一种DCDC变换器的过冲快速响应电路及其方法与流程

一种dcdc变换器的过冲快速响应电路及其方法
技术领域
1.本发明涉及电源管理技术领域，尤其是涉及一种dcdc变换器的过冲快速响应电路。


背景技术：

2.dcdc变换器芯片具有高集成、高效率、大驱动电流等优势，dcdc变换器是电源管理芯片中非常重要的一个模块。随着便携式电子设备的广泛应用，对dcdc变换器的性能提出了新的要求，即更高的效率、更好的瞬态特性、更大的输出电流等。
3.传统电流模控制的双模式buck型dcdc变换器，在负载由重载切换至轻载时，会出现极高过冲现象，而且输出电压恢复到正常设定值的过程非常缓慢。这主要是因为当负载由重载切换至轻载时，大量电荷流入电容cl，输出电压升高产生过冲电压，此时电容电荷泄放路径只有负载电流iload，轻载时iload较小，导致输出电压恢复缓慢，dcdc变换器瞬态特性变得很差。
4.瞬态特性的恶化对dcdc变换器的某些应用场景是致命的，因此亟需提出一种方法对电流模控制的双模式buck型dcdc变换器的瞬态特性进行改善。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种dcdc变换器的过冲快速响应电路及其方法。
6.第一方面，本发明提供一种dcdc变换器的过冲快速响应电路，采用如下的技术方案，包括：
7.dcdc拓扑、输出电压检测电路、零电流检测电路、控制逻辑电路、负载检测及模式切换电路，所述dcdc拓扑与输出电压检测电路、零电流检测电路、控制逻辑电路依次连接，所述负载检测及模式切换电路与dcdc拓扑、输出电压检测电路、控制逻辑电路相连，所述负载检测及模式切换电路包含有负载电流采样电路、比较器电路、模式切换电路；其中，
8.所述控制逻辑电路产生控制信号以控制dcdc拓扑产生恒定的输出电压；
9.所述输出电压检测电路通过检测所述输出电压以判断是否关闭零电流检测电路和是否使能模式切换电路进行模式切换；
10.所述零电流检测电路在检测出零电感电流之后将产生zcd信号并发送至控制逻辑电路，以避免出现反向电流；
11.所述负载检测及模式切换电路检测负载的状态以及控制电路进行模式切换。
12.优选的是，所述负载电流采样电路与dcdc拓扑、比较器电路同相输入端相连，以将负载电流信号转换为电压信号；
13.所述比较器电路将电压信号与基准产生的参考电压信号进行比较，以判断dcdc拓扑的负载情况是否由重载切换至轻载，并产生使能信号使能输出电压检测电路；
14.所述模式切换电路受输出电压检测电路控制，产生模式切换信号并发送至控制逻
辑电路进行模式切换。
15.第二方面，本发明提供一种dcdc变换器的过冲快速响应方法，采用如下的技术方案：
16.当负载检测及模式切换电路检测到dcdc拓扑的负载情况由重载切换至轻载时，输出电压检测电路开始工作；
17.(1)若dcdc拓扑产生的输出电压超过输出电压检测电路的上门限电压，则输出电压检测电路将产生关闭信号以关闭零电流检测电路，并允许dcdc拓扑通过反向电流对过冲电压进行快速泄放，此时输出电压检测电路不会对模式切换电路进行使能，即不允许模式切换电路进行模式切换；
18.当dcdc拓扑产生的输出电压下降至输出电压检测电路的下门限电压时，输出电压检测电路将产生开启信号以打开零电流检测电路，并使能模式切换电路进行模式切换，此时dcdc拓扑进入轻载下的正常工作状态；
19.(2)若dcdc拓扑产生的输出电压不超过输出电压检测电路的上门限电压，则输出电压检测电路不对零电流检测电路进行控制，将直接使能模式切换电路进行模式切换，此时dcdc拓扑进入轻载下的正常工作状态。
20.本技术针对电流模控制的双模式buck型dcdc变换器负载切换时存在过冲问题，提出了一种过冲快速响应电路及其方法，实现了过冲的快速恢复，提高dcdc变换器的瞬态特性。
附图说明
21.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
22.图1示意性地示出了根据本发明一实施方式的一种dcdc变换器的过冲快速响应电路；
23.图2示出了传统电流模控制的双模式buck型dcdc变换器的电路框图；
24.图3示出了传统电流模控制的双模式buck型dcdc变换器在负载切换时电感电流和输出电压的工作波形图；
25.图4示出了传统电流模控制的双模式buck型dcdc变换器在负载切换时电感电流和输出电压仿真波形图；
26.图5示出了应用本发明所述dcdc的过冲快速响应电路及其方法的电流模控制的双模式buck型dcdc变换器的电路框图；
27.图6示出了应用本发明所述dcdc的过冲快速响应电路及其方法的电流模控制的双模式buck型dcdc变换器在负载切换时电感电流和输出电压的工作波形图；
28.图7示出了应用本发明所述dcdc的过冲快速响应电路及其方法的电流模控制的双模式buck型dcdc变换器在负载切换时电感电流和输出电压的仿真波形图。
具体实施方式
29.为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
30.下文阐述了具体细节，诸如出于解释而非限制目的的特定实施例或示例。本领域技术人员将认知到，除了这些具体细节之外，还可采用其它示例。在一些实例中，省略了对众所周知的方法、节点、接口、电路和装置的详细描述，以免用不必要的细节混淆本描述。需要说明的是，下文中出现的“使能”可理解为条件成立可执行的意思。
31.图1示意性地示出了根据本发明一实施方式的一种dcdc变换器的过冲快速响应电路。该电路包含有dcdc拓扑1、输出电压检测电路2、零电流检测电路3、控制逻辑电路4、负载检测及模式切换电路5，dcdc拓扑1与输出电压检测电路2、零电流检测电路3、控制逻辑电路4依次连接，负载检测及模式切换电路5与dcdc拓扑1、输出电压检测电路2、控制逻辑电路相连4，负载检测及模式切换电路5包含有负载电流采样电路501、比较器电路comp502、模式切换电路503。
32.其中，控制逻辑电路4产生控制信号ctrl以控制dcdc拓扑1产生恒定的输出电压vout；输出电压检测电路2通过检测输出电压vout以判断是否关闭零电流检测电路3和是否使能模式切换电路503进行模式切换；零电流检测电路3在检测出零电感电流之后将产生zcd信号(过零检测信号)并发送至控制逻辑电路4，以避免出现反向电流。
33.另外，负载检测及模式切换电路5主要用于检测dcdc拓扑1的负载状态并在判断出负载切换为轻载时使能输出电压检测电路，以及进行模式切换的逻辑控制。
34.具体地说，负载检测及模式切换电路5中：负载电流采样电路501与dcdc拓扑1、比较器电路comp502同相输入端相连，以将负载电流信号iload转换为电压信号v
sence
；比较器电路comp502将此电压信号v
sence
与基准产生的参考电压信号v
ref
进行比较，以判断dcdc拓扑1的负载情况是否由重载切换至轻载，并产生使能信号en使能输出电压检测电路2；模式切换电路503受输出电压检测电路2产生的en_v
swc
信号控制，产生模式切换信号v
swc
给控制逻辑电路4进行模式切换。
35.上述过冲快速响应电路的具体工作原理如下：
36.首先，由负载检测及模式切换电路5中的比较器电路comp502检测dcdc拓扑1的负载情况，当其判断出dcdc拓扑1的负载情况由重载切换至轻载时，此时输出电压检测电路2开始工作，接下来会存在两种工作情况。
37.第一种情况：若dcdc拓扑1产生的输出电压vout超过输出电压检测电路2的上门限电压vh，则输出电压检测电路2将产生关闭信号off_zcd以关闭零电流检测电路3，并允许dcdc拓扑1通过反向电流对过冲电压进行快速泄放，值得注意的是，此时输出电压检测电路2不会产生en_v
swc
信号对模式切换电路进503行使能，即不允许模式切换电路503进行模式切换。
38.当dcdc拓扑1产生的输出电压vout下降至输出电压检测电路2的下门限电压vl时，输出电压检测电路2将产生开启信号以打开零电流检测电路3，并通过en_v
swc
信号使能负载检测及模式切换电路5中的模式切换电路503进行模式切换，此时dcdc拓扑1进入轻载下的正常工作状态。
39.第二种情况：若dcdc拓扑1产生的输出电压vout不超过输出电压检测电路2的上门限电压vh，则输出电压检测电路2不对零电流检测电路3进行控制，即直接产生en_v
swc
信号使能模式切换电路503进行模式切换，此时dcdc拓扑1进入轻载下的正常工作状态。
40.下面将举例说明本发明实施效果：
41.图2示出了传统电流模控制的双模式buck型dcdc变换器的电路框图，可看出其并未针对输出过冲问题进行相应地优化。
42.图3示出了传统电流模控制的双模式buck型dcdc变换器在负载切换时电感电流和输出电压的工作波形图，图中可以看出当负载由重载切换到轻载时，模式切换电路已经将dcdc变换器切换至轻载时pwm/sleep混合的正常工作模式，此时，输出过冲仅能通过负载电流iload泄放，恢复缓慢。
43.图4示出了传统电流模控制的双模式buck型dcdc变换器在负载切换时电感电流和输出电压仿真波形图，从仿真结果中可以看出，在500μs时，负载由重载切换为轻载，dcdc变换器工作模式也从pwm模式切换到pwm/sleep混合模式，观察输出电压vout的波形可以看出，输出过冲在502μs产生，直到860μs恢复正常设定值1.8v，恢复过程仅通过负载电流泄放，瞬态响应极差。
44.图5示出了应用本发明所述dcdc的过冲快速响应电路及其方法的电流模控制的双模式buck型dcdc变换器的电路框图，加入了输出电压检测电路判断是否产生过冲并对零电流检测电路(zcd)和负载检测及模式切换电路进行控制。
45.图6示出了应用本发明所述dcdc的过冲快速响应电路及其方法的电流模控制的双模式buck型dcdc变换器在负载切换时电感电流和输出电压的工作波形图。
46.图7示出了应用本发明所述dcdc的过冲快速响应电路及其方法的电流模控制的双模式buck型dcdc变换器在负载切换时电感电流和输出电压的仿真波形图，从仿真结果中可以看出，在500μs时，负载由重载切换为轻载，此时，输出电压检测电路检测到输出电压vout过冲高于其上门限电压vh，关闭零电流检测电路，过冲通过反向电感电流迅速泄放，509μs时，输出电压下降到输出电压检测电路的下门限电压vl，过冲已经恢复，模式切换电路被使能，进入轻载下的pwm/sleep混合模式进行工作。
47.通过对比可发现，与未使用本发明的过冲快速响应电路及其方法的传统dcdc变换器相比，本发明的过冲恢复时间缩短了349μs，可见本发明所提出的快速过冲响应电路及其方法可以迅速降低过冲电压，对dcdc变换器的瞬态特性有极大改善。
48.显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。