CN113726155A - Dc/dc电压转换器及增强负载瞬态响应的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及了一种DC/DC电压转换器及增强负载瞬态响应的控制方法，该DC/DC电压转换器包括：瞬态增强控制环路，用于在输入电参数或输出电参数达到触发阈值时，控制反馈控制环路停止输出脉冲信号，并根据所采样的第一功率管的电流值，控制第一功率管导通以使第一功率管的电流达到电流设定值，或，控制驱动模块以峰值电流驱动第一功率管和第二功率管的脉冲式导通和关闭，直至输出电压达到基准电压值。实施本发明的技术方案，当负载由轻载向重载跳变时，输出电压的跌落电压和响应时间不再受本身开关频率以及脉冲能量包大小限制，实现了负载瞬态快速响应。
Description
技术领域
本发明涉及电源领域，尤其涉及一种具有快速负载瞬态响应的DC/DC电压转换器及增强负载瞬态响应的控制方法。
背景技术
随着物联网平台的发展，基于IOT技术的可穿戴式电子产品对为其供电的电源芯片的性能提出了更高的要求，DC/DC转换器的快速瞬态响应便是其关键性能指标之一。
图1A是现有的一种DC/DC转换器的电路图，结合图1B，当DC/DC转换器的负载由轻载向重载跳变时，其输出电流Io由Io1跳变为Io2，输出电压Vout也会小于设定的基准电压(Vref)，此时，在反馈控制环路A2中，比较器106会判断出输出电压Vout小于基准电压Vref，调制及控制模块107会根据比较结果向控制逻辑及驱动模块108输出脉冲信号，同时，功率管电流采样模块105会对功率管Mp的电流(Isense)进行采样，控制逻辑及驱动模块108根据脉冲信号及功率管电流控制功率管Mp(101)和Mn(102)快速周期性地开启，将输入能量以脉冲式形式转换到输出负载，当转换的能量满足负载的需求后，输出电压Vout便能逐渐回到基准电压(Vref)，此后DC/DC转换器进入稳态工作模式，通过反馈控制环路A2及控制逻辑及驱动模块108控制功率管Mp(101)和Mn(102)正常的开启和关闭。
在上述DC/DC转换器中，当发生轻载向重载跳变时，由于能量是以脉冲能量包的形式转换到输出的，所以输出电压从跌落(ΔV1)恢复到基准电压需要较长时间(ΔT1)，并且这个恢复时间受限于开关频率和每个脉冲能量包传递的能量。由于在可穿戴式电子产品中负载快速变化并且快速调压，因此迫切需要一种具有快速负载瞬态响应的DC/DC转换器。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术存在当发生轻载向重载跳变时瞬态响应较差的缺陷，提供一种具有快速负载瞬态响应的DC/DC电压转换器及增强负载瞬态响应的控制方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种具有快速负载瞬态响应的DC/DC电压转换器，包括第一功率管、第二功率管、用于根据输出电压产生相应占空比的脉冲信号的反馈控制环路、及用于根据所述脉冲信号控制所述第一功率管及所述第二功率管的通断的驱动模块，所述DC/DC电压转换器还包括：
瞬态增强控制环路，用于在输入电参数或输出电参数达到触发阈值时，控制所述反馈控制环路停止输出脉冲信号，并根据所采样的所述第一功率管的电流值，控制所述第一功率管导通以使所述第一功率管的电流达到电流设定值，或，控制所述驱动模块以峰值电流驱动所述第一功率管和所述第二功率管的脉冲式导通和关闭，直至输出电压达到基准电压值。
优选地，所述输出电参数达到触发阈值包括：输出电压小于电压阈值，而且，
所述反馈控制环路包括：
输出电压检测模块，用于检测输出电压是否小于所述电压阈值，并在小于时输出电压异常信号；在不小于时，输出电压正常信号；
和/或，
所述输出电参数达到阈值包括：负载电流大于第一电流阈值；而且，
所述瞬态增强控制环路包括：
负载电流检测模块，用于检测负载电流是否大于所述第一电流阈值，并在大于时输出电流异常信号。
优选地，
所述瞬态增强控制环路还包括：
功率管电流控制模块，用于根据所述电压异常信号或所述电流异常信号，控制所述第一功率管导通以使所述第一功率管的电流达到电流设定值，或，控制所述驱动模块以峰值电流驱动所述第一功率管和所述第二功率管的脉冲式导通和关闭，直至输出电压达到所述基准电压值。
优选地，所述功率管电流控制模块，用于根据所述电压异常信号或所述电流异常信号，产生第一控制信号，以及，对所述第一功率管的电流进行采样，且根据所采样的所述第一功率管的电流值产生第二控制信号和第三控制信号，其中，所述第一控制信号用于控制所述反馈控制环路停止输出脉冲信号，以及将所述第一功率管由所述驱动模块控制切换至由所述功率管电流控制模块控制；所述第二控制信号用于控制所述第一功率管导通以使所述第一功率管的电流达到电流设定值；所述第三控制信号用于控制所述驱动模块关断所述第二功率管。
优选地，所述功率管电流控制模块包括：第一电流采样单元、第一采样电阻、运放、第一二极管、第一非门、第二非门、第三非门、第一与门、第一或门，其中，所述第一电流采样单元设置在所述第一功率管的导通回路中，所述第一采样电阻连接在所述第一电流采样单元与地之间，所述第一或门的两个输入端分别输入所述电压异常信号和所述电流异常信号，所述第一非门的输入端输入所述电压正常信号，所述第一与门的两个输入端分别连接所述第一或门的输出端及所述第一非门的输出端，所述第一与门的输出端连接所述第二非门的输入端，所述第二非门的输出端输出所述第一控制信号；所述运放的第一输入端连接所述第一电流采样单元，所述运放的第二输入端输入电压设定值，所述运放的输出端连接所述第一二极管的正极，所述第一二极管的负极输出所述第二控制信号，所述运放的输出端还连接所述第三非门的输入端，所述第三非门的输出端输出所述第三控制信号。
优选地，还包括路径选择开关，而且，所述路径选择开关的控制端输入所述第一控制信号，所述路径选择开关的第一输入端输入所述第二控制信号，所述路径选择开关的第二输入端连接所述驱动模块的第一输出端，所述路径选择开关的输出端连接所述第一功率管的栅极和/或衬底。
优选地，还包括第一电感、第一电容，而且，所述第一功率管的源极通过所述第一电流采样单元连接电源电压，所述第一功率管的漏极分别连接所述第二功率管的漏极及所述第一电感的第一端，所述第二功率管的源极接地，所述第二功率管的栅极连接所述驱动模块的第二输出端，所述第一电容连接在所述第一电感的第二端与地之间。
优选地，还包括第二电感、第二电容，而且，所述第二电感的第一端通过所述第一电流采样单元连接电源电压，所述第二电感的第二端分别连接所述第一功率管的漏极及所述第二功率管的漏极，所述第一功率管的源极通过所述第二电容接地，所述第二功率管的源极接地，所述第二功率管的栅极连接所述驱动模块的第二输出端。
优选地，所述功率管电流控制模块，用于根据所述电压异常信号或所述电流异常信号，产生第四控制信号及对所述第一功率管的电流进行采样，且根据所采样的所述第一功率管的电流值产生第五控制信号，其中，所述第四控制信号用于控制所述反馈控制环路停止输出脉冲信号；所述第五控制信号用于控制所述驱动模块以峰值电流驱动所述第一功率管和所述第二功率管的脉冲式导通和关闭。
优选地，所述功率管电流控制模块包括：第二电流采样单元、第二采样电阻、比较器、第四非门、第五非门、第六非门、第二与门、第二或门，其中，所述第二电流采样单元设置在所述第一功率管的导通回路中，所述第二采样电阻连接在所述第二电流采样单元与地之间，所述第二或门的两个输入端分别输入所述电压异常信号和所述电流异常信号，所述第四非门的输入端输入所述电压正常信号，所述第二与门的两个输入端分别连接所述第二或门的输出端及所述第四非门的输出端，所述第二与门的输出端连接所述第五非门的输入端，所述第五非门的输出端输出所述第四控制信号；所述比较器的第一输入端连接所述第二电流采样单元，所述比较器的第二输入端输入电压设定值，所述比较器的输出端连接所述第六非门的输入端，所述第六非门的输出端输出所述第五控制信号。
优选地，还包括第三电感、第三电容，而且，所述第一功率管的源极通过所述第二电流采样单元连接电源电压，所述第一功率管的漏极分别连接所述第二功率管的漏极及所述第三电感的第一端，所述第二功率管的源极接地，所述第一功率管的栅极连接所述驱动模块的第一输出端，所述第二功率管的栅极连接所述驱动模块的第二输出端，所述第三电容连接在所述第三电感的第二端与地之间。
本发明还构造一种增强负载瞬态响应的控制方法，应用于以上所述的DC/DC电压转换器，其特征在于，包括：
判断输入电参数或输出电参数是否达到触发阈值；
若是，则控制所述反馈控制环路停止输出脉冲信号；
根据所采样的所述第一功率管的电流值，控制所述第一功率管导通以使所述第一功率管的电流达到电流设定值，或，控制所述驱动模块以峰值电流驱动所述第一功率管和所述第二功率管的脉冲式导通和关闭，直至输出电压达到所述基准电压值。
优选地，所述判断输入电参数或输出电参数是否达到触发阈值，包括：
判断输出电压是否小于电压阈值；和/或，
判断负载电流是否大于第一电流阈值；和/或，
判断输入端电流是否大于第二电流阈值。
实施本发明的技术方案，当负载由轻载向重载跳变时，输出电压的跌落电压和响应时间不再受本身开关频率以及脉冲能量包大小限制，实现了负载瞬态快速响应。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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。附图中：
图1A是现有的一种DC/DC转换器的电路图；
图1B是图1中的DC/DC转换器的负载瞬态响应的波形图；
图2是本发明具有快速负载瞬态响应的DC/DC电压转换器实施例一的逻辑结构图；
图3A是本发明具有快速负载瞬态响应的DC/DC电压转换器实施例二的逻辑结构图；
图3B是图3A中路径选择开关与第一功率管连接关系的一实施例的电路图；
图3C是图3A中路径选择开关与第一功率管连接关系的另一实施例的电路图；
图4是图3A中的DC/DC转换器的负载瞬态响应的波形图；
图5是图3A中的DC/DC转换器的功率管电流控制模块实施例一的电路图；
图6是本发明具有快速负载瞬态响应的DC/DC电压转换器实施例三的逻辑结构图；
图7是图6中的DC/DC转换器的功率管电流控制模块实施例一的电路图；
图8是本发明具有快速负载瞬态响应的DC/DC电压转换器实施例四的逻辑结构图；
图9是本发明增强负载瞬态响应的控制方法实施例一的流程图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
在此记载的具体实施方式/实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案，都在本发明的保护范围之内。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，且以下实施例中的步骤顺序仅为举例，在不冲突的情况下可以调整。
图2是本发明具有快速负载瞬态响应的DC/DC电压转换器实施例一的逻辑结构图，在该实施例的DC/DC电压转换器中，主要包括功率级和控制级，其中：
功率级包括有第一功率管Mp、第二功率管Mn、电感L和电容C，而且，第一功率管Mp的源极通过电流采样单元连接电源电压(Vcc)，第一功率管Mp的漏极分别连接第二功率管Mn的漏极及电感L的第一端，第二功率管Mn的源极接地，第一功率管Mp的栅极、第二功率管Mn的栅极分别相应连接驱动模块208的第一输出端、第二输出端，电容C连接在电感L的第二端与地之间。
控制级主要包括反馈控制环路B1、驱动模块208、瞬态增强控制环路205、过零检测模块209，而且，反馈控制环路B1用于根据输出电压(Vout)产生相应占空比的脉冲信号；驱动模块208用于根据该脉冲信号控制第一功率管Mp及第二功率管Mn的通断，应理解，反馈控制环路B1、驱动模块208、过零检测模块209为现有技术，在此不赘述其结构。
另外，瞬态增强控制环路205，用于在输入电参数或输出电参数达到触发阈值时，控制反馈控制环路B1停止输出脉冲信号，例如，可输出恒定的高电平信号或低电平信号，而且，根据所采样的第一功率管Mp的电流值，控制第一功率管Mp导通以使第一功率管Mp的电流达到电流设定值，或，控制驱动模块208以峰值电流驱动第一功率管Mp和第二功率管Mn的脉冲式导通和关闭，直至输出电压达到基准电压值。
通过该实施例的技术方案，当负载由轻载向重载跳变时，输入电参数或输出电参数将达到触发阈值，此时，瞬态增强控制环路205会立即产生CTL_Enhance和OCDT信号，分别对反馈控制环路B1产生的脉冲信号进行控制，及，通过对第一功率管Mp的电流进行采样(Isens)来驱动第一功率管Mp恒导通，或，以峰值电流驱动第一功率管Mp和第二功率管Mn的脉冲式导通和关闭，进而实现输入能量快速向输出能量的转换。当输出电压重新回到基准电压值时，瞬态增强控制环路即被关断，反馈控制环路B1以及驱动模块208重新恢复正常的脉冲式工作状态来实现对输出电压的稳定调节。因此，当负载由轻载向重载跳变时，输出电压Vout的跌落电压和响应时间不再受本身开关频率以及脉冲能量包大小限制，实现了负载瞬态快速响应。
而且，在该实施例中，输出电参数达到触发阈值包括：输出电压小于电压阈值，而且，反馈控制环路包括输出电压检测模块，该输出电压检测模块用于检测输出电压是否小于所述电压阈值，并在小于时输出电压异常信号(Vout_UVDT)；在不小于时，输出电压正常信号(Vout_OK)。
在其它可选实施例中，输出电参数达到触发阈值包括：负载电流大于第一电流阈值，而且，例如，瞬态增强控制环路包括负载电流检测模块，例如，图3A中的负载电流检测模块305，该负载电流检测模块用于检测负载电流是否大于所述第一电流阈值，并在大于时输出电流异常信号(Io_det)。
当然，在其它的一些实施例中，输入电参数达到触发阈值包括：输入端电流大于第二电流阈值。而且，在反馈控制环路或瞬态增强控制环路中设置输入电流检测模块，该输入电流检测模块用于检测输入电流是否大于所述第二电流阈值，并在大于时输出电流异常信号。
在此需说明的是，以上三种判断输出电参数或输入电参数是否达到触发阈值的方式，可组合使用，也可分别独立使用。
图3A是本发明具有快速负载瞬态响应的DC/DC电压转换器实施例二的逻辑结构图，该实施例的DC/DC电压转换器相比图2所示的DC/DC电压转换器，所不同的仅是：瞬态增强控制环路B2包括负载电流检测模块305和功率管电流控制模块306。而且，反馈控制环路B1中的输出电压检测模块用于检测输出电压是否小于电压阈值，并在小于时输出电压异常信号(Vout_UVDT)；在不小于时，输出电压正常信号(Vout_OK)；负载电流检测模块305用于检测负载电流是否大于第一电流阈值，并在大于时输出电流异常信号(Io_det)；功率管电流控制模块306用于根据电压异常信号(Vout_UVDT)或电流异常信号(Io_det)，控制第一功率管Mp导通以使第一功率管Mp的电流达到电流设定值，直至输出电压达到基准电压值。
进一步地，功率管电流控制模块306用于根据电压异常信号(Vout_UVDT)或电流异常信号(Io_det)，产生第一控制信号(CTL_Enhance)，以及，对第一功率管的电流进行采样，且根据所采样的第一功率管的电流值(Isense)产生第二控制信号(PG2)和第三控制信号(OCDT)，其中，第一控制信号(CTL_Enhance)用于控制反馈控制环路B1停止输出脉冲信号，例如，可控制反馈控制环路B1输出恒定信号(高电平信号或低电平信号)，该第一控制信号(CTL_Enhance)还用于将第一功率管Mp由驱动模块309控制切换至由功率管电流控制模块306控制；第二控制信号(PG2)用于控制第一功率管Mp导通以使第一功率管Mp的电流达到电流设定值，例如，可根据第一功率管Mp的电流反馈来驱动第一功率管Mp的导通状态，使得第一功率管Mp流过的电流逐步达到设定值，并以设定电流值给负载供电；第三控制信号(OCDT)用于控制驱动模块309关断第二功率管Mn，例如，可控制驱动模块309停止工作并发出NG信号，以关断第二功率管Mn。
在该实施例中，结合图3A，第一功率管Mp的控制路径切换由路径选择开关实现，具体地，路径选择开关的控制端输入第一控制信号(CTL_Enhance)，路径选择开关的第一输入端输入第二控制信号(PG2)，路径选择开关的第二输入端连接驱动模块309的第一输出端，路径选择开关的输出端连接第一功率管Mp的栅极。当路径选择开关接收到第一控制信号(CTL_Enhance)后，便断开驱动模块309通过PG1对第一功率管Mp的控制，同时，切换到第二控制信号(PG2)对功率管301的控制。
关于路径选择开关的输出端与第一功率管Mp的连接方式，在一个可选实施例中，结合图3B，路径选择开关的输出端仅与第一功率管Mp的栅极相连，而且，第一功率管Mp的衬底与其源极相连。在另一个可选实施例中，结合图3C，路径选择开关的输出端同时与第一功率管Mp的栅极和衬底相连。当然，在其它一些实施例中，路径选择开关的输出端也可仅与第一功率管Mp的衬底连接(未示出)。综上，第一控制信号(CTL_Enhance)可以单独对第一功率管Mp的栅极或者衬底进行控制，也可同时对栅极和衬底进行控制。
结合图4，当负载电流由Io1向Io2跳变时，瞬态增强控制环路B2被触发后，通过对第一功率管Mp的控制使得第一功率管Mp的电流迅速提升到设定值(Iref)，并以设定电流为负载供电，输出电压Vout在第一功率管Mp的电流迅速提升的过程中也快速地恢复到基准电压值Vref，由此，瞬态增强过程显著减小了电压跌幅ΔV2和响应时间ΔT2。
图5是图3A中的DC/DC转换器的功率管电流控制模块实施例一的电路图，该实施例的功率管电流控制模块包括：第一电流采样单元501、第一采样电阻R 502、运放503、第一二极管506、第一非门508、第二非门507、第三非门505、第一与门509、第一或门504，其中，第一电流采样单元501设置在第一功率管Mp的导通回路中，第一采样电阻502连接在第一电流采样单元501与地之间，第一或门504的两个输入端分别输入电压异常信号(Vout_UVDT)和电流异常信号(Io_det)，第一非门508的输入端输入电压正常信号(Vout_OK)，第一与门509的两个输入端分别连接第一或门504的输出端及第一非门508的输出端，第一与门509的输出端连接第二非门507的输入端，第二非门507的输出端输出第一控制信号(CTL_Enhance)。运放503的第一输入端连接第一电流采样单元，运放503的第二输入端输入电压设定值(Viref)，运放503的使能端连接第一与门509的输出端，运放503的输出端连接第一二极管506的正极，第一二极管506的负极输出第二控制信号(PG2)，运放503的输出端还连接第三非门505的输入端，第三非门505的输出端输出第三控制信号(OCDT)。
在该实施例中，当负载由轻载向重载跳变时，电压异常信号(Vout_UVDT)或电流异常信号(Io_det)被触发，产生第一控制信号(CTL_Enhance)、第二控制信号(PG2)和第三控制信号(OCDT信号)，其中，第一控制信号(CTL_Enhance)可控制反馈控制环路的工作状态以及断开驱动模块对第一功率管Mp的控制而实现第二控制信号(PG2)对第一功率管Mp的控制。实际过程是通过对第一功率管Mp电流的采样反馈控制第一功率管Mp的导通电流：当采样电流Isens产生的采样电压Vsens小于设定值Viref时，运放503的输出逐渐减小，即，第二控制信号(PG2)逐渐减小，进而使得第一功率管Mp导通电流逐渐增大；当电流采样电压Vsens接近设定值Viref时，第一功率管Mp导通电流达到设定值，此后一段时间第一功率管Mp以设定值工作直到输出电压到达设定值，此时发出Vout_OK信号为高电平，并使得瞬态增强控制环路停止工作，第二控制信号(PG2)断开对第一功率管Mp的控制。
图6是本发明具有快速负载瞬态响应的DC/DC电压转换器实施例三的逻辑结构图，该实施例的DC/DC电压转换器相比图2所示的DC/DC电压转换器，所不同的仅是：瞬态增强控制环路B2包括负载电流检测模块605和功率管电流控制模块606。其中，输出电压检测模块用于检测输出电压是否小于电压阈值，并在小于时输出电压异常信号(Vout_UVDT)；在不小于时，输出电压正常信号(Vout_OK)；负载电流检测模块605用于检测负载电流是否大于第一电流阈值，并在大于时输出电流异常信号(Io_det)；功率管电流控制模块306用于根据电压异常信号(Vout_UVDT)或电流异常信号(Io_det)，控制驱动模块609以峰值电流驱动第一功率管Mp和第二功率管Mn的脉冲式导通和关闭，直至输出电压达到基准电压值。
进一步地，功率管电流控制模块606用于根据电压异常信号(Vout_UVDT)或电流异常信号(Io_det)，产生第四控制信号(CTL_Enhance)及对第一功率管Mp的电流进行采样，且根据所采样的第一功率管Mp的电流值产生第五控制信号(OCDT)，其中，第四控制信号(CTL_Enhance)用于控制反馈控制环路B1停止输出脉冲信号，例如，可控制反馈控制环路B1输出恒定信号(高电平信号或低电平信号)；第五控制信号(OCDT)用于控制驱动模块609以峰值电流驱动第一功率管Mp和第二功率管Mn的脉冲式导通和关闭。
进一步地，功率管电流控制模块包括：第二电流采样单元、第二采样电阻、比较器、第四非门、第五非门、第六非门、第二与门、第二或门，其中，第二电流采样单元设置在第一功率管的导通回路中，第二采样电阻连接在第二电流采样单元与地之间，第二或门的两个输入端分别输入电压异常信号和电流异常信号，第四非门的输入端输入电压正常信号，第二与门的两个输入端分别连接第二或门的输出端及第四非门的输出端，第二与门的输出端连接第五非门的输入端，第五非门的输出端输出第四控制信号；比较器的第一输入端连接第二电流采样单元，比较器的第二输入端输入电压设定值，比较器的输出端连接第六非门的输入端，第六非门的输出端输出第五控制信号。也就是说，该实施例的功率管电流控制模块相比图5所示的功率管电流控制模块，所不同的仅是：用比较器替换功放503，而且，省去了二极管506，即不需要输出第二控制信号(PG2)。
结合图7，当负载电流由Io1向Io2跳变时，瞬态增强控制环路B2被触发后，驱动模块609根据第五控制信号(OCDT)以峰值电流控制第一功率管Mp和第二功率管Mn的脉冲式导通和关闭。具体地，当瞬态增强控制环路被触发后，比较器将采样电压Vsens与设定电压Viref比较产生第五控制信号(OCDT)，当采样电压Vsens小于设定电压Viref时OCDT为高电平，使得驱动模块609控制第一功率管Mp导通和第二功率管Mn断开，第一功率管Mp一直导通，其电流以一定的斜率上升，直到采样电压Vsens达到设定电压Viref，此时第一功率管Mp电流也到达设定电流值Iref，OCDT信号立即由高电平变为低电平，OCDT信号作用驱动模块609使得第一功率管Mp断开以及第二功率管Mn导通，同时采样电流下降，当采样电压又小于设定电压Viref时，比较器输出的OCDT又为高电平，相应地，驱动模块609控制第一功率管Mp导通以及第二功率管Mn关断，当采样电压又达到设定电压值时驱动模块609又控制第一功率管Mp断开和第二功率管Mn开启，该DC/DC转换器会以这种峰值电流控制的方式往复下去，直到输出电压Vout恢复到基准电压值Vref，产生的Vout_OK立即关断瞬态增强环路B2，此后系统恢复正常的调制过程。此过程中由于能量是以峰值电流脉冲的形式来实现从输入到输出的转换，因而负载能量能够得到快速的满足，由此瞬态增强过程显著减小了输出电压跌幅ΔV3和响应时间ΔT3。
图8是本发明具有快速负载瞬态响应的DC/DC电压转换器实施例四的逻辑结构图，该实施例的DC/DC电压转换器相比图3A所示的DC/DC电压转换器，所不同的仅是：该DC/DC电压转换器为Boost型DCDC转换器，而且，电感L的第一端通过电流采样单元连接电源电压，电感L的第二端分别连接第一功率管Mp的漏极及第二功率管Mn的漏极，第一功率管Mp的源极通过电容C接地，第二功率管Mn的源极接地。
在该实施例中，当发生由轻载向重载跳变时，反馈控制环路B1和负载电流检测模块805会分别发送电压异常信号(Vout_UVDT)和电流异常信号(Io_det)到功率管电流控制模块806，功率管电流控制模块806被触发并开始工作。功率管电流控制模块806被触发后便产生第一控制信号(CTL_Enhance)、第二控制信号(PG2)和第三控制信号(OCDT)，其中，第一控制信号(CTL_Enhance)分别控制调制及控制模块808产生一恒定信号(高电平信号或者低电平信号)，而不再是脉冲信号，以及控制路径选择开关811使其断开驱动模块809通过PG1对第一功率管Mp的控制而连接PG2对第一功率管Mp的控制；第三控制信号(OCDT)使驱动模块809停止工作并发出NG信号关断第二功率管Mn；第二控制信号(PG2)根据功率管电流控制模块806的反馈调节来驱动第一功率管Mp的导通状态，使得第一功率管Mp流过的电流逐步达到设定值，并以设定电流值给负载供电；当输出电压Vout恢复到基准电压值Vref后，发出Vout_OK信号并使瞬态增强控制环路B2停止工作，反馈控制环路B1以及驱动模块809重新恢复正常的脉冲式工作状态来实现对输出电压的稳定调节。
最后需说明的是，Boost型DCDC转换器中的瞬态增强控制环路B2也可为图6所示的实施例中的瞬态增强控制环路B2，在此不做赘述。
图9是本发明增强负载瞬态响应的控制方法实施例一的流程图，该控制方法应用于前文所述的DC/DC电压转换器，该DC/DC电压转换器包括：
步骤S11.判断输入电参数或输出电参数是否达到触发阈值，若是，则执行步骤S12；
步骤S12.控制所述反馈控制环路停止输出脉冲信号；
步骤S13.根据所采样的所述第一功率管的电流值，控制所述第一功率管导通以使所述第一功率管的电流达到电流设定值，或，控制所述驱动模块以峰值电流驱动所述第一功率管和所述第二功率管的脉冲式导通和关闭，直至输出电压达到基准电压值。
进一步地，所述判断输入电参数或输出电参数是否达到触发阈值，包括：
判断输出电压是否小于电压阈值；和/或，
判断负载电流是否大于第一电流阈值；和/或，
判断输入端电流是否大于第二电流阈值。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何纂改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (13)
1.一种具有快速负载瞬态响应的DC/DC电压转换器，包括第一功率管、第二功率管、用于根据输出电压产生相应占空比的脉冲信号的反馈控制环路、及用于根据所述脉冲信号控制所述第一功率管及所述第二功率管的通断的驱动模块，其特征在于，所述DC/DC电压转换器还包括：
瞬态增强控制环路，用于在输入电参数或输出电参数达到触发阈值时，控制所述反馈控制环路停止输出脉冲信号，并根据所采样的所述第一功率管的电流值，控制所述第一功率管导通以使所述第一功率管的电流达到电流设定值，或，控制所述驱动模块以峰值电流驱动所述第一功率管和所述第二功率管的脉冲式导通和关闭，直至输出电压达到基准电压值。
2.根据权利要求1所述的DC/DC电压转换器，其特征在于，所述输出电参数达到触发阈值包括：输出电压小于电压阈值，而且，
所述反馈控制环路包括：
输出电压检测模块，用于检测输出电压是否小于所述电压阈值，并在小于时输出电压异常信号；在不小于时，输出电压正常信号；
和/或，
所述输出电参数达到阈值包括：负载电流大于第一电流阈值；而且，
所述瞬态增强控制环路包括：
负载电流检测模块，用于检测负载电流是否大于所述第一电流阈值，并在大于时输出电流异常信号。
3.根据权利要求2所述的DC/DC电压转换器，其特征在于，
所述瞬态增强控制环路还包括：
功率管电流控制模块，用于根据所述电压异常信号或所述电流异常信号，控制所述第一功率管导通以使所述第一功率管的电流达到电流设定值，或，控制所述驱动模块以峰值电流驱动所述第一功率管和所述第二功率管的脉冲式导通和关闭，直至输出电压达到所述基准电压值。
4.根据权利要求3所述的DC/DC电压转换器，其特征在于，
所述功率管电流控制模块，用于根据所述电压异常信号或所述电流异常信号，产生第一控制信号，以及，对所述第一功率管的电流进行采样，且根据所采样的所述第一功率管的电流值产生第二控制信号和第三控制信号，其中，所述第一控制信号用于控制所述反馈控制环路停止输出脉冲信号，以及将所述第一功率管由所述驱动模块控制切换至由所述功率管电流控制模块控制；所述第二控制信号用于控制所述第一功率管导通以使所述第一功率管的电流达到电流设定值；所述第三控制信号用于控制所述驱动模块关断所述第二功率管。
5.根据权利要求4所述的DC/DC电压转换器，其特征在于，所述功率管电流控制模块包括：第一电流采样单元、第一采样电阻、运放、第一二极管、第一非门、第二非门、第三非门、第一与门、第一或门，其中，所述第一电流采样单元设置在所述第一功率管的导通回路中，所述第一采样电阻连接在所述第一电流采样单元与地之间，所述第一或门的两个输入端分别输入所述电压异常信号和所述电流异常信号，所述第一非门的输入端输入所述电压正常信号，所述第一与门的两个输入端分别连接所述第一或门的输出端及所述第一非门的输出端，所述第一与门的输出端连接所述第二非门的输入端，所述第二非门的输出端输出所述第一控制信号；所述运放的第一输入端连接所述第一电流采样单元，所述运放的第二输入端输入电压设定值，所述运放的输出端连接所述第一二极管的正极，所述第一二极管的负极输出所述第二控制信号，所述运放的输出端还连接所述第三非门的输入端，所述第三非门的输出端输出所述第三控制信号。
6.根据权利要求5所述的DC/DC电压转换器，其特征在于，还包括路径选择开关，而且，所述路径选择开关的控制端输入所述第一控制信号，所述路径选择开关的第一输入端输入所述第二控制信号，所述路径选择开关的第二输入端连接所述驱动模块的第一输出端，所述路径选择开关的输出端连接所述第一功率管的栅极和/或衬底。
7.根据权利要求6所述的DC/DC电压转换器，其特征在于，还包括第一电感、第一电容，而且，所述第一功率管的源极通过所述第一电流采样单元连接电源电压，所述第一功率管的漏极分别连接所述第二功率管的漏极及所述第一电感的第一端，所述第二功率管的源极接地，所述第二功率管的栅极连接所述驱动模块的第二输出端，所述第一电容连接在所述第一电感的第二端与地之间。
8.根据权利要求6所述的DC/DC电压转换器，其特征在于，还包括第二电感、第二电容，而且，所述第二电感的第一端通过所述第一电流采样单元连接电源电压，所述第二电感的第二端分别连接所述第一功率管的漏极及所述第二功率管的漏极，所述第一功率管的源极通过所述第二电容接地，所述第二功率管的源极接地，所述第二功率管的栅极连接所述驱动模块的第二输出端。
9.根据权利要求3所述的DC/DC电压转换器，其特征在于，
所述功率管电流控制模块，用于根据所述电压异常信号或所述电流异常信号，产生第四控制信号及对所述第一功率管的电流进行采样，且根据所采样的所述第一功率管的电流值产生第五控制信号，其中，所述第四控制信号用于控制所述反馈控制环路停止输出脉冲信号；所述第五控制信号用于控制所述驱动模块以峰值电流驱动所述第一功率管和所述第二功率管的脉冲式导通和关闭。
10.根据权利要求9所述的DC/DC电压转换器，其特征在于，所述功率管电流控制模块包括：第二电流采样单元、第二采样电阻、比较器、第四非门、第五非门、第六非门、第二与门、第二或门，其中，所述第二电流采样单元设置在所述第一功率管的导通回路中，所述第二采样电阻连接在所述第二电流采样单元与地之间，所述第二或门的两个输入端分别输入所述电压异常信号和所述电流异常信号，所述第四非门的输入端输入所述电压正常信号，所述第二与门的两个输入端分别连接所述第二或门的输出端及所述第四非门的输出端，所述第二与门的输出端连接所述第五非门的输入端，所述第五非门的输出端输出所述第四控制信号；所述比较器的第一输入端连接所述第二电流采样单元，所述比较器的第二输入端输入电压设定值，所述比较器的输出端连接所述第六非门的输入端，所述第六非门的输出端输出所述第五控制信号。
11.根据权利要求10所述的DC/DC电压转换器，其特征在于，还包括第三电感、第三电容，而且，所述第一功率管的源极通过所述第二电流采样单元连接电源电压，所述第一功率管的漏极分别连接所述第二功率管的漏极及所述第三电感的第一端，所述第二功率管的源极接地，所述第一功率管的栅极连接所述驱动模块的第一输出端，所述第二功率管的栅极连接所述驱动模块的第二输出端，所述第三电容连接在所述第三电感的第二端与地之间。
12.一种增强负载瞬态响应的控制方法，应用于权利要求1-11任一项所述的DC/DC电压转换器，其特征在于，包括：
判断输入电参数或输出电参数是否达到触发阈值；
若是，则控制所述反馈控制环路停止输出脉冲信号；
根据所采样的所述第一功率管的电流值，控制所述第一功率管导通以使所述第一功率管的电流达到电流设定值，或，控制所述驱动模块以峰值电流驱动所述第一功率管和所述第二功率管的脉冲式导通和关闭，直至输出电压达到所述基准电压值。
13.根据权利要求12所述的增强负载瞬态响应的控制方法，其特征在于，所述判断输入电参数或输出电参数是否达到触发阈值，包括：
判断输出电压是否小于电压阈值；和/或，
判断负载电流是否大于第一电流阈值；和/或，
判断输入端电流是否大于第二电流阈值。
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