功率變換器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型的實(shí)施方式提供一種功率變換器，包括：輸入端和輸出端；耦合在輸入端與輸出端之間的儲能電路和功率開關(guān)電路；反饋電路，耦合在輸出端與接地之間，被配置用以生成反饋電壓；誤差放大器電路，被配置為基于反饋電壓生成誤差放大信號；比較器電路，被配置為基于與誤差放大信號相關(guān)的第一比較信號和與儲能電路的充電電流相關(guān)的第二比較信號來生成用于控制功率開關(guān)電路通斷的控制信號；以及調(diào)節(jié)電路，耦合在誤差放大器電路的輸出與比較器電路的用于接收第一比較信號的輸入之間，調(diào)節(jié)電路被配置為將與由輸入端接收的輸入電壓相關(guān)的電壓補(bǔ)償信號耦合至誤差放大器的輸出，以減小當(dāng)輸入電壓變化時(shí)誤差放大信號的變化量。
【專利說明】功率變換器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型的實(shí)施方式涉及一種功率變換器，并且具體地，涉及一種恒頻電流模式控制的功率變換器。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著開關(guān)電源(Switching Mode Power Supply:SMPS)技術(shù)的不斷發(fā)展，開關(guān)電源在手持設(shè)備(諸如手機(jī)、筆記本計(jì)算機(jī)、平板計(jì)算機(jī)、膝上型計(jì)算機(jī)等)中已經(jīng)變得很常見。對于有源矩陣有機(jī)發(fā)光二極管(Active Matrix/Organic Light Emitting D1de:AM0LED)面板電源而言，不僅需要提供大電流容量和精確的輸出電壓，而且低輸出電壓紋波也是很重要的參數(shù)。為了為人眼提供舒適的光，如何設(shè)計(jì)輸出穩(wěn)定并且低電壓紋波的用于AMOLED面板的電源對于手持設(shè)備而言是非常重要的問題。
[0003]針對上述需求，通常使用恒頻電流模式控制的功率變換器來實(shí)現(xiàn)輸出穩(wěn)定并且低電壓紋波的開關(guān)電源。與其它結(jié)構(gòu)的開關(guān)電源(諸如電壓模式控制的功率變換器、恒導(dǎo)通變頻功率變換器、恒關(guān)斷變頻功率變換器等)相比，恒頻電流模式控制的功率變換器的恒定操作頻率使得其易于減小對系統(tǒng)中其它模塊的頻譜干擾。
[0004]恒頻電流模式控制的功率變換器包括升壓變換器、降壓變換器、降壓-升壓變換器。例如，圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的恒頻電流模式控制的升壓變換器的原理圖。圖2示出與圖1的恒頻電流模式控制的升壓變換器相關(guān)聯(lián)的波形。參照圖1和圖2，假定升壓變換器已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)并且時(shí)鐘和鋸齒波發(fā)生器101在某一時(shí)刻處產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖，則該時(shí)鐘脈沖將RS觸發(fā)器102的輸出Q(即驅(qū)動信號)設(shè)置為高，驅(qū)動器電路103接收RS觸發(fā)器102輸出的信號并且通過內(nèi)部邏輯來使NMOS晶體管Mn導(dǎo)通，而使兩個(gè)PMOS晶體管Mpl和Mp2截止，此時(shí)輸入電壓Vin對電感L進(jìn)行充電，并且因此電感L中的電流IL增加；當(dāng)電感電流L的電流IL達(dá)到由誤差放大器104的輸出VC設(shè)置的值時(shí)，PWM比較器105生成脈沖，使得RS觸發(fā)器102翻轉(zhuǎn)，則NMOS晶體管Mn截止，兩個(gè)PMOS晶體管Mpl和Mp2導(dǎo)通，因此電感L開始放電。當(dāng)升壓變換器操作于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，其重復(fù)執(zhí)行上述過程。降壓變換器和降壓-升壓變換器的工作原理與升壓變換器類似，在此不再詳述。
[0005]線性瞬態(tài)響應(yīng)也是描述功率變換器的輸出特性的一個(gè)重要參數(shù)。例如對于升壓變換器而言，改善升壓變換器中的線性瞬態(tài)響應(yīng)至關(guān)重要。為了改善線性瞬態(tài)響應(yīng)，能夠立即想到的一種方法是增加帶寬。隨著帶寬增加，整個(gè)功率變換器的響應(yīng)時(shí)間將減少，使得功率變換器的線性瞬態(tài)響應(yīng)得以改善。然而由于右半平面零點(diǎn)的存在，其帶寬被限制在非常小的區(qū)域內(nèi)，無法不受限制地增加，因此采用這一方法并不能很好改善線性瞬態(tài)響應(yīng)。尤其當(dāng)功率變換器工作在最小輸入電壓和最大輸出電壓時(shí)，帶寬非常小，所以線性瞬態(tài)響應(yīng)將變差。
[0006]圖3是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的具有斜率補(bǔ)償?shù)暮泐l電流模式控制的升壓變換器的電路圖。參照圖3，如果降低圖3中的補(bǔ)償電容器CC，升壓變換器的帶寬都將增加，但是當(dāng)升壓變換器處于最大占空比和重負(fù)載條件時(shí)，升壓變換器將很難穩(wěn)定。雖然降低升壓變換器的環(huán)路增益也能夠增加帶寬，但是其將降低輸出電壓的精確度。因此難以在升壓變換器中的帶寬、環(huán)路增益、精確度和穩(wěn)定性之間權(quán)衡。
[0007]然而，降低斜率補(bǔ)償可能是一種改善線性瞬態(tài)響應(yīng)的較容易的方法。
[0008]再次參照圖3所示，其示出VSUM與VC之間的關(guān)系，由如下等式表示:
[0009]VSUM = VSENSE+VSLOPE = VC (I)
[0010]由等式(I)可以看出，如果減小斜率補(bǔ)償VSL0PE，則VSUM將減小。
[0011]圖4示出圖3的升壓變換器在輸入電壓VIN變化時(shí)誤差放大器的輸出VC和升壓變換器的輸出VOUT的變化。參照圖4，當(dāng)輸入電壓VIN從VI變化到V1- 升壓變換器

VO-VIVO-VI+ AV
將從狀態(tài)I變化到狀態(tài)2，并且占空比從=變化到D2= vo ^
[0012]圖5示出圖3的升壓變換器中VSUM針對不同斜率補(bǔ)償隨時(shí)間的變化。參照圖5，VSUMl 的斜率是mcl，而 VSUM2 的斜率是mc2?？梢钥闯?VSUMl > VSUM2,VSLOPEI > VSL0PE2、me I > mc2o當(dāng)占空比從Dl變化到D2時(shí),可以得到如下等式:
[0013]AVSUMl = AVCl = mcl* (D2_D1)*T (2)
[0014]Δ VSUM2 = AVC2 = mc2* (D2-D1) *T (3)
[0015]=>AVC1>AFC2(4)
[0016]由可以看出，從狀態(tài)I到狀態(tài)2，當(dāng)斜率補(bǔ)償更大時(shí)VC的值變化更多。并且已知誤差放大器的輸出VC的變化AVC越大，輸出電壓VOUT上的變化越大。因此，當(dāng)使用更小的斜率補(bǔ)償時(shí)，VOUT上的變化將更小。這意味著當(dāng)使用更小的斜率補(bǔ)償時(shí)，線性瞬態(tài)響應(yīng)也將變得更好。
[0017]圖6示出在Ix斜率和3x斜率補(bǔ)償時(shí)的線性瞬態(tài)響應(yīng)的仿真結(jié)果。參照圖6，可以看出:VSUM越大，輸出電壓VOUT上的變化越大，即VSUMl > VSUM2, dVl > dV2。
[0018]然而上述通過降低斜率補(bǔ)償來改善線性瞬態(tài)響應(yīng)的方法具有諸多問題。圖7示出圖3所示的升壓變換器針對不同斜率補(bǔ)償?shù)碾姼须娏鞯淖兓⒄請D7，可以看出，斜率補(bǔ)償不能無限降低，因?yàn)闉榱吮苊庠谡伎毡瘸^50%時(shí)產(chǎn)生次諧波振蕩，斜率補(bǔ)償必須滿足以下關(guān)系:
[0019]mc>^Y(5)
[0020]由于對于m。的最小值的要求，當(dāng)升壓變換器工作在較高的占空比時(shí)，這一降低斜率補(bǔ)償?shù)姆椒ú荒芎芎玫膶o法得到很好效果。例如如果升壓變換器處于最小輸入電壓和最大輸出電壓時(shí)，m2將最大，因此m。的值也將最大。
[0021]此外，由上述等式(I)已知VSUM = VSENSE+VSLOPE = VC,如果降低斜率補(bǔ)償，則VC的值將降低。而當(dāng)變換器工作在最小占空比和輕負(fù)載電流時(shí)，VC的值將變得非常小。因而存在升壓變換器容易受到噪聲干擾的風(fēng)險(xiǎn)。
[0022]在此參照圖7，可以看出即使使用上述降低斜率補(bǔ)償來改善線性瞬態(tài)響應(yīng)的方法，當(dāng)升壓變換器從狀態(tài)I變化到狀態(tài)2時(shí)，AVC的值仍然很大，所以線性瞬態(tài)響應(yīng)仍然不夠好。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0023]鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本實(shí)用新型實(shí)施方式的目的是提供一種具有改善的線性瞬態(tài)響應(yīng)的功率變換器。
[0024]根據(jù)本實(shí)用新型的一方面，提供了一種功率變換器，包括:輸入端和輸出端；耦合在輸入端與輸出端之間的儲能電路和功率開關(guān)電路；反饋電路，耦合在所述輸出端與接地之間，被配置用以生成反饋電壓；誤差放大器電路，被配置為基于所述反饋電壓生成誤差放大信號；比較器電路，被配置為基于與所述誤差放大信號相關(guān)的第一比較信號和與所述儲能電路的充電電流相關(guān)的第二比較信號來生成用于控制所述功率開關(guān)電路通斷的控制信號；以及調(diào)節(jié)電路，耦合在所述誤差放大器電路的輸出與所述比較器電路的用于接收所述第一比較信號的輸入之間，所述調(diào)節(jié)電路被配置為將與由所述輸入端接收的輸入電壓相關(guān)的電壓補(bǔ)償信號耦合至所述誤差放大器的輸出，以減小當(dāng)所述輸入電壓變化時(shí)所述誤差放大信號的變化量。
[0025]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)示例性實(shí)施方式，其中所述調(diào)節(jié)電路包括第一支路、第二支路、第三支路和第四支路，其中所述第一支路被配置為基于所述輸入電壓生成第一電流；所述第二支路連接至所述第一支路以用于將所述第一電流耦合至所述第三支路；所述第三支路連接至所述第二支路以用于基于所述第一電流生成所述電壓補(bǔ)償信號；以及所述第四支路連接至所述第三支路以用于將所述電壓補(bǔ)償信號耦合至所述誤差放大器的輸出，其中所述第一比較信號由所述第二支路和所述第三支路之間的節(jié)點(diǎn)提供。
[0026]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)示例性實(shí)施方式，其中所述第一支路包括第一電阻器、第二電阻器、第三電阻器和電壓跟隨器，其中所述第一電阻器和所述第二電阻器串聯(lián)連接在所述輸入端與所述接地之間；所述電壓跟隨器的輸入連接至所述第一電阻器和所述第二電阻器之間的節(jié)點(diǎn)；以及所述第三電阻器耦合在所述電壓跟隨器的輸出與所述接地之間以生成所述第一電流。
[0027]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)示例性實(shí)施方式，其中所述第一支路還包括串聯(lián)連接在所述第三電阻器與所述第二支路之間的第一 MOS晶體管，所述第一 MOS晶體管的柵極連接至所述電壓跟隨器的輸出。
[0028]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)示例性實(shí)施方式，其中所述第二支路包括第一電流鏡和第二電流鏡，其中所述第一電流鏡的一端連接至所述第一支路以接收所述第一電流，所述第一電流鏡的另一端連接至所述第二電流鏡的一端，所述第二電流鏡的另一端連接至所述第三支路以將所述第一電流耦合至所述第三支路。
[0029]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)示例性實(shí)施方式，其中所述第三支路包括第四電阻器。
[0030]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)示例性實(shí)施方式，其中所述第四支路包括串聯(lián)連接在電源電壓與所述第三支路之間的第二 MOS晶體管，所述第二 MOS晶體管的柵極連接至所述誤差放大器電路的輸出。
[0031]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)示例性實(shí)施方式，其中所述調(diào)節(jié)電路還包括用于提供第二電流的第五支路，所述第五支路串聯(lián)連接在所述第三支路與所述接地之間以將所述第二電流耦合至所述第三支路。
[0032]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)示例性實(shí)施方式，其中所述第五支路包括電流源和第三電流鏡，所述電流源連接至所述第三電流鏡的一端，所述第三電流鏡的另一端連接至所述第二支路。
[0033]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)示例性實(shí)施方式，其中所述反饋電路包括串聯(lián)連接在所述輸出端和所述接地之間的第五電阻器和第六電阻器，所述反饋電壓由所述第五電阻器和所述第六電阻器之間的節(jié)點(diǎn)提供。
[0034]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)示例性實(shí)施方式，其中所述功率開關(guān)電路包括多個(gè)功率開關(guān)管，并且所述功率變換器還包括驅(qū)動器電路，其中所述驅(qū)動器電路被配置為接收所述控制信號并且分別為所述功率開關(guān)電路中的每個(gè)所述功率開關(guān)管提供相應(yīng)控制電壓。
[0035]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)示例性實(shí)施方式，其中所述功率開關(guān)電路包括第一功率開關(guān)管和第二功率開關(guān)管，所述儲能電路與所述第一功率開關(guān)管串聯(lián)連接在所述輸入端與所述輸出端之間，所述第二功率開關(guān)管與第七電阻器串聯(lián)連接在所述儲能電路和所述第一功率開關(guān)管之間的節(jié)點(diǎn)與所述接地之間。
[0036]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)示例性實(shí)施方式，其中所述第一功率開關(guān)管與所述第二功率開關(guān)管為不同傳導(dǎo)類型的MOS晶體管。
[0037]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)示例性實(shí)施方式，還包括用于對所述第二比較信號進(jìn)行斜率補(bǔ)償?shù)男甭恃a(bǔ)償電路。
[0038]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)示例性實(shí)施方式，其中所述儲能電路包括電感器。
[0039]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)示例性實(shí)施方式，還包括用于基于所述儲能電路的所述充電電流生成所述第二比較信號的感測電路。
[0040]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)示例性實(shí)施方式，其中所述誤差放大器包括運(yùn)算放大器、第八電阻器和電容器，其中所述運(yùn)算放大器的反相輸入端子接收所述反饋電壓，所述運(yùn)算放大器的同相輸入端子接收基準(zhǔn)電壓，所述運(yùn)算放大器的輸出端子輸出所述誤差放大信號，所述第八電阻器和所述電容器串聯(lián)連接在所述運(yùn)算放大器的輸出端子與所述接地之間。
[0041]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)示例性實(shí)施方式，其中所述比較器電路是PWM比較器電路。
[0042]本實(shí)用新型的實(shí)施例提供的功率變換器具有改善的線性瞬態(tài)響應(yīng)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0043]現(xiàn)在將僅參照附圖通過示例對本實(shí)用新型的實(shí)施方式進(jìn)行描述，其中為相似的部件提供對應(yīng)的附圖標(biāo)記，在附圖中:
[0044]圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的恒頻電流模式控制的升壓變換器的原理圖；
[0045]圖2示出與圖1所示的升壓變換器相關(guān)聯(lián)的波形；
[0046]圖3示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的具有斜率補(bǔ)償?shù)暮泐l電流模式控制的升壓變換器的電路圖；
[0047]圖4示出圖3所示的升壓變換器在輸入電壓變化時(shí)誤差放大器的輸出和升壓變換器的輸出的變化；
[0048]圖5示出圖3所示的升壓變換器中第二比較信號針對不同斜率補(bǔ)償隨時(shí)間的變化；
[0049]圖6示出圖3所示的升壓變換器在Ix斜率和3x斜率補(bǔ)償時(shí)的線性瞬態(tài)響應(yīng)的仿真結(jié)果；
[0050]圖7示出圖3所示的升壓變換器針對不同斜率補(bǔ)償?shù)碾姼须娏鞯淖兓?br> [0051]圖8示出根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的恒頻電流模式控制的升壓變換器的電路圖；
[0052]圖9示出圖8和圖3所示的升壓變換器在輸入電壓變化時(shí)誤差放大器的輸出電壓的變化量的比較；
[0053]圖10是示出圖8所示的升壓變換器在輸入電壓變化時(shí)誤差放大器的輸出保持不變的示意圖；
[0054]圖11是示出調(diào)節(jié)電路的一種具體配置的升壓變換器的示意圖；以及
[0055]圖12示出圖11和圖3所示的升壓變換器的線性瞬態(tài)響應(yīng)的仿真結(jié)果的比較。

【具體實(shí)施方式】
[0056]下面將參考附圖中示出的若干示例性實(shí)施例來描述本實(shí)用新型的原理和精神。應(yīng)當(dāng)理解，描述這些實(shí)施例僅僅是為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠更好地理解進(jìn)而實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型，而并非以任何方式限制本實(shí)用新型的范圍。
[0057]圖8示出根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的恒頻電流模式控制的升壓變換器的電路圖。
[0058]如圖8所示，圖8中的升壓變換器包括:輸入端IN和輸出端0UT，其中輸入端IN用于接收輸入電壓VIN，以及輸出端OUT用于輸出變換后的電壓V0UT。
[0059]進(jìn)一步，升壓變換器包括:耦合在輸入端IN與輸出端OUT之間的儲能電路和功率開關(guān)電路；反饋電路，耦合在輸出端OUT與接地之間，被配置用以生成反饋電壓VFB。
[0060]進(jìn)一步，升壓變換器包括:誤差放大器電路，被配置為基于反饋電壓VFB生成誤差放大信號；比較器電路，被配置為基于與誤差放大信號相關(guān)的第一比較信號和與儲能電路的充電電流相關(guān)的第二比較信號來生成用于控制功率開關(guān)電路通斷的控制信號；以及調(diào)節(jié)電路，耦合在誤差放大器電路的輸出與比較器電路的用于接收第一比較信號的輸入之間，調(diào)節(jié)電路被配置為將與由輸入端IN接收的輸入電壓相關(guān)的電壓補(bǔ)償信號耦合至誤差放大器的輸出，以減小當(dāng)輸入電壓變化時(shí)誤差放大信號的變化量。
[0061]如圖8所示，在本實(shí)施例中，儲能電路可以包括電感器L，當(dāng)升壓變換器工作時(shí)通過對電感器L進(jìn)行充電和放電來實(shí)現(xiàn)升壓變換過程，以提供不同的輸出電壓。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在降壓變換器和降壓-升壓變換器中也可以采用電感器L作為儲能電路，以實(shí)現(xiàn)功率轉(zhuǎn)換過程。
[0062]在本實(shí)用新型的實(shí)施例中，根據(jù)不同需要，功率開關(guān)電路可以包括多個(gè)功率開關(guān)管，并且升壓變換器還包括用于驅(qū)動各個(gè)功率開關(guān)管的驅(qū)動器電路，其中驅(qū)動器電路被配置為接收比較器電路輸出的控制信號并且分別為功率開關(guān)電路中的每個(gè)功率開關(guān)管提供相應(yīng)控制電壓，以分別每個(gè)功率開關(guān)管的通斷狀態(tài)。如圖8所示，在本實(shí)施例的升壓變換器中，提供了兩個(gè)功率開關(guān)管(即第一功率開關(guān)管Ql和第二功率開關(guān)管Q2)，作為儲能元件的電感器L與第一功率開關(guān)管Ql串聯(lián)連接在輸入端IN與輸出端OUT之間，第二功率開關(guān)管Q2與第七電阻器Rs串聯(lián)連接在儲能電路和第一功率開關(guān)管Ql之間的節(jié)點(diǎn)與接地之間。其中第一功率開關(guān)管Ql與第二功率開關(guān)管Q2可以為不同傳導(dǎo)類型的MOS晶體管(諸如PMOS晶體管、NMOS晶體管)，也可以是相同傳導(dǎo)類型的MOS晶體管。
[0063]在本實(shí)用新型的實(shí)施例中，根據(jù)需要可以采用不同配置的驅(qū)動電路對各個(gè)MOS晶體管分別進(jìn)行驅(qū)動，驅(qū)動電路可以分別為各個(gè)功率開關(guān)管Ql、Q2提供相應(yīng)的驅(qū)動電壓以使相應(yīng)的功率開關(guān)管導(dǎo)通或者關(guān)斷，例如在對電感器L進(jìn)行充電時(shí)，驅(qū)動電路控制第一功率開關(guān)管Ql關(guān)斷，并且控制第二功率開關(guān)管Q2導(dǎo)通；而在電感器L放電時(shí)，驅(qū)動電路控制第一功率開關(guān)管Ql導(dǎo)通，并且控制第二功率開關(guān)管Q2斷開。
[0064]如圖8所示，在本實(shí)施例中，反饋電路可以包括串聯(lián)連接在輸出端OUT和接地之間的第五電阻器R5和第六電阻器R6。第五電阻器R5和第六電阻器R6用于對輸出電壓VOUT進(jìn)行分壓，反饋電壓VFB由第五電阻器R5和第六電阻器R6之間的節(jié)點(diǎn)提供，第五電阻器R5和第六電阻器R6之間的節(jié)點(diǎn)與誤差放大器的反相輸入端連接。此外，第五電阻器R5和第六電阻器R6的電阻值可以根據(jù)需要而改變，以提供不同的反饋電壓VFB。
[0065]如圖8所示，在本實(shí)施例中，升壓變換器還包括用于基于電感器L的充電電流生成第二比較信號的感測電路Gi。感測電路Gi將感測到的電流轉(zhuǎn)換成電壓，并作為第二比較信號輸入到比較器電路。在此還可以根據(jù)以下將要描述的斜率補(bǔ)償方法對第二比較信號進(jìn)行斜率補(bǔ)償。
[0066]在本實(shí)施例中，升壓變換器還包括用于對將要輸入到比較器電路的同相輸入端的第二比較信號進(jìn)行斜率補(bǔ)償?shù)男甭恃a(bǔ)償電路(未示出)。通過斜率補(bǔ)償電路將一部分鋸齒波電壓加到第二比較信號上，以改進(jìn)控制特性，例如消除諧波振蕩。在升壓變換器中，在電感電流的占空比大于50%時(shí)，其初始的誤差在后來的周期內(nèi)沒有減小反而加大了，其根本原因在于，當(dāng)電感電流的占空比大于50 %時(shí)，其電流衰減斜率m2與電流上升斜坡斜率ml之比大于1，所以，當(dāng)有擾動進(jìn)入時(shí)，引起的振蕩不能自動收斂。解決辦法是要調(diào)整m2與ml的比值，既然正常的采樣電流是固定的，只有通過外加的補(bǔ)償來改變ml與m2的斜率，以達(dá)到m2/ml < I的目的。斜率補(bǔ)償?shù)姆椒楸绢I(lǐng)域技術(shù)人員所公知的方法，在此不再詳述。
[0067]如圖8所示，在本實(shí)施例中，誤差放大器包括運(yùn)算放大器0ΤΑ、第八電阻器RC和電容器Ce，其中運(yùn)算放大器OTA的反相輸入端子接收反饋電壓VFB，運(yùn)算放大器OTA的同相輸入端子接收基準(zhǔn)電壓，運(yùn)算放大器OTA的輸出端子輸出誤差放大信號，第八電阻器RC和電容器CC串聯(lián)連接在運(yùn)算放大器OTA的輸出端子與接地之間。誤差放大器的兩個(gè)輸入分別接收反饋電壓信號VFB和參考電壓信號VREF，通過將反饋電壓信號VFB與參考電壓信號想減，然后乘以誤差放大器的增益而得到經(jīng)放大的誤差放大信號。
[0068]在本實(shí)用新型的實(shí)施例中，通過調(diào)節(jié)電路可以得到與輸入電壓VIN相關(guān)的變量K.ν?Ν(即電壓補(bǔ)償信號)，得到的與VIN相關(guān)的變量被加到誤差放大器的輸出以用于對誤差放大器的輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)，例如在圖8中:
[0069]VC = K.VIN+VC0 (6)
[0070]通過等式(6)可以看出，如果輸入電壓VIN增加，則誤差放大器的輸出電壓VC也增加；如果輸入電壓VIN減小，則誤差放大器的輸出電壓VC也減小。
[0071]下面結(jié)合圖9對在引入與輸入電壓VIN相關(guān)的變量K.VIN后升壓變換器的線性瞬態(tài)響應(yīng)進(jìn)行說明。如圖9所示，在未引入變量K.VIN時(shí)，當(dāng)輸入電壓VIN從VI變化到V1-Λ V時(shí)，誤差放大器的輸出電壓VC從VCl變化到VC2，VC的變化量為AVCl =VC2_VC1。而在本實(shí)施例的升壓變換器中，由于引入變量K.VIN，當(dāng)輸入電壓VIN從VI變化到V1-AV時(shí)，誤差放大器的輸出電壓VC從VC3變化到VC4，VC的變化量為Λ VC2 = VC4-VC3。
[0072]通過之前的描述可知，當(dāng)未引入與輸入電壓VIN相關(guān)的變量K.VIN時(shí)，誤差放大器的輸出電壓VC的變化量AVCl可以通過等式(7)表示。ΔΓ/
[0073]AVC\ = mc*(D2-D\)*T = mc* — *T(?)
[0074]而當(dāng)引入與輸入電壓VIN相關(guān)的變量K.VIN后，誤差放大器的輸出電壓VC的變化量AVC2可以通過等式(8)至等式(11)推導(dǎo)出。
[0075]VC = K.VIN+VCO, VCO = VSUM (8)
[0076]VC3 = VSUM1+K.VI = VCOI+K.VI = VCI+K.VI (9)
[0077]VC4 = VC2+K.(V1-Λ VI)，Δ V1 (10)
[0078]AVC2 = VC4-VC3 = VC2-VC1-K.AVI = AVCl-K.AVI (11)
[0079]比較等式(7)和等式(11)可以得出，
[0080]AVC2 = AVCl-K.AVI < AVCl (12)
[0081]從等式(12)可以看出，由于在誤差放大器的輸出電壓VC中引入與從升壓變換器的輸入端IN輸入的電壓VIN相關(guān)的變量，使得AVC2總是小于Λ VC1，所以當(dāng)輸入電壓VIN從VI變化到V1-Λ V時(shí)，本實(shí)施例中所提供的升壓變換器將比未引入與輸入電壓VIN相關(guān)的變量的升壓變換器更容易達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。
[0082]現(xiàn)在假設(shè)升壓變換器工作時(shí)的一種極限情況，即在向誤差放大器的輸出中引入與輸入電壓VIN相關(guān)的變量后，當(dāng)輸入電壓VIN從VI變化到V1- Δ V時(shí)，誤差放大器的輸出電壓基本不變。在這一情況下，可以設(shè)定AVC2 = VC4-VC3 = AVCl-K.AVI = 0，因此可以得到:
「 ? ^ AVCl mc*(D2-D\)*T mc*T
[0083]K =-=----- =--(13)
ΔΓ/AVIVOV ,
[0084]圖10描述了上述假設(shè)的情況。如圖10所示，當(dāng)輸入電壓VIN從VI變化到V1-Λ V時(shí)，誤差放大器的輸出電壓的變化量為AVC2 = VC4-VC3 = O。
[0085]因此，為了實(shí)現(xiàn)當(dāng)輸入電壓VIN變化時(shí)誤差放大器的輸出的變化量減小，可以向誤差放大器的輸出電壓中引入與輸入電壓VIN有關(guān)的變量K.VIN，其中
[0086]o<K<mc*T(14)
VOv ’
[0087]下面結(jié)合圖11描述調(diào)節(jié)電路的一種【具體實(shí)施方式】，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，調(diào)節(jié)電路并不限于上述具體配置，任何能夠?qū)⑴c輸入電壓VIN有關(guān)的變量K.VIN耦合到誤差放大器的輸出以減小當(dāng)所述輸入電壓變化時(shí)誤差放大信號的變化量的電路都在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0088]在本實(shí)施例中，調(diào)節(jié)電路可以包括第一支路、第二支路、第三支路和第四支路。
[0089]如圖11所示，第一支路被配置為基于輸入電壓VIN生成第一電流，第一支路可以包括第一電阻器R1、第二電阻器R2、第三電阻器R3和電壓跟隨器VF，其中第一電阻器Rl和第二電阻器R2串聯(lián)連接在輸入端IN與接地之間；電壓跟隨器VF的輸入連接至第一電阻器Rl和第二電阻器R2之間的節(jié)點(diǎn)；以及第三電阻器R3耦合在電壓跟隨器VF的輸出與接地之間以生成第一電流。這里生成的第一電流將通過第二支路耦合至第三支路，其中第二支路可以是用于進(jìn)行電流耦合的電流鏡電路，第三支路可以是用于進(jìn)行電流向電壓轉(zhuǎn)換的電路，第三支路例如可以是下文中將進(jìn)行描述的第四電阻器R4。此外，第一支路還可以包括串聯(lián)連接在第三電阻器R3與第二支路之間的第一 MOS晶體管M1，第一 MOS晶體管Ml的柵極連接至電壓跟隨器VF的輸出。
[0090]如圖11所示，第二支路連接至第一支路以用于將第一電流耦合至第三支路，在本實(shí)施例中，第二支路可以包括第一電流鏡和第二電流鏡，其中第一電流鏡的一端連接至第一支路以接收第一電流，第一電流鏡的另一端連接至第二電流鏡的一端，第二電流鏡的另一端連接至第三支路以將第一電流耦合至第三支路。
[0091]如圖11所示，在本實(shí)施例中，第三支路連接至第二支路以用于基于接收到的第一電流生成電壓補(bǔ)償信號，第三支路可以包括第四電阻器R4。關(guān)于生成的電壓補(bǔ)償信號，將在下文中進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0092]如圖11所示，在本實(shí)施例中，第四支路連接至第三支路以用于將電壓補(bǔ)償信號耦合至誤差放大器的輸出，第四支路可以包括串聯(lián)連接在電源電壓VCC與第三支路之間的第二 MOS晶體管M2，第二 MOS晶體管M2的柵極連接至誤差放大器電路的輸出，第二 MOS晶體管M2的源極和漏極分別連接至電源電壓VCC和第四電阻器R4。
[0093]如圖11所示，在本實(shí)施例中，輸入至PWM比較器電路的第一比較信號可以由第二支路和第三支路之間的節(jié)點(diǎn)(即第四電阻器R4和第二電流鏡之間的節(jié)點(diǎn))提供。
[0094]如圖11所示，在本實(shí)施例中，調(diào)節(jié)電路還可以包括用于提供第二電流的第五支路，第二電流在此用作偏置電流。第五支路串聯(lián)連接在第四電阻器R4與接地之間以將第二電流耦合至第四電阻器R4 ;其中第五支路可以包括電流源Ib和第三電流鏡，電流源Ib的電流輸入至第三電流鏡的一端，第三電流鏡的另一端連接至第四電阻器R4以將第二電流耦合到第四電阻器R4。
[0095]下面在此結(jié)合圖11，對本實(shí)施例的升壓變換器的線性瞬態(tài)響應(yīng)進(jìn)行描述。
[0096]如圖11所示，輸入電壓VIN經(jīng)第一電阻器Rl和第二電阻器R2分壓后提供至電壓跟隨器VF的輸入端子，電壓跟隨器VF輸出該電壓并在第三電阻器R3中產(chǎn)生第一電流，其中第一電流由等式(15)表示:
[0097]Is = VINx-—--(15)
L 」(Λ1 + Λ2)χΛ3ν ’
[0098]第一電流通過兩個(gè)對接的電流鏡(即第一電流鏡和第二電流鏡)傳遞至第四電阻器R4，并且電流源提供的電流Ib通過第三電流鏡耦合到第四電阻器R4上，從而在第四電阻器R4兩端產(chǎn)生電壓。在第四電阻器R4上產(chǎn)生的電壓通過第二 MOS晶體管M2耦合至誤差放大器的輸出端子，從而提升了誤差放大器的輸出電壓，可以通過等式(16)
[0099]表示:
[0100]VC = VC0+VGS+(Ib+Is) XR4 (16)
[0101]對等式(16)進(jìn)行變形可得等式(17):
[0102]VC = (VCO + Vgs +Ibx RA) +K- VIN(17)
[0103]其中，
τ, RlxRA/Λ
[0104]K =--(18)
(R\ + R2)xR3V ’
[0105]由等式(17),可以看出，輸入電壓VIN升聞,誤差放大器的輸出電壓VC也升聞；輸入電壓VIN下降,誤差放大器的輸出電壓VC也下降。例如，如果輸入電壓VIN從3.4V變化到2.9V，則誤差放大器的輸出電壓VC將從VC01+K.3.4變化到VC02+K.2.9。因此AVC=VC02-VC01-K.0.5 = Δ VCO-K.0.5 < Λ VC0。這意味著AVC變得比之前更小。從圖12所示的兩種情況下的線性瞬態(tài)相應(yīng)的仿真結(jié)果也可以看出上述變化。
[0106]雖然上述實(shí)施例結(jié)合升壓變換器對本實(shí)用新型的原理進(jìn)行了說明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本實(shí)用新型同樣適于降壓變換器和降壓-升壓變換器，降壓變換器和降壓-升壓變換器的原理在此不再詳述。
[0107]在本實(shí)用新型的另一實(shí)施例中，還提供了一種用于調(diào)節(jié)功率變換器的線性瞬態(tài)響應(yīng)的方法，其中功率轉(zhuǎn)換器可以采用上述是示例中所描述的功率轉(zhuǎn)換器，該方法包括:根據(jù)來自輸出端的輸出電壓來生成反饋電壓；根據(jù)反饋電壓生成誤差放大信號；根據(jù)與誤差放大信號相關(guān)的第一比較信號和與儲能電路的充電電流相關(guān)的第二比較信號，來生成用于控制功率開關(guān)電路通斷的控制信號；以及將與由輸入端接收的輸入電壓相關(guān)的電壓補(bǔ)償信號耦合至誤差放大信號，以減小當(dāng)輸入電壓變化時(shí)誤差放大信號的變化量。
[0108]已經(jīng)出于示出和描述的目的給出了本實(shí)用新型的說明書，但是其并不意在是窮舉的或者限制于所公開形式的實(shí)用新型。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到很多修改和變體。因此，實(shí)施方式是為了更好地說明本實(shí)用新型的原理、實(shí)際應(yīng)用以及使本領(lǐng)域技術(shù)人員中的其他人員能夠理解以下內(nèi)容而選擇和描述的，即，在不脫離本實(shí)用新型精神的前提下，做出的所有修改和替換都將落入所附權(quán)利要求定義的本實(shí)用新型保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種功率變換器，其特征在于，包括: 輸入端和輸出端； 耦合在輸入端與輸出端之間的儲能電路和功率開關(guān)電路； 反饋電路，耦合在所述輸出端與接地之間，被配置用以生成反饋電壓； 誤差放大器電路，被配置為基于所述反饋電壓生成誤差放大信號； 比較器電路，被配置為基于與所述誤差放大信號相關(guān)的第一比較信號和與所述儲能電路的充電電流相關(guān)的第二比較信號來生成用于控制所述功率開關(guān)電路通斷的控制信號；以及 調(diào)節(jié)電路，耦合在所述誤差放大器電路的輸出與所述比較器電路的用于接收所述第一比較信號的輸入之間，所述調(diào)節(jié)電路被配置為將與由所述輸入端接收的輸入電壓相關(guān)的電壓補(bǔ)償信號耦合至所述誤差放大器的輸出，以減小當(dāng)所述輸入電壓變化時(shí)所述誤差放大信號的變化量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率變換器，其特征在于，所述調(diào)節(jié)電路包括第一支路、第二支路、第三支路和第四支路，其中 所述第一支路被配置為基于所述輸入電壓生成第一電流； 所述第二支路連接至所述第一支路以用于將所述第一電流耦合至所述第三支路； 所述第三支路連接至所述第二支路以用于基于所述第一電流生成所述電壓補(bǔ)償信號；以及 所述第四支路連接至所述第三支路以用于將所述電壓補(bǔ)償信號耦合至所述誤差放大器的輸出， 其中所述第一比較信號由所述第二支路和所述第三支路之間的節(jié)點(diǎn)提供。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率變換器，其特征在于，所述第一支路包括第一電阻器、第二電阻器、第三電阻器和電壓跟隨器，其中 所述第一電阻器和所述第二電阻器串聯(lián)連接在所述輸入端與所述接地之間； 所述電壓跟隨器的輸入連接至所述第一電阻器和所述第二電阻器之間的節(jié)點(diǎn)；以及 所述第三電阻器耦合在所述電壓跟隨器的輸出與所述接地之間以生成所述第一電流。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的功率變換器，其特征在于，所述第一支路還包括串聯(lián)連接在所述第三電阻器與所述第二支路之間的第一 MOS晶體管，所述第一 MOS晶體管的柵極連接至所述電壓跟隨器的輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率變換器，其特征在于，所述第二支路包括第一電流鏡和第二電流鏡，其中 所述第一電流鏡的一端連接至所述第一支路以接收所述第一電流，所述第一電流鏡的另一端連接至所述第二電流鏡的一端，所述第二電流鏡的另一端連接至所述第三支路以將所述第一電流耦合至所述第三支路。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率變換器，其特征在于，所述第三支路包括第四電阻器。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率變換器，其特征在于，所述第四支路包括串聯(lián)連接在電源電壓與所述第三支路之間的第二 MOS晶體管，所述第二 MOS晶體管的柵極連接至所述誤差放大器電路的輸出。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率變換器，其特征在于，所述調(diào)節(jié)電路還包括用于提供第二電流的第五支路，所述第五支路串聯(lián)連接在所述第三支路與所述接地之間以將所述第二電流耦合至所述第三支路。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的功率變換器，其特征在于，所述第五支路包括電流源和第三電流鏡，所述電流源連接至所述第三電流鏡的一端，所述第三電流鏡的另一端連接至所述第二支路。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的功率變換器，其特征在于，所述反饋電路包括串聯(lián)連接在所述輸出端和所述接地之間的第五電阻器和第六電阻器，所述反饋電壓由所述第五電阻器和所述第六電阻器之間的節(jié)點(diǎn)提供。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的功率變換器，其特征在于，所述功率開關(guān)電路包括多個(gè)功率開關(guān)管，并且所述功率變換器還包括驅(qū)動器電路，其中所述驅(qū)動器電路被配置為接收所述控制信號并且分別為所述功率開關(guān)電路中的每個(gè)所述功率開關(guān)管提供相應(yīng)控制電壓。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的功率變換器，其特征在于，所述功率開關(guān)電路包括第一功率開關(guān)管和第二功率開關(guān)管，所述儲能電路與所述第一功率開關(guān)管串聯(lián)連接在所述輸入端與所述輸出端之間，所述第二功率開關(guān)管與第七電阻器串聯(lián)連接在所述儲能電路和所述第一功率開關(guān)管之間的節(jié)點(diǎn)與所述接地之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的功率變換器，其特征在于，所述第一功率開關(guān)管與所述第二功率開關(guān)管為不同傳導(dǎo)類型的MOS晶體管。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的功率變換器，其特征在于，還包括用于對所述第二比較信號進(jìn)行斜率補(bǔ)償?shù)男甭恃a(bǔ)償電路。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的功率變換器，其特征在于，所述儲能電路包括電感器。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的功率變換器，其特征在于，還包括用于基于所述儲能電路的所述充電電流生成所述第二比較信號的感測電路。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的功率變換器，其特征在于，所述誤差放大器包括運(yùn)算放大器、第八電阻器和電容器，其中所述運(yùn)算放大器的反相輸入端子接收所述反饋電壓，所述運(yùn)算放大器的同相輸入端子接收基準(zhǔn)電壓，所述運(yùn)算放大器的輸出端子輸出所述誤差放大信號，所述第八電阻器和所述電容器串聯(lián)連接在所述運(yùn)算放大器的輸出端子與所述接地之間。
18.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的功率變換器，其特征在于，所述比較器電路是PWM比較器電路。
【文檔編號】H02M3/157GK204089595SQ201420356999
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月27日
【發(fā)明者】張海波, 曾子玉, 黃令華 申請人:意法半導(dǎo)體研發(fā)(深圳)有限公司