高精度快速瞬態(tài)響應(yīng)控制電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種電源電路，更具體的說(shuō)設(shè)及一種應(yīng)用于開(kāi)關(guān)型調(diào)節(jié)器的高精度快 速瞬態(tài)響應(yīng)控制電路，屬于集成電路的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 電源變換器被廣泛的用于各種電子設(shè)備中，它的作用就是將電源從一種形式變換 到另一種形式。電源變化器由功率級(jí)電路和控制環(huán)路組成?？刂骗h(huán)路是在輸入電壓和外接 負(fù)載變化時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)功率級(jí)電路中的開(kāi)關(guān)管和整流管的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，使電源變換器 的輸出電壓或者輸出電流保持穩(wěn)定。因此控制環(huán)路的設(shè)計(jì)對(duì)電源變換器來(lái)說(shuō)十分重要。采 用不同的檢測(cè)和控制方式，電源變換器的性能也有較大差異。 陽(yáng)00引電源變換器的控制方式包括PWM(脈沖寬度調(diào)制）和PFM(脈沖頻率調(diào)制）。PWM控制方式即開(kāi)關(guān)周期不變，通過(guò)調(diào)整開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間來(lái)調(diào)整輸出電壓。PFM控制方式即開(kāi) 關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間或者關(guān)斷時(shí)間恒定，通過(guò)調(diào)整開(kāi)關(guān)周期來(lái)調(diào)整輸出電壓。
[0004] 參考圖1，所示為采用現(xiàn)有技術(shù)的一種PWM控制模式的電源變換器。其中開(kāi)關(guān)管Ml,整流管Mz,電感L，電感電流檢測(cè)電阻Ri,輸出電容C。。,，負(fù)載17組成一降壓型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 輸出電壓反饋信號(hào)V?與基準(zhǔn)電壓VKWl經(jīng)過(guò)誤差放大器15得到相對(duì)穩(wěn)定的補(bǔ)償信號(hào)VCCMP; 通過(guò)電感電流檢測(cè)電阻化得到的電流信號(hào)通過(guò)電流放大器16放大得到信號(hào)Vi,Vi再與斜 坡補(bǔ)償信號(hào)疊加得到斜坡電壓信號(hào)V2,Vz與V0*通過(guò)PWM比較器13,RS觸發(fā)器12W 及驅(qū)動(dòng)電路11構(gòu)成雙環(huán)控制系統(tǒng)。下面結(jié)合圖2給出的工作波形來(lái)介紹該拓?fù)涞墓ぷ髟?理。 陽(yáng)0化]時(shí)刻ti至12區(qū)間內(nèi)，所述電源變換器穩(wěn)定工作，RS觸發(fā)器12接固定頻率的窄脈 沖信號(hào)Vpuis。，當(dāng)脈沖信號(hào)Vpuiw變?yōu)楦唠娖綍r(shí)RS觸發(fā)器12被置化輸出高電平，該高電平信 號(hào)通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路11控制整流管Mz關(guān)斷，開(kāi)關(guān)管Mi打開(kāi)。此時(shí)電感電流iL增加，通過(guò)Ri采 樣并經(jīng)過(guò)電流檢測(cè)放大器16得到表征電感電流的信號(hào)Vi,Vi與斜坡補(bǔ)償信號(hào)V疊加產(chǎn) 生信號(hào)V2,Vz輸入PWM比較器13。隨著電感電流的增加V2逐漸升高，當(dāng)V2超過(guò)VCDMP時(shí)PWM 比較器13輸出高電平，RS觸發(fā)器12被復(fù)位，輸出低電平，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路11控制開(kāi)關(guān)管Mi 關(guān)斷，整流管Mz導(dǎo)通，電感電流開(kāi)始下降。當(dāng)脈沖信號(hào)Vpuiw再次變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，重復(fù)W上控 制過(guò)程，維持輸出電壓和輸出電流的穩(wěn)定。
[0006] 如果在導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)負(fù)載17突然發(fā)生階躍突變，比如由重載到輕載突變時(shí)，如在t3 時(shí)刻，則使得輸出電流i。。,瞬間下降，輸出電壓瞬間升高，此時(shí)R1采樣反饋信號(hào)的精度和電 流環(huán)路的響應(yīng)速度便決定了電源轉(zhuǎn)換器能否盡快使輸出穩(wěn)定下來(lái)。傳統(tǒng)方案是通過(guò)比較兩 個(gè)電壓信號(hào)，即V〇3MP和V 2決定何時(shí)關(guān)斷開(kāi)關(guān)管M 1，打開(kāi)整流管M2,由于此時(shí)的斜坡補(bǔ)償量是 固定的，無(wú)法動(dòng)態(tài)調(diào)整，所W不可避免會(huì)引入響應(yīng)較慢的問(wèn)題，又由于兩個(gè)電壓信號(hào)VceMP和 V2進(jìn)行比較容易受到干擾引入誤差，故存在控制精度低的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種高精度快速瞬態(tài)響應(yīng)控 制電路，W解決現(xiàn)有技術(shù)中的翻轉(zhuǎn)點(diǎn)響應(yīng)慢，控制不精準(zhǔn)的問(wèn)題。其中，此處所述電源轉(zhuǎn)換 器為恒定導(dǎo)通時(shí)間降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)際該高精度快速瞬態(tài)響應(yīng)控制電路同樣適用于升壓型 和升降壓型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0008] 一種高精度快速瞬態(tài)響應(yīng)控制電路，包括開(kāi)關(guān)管M3、整流管M4、電感^輸出電容 Cout、電阻R3和R4、誤差放大器、COMP電壓處理模塊、電流比較器、RS觸發(fā)器、驅(qū)動(dòng)電路、恒 定導(dǎo)通時(shí)間控制電路；
[0009] 開(kāi)關(guān)管M3的漏極接輸入電壓VIN，源極接整流管M4的漏極和電感L的第一端；電 感L的第二端接輸出電容Cout的一端和電阻R3的一端，接負(fù)載的一端；電阻R3另一端接 電阻R4-端，電阻R4和電容Cout的另一端接地，負(fù)載另一端接地；整流管M4的源極接地；
[0010] 電阻R3和R4連接的節(jié)點(diǎn)接誤差放大器的反向輸入端，誤差放大器的同相輸入端 接第一基準(zhǔn)電壓Vkwi;誤差放大器的輸出端接COMP電壓處理模塊；電感L的第一端和COMP 電壓處理模塊的輸出端接電流比較器；
[0011] 恒定導(dǎo)通時(shí)間控制電路和電流比較器的輸出端分別接RS觸發(fā)器的R端和S端；RS 觸發(fā)器的Q端接驅(qū)動(dòng)電路的輸入端，驅(qū)動(dòng)電路的兩個(gè)輸出控制端分別接開(kāi)關(guān)管M3和整流管 M4的柵極；
[0012] 檢測(cè)所述電源轉(zhuǎn)換器的輸出電壓，從電阻R3和R4連接的節(jié)點(diǎn)獲得表征輸出電壓 的電壓反饋信號(hào)V?;
[0013] 檢測(cè)流過(guò)電感L的電感電流信號(hào)，從電感L的第一端獲得表征電感L電流的電壓 反饋Ih號(hào)Vu;
[0014] 通過(guò)誤差放大器計(jì)算輸出電壓反饋信號(hào)V?和第一基準(zhǔn)電壓VKWi之間的誤差，并 對(duì)該誤差信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)玫揭谎a(bǔ)償信號(hào)Vwmp;該補(bǔ)償信號(hào)VWMP通過(guò)COMP電壓處理模塊將 COMP腳電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)1。胃，然后將該電流信號(hào)1。胃進(jìn)行再分配產(chǎn)生兩股電流信 號(hào)，運(yùn)兩股電流信號(hào)為第一控制信號(hào)；
[0015] 第一控制信號(hào)與表征電感電流的電壓反饋信號(hào)Vu通過(guò)電流比較器計(jì)算后得到精 準(zhǔn)的翻轉(zhuǎn)點(diǎn)，控制何時(shí)打開(kāi)開(kāi)關(guān)管M3,對(duì)電感L進(jìn)行充電；
[0016] 恒定導(dǎo)通時(shí)間控制電路產(chǎn)生固定高電平的脈沖信號(hào)V?，該脈沖信號(hào)V?w為第二控 制倍號(hào)；
[0017] 第二控制信號(hào)通過(guò)RS觸發(fā)器和驅(qū)動(dòng)電路控制開(kāi)關(guān)管M3的導(dǎo)通時(shí)間為固定值，導(dǎo) 通時(shí)間一到，開(kāi)關(guān)管M3關(guān)斷，整流管M4導(dǎo)通，電感電流iL下降；電感電流的電壓反饋信號(hào) Vu和第一控制信號(hào)通過(guò)電流比較器計(jì)算得到翻轉(zhuǎn)點(diǎn)，控制何時(shí)整流管M4關(guān)斷，開(kāi)關(guān)管M3打 開(kāi)，開(kāi)啟下一個(gè)周期；
[001引驅(qū)動(dòng)電路的控制邏輯是；低電平輸入時(shí)，輸出Vtc低電平控制開(kāi)關(guān)管M3關(guān)斷，輸出Vu;高電平控制整流管M4導(dǎo)通；高電平輸入時(shí)，輸出VK高電平控制開(kāi)關(guān)管M3導(dǎo)通，輸出V 低電平控制整流管M4關(guān)斷。
[0019] 進(jìn)一步地，COMP電壓處理模塊包括兩個(gè)部分，第一部分電路為一個(gè)電壓轉(zhuǎn)電流電 路，將COMP腳的電壓Vwmp轉(zhuǎn)換為電流形式，I。胃二Vwmp/R，第二部分電路對(duì)1。胃進(jìn)行分配 調(diào)整得到電流13,14;
[0020] COMP電壓處理模塊的第二部分電路包括：電流源Ii和I2, Ii〉l2;電流源I極 管Ql、Q2、Q3和Q4, PMOS管QlOl、Q102、Q103和Q104 ;開(kāi)關(guān)SI和S2 ;當(dāng)整流管M4關(guān)斷，開(kāi) 關(guān)管M3導(dǎo)通時(shí)，開(kāi)關(guān)Sl斷開(kāi)，開(kāi)關(guān)S2閉合；其它情況開(kāi)關(guān)S2斷開(kāi)，開(kāi)關(guān)Sl閉合；電壓Vwmp 轉(zhuǎn)換的電流1。胃作二處電流源； 陽(yáng)02U 電源VDD接電流源I1J2和第一個(gè)I 的輸入端、PMOS管Q101、Q102、Q103和Q104 的源極；PMOS管QlOl的柵極和漏極接=極管Q3的集電極；PMOS管Q102的柵極和漏極接= 極管Q4的集電極；PMOS管Q103和Q104的柵極分別接QlOl和Q102的柵極； 陽(yáng)0巧電流源Ii的輸出端接立極管Q3的基極、立極管Ql的集電極和基極、第二個(gè)I。胃 的輸入端；=極管Q3和Q4的發(fā)射極接電流源Is的輸入端；電流源12的輸出端接=極管Q4 的基極和=極管Q2的集電極和基極；第一個(gè)1。胃的輸出端分別接開(kāi)關(guān)Sl和S2的一端；開(kāi) 關(guān)Sl的另一端接=極管Q4的基極；開(kāi)關(guān)S2的另一端接第二個(gè)1。胃的輸入端；第二個(gè)I。胃 的輸出端和電流源15的輸出端接地；=極管Ql和Q2的發(fā)射極通過(guò)電阻R5接地； 陽(yáng)02引流經(jīng)PMOS管QlOl和Q102的電流為13,14;PM0S管Q103和Q104用于鏡像引出電 流 I3, I4。
[0024] 進(jìn)一步地，電流比較器包括電阻361、1?62、1?63、1?64，電阻1?71和1?72，電阻1?81、尺82、 R83 ;相同參數(shù)的S極管Q5和Q6,相同參數(shù)的NMOS管Q201、Q202、Q203、Q204 ;電阻R。,，比 較器 U101，電流源 Ie;其中，R61 = R62, R63 = R64, R71 = R72, R81 = R82 = R83 ; 陽(yáng)0巧]電源VDD接電阻R61、R62、R63、R64的一端；電阻R61的另一端接電阻R71的一端 和=極管Q5的基極；電阻R62的另一端接電阻R72的一端和=極管Q6的基極；電阻R63的 另一端接=極管Q5的集電極和UlOl的反向輸入端；電阻R64的另一端接=極管Q6的集 電極和UlOl的同相輸入端；電阻R72的另一端通過(guò)電阻R83接地；電流Is注入電阻R72和 R83連接的節(jié)點(diǎn)；電阻R71的另一端接NMOS管Q201和Q204的漏極；Q201的柵極接Q202的 柵極，Q203的柵極接Q204的柵極；電流14注入Q202和Q203的漏極；Q201和Q202的源極 通過(guò)電阻R81接地；Q203和Q204的源極接電阻R82的一端，電阻R82的另一端通過(guò)電阻Rew 接地；表征電感L電流的電壓反饋信號(hào)Vu接電阻R82和電阻R W的連接節(jié)點(diǎn)；S極管Q5和 Q6的發(fā)射極接電流源Ie的輸入端，電流源I e的輸出端接地； 陽(yáng)0%] Q201和Q202的柵極接控制信號(hào)Scon, Q203和Q204的柵極接與Scon反相的控制 信號(hào) N_Scon。
[0027] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明的電路在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)通過(guò)將COMP腳電壓信號(hào)轉(zhuǎn) 換成電流信號(hào)