CN110868069B - 电压调整装置、芯片及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种电压调整装置、芯片及电子设备,所述装置包括:电压输出模块;第一电压产生模块;第二电压产生模块;电压调整模块,用于根据输入电压对第一比较电压进行调整,使得第一电压产生模块输出调整后的第一比较电压;或根据输入电压对第二比较电压进行调整,使得第二电压产生模块输出调整后的第二比较电压,控制信号产生模块,用于根据所述调整后的第一比较电压或所述调整后的第二比较电压输出控制信号,以使得所述电压输出模块根据所述控制信号及所述输入电压得到输出电压。本公开可以快速响应输入电压的变化,调整控制信号,改善线电瞬变响应,使得电压输出模块在输入电压变化时,依然可以稳定输出。

Description

电压调整装置、芯片及电子设备
技术领域
本公开涉及集成电路技术领域,尤其涉及一种电压调整装置、芯片及电子设备。
背景技术
当前以直流-直流(DC-DC)输出作为电源的系统对DC-DC的输出精度和纹波要求越来越高,相对应的对DC-DC的负载瞬变(load-transient)和线电瞬变(line-transient)响应要求也提高。当DC-DC的负载电流突变或者输入电压突变时,DC-DC的输出电压要尽可能小。然而,相关技术中DC-DC输入电压跳变时,输出电压的抖动较大,无法提供稳定的输出电压。
发明内容
技术问题
有鉴于此,本公开要解决的技术问题是,如何在输入电压跳变时,降低输出电压的抖动,以提供稳定的输出电压。
解决方案
为了解决上述技术问题,根据本公开的一实施例,提供了一种电压调整装置,所述装置包括:
电压输出模块,用于接收输入电压及控制信号,并根据所述控制信号及所述输入电压得到输出电压;
第一电压产生模块,电连接于所述电压输出模块,用于对所述电压输出模块的电流进行检测,得到检测电流,并根据所述检测电流得到第一比较电压;
第二电压产生模块,电连接于所述电压输出模块,用于根据所述输出电压产生第二比较电压;
电压调整模块,用于根据所述输入电压对所述第一比较电压进行调整,使得所述第一电压产生模块输出调整后的第一比较电压;或根据所述输入电压对所述第二比较电压进行调整,使得所述第二电压产生模块输出调整后的第二比较电压,
控制信号产生模块,电连接于所述第一电压产生模块及所述第二电压产生模块,用于根据所述调整后的第一比较电压或所述调整后的第二比较电压输出控制信号,以使得所述电压输出模块根据所述控制信号及所述输入电压得到输出电压。
对于上述装置,在一种可能的实现方式中,所述控制信号产生模块包括比较器、脉冲宽度调制PWM信号产生器,所述控制信号包括PWM信号,其中:
所述比较器的第一输入端电连接于所述第一电压产生模块,所述比较器的第二输入端电连接于所述第二电压产生模块,所述比较器的输出端电连接于所述PWM信号产生器的输入端,所述比较器用于对所述第一电压产生模块的输出信号及所述第二电压产生模块的输出信号进行比较,并输出比较结果;
所述PWM信号产生器的输出端电连接于所述电压输出模块,所述PWM信号产生器用于根据所述比较器输出的比较结果调整PWM信号的占空比,并输出占空比调整后的控制信号。
对于上述装置,在一种可能的实现方式中,所述第一电压产生模块包括第一电容、第一电阻、第一开关、第一电流源及第一电流检测单元,其中:
所述第一电容的第一端电连接于所述第一开关的第一端、所述第一电流源的正极、所述比较器的第一输入端,所述第一电容的第二端电连接于所述第一开关的第二端、所述第一电阻的第一端及所述电流检测单元,所述第一电阻的第二端接地,
所述电流检测单元电连接于所述电压输出模块,用于得到所述检测电流并输出至所述第一电阻的第一端,
在所述第一开关被断开时,所述第一电容的第一端输出所述第一比较电压至所述比较器的第一输入端。
对于上述装置,在一种可能的实现方式中,所述第二电压产生模块包括第一误差放大器、第二电阻、第三电阻,所述电压调整模块包括第一运算放大器、第一晶体管、第四电阻,其中:
所述第一误差放大器的正向输入端电连接于所述第二电阻的第二端及所述第三电阻的第一端,所述第一误差放大器的负向输入端用于接收参考电压,所述第一误差放大器的输出端电连接于所述第一晶体管的栅极,
所述第一晶体管的漏极用于接收电源电压,所述第一晶体管的源极电连接于所述第四电阻的第一端、所述第一运算放大器的输出端及所述比较器的第二输入端,
所述第一运算放大器的正向输入端用于输入所述输入电压,
所述第一运算放大器的负向输入端、所述第三电阻的第二端及所述第四电阻的第二端接地。
对于上述装置,在一种可能的实现方式中,所述第一电压产生模块包括第五电阻、第二电容、第二电流源、第一电压源、第二开关、第三开关、第二电流检测单元,其中:
所述第二电容的第一端电连接于所述第二开关的第一端、所述第三开关的第一端、所述第二电流源的负极及所述比较器的第一输入端,所述第二电容的第二端电连接于所述第二开关的第二端、所述第五电阻的第一端及所述第二电流检测单元,所述第三开关的第二端电连接于所述第一电压源的正极,所述第二电流源的正极、所述第一电压源的负极、所述第五电阻的第二端接地,
所述第二电流检测单元,用于得到所述检测电流并输出所述检测电流至所述第五电阻的第一端,
其中,在所述第二开关、所述第三开关被断开时,所述第二电容的第一端用于输出所述第一比较电压至所述比较器的第一输入端。
对于上述装置,在一种可能的实现方式中,所述第二电压产生模块包括第六电阻、第七电阻、第二误差放大器,所述电压调整模块包括第八电阻、第二运算放大器、第二晶体管,其中:
所述第二误差放大器的正向输入端电连接于所述第六电阻的第二端、所述第七电阻的第一端,所述第二误差放大器的负向输入端用于接收参考电压,所述第二误差放大器的输出端电连接于所述第二晶体管的栅极,所述第二晶体管的漏极用于接收电源电压,所述第二晶体管的源极电连接于所述第八电阻的第一端,
所述第二运算放大器的负向输入端用于接收所述输入电压,所述第二运算放大器的正向输入端及所述第七电阻的第二端接地,所述第二运算放大器的输出端电连接于所述第八电阻的第二端及所述比较器的第二输入端,用于输出所述调整后的第二比较电压至所述比较器的第二输入端。
对于上述装置,在一种可能的实现方式中,所述第一电压产生模块包括第九电阻、第三电容、第四开关、第三电流源及第三电流检测单元,所述电压调整模块包括第三运算放大器,其中:
所述第三电容的第一端电连接于所述第四开关的第一端、所述第三电流源的正极及所述比较器的第一输入端,
所述第三电流检测单元电连接于所述电压输出模块、所述第九电阻的第一端、所述第三电容的第二端、所述第四开关的第二端,用于得到所述检测电流并输出至所述第九电阻的第一端,
所述第三运算放大器的正向输入端用于输入所述输入电压,所述第三运算放大器的负向输入端、所述第九电阻的第二端接地,
其中,在所述第四开关被断开时,所述第三电容的第一端输出所述调整后的第一比较电压至所述比较器的第一输入端。
对于上述装置,在一种可能的实现方式中,所述第二电压产生模块包括第三误差放大器、第十电阻、第十一电阻,其中:
所述第十电阻的第一端用于输入所述输出电压,所述第十电阻的第二端电连接于所述第十一电阻的第一端、所述第三误差放大器的正向输入端,所述第三误差放大器的负向输入端用于输入参考电压,所述第十一电阻的第二端接地,所述第三误差放大器的输出端电连接于所述比较器的第二输入端,用于输出所述第二比较电压至所述比较器的第二输入端。
对于上述装置,在一种可能的实现方式中,所述第一电压产生模块包括第十二电阻、第四电容、第五开关、第六开关、第四电流源、第二电压源及第四电流检测单元,所述电压调整模块包括第四运算放大器,其中:
所述第四电容的第一端电连接于所述第五开关的第一端、所述第六开关的第一端、所述第四电流源的负极及所述比较器的第一输入端,所述第四电容的第二端电连接于所述第十二电阻的第一端、所述第四运算放大器的输出端、所述第五开关的第二端、所述第四电流检测单元,所述第四电流检测单元还电连接于所述电压输出模块,用于得到所述检测电流并输出至所述第十二电阻的第一端,
所述第六开关的第二端电连接于所述第二电压源的正极,所述第二电压源的负极、所述第四电流源的正极、所述第十二电阻的第二端、所述第四运算放大器的负向输入端接地,所述第四运算放大器的正向输入端接收所述输入电压,
其中,在所述第五开关、所述第六开关断开时,所述第四电容的第一端输出调整后的第一比较电压至所述比较器的第一输入端。
为了解决上述技术问题,根据本公开的另一实施例,提供了一种芯片,所述芯片包括:
所述的电压调整装置。
为了解决上述技术问题,根据本公开的另一实施例,提供了一种电子设备,所述电子设备包括:
所述的芯片。
本公开实施例提出的电压调整装置的电压调整模块,可以根据需要被设置为连接到第一电压产生模块或第二电压产生模块,根据对输入电压的感测得到感测量,以对输入至控制信号产生模块的第一比较电压或第二比较电压进行调整,使得控制电压产生模块可以快速响应输入电压的变化,调整控制信号,改善线电瞬变响应,使得电压输出模块在输入电压变化时,依然可以稳定输出。
根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明,本公开的其它特征及方面将变得清楚。
附图说明
包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面,并且用于解释本公开的原理。
图1示出了根据本公开一实施方式的电压调整装置的示意图。
图2示出了根据本公开一实施方式的电压调整装置的示意图。
图3示出了根据本公开一实施方式的电压调整装置的示意图。
图4示出了根据本公开一实施方式的电压调整装置的示意图。
图5示出了根据本公开一实施方式的电压调整装置的示意图。
图6示出了根据本公开一实施方式的电压调整装置的示意图。
图7示出了根据本公开实施方式的电压调整装置的效果示意图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面,但是除非特别指出,不必按比例绘制附图。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
另外,为了更好的说明本公开,在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解,没有某些具体细节,本公开同样可以实施。在一些实例中,对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述,以便于凸显本公开的主旨。
请参阅图1,图1示出了根据本公开一实施方式的电压调整装置的示意图。
如图1所示,所述装置包括:
电压输出模块10,用于接收输入电压Vin及控制信号,并根据所述控制信号及所述输入电压Vin得到输出电压Vout;
第一电压产生模块20,电连接于所述电压输出模块10,用于对所述电压输出模块10的电流进行检测,得到检测电流,并根据所述检测电流得到第一比较电压;
第二电压产生模块30,电连接于所述电压输出模块10,用于根据所述输出电压Vout产生第二比较电压;
电压调整模块40,用于根据所述输入电压Vin对所述第一比较电压进行调整,使得所述第一电压产生模块20输出调整后的第一比较电压;或根据所述输入电压Vin对所述第二比较电压进行调整,使得所述第二电压产生模块30输出调整后的第二比较电压,
控制信号产生模块50,电连接于所述第一电压产生模块20及所述第二电压产生模块30,用于根据所述调整后的第一比较电压或所述调整后的第二比较电压输出控制信号,以使得所述电压输出模块10根据所述控制信号及所述输入电压Vin得到输出电压Vout。
本公开实施例提出的电压调整装置的电压调整模块,可以根据需要被设置为连接到第一电压产生模块20或第二电压产生模块30,根据对输入电压Vin的感测得到感测量,以对输入至控制信号产生模块50的第一比较电压或第二比较电压进行调整,使得控制电压产生模块30可以快速响应输入电压Vin的变化,调整控制信号,改善线电瞬变响应,使得电压输出模块10在输入电压Vin变化时,依然可以稳定输出。
所述电压调整装置可以设置在电子设备中,所述电子设备也可以称为移动设备,移动设备可以指各种形式的接入移动设备、用户单元、用户设备、用户站、移动站、移动台(Mobile Station,MS)、远方站、远程移动设备、移动设备、用户移动设备、终端设备(terminal equipment)、无线通信设备、用户代理或用户装置。用户设备还可以是蜂窝电话、无绳电话、会话启动协议(Session Initiation Protocol,SIP)电话、无线本地环路(Wireless Local Loop,WLL)站、个人数字处理(Personal Digital Assistant,PDA)、具有无线通信功能的手持设备、计算设备或连接到无线调制解调器的其它处理设备、车载设备、可穿戴设备,未来5G网络中的用户设备或者未来演进的公用陆地移动通信网络(PublicLand Mobile Network,PLMN)中的移动设备等,本公开实施例对此并不限定。
本公开实施例提出的电压调整装置,具有多种可能的实施方式,以适应不同环境,下面对可能的实施方式进行示例性介绍。
请参阅图2,图2示出了根据本公开一实施方式的电压调整装置的示意图。
在一种可能的实施方式中,如图2所示,所述控制信号产生模块可以包括比较器401、脉冲宽度调制PWM信号产生器402,所述控制信号包括PWM信号,其中:
所述比较器401的第一输入端电连接于所述第一电压产生模块20,所述比较器401的第二输入端电连接于所述第二电压产生模块30,所述比较器401的输出端电连接于所述PWM信号产生器402的输入端,所述比较器401用于对所述第一电压产生模块20的输出信号及所述第二电压产生模块30的输出信号进行比较,并输出比较结果;
所述PWM信号产生器402的输出端电连接于所述电压输出模块10,所述PWM信号产生器402用于根据所述比较器401输出的比较结果调整PWM信号的占空比,并输出占空比调整后的控制信号。
应该说明的是,图2所示的控制信号产生模块50示出的PWM产生器402是示意性示出了驱动级,PWM产生器402还可以包括其他的元件、组件,本公开对此不做限定,控制信号产生模块50也可以通过其他方式实现,对此,本公开不做限定。
在一种可能的实施方式中,如图2所示,电压输出模块10可以包括晶体管Q1、晶体管Q2和电感L,控制信号产生模块50产生的控制信号可以用于控制晶体管Q1、晶体管Q2的导通状态,以输出所述输出电压Vout,第一电压产生模块20可以检测电感L上的电流,从而得到检测电流。
应该明白的是,以上对电压输出模块10的描述是示例性的,在其他的实施方式中,电压输出模块可以有多种实现方式,本公开对此不做限定。
为描述需要,本公开先对控制信号产生模块50进行了描述,下面对第一电压产生模块20、第二电压产生模块30、电压调整模块40的可能实现方式进行示例性介绍。
请参阅图3,图3示出了根据本公开一实施方式的电压调整装置的示意图。
在一种可能的实施方式中,如图3所示,所述第一电压产生模块20可以包括第一电容C1、第一电阻R1、第一开关K1、第一电流源I1及第一电流检测单元201,其中:
所述第一电容C1的第一端电连接于所述第一开关K1的第一端、所述第一电流源I1的正极、所述比较器(图3未示出)的第一输入端,所述第一电容C1的第二端电连接于所述第一开关K1的第二端、所述第一电阻R1的第一端及所述电流检测单元201,所述第一电阻R1的第二端接地,
所述电流检测单元201电连接于所述电压输出模块10,用于得到所述检测电流并输出至所述第一电阻R1的第一端,
在所述第一开关K1被断开时,所述第一电容C1的第一端输出所述第一比较电压至所述比较器的第一输入端。
在一种可能的实施方式中,如图3所示,所述第二电压产生模块30可以包括第一误差放大器EA1、第二电阻R2、第三电阻R3,所述电压调整模块40可以包括第一运算放大器Amp1、第一晶体管M1、第四电阻R4,其中:
所述第一误差放大器EA1的正向输入端电连接于所述第二电阻R2的第二端及所述第三电阻R3的第一端,所述第一误差放大器EA1的负向输入端用于接收参考电压Vref,所述第一误差放大器EA1的输出端电连接于所述第一晶体管M1的栅极,
所述第一晶体管M1的漏极用于接收电源电压vdd,所述第一晶体管M1的源极电连接于所述第四电阻R4的第一端、所述第一运算放大器Amp1的输出端及所述比较器的第二输入端,
所述第一运算放大器Amp1的正向输入端用于输入所述输入电压Vin,
所述第一运算放大器Amp1的负向输入端、所述第三电阻R3的第二端及所述第四电阻R4的第二端接地。
如图3所示,电压调整模块40电连接于第二电压产生模块30,可以对第二电压产生模块30输出的第二比较电压进行调整,从而抵消输入电压Vin的变化量,以使得装置可以快速对输入电压Vin的变化进行响应。
在一个示例中,如图3所示,第一电压产生模块20中,第一检测单元201可以对电压输出模块10的电流(例如可以是电感电流的上升沿)进行采样得到所述检测电流,并将检测电流输入第一电阻R1的第一端,当第一开关K1断开时,第一电流源输出的电流可以作为斜坡补偿电流输入到第一电容C1的第一端。
在一个示例中,如果输入电压Vin发生跳变,例如,从Vin1变为Vin2,则,输入电压Vin的变化量可以表示为ΔVin=Vin2-Vin1,在这种情况下,控制信号产生模块50输出的控制信号(PWM信号)的占空比由D1变为D2
当Vin=Vin1时,控制信号产生模块50中的比较器的第一输入端的输入电压可以表示为Vsum1=Vramp1+Vsense1;当Vin=Vin2时,比较器的第一输入端的输入电压可以表示为Vsum2=Vramp2+Vsense2,其中,Vramp(包括Vramp1,Vramp2)可以表示第一电容C1两端的电压差,Vsense(包括Vsense1,Vsense2)可以表示第一电阻R1两端的电压差。当输入电压Vin从Vin1变化到Vin2,第一输入端的输入电压的变化量可以表示为ΔVsum=Vsum.vin2-Vsum.vin1=ΔVramp+ΔVsense,其中,ΔVramp=Vramp2-Vramp1,ΔVsense=Vsense2-Vsense1
如图3所示,本公开实施例可以将电压调整模块40电连接于第二电压产生模块的输出端,以对第二电压产生模块30输出的第二比较电压进行补偿。
当输入电压Vin=Vin1时,控制信号产生模块50的比较器的第二输入端的输入电压可以表示为Vcomp1=Vea_out1-Vth+Vin1*gm*Rcomp,其中“*”表示乘法操作;在Vin=Vin2时,控制信号产生模块50的比较器的第二输入端的输入电压可以表示为Vcomp2=Vea_out2-Vth+Vin2*gm1*R4,其中,gm1表示第一运算放大器Amp1的跨导,Vth表示第一晶体管M1的阈值电压,Vea_out1、Vea_out2表示第一误差放大器EA1的两次输出,R4表示第四电阻R4的阻值。因此,可以得到第二输入端的输入电压变化量为ΔVcomp=Vcomp2-Vcomp1=ΔVramp+ΔVsense,即ΔVcomp=Vea_out2-Vea_out1-ΔVin*gm*Rcomp
本公开实施例可以选择合适的第一运算放大器Amp1和第四电阻R4,以满足:ΔVin*gm*Rcomp=ΔVramp+ΔVsense,通过这样的设置,本公开实施例可以使得控制信号产生模块50的比较器的第一输入端、第二输入端两端的电压变化同步,从而可以使得产生随输入电压Vin变化的控制信号(PWM信号的占空比适应Vin的变化而变化),因此可以减小输出电压Vout的抖动。
应该说明的是,本公开不对第一检测单元202的具体实施方式进行限制,本领域技术人员可以参考相关技术实现对电压输出模块10的电流(电感的电流)的检测。
以上介绍的电压调整装置可以应用在峰值电流采样场景中。下面对谷值电流采样场景进行示例性介绍。
请参阅图4,图4示出了根据本公开一实施方式的电压调整装置的示意图。
在一种可能的实施方式中,如图4所示,所述第一电压产生模块20可以包括第五电阻R5、第二电容C2、第二电流源I2、第一电压源V1、第二开关K2、第三开关K3、第二电流检测单元202,其中:
所述第二电容C2的第一端电连接于所述第二开关K2的第一端、所述第三开关K3的第一端、所述第二电流源I2的负极及所述比较器(图4未示出)的第一输入端,所述第二电容C2的第二端电连接于所述第二开关K2的第二端、所述第五电阻R5的第一端及所述第二电流检测单元202,所述第三开关K3的第二端电连接于所述第一电压源V1的正极,所述第二电流源I2的正极、所述第一电压源V1的负极、所述第五电阻R5的第二端接地,
所述第二电流检测单元202,用于得到所述检测电流并输出所述检测电流至所述第五电阻R5的第一端,
其中,在所述第二开关K2、所述第三开关K3被断开时,所述第二电容C2的第一端用于输出所述第一比较电压至所述比较器的第一输入端。
在一种可能的实施方式中,如图4所示,所述第二电压产生模块40可以包括第六电阻R6、第七电阻R7、第二误差放大器EA2,所述电压调整模块40可以包括第八电阻R8、第二运算放大器Amp2、第二晶体管M2,其中:
所述第二误差放大器EA2的正向输入端电连接于所述第六电阻R6的第二端、所述第七电阻R7的第一端,所述第二误差放大器EA2的负向输入端用于接收参考电压Vref,所述第二误差放大器EA2的输出端电连接于所述第二晶体管M2的栅极,所述第二晶体管M2的漏极用于接收电源电压vdd,所述第二晶体管M2的源极电连接于所述第八电阻R8的第一端,
所述第二运算放大器Amp2的负向输入端用于接收所述输入电压Vin,所述第二运算放大器Amp2的正向输入端及所述第七电阻R7的第二端接地,所述第二运算放大器Amp2的输出端电连接于所述第八电阻R8的第二端及所述比较器的第二输入端,用于输出所述调整后的第二比较电压至所述比较器的第二输入端。
在一个示例中,如图4所示,第二检测单元202可以对电压输出模块10的电流(例如可以为电感电流的下降沿)进行采样得到检测电流,并输入至第五电阻R5的第一端,并将第二电流源I2的电流作为斜坡补偿电流输入第二电容C2的第一端。
如果输入电压Vin发生跳变,例如从Vin1变为Vin2,则输入电压Vin的变化量可以表示为ΔVin=Vin2-Vin1,在这种情况下,控制信号产生模块50产生的控制信号(PWM信号)的占空比由D1变为D2
当Vin=Vin1时,控制信号产生模块50中的比较器的第一输入端的输入电压可以表示为Vsum1=Vramp1+Vsense1;当Vin=Vin2时,控制信号产生模块50中的比较器的第一输入端的输入电压可以表示为Vsum2=Vramp2+Vsense2,其中,Vramp(包括Vramp1,Vramp2)表示第二电容C2两端的电压差,Vsense(包括Vsense1,Vsense2)表示第五电阻R5两端的电压差,当输入电压Vin从Vin1变化到Vin2,第比较器的第一输入端的电压变化量ΔVsum为Vsum.vin2-Vsum.vin1=ΔVramp+ΔVsense,其中,ΔVramp=Vramp2-Vramp1,ΔVsense=Vsense2-Vsense1
如图4所示,本公开实施例电压调整模块40电连接于第二电压产生模块30,以对第二电压产生模块30输出的第二比较电压进行补偿。
当Vin=Vin1时,比较器的第二输入端的输入电压可以表示为Vcomp1=Vea_out1-Vth-Vin1*gm2*R8;当Vin=Vin2时,比较器的第二输入端的输入电压可以表示为Vcomp2=Vea_out2-Vth-Vin2*gm2*R8,其中,gm2表示第二运算放大器Amp2的跨导,Vth表示第二晶体管M2的阈值电压,Vea_out1、Vea_out2表示第一误差放大器EA1的两次输出,R8表示第八电阻R8的阻值。因此,可以得到第二输入端的输入电压变化量为ΔVcomp=Vcomp2-Vcomp1=ΔVramp+ΔVsense,即ΔVcomp=Vea_out2-Vea_out1-ΔVin*gm2*R8。
本公开实施例可以选择合适的第一运算放大器Amp2和第八电阻R8,以满足:ΔVin*gm2*R8=ΔVramp+ΔVsense,通过这样的设置,本公开实施例可以使得控制信号产生模块50的比较器的第一输入端、第二输入端两端的电压变化同步,从而可以使得产生随输入电压Vin变化的控制信号(PWM信号的占空比适应Vin的变化而变化),因此可以减小输出电压Vout的抖动。
应该说明的是,本公开不对第二检测单元202的具体实施方式进行限制,本领域技术人员可以参考相关技术实现对电压输出模块10的电流(电感的电流)的检测。
以上以电压调整模块40电连接于第二电压产生模块30,以对第二比较电压进行补偿调整为例进行了介绍,下面将对电压调整模块40电连接于第一电压产生模块20的情况进行示例性介绍。
请参阅图5,图5示出了根据本公开一实施方式的电压调整装置的示意图。
在一种可能的实施方式中,如图5所示,所述第一电压产生模块20可以包括第九电阻R9、第三电容C3、第四开关K4、第三电流源I3及第三电流检测单元203,所述电压调整模块40可以包括第三运算放大器Amp3,其中:
所述第三电容C3的第一端电连接于所述第四开关K4的第一端、所述第三电流源I3的正极及所述比较器(图5未示出)的第一输入端,
所述第三电流检测单元203电连接于所述电压输出模块10、所述第九电阻R9的第一端、所述第三电容C3的第二端、所述第四开关K4的第二端,用于得到所述检测电流并输出至所述第九电阻R9的第一端,
所述第三运算放大器Amp3的正向输入端用于输入所述输入电压Vin,所述第三运算放大器Amp3的负向输入端、所述第九电阻R9的第二端接地,
其中,在所述第四开关K4被断开时,所述第三电容C3的第一端输出所述调整后的第一比较电压至所述比较器的第一输入端。
在一种可能的实施方式中,如图5所示,所述第二电压产生模块30可以包括第三误差放大器EA3、第十电阻R10、第十一电阻R11,其中:
所述第十电阻R10的第一端用于输入所述输出电压Vout,所述第十电阻R10的第二端电连接于所述第十一电阻R11的第一端、所述第三误差放大EA3器的正向输入端,所述第三误差放大器EA3的负向输入端用于输入参考电压Vref,所述第十一电阻R11的第二端接地,所述第三误差放大器EA3的输出端电连接于所述比较器的第二输入端,用于输出所述第二比较电压至所述比较器的第二输入端。
在一个示例中,可以通过第三检测单元203得到电压输出模块10的检测电流(例如为电感电流的上升沿),并将第三电流源I3的电流作为斜坡补偿电流加入第三电容C3的第一端。
当不引入输入电压采样补偿时(即未进入电压调整模块40时),如果输入电压Vin发生跳变,例如从Vin1变为Vin2,则,输入电压的变化量可以表示为ΔVin=Vin2-Vin1,在这种情况下,控制信号产生模块50输出的控制信号的占空比由D1变为D2
当Vin=Vin1时,控制信号产生模块50中的比较器的第一输入端的输入电压可以表示为Vsum1=Vramp1+Vsense1;当Vin=Vin2时,控制信号产生模块50中的比较器的第一输入端的输入电压可以表示为Vsum2=Vramp2+Vsense2,其中,Vramp(包括Vramp1,Vramp2)可以表示第三电容C3两端的电压差,Vsense(包括Vsense1,Vsense2)可以表示第九电阻R9两端的电压差。当输入电压Vin从Vin1变化到Vin2,第一输入端的电压变化量ΔVsum=Vsum2-Vsum1=ΔVramp+ΔVsense,其中,ΔVramp=Vramp2-Vramp1,ΔVsense=Vsense2-Vsense1
因此,为了使得控制信号产生模块50可以快速响应,当输入电压Vin从Vin1变化到Vin2,第二电压产生模块30输出的第二比较电压相应的需要从Vsum1变化到Vsum2
如图5所示,当电压调整模块40被引入,并电连接至第九电阻R9的第一端时,电压调整模块40可以对输入电压Vin采样后对第九电阻R9的第一端的电压进行补偿。
在一个示例中,当Vin=Vin1时,比较器的第一输入端的输入电压可以表示为:Vsum1=(Isense1+Iramp)*R9+Vin1*gm3*R9+Vramp1或Vsum1=Vsense1+Vin1*gm3*R9+Vramp1;当Vin=Vin2时,比较器的第一输入端的输入电压可以表示为:Vsum2=(Isense2+Iramp)*R9+Vin2*gm3*R9+Vramp2或Vsum2=Vsense2+Vin2*gm3*R9+Vramp2,其中,gm3表示第三运算放大器Amp3的跨导,R9表示第九电阻R9的阻值,Isense1表示当输入电压为Vin1时的检测电流,Isense2表示当输入电压为Vin2时的检测电流,Iramp表示第四电流源I3的电流值。
本公开实施例可以通过选择合适的第三运算放大器Amp3和第九电阻R9,以使得Vsum2=Vsum1,从而保证第二电压产生模块30输出的第二比较电压不随Vin的变化而变化。即,当Vsum2=Vsum1时,可得Vsum2-Vsum1=Vsense2+Vin2*gm3*R9+Vramp2-(Vsense1+Vin1*gm3*R9+Vramp1)=0,即ΔVin*gm3*R9+ΔVramp+ΔVsense=0,其中,ΔVin=Vin2-Vin1,ΔVramp=Vramp2-Vramp1,ΔVsense=Vsense2-Vsense1
通过这样的设置,本公开实施例可以使得控制信号产生模块50的比较器的第一输入端、第二输入端两端的电压变化同步,从而可以使得产生随输入电压Vin变化的控制信号(PWM信号的占空比适应Vin的变化而变化),因此可以减小输出电压Vout的抖动。
应该说明的是,本公开不对第三检测单元203的具体实施方式进行限制,本领域技术人员可以参考相关技术实现对电压输出模块10的电流(电感的电流)的检测。
以上介绍的电压调整装置可以应用在峰值电流采样场景中。下面对谷值电流采样场景进行示例性介绍。
请参阅图6,图6示出了根据本公开一实施方式的电压调整装置的示意图。
在一种可能的实施方式中,如图6所示,所述第一电压产生模块20可以包括第十二电阻R12、第四电容C4、第五开关K5、第六开关K6、第四电流源I4、第二电压源V2及第四电流检测单元204,所述电压调整模块40可以包括第四运算放大器Amp4,其中:
所述第四电容C4的第一端电连接于所述第五开关K5的第一端、所述第六开关K6的第一端、所述第四电流源I4的负极及所述比较器(图6未示出)的第一输入端,所述第四电容C4的第二端电连接于所述第十二电阻R12的第一端、所述第四运算放大器Amp4的输出端、所述第五开关K5的第二端、所述第四电流检测单元204,所述第四电流检测单元204还电连接于所述电压输出模块10,用于得到所述检测电流并输出至所述第十二电阻R12的第一端,
所述第六开关K6的第二端电连接于所述第二电压源V2的正极,所述第二电压源V2的负极、所述第四电流源I4的正极、所述第十二电阻R12的第二端、所述第四运算放大器Amp4的负向输入端接地,所述第四运算放大器Amp4的正向输入端接收所述输入电压Vin,
其中,在所述第五开关K5、所述第六开关K6断开时,所述第四电容C4的第一端输出调整后的第一比较电压至所述比较器的第一输入端。
在一个示例中,第四检测单元204可以对电压输出模块10的电流(例如电感电流的下降沿)进行采样,得到检测电流,并将第四电流源的电流输入第四电容C4的第一端作为斜坡补偿电流。
在一个示例中,当没有引入输入电压采样补偿时(未引入电压调整模块40),如果输入电压Vin发生跳变,例如从Vin1变为Vin2,则输入电压Vin的变化量可以表示为ΔVin=Vin2-Vin1,在这种情况下,控制信号产生模块50输出的控制信号的占空比由D1变为D2。当Vin=Vin1时,控制信号产生模块50的比较器的第一输入端的输入电压可以表示为Vsum1=Vramp1+Vsense1;当Vin=Vin2时,控制信号产生模块50的比较器的第一输入端的输入电压可以表示为Vsum2=Vramp2+Vsense2,其中,Vramp(包括Vramp1,Vramp2)表示第四电容C4两端的电压差,Vsense(包括Vsense1,Vsense2)表示第十二电阻R12两端的电压差,输入电压Vin从Vin1变化到Vin2,,则控制信号产生模块50的比较器的第一输入端的电压变化量可以表示为ΔVsum=Vsum2-Vsum1=ΔVramp+ΔVsense,其中,ΔVramp=Vramp2-Vramp1,ΔVsense=Vsense2-Vsense1
在一个示例中,当引入电压调整模块40时,如图6所示,电压调整模块40可以对输入电压Vin进行采样并对第一电压产生模块20的第一比较电压进行调整。
在一个示例中,当Vin=Vin1时,控制信号产生模块50的比较器的第一输入端的输入电压可以表示为Vsum1=Vsense1+Vin1*gm4*R12+Vramp1或Vsum1=(Isense1-Iramp)*R12+Vin1*gm4*Rsense+Vramp1;当Vin=Vin2时,控制信号产生模块50的比较器的第一输入端的输入电压可以表示为Vsum2=(Isense2-Iramp)*R12+Vin2*gm4*R12+Vramp2或Vsum2=Vsense2+Vin2*gm4*R12+Vramp2,gm4表示第四运算放大器40的跨导,R12表示第十二电阻的阻值,Isense1表示当输入电压为Vin1时的检测电流,Isense2表示当输入电压为Vin2时的检测电流,Iramp表示第四电流源I4的电流值。
在一个示例中,可以选择合适的第四运算放大器Amp4及第十二电阻R12,以使得Vsum2=Vsum1,这样,可以得到:Vsum2-Vsum1=Vsense2+Vin2*gm4*R12+Vramp2-(Vsense1+Vin1*gm4*R12+Vramp1)=0,只要满足ΔVin*gm4*R12+ΔVramp+ΔVsense=0,(ΔVin=Vin2-Vin1,ΔVramp=Vramp2-Vramp1,ΔVsense=Vsense2-Vsense1),本公开实施例就可以使得控制信号产生模块50的比较器的第一输入端、第二输入端两端的电压变化同步,从而可以使得产生随输入电压Vin变化的控制信号(PWM信号的占空比适应Vin的变化而变化),因此可以减小输出电压Vout的抖动。
应该说明的是,本公开不对第四检测单元204的具体实施方式进行限制,本领域技术人员可以参考相关技术实现对电压输出模块10的电流(电感的电流)的检测。
请参阅图7,图7示出了根据本公开实施方式的电压调整装置的效果示意图。
如图7所示,图形A示出了输入电压Vin以±500mV/10μS的速率进行跳动,图形B示出了采用本公开技术方案的输出电压Vout,图形C示出了采用相关技术的输出电压Vout,可见,图形C示出的相关技术中,输出电压的抖动至少为25mV,而本公开技术方案(图形B)的输出电压的抖动小于2mV。
本公开实施例就可以使得控制信号产生模块50的比较器的第一输入端、第二输入端两端的电压变化同步,从而可以使得产生随输入电压Vin变化的控制信号(PWM信号的占空比适应Vin的变化而变化),因此可以减小输出电压Vout的抖动。
以上所述,仅为本公开的具体实施方式,但本公开的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此,本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种电压调整装置,其特征在于,所述装置包括:
电压输出模块,用于接收输入电压及控制信号,并根据所述控制信号及所述输入电压得到输出电压;
第一电压产生模块,电连接于所述电压输出模块,用于对所述电压输出模块的电流进行检测,得到检测电流,并根据所述检测电流得到第一比较电压;
第二电压产生模块,电连接于所述电压输出模块,用于根据所述输出电压产生第二比较电压;
电压调整模块,用于根据所述输入电压对所述第一比较电压进行调整,使得所述第一电压产生模块输出调整后的第一比较电压;或根据所述输入电压对所述第二比较电压进行调整,使得所述第二电压产生模块输出调整后的第二比较电压,
控制信号产生模块,电连接于所述第一电压产生模块及所述第二电压产生模块,用于根据所述调整后的第一比较电压或所述调整后的第二比较电压输出控制信号,以使得所述电压输出模块根据所述控制信号及所述输入电压得到输出电压;
其中,所述控制信号产生模块包括比较器、脉冲宽度调制PWM信号产生器,所述控制信号包括PWM信号,其中:
所述比较器的第一输入端电连接于所述第一电压产生模块,所述比较器的第二输入端电连接于所述第二电压产生模块,所述比较器的输出端电连接于所述PWM信号产生器的输入端,所述比较器用于对所述第一电压产生模块的输出信号及所述第二电压产生模块的输出信号进行比较,并输出比较结果;
所述PWM信号产生器的输出端电连接于所述电压输出模块,所述PWM信号产生器用于根据所述比较器输出的比较结果调整PWM信号的占空比,并输出占空比调整后的控制信号;
所述第一电压产生模块包括第一电容、第一电阻、第一开关、第一电流源及第一电流检测单元,其中:
所述第一电容的第一端电连接于所述第一开关的第一端、所述第一电流源的正极、所述比较器的第一输入端,所述第一电容的第二端电连接于所述第一开关的第二端、所述第一电阻的第一端及所述第一电流检测单元,所述第一电阻的第二端接地,
所述第一电流检测单元电连接于所述电压输出模块,用于得到所述检测电流并输出至所述第一电阻的第一端,
在所述第一开关被断开时,所述第一电容的第一端输出所述第一比较电压至所述比较器的第一输入端。
2.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述第二电压产生模块包括第一误差放大器、第二电阻、第三电阻,所述电压调整模块包括第一运算放大器、第一晶体管、第四电阻,其中:
所述第一误差放大器的正向输入端电连接于所述第二电阻的第二端及所述第三电阻的第一端,所述第一误差放大器的负向输入端用于接收参考电压,所述第一误差放大器的输出端电连接于所述第一晶体管的栅极,
所述第一晶体管的漏极用于接收电源电压,所述第一晶体管的源极电连接于所述第四电阻的第一端、所述第一运算放大器的输出端及所述比较器的第二输入端,
所述第一运算放大器的正向输入端用于输入所述输入电压,
所述第一运算放大器的负向输入端、所述第三电阻的第二端及所述第四电阻的第二端接地。
3.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述第一电压产生模块包括第五电阻、第二电容、第二电流源、第一电压源、第二开关、第三开关、第二电流检测单元,其中:
所述第二电容的第一端电连接于所述第二开关的第一端、所述第三开关的第一端、所述第二电流源的负极及所述比较器的第一输入端,所述第二电容的第二端电连接于所述第二开关的第二端、所述第五电阻的第一端及所述第二电流检测单元,所述第三开关的第二端电连接于所述第一电压源的正极,所述第二电流源的正极、所述第一电压源的负极、所述第五电阻的第二端接地,
所述第二电流检测单元,用于得到所述检测电流并输出所述检测电流至所述第五电阻的第一端,
其中,在所述第二开关、所述第三开关被断开时,所述第二电容的第一端用于输出所述第一比较电压至所述比较器的第一输入端。
4.根据权利要求1或3所述的装置,其特征在于,所述第二电压产生模块包括第六电阻、第七电阻、第二误差放大器,所述电压调整模块包括第八电阻、第二运算放大器、第二晶体管,其中:
所述第二误差放大器的正向输入端电连接于所述第六电阻的第二端、所述第七电阻的第一端,所述第二误差放大器的负向输入端用于接收参考电压,所述第二误差放大器的输出端电连接于所述第二晶体管的栅极,所述第二晶体管的漏极用于接收电源电压,所述第二晶体管的源极电连接于所述第八电阻的第一端,
所述第二运算放大器的负向输入端用于接收所述输入电压,所述第二运算放大器的正向输入端及所述第七电阻的第二端接地,所述第二运算放大器的输出端电连接于所述第八电阻的第二端及所述比较器的第二输入端,用于输出所述调整后的第二比较电压至所述比较器的第二输入端。
5.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述第一电压产生模块包括第九电阻、第三电容、第四开关、第三电流源及第三电流检测单元,所述电压调整模块包括第三运算放大器,其中:
所述第三电容的第一端电连接于所述第四开关的第一端、所述第三电流源的正极及所述比较器的第一输入端,
所述第三电流检测单元电连接于所述电压输出模块、所述第九电阻的第一端、所述第三电容的第二端、所述第四开关的第二端,用于得到所述检测电流并输出至所述第九电阻的第一端,
所述第三运算放大器的正向输入端用于输入所述输入电压,所述第三运算放大器的负向输入端、所述第九电阻的第二端接地,
其中,在所述第四开关被断开时,所述第三电容的第一端输出所述调整后的第一比较电压至所述比较器的第一输入端。
6.根据权利要求1或5所述的装置,其特征在于,所述第二电压产生模块包括第三误差放大器、第十电阻、第十一电阻,其中:
所述第十电阻的第一端用于输入所述输出电压,所述第十电阻的第二端电连接于所述第十一电阻的第一端、所述第三误差放大器的正向输入端,所述第三误差放大器的负向输入端用于输入参考电压,所述第十一电阻的第二端接地,所述第三误差放大器的输出端电连接于所述比较器的第二输入端,用于输出所述第二比较电压至所述比较器的第二输入端。
7.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述第一电压产生模块包括第十二电阻、第四电容、第五开关、第六开关、第四电流源、第二电压源及第四电流检测单元,所述电压调整模块包括第四运算放大器,其中:
所述第四电容的第一端电连接于所述第五开关的第一端、所述第六开关的第一端、所述第四电流源的负极及所述比较器的第一输入端,所述第四电容的第二端电连接于所述第十二电阻的第一端、所述第四运算放大器的输出端、所述第五开关的第二端、所述第四电流检测单元,所述第四电流检测单元还电连接于所述电压输出模块,用于得到所述检测电流并输出至所述第十二电阻的第一端,
所述第六开关的第二端电连接于所述第二电压源的正极,所述第二电压源的负极、所述第四电流源的正极、所述第十二电阻的第二端、所述第四运算放大器的负向输入端接地,所述第四运算放大器的正向输入端接收所述输入电压,
其中,在所述第五开关、所述第六开关断开时,所述第四电容的第一端输出调整后的第一比较电压至所述比较器的第一输入端。
8.一种芯片,其特征在于,所述芯片包括:
如权利要求1~7任一项所述的电压调整装置。
9.一种电子设备,其特征在于,所述电子设备包括:
如权利要求8所述的芯片。
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