CN107112895A - 开关稳压器及其操控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种开关稳压器及其操控方法。该方法包括产生至少两个参考信号。第一参考信号是恒定的DC电压信号，第二参考信号是给定频率的周期性斜坡锯齿波信号。它还包括通过使用开关稳压器的输出电压产生反馈信号。在一种方法中，电容器由偏置电流充电或由开关放电。第一比较器被配置为将第一恒定DC参考电压信号与反馈信号进行比较。第二比较器被配置为将周期性负斜坡锯齿波信号与电容器上的电压信号进行比较。在替代方法中，比较器被配置为根据开关调节器的开关操作将反馈信号与周期性斜坡锯齿参考信号或恒定DC参考信号进行比较。在替代方法中，周期性斜坡锯齿参考信号可以是正或负。该方法用于降压开关稳压器，也可用于升压，降压‑升压，反激，前进和分离等。

Description

开关稳压器及其操控方法
技术领域
本发明涉及直流-直流转换器或开关稳压器。
本发明进一步涉及多项直流-直流转换器或多项开关稳压器。
背景技术
直流-直流转换器或开关稳压器将能量从一个直流电压等级转换到另一个直流电压等级。直流-直流转换器或开关稳压器，有时也被称为开关模式电源，用于将输入的电源电压转换成所需的输出电压。开关稳压器通过低功耗元件提供电源功能，如电容器，电感器，变压器，以及电源开关。通过离散数据包，电源开关的接通和切断将能量从输入端传递到输出端。反馈控制电路被用于调节能量的转移以维持恒定的输出电压。
开关稳压器可以用作提高输入电压或降低输入电压或两者兼备。具体而言，降压开关稳压器或称作降压转换器，用于降低输入电压。升压开关稳压器或称作升压转换器，用于提高输入电压。降压-升压型开关稳压器或称作降压-升压转换器，既可以提供升压，也可以提供降压功能。
典型的降压开关稳压器的操作是众所周知的，现概括如下。连接到输入电源的开关被接通，对输出滤波电路的电感器提供能量，从而使通过电感器的电流得以积聚。当连接输入电源的电源开关被切断，并且接地的第二电源开关接通时，在电感器上的电压得以反转。相对恒定的输出电压得以保持。通过这两个电源开关，从输入电源进入的能量被储存在电感器和电容器中，然后传送到负载。
典型的开关稳压器有两种操作模式：连续导通模式(CCM)以及不连续导通模式(DCM)，这取决于负载电流。当负载显著的时候，电感电流在整个切换周期保持为正，开关稳压器在此时是CCM模式。当负载电流是非常小的时候，为了维持高效率，开关稳压器需要降低开关频率，并减少在DCM模式中的电流消耗。
在现阶段的开关稳压器或直流-直流转换器的设计中，有一项挑战性的任务，那就是当负载电流突然在很小的负载状态和很大的负载状态之间切换时，都要保持输出电压的变化尽可能小。在这种情况下，转换器应提供最低限度的过冲和下冲，以及快速瞬态响应。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种具有快速瞬态响应的开关稳压器。
本发明的另一个目的是提供一种多相位开关稳压器。
在本发明提出的降压开关稳压器中，包括两个电压比较器。第一电压比较器接收一个直流参考电压信号和一个反馈信号。反馈信号是由开关稳压器的输出电压和电感电流生成的。第二电压比较器接收周期性的负斜率锯齿波信号和一个电容器的电压信号。电容器由一个偏置电流充电或者通过一个开关对地放电。两个电压比较器的输出信号被耦合到逻辑和驱动器块，以控制高端电源开关和低端电源开关的切换操作。
依据本发明提出的降压开关稳压器的一个可替代实例中，至少有一个比较器比较反馈信号和周期性斜率锯齿波参考信号，或者比较反馈信号和恒定直流参考信号，这要根据开关稳压器的开关操作。在此方法中，周期性斜率锯齿波参考信号可以是正斜率或者是负斜率。
通过以下详细描述，本发明的其他实施例对于本领域技术人员将显而易见，其中仅通过说明的方式示出和描述了本发明的各种实施例。本发明提出的新型稳压器架构可用于所有开关电源稳压器，如升压式，降压-升压式，反激式，前进式和分离式。本发明能够运用于其他不同的实施方式，并且在不脱离本发明的情况下，其几个细节能够在各种明显方面进行修改，所有这些都属于本发明的涵盖范围。因此，本发明的附图和描述在本质上是说明性的，而不是限制性的。
附图说明
通过结合附图，对于本发明所示实例的详细描述和权利要求书，将显而易见，所有的公开内容都是本发明的一部分。在附图中，类似的参考数字通常是指相同的，功能相似的，以及(或者)结构相似的元件。虽然前述和以下的内容集中体现了本发明的实施方式，应当指出的是，本发明并不受限于此。以下是附图的简要说明：
图1是根据本发明实施例1的开关稳压器示意图。
图2是图1中的频率控制电路示意图。
图3是对图1中开关稳压器的反馈信号的生成的另一替代实施例，图1中使用的电流检测电阻器由一种新的RC网络取代。
图4是图1中开关稳压器的反馈信号的生成的另一替代实施例，图1中使用的电流检测电阻器由电流检测电路所取代。
图5是一多相开关稳压器的示意图，这是根据本发明图4的另一实施例。
图6是根据本发明图1中所示开关稳压器的另一实施方式。
图7是根据本发明实施例2的开关稳压器示意图。
图8是根据本发明图7中所示开关稳压器的另一实施方式。
具体实施方式
实施例1
本发明可以以由许多方式来实现，包括作为过程、仪器、系统和/或其组合。在本文所描述的实施方式中，或者本发明可以采取的任何其它形式，均可以被称为技术。在一般情况下，所描述的过程步骤的顺序可以在本发明的涵盖范围之内被改变。
下文的详细描述与附图是本发明的实施方式，但并不是本发明仅有的实施方式。术语“示例性”是指“当作实例，例子或说明”，并非一定要优于其它实施方式。详细的细节描述是为了让本发明更明显易懂。然而，对于那些本领域技术人员，本发明也可在没有这些特定细节的情况下实施。在一些情况下，公知的的结构和设备以框图的形式来表示，以避免模糊本发明的概念。这些结构和设备，以及其他模块和电路可以“耦合”在一起以执行各种功能。术语“耦合”是指直接连接或者在适当情况下的间接连接。
图1是根据本发明描述的降压开关稳压器的实施方式示意图。在图1中的开关稳压器300是降压开关稳压器。然而，在本文公示描述的各种概念可扩展到其他开关稳压器，如升压式，降压-升压式，反激式，前进式和分离式等以及其它合适的应用程序。此控制方法还可用于同步和异步开关稳压器。根据图1，开关稳压器300包括一个电压放大器110，分压器320，开关稳压器的控制器200和两个电源开关M1和M2。FB和FB2信号是从输出电压VOUT产生的两个反馈信号。电源开关M1耦合在节点30处的输入电压VIN和在节点31处开关节点SW之间。电源开关M2耦合在接地与开关节点SW之间。M1和M2的栅极耦合到开关稳压器控制器200之中的逻辑和驱动电路2中。开关节点SW耦合到输出LRC滤波电路，其中包括输出电感器L和输出电容器COUT与等效串联电阻(ESR)，以及电流检测电阻RSNS。电流检测电阻RSNS连接在电感器L和输出电容器COUT之间。电压分频器320接收VOUT信号，并产生反馈信号FB2。FB2信号的电压电平等级与VOUT信号的电压电平等级成正比关系。电压放大器110感测反馈信号FB2与参考电压VREF，以产生误差电压信号VE。VE信号反映了反馈信号FB2和参考电压VREF之间的电压差。
参看图1，开关稳压器控制器200包括一个电压比较器1，一个频率控制电路10和一个逻辑与驱动电路2。控制器200耦合到两个电源开关M1和M2。电源开关M1被也称为高侧电源开关。电源开关M2也称为低侧电源开关。在图1中，电源开关M1是PMOS FET晶体管，电源开关M2是NMOS FET晶体管。在其他一些应用中，电源开关M1可能是NMOS晶体管。电源开关M1和M2串联连接在输入电压VIN(节点30)与接地电位之间。电源开关M1和M2被交替地导通和截止，以在节点31产生开关输出信号SW。M1和M2的开关操作由逻辑和驱动器电路2的输出信号来控制。信号PG是逻辑和驱动电路2的输出信号，并在节点41处控制电源开关M1。信号NG是逻辑和驱动电路2的另外一个输出信号，并在节点42处控制电源开关M2。信号SW直接耦合到LRC滤波器电路，其中包括输出电感器L，电流检测电阻RSNS和输出电容COUT，由此在节点32产生一个被校正的输出电压，该电压具有基本恒定的电压电平等级。输出电容器COUT还包括等效串联电阻ESR。输出电压VOUT可用于驱动负载50，由此开关稳压器300提供电流来保持输出电压VOUT是恒定的电压电平等级。
参照图1，VREF是开关稳压器300的输入信号之一，VREF是一个恒定的直流电压信号。VRAMP是开关稳压器控制器200的另一个输入信号，VRAMP是一个周期性的负斜率锯齿波信号。VRAMP耦合到频率控制电路10。反馈信号FB是的开关稳压器控制器200的另一个输入信号。FB信号可以通过输出电压VOUT和电感电流IL的组合来生成。FB信号也可以通过输出电压VOUT与开关信号SW的组合来产生。该FB信号具有三角形波形，并且与电感电流IL同步。
反馈信号FB可以由各种反馈产生电路来产生。在图1所示的反馈生成电路只是其中之一，它可以有许多备择方案。反馈产生电路通常包括电流检测电路，以用作直接或间接的感测电感电流。图1示出了一个直接感测电感器电流的方式。在图1中，电阻器Rsns与节点33和节点32之间的电感器L串联连接，以直接的方式感测流经电感L上的电流。在节点33处的信号是反馈信号FB。流经电感器L的电流在检测电阻RSNS上产生纹波信号。检测电阻RSNS上的电压于电感电流成正比，并与该电感电流同步。
图1中的电压比较器1接收反馈信号FB和VE信号，然后生成输出信号COMPOUT。该COMPOUT信号耦合到逻辑和驱动电路2。频率控制电路10具有第一输入信号VRAMP以及由逻辑和驱动电路2产生的第二输入信号VPD。该频率控制电路10产生输出信号COMPOUT2。该COMPOUT2信号耦合到逻辑和驱动电路2。
图2是图1中所示的频率控制电路10。频率控制电路10包括电压比较器11，电容器C，偏置电流12，反相器19，开关S1和开关S2。在电容器C上的电压信号是VCAP。开关S1上的控制信号是VPD信号，开关S2上的控制信号是VPDb。反相器19接收的VPD信号并产生VPDb信号。VPD和VPDb是逻辑信号，它们具有相反的极性。当VPD信号处于逻辑高电平状态，信号VPDb则处于逻辑低电平状态；当VPD信号是逻辑低电平状态，VPDb信号则处于逻辑高电平状态。当VPD信号是在逻辑高电平状态时，开关S1导通，而开关S2断开，电容器C通过开关S1放电，VCAP信号被下拉到0V。当VPD是逻辑低状态时，开关S1断开，开关S2导通，电容器C由携带充电电流Ibias的偏置电流12充电，与此同时，VCAP信号上拉增大。电压比较器11具有两个输入端。VCAP耦合到比较器11的第一输入端。VRAMP信号耦合到比较器11的第二输入端。VRAMP是一个具有周期性的负斜率锯齿波信号。比较器11比较VCAP信号和VRAMP信号，并基于比较结果产生输出信号COMPOUT2。COMPOUT2信号耦合到图1中的逻辑和驱动器2。逻辑和驱动信号2接收来自比较器1的COMPOUT信号和来自比较器11的COMPOUT2信号。它产生PG信号和NG信号来控制电源开关M1和M2的开关操作。
VREF信号是一个恒定的直流电压信号。VRAMP信号是一个周期性负斜率锯齿波信号。VRAMP信号的周期为Ts，其频率为1/Ts。其正斜率非常陡峭。从VRAMP的峰值下降到VRAMP的谷值所需时间比从VRAMP的谷值上升到VRAMP的峰值所需时间大得多。
根据本发明一个实例的图1中，比较器1比较VE信号与反馈信号FB的峰值。当反馈信号FB上升至VE信号时，电压比较器1改变COMPOUT的逻辑状态。逻辑和驱动电路2接收信号COMPOUT，切断电源开关M1，接通电源开关M2，并设置VPD信号为低状态。电感电流以近似于(-VOUT)/L的负斜率下拉。电源开关M1保持断开，电源开关M2保持接通直至电压比较器11改变COMPOUT2的逻辑状态。逻辑低信号的VPD在控制电路10中切断开关S1并接通开关S2。电容器C由偏置电流12充电，从而VCAP信号从0V开始拉升。当VCAP信号拉升至VRAMP时，电压比较器11改变COMPOUT2的逻辑状态。逻辑和驱动电路2接收信号COMPOUT2，切断电源开关M2，接通电源开关M1，并设置VPD信号为高状态。电感电流以近似于(VIN-VOUT)/L的正斜率上拉。电源开关M2保持断开，电源开关M1保持接通，直至电压比较器1改变COMPOUT的逻辑状态。逻辑高电平信号VPD接通开关S1并切断开关S2。电容器C通过开关S1放电。VCAP信号下拉到0V。由于图1中的电阻器RSNS直接感测电感电流，所以该电阻RSNS上的电压与电感电流IL成正比并同步。反馈信号FB是输出电压VOUT加上RSNS的电压降。反馈信号FB是与电感电流IL同步。
参照图1和图2，电压比较器1比较VE信号与FB信号。它产生的COMPOUT信号控制何时切断电源开关M1以及何时接通电源开关M2。电压比较器11比较VCAP信号与VRAMP信号，并产生COMPOUT2信号来控制何时切断电源开关M2以及何时接通电源开关M1。开关M1和M2的开关操作只依赖于电压比较器1和比较器11的触发点。
参照图1和图2，根据本发明的另一实施方式中，比较器1比较VE信号与反馈信号FB的谷值。当反馈信号FB下拉至VE信号时，电压比较器1改变COMPOUT的逻辑状态。逻辑和驱动电路2接收COMPOUT信号，切断电源开关M2，接通电源开关M1，并设置VPD信号为低状态。电感电流以近似于(VIN-VOUT)/L的正斜率上拉。电源开关M2保持断开，电源开关M1保持接通，直至电压比较器11改变COMPOUT2的逻辑状态。逻辑低信号VPD在控制电路10中切断开关S1并接通开关S2。电容器C由偏置电流12充电，从而VCAP信号从0V开始拉升。当VCAP信号拉升至VRAMP时，电压比较器11改变COMPOUT2的逻辑状态。逻辑和驱动器电路2接收COMPOUT2信号，切断电源开关M1，接通电源开关M2并设置VPD信号为高状态。电感电流以近似于(-VOUT)/L的负斜率下拉。电源开关M1保持断开，电源开关M2保持接通，直至电压比较器1改变COMPOUT的逻辑状态。逻辑高信号VPD在频率控制电路10中接通开关S1并切断开关S2。电容器C通过开关S1放电。VCAP信号被下拉至0V。由于图1中的电阻器RSNS直接感测电感电流，所以该电阻RSNS上的电压与电感电流IL成正比并同步。反馈信号FB是输出电压VOUT加上RSNS的电压降。反馈信号FB是与电感电流IL同步。
图3是根据本发明的另一实施方式描述的一个开关稳压器300的示意图，其中图1中的反馈信号FB由一新的RC网络产生。参看图3，开关稳压器300与图1中的开关稳压器类似。它包括一个电压放大器110，一个分压器320，一个开关稳压控制器200以及两个电源开关M1和M2，这两个电源开关耦合到输出LC滤波器电路，其中包括一个输出电感器L和输出电容器COUT及等效串联电阻(ESR)。FB和FB2信号是由输出电压VOUT产生的两个反馈信号。分压器320接收VOUT信号，并产生反馈信号FB2。FB2信号的电压电平等级与VOUT信号的电压电平等级成正比。电压放大器110感测反馈信号FB2和参考电压VREF，从而产生误差电压信号VE。VE信号反映了反馈信号FB2与参考电压VREF之间的电压差。该VE信号耦合到控制器200。图3中用了一个新的RC网络来产生反馈信号FB。与图1类似的是，反馈信号FB在控制器200中耦合到电压比较器1。新的RC网络包括R1，R2，C1，R3，C3和C4。电阻器R1和R2串连在节点32的输出电压与接地电位之间。在R1和R2的公共节点33处的信号是反馈信号FB，该信号耦合到控制器200中的电压比较器1的输入端。电容器C1在节点32和节点33之间与电阻器R1并联。电阻器R2是可选的，可以在其他实施方式中省略。电容器C1是可选的，可以在其他实施方式中省略。电阻器R3与电容器C3在节点31和节点32之间串联，并跨越电感器L。电容器C4连接到电阻器R3的公共节点39，并连接电容C3，以及连接节点33处的反馈电压信号FB。反馈信号FB具有大致三角波波形，该波形类似于电感电流IL波形，并与电感电流IL同步。
图4是根据本发明中图1所示的另一实施方式来描述的一个开关稳压器300的示意图。参看图4，开关稳压器300类似于图1中的开关稳压器。它包括一个电压放大器110，一个分压器320，一个开关稳压控制器200和两个电源开关M1和M2，这两个电源开关耦合到输出LC滤波电路，其中包括一个输出电感器L包含等效串联电阻(ESR)的输出电容器COUT。FB和FB2信号是两个反馈信号。分压器320接收VOUT信号，并产生反馈信号FB2。FB2信号的电压电平等级与VOUT信号的电压电平等级成正比。电压放大器110感测反馈信号FB2和参考电压VREF，从而产生误差电压信号VE。VE信号反映了反馈信号FB2与参考电压VREF之间的电压差。该VE信号耦合到控制器200。图4中包括了一个电流感测电路36和反馈信号生成器35。电流感测电路36产生输出信号Isns。Isns信号与电感器电流IL成正比且同步。反馈信号生成器35接收电流感测信号Isns和输出电压VOUT，并产生反馈信号FB。反馈信号FB是与电感器电流IL同步。反馈信号FB耦合到控制器200中的电压比较器1。
本发明的方法可用于多相开关稳压器。图5是根据本发明图4所示的实施方式进一步拓展而来的三相开关稳压器400的示意图。其他开关稳压器可具有不同数量的相位。图5所示的多相位开关稳压器是降压多相开关稳压器，但并不局限于此。同样的，其涉及的主模块和系统操作也可用于其他多相开关稳压器的情况，比如升压型多相开关稳压器。参照图5，三相开关调节器400包括一个电压放大器110，分压器320，三个开关稳压控制器201，202和203。分压器320接收VOUT信号并产生反馈信号FB2。FB2信号的电压电平等级与VOUT信号的电压电平等级成比。电压放大器110感测反馈信号FB2和参考电压VREF，从而产生误差电压信号VE。该VE信号反映了反馈信号FB2与参考电压VREF之间的电压差。VE信号被耦合到所述的三个控制器中。这三个控制器与图4中的那个类似。控制器201控制高侧开关M1和低侧开关M2的开关操作。电源开关M1和M2连接到电感器L1。电感器L1被连接到包含等效串联电阻(ESR)的输出电容器COUT。电流感测电路41产生一个电流感测信号，该信号与电感电流成正比。反馈信号产生器61接收电流检测信号和输出电压VOUT，并产生反馈信号FB1。反馈信号FB1与电感器L1的电流同步，并耦合到控制器201。误差电压信号VE是控制器201的输入信号。VRAMP1是控制器201的另一个输入信号。控制器202控制高侧开关M3和低边开关M4的开关操作。电源开关M3和M4耦合到电感器L2。电感器L2耦合到包含等效串联电阻(ESR)的输出电容器COUT。电流感测电路42产生一个电流感测信号，该信号与电感电流成正比。反馈信号生成器62接收电流感测信号和输出电压VOUT，并生成反馈信号FB2。反馈信号FB2与电感器L2的电流同步，并耦合到控制器202。误差电压信号VE是控制器202的一个输入信号。VRAMP2是控制器202的另一个输入信号。控制器203控制高侧开关M5和低侧开关M6的开关操作。电源开关M5和M6连接到电感L3上。电感器L3耦合到包含等效串联电阻(ESR)的输出电容器COUT。电流感测电路43产生一个电流感测信号，该信号与电感电流成正比。反馈信号生成器63接收电流感测信号和输出电压VOUT，并生成反馈信号FB3。反馈信号FB3是与电感器L3的电流同步，并耦合到控制器203。误差电压信号VE是控制器203的一个输入信号，VRAMP3是控制器203的另一个输入信号。
在图5中，VRAMP1，VRAMP2和VRAMP3是周期性的负斜率坡锯齿波信号。它们具有相同的周期(Ts)。VRAMP1，VRAMP2以及VRAMP3的峰值相同。VRAMP1，VRAMP2以及VRAMP3的谷值相同。VRAMP1，VRAMP2以及VRAMP3的正向斜率非常陡峭。从VRAMP1，VRAMP2和VRAMP3的峰值下降到VRAMP1，VRAMP2和VRAMP3谷值所需时间比从谷值上升到峰值所需时间大得多。VRAMP1和VRAMP2之间的项位移动是120度。VRAMP2和VRAMP3之间的项位移动是120度。VRAMP3和VRAMP1之间的项位移动是120度。VRAMP1和VRAMP2之间的时间延迟为Ts/3。VRAMP2和VRAMP3之间的时间延迟为Ts/3。VRAMP3和VRAMP1之间的时间延迟为Ts/3。开关稳压器400包括三项。每项的开关频率为1/Ts。其他开关稳压器可以具有不同数目项位，每项之间的项位移阶因此而不同。例如，在一个四项的开关稳压器，每相邻两项之间的的项位移动是90度。
在图5中，另一种反馈信号生成方法也可以用于产生反馈信号。例如，图1中或图3所示的反馈信号产生方法也可用在多项开关稳压器上。
图6是根据本发明在图1中所示的降压开关稳压器的另一实施方式。参照图6，开关稳压器300包括开关稳压控制器200以及两个电源开关M1和M2。电源开关M1耦合在节点30处的输入电压VIN和节点31处的开关节点SW之间。电源开关M2连接到地面和开关节点SW之间。M1和M2的栅极被连接到开关稳压控制器200中的逻辑和驱动电路2中。开关节点SW被耦合到输出LRC滤波电路上，它包括输出电感器L和包含等效串联电阻(ESR)的输出电容器COUT，还有一个电流感测电阻Rsns。电流感测电阻Rsns连接在电感L器和输出电容器COUT之间。开关稳压控制器200包括一个电压比较器1，一个在图2中所示的频率控制电路10和逻辑驱动电路2。
参考图6，反馈信号FB可以由另外的方式产生，如图3或图4中的实施方式。
实施例2
图7是根据本发明的另一降压开关稳压器实施方式示意图。参照图7，开关稳压器300包括一个控制器200以及两个电源开关M1和M2。电源开关M1耦合在输入电压VIN和节点31处的开关节点SW之间。开关M2耦合在接地与交换节点SW之间。M1和M2的栅极耦合到控制器200中。开关节点SW耦合到输出LRC滤波器电路，它包括输出电感器L包含等效串联电阻(ESR)的输出电容器COUT。反馈信号生成器320接收输出电压VOUT，并产生反馈信号FB。反馈信号与电感电流同步，该反馈信号耦合到控制器200中。信号VREF和VRAMP是控制器200的两个参考信号。VREF是一个直流电压信号。VRAMP可以是周期性的负斜率锯齿波信号或者是周期性正斜率锯齿波信号。当VREF信号的电压电平等级大于VRAMP信号的电压电平等级(VREF为高位参考信号，VRAMP是低位参考信号)，VRAMP是周期性的正斜率锯齿波信号，它上拉所需时间比下拉所需时间大得多。当VREF信号的电压电平等级小于VRAMP信号的电压电平等级(VREF为低位参考信号，VRAMP是高位参考信号)，VRAMP是周期性的负斜率锯齿波信号，它上拉所需时间比下拉所需时间小得多。在正常操作模式下，当反馈信号FB到达低位参考信号时，控制器切断低侧开关并接通高侧开关；与此同时，电感电流开始上拉。高侧开关保持接通状态，直到反馈信号FB达到高位参考信号。当反馈信号FB达到高位参考信号，控制器切断高侧开关并接通低侧开关。与此同时，电感电流开始下拉。低侧开关保持接通状态，直到反馈信号FB到达低位参考信号。
图8是是根据本发明的另一降压开关稳压器实施方式示意图。参照图8，开关稳压器300包括一个电压放大器110，反馈信号生成器200，分压器210，控制器100以及两个电源开关M1和M2，这两个电源开关耦合到输出LC滤波电路，其中包括输出电感器L和包含等效串联电阻(ESR)的输出电容器COUT。FB和FB2信号是从输出电压VOUT产生的两个反馈信号。分压器210接收VOUT信号并产生反馈信号FB。FB信号的电压电平等级与VOUT信号的电压电平等级成比。电压放大器110感测反馈信号FB和参考电压VREF，从而产生误差电压信号VE。VE信号反映了反馈信号FB和参考电压VREF之间的电压差。VE信号耦合到控制器100。反馈发生器200接收输出电压VOUT，并产生反馈信号FB2。反馈信号FB2与电感电流同步并耦合到控制器100。信号VE和VRAMP是控制器200的两个参考信号。VE信号是一个直流信号或者是缓慢变化的电压信号。VRAMP可以是周期性的负斜率锯齿波信号或者是周期性正斜率锯齿波信号。当VE信号的电压电平等级大于VRAMP信号的电压电平等级时(VE为高位参考信号，VRAMP是低位参考信号)，VRAMP是周期性的正斜率锯齿波信号，它上拉所需时间比下拉所需时间大得多。当VE信号的电压等级小于VRAMP信号的电压等级时(VE为低位参考信号，VRAMP是高位参考信号)，VRAMP是周期性的负斜率锯齿波信号，它上拉所需时间比下拉所需时间小得多。在正常操作模式下，当反馈信号FB2到达低位参考信号时，控制器100切断低侧开关并接通高侧开关；与此同时，电感电流开始上拉。高侧开关保持接通状态，直到反馈信号FB2达到高位参考信号。当反馈信号FB2达到高位参考信号，控制器100切断高侧开关并接通低侧开关；与此同时，电感电流开始下拉。低侧开关保持接通状态，直到反馈信号FB2到达低位参考信号。
通过本发明的详细描述，对于那些本领域技术人员，本发明的其他实施方式是明显易懂的，本发明仅仅描述了本发明的各种实施方式的实例。本发明中描述的实施例可以用在所有的开关稳压器中，该方法也适用于升压式，降压-升压式，反激式，前进式和分离式等。本发明能够用其他不同的实施方式实现，且其若干细节可以在各方面进行修改，所有这些都不脱离本发明的涵盖范围。因此，本发明所公开的实施例，附图和详细描述是说明性的，而非限制性的。

Claims (20)

1.一种开关稳压器，用于接收输入电压并产生一个稳定的输出电压；所述开关稳压器通过反馈控制驱动交换节点并产生开关输出电压，从而实现高侧电源开关和低侧电源开关的控制；所述开关输出节点与一个LC滤波器相耦合，以在输出电容器上产生基本恒定的所述输出电压；所述开关稳压器，包括：
一恒定电压参考信号；
一具有给定频率的周期性斜率锯齿波参考信号；
一通过所述稳压器的输出电压来生成第一反馈信号的反馈生成电路。
2.如权利要求1所述的开关稳压器，还包括：
一用于接收所述稳压器的输出电压，并产生第二反馈信号的分压器；
一用于接收所述第二反馈信号与所述恒定电压参考信号，并产生输出信号的电压放大器；
一用于接收所述第一反馈信号和所述周期性斜率锯齿波参考信号以及来自所述电压放大器的输出信号的控制器；
其中所述控制器包括一用于接收所述第一反馈信号，以及所述周期性斜率锯齿波参考信号或所述电压放大器的输出信号中的任一的第一比较器；
其中所述控制器还包括一用于接收所述第一比较器的输出信号，并产生所述电源开关的控制信号的逻辑和驱动器电路；
其中所述第一反馈信号与电感电流同步；
其中所述周期性锯齿波参考信号的斜率可以是负向或正向。
3.如权利要求1所述的开关稳压器，还包括：
一用于接收所述第一反馈信号和所述周期性斜率锯齿波参考信号以及所述恒定电压参考信号的控制器；
其中所述控制器包括一用于接收所述第一反馈信号，以及所述周期性斜率锯齿波参考信号或所述恒定电压参考信号中的任一的第一比较器；
其中所述控制器还包括一用于接收所述第一比较器的输出信号，并产生所述电源开关的控制信号的逻辑和驱动器电路；
其中所述第一反馈信号与电感电流同步；
其中所述周期性锯齿波参考信号的斜率可以是负向或正向。
4.如权利要求2所述的开关稳压器，其特征在于，
其中所述控制器还包括一基于所述第一比较器的所述输出信号而进行充电和放电，并在所述电容器上产生电压信号的电容器；
其中所述第一比较器进一步用于接收所述电压放大器的输出信号和所述第一反馈信号，以产生所述第一比较器输出信号，其输出电平等级反映了所述电压放大器的所述输出信号与所述第一反馈信号之间的电压差。
5.如权利要求3所述的开关稳压器，其特征在于，
其中所述控制器还包括一基于所述第一比较器的输出信号进行充电和放电，并在所述电容器上产生电压信号的电容器；
其中所述第一比较器进一步用于接收所述恒定电压参考信号和所述第一反馈信号以产生比较器输出信号，其输出电平等级反映了所述恒定电压参考信号与所述第一反馈信号之间的电压差。
6.如权利要求4所述的开关稳压器，其特征在于，
其中所述周期性锯齿波参考信号的斜率是负向；
其中所述控制器还包括一用于接收所述周期性负斜率锯齿波参考信号和所述电容器上的电压信号，以产生第二比较器输出信号的第二比较器，其输出电平等级反映了所述周期性负斜率锯齿波参考信号和所述电容器电压信号之间的电压差；
其中所述逻辑和驱动电路进一步用于接收所述第一比较器输出信号和所述第二比较器输出信号，并产生控制信号以驱动所述高侧电源开关和所述低侧电源开关。
7.如权利要求5所述的开关稳压器，其特征在于，
其中所述周期性锯齿波参考信号的斜率是负向；
其中所述控制器还包括一用于接收所述周期性负斜率锯齿波参考信号和所述电容器上的电压信号，以产生第二比较器输出信号的第二比较器，其输出电平等级反映了所述周期性负斜率锯齿波参考信号和所述电容器电压信号之间的电压差；
其中所述逻辑和驱动电路进一步用于接收所述第一比较器输出信号和所述第二比较器输出信号，并产生控制信号以驱动所述高侧电源开关和所述低侧电源开关。
8.一种多相开关稳压器，包括多个如权利要求2所述的开关稳压器。
9.一种多相开关稳压器，包括多个如权利要求3所述的开关稳压器。
10.一种开关稳压器的操控方法，其特征在于，接收输入电压，并控制高侧电源开关和低侧电源开关，以驱动交换节点来产生输出电压；所述交换节点耦合到LC滤波电路，以在输出电容器上产生一个具有基本恒定电压等级的稳定输出电压；所述控制方法包括：
产生一恒定直流电压参考信号；
产生一具有给定频率的周期性负斜率锯齿波参考信号；
通过结合电感电流和所述稳压器输出电压来产生第一反馈信号。
11.如权利要求10所述的操控方法，还包括：
产生第二反馈信号，该信号与所述开关稳压器的输出电压成正比；
使用电压放大器产生一个输出信号，该信号的幅度反映了所述恒定直流参考信号与所述第二反馈信号之间的电压差；
比较所述第一反馈信号与所述放大器的输出信号并产生第一比较信号；
根据所述第一比较信号在电容器充电和放电来产生电容器电压信号；
比较所述电容器电压信号和周期性负斜率锯齿波信号并产生第二比较信号；
根据所述第一比较信号和所述第二比较信号控制所述高侧电源开关和所述低侧电源开关，从而调节所述稳压器的输出电压。
12.如权利要求10所述的操控方法，还包括：
比较所述第一反馈信号和所述恒定直流参考信号，并产生第一比较信号；
根据所述第一比较信号在电容器充电和放电来产生电容器电压信号；
比较所述电容器电压信号和周期性负斜率锯齿波信号，并产生第二比较信号；
根据所述第一比较信号和所述第二比较信号控制所述高侧电源开关和所述低侧电源开关，从而调节所述稳压器的输出电压。
13.如权利要求11所述的操控方法，其特征在于，多相开关稳压器包括多个所述的开关稳压器。
14.如权利要求12所述的操控方法，其特征在于，多相开关稳压器包括多个所述的开关稳压器。
15.一种开关稳压器操控方法，其特征在于，接收输入电压并控制高侧电源开关和低侧电源开关，以驱动交换节点而产生开关输出电压；所述开关节点耦接到LC滤波器电路，以在输出电容器上产生一个具有基本恒定电压等级的稳定输出电压；所述控制方法包括：
产生一恒定直流电压参考信号；
产生一具有给定频率的周期性锯齿波参考信号；
通过接合电感电流和稳压器的输出电压来产生第一反馈信号；
比较所述第一反馈信号与所述恒定直流电压参考信号，并产生第一比较信号；
比较所述第一反馈信号与所述周期性锯齿波信号，并产生第二比较信号；
根据所述第一比较信号和所述第二比较信号控制所述高侧开关和所述低侧开关，从而调节所述稳压器输出电压。
16.如权利要求15所述的操控方法，还包括：
通过一电压放大器调整所述恒定直流电压参考信号的电压值，以补偿由稳压器系统引入的任何偏移，从而将所述开关稳压器的输出电压调节到理想的电压值。
17.如权利要求15所述的操控方法，其特征在于，多相开关稳压器包括多个所述的开关稳压器。
18.如权利要求16所述的操控方法，其特征在于，多相开关稳压器包括多个所述的开关稳压器。
19.根据权利要求10所述的操控方法，其特征在于，所述开关稳压器采用降压、升压、降压-升压、反激、前进和分离式开关稳压器。
20.根据权利要求15所述的操控方法，其特征在于，所述开关稳压器采用降压、升压、降压-升压、反激、前进和分离式开关稳压器。
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