一种具有快速响应特性的dc-dc变换器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及集成电路设计领域，具体的说涉及一种具有快速响应特性的DC-DC变换器。本发明的变换器包括依次连接的BUCK变换器、线性稳压器和占空比控制信号产生电路，将传统Buck变换器和线性稳压器的输出端相连，Buck变换器用于提供稳态负载电流，提高整体变换效率，而线性稳压器用于在基准电压阶跃和负载电流阶跃下提供瞬时电流，加快整个变换器的响应速度。本发明尤其适用于DC-DC变换器。
【专利说明】一种具有快速响应特性的DC-DC变换器
【技术领域】
[0001]本发明属于集成电路设计领域，具体的说涉及一种具有快速响应特性的DC-DC变换器。
【背景技术】
[0002]在电源设计中，瞬态响应速度和变换效率都是关键的技术指标。传统的降压变换器主要有以下两种结构:一种是图1所示的开关变换器(Buck)，这种变换器的优点是效率很高，但响应速度较慢，一方面，电感电流上升/下降斜率受制于输入输出电压，在瞬态阶跃下不能快速改变输出电流，另一方面，开关变换器的环路带宽一般低于开关频率的五分之一，受开关频率限制，环路响应时间长。另一种是图2所示的线性稳压器，其结构简单，容易实现较高的带宽，在瞬态阶跃下可以快速改变调整管输出电流，响应速度快，其缺点是效率依赖于输入输出电压差，难以实现较高的效率。在一些对响应速度和变换效率都有较高要求的应用中，如包络跟踪技术，传统的开关变换器和线性稳压器都不能满足要求。
【发明内容】
[0003]本发明的目的，就是针对上述传统电路存在的问题，提出一种具有快速响应特性的DC-DC变换器。
[0004]本发明的技术方案是，一种具有快速响应特性的DC-DC变换器，其特殊在于，包括依次连接的BUCK变换器、线性稳压器和占空比控制信号产生电路；所述线性稳压器为推挽输出型线性稳压器，由PMOS管MPl、NM0S管丽1、第一误差放大器EAl、第二误差放大器构成EA2 ;其中MPl的源极接电源VDD，其栅极接第一误差放大器的输出端，其漏极接第一误差放大器的同相输入端；MP1的漏极与第一误差放大器的同相输入端的连接点接BUCK变换器的输出端与丽I的漏极，此连接点为整个变换器的输出电压VOUT ；MN1的栅极接第二误差放大器的输出端，其源极接地VSS ;第一误差放大器的反相输出端与第二误差放大器的反相输入端接基准电压Vref ;所述占空比控制信号产生电路由PMOS管MP2、MP3、MP4、NM0S管MN2、电阻Rl、R2构成；其中，MP2的源极接电源VDD，其栅极接第一误差放大器的输出端与MPl的栅极的连接点，其漏极通过Rl后接地VSS ;丽2的栅极接第二误差放大器的输出端与丽I的栅极的连接点，其源极接地VSS，其漏极接MP3的漏极；MP3的漏极与栅极互连，其源极接电源VDD，其栅极接MP4的栅极；MP4的源极接电源VDD，其漏极通过R2接地VSS ；MP2与Rl的连接点为占空比控制信号产生电路的正输出端，MP4的漏极与R2的连接点为占空比控制信号产生电路的负输出端，占空比控制信号产生电路的正输出端与负输出端电压之差为占空比控制信号VE。
[0005]本发明的有益效果为，将传统Buck变换器和线性稳压器的输出端相连，Buck变换器用于提供稳态负载电流，提高整体变换效率，而线性稳压器用于在基准电压阶跃和负载电流阶跃下提供瞬时电流，加快整个变换器的响应速度。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]图1为传统Buck变换器结构示意图；
[0007]图2为传统线性稳压器结构示意图；
[0008]图3为本发明DC-DC变换器整体结构示意图；
[0009]图4为基准电压阶跃(负载为恒定电阻R)下的瞬态响应示意图；
[0010]图5为负载电流阶跃(负载为电流源Ium)下的瞬态响应示意图。
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行描述。
[0012]本发明通过结合开关变换器和线性稳压器各自在效率和响应速度方面的优点，提出一种新型DC-DC变换器方案，将开关变换器和线性稳压器并联组合在一起，可以同时实现快速响应速度和高变换效率。
[0013]如图3所述，本发明所述DC-DC变换器，包括依次连接的BUCK变换器、线性稳压器和占空比控制信号产生电路。所述Buck变换器采用与图1相同的传统结构，包括接外部电源的占空比调制器、与占空比调制器输出端连接的PMOS管、NMOS管以及LC网络。所述线性稳压器为推挽输出型线性稳压器，由PMOS管MPUNM0S管丽1、第一误差放大器EAl、第二误差放大器EA2构成；其中MPl的源极接电源VDD，其栅极接第一误差放大器的输出端，其漏极接第一误差放大器的同相输入端；MP1的漏极与第一误差放大器的同相输入端的连接点接BUCK变换器的输出端与丽I的漏极，此连接点为整个变换器的输出电压VOUT ；MN1的栅极接第二误差放大器的输出端，其源极接地VSS;第一误差放大器的反相输出端与第二误差放大器的反相输入端接基准电压Vref。所述占空比控制信号产生电路由PMOS管MP2、MP3、MP4、NM0S管MN2、电阻R1、R2构成；其中，MP2的源极接电源VDD，其栅极接第一误差放大器的输出端与MPl的栅极的连接点，其漏极通过Rl后接地VSS ;丽2的栅极接第二误差放大器的输出端与丽I的栅级的连接点，其源极接地VSS，其漏极接MP3的漏极；MP3的漏极与栅极互连，其源极接电源VDD，其栅极接MP4的栅极；MP4的源极接电源VDD，其漏极通过R2接地VSS ；MP2与Rl的连接点为占空比控制信号产生电路的正输出端；MP4的漏极与R2的连接点为占空比控制信号产生电路的负输出端，正输出端与负输出端电压之差为占空比控制信号Veo
[0014]本发明所述Buck中的占空比调制器可根据占空比控制信号Ve调节Buck占空比:当VE>0时，Buck占空比增大，当VE〈0时，Buck占空比减小。所述推挽输出型的线性稳压器中，误差放大器EAl和EA2将输出电压Vqut与基准电压Vkef之差放大后分别控制MPl和MP2的电流:当Vqut〈Vkef时，上管MPl开启，下管丽I趋于关断；当VQUT>VKEF时，下管丽I开启，上管MPl趋于关断；稳态下Vtot = Veef,上下管都趋于关断。
[0015]本发明的工作原理为:
[0016]线性稳压器上下功率管的电流分别为Impi和Imi，MPl/MP2和丽1/MN2两个电流镜的镜像比都为M: 1，MP3/MP4电流镜的镜像比为1:1，流过MP2和MP4的电流分别为Imi和Im2,则Imi = Im/M，I12 = IwiM,电阻Rl的正端电压为R.Imi = R.IW1/M,电阻R2的正端电压为R.Im2 = R.IW1/M，电阻Rl与电阻R2的电阻值相等，Rl = Rl = R ;将电阻Rl的正端电压与电阻R2的正端电压之差作为占空比控制信号Ve，则Ve与Impi和Imni的关系为:
【权利要求】
1.一种具有快速响应特性的DC-DC变换器，其特征在于，包括依次连接的BUCK变换器、线性稳压器和占空比控制信号产生电路；所述线性稳压器为推挽输出型线性稳压器，由PMOS管MP1、NMOS管丽1、第一误差放大器、第二误差放大器构成；其中MPl的源极接电源VDD，其栅极接第一误差放大器的输出端，其漏极接第一误差放大器的同相输入端；MP1的漏极与第一误差放大器的同相输入端的连接点接BUCK变换器的输出端与丽I的漏极作为变换器的输出端输出电压VOUT ;丽1的栅极接第二误差放大器的输出端，其源极接地VSS ；第一误差放大器的反相输出端与第二误差放大器的反相输入端接基准电压Vref ;所述占空比控制信号产生电路由？]\?5管1^2、]\^3、]\^4、匪05管丽2、电阻1?1、1?2构成；其中，MP2的源极接电源VDD，其栅极接第一误差放大器的输出端与MPl的栅极的连接点，其漏极通过Rl后接地VSS ；MN2的栅极接第二误差放大器的输出端与MNl的栅级的连接点，其源极接地VSS,其漏极接MP3的漏极；MP3的漏极与栅极互连，其源极接电源VDD，其栅极接MP4的栅极；MP4的源极接电源VDD，其漏极通过R2接地VSS ；MP2与Rl的连接点为占空比控制信号产生电路的正输出端，MP4的漏极与R2的连接点为占空比控制信号产生电路的负输出端，占空比控制信号产生电路 的正输出端与负输出端电压之差为占空比控制信号VE。
【文档编号】H02M3/158GK104079171SQ201410341514
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年7月17日 优先权日:2014年7月17日
【发明者】甄少伟, 杨云, 王磊, 许志斌, 罗萍, 贺雅娟, 张波 申请人:电子科技大学