改善降压电路切载瞬态响应的控制电路的制作方法

1.本公开一般地涉及电源管理技术领域。更具体地，本公开涉及改善降压电路切载瞬态响应的控制电路。


背景技术：

2.随着人们对电源的需求日益增加，电压转换器得以快速发展，广泛应用于各种电子设备电源、日常照明电源、家用电器电源等方面。其中buck电路(降压电路)是最为常用的电路之一，对于buck电路，当电路的输出从轻载(例如电感电流为0a)切换至重载(例如电感电流为5a)时，由于电感电流无法及时增大，会导致平均电感电流小于负载所需的电流从而导致输出电压下降，平均电感电流需要较长的时间来恢复，因此动态响应差。
3.然而，现有技术不能够对于电感电流的快速回升进行很好的控制。


技术实现要素：

4.为了至少部分地解决背景技术中提到的技术问题，本公开的方案提供了一种改善降压电路切载瞬态响应的控制电路。
5.本公开提供一种改善降压电路切载瞬态响应的控制电路，所述降压电路包括上管和下管，其特征在于，所述控制电路包括：上管导通控制单元，用于根据第一基准电压和所述降压电路的反馈电压获得延迟模式控制信号，并根据所述延迟模式控制信号和所述降压电路的占空比来获得上管导通信号，以控制所述上管的关断时间；下管导通控制单元，与所述上管导通控制单元连接，用于根据所述反馈电压、第二基准电压和所述延迟模式控制信号来获得下管导通信号，以控制所述上管的导通时间；控制信号输出单元，与所述上管导通控制单元和所述下管导通控制单元连接，用于接收所述上管导通信号和所述下管导通信号，并根据所述上管导通信号和所述下管导通信号输出开关控制信号以控制所述降压电路的所述上管和所述下管的导通和截止。
6.根据本公开的实施例，所述上管导通控制单元包括比较器、延迟模块和或门；其中，所述比较器的正相输入端接收所述反馈电压，所述比较器的负相输入端接收第一基准电压，并且所述比较器的输出端输出根据所述反馈电压和所述第一基准电压生成的所述延迟模式控制信号；所述延迟模块与所述比较器的输出端连接并接收所述延迟模式控制信号，并且所述延迟模块根据所述延迟模式控制信号选择进入常态延迟模式或减小延迟模式，当所述延迟模块选择进入所述减小延迟模式时，根据所述占空比，获得减小延迟信号，当所述延迟模块选择常态延迟模式时，根据第一预设延迟时间获得常态延迟信号；所述或门与所述延迟模块连接并接收所述减小延迟信号和所述常态延迟信号作为输入，并且所述或门的输出端输出所述上管导通信号。
7.根据本公开的实施例，所述比较器包括迟滞比较器。
8.根据本公开的实施例，所述第一基准电压包括上限阈值电压和下限阈值电压，当所述反馈电压小于所述下限阈值电压时，所述延迟模式控制信号为高电平，当所述反馈电
压大于所述上限阈值电压时，所述延迟模式控制信号为低电平。
9.根据本公开的实施例，当所述延迟模式控制信号为低电平时，所述延迟模块选择进入所述常态延迟模式，当所述延迟模式控制信号为高电平时，所述延迟模块选择进入所述减小延迟模式，所述减小延迟信号包括第一延迟信号和第二延迟信号，当所述延迟模块选择进入减小延迟模式时，若所述占空比小于预设值，则根据第二预设延迟时间获得所述第一延迟信号，若所述占空比大于或等于所述预设值，则根据第三预设延迟时间获得所述第二延迟信号，其中所述第三预设延迟时间小于所述第二预设延迟时间，并且所述第二预设延迟时间小于所述第一预设延迟时间。
10.根据本公开的实施例，所述下管导通控制单元包括误差放大器、充电模块、基准电流生成模块和比较模块；其中，所述误差放大器的正相输入端接收所述第二基准电压，所述误差放大器的负相输入端接收所述反馈电压，并且所述误差放大器的输出端输出根据所述第二基准电压和所述反馈电压生成的第一电压信号；所述充电模块与所述上管导通控制单元的所述比较器的输出端连接并接收所述延迟模式控制信号，并且所述充电模块与所述误差放大器的输出端连接并根据所述延迟模式控制信号确定是否对所述误差放大器的输出端进行充电，以形成第二电压信号；所述基准电流生成模块的输入端与所述误差放大器的输出端连接并接收所述第二电压信号，并且所述基准电流生成模块的输出端输出根据所述第二电压信号生成的基准电流信号；所述比较模块的输入端与所述基准电流生成模块的输出端连接并接收所述基准电流信号，所述比较模块接收所述降压电路的电感电流反馈信号，并且所述比较模块根据所述基准电流信号和所述电感电流反馈信号获得下管导通信号。
11.根据本公开的实施例，当所述延迟模块控制信号对应于所述减小延迟模式时，所述充电模块对所述误差放大器的输出端进行充电，以形成所述第二电压信号，当所述延迟模块控制信号对应于所述常态延迟模式时，所述充电模块不对所述误差放大器的输出端进行充电，将所述第一电压信号作为所述第二电压信号。
12.根据本公开的实施例，所述基准电流信号与所述第二电压信号正相关。
13.根据本公开的实施例，当所述电感电流反馈信号的电流值等于所述基准电流信号的电流值时，所述比较模块生成所述下管导通信号。
14.根据本公开的实施例，所述控制信号输出单元包括rs触发器，所述触发器的s端与所述上管导通控制单元的或门的输出端连接并接收所述上管导通信号，所述触发器的r端与所述下管导通控制单元的比较模块的输出端连接并接收所述下管导通信号，所述触发器的q端输出所述开关控制信号。
15.通过本公开的改善降压电路切载瞬态响应的控制电路，可以通过进入减小延迟模式，利用占空比使上管的关断时间减小，导通的时间增加，从而在加速电感电流的上升的同时，避免了由于电流过冲而引起输出电压的震荡。
附图说明
16.通过参考附图阅读下文的详细描述，本公开示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本公开的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：
断开，上管s1在上管开通信号hs的作用下再次导通，使得电感电流再次升高。其中，ton是一个开关周期内的上管开通时间，toff是一个开关周期内的上管关断时间。
30.图4是示出现有技术中的用于buck电路的控制电路的结构示意图。如图4所示，该控制电路用于控制上管和下管的开通与关断。具体地，误差放大器可以基于基准电压v
ref
和经电压反馈电路从buck电路的输出端反馈的反馈电压fb的误差来输出电压eao。该电压eao正相关影响基准电流i
ref
，该基准电流与经电流反馈电路采样得到的电感电流i
l
进行比较,当基准电流等于电感电流时，生成方波信号，通过该方波信号可以形成控制上管和下管轮流导通的开关控制信号pwm，从而对buck电路进行控制。其中开关电路包括buck电路。
31.通过该控制电路，在buck电路输出从轻载(如il＝0a)切重载(如il＝5a)时，会按照以下顺序发生一些列的反应：buck电路的输出电压降低，反馈电压fb降低，基准电压v
ref
减反馈电压fb的差值升高，误差放大器的输出电压eao升高，基准电流i
ref
升高，电感峰值电流i
peak
升高(电感电流等于基准电流时，上管才关断，随后电感电流才下降，因此基准电流升高导致电感电流的峰值与原峰值相比升高)，从而输出平均电感电流升高，闭环反馈最终使原本降低的输出电压vo恢复成额定值。
32.然而，该闭环反馈需要时间反应，只有误差放大器的输出电压eao反馈环来恢复输出电压vo会使电感峰值电流i
peak
的增大不能及时赶上负载电流的增大，输出电压vo的欠冲(输出电压vo从额定值到跌落点的差值)大，恢复时间长，动态响应差。
33.为了快速提升电感电流，本公开提供了一种改善降压电路切载瞬态响应的控制电路。下面结合附图来详细描述本公开的具体实施方式。
34.图5是示出本公开的一个实施例的改善降压电路切载瞬态响应的控制电路1的结构示意图。该降压电路即为如图1所示的buck电路，该降压电路包括上管和下管。如图5所示，所述控制电路1包括：上管导通控制单元10，用于根据第一基准电压和所述降压电路的反馈电压获得延迟模式控制信号，并根据所述延迟模式控制信号和所述降压电路的占空比来获得上管导通信号，以控制所述上管的关断时间；下管导通控制单元20，与所述上管导通控制单元10连接，用于根据所述反馈电压、第二基准电压和所述延迟模式控制信号来获得下管导通信号，以控制所述上管的导通时间；控制信号输出单元30，与所述上管导通控制单元10和所述下管导通控制单元20连接，用于接收所述上管导通信号和所述下管导通信号，并根据所述上管导通信号和所述下管导通信号输出开关控制信号pwm以控制所述降压电路的所述上管和所述下管的导通和截止。
35.进一步地，参见图6，图6是示出本公开的一个实施例的改善降压电路切载瞬态响应的控制电路的上管导通控制单元10的电路结构示意图。如图6所示，所述上管导通控制单元10包括比较器101、延迟模块102和或门103。所述比较器101的正相输入端接收所述反馈电压fb，所述比较器101的负相输入端接收第一基准电压turbo_ref，并且所述比较器101的输出端输出根据所述反馈电压fb和所述第一基准电压turbo_ref生成的所述延迟模式控制信号turbo。所述延迟模块102与所述比较器101的输出端连接并接收所述延迟模式控制信号turbo，并且所述延迟模块102根据所述延迟模式控制信号turbo选择进入常态延迟模式或减小延迟模式，当所述延迟模块102选择进入所述减小延迟模式时，根据所述占空比，获得减小延迟信号，当所述延迟模块102选择常态延迟模式时，根据第一预设延迟时间获得常态延迟信号to。所述或门103与所述延迟模块102连接并接收所述减小延迟信号和所述常态
延迟信号to作为输入，并且所述或门103的输出端输出所述上管导通信号s1on。
36.具体地，所述第一基准电压包括上限阈值电压turbo_ref_high和下限阈值电压turbo_ref_low，当所述反馈电压fb小于所述下限阈值电压turbo_ref_low时，所述延迟模式控制信号turbo为高电平，当所述反馈电压fb大于所述上限阈值电压turbo_ref_high时，所述延迟模式控制信号turbo为低电平。所述比较器101可以是迟滞比较器，由此可以防止第一基准电压turbo_ref的抖动导致的误操作。值得注意的是，所述第一基准电压为本领域技术人员根据实际情况预设的电压，即上限阈值电压turbo_ref_high和下限阈值电压turbo_ref_low为本领域技术人员根据实际情况预设的电压。
37.根据本公开的实施例，当所述延迟模式控制信号turbo为低电平时，所述延迟模块102选择进入所述常态延迟模式，当所述延迟模式控制信号turbo为高电平时，所述延迟模块102选择进入所述减小延迟模式。
38.所述减小延迟信号包括第一延迟信号td1和第二延迟信号td2，当所述延迟模块102选择进入减小延迟模式时，若所述占空比小于预设值，则根据第二预设延迟时间获得所述第一延迟信号td1，若所述占空比大于或等于所述预设值，则根据第三预设延迟时间获得所述第二延迟信号td2，其中所述第三预设延迟时间小于所述第二预设延迟时间，并且所述第二预设延迟时间小于所述第一预设延迟时间。
39.根据本公开的实施例，第一预设延迟时间是通过控制电路的环路计算所得的上管关断时间，对应于图3所示的toff。在进入常态延迟模式后，延迟模块102会等待第一预设延迟时间计数结束发送常态延迟信号to。在进入延迟模式后，延迟模块102会判断降压电路的占空比是否小于预设值，若所述占空比小于预设值，则延迟模块102会等待第二预设延迟时间计数结束发送第一延迟信号td1，即使第一预设延迟时间计数尚未结束；若占空比大于或等于预设值，则延迟模块102会等待第三预设延迟时间计数结束发送第二延迟信号td2，即使第一预设延迟时间和第二预设延迟时间计数尚未结束。值得注意的是，无论延迟模块进入常态延迟模式还是减小延迟模式，第一预设延迟时间、第二预设延迟时间和第三预设延迟时间同时开始计数。因此，只要有一个延迟时间计数结束，或门就会收到延迟信号并发送上管导通信号，使下管关断且上管导通。
40.根据本公开的实施例，参见图1所示的buck电路，该降压电路(系统)的占空比可以使用电流镜来比较节点sw处的电压的平均值与电源电压之间的比例关系来获得。
41.通过进入减小延迟模式，上管的关断时间减小，导通的时间增加，使得可以加速电感电流的上升。此外，在减小延迟模式下又有两个不同的延迟时间，是因为当系统的占空比很小时，即小于预设值时，电感电流上升速度很快而下降速度很慢，将第二预设延迟时间设置的较长，可以避免延迟时间过短而导致电流过冲，进而引起输出电压的震荡。值得注意的是，本领域技术人员可以根据实际情况设定该预设值。
42.进一步地，参见图7，图7是示出本公开的一个实施例的改善降压电路切载瞬态响应的控制电路的下管导通控制单元20的电路结构示意图。所述下管导通控制单元20包括误差放大器201、充电模块202、基准电流生成模块203和比较模块204。所述误差放大器201的正相输入端接收所述第二基准电压ref，所述误差放大器201的负相输入端接收所述反馈电压fb，并且所述误差放大器201的输出端输出根据所述第二基准电压ref和所述反馈电压fb生成的第一电压信号。所述充电模块202与所述上管导通控制单元10的所述比较器101的输
出端连接并接收所述延迟模式控制信号turbo，并且所述充电模块202与所述误差放大器201的输出端连接并根据所述延迟模式控制信号turbo确定是否对所述误差放大器201的输出端进行充电，以形成第二电压信号eao。所述基准电流生成模块203的输入端与所述误差放大器201的输出端连接并接收所述第二电压信号eao，并且所述基准电流生成模块203的输出端输出根据所述第二电压信号eao生成的基准电流信号i
ref
。所述比较模块204的输入端与所述基准电流生成模块203的输出端连接并接收所述基准电流信号i
ref
，所述比较模块204接收所述降压电路(buck电路)的电感电流反馈信号，并且所述比较模块204根据所述基准电流信号i
ref
和所述电感电流反馈信号获得下管导通信号s2on。
43.具体地，当所述延迟模块控制信号turbo对应于所述减小延迟模式时，所述充电模块202对所述误差放大器201的输出端进行充电，以形成所述第二电压信号eao，当所述延迟模块控制信号turbo对应于所述常态延迟模式时，所述充电模块202不对所述误差放大器201的输出端进行充电，将所述第一电压信号作为所述第二电压信号eao。所述基准电流信号i
ref
与所述第二电压信号eao正相关。当所述电感电流反馈信号的电流值等于所述基准电流信号i
ref
的电流值时，所述比较模块204生成所述下管导通信号s2on。
44.根据本公开的实施例，充电模块202可以包括产生恒流的电流源i
charge
、由电容和电阻构成的充电电路以及由mos管形成的开关smos。在延迟模块控制信号turbo为高电平时，对应于减小延迟模式，充电模块202中的开关smos闭合，电流源可以对误差放大器201的输出端进行充电。在延迟模块控制信号turbo为低电平时，对应于常态延迟模式，充电模块202中的开关smos断开，电流源不对误差放大器201的输出端进行充电。
45.当充电模块202对误差放大器201的输出端进行充电时，输出端的电压增大，从而使得基准电流生成模块产生的基准电流i
ref
增大。如果基准电流i
ref
增大，则在比较模块204与基准电流进行比较的电感电流需要更长的时间才能等于该基准电流，从而比较模块会花费更长的时间产生下管导通信号使上管关断且下管导通，进而延长了上管的导通时间。因此，可以使电感电流的峰值电流更大，电感平均电流更大，如此降压电路的输出电压会更快恢复至额定值。
46.根据本公开的实施例，所述控制信号输出单元30包括rs触发器，所述触发器的s端与所述上管导通控制单元10的或门103的输出端连接并接收所述上管导通信号s1on，所述触发器的r端与所述下管导通控制单元20的比较模块204的输出端连接并接收所述下管导通信号s2on，所述触发器的q端输出所述开关控制信号pwm。因此，当触发器接收到上管导通信号s1on时，产生的开关控制信号使得下管关断且上管导通，当触发器接收到下管导通信号s2on时，产生的开关控制信号使得上管关断且下管导通。
47.参见图8，图8是示出本公开的一个实施例的在改善降压电路切载瞬态响应的控制电路控制下的电感电流响应的时序图。如图8所示，当降压电路输出从轻载切换为重载时，降压电路的输出电压vout降低，从而反馈电压fb降低。当反馈电压fb小于下限阈值电压turbo_ref_low时，控制电路中的上管导通控制单元中的延迟模块会选择进入减小延迟模式，从而使上管的关断时间减小，提前导通，使电感电流il及时提升。而下管导通控制单元中的充电模块在减小延迟模式时会对误差放大器的输出端充电，从而获得输出电压eao增大，使得上管的导通时间增大，使得电感电流il进一步快速提升。并且当反馈电压fb大于上限阈值电压turbo_ref_high时，电感电流足够大，进入常态延迟模式。此外，由于利用占空
比，可以使得延迟模式中的延迟时间不同，从而避免了在占空比极小的情况下，电感电流上升速度很快而下降速度很慢而导致的电流过冲引起输出电压的震荡。
48.以上对本公开实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本公开的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本公开的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本公开的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本公开的限制。
49.应当理解，本公开的权利要求、说明书及附图中的术语“第一”和“第二”、等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本公开的说明书和权利要求书中使用的术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
50.还应当理解，在此本公开说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的，而并不意在限定本公开。如在本公开说明书和权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。还应当进一步理解，在本公开说明书和权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
51.以上对本公开实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本公开的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明仅用于帮助理解本公开的方法及其核心思想。同时，本领域技术人员依据本公开的思想，基于本公开的具体实施方式及应用范围上做出的改变或变形之处，都属于本公开保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本公开的限制。