直流變換器及其控制電路和方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電子電路，更具體地說，本發(fā)明涉及一種直流變換器及其控制電路和方法。
【背景技術】
[0002]大多數(shù)電子產(chǎn)品如筆記本電腦、臺式電腦、PDA等，需要直流(DC)電源向各個功能模塊提供經(jīng)過調(diào)節(jié)的功率。采用恒定導通時間控制(constant on time, COT)的直流變換器具有瞬態(tài)響應速度快、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，在上述領域得到了廣泛的應用。C0T直流變換器通常需要斜坡補償，以穩(wěn)定輸出電壓。
[0003]在現(xiàn)有技術中，斜坡補償信號具有固定的斜率。在變換器的主功率開關導通時，斜坡補償信號被復位為零，隨后以固定斜率上升；當輸出電壓降至斜坡補償信號和參考電壓之和時，斜坡信號被重新復位為零。如此周而復始地變化。
[0004]然而，當負載跳變時，輸出電壓將急劇下降，并在短時間內(nèi)下降至參考電壓之下。圖1示出了采用現(xiàn)有斜坡補償技術的直流變換器在負載突然跳變?yōu)橹剌d時的時序波形圖(電感電流I開關控制信號PWM、輸出電壓V。、斜坡信號、參考電壓VREF、輸出電流I。)。如圖1所示，此時斜坡信號VSJ豆時間內(nèi)被多次復位為零，開關控制信號PWM產(chǎn)生一系列脈沖。該一系列脈沖使電感電流急劇上升，從而當輸出電壓V。開始穩(wěn)住該負載跳變時，電感上存儲的能量將大于實際所需。該多余的能量在輸出電流I。平衡后將給輸出電容充電，使得輸出電壓V。被栗高，產(chǎn)生過沖現(xiàn)象。在某些最壞的情況下，甚至產(chǎn)生輸出電壓回振(ringback)ο

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]因此本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術的上述技術問題，提出一種改進的直流變換器及其控制電路和方法。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的實施例，提出了一種直流變換器，包括:輸入端口，接收輸入電壓；輸出端口，提供輸出電壓；功率開關電路，耦接在輸入端口和輸出端口之間；暫態(tài)反應單元，接收表征流過功率開關電路的電流的采樣信號，產(chǎn)生暫態(tài)電流信號；比較電路，接收參考電壓、表征輸出電壓的反饋電壓、斜坡補償信號和瞬態(tài)電流信號，產(chǎn)生置位信號；邏輯控制電路，接收置位信號，產(chǎn)生開關控制信號，用以控制功率開關電路的運行。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的實施例，還提出了一種用于直流變換器的控制電路，所述直流變換器包括功率開關電路，接收輸入電壓、提供輸出電壓，所述控制電路包括:電阻，具有第一端和第二端，其第一端接收表征流過功率開關電路的電流的采樣信號；電容，耦接在電阻的第二端和參考地之間，所述電容兩端電壓為穩(wěn)態(tài)電流信號；比較電路，接收參考電壓、表征輸出電壓的反饋電壓、斜坡補償信號、采樣信號和穩(wěn)態(tài)電流信號，產(chǎn)生置位信號；邏輯控制電路，接收置位信號，產(chǎn)生開關控制信號，用以控制功率開關電路的運行。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的實施例，還提出了一種直流變換方法，用于直流變換器，所述直流變換器包括功率開關電路，接收輸入電壓、產(chǎn)生輸出電壓，所述方法包括:提供表征輸出電壓的反饋電壓、表征流過功率開關電路的電流的采樣信號；當所述直流變換器處于穩(wěn)態(tài)時，比較斜坡信號和參考電壓兩者之和與反饋電壓的大小，并基于比較結(jié)果產(chǎn)生置位信號；當所述直流變換器處于暫態(tài)時，產(chǎn)生表征采樣信號暫態(tài)信息的暫態(tài)電流信號，比較斜坡信號和參考電壓兩者之和與反饋電壓和暫態(tài)電流信號兩者之和的大小，并基于比較結(jié)果產(chǎn)生置位信號；響應置位信號產(chǎn)生開關控制信號，用以控制功率開關電路的運行。
[0009]根據(jù)本發(fā)明各方面的上述直流變換器及其控制電路和方法，消除了系統(tǒng)暫態(tài)過程中輸出電壓的過沖，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0010]圖1示出了采用現(xiàn)有斜坡補償技術的直流變換器在負載突然跳變?yōu)橹剌d時的時序波形圖；
[0011]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的直流變換器100的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的圖2所示直流變換器100中暫態(tài)反應單元104的電路結(jié)構(gòu)不意圖；
[0013]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的圖2所示直流變換器100中暫態(tài)反應單元104的電路結(jié)構(gòu)不意圖；
[0014]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的圖2所示直流變換器100中比較電路105的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的直流變換器200的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的圖6所示直流變換器200中比較電路105的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖8示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的直流變換器中功率開關電路103的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖9示意性示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的用于直流變換器的方法流程圖300。
【具體實施方式】
[0019]下面將詳細描述本發(fā)明的具體實施例，應當注意，這里描述的實施例只用于舉例說明，并不用于限制本發(fā)明。在以下描述中，為了提供對本發(fā)明的透徹理解，闡述了大量特定細節(jié)。然而，對于本領域普通技術人員顯而易見的是:不必采用這些特定細節(jié)來實行本發(fā)明。在其他實例中，為了避免混淆本發(fā)明，未具體描述公知的電路、材料或方法。
[0020]在整個說明書中，對“ 一個實施例”、“實施例”、“ 一個示例”或“示例”的提及意味著:結(jié)合該實施例或示例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性被包含在本發(fā)明至少一個實施例中。因此，在整個說明書的各個地方出現(xiàn)的短語“在一個實施例中”、“在實施例中”、“一個示例”或“示例”不一定都指同一實施例或示例。此外，可以以任何適當?shù)慕M合和/或子組合將特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性組合在一個或多個實施例或示例中。此外，本領域普通技術人員應當理解，在此提供的附圖都是為了說明的目的，并且附圖不一定是按比例繪制的。應當理解，當稱元件“耦接到”或“連接到”另一元件時，它可以是直接耦接或耦接到另一元件或者可以存在中間元件。相反，當稱元件“直接耦接到”或“直接連接到”另一元件時，不存在中間元件。相同的附圖標記指示相同的元件。這里使用的術語“和/或”包括一個或多個相關列出的項目的任何和所有組合。
[0021]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的直流變換器100的電路結(jié)構(gòu)示意圖。在圖2所示實施例中，所述直流變換器100包括:輸入端口 101，接收輸入電壓Vin ;輸出端口 102，提供輸出電壓V。;功率開關電路103，耦接在輸入端口 101和輸出端口 102之間；控制電路，提供開關控制信號PWM，用以控制功率開關電路103的運行，所述控制電路包括:暫態(tài)反應單元104，接收表征流過功率開關電路103的電流的采樣信號Ies，產(chǎn)生暫態(tài)電流信號VtM;比較電路105，接收參考電壓VREF、表征輸出電壓V。的反饋電壓V FB、斜坡補償信號和瞬態(tài)電流信號Vtra，產(chǎn)生置位信號S ;邏輯控制電路106，接收置位信號S，產(chǎn)生所述開關控制信號PWM，用以控制功率開關電路103的運行；其中當輸出電壓V。與瞬態(tài)電流信號VtM之和小于參考電壓VREF與斜坡信號V %之和時，即
[0022]V0+Vtra<VRFF+VSL (1)
[0023]所述置位信號S觸發(fā)所述開關控制信號PWM。
[0024]在一個實施例中，所述采樣信號1可以是電流信號；也可以是電壓信號(如電流流經(jīng)一采樣電阻，從而在該采樣電阻兩端產(chǎn)生相應的電壓降)，此時采樣信號可以表示為Vcs。為了表述統(tǒng)一，這里統(tǒng)一將米樣信號表不為Ic。
[0025]在一個實施例中，所述暫態(tài)反應單元104接收采樣信號Ies，輸出反映采樣信號Ics暫態(tài)信息的暫態(tài)電流信號Vtra。
[0026]在負載變化(如負載跳變?yōu)橹剌d)時，輸出電壓V。減小，則開關控制信號PWM的脈沖頻率變大，流過功率開關電路103的電流增大，即采樣信號Ies變大，暫態(tài)電流信號V tra也變大。因此，根據(jù)等式(1)，此時輸出電壓V。的變化變緩，置位信號S延遲觸發(fā)開關控制信號PWM，使得開關控制信號PWM相比于現(xiàn)有技術，其脈沖數(shù)有所減少。因此，負載跳變過程中存儲在電感上的能量減少，過沖現(xiàn)象被消除，系統(tǒng)穩(wěn)定性得到了保障。
[0027]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的圖2所示直流變換器100中暫態(tài)反應單元104的電路結(jié)構(gòu)示意圖。在圖3所示實施例中，所述暫態(tài)反應單元104包括:電阻41，具有第一端子和第二端子，其第一端子接收采樣信號Ies;電容42，耦接在電阻41的第二端子和參考地之間；運算放大器43，跨接在電阻41的兩端，接收電阻41兩端的電壓，輸出暫態(tài)電流信號
Vtra。
[0028]在系統(tǒng)運行時，如果出現(xiàn)負載跳變(如跳變?yōu)橹剌d)，則采樣信號Ics增大，電阻41兩端的電壓也增大，即暫態(tài)電流信號VtM變大。根據(jù)等式(1)，相比于現(xiàn)有技術此時輸出電壓V。的變化變緩，置位信號S延遲觸發(fā)開關控制信號PWM，使得開關控制信號PWM，其脈沖數(shù)有所減少。因此，負載跳變過程中存儲在電感上的能量減少，過沖現(xiàn)象被消除。而在穩(wěn)態(tài)時，由于電容42的存在，電阻41兩端電壓的平均值為零。因此，暫態(tài)反應單元104提供的暫態(tài)電流信號VtM反映了采樣信號I es的暫態(tài)信息，也就是說，暫態(tài)電流信號Vtra反映了流過功率開關電路103的電流的暫態(tài)信息(交流信息)。
[0029]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的圖2所示直流變換器100中暫態(tài)反應單元104的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖4所示實施例與圖3所示實