CN104600984A - 开关电源电压调节器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种开关电源电压调节器。其包括：上桥开关连接一电源供应器；下桥开关耦合至该上桥开关与接地端之间，该上桥开关与该下桥开关之间形成一连接节点；电感，耦合至连接节点与电源输出端之间；当该电源输出端接入负载引起该电源输出端的输出电压的摆动幅度超过默认值时，动态调整该上、下桥开关的栅极电压以调整该上、下桥开关的导通电阻用于减小该输出电压的摆动。

Description

开关电源电压调节器
技术领域
本发明涉及一种开关电源电压调节器。 
背景技术
具有上下桥开关的开关电源电压调节器通常用于为中央处理器、内存等供电。当开关电源电压调节器的上桥开关导通或下桥开关导通开始为负载供电时，由于负载电流的增大或减小而导致输出电压摆动，影响开关电源电压调节器的稳定性。 
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种输出电压具有较高稳定性的开关电源电压调节器。 
一种开关电源电压调节器，包括： 
上桥开关连接一电源供应器；
下桥开关耦合至该上桥开关与接地端之间，该上桥开关与该下桥开关之间形成一连接节点；
电感，耦合至连接节点与电源输出端之间；
脉冲宽度调制信号产生器产生脉冲宽度调制信号；
侦测电路用于侦测电源输出端的输出电压，当输出电压摆动时，该侦测电路输出一表示输出电压变化的侦测信号；
栅极电压调整单元根据该侦测信号动态输出栅极电压；
驱动器用将该栅极电压输出至该上、下桥开关，并根据该脉冲宽度调制信号控制该上、下桥开关的导通时间。
一种开关电源电压调节器，包括： 
上桥开关连接一电源供应器；
下桥开关耦合至该上桥开关与接地端之间，该上桥开关与该下桥开关之间形成一连接节点；
电感，耦合至连接节点与电源输出端之间；
当该电源输出端接入负载引起该电源输出端的输出电压的摆动幅度超过默认值时，动态调整该上、下桥开关的栅极电压以调整该上、下桥开关的导通电阻用于减小该输出电压的摆动。
相较于现有技术，本发明的开关电源电压调节器根据输出电压的变化调节该上、下桥开关的栅极电压，以减小该上、下桥开关的导通电阻，从而减小该输出电压的摆动。 
附图说明
图1是本发明的开关电源电压调节器一实施方式电路结构示意图。 
图2是图1所示的开关电源电压调节器接入负载时的电压信号示意图。 
图3是图1所示的开关电源电压调节器移除负载时的电压信号示意图。 
主要元件符号说明 
开关电源电压调节器 10
上桥开关 102
下桥开关 104
电感 106
脉冲宽度调制信号产生器 108
侦测电路 110
栅极电压调整单元 112
驱动器 114
电压源 VIN
连接节点 LX
电源输出端 VOUT
负载 RL
电容 C1
第一分压电阻 R1
第二分压电阻 R2
第一比较器 CM1
第二比较器 CM2
正向输入端 V+
反向输入端 V-
比较输出端 Cout
第一参考电压 VL
第二参考电压 VH
稳压器 1122
稳压二极管 Z1
升压器 1124
第二电容 C2
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参阅图1，图1是本发明的开关电源电压调节器10一实施方式电路结构示意图。该开关电源电压调节器10包括上桥开关102下桥开关104、电感106、脉冲宽度调制信号产生器108、侦测电路110、栅极电压调整单元112及驱动器114。在本实施方式中，该上桥开关102及该下桥开关104均为一PMOS(P-Metal Oxide Semiconductor)晶体管。该上桥开关102的源极与一电压源VIN连接，该上桥开关102的汲极与该下桥开关104的汲极连接，该下桥开关104的源极接地。该上、下桥开关102、104的栅极经该驱动器114与该脉冲宽度调制信号产生器108连接。该脉冲宽度调制信号产生器108产生脉冲宽度调制信号(Pulse Width Moudle, PWM)至该驱动器114。该驱动器114根据该脉冲宽度调制信号控制该上、下桥开关102、104的导通时间。该上桥开关102汲极与该下桥开关104源极之间具有一连接节点LX。该连接节点LX经该电感106连接至电源输出端VOUT。负载RL连接在电源输出端VOUT与地之间。该开关电源电压调节器10还包括第一电容C1串接于该电源输出端VOUT与接地端之间。 
该侦测电路110用于侦测该电源输出端VOUT的输出电压。该侦测电路110包括第一分压电阻R1、第二分压电阻R2、第一比较器CM1及第二比较器CM2。该第一分压电阻R1与该第二分压电阻R2串接于该电源输出端VOUT与接地端之间。该第一、第二比较器CM1、CM2均包括正向输入端V+、反向输入端V-及比较输出端Cout。该第一、第二比较器CM1、CM2的正向输入端V+均连接至该第一、第二电阻R1、R2之间的节点。该第一比较器CM1的反向输入端V-接收第一参考电压VL，该第二比较器CM2的反向输入端V-接收第二参考电压VH。在本实施方式中，该第二参考电压VH高于该第一参考电压VL。 
该栅极电压调整单元112包括稳压器1122、稳压二极管Z1及升压器1124。该稳压器1122与该第一、第二比较器CM1、CM2的比较输出端Cout连接。该稳压器1122还经该稳压二极管Z1与该升压器1124连接。该稳压器1122根据该侦测电路110输出的不同的侦测信号产生对应的预定电压，并经该稳压二极管Z1输出至该升压器1124。该升压器1124根据该预定电压输出栅极电压。在本实施方式中，该稳压器1122为一种低压差线性稳压器(Low Dropout Regulator, LDO)。 
该驱动器114将该栅极电压输出至该上、下桥开关102、104的栅极以控制该上、下桥开关102、104的导通。并根据该脉冲宽度调制信号控制该上、下桥开关102、104的导通时间。 
该开关电源电压调节器10还包括设置于该连接节点LX与升压器1124之间的第二电容C2。该第二电容C2用于保持该连接节点LX与该升压器1124之间的电压稳定。 
请一并参阅图2，图2是图1所示的开关电源电压调节器10接入负载时的电压信号示意图。在本实施方式中，该电压源VIN的电压为12V，该电源输出端VOUT的Vout输出电压为3.3V，该稳压器1122输出的初始预定电压Vb为5V，该升压器1124根据该初始预定电压控制该驱动器114产生16.5V的初始栅极电压Vgs，以控制该上、下桥开关102、104导通；该升压器1124根据该初始预定电压控制该驱动器114产生4.5V的栅极电压，以控制该上、下桥开关102、104关断。该第一参考电压VL、第二参考电压VH根据第一、第二分压电阻R1、R2的阻值设定。在本实施方式中，该第一分压电阻R1与该第二分压电阻R2的阻值之比为1:2，该第一参考电压VL优选设置为2.15V，该第二参考电压VH优选设置为2.2V。 
当该当该电源输出端VOUT接入负载RL时，该电感106开始为该负载RL供电，该输出电压Vout发生振荡有减小的趋势。当该第二分压电阻R2的分压小于该第一参考电压VL，即当该第一比较器CM1的正向输入端V+输入电压低于该第一参考电压VL时，该第一比较器CM1的比较输出端Cout输出第一侦测信号至该稳压器1122。该稳压器1122根据该第一侦测信号输出第一预定电压至该升压器1124。在本实施方式中，该第一预定电压为9V。该驱动器114根据该第一预定电压输出的栅极导通电压Vgs与门极截止电压Vgs分别拉高至20.5V与8.5V以控制该上、下桥开关102、104的导通与关断。由于栅极电压Vgs的升高而使上、下桥开关102、104导通时的电阻Rds减小，使电流增加从而减缓该输出电压Vout下降趋势，增加输出电压Vout的稳定性。 
当负载RL接入一段时间，当该第二分压电阻R2的分压大于该第一参考电压VL，即当该第一比较器CM1的正向输入端V+的输入电压高于该第一参考电压VL时，该第一比较器CM1的比较输出端Cout输出第二侦测信号至该稳压器1122。该稳压器1122根据该第二侦测信号复位至初始预定电压5V。相应地，该升压器1124控制该驱动器114输出的20.5V、8.5V的栅极电压重新拉回至初始栅极电压16.5V、4.5V。 
请一并参阅图3，图3为图1所示的开关电源电压调节器10移除负载时的电压示意图。当负载RL由该电源输出端VOUT移除时，该输出电压Vout有上升趋势，当该第二分压电阻R2的分压大于该第二参考电压VH，即当该第二比较器正向输入端V+的输入电压高于该第二参考电压VH时，该第二比较器CM2的比较输出端Cout输出第三侦测信号至该稳压器1122。该稳压器1122根据该第三侦测信号输出幅值为1V的预定电压至该升压器1124。该升压器1124根据该1V的预定电压控制该驱动器114输出的初始栅极电压调整为14.5V与2.5V以控制该上、下桥开关102、104的导通与关断。由于栅极电压的减小而使上、下桥开关102、104导通时的电阻Rds增加，使电流增加从而减缓该输出电压Vout上升趋势，增加输出电压Vout的稳定性。 
当负载RL移除一段时间，当该第二分压电阻R2的分压小于该第二参考电压VH，即当该第二比较器CM2的正向输入端V+的输入电压高于该第二参考电压VH时，该第二比较器CM2的比较输出端Cout输出第四侦测信号至该稳压器1122。该稳压器1122根据该第四侦测信号重新输出初始预定电压5V。相应地，该升压器1124根据该初始预定电压控制该驱动器114输出的14.5V、2.5V的栅极电压重新拉升至16.5V、4.5V。 
前述的开关电源电压调节器10根据输出电压的变化动动态控制上、下桥开关的栅极电压以减小该上、下桥开关的导通电阻，从而减小该输出电压的摆动。 
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。 

Claims (11)

1.一种开关电源电压调节器，包括：
上桥开关连接一电源供应器；
下桥开关耦合至该上桥开关与接地端之间，该上桥开关与该下桥开关之间形成一连接节点；
电感，耦合至连接节点与电源输出端之间；
脉冲宽度调制信号产生器，用于产生脉冲宽度调制信号；
侦测电路，用于侦测电源输出端的输出电压，当输出电压摆动超过默认值时，该侦测电路输出一表示输出电压变化的侦测信号；
栅极电压调整单元，用于根据该侦测信号动态调整栅极电压；
驱动器，用于将该调整后的栅极电压输出至该上、下桥开关，并根据该脉冲宽度调制信号控制该上、下桥开关的导通时间。
2.根据权利要求1所述的开关电源电压调节器，其特征在于，该侦测电路包括第一分压电阻、第二分压电阻；该第一分压电阻与该第二分压电阻串接于该电源输出端之间。
3.根据权利要求2所述的开关电源电压调节器，其中该侦测电路还包括第一比较器与第二比较器，当该开关电源电压调节器接入负载时，该第一比较器输出表示该输出电压变化的侦测信号；当该开关电源电压调节器移除负载时，该第一比较器输出表示该输出电压变化的侦测信号。
4.根据权利要求3所述的开关电源电压调节器，其特征在于，该第一、第二比较器均包括正向输入端、反向输入端及输出端，该第一、第二比较器的正向输入端均连接至该第一、第二电阻之间的节点，该第一比较器的反向输入端接收第一参考电压，该第二比较器的反向输入端接收第二参考电压。
5.根据权利要求4所述的开关电源电压调节器，其特征在于，该栅极电压调整单元包括稳压器、稳压二极管及升压器，该稳压器与该第一、第二比较器的比较输出端连接，该稳压器还经该稳压二极管与该升压器连接，该稳压器根据该侦测电路输出的不同的侦测信号产生对应的预定电压，并经该稳压二极管输出至该升压器，该驱动器根据该预定电压输出栅极电压。
6.根据权利要求5所述的开关电源电压调节器，其特征在于，该稳压器输出初始预定电压，该升压器根据该初始预定电压控制该驱动器产生初始栅极电压以控制该上、下桥开关导通与关断。
7.根据权利要求6所述的开关电源电压调节器，其特征在于，当该当该电源输出端接入负载时，该电感开始为该负载供电，该输出电压发生振荡且有减小的趋势，当该第二分压电阻的分压小于该第一参考电压时，该第一比较器的输出端输出第一侦测信号至该稳压器，该稳压器根据该第一侦测信号输出高于该初始预定电压的第一预定电压至该升压器，该驱动器根据该第一预定电压拉高栅极电压。
8.根据权利要求7所述的开关电源电压调节器，其特征在于，当负载接入一段时间，当该第二分压电阻的分压大于该第一参考电压时，该第一比较器的输出端输出第二侦测信号至该稳压器，该稳压器根据该第二侦测信号将预定电压复位至初始预定电压，该升压器根据该初始预定电压输出初始栅极电压。
9.根据权利要求6所述的开关电源电压调节器，其特征在于，当负载由该电源输出端移除时，该输出电压有上升趋势，当该第二分压电阻的分压大于该第二参考电压时，该第二比较器的输出端输出第三侦测信号至该稳压器，该稳压器根据该第三侦测信号输出低于该初始预定电压的第二预定电压至该升压器，该升压器根据该第二预定电压控制该驱动器拉低栅极电压。
10.根据权利要求9所述的开关电源电压调节器，其特征在于，当负载移除一段时间，当该第二分压电阻的分压小于该第二参考电压时，该第二比较器的输出端输出第四侦测信号至该稳压器，该稳压器根据该第四侦测信号将第二预定电压复位至初始预定电压，该升压器根据该初始预定电压输出初始栅极电压。
11.一种开关电源电压调节器，包括：
上桥开关连接一电源供应器；
下桥开关耦合至该上桥开关与接地端之间，该上桥开关与该下桥开关之间形成一连接节点；
电感，耦合至连接节点与电源输出端之间；
当该电源输出端接入负载引起该电源输出端的输出电压的摆动幅度超过默认值时，动态调整该上、下桥开关的栅极电压以调整该上、下桥开关的导通电阻用于减小该输出电压的摆动。
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