CN106817022A - 优化瞬态响应特性的电源转换器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种优化瞬态响应特性的电源转换器，包括：设置有储能元件的工作电路，于调制信号作用下于充放电模式之间交替切换，用于将一输入电压转换为输出电压；控制电路，包括：比较器，对误差放大器的输出端的信号和一电流检测信号进行比较以产生比较信号；调制器，依据比较信号及时钟信号产生调制信号；误差放大器的输出端与接地端之间可控制地连接补偿支路，补偿支路于第二控制信号的作用下导通或断开与误差放大器的输出端之间的连接。本发明在电源转换器自系统没有需求时关断补偿支路，使得补偿支路上的电荷得以保存，以便在系统有需求时，误差放大器的输出端信号可以快速恢复，输出电压波动较小，有利于系统稳定。

Description

优化瞬态响应特性的电源转换器

技术领域

本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种电源转换器。

背景技术

近年来，随着电池供电的便携式设备性能的提高和功能的日趋丰富，对于电源转换器提出了越来越高的要求。在如图1所示的电流模式降压转换器中，为了在宽负载范围实现高的转换效率，现有技术依据轻载或重载采用不同的控制策略以稳定输出电压，如采用混合控制方式以在轻载模式采用脉冲频率调制方式，而在重载模式采用脉冲宽度调制方式，然而，电源转换器在使用过程中，还常常存在轻重载与空载之前切换的情况，切换过程的输出电压Vout常常波动过大，影响系统的稳定工作。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种优化瞬态响应特性的电源转换器，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：

优化瞬态响应特性的电源转换器，其中，包括：

一设置有储能元件的工作电路，于一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，用于将一输入电压转换为一输出电压；

一控制电路，包括：

一比较器，对一误差放大器的输出端的信号和一采样自所述工作电路的电流检测信号进行比较以产生一比较信号；

一调制器，依据所述比较信号及一时钟信号产生所述调制信号；

所述误差放大器的输出端与接地端之间可控制地连接一补偿支路，所述补偿支路于一第二控制信号的作用下导通或断开与所述误差放大器的输出端之间的连接。

上述的优化瞬态响应特性的电源转换器，所述误差放大器用于对一基准电压和一采样自所述输出电压的电压反馈信号进行误差放大产生一误差放大信号。

上述的优化瞬态响应特性的电源转换器，所述调制器用于产生脉冲频率调制信号和/或脉冲宽度调制信号，所述第二控制信号于所述调制器产生脉冲频率调制信号时产生。

上述的优化瞬态响应特性的电源转换器，所述补偿支路包括一补偿电容及一补偿电阻，所述补偿电容与所述补偿电阻串联。

上述的优化瞬态响应特性的电源转换器，所述补偿支路通过一可控开关连接于所述误差放大器的输出端与所述接地端之间；所述可控开关的控制端与所述第二控制信号连接。

上述的优化瞬态响应特性的电源转换器，所述可控开关采用传输门电路组成，所述传输门电路的控制端连接所述第二控制信号。

上述的优化瞬态响应特性的电源转换器，所述工作电路可以包括，

一充电控制支路，连接于一输入电压端与一交汇结点之间；

一充放电支路，连接于所述交汇结点与一输出电压端之间；

一放电控制支路，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，所述输入电压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电压端放电。

或者，上述的优化瞬态响应特性的电源转换器，所述工作电路可以包括，

一充电控制支路，连接于一交汇结点与所述接地端之间；

一充放电支路，连接于一输入电压端与所述交汇结点之间，所述储能元件串联于所述充放电支路上；

一放电控制支路，连接于所述交汇结点与所述输出电压端之间；

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，使所述输入电压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，并控制所述充电控制支路断开，使所述储能元件对所述输出电压端放电。

上述的优化瞬态响应特性的电源转换器，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电压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预定的分压节点处引出。

上述的优化瞬态响应特性的电源转换器，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，本发明在电源转换器自系统没有需求时关断补偿支路，使得补偿支路上的电荷得以保存，以便在系统有需求时，误差放大器的输出端信号可以快速恢复，输出电压波动较小，有利于系统稳定。

附图说明

图1为传统的电源转换器的电路示意图；

图2为图1的电源转换器在负载切换时相关波形的示意图；

图3为本发明的优化瞬态响应特性的电源转换器的电路示意图；

图4为本发明的优化瞬态响应特性的电源转换器的相关波形示意图。

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，优化瞬态响应特性的电源转换器，其中，包括：

一设置有储能元件的工作电路，于一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，用于将一输入电压转换为一输出电压；

一控制电路，包括：

一比较器2，对一误差放大器6的输出端的信号和一采样自工作电路的电流检测信号进行比较以产生一比较信号；

一调制器1，依据比较信号及一时钟信号产生调制信号；

误差放大器6的输出端与接地端之间可控制地连接一补偿支路8，补偿支路8于一第二控制信号OSC_ON的作用下导通或断开与误差放大器6的输出端之间的连接。

图2所示的波形图显示了图1中现有技术的电源转换器在系统需求发生变化时输出电压Vout的变化趋势及误差放大器6输出的误差放大信号EAout的变化趋势，由于电源转换器中反馈回路的存在，误差放大器6在进入或退出时存在一定的响应时间，在系统负载发生变化时，误差放大信号EAout波动较大，进一步通过比较器2及调制器1后作用于工作电路，使得输出电压Vout波动较大，电路瞬态响应较差；本发明于系统没有需求时关断补偿支路6，使得误差放大信号Eaout不会经由补偿支路8放电，以便在系统有需求时，误差放大器6的输出端信号可以快速恢复，输出电压波动较小，有利于系统稳定。

上述的优化瞬态响应特性的电源转换器，误差放大器6用于对一基准电压Vref和一采样自输出电压端Vout的电压反馈信号Vfb进行误差放大产生一误差放大信号EAout。

于一种优选的实施例中，调制器1用于产生脉冲频率调制信号和/或脉冲宽度调制信号，第二控制信号OSC_ON于调制器1产生脉冲频率调制信号时产生。

上述的优化瞬态响应特性的电源转换器，补偿支路8可以包括一补偿电容c1及一补偿电阻R3，补偿电容c1与补偿电阻R3串联。补偿支路8通过一可控开关S9连接于误差放大器6的输出端与接地端GND之间；可控开关S9的控制端与第二控制信号OSC_ON连接。

传统的补偿支路8一直连接于电源转换器中，用以对电路进行频率补偿，使误差放大器工作更加稳定。然而，当电源转换器外面没有需求的情况，即电源转换器空载时，误差放大器6的误差放大信号EAout会经由补偿支路放电，误差放大信号EAout会逐渐降低，而当外部系统有需求的情况，由于误差放大器的响应时间及误差放大信号需要对补偿电容充电等因素的影响，使得误差放大信号EAout升高很慢，系统响应缓慢，瞬态响应特性不好，进而影响了输出电压的稳定。本发明在系统空载时断开补偿支路8与误差放大器6的输出端之间的连接，使得补偿电容上的电荷得以保存，当系统有需求时，补偿支路与8与误差放大器6的输出端的连接导通，误差放大器6的输出端信号可以很快恢复，有利于输出电压的稳定。

一种具体的实施例，可控开关S9可以采用传输门电路组成，传输门电路的控制端连接第二控制信号OSC_ON。

上述的第二控制信号OSC_ON可以由产生时钟信号的时钟单元5产生，也可以通过一控制单元产生。

上述的优化瞬态响应特性的电源转换器，工作电路可以将一输入电压转换为一低于输入电压的输出电压，该工作电路包括，

一充电控制支路，连接于一输入电压端VDD与一交汇结点Lx之间；

一充放电支路，连接于交汇结点Lx与一输出电压端Vout之间；

一放电控制支路，连接于交汇结点Lx与接地端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，输入电压端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对输出电压端Vout放电。

一种具体实施例，一第一开关管Mp串联于充电控制支路上，一第二开关管Mn，串联于放电控制支路上；第一开关管Mp的源极连接输入电压端VDD，漏极连接交汇节点Lx，第二开关管Mn的源极连接接地端GND，漏极连接交汇节点Lx，第一开关管Mp和第二开关管Mn的栅极接受调制器1的控制导通或截止。

或者，上述的优化瞬态响应特性的电源转换器，工作电路可以将一输入电压转换为一高于输入电压的输出电压。

上述的降压型电源转换器还包括过零检测电路7，与调制器1连接，其不属于本发明的改进之处，在此不作赘述。

上述的优化瞬态响应特性的电源转换器，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电压端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自预定的分压节点处引出。如图3所示，一种具体实施例，电压反馈信号Vfb自一第一电阻R1和一第二电阻R2串联构成的反馈网络中引出。

上述的优化瞬态响应特性的电源转换器，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的电流；

一受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。电流检测电路还可以采用现有技术中的其他电流检测电路实现，在此不作赘述。

图4显示了本发明在负载发生变化时输出电压Vout、误差放大信号EAout及第二控制信号OSC_ON的波形变化趋势，可以看出，相对于图2，采用本发明的电源转换器解决了负载变化时输出电压Vout及误差放大信号EAout的波动问题，即使电源转换器处在系统有需求和没有需求之间频繁转换的临界状态时，输出电压Vout及误差放大信号EAout也可以保持较为稳定的输出，有利于改善瞬态响应。

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 (10)

1.优化瞬态响应特性的电源转换器，其特征在于，包括：

一设置有储能元件的工作电路，于一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，用于将一输入电压转换为一输出电压；

一控制电路，包括：

一比较器，对一误差放大器的输出端的信号和一采样自所述工作电路的电流检测信号进行比较以产生一比较信号；

一调制器，依据所述比较信号及一时钟信号产生所述调制信号；

所述误差放大器的输出端与接地端之间可控制地连接一补偿支路，所述补偿支路于一第二控制信号的作用下导通或断开与所述误差放大器的输出端之间的连接。

2.根据权利要求1所述的优化瞬态响应特性的电源转换器，其特征在于，所述误差放大器用于对一基准电压和一采样自所述输出电压的电压反馈信号进行误差放大产生一误差放大信号。

3.根据权利要求1所述的优化瞬态响应特性的电源转换器，其特征在于，所述调制器用于产生脉冲频率调制信号和/或脉冲宽度调制信号，所述第二控制信号于所述调制器产生脉冲频率调制信号时产生。

4.根据权利要求1所述的优化瞬态响应特性的电源转换器，其特征在于，所述补偿支路包括一补偿电容及一补偿电阻，所述补偿电容与所述补偿电阻串联。

5.根据权利要求1所述的优化瞬态响应特性的电源转换器，其特征在于，所述补偿支路通过一可控开关连接于所述误差放大器的输出端与所述接地端之间；所述可控开关的控制端与所述第二控制信号连接。

6.根据权利要求5所述的优化瞬态响应特性的电源转换器，其特征在于，所述可控开关采用传输门电路组成，所述传输门电路的控制端连接所述第二控制信号。

7.根据权利要求1所述的优化瞬态响应特性的电源转换器，其特征在于，所述工作电路包括，

一充电控制支路，连接于一输入电压端与一交汇结点之间；

一充放电支路，连接于所述交汇结点与一输出电压端之间；

一放电控制支路，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，所述输入电压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电压端放电。

8.根据权利要求1所述的优化瞬态响应特性的电源转换器，其特征在于，所述工作电路包括，

一充电控制支路，连接于一交汇结点与所述接地端之间；

一充放电支路，连接于一输入电压端与所述交汇结点之间，所述储能元件串联于所述充放电支路上；

一放电控制支路，连接于所述交汇结点与所述输出电压端之间；

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，使所述输入电压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，并控制所述充电控制支路断开，使所述储能元件对所述输出电压端放电。

9.根据权利要求2所述的优化瞬态响应特性的电源转换器，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电压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预定的分压节点处引出。

10.根据权利要求1所述的优化瞬态响应特性的电源转换器，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。