CN103683925B - 直流对直流控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种直流对直流控制器，此直流对直流控制器连接输出级与负载，且输出级通过输出电感与负载连接，直流对直流控制器包括误差放大器、脉冲宽度调变产生电路以及补偿电路，误差放大器的第一输入端耦接输出电感的一端，误差放大器的第二输入端耦接参考电压；脉冲宽度调变产生电路耦接误差放大器且提供脉冲宽度调变信号至输出级。补偿电路至少耦接误差放大器的输出端；补偿电路包括可调整电容电路，可调整电容电路依据负载的变化动态调整等效电容值，以加快在暂态响应中的反应速度。

Description

直流对直流控制器
技术领域
本发明是有关于一种直流对直流控制器，且特别是有关于一种可动态调整等效电容值的直流对直流控制器。
背景技术
图1与图2为现有直流对直流转换装置的示意图，如图1或图2所示，现有直流对直流转换装置100或200用以将输入电压VIN转换成输出电压VOUT，提供负载电流ILOAD运作所需的电力。并可由输出电压VOUT提取反馈电压FB，将反馈电压FB输入至误差放大器10。误差放大器10对反馈电压FB与参考电压VREF进行比较而产生误差信号COMP。接着，误差放大器10输出误差信号COMP至脉冲宽度调变产生电路20。脉冲宽度调变产生电路20对误差信号COMP与锯齿波信号RAMP进行比较，据以提供脉冲宽度调变信号至输出级30。
输出电压VOUT是因电流流经电阻ESR与电容COUT所产生的压差。当负载电流ILOAD改变时，输出电压VOUT也改变。反馈电压FB经过误差放大器10产生误差信号COMP。此误差信号COMP与锯齿波信号RAMP会切出较大或较小的导通周期，直到电感LOUT上的平均电感电流与负载电流ILOAD相同，输出电压VOUT与导通周期会回复至原来的准位。
直流对直流转换装置100/200通常包括补偿电路40A/40B。补偿单元40A耦接在误差放大器10的输出端与接地端之间，而补偿单元40B耦接在误差放大器10的输出端与反相输入端之间。补偿单元40A或40B由电阻R1与电容放大电路50所组成，用来对误差信号COMP进行补偿。但是，电容放大电路50的等效电容值是固定的，在负载改变时并不能加快补偿误差信号COMP，故无法提升在暂态响应中的反应速度。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种直流对直流控制器，藉以解决现有技术所述及的问题。
本发明提出一种直流对直流控制器，其连接输出级与负载，且输出级通过输出电感与负载连接。直流对直流控制器包括误差放大器、脉冲宽度调变产生电路以及补偿电路。误差放大器的第一输入端耦接输出电感的一端，误差放大器的第二输入端耦接参考电压。脉冲宽度调变产生电路耦接误差放大器且用以提供脉冲宽度调变信号至输出级。补偿电路至少耦接误差放大器的输出端。补偿电路包括可调整电容电路，可调整电容电路依据负载的变化动态调整等效电容值。
在本发明的一实施例中，可调整电容电路在负载瞬变时调降等效电容值。
在本发明的一实施例中，可调整电容电路包括电容放大电路以及电流检测电路。电容放大电路用以提供等效电容值。电流检测电路耦接误差放大器的输出端与电容放大电路，电流检测电路依据负载的变化动态控制电容放大电路。
在本发明的一实施例中，电容放大电路包括第一放大器、第一电阻、第二电阻、第一电容、第一可控电流源以及第二可控电流源。第一电阻耦接第一放大器的第一输入端。第二电阻的第一端耦接第一电阻，其第二端耦接第一放大器的第二输入端。第一电容耦接在第一放大器的第一输入端与接地端之间。第一可控电流源的第一端耦接工作电压，其受控端耦接电流检测电路，其第二端耦接第二电阻的第二端与第一放大器的第二输入端，其第三端耦接第一放大器。第二可控电流源的第一端耦接第一可控电流源的第二端、第二电阻的第二端与第一放大器的第二输入端，其受控端耦接电流检测电路，其第二端耦接接地端。
在本发明的一实施例中，可调整电容电路包括电容放大电路以及电压检测电路。电容放大电路用以提供等效电容值。电压检测电路耦接误差放大器的第一输入端和第二输入端与电容放大电路，电压检测电路依据负载的变化动态控制电容放大电路。
在本发明的一实施例中，电压检测电路包括第二放大器，第二放大器的第一输入端耦接误差放大器的第二输入端，第二放大器的第二输入端耦接误差放大器的第一输入端，第二放大器的输出端耦接电容放大电路。
在本发明的一实施例中，可调整电容电路包括电容放大电路以及突波检测电路。电容放大电路用以提供等效电容值。突波检测电路耦接误差放大器的第二输入端或输出端，突波检测电路依据负载的变化动态控制电容放大电路。
在本发明的一实施例中，突波检测电路包括微分器。
基于上述，本发明的直流对直流控制器通过检测机制来检测误差放大器的输出端电流变化、或检测输入至误差放大器的反馈电压变化、或检测误差放大器的输入端或输出端的电压变化，因此依据负载的变化可动态调整可调整电容电路的等效电容值，从而缩短暂态响应的反应时间。
为使本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所示附图作详细说明如下。
附图说明
下面的所示附图是本发明的说明书的一部分，示出了本发明的示例实施例，所示附图与说明书的描述一起说明本发明的原理。
图1与图2为现有直流对直流转换装置的示意图；
图3为依据本发明一实施例的直流对直流转换装置示意图；
图4是图3的可调整电容电路的详细电路图；
图5为依据本发明另一实施例的直流对直流转换装置示意图；
图6为依据本发明另一实施例的直流对直流转换装置示意图；
图7是图6的可调整电容电路的详细电路图；
图8为依据本发明另一实施例的直流对直流转换装置示意图；
图9与图10为依据本发明另一实施例的直流对直流转换装置示意图；
图11是图9与图10的可调整电容电路的详细电路图；
图12A与图12B为依据本发明另一实施例的直流对直流转换装置示意图。
附图标记说明：
100、200：现有直流对直流转换装置；
10：误差放大器；
20：脉冲宽度调变产生电路；
30：输出级；
40A、40B：补偿电路；
50：电容放大电路；
300、500、700、900、1100、1200、1400、1500：直流对直流转换装置；
310、510、710、910、1110、1210、1410、1510：直流对直流控制器；
312：误差放大器；
314：脉冲宽度调变产生电路；
316、516、716、916、1116、1416：补偿电路；
318、518、718、918、1118、1418：可调整电容电路；
320：电容放大电路；
322：电流检测电路；
324、362：放大器；
326：电容；
330：输出级；
340：负载；
350：分压电路；
360：电压检测电路；
370：突波检测电路；
372：微分器；
COMP：误差信号；
COMP_C：端点；
COUT：电容；
ESR：电阻；
FB：反馈电压；
GND：接地端；
IB1、IB2：可控电流源；
LOUT：电感；
RAMP：锯齿波信号；
R1、R2、R3：电阻；
SPWM：脉冲宽度调变信号；
VIN：输入电压；
VOUT：输出电压；
VREF：参考电压；
V1：工作电压。
具体实施方式
现将详细参考本发明的实施例，并在附图中说明所述实施例的实例。另外，在附图及实施方式中使用相同标号的元件/构件代表相同或类似部分。
图3为依据本发明一实施例的直流对直流转换装置示意图。请参阅图3，在直流对直流转换装置300中，直流对直流控制器310连接输出级330与负载340，输出级330通过输出电感LOUT与负载340连接，而直流对直流控制器310包括误差放大器312、脉冲宽度调变产生电路314以及补偿电路316。直流对直流转换装置300用以将输入电压VIN转换成输出电压VOUT。
分压电路350提供反馈电压FB，此反馈电压FB与输出电压VOUT成比例。误差放大器312的反相输入端耦接反馈电压FB，并通过分压电路350耦接输出电感LOUT的一端。误差放大器312的非反相输入端耦接参考电压VREF。误差放大器312对于反馈电压FB与参考电压VREF进行比较而产生误差信号COMP。脉冲宽度调变产生电路314比较误差信号COMP与锯齿波信号RAMP，提供脉冲宽度调变信号SPWM至输出级330。
补偿电路316至少耦接在误差放大器312的输出端。在图3的实施例中，补偿电路316耦接在误差放大器312的输出端与脉冲宽度调变产生电路314之间。补偿电路316包括电阻R1及可调整电容电路318。可调整电容电路318包括电容放大电路320以及电流检测电路322。电容放大电路320用以提供可调整的等效电容值(C1)。电流检测电路322耦接误差放大器312的输出端与电容放大电路320。当负载340有改变时，输出电压VOUT也改变。而反馈电压FB的大小与输出电压VOUT有关联。误差放大器10根据反馈电压FB来产生误差信号COMP。于是，误差信号COMP也跟着改变。因此电流检测电路322可依据误差信号COMP的变化来控制电容放大电路320。
图4是图3的可调整电容电路的详细电路图。可调整电容电路318包括电容放大电路320与电流检测电路322。电容放大电路320包括放大器324、电阻R2、电阻R3、电容326、可控电流源IB1以及可控电流源IB2。电阻R2耦接与电阻R1与放大器324的非反相输入端之间。电阻R3的第一端耦接电阻R1与R2，其第二端耦接放大器324的反相输入端。电容326耦接在放大器324的非反相输入端与接地端GND之间。
可控电流源IB1的第一端耦接工作电压V1，其受控端耦接电流检测电路322，其第二端耦接电阻R3的第二端与放大器324的反相输入端，其第三端耦接放大器324。可控电流源IB2的第一端耦接可控电流源IB1的第二端、电阻R3的第二端与放大器324的反相输入端，其受控端耦接电流检测电路322，其第二端耦接接地端GND。
电流检测电路322用以持续对误差放大器312的输出电流进行检测。当电流超过或低于所设定的上下限时电流检测电路322启动对电容放大电路320的控制机制。例如，当电流检测电路322检测出误差信号COMP随着负载变化时，将可控电流源IB1与IB2的电流调小，而流过电阻R3的电流变小，于是电容326的等效电容值将变小，如此将加快误差放大器312的输出变化，以达到缩短暂态响应的目的。故，电流检测电路322可依据误差信号COMP的变化来动态控制电容放大电路320。
另外，假设电阻R2与R3的电阻值分别为K倍的R与1倍的R，电容326的等效电容值为C1/(K+1)，则电容放大电路320由端点COMP_C的总等效电容值等于放大K+1倍的C1/(K+1)，亦即总等效电容值将等于C1。
图5为依据本发明另一实施例的直流对直流转换装置示意图。请参阅图5。直流对直流转换控制器510类似于直流对直流转换控制器310。差异在于，补偿电路516的一端耦接误差放大器312的输出端与脉冲宽度调变产生电路314之间，补偿电路516的另一端还耦接误差放大器312的反相输入端。换句话说，在图3中的电容放大电路320一端耦接电流检测电路322，其另一端耦接接地端GND；在图5中的电容放大电路320一端耦接电流检测电路322，其另一端耦接误差放大器312的反相输入端。
图5中的可调整电容电路518的工作原理类似于图4的可调整电容电路318，因此可以参阅图4的实施例，在此不加以赘述。
图6为依据本发明另一实施例的直流对直流转换装置示意图。请参阅图6。直流对直流转换控制器710类似于直流对直流转换控制器310。可调整电容电路718包括电容放大电路320以及电压检测电路360。
电压检测电路360耦接误差放大器312的非反相输入端和反相输入端与电容放大电路320。电压检测电路360依据负载340的变化动态控制电容放大电路320。当负载340改变时输出电压VOUT也改变，而且反馈电压FB也跟着改变。因此电压检测电路360可依据反馈电压FB的变化来动态控制电容放大电路320。
图7是图6的可调整电容电路的详细电路图。可调整电容电路718包括电容放大电路320与电压检测电路360。电压检测电路360包括放大器362，放大器362的反相输入端耦接误差放大器312的非反相输入端，放大器362的非反相输入端耦接误差放大器312的反相输入端，放大器362的输出端耦接电容放大电路320。
另外，放大器362的输出端耦接可控电流源IB1的受控端与可控电流源IB2的受控端。当电压检测电路360检测出反馈电压FB随着负载340变化时，将可控电流源IB1与IB2的电流调小，于是电容326的等效电容值将变小。
另外，假设电阻R2与R3的电阻值分别为K倍的R与1倍的R，电容326的等效电容值为C1/(K+1)，则电容放大电路320由端点COMP_C的总等效电容值等于放大K+1倍的C1/(K+1)，亦即总等效电容值将等于C1。
图8为依据本发明另一实施例的直流对直流转换装置示意图。请参阅图8。直流对直流转换控制器910类似于直流对直流转换控制器710。差异在于，补偿电路916的一端耦接误差放大器312的输出端与脉冲宽度调变产生电路314之间，补偿电路916的另一端耦接误差放大器312的反相输入端。换句话说，在图6中的电容放大电路320一端耦接电阻R1，其另一端耦接接地端GND；在图8中的电容放大电路320一端耦接电阻R1，其另一端耦接误差放大器312的反相输入端。
在图8中的可调整电容电路918的工作原理类似于图7的可调整电容电路718，因此可以参阅图7的实施例，在此不加以赘述。
图9与图10为依据本发明另一实施例的直流对直流转换装置示意图。请参阅图9和10。直流对直流转换控制器1110/1210类似于图3中的直流对直流转换控制器310。可调整电容电路1118包括电容放大电路320以及突波检测电路370。突波检测电路370可耦接误差放大器312的非反相输入端或是输出端，突波检测电路370依据误差信号COMP的变化或是依据反馈电压FB的变化来动态控制电容放大电路320。
图11是图9与图10的可调整电容电路1118的详细电路图。可调整电容电路1118包括电容放大电路320与突波检测电路370。突波检测电路370可以通过微分器372来实施。突波检测电路370对误差信号COMP或反馈电压FB进行突波检测。当有超过设定的压差变异时突波检测电路370启动对电容放大电路320的控制机制。例如，当突波检测电路370检测出有负载变化时，将可控电流源IB1与IB2的电流调小，于是电容326的等效电容值将变小，如此将加快误差放大器312的输出变化，以达到缩短暂态响应的目的。
图12A与图12B为依据本发明另一实施例的直流对直流转换装置示意图。请参阅图12A和图12B。直流对直流转换控制器1410/1510类似于直流对直流转换控制器1110/1210。差异在于，补偿电路1416的一端耦接误差放大器312的输出端与脉冲宽度调变产生电路314之间，补偿电路1416的另一端耦接误差放大器312的反相输入端。换句话说，在图9/图10中的电容放大电路320一端耦接电阻R1，其另一端耦接接地端GND；在图12A/图12B中的电容放大电路320一端耦接电阻R1，其另一端耦接误差放大器312的反相输入端。
综上所述，本发明的直流对直流控制器通过检测机制来检测误差放大器的输出端电流变化、或检测输入至误差放大器的反馈电压变化、或检测误差放大器的输入端或输出端的电压变化，因此依据负载的变化可以动态调整可调整电容电路的等效电容值，从而缩短暂态响应的反应时间。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种直流对直流控制器，其特征在于，连接一输出级与一负载，所述输出级通过一输出电感与所述负载连接，所述直流对直流控制器包括：
一误差放大器，所述误差放大器的第一输入端通过分压电路耦接所述输出电感的一端，所述误差放大器的第二输入端耦接一参考电压；
一脉冲宽度调变产生电路，耦接所述误差放大器，用以提供一脉冲宽度调变信号至所述输出级；以及
一补偿电路，耦接所述误差放大器的输出端，所述补偿电路包括一可调整电容电路，所述可调整电容电路依据所述负载的变化动态调整一等效电容值；
其中所述可调整电容电路包括：一电容放大电路，用以提供所述等效电容值；
其中所述电容放大电路包括：
一电容；
一第一放大器，耦接所述电容；
一第一可控电流源，耦接所述第一放大器；以及
一第二可控电流源，耦接所述第一可控电流源与所述第一放大器。
2.根据权利要求1所述的直流对直流控制器，其特征在于，所述可调整电容电路在负载瞬变时调降所述等效电容值。
3.根据权利要求1所述的直流对直流控制器，其特征在于，所述可调整电容电路还包括：
一电流检测电路，耦接所述误差放大器的输出端与所述电容放大电路，所述电流检测电路依据所述负载的变化动态控制所述电容放大电路。
4.根据权利要求3所述的直流对直流控制器，其特征在于，所述电容放大电路还包括：
一第一电阻，耦接所述第一放大器的第一输入端；以及
一第二电阻，其第一端耦接所述第一电阻，其第二端耦接所述第一放大器的第二输入端；
其中所述电容耦接在所述第一放大器的第一输入端与一接地端之间，所述第一可控电流源的第一端耦接一工作电压，所述第一可控电流源的受控端耦接所述电流检测电路，所述第一可控电流源的第二端耦接所述第二电阻的第二端与所述第一放大器的第二输入端，所述第一可控电流源的第三端耦接所述第一放大器，所述第二可控电流源的第一端耦接所述第一可控电流源的第二端、所述第二电阻的第二端与所述第一放大器的第二输入端，所述第二可控电流源的受控端耦接所述电流检测电路，所述第二可控电流源的第二端耦接所述接地端。
5.根据权利要求1所述的直流对直流控制器，其特征在于，所述可调整电容电路还包括：
一电压检测电路，耦接所述误差放大器的第一输入端和第二输入端，并且所述电压检测电路耦接所述电容放大电路，所述电压检测电路依据所述负载的变化动态控制所述电容放大电路。
6.根据权利要求5所述的直流对直流控制器，其特征在于，所述电压检测电路包括一第二放大器，所述第二放大器的第一输入端耦接所述误差放大器的第二输入端，所述第二放大器的第二输入端耦接所述误差放大器的第一输入端，所述第二放大器的输出端耦接所述电容放大电路。
7.根据权利要求5所述的直流对直流控制器，其特征在于，所述电容放大电路还包括：
一第一电阻，耦接所述第一放大器的第一输入端；以及
一第二电阻，其第一端耦接所述第一电阻，其第二端耦接所述第一放大器的第二输入端；
其中所述电容耦接在所述第一放大器的第一输入端与一接地端之间，所述第一可控电流源的第一端耦接一工作电压，所述第一可控电流源的受控端耦接所述电压检测电路，所述第一可控电流源的第二端耦接所述第二电阻的第二端与所述第一放大器的第二输入端，所述第一可控电流源的第三端耦接所述第一放大器，所述第二可控电流源的第一端耦接所述第一可控电流源的第二端、所述第二电阻的第二端与所述第一放大器的第二输入端，所述第二可控电流源的受控端耦接所述电压检测电路，所述第二可控电流源的第二端耦接所述接地端。
8.根据权利要求1所述的直流对直流控制器，其特征在于，所述可调整电容电路还包括：
一突波检测电路，耦接所述误差放大器的第一输入端或输出端，所述突波检测电路依据所述负载的变化动态控制所述电容放大电路。
9.根据权利要求8所述的直流对直流控制器，其特征在于，所述突波检测电路包括一微分器。
10.根据权利要求8所述的直流对直流控制器，其特征在于，所述电容放大电路还包括：
一第一电阻，耦接所述第一放大器的第一输入端；以及
一第二电阻，其第一端耦接所述第一电阻，其第二端耦接所述第一放大器的第二输入端；
其中所述电容耦接在所述第一放大器的第一输入端与一接地端之间，所述第一可控电流源的第一端耦接一工作电压，所述第一可控电流源的受控端耦接所述突波检测电路，所述第一可控电流源的第二端耦接所述第二电阻的第二端与所述第一放大器的第二输入端，所述第一可控电流源的第三端耦接所述第一放大器，所述第二可控电流源的第一端耦接所述第一可控电流源的第二端、所述第二电阻的第二端与所述第一放大器的第二输入端，所述第二可控电流源的受控端耦接所述突波检测电路，所述第二可控电流源的第二端耦接所述接地端。
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