高精度快速瞬态响应控制电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种电源电路，更具体的说设及一种应用于开关型调节器的高精度快 速瞬态响应控制电路，属于集成电路的技术领域。
【背景技术】
[0002] 电源变换器被广泛的用于各种电子设备中，它的作用就是将电源从一种形式变换 到另一种形式。电源变化器由功率级电路和控制环路组成。控制环路是在输入电压和外接 负载变化时，通过调节功率级电路中的开关管和整流管的导通和关断时间，使电源变换器 的输出电压或者输出电流保持稳定。因此控制环路的设计对电源变换器来说十分重要。采 用不同的检测和控制方式，电源变换器的性能也有较大差异。 阳00引电源变换器的控制方式包括PWM(脉冲宽度调制）和PFM(脉冲频率调制）。PWM控制方式即开关周期不变，通过调整开关管的导通时间来调整输出电压。PFM控制方式即开 关管的导通时间或者关断时间恒定，通过调整开关周期来调整输出电压。
[0004] 参考图1，所示为采用现有技术的一种PWM控制模式的电源变换器。其中开关管Ml,整流管Mz,电感L，电感电流检测电阻Ri,输出电容C。。,，负载17组成一降压型拓扑结构。 输出电压反馈信号V?与基准电压VKWl经过误差放大器15得到相对稳定的补偿信号VCCMP; 通过电感电流检测电阻化得到的电流信号通过电流放大器16放大得到信号Vi,Vi再与斜 坡补偿信号叠加得到斜坡电压信号V2,Vz与V0*通过PWM比较器13,RS触发器12W 及驱动电路11构成双环控制系统。下面结合图2给出的工作波形来介绍该拓扑的工作原 理。 阳0化]时刻ti至12区间内，所述电源变换器稳定工作，RS触发器12接固定频率的窄脉 冲信号Vpuis。，当脉冲信号Vpuiw变为高电平时RS触发器12被置化输出高电平，该高电平信 号通过驱动电路11控制整流管Mz关断，开关管Mi打开。此时电感电流iL增加，通过Ri采 样并经过电流检测放大器16得到表征电感电流的信号Vi,Vi与斜坡补偿信号V叠加产 生信号V2,Vz输入PWM比较器13。随着电感电流的增加V2逐渐升高，当V2超过VCDMP时PWM 比较器13输出高电平，RS触发器12被复位，输出低电平，通过驱动电路11控制开关管Mi 关断，整流管Mz导通，电感电流开始下降。当脉冲信号Vpuiw再次变为高电平时，重复W上控 制过程，维持输出电压和输出电流的稳定。
[0006] 如果在导通时间内负载17突然发生阶跃突变，比如由重载到轻载突变时，如在t3 时刻，则使得输出电流i。。,瞬间下降，输出电压瞬间升高，此时R1采样反馈信号的精度和电 流环路的响应速度便决定了电源转换器能否尽快使输出稳定下来。传统方案是通过比较两 个电压信号，即V〇3MP和V 2决定何时关断开关管M 1，打开整流管M2,由于此时的斜坡补偿量是 固定的，无法动态调整，所W不可避免会引入响应较慢的问题，又由于两个电压信号VceMP和 V2进行比较容易受到干扰引入误差，故存在控制精度低的问题。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种高精度快速瞬态响应控 制电路，W解决现有技术中的翻转点响应慢，控制不精准的问题。其中，此处所述电源转换 器为恒定导通时间降压拓扑结构，实际该高精度快速瞬态响应控制电路同样适用于升压型 和升降压型拓扑结构。本发明采用的技术方案是：
[0008] 一种高精度快速瞬态响应控制电路，包括开关管M3、整流管M4、电感^输出电容 Cout、电阻R3和R4、误差放大器、COMP电压处理模块、电流比较器、RS触发器、驱动电路、恒 定导通时间控制电路；
[0009] 开关管M3的漏极接输入电压VIN，源极接整流管M4的漏极和电感L的第一端；电 感L的第二端接输出电容Cout的一端和电阻R3的一端，接负载的一端；电阻R3另一端接 电阻R4-端，电阻R4和电容Cout的另一端接地，负载另一端接地；整流管M4的源极接地；
[0010] 电阻R3和R4连接的节点接误差放大器的反向输入端，误差放大器的同相输入端 接第一基准电压Vkwi;误差放大器的输出端接COMP电压处理模块；电感L的第一端和COMP 电压处理模块的输出端接电流比较器；
[0011] 恒定导通时间控制电路和电流比较器的输出端分别接RS触发器的R端和S端；RS 触发器的Q端接驱动电路的输入端，驱动电路的两个输出控制端分别接开关管M3和整流管 M4的栅极；
[0012] 检测所述电源转换器的输出电压，从电阻R3和R4连接的节点获得表征输出电压 的电压反馈信号V?;
[0013] 检测流过电感L的电感电流信号，从电感L的第一端获得表征电感L电流的电压 反馈Ih号Vu;
[0014] 通过误差放大器计算输出电压反馈信号V?和第一基准电压VKWi之间的误差，并 对该误差信号进行补偿得到一补偿信号Vwmp;该补偿信号VWMP通过COMP电压处理模块将 COMP脚电压信号转换成电流信号1。胃，然后将该电流信号1。胃进行再分配产生两股电流信 号，运两股电流信号为第一控制信号；
[0015] 第一控制信号与表征电感电流的电压反馈信号Vu通过电流比较器计算后得到精 准的翻转点，控制何时打开开关管M3,对电感L进行充电；
[0016] 恒定导通时间控制电路产生固定高电平的脉冲信号V?，该脉冲信号V?w为第二控 制倍号；
[0017] 第二控制信号通过RS触发器和驱动电路控制开关管M3的导通时间为固定值，导 通时间一到，开关管M3关断，整流管M4导通，电感电流iL下降；电感电流的电压反馈信号 Vu和第一控制信号通过电流比较器计算得到翻转点，控制何时整流管M4关断，开关管M3打 开，开启下一个周期；
[001引驱动电路的控制逻辑是；低电平输入时，输出Vtc低电平控制开关管M3关断，输出Vu;高电平控制整流管M4导通；高电平输入时，输出VK高电平控制开关管M3导通，输出V 低电平控制整流管M4关断。
[0019] 进一步地，COMP电压处理模块包括两个部分，第一部分电路为一个电压转电流电 路，将COMP脚的电压Vwmp转换为电流形式，I。胃二Vwmp/R，第二部分电路对1。胃进行分配 调整得到电流13,14;
[0020] COMP电压处理模块的第二部分电路包括：电流源Ii和I2, Ii〉l2;电流源I极 管Ql、Q2、Q3和Q4, PMOS管QlOl、Q102、Q103和Q104 ;开关SI和S2 ;当整流管M4关断，开 关管M3导通时，开关Sl断开，开关S2闭合；其它情况开关S2断开，开关Sl闭合；电压Vwmp 转换的电流1。胃作二处电流源； 阳02U 电源VDD接电流源I1J2和第一个I 的输入端、PMOS管Q101、Q102、Q103和Q104 的源极；PMOS管QlOl的栅极和漏极接=极管Q3的集电极；PMOS管Q102的栅极和漏极接= 极管Q4的集电极；PMOS管Q103和Q104的栅极分别接QlOl和Q102的栅极； 阳0巧电流源Ii的输出端接立极管Q3的基极、立极管Ql的集电极和基极、第二个I。胃 的输入端；=极管Q3和Q4的发射极接电流源Is的输入端；电流源12的输出端接=极管Q4 的基极和=极管Q2的集电极和基极；第一个1。胃的输出端分别接开关Sl和S2的一端；开 关Sl的另一端接=极管Q4的基极；开关S2的另一端接第二个1。胃的输入端；第二个I。胃 的输出端和电流源15的输出端接地；=极管Ql和Q2的发射极通过电阻R5接地； 阳02引流经PMOS管QlOl和Q102的电流为13,14;PM0S管Q103和Q104用于镜像引出电 流 I3, I4。
[0024] 进一步地，电流比较器包括电阻361、1?62、1?63、1?64，电阻1?71和1?72，电阻1?81、尺82、 R83 ;相同参数的S极管Q5和Q6,相同参数的NMOS管Q201、Q202、Q203、Q204 ;电阻R。,，比 较器 U101，电流源 Ie;其中，R61 = R62, R63 = R64, R71 = R72, R81 = R82 = R83 ; 阳0巧]电源VDD接电阻R61、R62、R63、R64的一端；电阻R61的另一端接电阻R71的一端 和=极管Q5的基极；电阻R62的另一端接电阻R72的一端和=极管Q6的基极；电阻R63的 另一端接=极管Q5的集电极和UlOl的反向输入端；电阻R64的另一端接=极管Q6的集 电极和UlOl的同相输入端；电阻R72的另一端通过电阻R83接地；电流Is注入电阻R72和 R83连接的节点；电阻R71的另一端接NMOS管Q201和Q204的漏极；Q201的栅极接Q202的 栅极，Q203的栅极接Q204的栅极；电流14注入Q202和Q203的漏极；Q201和Q202的源极 通过电阻R81接地；Q203和Q204的源极接电阻R82的一端，电阻R82的另一端通过电阻Rew 接地；表征电感L电流的电压反馈信号Vu接电阻R82和电阻R W的连接节点；S极管Q5和 Q6的发射极接电流源Ie的输入端，电流源I e的输出端接地； 阳0%] Q201和Q202的栅极接控制信号Scon, Q203和Q204的栅极接与Scon反相的控制 信号 N_Scon。
[0027] 本发明的优点在于：本发明的电路在每个开关周期内通过将COMP脚电压信号转 换成电流信号