CN107508464A - 一种电流反馈单边迟滞控制cot电源管理芯片控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电子信息技术领域，具体涉及一种电流反馈单边迟滞控制COT电源管理芯片控制电路，该电流反馈单边迟滞控制COT电源管理芯片控制电路由所述开关控制信号(A、Ab)、输出控制信号(ON)、触发器(D)、开关电容(ON‑pulse)、比较器(COMP)、数字误差矫正电路(Digital correction)、赝电流交换电容器(Pseudo‑current generation w/exchange capacitor)构成；所述赝电流交换电容器由开关信号(SW)、电阻器(R1)、电容器(C1、C2、C3、C4)、开关控制信号(A、Ab)、CSP、CSN、放大器(ACS)构成。本发明的目的在于通过开关电容的方法，控制开关电容切换时间点，产生出没有直流偏差的CSP和CSN，及CSN始终等于CSP的波谷电压，从而系统无需模拟积分器，提高了系统的响应速度。

Description

一种电流反馈单边迟滞控制COT电源管理芯片控制电路
技术领域
本发明属于电子信息技术领域，具体涉及一种电流反馈单边迟滞控制COT电源管理芯片控制电路。
背景技术
基于DCDC控制器的开关电源系统被广泛应用于计算机，平板电脑，和手机等的电源管理，开关电源系统的输入为直流电源，比如， 5V，12V,或电池，输出的直流电压供给计算机，平板电脑，和手机等各种芯片所需的电压和电流，如CPU芯片，存储器芯片等等。开关电源系统通常由电源管理芯片，驱动器，功率MOS器件，电感，和电容所构成。电源管理芯片通过对功率MOS管的开，关时间的控制，通过电感和电容的储能和放能，达到对开关电源系统输出的电流和电压进行调节，以满足被供电的芯片的工作需求。
图1，为电源管理芯片构成的开关电源系统。电源芯片的算法和控制系统可以分为多种方式。比如，电压模控制，电流模控制，单边电流模常数开启时间(Constant On Time)控制等等。
图2，为单边电流模常数开启时间控制(以下简称COT控制)的系统方框图，其中，反馈电流，及电感电流是通过SW来产生的。如赝电流产生框图，SW通过R1,C1得到CSP，再通过R2,C2得到CPN，通过CSP和CSN和放大器Acs的到赝电流CS。赝电流CS的幅度是通过放大器的增益来控制的，通过控制放大器的增益，系统的电流反馈强弱能够得到控制。从而的到稳定的系统。
图3，SW，CSN，CSP的波形图。由于CSN是通过CSP得到，因此，CSN为CSP的平均值，这样CSP和CSN在SW上升的时刻t＝0，存在一个直流偏差。直流偏差的大小为CSP幅度的一半。通常这个幅度为几十到几百毫伏。这个非常大的直流偏差将带来输出电压的误差。为了保证输出电压的精度，在这种情况下，必需通过增加一个模拟积分器对Vref的偏差来调节，积分器的调节幅度为电流偏差和电压偏差之和。
图4，为带积分器和Rc，Cc的电源管理芯片的框图。通过增加模拟积分器和Rc，Cc，消除了系统的直流偏差，得到了精确的输出电压。
目前最好的技术是采用模拟积分器来消除CSP和CSN的直流偏差。但是增加模拟积分器以后，当输出的负载发生变化时，受模拟积分器响应速度的限制，整个系统的动态响应速度因此而变慢，同时，电路的复杂程度也有增加。特别是，在轻载的DCM模式下，模拟积分器的输出会达到其钳位状态，当负载突然到来时，模拟积分器的输出需要时间从其钳位电压回到正常的工作电压，这个时间影响了系统的响应速度。因此，为提高系统的快速响应速度，需要解决CSP和CSN 的直流偏差问题。
发明内容
本发明为了弥补现有技术的不足，提供一种通过在CSP和CSN 之间采用开关电容来替代R2，通过在适当的开关时间控制开关电容的切换，使得CSN自然的等于CSP的波谷电压，完全消除CSP和CSN 的直流偏差。在这种情况下，输出电压的偏差仅来自于输出电压的纹波，误差为输出电压纹波的一半，采用简单的数字误差矫正电路就可以对其进行矫正，从而得到精确的输出电压。采用数字误差矫正电路，不会对系统的负载响应速度造成影响的电流反馈单边迟滞控制COT 电源管理芯片控制电路。
一种电流反馈单边迟滞控制COT电源管理芯片控制电路，其特征在于：由所述开关控制信号、输出控制信号、触发器、开关电容、比较器、数字误差矫正电路、赝电流交换电容器构成，所述开关控制信号通过所述输出控制信号、所述开关电容、所述触发器和比较器连接，所述比较器阴极连接数字误差矫正电路；所述比较器阳极连接所述赝电流交换电容器；所述赝电流交换电容器由开关信号、电阻器、电容器、开关控制信号、CSP、CSN、放大器构成；所述开关信号依次连接电阻器、电容器、至放大器阴极；所述开关信号依次连接电阻器、开关控制信号、电容器至放大器阴极；所述开关信号依次连接电阻器、开关控制信号、CSN至放大器阴极；所述放大器阳极依次连接CSP、开关控制信号、CSN至放大器(ACS)阴极，所述放大器阳极依次连接CSP、开关控制信号、电容器至放大器阴极。
优选地,所述数字误差矫正电路阳极连接基准电压，所述基准电压接地；所述数字误差矫正电路阴极连接输出纹波电压。
优选地,所述开关信号产生反馈电流和电感电流。
优选地,所述开关信号通过所述电阻器、所述开关控制信号导通，所述电容器对所述电容器充电，所述电容器对所述电容器充电，所述 CSP达到谷底电压。
优选地,所述开关信号通过所述电阻器、所述开关控制信号导通，所述电容器对所述电容器充电，所述电容器对所述电容器充电，所述 CSN等于所述CSP谷底电压。
优选地，A和Ab通过ON信号和D触发器得到，分别用于控制交换电容C3和C4，在每一次ON信号上升沿时刻，C3和C4分别有连接 C1和C2之间发生交换，在这个时刻，CSP正好达到谷底。因此，通过每一个开关周期，C3和C4在C1和C2之间的交换，使得CSN总是等于CSP的谷底电压。这样，CSP和CSN之间的偏差电压被消除掉了。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图只是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明DCDC电源管理系统的构成基本框图。
图2为本发明具有电流反馈的单边迟滞控制的COT的电源管理芯片的基本框图，输出电压存在来自于电流的直流偏差和电压的直流偏差。
图3为本发明具有电流反馈的单边迟滞控制的COT的电源管理芯片的波形图。
图4为本发明带模拟积分器的电流反馈的单边迟滞控制的COT的电源芯片的基本框图，由于模拟积分器的引入，解决了系统的直流偏差，但是系统的响应速度受到积分器的限制。
图5为本发明电流反馈单边迟滞控制的COT的电源管理芯片控制图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例只用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图5所示，本实施例中一种电流反馈单边迟滞控制COT电源管理芯片控制电路，由所述开关控制信号A、Ab、输出控制信号ON、触发器D、D1、开关电容ON-pulse、比较器COMP、数字误差矫正电路 Digital correction、赝电流交换电容器Pseudo-current generationw/exchange capacitor构成，所述开关控制信号A、Ab通过所述输出控制信号ON、所述开关电容ON-pulse、所述触发器D和比较器COMP 连接，所述比较器COMP阴极连接数字误差矫正电路Digital correction；所述比较器COMP阳极连接所述赝电流交换电容器Pseudo-current generation w/exchange capacitor；所述赝电流交换电容器Pseudo-currentgeneration w/exchange capacitor由开关信号SW、电阻器R1、电容器C1、C2、C3、C4、开关控制信号A、 Ab、CSP、CSN、放大器ACS构成；所述开关信号SW依次连接电阻器 R1、电容器C1、C2、至放大器ACS阴极；所述开关信号SW依次连接电阻器R1、开关控制信号Ab、电容器C4、C2至放大器ACS阴极；所述开关信号SW依次连接电阻器R1、开关控制信号A、Ab、CSN至放大器ACS阴极；所述放大器ACS阳极依次连接CSP、开关控制信号A、 Ab、CSN至放大器ACS阴极，所述放大器ACS阳极依次连接CSP、开关控制信号A、电容器C3、C2至放大器ACS阴极。
本实施例中,所述数字误差矫正电路Digital correction阳极连接基准电压Vref，所述基准电压Vref接地；所述数字误差矫正电路 Digital correction阴极连接输出纹波电压vout。
本实施例中,所述开关信号SW产生反馈电流和电感电流。
本实施例中,所述开关信号SW通过所述电阻器R1、所述开关控制信号A导通，所述电容器C1对所述电容器C3充电，所述电容器 C4对所述电容器C2充电，所述CSP达到谷底电压。
本实施例中,所述开关信号SW通过所述电阻器R1、所述开关控制信号Ab导通，所述电容器C1对所述电容器C4充电，所述电容器 C3对所述电容器C2充电，所述CSN等于所述CSP谷底电压。
如图4和图5对比，图4中的R2由图5中的C3、C4,K1-K4替代。开关电容C3、C4的控制通过时序A，Ab对K1,K2,K3,K4进行控制。时序由D1产生。
如图5，通过开关电容的方法，控制开关电容切换时间点，产生出没有直流偏差的CSP和CSN，及CSN始终等于CSP的波谷电压，从而系统无需模拟积分器，提高了系统的响应速度。
如图5，A和Ab通过ON信号和D触发器得到，分别用于控制交换电容C3和C4，在每一次ON信号上升沿时刻，C3和C4分别有连接 C1和C2之间发生交换，在这个时刻，CSP正好达到谷底。因此，通过每一个开关周期，C3和C4在C1和C2之间的交换，使得CSN总是等于CSP的谷底电压。这样，CSP和CSN之间的偏差电压被消除掉了。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种电流反馈单边迟滞控制COT电源管理芯片控制电路，其特征在于：由所述开关控制信号(A、Ab)、输出控制信号(ON)、触发器(D)、开关电容(ON-pulse)、比较器(COMP)、数字误差矫正电路(Digital correction)、赝电流交换电容器(Pseudo-current generationw/exchange capacitor)构成，所述开关控制信号(A、Ab)通过所述输出控制信号(ON)、所述开关电容(ON-pulse)、所述触发器(D)和比较器(COMP)连接，所述比较器(COMP)阴极连接数字误差矫正电路(Digital correction)；所述比较器(COMP)阳极连接所述赝电流交换电容器(Pseudo-current generation w/exchange capacitor)；所述赝电流交换电容器Pseudo-current generation w/exchange capacitor)由开关信号(SW)、电阻器(R1)、电容器(C1、C2、C3、C4)、开关控制信号(A、Ab)、CSP、CSN、放大器(ACS)构成；所述开关信号(SW)依次连接电阻器(R1)、电容器(C1、C2)、至放大器(ACS)阴极；所述开关信号(SW)依次连接电阻器(R1)、开关控制信号(Ab)、电容器(C4、C2)至放大器(ACS)阴极；所述开关信号(SW)依次连接电阻器(R1)、开关控制信号(A、Ab)、CSN至放大器(ACS)阴极；所述放大器(ACS)阳极依次连接CSP、开关控制信号(A、Ab)、CSN至放大器(ACS)阴极，所述放大器(ACS)阳极依次连接CSP、开关控制信号(A)、电容器(C3、C2)至放大器(ACS)阴极。
2.根据权利要求1所述一种电流反馈单边迟滞控制COT电源管理芯片控制电路，其特征在于：所述数字误差矫正电路(Digital correction)阳极连接基准电压(Vref)，所述基准电压(Vref)接地；所述数字误差矫正电路(Digital correction)阴极连接输出纹波电压(vout)。
3.根据权利要求1所述一种电流反馈单边迟滞控制COT电源管理芯片控制电路，其特征在于：所述开关信号(SW)产生反馈电流和电感电流。
4.根据权利要求1所述一种电流反馈单边迟滞控制COT电源管理芯片控制电路，其特征在于：所述开关信号(SW)通过所述电阻器(R1)、所述开关控制信号(A)导通，所述电容器(C1)对所述电容器(C3)充电，所述电容器(C4)对所述电容器(C2)充电，所述CSP达到谷底电压。
5.根据权利要求1所述一种电流反馈单边迟滞控制COT电源管理芯片控制电路，其特征在于：所述开关信号(SW)通过所述电阻器(R1)、所述开关控制信号(Ab)导通，所述电容器(C1)对所述电容器(C4)充电，所述电容器(C3)对所述电容器(C2)充电，所述CSN等于所述CSP谷底电压。
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