CN105811755B - 一种提高瞬态响应的降压型开关稳压器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种开关稳压器。一种提高瞬态响应的降压型开关稳压器，包括，设置有储能元件的工作电路；开关器件组，于PWM调制信号或PFM调制信号作用下控制工作电路于充电模式和放电模式之间交替切换；控制单元，用以根据基准电压、采样自开关稳压器的输出端的电压反馈信号、采样自工作电路的电流检测信号及切换控制信号作用下产生PWM调制信号或PFM调制信号；并于设定时间周期内产生预定占空比的调制信号。本发明在降压型开关稳压器进入PFM模式的时候，可以在负载突然增加的第一个周期输出占空比为99％的调制信号，使得负载电容充分充电，减少输出电压的下降，可以提高电路的瞬态响应。

Description

一种提高瞬态响应的降压型开关稳压器

技术领域

本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种开关稳压器。

背景技术

随着微电子技术的迅猛发展，降压型(BUCK)开关稳压器由于电路结构简单、调整方便、可靠性高等优点，在降压式场合有着广泛应用；根据控制机制不同，降压型开关稳压器分为PWM(Pulse Width Modulation)控制方式、PFM(Pulse Frequency Modulation)控制方式和混合控制方式三种，混合控制方式在重负载情况下，采用PWM工作方式，在轻负载情况下，切换为PFM工作方式，以利用PWM工作方式和PFM工作方式各自的优点，提高转换器的转换效率，被越来越多地应用到开关电源中，然而，如图1所述的降压型开关稳压器在应用过程中，受控负载的突然增加使得输出电压波动较大，如图2所示现有技术的电压-时间或电流-时间的波形图显示了现有的控制方式下负载突然增加时电路瞬态响应较差，不利于系统的稳定。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种提高瞬态响应的降压型开关稳压器，解决以上技术问题；

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种提高瞬态响应的降压型开关稳压器，其中，包括，

一设置有储能元件的工作电路；

一开关器件组，于一PWM调制信号或一PFM调制信号作用下控制所述工作电路于充电模式和放电模式之间交替切换；

一控制单元，用以根据一基准电压、一采样自所述开关稳压器的输出端的电压反馈信号、一采样自所述工作电路的电流检测信号及一切换控制信号作用下产生所述PWM调制信号或所述PFM调制信号，并于设定时间周期内产生预定占空比的调制信号。

本发明的一种提高瞬态响应的降压型开关稳压器，所述控制单元包括，

一误差放大器，用于对所述基准电压与所述电压反馈信号进行比较，得到一误差放大信号；

一比较器，用于对所述误差放大信号与所述电流检测信号进行比较，产生一比较信号；

一时钟单元，用于产生时钟信号；

一PWM/PFM调制器，所述PWM/PFM调制器连接所述时钟信号和所述切换控制信号，用于依据所述比较信号、所述时钟信号及所述切换控制信号产生所述PWM调制信号或所述PFM调制信号。

本发明的一种提高瞬态响应的降压型开关稳压器，所述切换控制信号通过一逻辑控制单元产生，所述逻辑控制单元的输入端连接所述误差放大信号，用以对所述误差放大信号与一第二基准电压进行比较，依据所述比较结果产生所述切换控制信号。

本发明的一种提高瞬态响应的降压型开关稳压器，所述PWM/PFM调制器于所述切换控制信号的作用下输出PFM调制信号时，于负载突然增加的第一个周期输出占空比为99％的调制信号。

本发明的一种提高瞬态响应的降压型开关稳压器，所述工作电路包括，

充电控制支路，连接于一输入端与一交汇结点之间；

充放电支路，连接于所述交汇结点与所述输出端之间；

放电控制支路，连接于所述交汇结点与一接地端之间；

所述储能元件串联于所述充放电支路上；

所述工作电路于充电模式时，所述充电控制支路及所述充放电支路导通，所述放电控制支路断开，所述输入端输入的电流对所述储能元件充电；

所述工作电路于放电模式时，所述放电控制支路及所述充放电支路导通，所述充电控制支路断开，所述储能元件对所述输出端放电。

本发明的一种提高瞬态响应的降压型开关稳压器，所述电压反馈信号通过一反馈网络产生，所述反馈网络主要由一电阻分压电路形成，所述电阻分压电路包括预订数量且相互串联地连接于所述输出端与所述接地端之间的分压电阻，所述分压电阻间相连接的点形成分压节点；所述电压反馈信号自所述分压节点引出。

本发明的一种提高瞬态响应的降压型开关稳压器，所述输出端与所述接地端之间连接一负载电容。

本发明的一种提高瞬态响应的降压型开关稳压器，所述电流检测信号通过一电流检测电路产生，所述电流检测电路包括，

一检测电阻，串联于所述电流检测电路上；

一电流采样单元，连接所述检测电阻的两端，用以检测流过所述检测电阻的电流；

一受所述PWM调制信号或所述PFM调制信号控制通断的检测控制开关，连接于所述电流检测电路上。

有益效果：由于采用以上技术方案，本发明在BUCK进入PFM模式的时候，遇到负载突然增加的第一个周期的调制信号为99％占空比，使得负载电容充分充电，减少输出电压的下降，可以提高电路的瞬态响应，以确保系统稳定。

附图说明

图1为现有技术的降压型开关稳压器电路结构图；

图2为现有技术的负载电流Iload、输出端电压Vout、交汇结点Lx的波形图；

图3为本发明的电路结构示意图；

图4为本发明的负载电流Iload、输出端电压Vout、交汇结点Lx的波形图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

参照图3、图4，一种提高瞬态响应的降压型开关稳压器，其中，包括，

一设置有储能元件的工作电路；

一开关器件组，于一PWM调制信号或一PFM调制信号作用下控制工作电路于充电模式和放电模式之间交替切换；

一控制单元，用以根据一基准电压Vref、一采样自输出端Vout的电压反馈信号Vfb、一采样自工作电路的电流检测信号及一切换控制信号Osc_on_delay作用下产生PWM调制信号或PFM调制信号，并于设定时间周期内产生预定占空比的调制信号。

本发明的一种提高瞬态响应的降压型开关稳压器，控制单元包括，

一误差放大器6，用于对基准电压Vref与电压反馈信号Vfb进行比较，得到一误差放大信号；

一比较器2，用于对误差放大信号与电流检测信号进行比较，产生一比较信号；

一时钟单元5，用于产生时钟信号；

一PWM/PFM调制器1，PWM/PFM调制器1连接时钟信号和切换控制信号Osc_on_delay，用于依据比较信号、时钟信号及切换控制信号Osc_on_delay产生PWM调制信号或PFM调制信号。

本发明的一种提高瞬态响应的降压型开关稳压器，切换控制信号Osc_on_delay通过一逻辑控制单元8产生，逻辑控制单元8的输入端连接误差放大信号，用以对误差放大信号与一第二基准电压Vref2进行比较，依据比较结果产生切换控制信号Osc_on_delay。PWM/PFM调制器1还于逻辑控制单元8的作用下于PWM调制信号或PFM调制信号之间切换，误差放大信号小于第二基准电压，如0.4V的基准电压时，进入PFM模式，当大于第二基准电压时，进入PWM模式。PFM也被称作“节电”模式。工作在节电模式下的转换器在轻负载电流条件下使用PFM模式，在较重负载电流条件下使用PWM模式。这种工作模式使转换器可以在宽泛的电流输出范围内均保持极高的效率。

本发明的一种提高瞬态响应的降压型开关稳压器，PWM/PFM调制器可以于切换控制信号Osc_on_delay的作用下输出PFM调制信号时，于负载突然增加的第一个周期输出占空比为99％的调制信号。即负载突然增加时，逻辑控制单元8于负载突然增加的第一个周期调整切换控制信号Osc_on_delay，使PWM/PFM调制器输出占空比为99％的调制信号，从而使得负载电容充分充电，减少输出电压的下降，

本发明的一种提高瞬态响应的降压型开关稳压器，工作电路包括，

充电控制支路，连接于一输入端VDD与一交汇结点Lx之间；

充放电支路，连接于交汇结点Lx与输出端Vout之间；

放电控制支路，连接于交汇结点Lx与一接地端GND之间；

储能元件L串联于充放电支路上；

工作电路于充电模式时，充电控制支路及充放电支路导通，放电控制支路断开，输入端VDD输入的电流对储能元件L充电；

工作电路于放电模式时，放电控制支路及充放电支路导通，充电控制支路断开，储能元件L对输出端Vout放电。

本发明的一种提高瞬态响应的降压型开关稳压器，电压反馈信号Vfb通过一反馈网络产生，反馈网络主要由一电阻分压电路形成，电阻分压电路包括预订数量且相互串联地连接于输出端Vout与接地端GND之间的分压电阻，分压电阻间相连接的点形成分压节点；电压反馈信号Vfb自分压节点引出。

一种具体实施例，充电控制支路上串联一P沟道MOS管Mp，放电控制支路上串联一N沟道MOS管Mn，一电容C连接于输出端Vout与接地端GND之间，输出端Vout与接地端GND之间还连接相互串联的电阻R1和电阻R2，分压电阻间相连接的点形成分压节点，电压反馈信号自电阻R1和电阻R2相连接的点处引出。

本发明的一种提高瞬态响应的降压型开关稳压器，电流检测信号通过一电流检测电路产生，电流检测电路包括，

一检测电阻Rb，串联于电流检测电路上；

一电流采样单元3，连接检测电阻Rb的两端，用以检测流过检测电阻Rb的电流；

一受PWM调制信号或PFM调制信号控制通断的检测控制开关Msen，连接于电流检测电路上。

本发明的一种提高瞬态响应的降压型开关稳压器，输出端Vout与接地端GND之间连接一负载电容C。

本发明在BUCK进入PFM模式的时候，遇到负载突然增加的第一个周期的调制信号为99％占空比，参照图4的波形图可以看出，使得负载电容充分充电，减少输出电压的下降，本发明可以提高电路的瞬态响应，以确保系统稳定。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种提高瞬态响应的降压型开关稳压器，其特征在于，包括，

一设置有储能元件的工作电路；

一开关器件组，于一PWM调制信号或一PFM调制信号作用下控制所述工作电路于充电模式和放电模式之间交替切换；

一控制单元，用以根据一基准电压、一采样自所述开关稳压器的输出端的电压反馈信号、一采样自所述工作电路的电流检测信号及一切换控制信号作用下产生所述PWM调制信号或所述PFM调制信号，并于设定时间周期内产生预定占空比的调制信号；

所述控制单元包括，

一误差放大器，用于对所述基准电压与所述电压反馈信号进行比较，得到一误差放大信号；

一比较器，用于对所述误差放大信号与所述电流检测信号进行比较，产生一比较信号；

一时钟单元，用于产生时钟信号；

一PWM/PFM调制器，所述PWM/PFM调制器连接所述时钟信号和所述切换控制信号，用于依据所述比较信号、所述时钟信号及所述切换控制信号产生所述PWM调制信号或所述PFM调制信号；

所述输出端与一接地端之间连接一负载电容

所述PWM/PFM调制器于所述切换控制信号的作用下输出PFM调制信号时，于负载突然增加的第一个周期输出占空比为99％的调制信号，使所述负载电容充分充电。

2.根据权利要求1所述的一种提高瞬态响应的降压型开关稳压器，其特征在于，所述切换控制信号通过一逻辑控制单元产生，所述逻辑控制单元的输入端连接所述误差放大信号，用以对所述误差放大信号与一第二基准电压进行比较，依据所述比较结果产生所述切换控制信号。

3.根据权利要求1所述的一种提高瞬态响应的降压型开关稳压器，其特征在于，所述工作电路包括，

充电控制支路，连接于一输入端与一交汇结点之间；

充放电支路，连接于所述交汇结点与所述输出端之间；

放电控制支路，连接于所述交汇结点与所述接地端之间；

所述储能元件串联于所述充放电支路上；

所述工作电路于充电模式时，所述充电控制支路及所述充放电支路导通，所述放电控制支路断开，所述输入端输入的电流对所述储能元件充电；

所述工作电路于放电模式时，所述放电控制支路及所述充放电支路导通，所述充电控制支路断开，所述储能元件对所述输出端放电。

4.根据权利要求3所述的一种提高瞬态响应的降压型开关稳压器，其特征在于，所述电压反馈信号通过一反馈网络产生，所述反馈网络主要由一电阻分压电路形成，所述电阻分压电路包括预订数量且相互串联地连接于所述输出端与所述接地端之间的分压电阻，所述分压电阻间相连接的点形成分压节点，所述电压反馈信号自所述分压节点引出。

5.根据权利要求1所述的一种提高瞬态响应的降压型开关稳压器，其特征在于，所述电流检测信号通过一电流检测电路产生，所述电流检测电路包括，

一检测电阻，串联于所述电流检测电路上；

一电流采样单元，连接所述检测电阻的两端，用以检测流过所述检测电阻的电流；

一受所述PWM调制信号或所述PFM调制信号控制通断的检测控制开关，连接于所述电流检测电路上。