《一种电压转换电路以及控制方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种电压转换电路以及控制方法.pdf（22页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 103956896 A (43)申请公布日 2014.07.30 CN 103956896 A (21)申请号 201410120782.2 (22)申请日 2014.03.27 13/853,986 2013.03.29 US H02M 3/10(2006.01) (71)申请人 成都芯源系统有限公司 地址 611731 四川省成都市高新西区科新路 8 号综合保税区成都芯源系统有限公 司 (72)发明人 杨波 席小玉 (54) 发明名称 一种电压转换电路以及控制方法 (57) 摘要 本申请涉及一种电压转换电路以及控制方 法。电压转换电路具有误差放大器， 产生一误差 。
2、信号 ； 比例放大电路， 根据输出电压和误差信号， 产生一个增益信号 ； 第一比较器， 根据增益信号 和一个比较信号， 产生一个脉冲信号 ； 以及计时 器， 根据脉冲信号产生一个计时信号， 指示电压转 换电路的导通时间和关断时间 ； 其中， 增益信号 和比较信号中的至少一个信号包含有斜坡成分， 所述电压转换电路的导通时间恒定。本申请的技 术方案能够有效提高电压转换电路的瞬态响应性 能。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书 3 页 说明书 9 页 附图 9 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书3页 说明书9页 附图9页 (10)申请公布号。
3、 CN 103956896 A CN 103956896 A 1/3 页 2 1. 一种电压转换电路， 用于将一输入电压转换成一输出电压， 所述电压转换电路包 含 ： 误差放大器， 具有两输入端和一输出端， 其中所述两输入端分别接收一输出电压反馈 信号和一参考信号， 所述输出端产生一误差信号 ； 比例放大电路， 具有两输入端和一输出端， 其中所述两输入端分别接受所述输出电压 和所述误差信号， 所述输出端产生一个增益信号 ； 第一比较器， 具有两输入端和一输出端， 其中所述两输入端分别接受所述增益信号和 一个比较信号， 所述输出端产生一个脉冲信号 ； 以及 计时器， 具有一输入端和一输出端， 其。
4、中所述输入端耦接到所述第一比较器的输出端， 所述输出端产生一个计时信号， 指示电压转换电路的导通时间和关断时间 ； 其中， 所述增益信号和所述比较信号中的至少一个信号包含有斜坡成分， 所述电压转 换电路的导通时间恒定。 2. 如权利要求 1 所述的电压转换电路， 进一步包含一个输出电感和一个输出电容。 3. 如权利要求 2 所述的电压转换电路， 进一步包含一个斜坡网络， 所述斜坡网络同所 述输出电感并联， 用于产生一个斜坡信号作为所述比较信号。 4. 如权利要求 3 所述的电压转换电路， 其中所述斜坡网络包含一个电阻和一个电容， 其中所述电阻和所述电容串联， 所述斜坡信号在所述电感和所述电容的。
5、连接端处产生。 5. 如权利要求 2 所述的电压转换电路， 其中所述比例放大电路包含 ： 运算放大器， 具有第一输入端， 第二输入端和一个输出端， 其中所述第一输入端耦接到 所述误差放大器的输出端， 所述输出端耦接到所述第一比较器 ； 第一电阻， 所述第一电阻的一端耦接接收所述输出电压， 所述输出电阻的另一端耦接 到所述运算放大器的第二输入端 ； 以及 第二电阻， 所述第二电阻耦接到所述运算放大器的第二端和所述运算放大器的输出端 之间。 6. 如权利要求 5 所述的电压转换电路， 其中所述比例放大电路进一步包含一个电容， 其中所述电容同所述第一电阻并联， 所述比较信号为所述输出电压。 7. 如。
6、权利要求 2 所述的电压转换电路， 进一步包含一个或门， 所述或门具有两输入端 和一输出端， 所述两输入端分别接收所述计时信号和所述脉冲信号， 所述输出端耦接到所 述电压转换电路的一个主开关管， 控制所述主开关管的开通和关断。 8. 如权利要求 1 所述的电压转换电路， 进一步包含一个终止电路， 用于在检测到所述 电压转换电路的负载电流阶跃下跳时， 终止电压转换电路的导通时间， 其中所述终止电路 包含 ： 偏置电压源， 具有正极和负极， 其中所述正极耦接到所述误差放大器的输出端 ； 第二比较器， 具有同相输入端， 反相输入端和输出端， 其中所述同相输入端耦接到所述 偏置电压源的负极， 所述反相。
7、输入端耦接到所述比例放大电路的输出端 ； 触发器， 具有置位端， 复位端和 Q 输出端， 其中所述置位端耦接到所述第二比较器的输 出端， 所述复位端耦接到所述第一比较器的输出端， 所述 Q 输出端产生一个终止信号， 用于 指示负载电流是否发生阶跃下跳 ； 逻辑运算电路， 具有两输入端和一输出端， 其中所述两输入端分别耦接所述触发器的 权 利 要 求 书 CN 103956896 A 2 2/3 页 3 Q 输出端和所述计时器的输出端， 所述输出端耦接到所述电压转换电路的功率开关， 所述逻 辑运算电路用于在所述负载电流发生阶跃下跳时关断所述电压转换电路的所有功率开关。 9. 如权利要求 1 所述。
8、的电压转换电路， 进一步包含一个终止电路， 用于在检测到所述 电压转换电路的负载电流阶跃下跳时， 终止电压转换电路的导通时间， 其中所述终止电路 包含 ： 偏置电压源， 具有正极和负极， 其中所述正极耦接接收所述输出电压 ； 第二比较器， 具有同相输入端， 反相输入端和输出端其中所述同相输入端耦接到所述 偏置电压源的负极， 所述反相输入端耦接到所述比例放大电路的输出端 ； 触发器， 具有置位端， 复位端和 Q 输出端， 其中所述置位端耦接到所述第二比较器的输 出端， 所述复位端耦接到所述第一比较器的输出端， 所述 Q 输出端产生一个终止信号， 用于 指示所述负载电流是否发生阶跃下跳 ； 逻辑运。
9、算电路， 具有两输入端和一输出端， 所述两输入端分别耦接到所述触发器的 Q 输出端和所述计时器的输出端， 所述输出端耦接到所述电压转换电路的功率开关， 所述逻 辑运算电路用于在所述负载电流发生阶跃下跳时， 关断所述电压转换电路的所有功率开 关。 10. 如权利要求 8 或 9 所述的电压转换电路， 其中所述电压转换电路包含一个高侧开 关， 所述逻辑运算电路包含 ： 反相器， 具有输入端和输出端， 其中所述输入端耦接到所述计时器的输出端 ； 以及 第一或非门， 具有两输入端和一输出端， 其中所述两输入端分别耦接到所述反相器的 输出端和所述触发器的 Q 输出端， 所述输出端产生一个高侧栅极信号用于。
10、控制所述高侧开 关。 11. 如权利要求 8 或 9 所述的电压转换电路， 进一步包含一个低侧开关， 其中所述逻辑 运算电路进一步包含一个第二或非门， 所述第二或非门具有两输入端和一输出端， 所述两 输入端分别耦接所述计时器的输出端和所述触发器的 Q 输出端， 所述输出端产生一个低侧 栅极信号用于控制所述低侧开关。 12. 一种控制电压转换电路将输入电压转换成输出电压的方法， 包含 ： 根据一个反馈信号和一个参考信号产生一个误差信号 ； 输入所述误差信号和所述输出电压到一比例放大电路， 产生一个增益信号 ； 将所述增益信号与一个比较信号进行比较， 产生一个脉冲信号 ； 根据所述脉冲信号， 产生。
11、一个计时信号， 决定电压转换电路的导通时间和关断时间， 其 中导通时间为一个常数 ； 其中， 所述增益信号和所述比较信号中， 至少一个具有斜坡成分。 13. 如权利要求 12 所述的方法， 其中所述电压转换电路包含至少一个功率开关， 所述 功率开关根据所述计时信号和所述脉冲信号控制开通和关断。 14. 如权利要求 12 所述的方法， 进一步包含 ： 产生一个斜坡信号作为比较信号， 其中所 述斜坡信号由一个斜坡网络产生。 15. 如权利要求 14 所述的方法， 其中所述斜坡信号的幅度由所述输出电压和所述输入 电压共同决定。 16. 如权利要求 12 所述的方法， 进一步包含 ： 权 利 要 求 。
12、书 CN 103956896 A 3 3/3 页 4 在所述增益信号上产生一个斜坡成分 ； 以及 将所述输出电压作为所述比较信号。 17. 如权利要求 12 所述的方法， 进一步包含 ： 将所述增益信号与一个偏置信号比较， 以指示所述电压转换电流是否发生负载电流阶 跃下跳 ； 以及 在检测到所述负载电流阶跃下跳时， 关断所述电压转换电路的所有功率开关。 18. 如权利要求 17 所述的方法， 其中所述电压转换电路包含一个高侧开关和一个低侧 开关， 所述方法进一步包含 ： 根据所述计时信号， 控制所述高侧开关和所述低侧开关导通和关断 ； 以及 在检测到所述负载电流阶跃下跳时， 关断所述高侧开关和。
13、所述低侧开关。 19. 如权利要求 17 所述的方法， 其中所述偏置信号为所述误差信号与一个偏置电压之 差。 20. 如权利要求 17 所述的方法， 其中所述偏置信号为所述输出电压与一个偏置电压之 差。 权 利 要 求 书 CN 103956896 A 4 1/9 页 5 一种电压转换电路以及控制方法 技术领域 0001 本发明涉及功率电路领域， 具体的但不限于涉及一种电压转换电路及控制方法。 背景技术 0002 开关电源被广泛用于现代电子产品中。传统的开关电源多采用脉宽调制模式 （PWM） 控制模式来调整电源的输出。这样的模式通常会使得电路结构复杂， 瞬态响应慢， 因 此， 在大电流应用中性。
14、能不佳。 0003 相比 PWM 控制模式， 脉宽调制控制模式 （PFM） ， 主要包括恒定导通时间控制模式， 恒定关断时间控制模式和滞环控制模式等等， 在电路设计上， 以及瞬态响应性能上占据优 势。 图1示出了现有技术中一种恒定导通时间的电压转换电路10。 电压转换电路10主要包 含直流 - 直流 （DC-DC） 降压转换器 101 和控制器 102。在控制器 102 中， 一个比较器 105 将 一个误差信号 VEAO 和一个斜坡信号 VRAMP 进行比较， 其中， VEAO 由跨导运算放大器 （OTA） 根据一参考信号 VREF 和一个输出电压反馈信号 VFB 之间的误差产生。当斜坡信号。
15、 VRAMP 低于误差信号VEAO时， 一个脉冲信号会被传送到计时器103， 使主开关管M1导通， 同步整流 开关管 M2 断开。经过一个恒定时间 T1 后， 导通计时器 103 使主开关管 M1 断开， 同步整流 开关 M2 导通。在开关 M1 和 M2 的互补动作下， 输入电压 VIN 被转换成输出电压 VOUT。 0004 当发生瞬态的负载阶跃跳变时， 误差信号 VEAO 往往反应迟缓。这样， 如果要让转 换电路 10 具有较快的瞬态响应， 就需要斜坡信号 VRAMP 的峰 - 峰值幅度变得很小。然而， 斜坡幅度较小会带来两个问题。第一， 转换电路 10 的噪声容限会随之变得很小。当转换。
16、电 路 10 工作在一个嘈杂的环境中时， 这一特性会带来很大风险。第二， 为了适应幅度较小的 斜坡信号， 其它电路单元例如比较器要消耗更大的功率以达到需要的速度。 发明内容 0005 针对现有技术中的一个或多个问题， 本发明提供了一种电压转换电路以及控制方 法。 0006 在本发明的一个方面， 提出了一种电压转换电路， 一种电压转换电路， 用于将一输 入电压转换成一输出电压， 所述电压转换电路包含 ： 主开关管 ； 误差放大器， 具有两输入端 和一输出端， 其中所述两输入端分别接收一输出电压反馈信号和一参考信号， 所述输出端 产生一误差信号 ； 比例放大电路， 具有两输入端和一输出端， 其中所。
17、述两输入端分别接受所 述输出电压和所述误差信号， 所述输出端产生一个增益信号 ； 第一比较器， 具有两输入端和 一输出端， 其中所述两输入端分别接受所述增益信号和一个比较信号， 所述输出端产生一 个脉冲信号 ； 以及计时器， 具有一输入端和一输出端， 其中所述输入端耦接到所述第一比较 器的输出端， 所述输出端产生一个计时信号， 指示电压转换电路的导通时间和关断时间 ； 其 中， 所述增益信号和所述比较信号中的至少一个信号包含有斜坡成分， 所述电压转换电路 的导通时间恒定。 0007 在本发明的另一方面， 提出了一种使用电压转换电路将输入电压转换成输出电压 说 明 书 CN 103956896 。
18、A 5 2/9 页 6 的方法， 包含 ： 根据一个反馈信号和一个参考信号产生一个误差信号 ； 输入所述误差信号 和所述输出电压到一比例放大电路， 产生一个增益信号 ； 将所述增益信号与一个比较信号 进行比较， 产生一个脉冲信号 ； 根据所述脉冲信号， 产生一个计时信号， 决定电压转换电路 的导通时间和关断时间， 其中导通时间为一个常数 ； 其中， 所述增益信号和所述比较信号 中， 至少一个具有斜坡成分。 0008 利用本发明实施例， 可有效提高电压转换电路的瞬态响应性能。 附图说明 0009 下列附图涉及有关本发明非限制性和非穷举性的实施例的描述。除非另有说明， 否则同样的数字和符号在整个附。
19、图中代表同样或相似的部分。 附图无需按比例画出。 另外， 图中所示相关部分尺寸可能不同于说明书中叙述的尺寸。为更好地理解本发明， 下述细节 描述以及附图将被提供以作为参考。 0010 图 1 示出了现有技术中一种恒定导通时间的电压转换电路 10 的电路示意图 ； 0011 图 2 示出了根据本发明一个实施例的转换电路 20 的电路示意图 ； 0012 图 3 示出了根据本发明一个实施例的图 2 所示的电压转换电路 20 的工作波形图 ； 0013 图 4 示出了根据本发明一个实施例的电压转换电路 20 同现有技术中电压转换电 路 10 的瞬态响应波形的比较示意图 ； 0014 图 5 示出了根。
20、据本发明另一实施例的电压转换电路 50 的电路示意图 ； 0015 图 6 示出了根据本发明一个实施例的图 5 所示的电压转换电路 50 的工作波形示 意图 ； 0016 图 7 示出了根据本发明又一实施例的电压转换电路 70 的电路示意图 ； 0017 图 8 示出了根据本发明再一实施例的电压转换电路 80 的电路示意图 ； 0018 图 9 示出了根据本发明一个实施例的一种控制电压转换电路的方法的流程示意 图。 0019 不同附图中相同的标记表示相同或相似的特征。 具体实施方式 0020 下面将详细描述本发明的具体实施例， 应当注意， 这里描述的实施例只用于举例 说明， 并不用于限制本发明。
21、。在以下描述中， 为了提供对本发明的透彻理解， 阐述了大量特 定细节。 然而， 对于本领域普通技术人员显而易见的是 ： 不必采用这些特定细节来实行本发 明。在其他实例中， 为了避免混淆本发明， 未具体描述公知的电路、 材料或方法。 0021 在这里及下文中，“导通时间” 意为在一个转换电路中， 每工作周期中主开关管 （例 如在某些实施例中的高侧开关） 导通的持续时间。 “关断时间” 意为每工作周期内主开关管 关断的持续时间。 0022 图 2 示出了根据本发明一个实施例的电压转换电路 20 的电路示意图。如图 2 所 示， 电压转换电路 20 主要包含一个电压转换器 201, 和一个控制器 2。
22、02。在某些实施例中， 电压转换器 201 为一个开关转换器。例如， 在图 2 所示的实施例中， 电压转换器 201 为一个 DC-DC降压 （Buck） 转换器。 其它类型的转换器， 例如升压转换器(Boost)， 降压-升压转换器 （Buck-Boost） ， 反激转换器 （Fly-Back） 或者本领域内技术人员熟知的任何合适的转换器， 说 明 书 CN 103956896 A 6 3/9 页 7 均可作为开关转换器。电压转换器 201 至少包含一个功率开关， 例如在图示实施例中， 电压 转换器 201 包含高侧开关 M1。在某些实施例中， 开关转换器 201 还包含低侧开关 202。如。
23、 本领域技术人员所公知的那样， 低侧开关 202 在其它实施例中可以用一个续流二极管来替 代。驱动电路 208 耦接到功率开关 M1 和 M2， 用于根据控制器 202 的输出来驱动开关 M1 和 M2。开关 M1 和 M2 的公共端被定义为开关端 SW。输出电感 L， 电阻 RESR 和输出电容 COUT 共 同组成了开关转换器 201 的滤波电路。其中， RESR 为理想输出电容 COUT 的等效串联电阻。 反馈信号电路包含电阻R1和R2组成的分压器， 感测位于输出端OUT上的输出电压VOUT， 产 生反馈信号 VFB。 0023 继续如图 2 所示， 在一个实施例中， 控制器 202 包。
24、含计时器 203， 误差放大器 204， 比例放大电路205和一个第一比较器206。 在图示实施例中， 误差放大器204为一个跨导运 算放大器 （OTA） 。OTA204 包含一个同相输入端， 一个反相输入端和一个输出端， 其中同相输 入端耦接接收参考信号VREF， 反相输入端耦接接收反馈信号VFB。 电容CF耦接于OTA204的 输出端和参考地之间。而后， OTA204 的输出端产生一个误差信号 VEAO。比例放大电路 205 具有两个输入端和一个输出端， 其中两个输入端分别接收输出电压 VOUT 和误差信号 VEAO， 输出端据此输出一个增益信号 VGAIN。 0024 在一个实施例中， 。
25、比例放大电路205包含一个运算放大器AMP， 一个第一电阻R3和 一个第二电阻 R4。运算放大器 AMP 具有第一输入端， 第二输入端和一个输出端。其中第一 输入端耦接到 OTA204 的输出端， 运算放大器 AMP 的输出端耦接到第一比较器 206。第一电 阻R3的一端耦接接收输出电压VOUT， 另一端耦接到运算放大器AMP的第二输入端。 第二电 阻 R4 耦接于运算放大器 AMP 的第二输入端和输出端之间。电阻 R3 和 R4 用于决定比例放 大电路 205 的放大倍数。本领域内具有一般水平的技术人员应当注意， 在其他实施例中， 其 它具有类似功能的常见电路结构也可以用于作为比例放大电路 。
26、205。第一比较器 206 具有 两个输入端和一个输出端， 其中两个输入端分别接受增益信号 VGAIN 和一个比较信号， 输 出端据此产生一个脉冲信号 Vpulse。当比较信号小于增益信号 VGAIN 时， 脉冲信号 Vpulse 上会产生一个短脉冲。 0025 图示实施例的一个特征在于， 增益信号 VGAIN 和比较信号中的至少一个具有一个 斜坡成分。例如， 在如图 2 所示的实施例中， 比较信号为一个由斜坡网络 207 所产生的斜坡 信号。在一个实施例中， 斜坡网络 207 同电压转换器 201 的输出电感 L 并联。斜坡网络 207 可包含一个电阻 Rc 和一个电容 Cc， 其中电阻 R。
27、c 同电容 Cc 串联。斜坡信号 VRAMP 产生于 电阻 Rc 和电容 Cc 的公共端 CON。在其它实施例中， 斜坡网络 207 可能具有不同于图示实 施例的其它合适的电路结构， 或元件之间具有不同的连接关系。例如， 在另一实施例中， 斜 坡网络可能被耦接到输出端 OUT， 仅接收输出电压 VOUT。在又一实施例中， 斜坡网络 207 进 一步包含一个电阻分压器， 将被输出电压 VOUT 分压后， 提供到电容 Cc， 而不是让电容 Cc 直 接耦接接收输出电压 VOUT。计时器 203 具有一个输入端和一个输出端， 其中输入端耦接到 第一比较器 206 的输出端， 计时器 203 的输出端。
28、产生一个计时信号 VT， 指示电压转换器 201 的导通时间和关断时间。在一个实施例中， 计时器 203 的输出作为控制器 202 的输出。通 过驱动电路 208， 计时信号 VT 至少控制高侧开关 M1 的开通和关断。在图示实施例中， 计时 信号 VT 进一步控制低侧开关 M2 的导通和关断。 0026 高侧开关 M1 和低侧开关 M2 以互补的状态开关和关断。当脉冲信号 Vpulse 上有 说 明 书 CN 103956896 A 7 4/9 页 8 脉冲产生是， 计时信号 VT 跃升到高电平， 使高侧开关 M1 开通， 低侧开关 M2 关断。同时， 计 时器 203 开始计时。在经过一个。
29、恒定时间 TON 后， 计时信号 VT 跌落回低电平， 使高侧开关 M1 关断， 低侧开关 M2 导通。 0027 在另一实施例中， 控制器 202 进一步包含一个可选的或门 209 （绘于图 2 中虚线所 围成的区域） 。或门 209 具有两个输入端和一个输出端， 其中两个输入端分别耦接接收计时 信号 VT 和脉冲信号 Vpulse， 或门 209 的输出信号作为控制器 202 的输出信号， 耦接驱动电 路 208， 控制至少高侧开关 M1。在图示实施例中， 或门 209 的输出可以进一步通过驱动电路 208 控制低侧开关 M2。当脉冲信号 Vpulse 上有脉冲产生时， 高侧开关 M1 立。
30、即开通， 这样可 以避免由计时器 203 所产生的传输延迟， 提高瞬态响应性能。同样， 只要比较器 206 的输出 为高电平， 高侧开关 M1 就会始终开通， 这样， 一旦发生负载电流阶跃上跳时， 导通时间能够 得到延长。 0028 图 3 示出了根据本发明一个实施例的图 2 所示的电压转换电路 20 的工作波形图。 下文将根据图 2 和图 3， 对电压转换电路 20 的工作原理进行描述。 0029 如图3所示， 电压转换电路20初始工作在稳态下。 由OTA204产生的误差信号VEAO 为反馈信号 VFB 和参考信号 VREF（例如 0.8V） 的函数。具体的， 误差信号 ： 0030 003。
31、1 其中， gm 为 OTA204 的跨导， 为开关角速度， fsw 为高侧开关 M1 的开关频率。 0032 比例放大线路 205 接收误差信号 VEAO 和输出电压 VOUT。由于电阻 R3 和 R4 的放 大作用， 0033 0034 因此 0035 0036 在稳态下， 误差信号 VEAO 基本恒定。增益信号 VGAIN 可视为输出电压 VOUT 的函 数。因此， 通过将电阻 R3 和 R4 设定为合适的值， 可以使增益信号 VGAIN 对输出电压 VOUT 的变化非常敏感。 0037 同时， 在图示实施例中， 斜坡网络 207 并联耦接到输出电感 L 以产生斜坡信号 VRAMP。当高。
32、侧开关 M1 导通时， 开关端 SW 的电位基本等于输入电压 VIN。对降压转换器来 说， 输入电压 VIN 输出电压 VOUT。此时， 电容 Cc 被充电， 斜坡信号 VRAMP 的电位以斜率 S1 上升。在经过恒定导通时间 TON 之后， 斜坡信号到达峰值。斜坡信号 VRAMP 的幅度可以表 示为 ： 0038 0039 之后， 计时器 203 停止计时。高侧开关 M1 关断， 低侧开关 M2 导通。位于开关端 SW 处的电位下降到基本等于地电位。电容 Cc 开始放电， 斜坡信号的电位以斜率 S2 下降。 0040 一旦斜坡信号 VRAMP 的电位等于增益信号 VGAIN， 脉冲信号 Vp。
33、ulse 上就会产生一 说 明 书 CN 103956896 A 8 5/9 页 9 个短脉冲。这个短脉冲被传递到计时器 203， 以开始下轮计时。高侧开关 M1 被再次开通， 而 低侧开关 M2 则关闭。这样， 电压转换电路 20 进入下一工作周期。 0041 图 4 示出了根据本发明一个实施例的电压转换电路 20 同现有技术中电压转换电 路 10 的瞬态响应波形的比较示意图。如图 4 所示， 斜坡信号 VRAMP 具有较大的斜坡幅度。 在稳态下 （K1 时刻之前） ， 负载电流 IOUT 保持在 I1 水平。在 K1 时刻， 负载电流 IOUT 从 I1 阶跃下跳到 I2。输出电压 VOU。
34、T 立刻响应负载电流 IOUT 的变化剧烈上升。对电压转换电 路 20 来说， 增益电路 VGAIN 立刻对输出电压 VOUT 上升做出反应， 根据等式 （3） 成比例的下 降。而对现有技术的电压转换电路 10 来说， 由于跨导放大器的跨导限制， 以及电容 CF 的延 迟作用， 误差信号 VEAO 的反应较为迟缓。在 K2 时刻， 电压转换电路 10 与 20 当前工作周期 内的导通时间结束， 斜坡信号开始以斜率 S2 下降。对电压转换电路 20 来说， 得益于增益信 号 VGAIN 迅速而剧烈的响应， 斜坡信号 VRAMP 下降触及到增益信号 VGAIN 的时刻远远晚于 触及到误差信号 VE。
35、AO 的时刻。 0042 因此， 现有技术中的电压转换电路10在K3时刻会进入下一工作周期， 而本发明一 个实施例的电压转换电路 20 则直到 K4 时刻才进入下一工作周期。K4 时刻远远晚于 K3 时 刻， 这意味着电压转换电路 20 的输出电压 VOUT 停止上升的时刻可以大大早于电压转换电 路 10。继续如图 4 所示， 在 K4 时刻， 电压转换电路 20 的输出电压 VOUT 已经越过峰值开始 下降， 电压转换电路 10 的输出电压 VOUT 则依然还处于上升阶段。并且， 在 K4 时刻之后， 由 于比例放大电路 205 的作用， 增益信号 VGAIN 的上升幅值相对于输出电压 VO。
36、UT 的下降幅值 成比例。当斜坡信号 VRAMP 以斜率 S2 下降时， 能够迅速的重新触及增益信号 VGAIN。因此， 在单位时间内， 脉冲信号 Vpulse 上能够产生更多数量的短脉冲。这样， 电压转换电路 20 的 输出电压能够更快地回归正常值。 0043 如图 4 所示， 在 K5 时刻， 根据本发明一个实施例的电压转换电路 20 的输出电压 VOUT 完全恢复， 负载电流阶跃下跳的总计恢复时间定义为 TR1。相对的， 直到 K6 时刻， 现有 技术的电压转换电路 10 的输出电压 VOUT 才完成恢复， 负载电流阶跃下跳的总计恢复时间 定义为 TR2。显然， TR1 远小于 TR2。。
37、 0044 继续见图 4， 类似于前述负载电流阶跃下跳的响应过程， 一旦负载电流 IOUT 从 I2 阶跃上跳到 I1， 由于增益信号 VGAIN 能够迅速而剧烈地响应 VOUT 的变化， 电压转换电路 20 的输出电压 VOUT 同样能够较早地停止下跌并且快速回归正常。电压转换电路 20 的负载 电流阶跃上跳的总恢复时间 TR3 同样大大小于现有技术的电压转换电路 10 的总恢复时间 TR4。 0045 因此， 上述分析表明， 相比现有技术的电压转换电路 10， 本发明一个实施例的电压 转换电路 20 能够在斜坡信号幅度较大时， 具有更佳的瞬态响应性能。 0046 图 5 示出了根据本发明另。
38、一实施例的电压转换电路 50 的电路示意图。电压转换 电路 50 的大部分元件同电压转换器 20 相同或相似。因此为简明起见， 这部分相同或相似 的元件在此不再重复赘述。 0047 在图 5 所示的实施例中， 输出电压 VOUT 作为比较信号， 替代斜坡信号 VRAMP， 因此 可以省略掉斜坡网络 207。第一比较器 206 对输出电压与增益信号进行比较。同时， 在比例 放大电路 205 中， 电容 Cc2 同电阻 R3 并联， 用于在增益信号 VGAIN 中加入斜坡成分。 0048 图 6 示出了根据本发明一个实施例的图 5 所示的电压转换电路 50 的工作波形示 说 明 书 CN 1039。
39、56896 A 9 6/9 页 10 意图。见图 6， 当电压转换电路 50 处于稳态时， 在电容 Cc2 所产生的斜坡成分作用下， 增益 信号 0049 0050 其中，为增益信号 VGAIN 中的斜坡成分，定义为增益 信号中的直流成分。IL 为电压转换电路 50 的电感电流。根据等式 （5） ， 增益信号中斜坡成 分的幅值与电感电流成比例， 比例系数为因此， 只需要将 R4， Cc2 和 COUT 设定为 合适的值， 即可使增益信号 VGAIN 具有较大幅度 （例如 80mV） 的斜坡成分。 0051 同时， 相比于输出电压 VOUT， 增益信号的斜坡成分小到可以忽略。因此， 增益信号 V。
40、GAIN 依然可视为与输出电压 VOUT 成比例， 依然对输出电压的变化非常敏感。 0052 在电压转换电路50的关断时间内， 输出电压VOUT由于纹波作用缓慢下降， 增益信 号 VGAIN 以斜率 S4 上升。当增益信号 VGAIN 到达输出电压 VOUT 时， 第一比较器 206 在脉 冲信号 Vpulse 上产生一个短脉冲。高侧开关 M1 导通， 低侧开关 M2 关闭。电压转换电路 50 进入导通时间。此时， 电感电流 IL 开始上升， 对应地， 输出电压 VOUT 同样上升， 增益信号 VGAIN 以斜率 S3 逐渐下降。在经过恒定导通时间 TON 之后， 高侧开关 M1 关断， 低侧。
41、开关 M2 导通。电压转换电路 50 重新进入关断时间。 0053 继续如图 6 所示， 当电压转换电路 50 的负载电流 IOUT 发生阶跃下跳时， 输出电压 VOUT响应于负载电流剧烈上升。 同时， 增益信号VGAIN在初始时刻反向跟随电感电流， 发生 上跳。之后， 输出电压 VOUT 的剧烈上升使得增益信号 VGAIN 成比例下降。因此， 输出电压 VOUT 和增益信号 VGAIN 的差值被迅速拉大。在关断之后， 增益信号 VGAIN 会花费更长的时 间重新到达输出电压 VOUT， 使得关断时间显著延长， 尽早结束输出电压 VOUT 的剧烈上升。 随后， 同电压转换电路 20 相似， 如。
42、果输出电压 VOUT 下降， 增益信号 VGAIN 可以大幅上升， 在 单位时间内在脉冲信号 Vpulse 上产生更多数量的脉冲， 使得输出电压 VOUT 能够迅速回到 正常值。 0054 当电压转换电路50的负载电流IOUT发生阶跃上跳时， 与上文所述的理由相似， 输 出电压 VOUT 也能够迅速停止下降返回正常值。因此， 当增益信号 VGAIN 具有较大的斜坡幅 度时， 电压转换电路 50 也能够凭借较短的恢复时间具有优异的瞬态响应性能。 0055 图 7 示出了依据本发明又一实施例的电压换换电路 70 的电路示意图。为简明起 见， 电路中与前述实施例相同或相似的元件不再赘述。 0056 。
43、如图 7 所示， 电压转换电路 70 进一步包含一个终止电路 710， 用于在检测到负载 电流 IOUT 阶跃下跳时使导通时间终止。在一个实施例中， 终止电路 710 包含 ： 偏置电压源 711， 具有正极和负极， 其中正极耦接到比例放大电路 205 的正输入端 ； 第二比较器 712， 具 有一同相输入端， 一反相输入端和一输出端， 其中反相输入端耦接到比例放大电路 205 的 输出端， 同相输入端耦接到偏置电压源 711 的负极 ； 触发器 713， 具有一置位端， 一复位端和 一 Q 输出端， 其中置位端耦接到第二比较器 712 的输出端， 复位端耦接到第一比较器 206 的 输出端，。
44、 Q 输出端输出一个终止信号， 用于指示负载电流 IOUT 是否发生阶跃下跳 ； 逻辑运算 说 明 书 CN 103956896 A 10 7/9 页 11 电路 714， 具有两输入端和一个输出端， 其中逻辑运算电路 714 的两输入端分别耦接到触发 器 713 的 Q 输出端和计时器 203 的输出端， 逻辑运算电路 714 的输出端耦接电压转换电路 70 的功率开关， 例如图示实施例中的高侧开关 M1。当终止信号指示负载电流 IOUT 发生阶 跃下跳时， 关断电压转换电路的所有功率开关。 0057 在一个实施例中， 逻辑运算电路 714 包含 ： 反相器 715， 具有一输入端和一输出端。
45、， 输出端耦接到计时器 203 的输出端 ； 第一或非门 716， 具有两输入端和一个输出端， 其中两 输入端分别耦接到反相器 715 的输出端和触发器 713 的输出端， 输出端产生一个高侧栅 极信号 HSG， 用于通过驱动电路 208 控制高侧开关 M1。 0058 在一个实施例中， 电压转换器 201 可以包含一个低侧开关 M2。逻辑运算电路 714 进一步包含一个第二或非门 717， 具有两输入端和一输出端， 其中两输入端分别耦接到计时 器 203 的输出端和触发器 713 的 Q 输出端， 输出端用于产生一个低侧栅极信号 LSG， 用于通 过驱动电路 208 控制低侧开关 M2。 0。
46、059 偏置电压源711产生一个偏置电压Voffset。 当电压转换电路处于稳态时， 第二比 较器 712 的同相输入端上的电位为 VEAO-Voffset， 始终低于增益信号 VGAIN。因此第二比 较器持续输出一个低电平信号到触发器 713 的置位端。触发器 713 的 Q 输出端保持在低电 平。高侧栅极信号 HSG 低侧栅极信号 LSG（如果可用） 取决于计时信号 VT 或者加上脉冲信 号 Vpulse。电压转换电路 70 的工作原理此时与电压转换电路 20 相同。 0060 当负载电流 IOUT 发生阶跃下跳时， 输出电压 VOUT 响应于该阶跃发生剧烈上 升。增益信号 VGAIN 反。
47、向跟随输出电压随之发生剧烈下降。如果增益信号 VGAIN 下降到 VEAO-Voffset， 第二比较器 712 输出一个高电平信号到触发器 713。触发器 713 被置位， Q 输出端输出一个高电平信号。第一或非门 716 和第二或非门 717 均响应触发器 713 的高电 平 Q 输出， 使高侧栅极信号 HSG 和低侧栅极信号 LSG（如果可用） 同时置为低电平。因此， 无论在负载电流阶跃下跳时， 电压转换电路 70 处于导通时间或是关断时间， 它都会立刻进 入 “关闭时间” 。 “关闭时间” 一词在此处及下文中， 意味着在 “关闭时间” 内， 电压转换电路 的所有功率开关， 例如图示实施。
48、例中的高侧开关M1和低侧开关M2， 均处于关闭状态。 此时， 则低侧开关 M2 的体寄生二级管将作为续流二极管， 同输出电感 L 和输出电容 COUT 一起组 成电流回路。 0061 在电压转换电路 70 的导通时间内， 如果发生负载电流阶跃下跳， 则导通时间立即 终止， 通过关断高侧开关 M1， 以抑制输出电压 VOUT 的上升。同时， 如前文所述， 低侧开关 M2 同时被关断， M2 的体寄生二极管作为续流二极管。由于体二极管具有较大的导通电阻， 开 关端 SW 处的电位会低于正常工作时的电位， 这样， 在 “关闭时间” 内， 电感电流 IL 能够加速 下降， 使得电压转换电路 70 的负。
49、载电流阶跃下跳的瞬态响应性能能够进一步获得提高。 0062 图 8 示出了根据本发明再一实施例的电压转换电路 80 的电路示意图。电压转换 电路 80 的部分元件和电压转换电路 50 相同或相似。为简明起见， 这些相同或相似的元件 此处不再赘述。 0063 同电压转换电路 50 相比， 电压转换电路 80 进一步包含一个终止电路 810， 用于在 检测到负载电流阶跃下跳时， 使电压转换电路 80 进入关闭时间。在一个实施例中， 终止电 路 810 包含 ： 偏置电压源 811， 具有正极和负极， 其中正极耦接到电路输出端 OUT ； 第二比较 器 812， 具有一个同相输入端， 一个反相输入端和一个输出端， 其中反相输出端耦接到比例 说 明 书 CN 103956896 A 11 8/9 页 12 放大电路 205 的输出端， 同相输入端耦接到偏置电压源 811 的负极 ； 触发器 813， 具有置位 端， 复位端和 Q 输出端， 其中置位端耦接到第二比较器 812 的输出端， 复位端耦接到第一比 较器 206 的输出端， Q 。