CN103956896A - 一种电压转换电路以及控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种电压转换电路以及控制方法。电压转换电路具有误差放大器，产生一误差信号；比例放大电路，根据输出电压和误差信号，产生一个增益信号；第一比较器，根据增益信号和一个比较信号，产生一个脉冲信号；以及计时器，根据脉冲信号产生一个计时信号，指示电压转换电路的导通时间和关断时间；其中，增益信号和比较信号中的至少一个信号包含有斜坡成分，所述电压转换电路的导通时间恒定。本申请的技术方案能够有效提高电压转换电路的瞬态响应性能。

Description

一种电压转换电路以及控制方法

技术领域

本发明涉及功率电路领域，具体的但不限于涉及一种电压转换电路及控制方法。

背景技术

开关电源被广泛用于现代电子产品中。传统的开关电源多采用脉宽调制模式（PWM）控制模式来调整电源的输出。这样的模式通常会使得电路结构复杂，瞬态响应慢，因此，在大电流应用中性能不佳。

相比PWM控制模式，脉宽调制控制模式（PFM），主要包括恒定导通时间控制模式，恒定关断时间控制模式和滞环控制模式等等，在电路设计上，以及瞬态响应性能上占据优势。图1示出了现有技术中一种恒定导通时间的电压转换电路10。电压转换电路10主要包含直流-直流（DC-DC）降压转换器101和控制器102。在控制器102中，一个比较器105将一个误差信号VEAO和一个斜坡信号VRAMP进行比较，其中，VEAO由跨导运算放大器（OTA）根据一参考信号VREF和一个输出电压反馈信号VFB之间的误差产生。当斜坡信号VRAMP低于误差信号VEAO时，一个脉冲信号会被传送到计时器103，使主开关管M1导通，同步整流开关管M2断开。经过一个恒定时间T1后，导通计时器103使主开关管M1断开，同步整流开关M2导通。在开关M1和M2的互补动作下，输入电压VIN被转换成输出电压VOUT。

当发生瞬态的负载阶跃跳变时，误差信号VEAO往往反应迟缓。这样，如果要让转换电路10具有较快的瞬态响应，就需要斜坡信号VRAMP的峰-峰值幅度变得很小。然而，斜坡幅度较小会带来两个问题。第一，转换电路10的噪声容限会随之变得很小。当转换电路10工作在一个嘈杂的环境中时，这一特性会带来很大风险。第二，为了适应幅度较小的斜坡信号，其它电路单元例如比较器要消耗更大的功率以达到需要的速度。

发明内容

针对现有技术中的一个或多个问题，本发明提供了一种电压转换电路以及控制方法。

在本发明的一个方面，提出了一种电压转换电路，一种电压转换电路，用于将一输入电压转换成一输出电压，所述电压转换电路包含：主开关管；误差放大器，具有两输入端和一输出端，其中所述两输入端分别接收一输出电压反馈信号和一参考信号，所述输出端产生一误差信号；比例放大电路，具有两输入端和一输出端，其中所述两输入端分别接受所述输出电压和所述误差信号，所述输出端产生一个增益信号；第一比较器，具有两输入端和一输出端，其中所述两输入端分别接受所述增益信号和一个比较信号，所述输出端产生一个脉冲信号；以及计时器，具有一输入端和一输出端，其中所述输入端耦接到所述第一比较器的输出端，所述输出端产生一个计时信号，指示电压转换电路的导通时间和关断时间；其中，所述增益信号和所述比较信号中的至少一个信号包含有斜坡成分，所述电压转换电路的导通时间恒定。

在本发明的另一方面，提出了一种使用电压转换电路将输入电压转换成输出电压的方法，包含：根据一个反馈信号和一个参考信号产生一个误差信号；输入所述误差信号和所述输出电压到一比例放大电路，产生一个增益信号；将所述增益信号与一个比较信号进行比较，产生一个脉冲信号；根据所述脉冲信号，产生一个计时信号，决定电压转换电路的导通时间和关断时间，其中导通时间为一个常数；其中，所述增益信号和所述比较信号中，至少一个具有斜坡成分。

利用本发明实施例，可有效提高电压转换电路的瞬态响应性能。

附图说明

下列附图涉及有关本发明非限制性和非穷举性的实施例的描述。除非另有说明，否则同样的数字和符号在整个附图中代表同样或相似的部分。附图无需按比例画出。另外，图中所示相关部分尺寸可能不同于说明书中叙述的尺寸。为更好地理解本发明，下述细节描述以及附图将被提供以作为参考。

图1示出了现有技术中一种恒定导通时间的电压转换电路10的电路示意图；

图2示出了根据本发明一个实施例的转换电路20的电路示意图；

图3示出了根据本发明一个实施例的图2所示的电压转换电路20的工作波形图；

图4示出了根据本发明一个实施例的电压转换电路20同现有技术中电压转换电路10的瞬态响应波形的比较示意图；

图5示出了根据本发明另一实施例的电压转换电路50的电路示意图；

图6示出了根据本发明一个实施例的图5所示的电压转换电路50的工作波形示意图；

图7示出了根据本发明又一实施例的电压转换电路70的电路示意图；

图8示出了根据本发明再一实施例的电压转换电路80的电路示意图；

图9示出了根据本发明一个实施例的一种控制电压转换电路的方法的流程示意图。

不同附图中相同的标记表示相同或相似的特征。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。

在这里及下文中，“导通时间”意为在一个转换电路中，每工作周期中主开关管（例如在某些实施例中的高侧开关）导通的持续时间。“关断时间”意为每工作周期内主开关管关断的持续时间。

图2示出了根据本发明一个实施例的电压转换电路20的电路示意图。如图2所示，电压转换电路20主要包含一个电压转换器201,和一个控制器202。在某些实施例中，电压转换器201为一个开关转换器。例如，在图2所示的实施例中，电压转换器201为一个DC-DC降压（Buck）转换器。其它类型的转换器，例如升压转换器(Boost)，降压-升压转换器（Buck-Boost），反激转换器（Fly-Back）或者本领域内技术人员熟知的任何合适的转换器，均可作为开关转换器。电压转换器201至少包含一个功率开关，例如在图示实施例中，电压转换器201包含高侧开关M1。在某些实施例中，开关转换器201还包含低侧开关202。如本领域技术人员所公知的那样，低侧开关202在其它实施例中可以用一个续流二极管来替代。驱动电路208耦接到功率开关M1和M2，用于根据控制器202的输出来驱动开关M1和M2。开关M1和M2的公共端被定义为开关端SW。输出电感L，电阻RESR和输出电容COUT共同组成了开关转换器201的滤波电路。其中，RESR为理想输出电容COUT的等效串联电阻。反馈信号电路包含电阻R1和R2组成的分压器，感测位于输出端OUT上的输出电压VOUT，产生反馈信号VFB。

继续如图2所示，在一个实施例中，控制器202包含计时器203，误差放大器204，比例放大电路205和一个第一比较器206。在图示实施例中，误差放大器204为一个跨导运算放大器（OTA）。OTA204包含一个同相输入端，一个反相输入端和一个输出端，其中同相输入端耦接接收参考信号VREF，反相输入端耦接接收反馈信号VFB。电容CF耦接于OTA204的输出端和参考地之间。而后，OTA204的输出端产生一个误差信号VEAO。比例放大电路205具有两个输入端和一个输出端，其中两个输入端分别接收输出电压VOUT和误差信号VEAO，输出端据此输出一个增益信号VGAIN。

在一个实施例中，比例放大电路205包含一个运算放大器AMP，一个第一电阻R3和一个第二电阻R4。运算放大器AMP具有第一输入端，第二输入端和一个输出端。其中第一输入端耦接到OTA204的输出端，运算放大器AMP的输出端耦接到第一比较器206。第一电阻R3的一端耦接接收输出电压VOUT，另一端耦接到运算放大器AMP的第二输入端。第二电阻R4耦接于运算放大器AMP的第二输入端和输出端之间。电阻R3和R4用于决定比例放大电路205的放大倍数。本领域内具有一般水平的技术人员应当注意，在其他实施例中，其它具有类似功能的常见电路结构也可以用于作为比例放大电路205。第一比较器206具有两个输入端和一个输出端，其中两个输入端分别接受增益信号VGAIN和一个比较信号，输出端据此产生一个脉冲信号Vpulse。当比较信号小于增益信号VGAIN时，脉冲信号Vpulse上会产生一个短脉冲。

图示实施例的一个特征在于，增益信号VGAIN和比较信号中的至少一个具有一个斜坡成分。例如，在如图2所示的实施例中，比较信号为一个由斜坡网络207所产生的斜坡信号。在一个实施例中，斜坡网络207同电压转换器201的输出电感L并联。斜坡网络207可包含一个电阻Rc和一个电容Cc，其中电阻Rc同电容Cc串联。斜坡信号VRAMP产生于电阻Rc和电容Cc的公共端CON。在其它实施例中，斜坡网络207可能具有不同于图示实施例的其它合适的电路结构，或元件之间具有不同的连接关系。例如，在另一实施例中，斜坡网络可能被耦接到输出端OUT，仅接收输出电压VOUT。在又一实施例中，斜坡网络207进一步包含一个电阻分压器，将被输出电压VOUT分压后，提供到电容Cc，而不是让电容Cc直接耦接接收输出电压VOUT。计时器203具有一个输入端和一个输出端，其中输入端耦接到第一比较器206的输出端，计时器203的输出端产生一个计时信号VT，指示电压转换器201的导通时间和关断时间。在一个实施例中，计时器203的输出作为控制器202的输出。通过驱动电路208，计时信号VT至少控制高侧开关M1的开通和关断。在图示实施例中，计时信号VT进一步控制低侧开关M2的导通和关断。

高侧开关M1和低侧开关M2以互补的状态开关和关断。当脉冲信号Vpulse上有脉冲产生是，计时信号VT跃升到高电平，使高侧开关M1开通，低侧开关M2关断。同时，计时器203开始计时。在经过一个恒定时间TON后，计时信号VT跌落回低电平，使高侧开关M1关断，低侧开关M2导通。

在另一实施例中，控制器202进一步包含一个可选的或门209（绘于图2中虚线所围成的区域）。或门209具有两个输入端和一个输出端，其中两个输入端分别耦接接收计时信号VT和脉冲信号Vpulse，或门209的输出信号作为控制器202的输出信号，耦接驱动电路208，控制至少高侧开关M1。在图示实施例中，或门209的输出可以进一步通过驱动电路208控制低侧开关M2。当脉冲信号Vpulse上有脉冲产生时，高侧开关M1立即开通，这样可以避免由计时器203所产生的传输延迟，提高瞬态响应性能。同样，只要比较器206的输出为高电平，高侧开关M1就会始终开通，这样，一旦发生负载电流阶跃上跳时，导通时间能够得到延长。

图3示出了根据本发明一个实施例的图2所示的电压转换电路20的工作波形图。下文将根据图2和图3，对电压转换电路20的工作原理进行描述。

如图3所示，电压转换电路20初始工作在稳态下。由OTA204产生的误差信号VEAO为反馈信号VFB和参考信号VREF（例如0.8V）的函数。具体的，误差信号：

$\mathrm{VEAO}-(\mathrm{VREF}-\mathrm{VFB})\frac{\mathrm{gm}}{\mathrm{\ωCF}}---\left(1\right)$

其中，gm为OTA204的跨导，ω为开关角速度，fsw为高侧开关M1的开关频率。

比例放大线路205接收误差信号VEAO和输出电压VOUT。由于电阻R3和R4的放大作用，

$\frac{\mathrm{VGAIN}-\mathrm{VEAO}}{R4}=\frac{\mathrm{VEAO}-\mathrm{VOUT}}{R3}---\left(2\right)$

因此

$\mathrm{VGAIN}=-\frac{R4}{R3}\mathrm{VOUT}+\frac{\mathrm{TR}3+R4}{R3}---\left(3\right)$

在稳态下，误差信号VEAO基本恒定。增益信号VGAIN可视为输出电压VOUT的函数。因此，通过将电阻R3和R4设定为合适的值，可以使增益信号VGAIN对输出电压VOUT的变化非常敏感。

同时，在图示实施例中，斜坡网络207并联耦接到输出电感L以产生斜坡信号VRAMP。当高侧开关M1导通时，开关端SW的电位基本等于输入电压VIN。对降压转换器来说，输入电压VIN>输出电压VOUT。此时，电容Cc被充电，斜坡信号VRAMP的电位以斜率S1上升。在经过恒定导通时间TON之后，斜坡信号到达峰值。斜坡信号VRAMP的幅度可以表示为：

$\mathrm{VRAMP}=\frac{\mathrm{TON}}{\mathrm{RcCc}}(\mathrm{VIN}-\mathrm{VOUT})---\left(4\right)$

之后，计时器203停止计时。高侧开关M1关断，低侧开关M2导通。位于开关端SW处的电位下降到基本等于地电位。电容Cc开始放电，斜坡信号的电位以斜率S2下降。

一旦斜坡信号VRAMP的电位等于增益信号VGAIN，脉冲信号Vpulse上就会产生一个短脉冲。这个短脉冲被传递到计时器203，以开始下轮计时。高侧开关M1被再次开通，而低侧开关M2则关闭。这样，电压转换电路20进入下一工作周期。

图4示出了根据本发明一个实施例的电压转换电路20同现有技术中电压转换电路10的瞬态响应波形的比较示意图。如图4所示，斜坡信号VRAMP具有较大的斜坡幅度。在稳态下（K1时刻之前），负载电流IOUT保持在I1水平。在K1时刻，负载电流IOUT从I1阶跃下跳到I2。输出电压VOUT立刻响应负载电流IOUT的变化剧烈上升。对电压转换电路20来说，增益电路VGAIN立刻对输出电压VOUT上升做出反应，根据等式（3）成比例的下降。而对现有技术的电压转换电路10来说，由于跨导放大器的跨导限制，以及电容CF的延迟作用，误差信号VEAO的反应较为迟缓。在K2时刻，电压转换电路10与20当前工作周期内的导通时间结束，斜坡信号开始以斜率S2下降。对电压转换电路20来说，得益于增益信号VGAIN迅速而剧烈的响应，斜坡信号VRAMP下降触及到增益信号VGAIN的时刻远远晚于触及到误差信号VEAO的时刻。

因此，现有技术中的电压转换电路10在K3时刻会进入下一工作周期，而本发明一个实施例的电压转换电路20则直到K4时刻才进入下一工作周期。K4时刻远远晚于K3时刻，这意味着电压转换电路20的输出电压VOUT停止上升的时刻可以大大早于电压转换电路10。继续如图4所示，在K4时刻，电压转换电路20的输出电压VOUT已经越过峰值开始下降，电压转换电路10的输出电压VOUT则依然还处于上升阶段。并且，在K4时刻之后，由于比例放大电路205的作用，增益信号VGAIN的上升幅值相对于输出电压VOUT的下降幅值成比例。当斜坡信号VRAMP以斜率S2下降时，能够迅速的重新触及增益信号VGAIN。因此，在单位时间内，脉冲信号Vpulse上能够产生更多数量的短脉冲。这样，电压转换电路20的输出电压能够更快地回归正常值。

如图4所示，在K5时刻，根据本发明一个实施例的电压转换电路20的输出电压VOUT完全恢复，负载电流阶跃下跳的总计恢复时间定义为TR1。相对的，直到K6时刻，现有技术的电压转换电路10的输出电压VOUT才完成恢复，负载电流阶跃下跳的总计恢复时间定义为TR2。显然，TR1远小于TR2。

继续见图4，类似于前述负载电流阶跃下跳的响应过程，一旦负载电流IOUT从I2阶跃上跳到I1，由于增益信号VGAIN能够迅速而剧烈地响应VOUT的变化，电压转换电路20的输出电压VOUT同样能够较早地停止下跌并且快速回归正常。电压转换电路20的负载电流阶跃上跳的总恢复时间TR3同样大大小于现有技术的电压转换电路10的总恢复时间TR4。

因此，上述分析表明，相比现有技术的电压转换电路10，本发明一个实施例的电压转换电路20能够在斜坡信号幅度较大时，具有更佳的瞬态响应性能。

图5示出了根据本发明另一实施例的电压转换电路50的电路示意图。电压转换电路50的大部分元件同电压转换器20相同或相似。因此为简明起见，这部分相同或相似的元件在此不再重复赘述。

在图5所示的实施例中，输出电压VOUT作为比较信号，替代斜坡信号VRAMP，因此可以省略掉斜坡网络207。第一比较器206对输出电压与增益信号进行比较。同时，在比例放大电路205中，电容Cc2同电阻R3并联，用于在增益信号VGAIN中加入斜坡成分。

图6示出了根据本发明一个实施例的图5所示的电压转换电路50的工作波形示意图。见图6，当电压转换电路50处于稳态时，在电容Cc2所产生的斜坡成分作用下，增益信号

$\mathrm{VGAIN}\≈\frac{R3+R4}{R3}\mathrm{VEAO}-\frac{R4}{R3}\mathrm{VOUT}-R4\mathrm{Cc}2\frac{\mathrm{dVOUT}}{\mathrm{dt}}=-\frac{R4}{R3}\mathrm{VOUT}-R4\mathrm{Cc}2\frac{\mathrm{IL}}{\mathrm{COUT}}---\left(5\right)$

其中，为增益信号VGAIN中的斜坡成分，定义为增益信号中的直流成分。IL为电压转换电路50的电感电流。根据等式（5），增益信号中斜坡成分的幅值与电感电流成比例，比例系数为因此，只需要将R4，Cc2和COUT设定为合适的值，即可使增益信号VGAIN具有较大幅度（例如80mV）的斜坡成分。

同时，相比于输出电压VOUT，增益信号的斜坡成分小到可以忽略。因此，增益信号VGAIN依然可视为与输出电压VOUT成比例，依然对输出电压的变化非常敏感。

在电压转换电路50的关断时间内，输出电压VOUT由于纹波作用缓慢下降，增益信号VGAIN以斜率S4上升。当增益信号VGAIN到达输出电压VOUT时，第一比较器206在脉冲信号Vpulse上产生一个短脉冲。高侧开关M1导通，低侧开关M2关闭。电压转换电路50进入导通时间。此时，电感电流IL开始上升，对应地，输出电压VOUT同样上升，增益信号VGAIN以斜率S3逐渐下降。在经过恒定导通时间TON之后，高侧开关M1关断，低侧开关M2导通。电压转换电路50重新进入关断时间。

继续如图6所示，当电压转换电路50的负载电流IOUT发生阶跃下跳时，输出电压VOUT响应于负载电流剧烈上升。同时，增益信号VGAIN在初始时刻反向跟随电感电流，发生上跳。之后，输出电压VOUT的剧烈上升使得增益信号VGAIN成比例下降。因此，输出电压VOUT和增益信号VGAIN的差值被迅速拉大。在关断之后，增益信号VGAIN会花费更长的时间重新到达输出电压VOUT，使得关断时间显著延长，尽早结束输出电压VOUT的剧烈上升。随后，同电压转换电路20相似，如果输出电压VOUT下降，增益信号VGAIN可以大幅上升，在单位时间内在脉冲信号Vpulse上产生更多数量的脉冲，使得输出电压VOUT能够迅速回到正常值。

当电压转换电路50的负载电流IOUT发生阶跃上跳时，与上文所述的理由相似，输出电压VOUT也能够迅速停止下降返回正常值。因此，当增益信号VGAIN具有较大的斜坡幅度时，电压转换电路50也能够凭借较短的恢复时间具有优异的瞬态响应性能。

图7示出了依据本发明又一实施例的电压换换电路70的电路示意图。为简明起见，电路中与前述实施例相同或相似的元件不再赘述。

如图7所示，电压转换电路70进一步包含一个终止电路710，用于在检测到负载电流IOUT阶跃下跳时使导通时间终止。在一个实施例中，终止电路710包含：偏置电压源711，具有正极和负极，其中正极耦接到比例放大电路205的正输入端；第二比较器712，具有一同相输入端，一反相输入端和一输出端，其中反相输入端耦接到比例放大电路205的输出端，同相输入端耦接到偏置电压源711的负极；触发器713，具有一置位端，一复位端和一Q输出端，其中置位端耦接到第二比较器712的输出端，复位端耦接到第一比较器206的输出端，Q输出端输出一个终止信号，用于指示负载电流IOUT是否发生阶跃下跳；逻辑运算电路714，具有两输入端和一个输出端，其中逻辑运算电路714的两输入端分别耦接到触发器713的Q输出端和计时器203的输出端，逻辑运算电路714的输出端耦接电压转换电路70的功率开关，例如图示实施例中的高侧开关M1。当终止信号指示负载电流IOUT发生阶跃下跳时，关断电压转换电路的所有功率开关。

在一个实施例中，逻辑运算电路714包含：反相器715，具有一输入端和一输出端，输出端耦接到计时器203的输出端；第一或非门716，具有两输入端和一个输出端，其中两输入端分别耦接到反相器715的输出端和触发器713的Ｑ输出端，输出端产生一个高侧栅极信号HSG，用于通过驱动电路208控制高侧开关M1。

在一个实施例中，电压转换器201可以包含一个低侧开关M2。逻辑运算电路714进一步包含一个第二或非门717，具有两输入端和一输出端，其中两输入端分别耦接到计时器203的输出端和触发器713的Q输出端，输出端用于产生一个低侧栅极信号LSG，用于通过驱动电路208控制低侧开关M2。

偏置电压源711产生一个偏置电压Voffset。当电压转换电路处于稳态时，第二比较器712的同相输入端上的电位为VEAO-Voffset，始终低于增益信号VGAIN。因此第二比较器持续输出一个低电平信号到触发器713的置位端。触发器713的Q输出端保持在低电平。高侧栅极信号HSG低侧栅极信号LSG（如果可用）取决于计时信号VT或者加上脉冲信号Vpulse。电压转换电路70的工作原理此时与电压转换电路20相同。

当负载电流IOUT发生阶跃下跳时，输出电压VOUT响应于该阶跃发生剧烈上升。增益信号VGAIN反向跟随输出电压随之发生剧烈下降。如果增益信号VGAIN下降到VEAO-Voffset，第二比较器712输出一个高电平信号到触发器713。触发器713被置位，Q输出端输出一个高电平信号。第一或非门716和第二或非门717均响应触发器713的高电平Q输出，使高侧栅极信号HSG和低侧栅极信号LSG（如果可用）同时置为低电平。因此，无论在负载电流阶跃下跳时，电压转换电路70处于导通时间或是关断时间，它都会立刻进入“关闭时间”。“关闭时间”一词在此处及下文中，意味着在“关闭时间”内，电压转换电路的所有功率开关，例如图示实施例中的高侧开关M1和低侧开关M2，均处于关闭状态。此时，则低侧开关M2的体寄生二级管将作为续流二极管，同输出电感L和输出电容COUT一起组成电流回路。

在电压转换电路70的导通时间内，如果发生负载电流阶跃下跳，则导通时间立即终止，通过关断高侧开关M1，以抑制输出电压VOUT的上升。同时，如前文所述，低侧开关M2同时被关断，M2的体寄生二极管作为续流二极管。由于体二极管具有较大的导通电阻，开关端SW处的电位会低于正常工作时的电位，这样，在“关闭时间”内，电感电流IL能够加速下降，使得电压转换电路70的负载电流阶跃下跳的瞬态响应性能能够进一步获得提高。

图8示出了根据本发明再一实施例的电压转换电路80的电路示意图。电压转换电路80的部分元件和电压转换电路50相同或相似。为简明起见，这些相同或相似的元件此处不再赘述。

同电压转换电路50相比，电压转换电路80进一步包含一个终止电路810，用于在检测到负载电流阶跃下跳时，使电压转换电路80进入关闭时间。在一个实施例中，终止电路810包含：偏置电压源811，具有正极和负极，其中正极耦接到电路输出端OUT；第二比较器812，具有一个同相输入端，一个反相输入端和一个输出端，其中反相输出端耦接到比例放大电路205的输出端，同相输入端耦接到偏置电压源811的负极；触发器813，具有置位端，复位端和Q输出端，其中置位端耦接到第二比较器812的输出端，复位端耦接到第一比较器206的输出端，Q输出端输出一个终止信号，指示负载电流是否发生阶跃下跳；逻辑运算电路814接收终止信号和控制信号VG，在终止信号指示发生阶跃下跳时，关断高侧开关M1和低侧开关M2（如果可用）。

在一个实施例中，逻辑运算电路814包含：反相器815，具有一输入端和一输出端，其中输入端耦接到计时器203的输出端；第一或非门816，具有两输入端和一输出端，其中两输入端分别耦接到反相器815的输出端和触发器813的Q输出端，输出端产生一个高侧栅极信号HSG，用于通过驱动电路208控制高侧开关M1的开通和关断。

在一个实施例中，电压转换器201进一步包含低侧开关M2，逻辑运算电路814进一步包含第二或非门817，具有两输入端和一输出端，其中两输入端分别耦接到计时器203的输出端和触发器813的Q输出端，输出端产生一个低侧栅极信号LSG，用于通过驱动电路208控制低侧开关M2的开通和关断。

本领域内具有一般水平技术人员能够理解，上文所述的实施例是解释性的而非限制性的。在其它实施例中，其它合适的电路结构或其组合也可构成逻辑运算电路814，以实现类似的逻辑功能。

偏置电压源811产生一个偏置电压Voffset。当电压转换电路80处于稳态时，第二比较器812的同相输入端上的电位为VOUT-Vofffset，始终低于增益信号VGAIN的电位谷值。因此，第二比较器812持续输出低电平信号到触发器813的置位端，触发器的Q输出端保持输出低电平。高侧栅极信号HSG和低侧栅极信号LSG（如果可用）完全取决于计时信号VT或者加上脉冲信号Vpulse（如果可用）。此时，电压转换电路80同电压转换电路50的工作原理完全相同。

当负载电流IOUT发生阶跃下跳时，输出电压VOUT响应于该阶跃下跳而剧烈上升，使得VOUT-Voffset同样剧烈上升。增益信号VGAIN反向跟随输出电压VOUT，从而剧烈下降。这样，增益信号VGAIN和VOUT-Voffset之间的差距迅速缩小。当增益信号下降到等于VOUT-Voffset时，第二比较器812产生一个高电平信号到触发器813的置位端。随后，触发器813被置位，Q输出端变为高电平。第一或非门816和第二或非门817双双响应于Q输出端所输出的高电平信号，使高侧栅极信号HSG和低侧栅极信号LSG（如果可用）均变为低电平。无论此时电压转换电路80处于开通时间内还是关断时间内，都会立即进入关闭时间。在关闭时间内，高侧开关M1和低侧开关M2均关断。此时低侧开关M2的体寄生二级管将作为续流二极管，同输出电感L和输出电容COUT一起组成电流回路。

与上文所述的电压转换电路70的工作原理相似，当高侧开关M1和低侧开关M2均关闭时，电压转换电路80的阶跃下跳瞬态响应性能得到了进一步提高。

图9示出了根据本发明一个实施例的一种控制电压转换电路的方法的流程示意图。见图9，该方法包括：步骤901，根据一个反馈信号和一个参考信号，产生一个误差信号VEAO；步骤902，输入该误差信号VEAO和一个电路输出电压VOUT到一个比例放大电路，产生一个增益信号VGAIN；步骤903，将增益信号与一个比较信号进行比较，产生一个脉冲信号Vpulse；步骤904，根据脉冲信号Vpulse，产生一个计时信号VT，决定电压转换电路的导通时间和关断时间，其中导通时间为一个常数；其中，增益信号VGAIN和比较信号中的至少一个具有斜坡成分。

在某些实施例中，控制电压转换电路的方法还可以进一步包括步骤905，根据计时信号VT控制至少高侧开关M1。

在一个实施例中，控制至少高侧开关M1还需根据脉冲信号Vpulse。

在某些实施例中，控制电压转换电路的方法还可进一步包括步骤906，产生一个斜坡信号VRAMP作为比较信号。斜坡信号VRAMP可以由一个斜坡网络产生。在一个实施例中，斜坡信号的幅度取决于电压转换电路的输出电压VOUT和输入电压VIN。在另一实施例中，斜坡信号的幅度由输出电压VOUT单独决定。在又一实施例中，斜坡信号幅度的可能由被分压后的输出电压VOUT决定。

在另一实施例中，控制电压转换电路的方法可能用另一步骤907替换步骤906。步骤907包含：在增益信号VGAIN上产生一个斜坡成分，并由输出电压VOUT作为比较信号。

在又一实施例中，控制电压转换电路的方法可能进一步包含一个可选步骤908。步骤908包含：将增益信号VGAIN与一个偏置信号进行比较，指示负载电流是否出现阶跃下跳，以及在检测到负载电流阶跃下跳时，关断电压转换电路所有功率开关。

在一个实施例中，步骤905可能进一步包含根据计时信号VT或者加上脉冲信号Vpulse（如果可用），控制一个低侧开关M2开通和关断。步骤908可能进一步包含在检测到负载电流阶跃下跳时，关断低侧开关M2。

在一个实施例中，偏置信号等于一个误差信号VEAO和一个偏置电压之差。在另一实施例中，偏置信号等于输出电压VOUT和一个偏置电压之差。

需要声明的是，上述发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理内，当可作各种修改、等同替换、或改进。本发明的保护范围以所附权利要求书为准。

Claims (20)

1.一种电压转换电路，用于将一输入电压转换成一输出电压，所述电压转换电路包含：

误差放大器，具有两输入端和一输出端，其中所述两输入端分别接收一输出电压反馈信号和一参考信号，所述输出端产生一误差信号；

比例放大电路，具有两输入端和一输出端，其中所述两输入端分别接受所述输出电压和所述误差信号，所述输出端产生一个增益信号；

第一比较器，具有两输入端和一输出端，其中所述两输入端分别接受所述增益信号和一个比较信号，所述输出端产生一个脉冲信号；以及

计时器，具有一输入端和一输出端，其中所述输入端耦接到所述第一比较器的输出端，所述输出端产生一个计时信号，指示电压转换电路的导通时间和关断时间；

其中，所述增益信号和所述比较信号中的至少一个信号包含有斜坡成分，所述电压转换电路的导通时间恒定。

2.如权利要求1所述的电压转换电路，进一步包含一个输出电感和一个输出电容。

3.如权利要求2所述的电压转换电路，进一步包含一个斜坡网络，所述斜坡网络同所述输出电感并联，用于产生一个斜坡信号作为所述比较信号。

4.如权利要求3所述的电压转换电路，其中所述斜坡网络包含一个电阻和一个电容，其中所述电阻和所述电容串联，所述斜坡信号在所述电感和所述电容的连接端处产生。

5.如权利要求2所述的电压转换电路，其中所述比例放大电路包含：

运算放大器，具有第一输入端，第二输入端和一个输出端，其中所述第一输入端耦接到所述误差放大器的输出端，所述输出端耦接到所述第一比较器；

第一电阻，所述第一电阻的一端耦接接收所述输出电压，所述输出电阻的另一端耦接到所述运算放大器的第二输入端；以及

第二电阻，所述第二电阻耦接到所述运算放大器的第二端和所述运算放大器的输出端之间。

6.如权利要求5所述的电压转换电路，其中所述比例放大电路进一步包含一个电容，其中所述电容同所述第一电阻并联，所述比较信号为所述输出电压。

7.如权利要求2所述的电压转换电路，进一步包含一个或门，所述或门具有两输入端和一输出端，所述两输入端分别接收所述计时信号和所述脉冲信号，所述输出端耦接到所述电压转换电路的一个主开关管，控制所述主开关管的开通和关断。

8.如权利要求1所述的电压转换电路，进一步包含一个终止电路，用于在检测到所述电压转换电路的负载电流阶跃下跳时，终止电压转换电路的导通时间，其中所述终止电路包含：

偏置电压源，具有正极和负极，其中所述正极耦接到所述误差放大器的输出端；

第二比较器，具有同相输入端，反相输入端和输出端，其中所述同相输入端耦接到所述偏置电压源的负极，所述反相输入端耦接到所述比例放大电路的输出端；

触发器，具有置位端，复位端和Q输出端，其中所述置位端耦接到所述第二比较器的输出端，所述复位端耦接到所述第一比较器的输出端，所述Q输出端产生一个终止信号，用于指示负载电流是否发生阶跃下跳；

逻辑运算电路，具有两输入端和一输出端，其中所述两输入端分别耦接所述触发器的Q输出端和所述计时器的输出端，所述输出端耦接到所述电压转换电路的功率开关，所述逻辑运算电路用于在所述负载电流发生阶跃下跳时关断所述电压转换电路的所有功率开关。

9.如权利要求1所述的电压转换电路，进一步包含一个终止电路，用于在检测到所述电压转换电路的负载电流阶跃下跳时，终止电压转换电路的导通时间，其中所述终止电路包含：

偏置电压源，具有正极和负极，其中所述正极耦接接收所述输出电压；

第二比较器，具有同相输入端，反相输入端和输出端其中所述同相输入端耦接到所述偏置电压源的负极，所述反相输入端耦接到所述比例放大电路的输出端；

触发器，具有置位端，复位端和Q输出端，其中所述置位端耦接到所述第二比较器的输出端，所述复位端耦接到所述第一比较器的输出端，所述Q输出端产生一个终止信号，用于指示所述负载电流是否发生阶跃下跳；

逻辑运算电路，具有两输入端和一输出端，所述两输入端分别耦接到所述触发器的Q输出端和所述计时器的输出端，所述输出端耦接到所述电压转换电路的功率开关，所述逻辑运算电路用于在所述负载电流发生阶跃下跳时，关断所述电压转换电路的所有功率开关。

10.如权利要求8或9所述的电压转换电路，其中所述电压转换电路包含一个高侧开关，所述逻辑运算电路包含：

反相器，具有输入端和输出端，其中所述输入端耦接到所述计时器的输出端；以及

第一或非门，具有两输入端和一输出端，其中所述两输入端分别耦接到所述反相器的输出端和所述触发器的Q输出端，所述输出端产生一个高侧栅极信号用于控制所述高侧开关。

11.如权利要求8或9所述的电压转换电路，进一步包含一个低侧开关，其中所述逻辑运算电路进一步包含一个第二或非门，所述第二或非门具有两输入端和一输出端，所述两输入端分别耦接所述计时器的输出端和所述触发器的Q输出端，所述输出端产生一个低侧栅极信号用于控制所述低侧开关。

12.一种控制电压转换电路将输入电压转换成输出电压的方法，包含：

根据一个反馈信号和一个参考信号产生一个误差信号；

输入所述误差信号和所述输出电压到一比例放大电路，产生一个增益信号；

将所述增益信号与一个比较信号进行比较，产生一个脉冲信号；

根据所述脉冲信号，产生一个计时信号，决定电压转换电路的导通时间和关断时间，其中导通时间为一个常数；

其中，所述增益信号和所述比较信号中，至少一个具有斜坡成分。

13.如权利要求12所述的方法，其中所述电压转换电路包含至少一个功率开关，所述功率开关根据所述计时信号和所述脉冲信号控制开通和关断。

14.如权利要求12所述的方法，进一步包含：产生一个斜坡信号作为比较信号，其中所述斜坡信号由一个斜坡网络产生。

15.如权利要求14所述的方法，其中所述斜坡信号的幅度由所述输出电压和所述输入电压共同决定。

16.如权利要求12所述的方法，进一步包含：

在所述增益信号上产生一个斜坡成分；以及

将所述输出电压作为所述比较信号。

17.如权利要求12所述的方法，进一步包含：

将所述增益信号与一个偏置信号比较，以指示所述电压转换电流是否发生负载电流阶跃下跳；以及

在检测到所述负载电流阶跃下跳时，关断所述电压转换电路的所有功率开关。

18.如权利要求17所述的方法，其中所述电压转换电路包含一个高侧开关和一个低侧开关，所述方法进一步包含：

根据所述计时信号，控制所述高侧开关和所述低侧开关导通和关断；以及

在检测到所述负载电流阶跃下跳时，关断所述高侧开关和所述低侧开关。

19.如权利要求17所述的方法，其中所述偏置信号为所述误差信号与一个偏置电压之差。

20.如权利要求17所述的方法，其中所述偏置信号为所述输出电压与一个偏置电压之差。