電壓產(chǎn)生回授信號； 補償器，連接所述回授電路，根據(jù)參考電壓及所述回授信號的差值產(chǎn)生誤差信號； 鋸齒波產(chǎn)生器，提供鋸齒波信號； 比較器，連接所述補償器及所述鋸齒波產(chǎn)生器，比較所述誤差信號及所述鋸齒波信號產(chǎn)生比較信號；以及 工作時間產(chǎn)生器，連接所述比較器，根據(jù)所述比較信號觸發(fā)調(diào)節(jié)信號供調(diào)節(jié)所述輸出電壓，并且根據(jù)所述鋸齒波信號及所述誤差信號其中至少一個以及所述比較信號判斷負載狀態(tài)，在負載變化使所述輸出電壓下降期間調(diào)整所述調(diào)節(jié)信號的脈寬以防止所述輸出電壓過低。
10.如權(quán)利要求9所述的固定工作時間模式電源供應器，其特征在于，所述工作時間產(chǎn)生器包括: 取樣及維持電路，連接所述鋸齒波產(chǎn)生器及所述比較器，根據(jù)所述比較信號對所述鋸齒波信號取樣產(chǎn)生取樣信號； 負載檢測器，連接所述取樣及維持電路及所述補償器，比較所述取樣信號及所述誤差信號以判斷負載狀態(tài)，并在所述誤差信號大于所述取樣信號時產(chǎn)生檢測信號；以及 時間控制器，連接所述負載檢測器及所述比較器，根據(jù)所述比較信號觸發(fā)所述調(diào)節(jié)信號，以及根據(jù)所述檢測信號調(diào)整所述調(diào)節(jié)信號的脈寬。
11.如權(quán)利要求9所述的固定工作時間模式電源供應器，其特征在于，所述的工作時間產(chǎn)生器包括: 取樣及維持電路，連接所述補償器及所述比較器，根據(jù)所述比較信號對所述誤差信號取樣產(chǎn)生取樣信號； 負載檢測器，連接所述取樣及維持電路及所述補償器，比較所述取樣信號及所述誤差信號以判斷負載狀態(tài)，并在所述誤差信號大于所述取樣信號時產(chǎn)生檢測信號；以及 時間控制器，連接所述負載檢測器及所述比較器，根據(jù)所述比較信號觸發(fā)所述調(diào)節(jié)信號，以及根據(jù)所述檢測信號調(diào)整所述調(diào)節(jié)信號的脈寬。
12.如權(quán)利要求10或11所述的固定工作時間模式電源供應器，其特征在于，所述時間控制器包括: 電容； 第一開關(guān)，與所述電容并聯(lián)，根據(jù)所述比較信號而導通使所述電容放電； 電流轉(zhuǎn)換器，連接所述電容，提供與所述固定工作時間模式電源供應器的輸入電壓相關(guān)的電流對所述電容充電； 加法器，結(jié)合其輸入端的電壓產(chǎn)生總和電壓，其中所述加法器的第一輸入端接收所述輸出電壓； 電壓源，連接在所述加法器的第二輸入端及接地端之間； 第二開關(guān)，與所述電壓源并聯(lián)，根據(jù)所述檢測信號而關(guān)閉；以及 第二比較器，連接所述電容，比較所述電容的電壓及所述總和電壓產(chǎn)生所述調(diào)節(jié)信號。
13.如權(quán)利要求10或11所述的固定工作時間模式電源供應器，其特征在于，所述的時間控制器包括: 電容； 第一開關(guān)，與所述電容并聯(lián)，根據(jù)所述比較信號而導通使所述電容放電； 電流轉(zhuǎn)換器，連接所述電容，提供與所述固定工作時間模式電源供應器的輸入電壓及所述輸出電壓之間的差值相關(guān)的電流對所述電容充電； 第二比較器，具有第一輸入端及第二輸入端，比較所述第一及第二輸入端的電壓產(chǎn)生所述調(diào)節(jié)信號，其中所述第一輸入端連接所述電容； 二電壓源，串聯(lián)在所述第二比較器的第二輸入端及接地端之間；以及 第二開關(guān)，與所述二電壓源的其中之一并聯(lián)，根據(jù)所述檢測信號而關(guān)閉。
14.一種固定工作時間模式電源供應器的負載暫態(tài)改善方法，其特征在于，所述的負載暫態(tài)改善方法包括下列步驟: (A)檢測所述固定工作時間模式電源供應器的輸出電壓產(chǎn)生回授信號；(B)根據(jù)參考電壓及所述回授信號的差值產(chǎn)生誤差信號； (C)比較所述誤差信號及一鋸齒波信號產(chǎn)生比較信號； (D)根據(jù)所述比較信號觸發(fā)具有第一脈寬的第一調(diào)節(jié)信號供調(diào)節(jié)所述輸出電壓；以及 (E)根據(jù)所述鋸齒波信號及所述誤差信號其中至少一個以及所述比較信號判斷負載狀態(tài)，并在負載變化使所述輸出電壓下降期間產(chǎn)生具有第二脈寬的第二調(diào)節(jié)信號供調(diào)節(jié)所述輸出電壓以防止所述輸出電壓過低。
15.如權(quán)利要求14所述的負載暫態(tài)改善方法，其特征在于，所述第二脈寬大于所述第一脈寬。
16.如權(quán)利要求14所述的負載暫態(tài)改善方法，其特征在于，所述的步驟E包括: 根據(jù)所述比較信號對所述鋸齒波信號取樣產(chǎn)生取樣信號； 比較所述誤差信號及所述取樣信號以判斷負載狀態(tài)，并在所述誤差信號大于所述取樣信號時產(chǎn)生檢測信號；以及 根據(jù)所述檢測信號產(chǎn)生所述第二調(diào)節(jié)信號。
17.如權(quán)利要求14所述的負載暫態(tài)改善方法，其特征在于，所述的步驟E包括: 根據(jù)所述比較信號對所述誤差信號取樣產(chǎn)生取樣信號； 比較所述誤差信號及所述取樣信號以判斷負載狀態(tài)，并在所述誤差信號大于所述取樣信號時產(chǎn)生檢測信號；以及 根據(jù)所述檢測信號產(chǎn) 生所述第二調(diào)節(jié)信號。
18.如權(quán)利要求16或17所述的負載暫態(tài)改善方法，其特征在于，所述根據(jù)所述檢測信號產(chǎn)生所述第二調(diào)節(jié)信號的步驟包括: 根據(jù)所述檢測信號使電容放電； 提供與所述固定工作時間模式電源供應器的輸入電壓相關(guān)的電流對所述電容充電；以及 比較所述電容的電壓及所述輸出電壓產(chǎn)生所述第二調(diào)節(jié)信號。
19.如權(quán)利要求16或17所述的負載暫態(tài)改善方法，其特征在于，所述根據(jù)所述檢測信號產(chǎn)生所述第二調(diào)節(jié)信號的步驟包括: 根據(jù)所述比較信號使所述電容放電； 提供與所述固定工作時間模式電源供應器的輸入電壓相關(guān)的電流對所述電容充電；比較所述電容的電壓及所述輸出電壓產(chǎn)生所述第二調(diào)節(jié)信號；以及根據(jù)所述檢測信號調(diào)整所述電容、所述電流及所述輸出電壓其中至少一個以使所述第二調(diào)節(jié)信號具有所述第二脈寬。
20.如權(quán)利要求16或17所述的負載暫態(tài)改善方法，其特征在于，所述根據(jù)所述檢測信號產(chǎn)生所述第二調(diào)節(jié)信號的步驟包括: 根據(jù)所述檢測信號使電容放電； 提供與所述固定工作時間模式電源供應器的輸入電壓及所述輸出電壓之間的差值相關(guān)的電流對所述電容充電；以及 比較所述電容的電壓及一第二參考電壓產(chǎn)生所述第二調(diào)節(jié)信號。
21.如權(quán)利要求16或17所述的負載暫態(tài)改善方法，其特征在于，所述根據(jù)所述檢測信號產(chǎn)生所述第二調(diào)節(jié)信號的步驟包括:根據(jù)所述比較信號使電容放電； 提供與所述固定工作時間模式電源供應器的輸入電壓及所述輸出電壓之間的差值相關(guān)的電流對所述電容充電； 比較所述電容的電壓及一第二參考電壓產(chǎn)生所述第二調(diào)節(jié)信號；以及根據(jù)所述檢測信號調(diào)整所述電容、所述電流及所述第二參考電壓其中至少一個以使所述第二調(diào)節(jié)信號具有所述第二脈寬。
22.一種固定工作時間模式電源供應器的負載暫態(tài)改善方法，其特征在于，所述的負載暫態(tài)改善方法包括下列步驟: (A)檢測所述固定工作時間模式電源供應器的輸出電壓產(chǎn)生回授信號； (B)根據(jù)參考電壓及所述回授信號的差值產(chǎn)生誤差信號； (C)比較所述誤差信號及一鋸齒波信號產(chǎn)生比較信號； (D)根據(jù)所述比較信號觸發(fā)調(diào)節(jié)信號供調(diào)節(jié)所述輸出電壓；以及 (E)根據(jù)所述鋸齒波信號及所述誤差信號其中至少一個以及所述比較信號判斷負載狀態(tài)，并在負載變化使所述輸出電壓下降時調(diào)整所述調(diào)節(jié)信號的脈寬以防止所述輸出電壓過低。
23.如權(quán)利要求22所述的負載暫態(tài)改善方法，其特征在于，所述的步驟D包括: 根據(jù)所述比較信號使電容放電 ； 提供與所述固定工作時間模式電源供應器的輸入電壓相關(guān)的電流對所述電容充電；以及 比較所述電容的電壓及所述輸出電壓產(chǎn)生所述調(diào)節(jié)信號。
24.如權(quán)利要求23所述的負載暫態(tài)改善方法，其特征在于，所述的步驟E包括: 根據(jù)所述比較信號對所述鋸齒波信號取樣產(chǎn)生取樣信號； 比較所述誤差信號及所述取樣信號以判斷負載狀態(tài)，并在所述誤差信號大于所述取樣信號時產(chǎn)生檢測信號；以及 根據(jù)所述檢測信號調(diào)整所述電容、所述電流及所述輸出電壓其中至少一個以調(diào)整所述調(diào)節(jié)信號的脈寬。
25.如權(quán)利要求23所述的負載暫態(tài)改善方法，其特征在于，所述的步驟E包括: 根據(jù)所述比較信號對所述誤差信號取樣產(chǎn)生取樣信號； 比較所述誤差信號及所述取樣信號以判斷負載狀態(tài)，并在所述誤差信號大于所述取樣信號時產(chǎn)生檢測信號；以及 根據(jù)所述檢測信號調(diào)整所述電容、所述電流及所述輸出電壓其中至少一個以調(diào)整所述調(diào)節(jié)信號的脈寬。
26.如權(quán)利要求22所述的負載暫態(tài)改善方法，其特征在于，所述的步驟D包括: 根據(jù)所述比較信號使電容放電； 提供與所述固定工作時間模式電源供應器的輸入電壓及所述輸出電壓之間的差值相關(guān)的電流對所述電容充電；以及 比較所述電容的電壓及一第二參考電壓產(chǎn)生所述調(diào)節(jié)信號。
27.如權(quán)利要求26所述的負載暫態(tài)改善方法，其特征在于，所述的步驟E包括: 根據(jù)所述比較信號對所述鋸齒波信號取樣產(chǎn)生取樣信號；比較所述誤差信號及所述取樣信號以判斷負載狀態(tài)，并在所述誤差信號大于所述取樣信號時產(chǎn)生檢測信號；以及 根據(jù)所述檢測信號調(diào)整所述電容、所述電流及所述第二參考電壓其中至少一個以調(diào)整所述調(diào)節(jié)信號的脈寬。
28.如權(quán)利要求26所述的負載暫態(tài)改善方法，其特征在于，所述的步驟E包括: 根據(jù)所述比較信號對所述誤差信號取樣產(chǎn)生取樣信號； 比較所述誤差信號及所述取樣信號以判斷負載狀態(tài)，并在所述誤差信號大于所述取樣信號時產(chǎn)生檢測信號；以及 根據(jù)所述檢測信號調(diào)整所述電容、所述電流及所述第二參考電壓其中至少一個以調(diào)整所述調(diào)節(jié)信號的脈寬。·
【文檔編號】H02M3/10GK103427634SQ201210187809
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2012年6月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月24日
【發(fā)明者】陳文瑋 申請人:立锜科技股份有限公司