具有改进的负载瞬态响应的固定频率DC到DC转换器控制电路制造技术

提供了一种具有改进的负载瞬态响应的固定频率DC到DC转换器控制电路，以及用于改进在控制DC到DC转换系统中输出电压负载瞬态响应的模拟脉冲宽度调制(PWM)控制电路和技术，其中瞬态检测器电路重启PWM载波斜坡波形以在固定频率脉冲流内规律的周期性PWM脉冲之间开始脉冲的异步注入，从而减轻输出电感器能量耗尽对输出电压的影响。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】提供了一种具有改进的负载瞬态响应的固定频率DC到DC转换器控制电路，以及用于改进在控制DC到DC转换系统中输出电压负载瞬态响应的模拟脉冲宽度调制(PWM)控制电路和技术，其中瞬态检测器电路重启PWM载波斜坡波形以在固定频率脉冲流内规律的周期性PWM脉冲之间开始脉冲的异步注入，从而减轻输出电感器能量耗尽对输出电压的影响。【专利说明】具有改进的负载瞬态响应的固定频率DC到DC转换器控制电路相关申请的交叉引用本申请要求2012年9月12日提交的美国临时专利申请N0.61 / 700，176的优先权及权益，该美国临时专利申请的名称为“改进固定频率DC到DC转换器中输出电压负载瞬态响应的电路”，其全部内容通过参考引入本申请。
本专利技术涉及DC到DC转换器的控制，并具体涉及用于控制DC到DC转换系统的固定频率PWM控制电路。
技术介绍
用于现代电子电路的电源典型地需要为处理器、专用集成电路(ASIC)、存储器和其他组件的正常工作提供稳定调节的电源电压。计算机、智能电话机、平板电脑和其他电子产品典型地采用DC到DC转换器以给内部电路的运行提供电源电压。然而，在工作期间，运行各种电路组件所需的电流变化，甚至在出现短时间周期内的大电流消耗变化的情况下，电源可能需要在窄容限带(例如+ / -3%或更小)内调节电源电压。电流消耗的变化反应为对提供电源电压的DC到DC转换器的负载瞬态，而DC到DC转换器控制器执行闭环转换器操作以在这些负载瞬态期间内维持基本恒定的输出电压。DC到DC转换器典型地包括一个或更多更多由脉冲宽度调制开关控制信号操作的开关装置，和采用一般固定开关频率的普通形式的脉冲宽度调制(PWM)，其中控制器修改开关控制信号脉冲的宽度或周期以根据反馈信号调节输出电压进而补偿输出负载需求的变化。然而，在出现负载电流突变时，固定频率DC到DC转换，受到电压调节限制。特别地许多DC到DC转换器结构采用输出电感器给负载提供电流，并且转换器开关或多个转换器开关的开关操作在PWM开关信号脉冲的导通周期内选择性地将电感器连接到输入电源的源极。如果负载电流快速增加，特别地当电源开关处于断开“off”状态时，电感器的能量可能会被耗尽直到下次开关间隔。结果是，输出电压可能显著下降或暂降。随后的PWM开关脉冲能够补充电感器电流，但是在其开始起反作用的时间内，以固定频率控制方法的闭环控制可能不能阻止显著的电压偏差，并且当电路恢复调节控制时，随后的开关操作可能带来输出电压的过冲。跟随所需负载电流增加的初始电压压降被称为DC到DC转换器的负载瞬态响应。在负载瞬态期间，通过增加输出电容以获得需要的能量可以在一定程度上解决电压瞬降的量级，但是额外的电容值增加了电源转换系统的成本和尺寸。为了处理负载瞬态响应的问题可以采取可变频率PWM方法，包括滞后的固定的导通时间、固定的关断时间和其他方法，他们在某些情形下可以接近近似固定频率工作，但是可能对于在与系统时钟同步的系统中的或在多相或层叠式转换器结构中的应用，可变频率设计难以实现。而且，在固定频率内环路之外提供控制环路的滞后比较器的应用要求控制器复用I/O管脚以监视输出电压而且为避免环路到环路振荡的滤波器组件的选择被比较器的使用而限制。因此，仍需要改进的固定频率脉冲宽度调制控制装置和技术以在出现负载电流需求突然增大时改进的调节和减少的电压瞬降量级。
技术实现思路
本专利技术提供了优化的DC到DC转换器控制电路和PWM控制器，通过其能够减轻上述的难点和缺点，其中一个或更多脉冲被异步地注入到PWM信号流以响应增加的负载电流需求的检测，从而减少对输出电压上的电感器能量的耗尽的影响。这些技术有利地方便了基于周期性的时钟信号的固定频率工作，并且可以应用在采用任意适合类型的输出滤波结构的系统中。而且，这些技术能够用于电压模式或电流模式控制环路操作的后沿和前沿调制方法中。此外，这里强调的异步脉冲引入方法可以减轻额外输出电容的需求，从而控制由输出负载电流增加导致的电压瞬降量。根据本专利技术的一个或更多方面，提供了 DC到DC转换器控制电路，其包括模拟载波波形发生器和比较电路或比较器，该比较电路或比较器比较周期性的载波信号波形和输出误差控制信号的幅值，并提供包括周期性脉冲的脉冲输出信号。控制电路还包括驱动器电路，该驱动器电路根据脉冲输出信号为DC到DC转换器开关操作提供一个或更多开关控制信号，以及通过比较输出电压反馈信号和参考电压信号产生输出误差控制信号的误差放大器。提供异步脉冲注入电路，其使得一个或更多脉冲注入到脉冲输出信号以响应检测到的输出负载电流瞬态状态。以这种方式，控制器能异步响应检测到的负载瞬态而不必等待下个周期性的PWM脉冲。而且，这种快速反应有利地允许DC到DC转换器开关减轻输出端电感器能量的耗尽，并因此减少了由负载瞬态导致的电压瞬降量瞬降。某些实施例中的脉冲注入电路包括通过在输出误差控制信号的平均值或峰值上增加偏置电压生成偏置信号的偏置电路，和比较偏置信号和原始输出误差控制信号的第二比较器。第二比较器基于偏置信号是否大于输出误差控制信号提供在两个电位中的一个电位的输出，以及响应第二比较器输出中指示输出误差控制信号超过偏置信号的转换，复位电路提供输出信号以启动对脉冲输出信号的脉冲异步注入。在某些实施例中，偏置电路包括低通滤波器以提供偏置信号，该偏置信号表示被偏置电压量偏置的输出误差电流信号的平均值。在其他实施例中，偏置电路包括接收输出误差控制信号和提供代表输出误差控制信号的峰值电压的输出的峰值检测器，其中输出误差控制信号偏置以用于与未修改的输出误差控制信号的比较。以这种方式，能够设置偏置电压，从而脉冲注入电路将不会对与稳定状态操作或小的输出负载需求变化相关的正常输出电压波动(如，纹波)起作用，而仍然快速反应以解决输出电压中显著的非调节下降。在某些实施例中，载波波形发生器电路包括电容和向比较电路输入端提供增加的斜坡信号波形的电流源，其中开关被连接以选择性地允许电流源对电容充电或者对电容完全或部分地放电，以用于复位信号波形。为了产生固定频率脉冲流，通过周期性时钟信号操作开关，从而以周期性的间隔开始新的斜坡信号波形，并且复位电路选择性地为开关提供输出信号，以用于异步地复位电容器电压，从而比较电路注入独立于周期性的时钟信号的额外脉冲以响应检测到的负载瞬态条件。以这种方式，周期性固定频率操作在每个时钟周期期间继续产生新的PWM脉冲，其中脉冲注入电路在需要向规律的计划的(时钟驱动)PWM脉冲之间注入一个或更多额外脉冲时工作。控制电路可以包括根据来自周期性时钟信号和复位电路的输入提供波形发生器复位开关控制信号的或门。而且，在某些实施例中，比较电路或PWM比较器提供补偿脉冲输出信号作为到复位电路的PWM复位脉冲输出，从而在接收到下一个时钟信号之前，脉冲注入电路能够触发第二个或下一个异步脉冲。【专利附图】【附图说明】下面的叙述和附图详细地阐明了本专利技术的某些说明性的实施方式，其表示一些可以实现本专利技术多种原理的示例性方法。然而，说明性的示例不排除本专利技术的许多可能的实施例。另一方面，结合附图，本专利技术的优点和新颖特点将在下面详细的叙述中被阐明，其中图1是根据本专利技术的一个或更多方面，描述示例性的具有用于控制输出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种DC到DC转换器控制电路，包括：模拟载波波形发生器电路，其根据时钟输入信号提供周期性载波信号波形；比较电路，其包括接收所述周期性载波信号波形的第一输入端，接收输出误差控制信号的第二输入端，和提供脉冲输出信号的输出端，所述脉冲输出信号包括单独对应所述时钟输入信号的时钟脉冲并具有至少部分根据所述周期性载波信号波形和所述输出误差控制信号改变的对应脉冲宽度的多个脉冲；驱动器电路，其提供至少一个开关控制信号用于操作相应的开关装置，以至少部分地根据来自所述比较电路的所述脉冲输出信号，选择性地转换来自DC输入的电源以为负载提供DC输出电源；误差放大器，其包括接收表示提供给所述负载的输出电压的反馈电压信号的第一输入端，接收表示期望输出电压的参考电压信号的第二输入端，和提供所述输出误差控制信号给所述比较电路的输出端，所述误差控制信号表示至少部分地根据所述反馈电压信号和所述参考电压信号的输出电压误差；和异步脉冲注入电路，其可操作以使所述比较电路异步地注入至少一个脉冲到所述脉冲输出信号，以响应指示所述输出电压中的不规律暂降的输出负载电流瞬态状态的检测，所述异步脉冲注入电路包括：偏置电路，其通过增加偏置电压到来自所述误差放大器的所述输出误差控制信号以生成偏置信号；比较器，其包括接收所述输出误差控制信号的第一输入端，接收所述偏置信号的第二输入端，和提供二进制比较器电压输出信号的输出端，其中，所述二进制比较器电压输出信号在所述偏置信号大于所述输出误差控制信号时在第一电压电平，而在所述输出误差控制信号大于所述偏置信号，即指示所述输出电压中的不规律暂降时在第二电压电平；和复位电路，其包括复位电路触发器，所述复位电路触发器接收所述二进制比较器电压输出信号，并提供输出信号以用于使所述比 较电路异步地注入至少一个脉冲到所述脉冲输出信号，以响应所述二进制比较器电压输出信号从所述第一电压电平到所述第二电压电平的转变。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：B·T·林奇，N·凯斯克尔，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US