CN105612686A - 电压供给电路及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种电压供给电路(1)。电压供给电路可以操作在第一模式或第二模式下，以在输出节点(NOUT)上产生输出电压(VOUT)。电压供给电路包括补偿电路(10)、比较电路(11)、电感(13)和驱动电路(12)。补偿电路根据与输出电压有关的反馈信号(SFB)产生补偿信号(S10)。比较电路比较补偿信号和第一参考信号(SRAMP)，以产生比较信号(S11)。电感耦接于输出节点。驱动电路接收比较信号，以及根据比较信号产生驱动电压(V12)至电感。当电压供给电路从第一模式进入第二模式时，增大比较信号的占空比，以在第二模式下于预定时段中拓宽电压供给电路的工作带宽。

Description

电压供给电路及其控制方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年1月14日递交的申请号为61/927,146的美国临时案的优先权，在此合并参考该申请案的内容。
技术领域
本发明涉及一种电压供给电路(voltagesupplycircuit)，以及更特别地，涉及一种具有瞬态(transient)增强输出电压的电压供给电路。
背景技术
通常，电压供给可以根据该电压供给的负载状态操作在脉冲宽度调制(pulsewidthmodulation，PWM)模式或脉冲频率调制(pulsefrequencymodulation，PFM)模式下。当大负载在该电压供给的输出节点上时，该电压供给操作在PWM模式下，以具有更好的性能。当负载减小时，该电压供给将切换为操作在PFM模式下，以节省功率。然而，当负载再变大时，该电压供给随后从PFM模式切换回操作在PWM模式下。此时，由于大负载，因此从该输出节点汲取(draw)大量的电流。若该电压供给在模式切换期间不能产生足够(sufficient)的电流，则输出节点上的输出电压立即下降为一个过量电平(excessivelevel)。因此，该电压供给无法正常工作，如崩溃。
发明内容
因此，当电压供给电路在至少两种模式之间切换时，提供一种能够在短时间内增强输出电压的电压供给电路是可取的。
提供了一种电压供给电路的示例性实施例。该电压供给电路可以操作在第一模式下，以在输出节点上产生输出电压。所述电压供给电路包括补偿电路、比较电路、电感和驱动电路。补偿电路根据与所述输出电压有关的反馈信号产生补偿信号。比较电路接收所述补偿信号和第一参考信号，以及比较所述比较信号和所述第一参考信号，以产生比较信号。电感耦接于所述输出节点。驱动电路接收所述比较信号，以及根据所述比较信号产生驱动电压至所述电感。当所述电压供给电路从所述第一模式进入第二模式时，增大所述比较信号的占空比，以在所述第二模式下于预定时段中拓宽所述电压供给电路的工作带宽。
提供了一种用于电压供给电路的控制方法的另一示例性实施例。所述电压供给电路通过利用工作带宽在所述电压供给电路的输出节点上产生输出电压。所述控制方法包括以下步骤：操作在第一模式下；在第一时间点，从所述第一模式进入第二模式；以及在所述第二模式下，于所述第一时间点开始的预定时段中拓宽所述工作带宽。
详细的描述将参考附图在下面的实施例中给出。
附图说明
通过阅读后续的详细描述和参考附图所给的示例，可以更全面地理解本发明，其中：
图1示出了一种电压供给电路的示例性实施例；
图2示出了一种描述图1中电压供给电路的模式切换的时序图的示例性实施例；
图3示出了图1中电压供给电路的补偿电路的一种示例实施例；
图4示出了图1中电压供给电路的补偿电路的另一示例性实施例；以及
图5示出了一种控制方法的示例性实施例。
具体实施方式
以下描述为本发明实施的较佳实施例，此描述用于说明本发明的一般原则的目的，而不应当视为具有限制意义。本发明的范围应当参考所附的权利要求确定。
在图1所示的示例性实施例中，电压供给电路1可以操作在第一模式或第二模式下，以及可以在第一模式和第二模式的各模式下于输出节点NOUT上产生输出电压VOUT。在本实施例中，第一模式为脉冲宽度调制(PWM)模式，以具有更好的性能来产生输出电压VOUT，而第二模式为脉冲频率调制(PFM)模式，以节省功率。参考图1，电压供给电路1包括补偿电路(compensationcircuit)10、比较器11、驱动电路(drivercircuit)12、电感(inductor)13和分压器(voltagedivider)14。在第一模式和第二模式的各模式下，补偿电路10接收反馈信号SFB，以及根据反馈信号SFB产生补偿信号S10。在本实施例中，反馈信号SFB与输出电压VOUT有关。如图1所示，分压器14接收输出电压VOUT，以及对输出电压VOUT进行分压操作，以产生反馈信号SFB。在一实施例中，分压器14包括两个电阻140和141，以及，在位于电阻140和141之间的连接节点N14上产生反馈信号SFB。因此，反馈信号SFB与输出电压VOUT有关。在另一实施例中，省略分压器14，以及，输出电压VOUT直接视为反馈信号SFB。
比较器11的正输入端(+)接收补偿信号S10，以及，比较器11的负输入端(-)接收参考信号。在本实施例中，斜坡信号(rampsignal)SRAMP视为输入至比较器11的负输入端的该参考信号。比较器11比较补偿信号S10和斜坡信号SRAMP，以根据比较结果产生比较信号S11。在本实施例中，斜坡信号SRAMP呈锯齿波形(saw-toothwaveform)。比较信号S11随后被传送给驱动器12。当驱动电路12接收到比较信号S11时，驱动电路12根据所接收到的比较信号产生驱动电压V12，以及，将驱动电压V12施加给电感13。通过施加驱动电压V12给电感13，在输出节点NOUT上产生输出电压VOUT。
在下文中，将参考图1和图2描述电压供给电路1在模式切换期间的操作。在图2中，标号(label)20表示模式切换的时序，以及，标号21表示用于拓宽(broaden)电压供给电路的工作带宽(operationbandwidth)的预定时段(predeterminedperiod)发生的时序。假设电压供给电路1由于时段P20中的小负载而操作在脉冲频率调制(PFM)模式下。电压供给电路1的负载程度可以根据从输出节点NOUT处汲取的电流量确定。当根据从输出节点NOUT处汲取的大电流侦测到负载变大时，电压供给电路1在时间点T20上从脉冲频率调制(PFM)模式切换为脉冲宽度调制(PWM)模式，以具有更好的性能。在脉冲宽度调制(PWM)模式下，从时间点T20至时间点T21的预定时段P21中，电压供给电路1的工作带宽被拓宽，换言之，该工作带宽比用于电压供给电路1的正常操作的预定带宽要宽。在时间点T21之后，电压供给电路1的工作带宽变为该预定带宽。然后，在脉冲频率调制(PFM)模式下，电压供给电路1通过利用具有该预定带宽的工作带宽操作。
在电压供给电路1切换为脉冲宽度调制(PWM)模式之后，电压供给电路1在预定时段P21中首先利用已拓宽的工作带宽操作，然后，在预定时段P21中利用具有预定带宽的工作带宽操作。通过在预定时段P21中拓宽电压供给电路1的工作带宽，产生流经电感13的大电流。因此，存在用于负载的足够电流，以及，输出电压VOUT不会立即下降过度电平(toolevel)。通过预定时段T21的建立，增益提高窗口(gainboostingwindow)被打开。在该增益提高窗口中，电压供给电路1操作在已拓宽的工作带宽下，以增大流经电感13的电流。在本实施例中，增益提高窗口是小的(small)，以及，当输出电压VOUT上升至足够电平时，该增益提高窗口被关闭。因此，电压供给电路1的稳定性不会不利地受影响。
在本实施例中，通过增大图1中的比较信号S11的占空比(duty)来拓宽电压供给电路1的工作带宽。驱动电路12根据比较信号S11产生驱动电压V12，以及，驱动电压V12的量是根据比较信号S11的占空比确定的。驱动电压V12被提供给电感13。因此，流经电感13的电流I13是由比较信号S11(特别地，由比较信号S11的占空比)确定的。基于驱动电路12的操作和电感13的行为，驱动电路12根据具有较大的(greater)占空比的比较信号S11产生较大的驱动电压V12，以产生流经电感13的大电流；而驱动电路12根据具有较小的(less)占空比的比较信号S11产生较小的驱动电压V12，以产生流经电感13的小电流。因此，在预定时段P21中，当比较信号S11的占空比增大时，驱动电压V12也增大，从而拓宽了电压供给电路1的工作带宽，等效为产生大电流I13。
用于增大比较信号S11的占空比的方式有多种。其中一种用于增大比较信号S11的占空比的方式为拓宽补偿电路10的增益带宽(gainbandwidth)。在下文中，将参考图1、图3和图4描述如何通过拓宽补偿电路10的增益带宽来增大比较信号S11的占空比。图3示出了图1中电压供给电路的补偿电路10的一种示例实施例。如图3所示，补偿电路10包括运算放大器(operationamplifier)30、电阻31和32、电容33，以及反馈电路34。在本实施例中，电阻31为可变电阻31，而电阻32具有固定的电阻值。补偿电路10通过图1中的输入节点N30接收反馈信号SFB。电阻31耦接在输入节点N30和运算放大器30的负输入端(-)之间。电阻32和电容33串联耦接在输入节点N30和运算放大器30的负输入端(-)之间。运算放大器30的正输入端(+)接收参考信号SREF30。反馈电路34耦接在运算放大器30的负输入端(-)和运算放大器30的输出端之间。基于包括图3所示的上述元件的补偿电路10的操作，在运算放大器30的输出端上产生补偿信号S10。在本实施例中，电阻31最初具有第一电阻值。在电压供给电路1于预定时段P21中切换为脉冲宽度调制(PWM)模式之后，电阻31切换为低于第一电阻值的第二电阻值。换句话说，在不包括预定时段P21的操作时段中，电阻31具有第一电阻值，而在预定时段P21中，电阻31具有第二电阻值。通过减小电阻31的电阻值，补偿信号S10的电压电平迅速增大，从而等效地拓宽了补偿电路10的增益带宽。此时，由于补偿S10的电压电平迅速增大，因此，比较信号S11具有增大的占空比，从而拓宽了电压供给电路1的工作带宽。
在一实施例中，反馈电路34包括电阻340以及电容341和342。电阻340和电容341串联耦接在运算放大器30的负输入端(-)和运算放大器30的输出端之间。电容342耦接在运算放大器30的负输入端(-)和输出端之间。图3所示的反馈电路34的结构是一种示例，以及可以根据系统需求修改。
图4示出了图1中电压供给电路10的补偿电路的另一示例性实施例。如图4所示，补偿电路10包括跨导放大器(transconductanceamplifier)40、电阻41，以及电容42和43。在本实施例中，跨导放大器40的正端(positiveterminal)接收反馈信号SFB，以及，跨导放大器40的负端接收参考信号SREF40。电阻41和电容42串联耦接在跨导放大器40的输出端和参考地GND之间。电容43耦接在跨导放大器40的输出端之间。基于包括图4所示的上述元件的补偿电路1的操作，在跨导放大器40的输出端上产生补偿信号S10。在本实施例中，电阻41最初具有第一电阻值。然而，在电压供给电路1于预定时段P21中切换为脉冲宽度调制(PWM)模式之后，电阻41切换为第二电阻值，第二电阻值小于第一电阻值。换句话说，在不包括预定时段P21的操作时段中，电阻41具有第一电阻值，而在预定时段P21中，电阻41具有第二电阻值。通过减小电阻41的电阻值，比较信号S11的电压电平迅速增大，从而等效地拓宽了补偿电路10的增益带宽。此时，由于比较信号S11迅速增大，因此，比较信号S11具有增大的占空比，从而拓宽了电压供给电路1的工作带宽。
增大斜坡信号SRAMP的斜率是增大比较信号S11的占空比的其中一种方式。在下文中，将参考图1描述如何通过增大斜坡信号SRAMP的斜率来增大比较信号S11的占空比。根据比较器11的操作，电压电平S10和斜坡信号SRAMP的斜率会影响比较信号S11的占空比。在本实施例中，斜坡信号SRAMP的斜率最初具有第一斜率值。在电压供给电路1于预定时段P21中切换为脉冲宽度调制(PWM)模式之后，将斜坡信号SRAMP的斜率减小为具有第二斜率值，其中，第二斜率值小于第一斜率值。换言之，在不包括预定时段P21的操作时段中，斜坡信号SRAMP具有第一斜率值，而在预定时段P21中，斜坡信号SRAMP具有第二斜率值。通过减小斜坡信号SRAMP的斜率，比较信号S11(该比较信号S11是通过比较比较信号S11和斜坡信号SRAMP产生的)具有增大的占空比，从而拓宽电压供给电路1的工作带宽。
在本实施例中，斜坡信号SRAMP是根据来自于流经电感13的电流I13的反馈量产生的。斜坡信号SRAMP的斜率的减量(decrement)可以通过减小来自于电流I13的反馈量来实现。
在本实施例中，时间点T21被确定，以防止补偿电路10的相位裕度不断变差。在一实施例中，在时间点T20和时间点T21之间具有比较信号S11的10个开关周期(switchingcycle)。详细地，电压供给电路1的内部计数器在时间点T20开始对比较信号S11的开关周期计数，然后当比较信号S11的开关周期的数量达到10时停止计数。计数器停止计数时的时间点视为时间点T21。出现在时间点T20和时间点T21之间(即在预定时段P21中)的比较信号S11的10个开关周期被视为一种示例。在其它实施例中，根据系统需求确定位于时间点T20和时间点T21之间的比较信号S11的开关周期的数量。当然，预定时段P21的确定术语不限于开关周期，它也可以是时间单元或其它的系统条件。
图5示出了一种控制方法的示例性实施例。将参考图1、图2和图5描述该控制方法。在本实施例中，电压供给电路1最初操作在脉冲频率调制(PFM)模式下(步骤S50)。当根据从输出节点NOUT处汲取的大电流侦测到电压供给电路1的负载变大时，电压供给电路1在时间点T20从脉冲频率调制(PFM)模式进入脉冲宽度调制(PWM)模式(步骤S51)。在电压供给电路1进入脉冲宽度调制(PWM)模式之后，在从时间点T20开始至时间点T21的预定时段P21中拓宽工作带宽(步骤S52)。
虽然本发明已经通过示例的方式以及依据优选实施例进行了描述，但是，应当理解的是，本发明并不限于公开的实施例。相反，它旨在覆盖各种变型和类似的结构(如对于本领域技术人员将是显而易见的)。因此，所附权利要求的范围应被赋予最宽的解释，以涵盖所有的这些变型和类似的结构。

Claims (11)

1.一种电压供给电路，操作在第一模式下以及在输出节点上产生输出电压，包括：
补偿电路，根据与所述输出电压有关的反馈信号产生补偿信号；
比较电路，接收所述补偿信号和第一参考信号，以及比较所述比较信号和所述第一参考信号，以产生比较信号；
电感，耦接于所述输出节点；以及
驱动电路，接收所述比较信号，以及根据所述比较信号产生驱动电压至所述电感；
其中，当所述电压供给电路从所述第一模式进入第二模式时，增大所述比较信号的占空比，以在所述第二模式下于预定时段中拓宽所述电压供给电路的工作带宽。
2.如权利要求1所述的电压供给电路，其特征在于，所述补偿电路包括具有增益带宽的放大电路，以及，在所述预定时段中，通过拓宽所述放大电路的所述增益带宽来增大所述比较信号的所述占空比。
3.如权利要求2所述的电压供给电路，其特征在于，所述补偿电路具有接收所述反馈信号的输入节点，以及，所述补偿电路包括：
运算放大器，具有第二输入端、接收第二参考信号的第一输入端，以及产生所述比较信号的输出端；
第一电阻，耦接在所述补偿电路的所述输入节点和所述运算放大器的所述第一输入端之间，在不包括所述预定时段的操作时段中具有第一电阻值；
第一电容和第二电阻，串联耦接在所述补偿电路的所述输入节点和所述运算放大器的所述第一输入端之间；
反馈电路，耦接在所述运算放大器的所述第一输入端和所述运算放大器的所述输出端之间；
其中，在所述预定时段中，所述第一电阻切换为具有第二电阻值，以拓宽所述补偿电路的所述增益带宽，所述第二电阻值小于所述第一电阻值。
4.如权利要求2所述的电压供给电路，其特征在于，所述补偿电路包括：
跨导放大器，具有接收所述反馈信号的第一输入端、接收第二参考信号的第二输入端，以及产生所述补偿信号的输出端；
第一电容，耦接在所述跨导放大器的所述输出端和参考地之间；以及
电阻和第二电容，串联耦接在所述跨导放大器的所述输出端和所述参考地之间，其中，所述电阻在不包括所述预定时段的操作时段中具有第一电阻值；
其中，在所述预定时段中，所述电阻切换为具有第二电阻值，以拓宽所述补偿电路的所述增益带宽，所述第二电阻值小于所述第一电阻值。
5.如权利要求1所述的电压供给电路，其特征在于，所述第一参考信号为斜坡信号，以及，在所述预定时段中，通过减小所述斜坡信号的斜率来增大所述比较信号的所述占空比。
6.如权利要求1所述的电压供给电路，其特征在于，所述第一参考信号与流经所述电感的电流有关。
7.一种用于电压供给电路的控制方法，所述电压供给电路通过利用工作带宽在所述电压供给电路的输出节点上产生输出电压，所述控制方法包括：
操作在第一模式下；
在第一时间点，从所述第一模式进入第二模式；以及
在所述第二模式下，于所述第一时间点开始的预定时段中拓宽所述工作带宽。
8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，在所述第一模式和所述第二模式的各模式下，所述控制方法包括：
通过利用增益带宽，根据与所述输出电压有关的反馈信号产生补偿信号；
比较所述补偿信号和参考信号，以产生比较信号；以及
根据所述比较信号产生驱动电压至电感，所述电感耦接于所述输出节点；
其中，拓宽所述工作带宽的步骤包括：
在所述预定中，增大所述比较信号的占空比，以拓宽所述工作带宽。
9.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，在增大所述比较信号的所述占空比的步骤中，拓宽所述增益带宽，以增大所述比较信号的所述占空比。
10.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，在增大所述比较信号的所述占空比的步骤中，减小所述参考信号的斜率，以增大所述比较信号的所述占空比。
11.如权利要求10所述的控制方法，其特征在于，所述第一参考信号与流经所述电感的电流有关。
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