一种电源控制器和用于改进所述电压控制器的瞬变响应的方法。电源控制器包括连接到反馈网络的脉冲宽度调制控制模块。反馈网络包括具有反相输入端子、非反相输入端子和输出端子的放大器。补偿网络耦合在放大器的反相输入端子和输出端子之间，且参考电压耦合到放大器的非反相输入端子。开关耦合在放大器的输出端子和补偿网络的输入端子之间。控制器的瞬变响应通过在连续脉冲操作模式期间操作闭合回路补偿设置中的控制器以及在脉冲跳变操作模式期间操作开放回路补偿设置中的所述控制器来改进。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术一般涉及电源，且更具体地涉及开关模式电源。
技术介绍
开关模式电源(SMPQ用于包括膝上计算机、蜂窝电话、个人数字助手、视频游戏、 摄像机等各种便携电子设备中。它们可将一个电压电平上的dc信号转换为不同电压电平 上的dc信号(这是dc-dc转换器)、将交流(ac)信号转换为dc信号(这是ac-dc转换器)、 将dc信号转换为ac信号(这是dc-ac转换器)，或将ac信号转换为ac信号(这是ac-ac 转换器)。一般地，开关模式电源包括开关电源控制器或转换器，该开关电源控制器或转换 器在重负载即汲取大电流的负载的条件下以连续模式操作，以及在轻负载即汲取小电流的 负载条件下在跳变模式或脉冲跳变模式下操作。在过去，半导体制造者使用各种方法和结 构形成开关电源控制器，例如调整由电源系统提供的电压的值的脉冲宽度调制(PWM)电源 控制器。在一些情况下，开关电源控制器能够在普通操作过程中以固定的频率或连续的操 作模式操作。当由从电源系统接收功率的负载汲取的电流减小时，某些现有的开关电源控 制器以跳过一些PWM周期的轻负载模式操作。当负载再次需要较高电流时，开关调节器电 路退出跳变模式并返回普通操作。转换器一般包括连接到误差放大器的补偿网络，以稳定系统并基于小信号行为模 式来优化瞬变响应。但是，当大信号瞬变事件发生时，例如从轻负载状态到满负载状态的阶 梯负载瞬变，由于补偿网络的饱和恢复和误差放大器的转换速率限制，转换器不能实现期 望的响应。图1是包括开关电源控制器12的电源系统10的一部分的现有技术示意图。系统 10接收功率输入端子14和功率返回端子16之间的功率，并在输出18和端子16之间形成 输出电压VOTT。控制器12设置为将输出电压Vot调整为期望的值或在接近目标值的值的范 围内的目标值。例如，目标值可以是五伏(5v)，而值的范围可能是接近五伏的正或负百分之 五(5% )。系统10 —般包括功率开关例如功率晶体管20和被连接以控制流经电感器M 的电感器电流I24的整流器22。整流器22可以是同步金属氧化物半导体场效应晶体管、二 极管等。电容器26连接在输出18和端子16之间以便协助形成输出电压VQUT。电压感测网 络观可被耦合到输出18，以在节点30提供代表输出电压Vqut的非瞬时值的电压感测信号 \。以举例的方式说，电压感测网络观包括具有公共地连接到一起以形成节点30的端子的 电阻器32和34。另外，电阻器32具有连接到输出18的端子，且电阻器34具有连接到功率 返回端子16的端子。电压感测网络观可以是在节点30提供代表输出电压Vqut的值的感 测信号\的任何类型的感测网络。负载36 —般连接在输出18和端子16之间以便接收输 出电压Vott且接收负载电流ΙωΑΒ。应注意到负载电流是电流I24和可能流自电容器沈 的电流I26的和。开关电源控制器12从连接在电源输入38和电源返回40之间的调节器35接收操 作功率。输入38和返回40—般分别连接到端子14和16。应注意到，调节器40可提供参考电压VKEF。控制器12设置为在输出42上形成适合于驱动和操作晶体管20以调整输出电 压Vot的值的开关驱动信号。来自电压感测网络观的电压感测信号Vs由控制器12在电压 感测输入44上接收。控制器12包括适合于产生被输入到缓冲器驱动器或缓冲器52中的PWM开关信号 的PWM控制模块50。缓冲器52具有连接到功率晶体管20的栅极端子的输出端子。控制器 12还包括反馈网络54，该反馈网络包括操作放大器56和补偿网络58。以举例的方式说， 补偿网络58是无源电压补偿网络。更具体地，操作放大器56作为具有反相输入端子、非反 相输入端子以及输出端子的误差放大器起作用，其中非反相输入端子被耦合以接收参考电 压VKEF，反相输入端子通过补偿网络58被耦合到其输出端子和电压感测节点44。以举例的 方式说，补偿网络58包括连接在操作放大器56的反相输入端子和电压感测节点44之间的 电阻器60、耦合在操作放大器56的反相输入端子和输出端子之间的电阻器电容器网络62。 电阻器电容器网络62包括与电阻器66并联耦合的电容器64以及串联连接的电容器68。 操作放大器56的输出端子直接连接到PWM控制模块50的输入端子。在操作中，电源系统10 —般以以下两种模式中的一种模式操作连续操作模式或 脉冲跳变(或突发)操作模式。在重负载或非轻负载条件下，PWM控制模块50以其额定操 作频率或满操作频率操作，且电感器电流Im是连续的。在轻负载或无负载条件下，负载电 流减小，且电感器电流I24变得不连续。如果脉冲跳变模式有效，PWM控制模块50的输 出端子上的操作频率或开关频率减小，以响应于负载电流的减小，从而减小功耗。图h、2b、2c和2d是示出了当控制器12以连续操作模式操作时产生的不同信号 的曲线图。曲线图h、2b、2c和2d的横坐标表示时间，且曲线图2a、2b和2c的纵坐标表示 电压，而曲线图2d的纵坐标表示电流。更具体地，曲线图加示出了从操作放大器56的输 出端子被传送到PWM控制模块50的输入端子的电压Votp ；曲线图2b示出了出现在输出18 和端子16之间的输出电压Vqut ；曲线图2c示出了出现在节点25的电压Vs■且曲线图2d示 出了电感器电流124。在图2中，控制器12以连续的脉冲PWM模式操作，因此电感器电流I24 是连续的。在这种条件下，操作放大器56不在饱和状态中操作，且电阻器电容器网络62的 电容器即电容器64和68的DC偏压中有微小变化。更具体地，在稳定状态连续脉冲操作模 式中，电容器68两端的DC偏压实质上等于在连续脉冲操作模式期间误差放大器56的输出 端子的平均电压电平和出现在误差放大器56的非反相输入端子的参考电压Vkef之间的差， 即Ve68 = Ave-VKEF。在脉冲跳变模式中，当输出电压Vott高于参考电压Vkef时，电压Votp 保持在其最小电平。在这种情况下，电容器68两端的DC偏压实质上等于电压Votp的最小 电压值和参考电压Vkef之间的差，BP, Vc68 = νωΜΡ—MIN-VKEF。当有递增负载瞬变时，电压Vroffi^f加到实质上等于误差放大器56的输出端子的平 均电压电平的值。因为电容器68两端的DC偏压不能立即改变，实质上等于VOTP-Ve68-VKEF的 电压差被添加到电阻器66两端，这导致了下降的(droop)电流注入到节点59并通过电阻 器60。电压Vra8是电容器68两端的电压。额外的下降电流导致了额外的电压下降且导致 输出电压Vott需要较长时间恢复。图3a、3b、3c和3d是示出了在有递增负载瞬变时由控制器12产生的各种信号的 曲线图，跳变模式被启用，且控制器12以跳变模式操作。曲线图3a、3b、3c和3d的横坐标 表示时间，曲线图3a、!3b和3c的纵坐标表示电压，而曲线图3d的纵坐标表示电流。更具体地，曲线图3a示出了从操作放大器56的输出端子被传送到PWM控制模块50的输入端子的 电压Votp ；曲线图北示出了出现在输出18和端子16之间的输出电压Vqut ；曲线图3c示出 了出现在节点25的电压Vs■；曲线图3d示出了电感器电流I24和负载电流本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电源控制器（１２Ａ、１２Ｂ），包括：脉冲宽度调制控制模块（５０），具有输入和输出；以及反馈网络（５４Ａ、５４Ｂ），具有第一输入和输出，所述输出连接到所述脉冲宽度调制控制模块（５０）的所述输入，其中所述反馈网络包括（５４Ａ、５４Ｂ）：放大器（５６），具有反相输入端子、非反相输入端子以及输出端子；补偿网络（５８），具有第一节点（１０５）和第二节点（５９）；开关（１０２），具有第一电流传导端子和第二电流传导端子以及控制端子，所述第一电流传导端子耦合到所述补偿网络的所述第一节点（１０５），且所述第二电流传导端子耦合到所述放大器（５６）的所述输出端子和所述脉冲宽度调制控制模块（５０）的所述输入，以及所述控制端子耦合到所述脉冲宽度调制控制模块（５０）的所述输出。
【技术特征摘要】
US 2009-11-9 12/614,5321.一种电源控制器(12A、12B)，包括:脉冲宽度调制控制模块(50)，具有输入和输出；以及反馈网络(54A、54B)，具有第一输入和输出，所述输出连接到所述脉冲宽度调制控制模 块(50)的所述输入，其中所述反馈网络包括(54A、54B)放大器(56)，具有反相输入端子、非反相输入端子以及输出端子； 补偿网络(58)，具有第一节点(105)和第二节点(59)；开关(102)，具有第一电流传导端子和第二电流传导端子以及控制端子，所述第一电流 传导端子耦合到所述补偿网络的所述第一节点(105)，且所述第二电流传导端子耦合到所 述放大器(56)的所述输出端子和所述脉冲宽度调制控制模块(50)的所述输入，以及 所述控制端子耦合到所述脉冲宽度调制控制模块(50)的所述输出。2.如权利要求1所述的电源控制器(12A、12B)，还包括具有耦合到所述脉冲宽度控 制模块(50)的所述输出的输入和耦合到所述开关(10 的所述控制端子的输出的计时器 (104)。3.如权利要求2所述的电源控制器(12々、128)，还包括计时器(104)，具有耦合到所述脉冲宽度调制控制模块(50)的所述输出的输入和耦合 到所述开关(102)的所述控制端子的输出；偏置电压(Vbias)，耦合到所述开关(102)的所述第一端子；以及 第一电阻器(106)，其中所述偏置电压(Vbias)通过所述第一电阻器(106)耦合到所述 开关(102)的所述第一端子。4.如权利要求1所述的电源控制器(12B)，还包括电压检测器(1...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈刚，张欣，陈伟云，
申请(专利权)人：半导体元件工业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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