CN115882728A - 一种改善负载调整率的低功耗降压型变换电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种改善负载调整率的低功耗降压型变换电路，属于集成电路技术领域，包括：一设置有储能元件的工作电路，于一脉冲宽度调制信号或一脉冲频率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，用于产生一低于输入电压的输出电压；一控制电路，与工作电路连接，用以可切换地产生脉冲宽度调制信号或脉冲频率调制信号；控制电路包括一误差放大网络，误差放大网络包括：一具有第一增益的第一补偿电路和一具有第二增益的第二补偿电路，用于将第一补偿电路输出的第一信号和第二补偿电路输出的第二信号叠加后作为输出的误差放大信号。有益效果：本发明提供一种改善负载调整率的降压型变换电路，解决现有电路负载调整率较差的问题。

Description

一种改善负载调整率的低功耗降压型变换电路
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种改善负载调整率的低功耗降压型变换电路。
背景技术
随着微电子技术的迅猛发展，降压型（BUCK）开关稳压器由于电路结构简单、调整方便、可靠性高等优点，在降压式场合有着广泛应用；根据控制机制不同，降压型开关稳压器分为脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation，PWM）控制方式、脉冲频率调制（PulseFrequency Modulation，PFM）控制方式和混合控制方式三种；混合控制方式中，在重负载情况下，采用PWM控制方式；在轻负载情况下，切换为PFM控制方式，以利用PWM控制方式和PFM控制方式各自的优点，提高转换器的转换效率，被越来越多地应用到开关电源中。
降压型开关稳压器在应用过程中，受控负载的输出电流变化范围较大，现有的控制方式下负载变化时电路负载调整率较差，不能给负载提供稳定的电源。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明提供了一种改善负载调整率的低功耗降压型变换电路。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案实现：
一种改善负载调整率的低功耗降压型变换电路，包括：
一设置有储能元件的工作电路，于一脉冲宽度调制信号或一脉冲频率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，用于产生一低于输入电压的输出电压；
一控制电路，与所述工作电路连接，用以可切换地产生所述脉冲宽度调制信号或所述脉冲频率调制信号；
所述控制电路包括一误差放大网络，所述误差放大网络包括：一具有第一增益的第一补偿电路和一具有第二增益的第二补偿电路，用于将所述第一补偿电路输出的第一信号和所述第二补偿电路输出的第二信号叠加后作为输出的误差放大信号。
上述的改善负载调整率的低功耗降压型变换电路，其中，所述第一增益高于所述第二增益。
上述的改善负载调整率的低功耗降压型变换电路，其中，所述第一补偿电路包括：
高增益误差放大器，用于对一基准电压与一采样自所述降压型变换电路的输出端的电压反馈信号进行比较得到一第一误差放大信号；
高通滤波网络，连接所述高增益误差放大器，用于对所述第一误差放大信号进行高通滤波处理得到所述第一信号。
上述的改善负载调整率的低功耗降压型变换电路，其中，所述高通滤波网络包括：一第一电容和一第一电阻；
所述第一电容的一端连接所述高增益误差放大器的输出端；所述第一电容的一端通过所述第一电阻接地，用以输出所述第一信号。
上述的改善负载调整率的低功耗降压型变换电路，其中，所述第二补偿电路包括：
低增益误差放大器，用于对一基准电压与一采样自所述降压型变换电路的输出端的电压反馈信号进行比较得到一第二误差放大信号；
低通滤波网络，连接所述低增益误差放大器，用于对所述第二误差放大信号进行低通滤波处理得到所述第二信号。
上述的改善负载调整率的低功耗降压型变换电路，其中，所述低通滤波网络包括：一第二电容和一第二电阻；
所述第二电阻的一端连接所述低增益误差放大器的输出端；所述第二电阻的一端通过所述第二电容接地，用以输出所述第二信号。
上述的改善负载调整率的低功耗降压型变换电路，其中，还包括：
一使能控制电路，连接所述第一补偿电路，用于对一采样自所述工作电路的电流检测信号和一基准电压进行比较，产生一使能控制信号，并根据所述使能控制信号使能控制所述第一补偿电路。
上述的改善负载调整率的低功耗降压型变换电路，其中，所述控制电路还包括：
一比较器，用于对所述误差放大信号与一采样自所述工作电路的电流检测信号进行比较，产生一比较信号；
一调制器，连接所述比较器，于一时钟信号作用下所述比较信号产生所述脉冲宽度调制信号或所述脉冲频率调制信号。
上述的改善负载调整率的低功耗降压型变换电路，其中，还包括连接于所述误差放大网络的输出端和接地端之间的一电容电阻支路，电容电阻支路包括串联连接的一第三电阻和一第三电容。
上述的改善负载调整率的低功耗降压型变换电路，其中，所述工作电路包括：
充电控制支路，连接于一接地端与一交汇结点之间；
充放电支路，连接于一输入端和所述交汇结点之间；
放电控制支路，连接于所述交汇结点与所述输出端之间；
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端放电。
本发明技术方案的优点或有益效果在于：
本发明提供一种改善负载调整率的降压型变换电路，解决现有电路负载调整率较差的问题。
附图说明
图1为现有技术中，降压型变换电路的示意图；
图2为本发明较佳实施例中，改善负载调整率的低功耗降压型变换电路的示意图；
图3为本发明较佳实施例中，高通滤波网络的频率特性图；
图4为本发明较佳实施例中，低通滤波网络的频率特性图
图5为本发明较佳实施例中，改善负载调整率的低功耗降压型变换电路的整体增益-频率波形图和相位裕度图；
图6为本发明较佳实施例中，S域零极点分布图；
图7为本发明的另一较佳实施例中，改善负载调整率的低功耗降压型变换电路的示意图；
图8为本发明较佳实施例中，电流检测信号VCS、滤波后的电流检测信号VCS2、基准电压Vref的波形图；
图9为本发明较佳实施例中，负载调整率的波形示意图。
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。
结合现有技术的电路结构如图1所示，误差放大器5将基准电压VREF与电压反馈信号VFB进行比较，然后通过电容电阻支路对误差放大器5输出进行RC补偿，当负载电流突然增加时，由于电路负载调整率较差，无法为负载提供稳定的电源。
参见图2，本发明的较佳的实施例中，基于现有技术中存在的上述问题，现提供一种改善负载调整率的低功耗降压型变换电路，包括：
一设置有储能元件L的工作电路，于一脉冲宽度调制（PWM）信号或一脉冲频率调制（PFM）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，用于产生一低于输入电压的输出电压；
一控制电路，与工作电路连接，用以可切换地产生脉冲宽度调制信号或脉冲频率调制信号；
控制电路包括一误差放大网络，误差放大网络包括：一具有第一增益的第一补偿电路6和一具有第二增益的第二补偿电路7，用于将第一补偿电路6输出的第一信号和第二补偿电路7输出的第二信号叠加后作为输出的误差放大信号Veao。
作为优选的实施方式，其中，第一增益高于第二增益。
作为优选的实施方式，其中，第一补偿电路6包括：
高增益误差放大器61，用于对一基准电压VREF与一采样自降压型变换电路的输出端的电压反馈信号VFB进行比较得到一第一误差放大信号A1；
高通滤波网络62，连接高增益误差放大器61，用于对第一误差放大信号A1进行高通滤波处理得到第一信号。
作为优选的实施方式，其中，高通滤波网络61包括：一第一电容C1和一第一电阻R1；
第一电容C1的一端连接高增益误差放大器61的输出端；第一电容C1的一端通过第一电阻R1接地，用以输出第一信号。
作为优选的实施方式，其中，第二补偿电路7包括：
低增益误差放大器71，用于对一基准电压VREF与一采样自降压型变换电路的输出端的电压反馈信号VFB进行比较得到一第二误差放大信号A2；
低通滤波网络72，连接低增益误差放大器71，用于对第二误差放大信号A2进行低通滤波处理得到第二信号。
作为优选的实施方式，其中，低通滤波网络72包括：一第二电容C2和一第二电阻R2；
第二电阻R2的一端连接低增益误差放大器71的输出端；第二电阻R2的一端通过第二电容C2接地，用以输出第二信号。
作为优选的实施方式，其中，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定数量且相互串联地连接于输出端Vout与接地端之间的分压电阻，分压电阻间相连接的点形成分压节点，电压反馈信号VFB自分压节点引出。
作为优选的实施方式，其中，控制电路还包括：
一比较器1，用于对误差放大信号Veao与一采样自工作电路的电流检测信号VCS进行比较，产生一比较信号Vcomp；
一调制器2，连接比较器1，于一时钟信号clk作用下比较信号Vcomp产生脉冲宽度调制信号或脉冲频率调制信号。
进一步的，上述电流检测信号VCS通过一电流检测单元4产生，电流检测单元4用以将下文中的交汇节点Lx的电压与输入端电压Vdd进行比较得到电流检测信号VCS。电流检测单元4可以采用其他现有技术中的电路结构实现，本发明在此不做赘述，但其应包含在本发明的保护范围内。
作为优选的实施方式，其中还包括连接于误差放大网络的输出端和接地端之间的一电容电阻支路，电容电阻支路包括串联连接的一第三电阻R3和一第三电容C3。
作为优选的实施方式，其中，工作电路包括：
充电控制支路，连接于一接地端与一交汇结点Lx之间；
充放电支路，连接于一输入端Vdd和交汇结点Lx之间；
放电控制支路，连接于交汇结点Lx与输出端Vout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，输入端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对输出端Vout放电。
进一步的，工作电路还包括开关器件组，开关器件组包括：
一第一开关管M1串联于充电控制支路上，第一开关管M1的栅极连接调制器2的输出，第一开关管M1的源极连接输入端VDD，漏极连接交汇节点Lx；
一第二开关管M2，串联于放电控制支路上，第二开关管M2的栅极连接调制器2的输出，第二开关管M1的源极连接接地端GND，漏极连接交汇节点Lx；
其中，第一开关管M1和第二开关管M2的栅极接收调制器2的控制导通或截止。
进一步的，还包括第一缓冲器31和第二缓冲器32，分别设置与调制器2的输出与开关器件组中第一开关管M1的栅极、第二开关管M2的栅极之间。
于上述较佳的实施例中，如图3所示为本发明较佳实施例中，高通滤波网络的频率特性图；图4为低通滤波网络的频率特性图；图5中，图5中的（A）为电路整体增益-频率波形图, 图5中的（B）为相位裕度图；如图6为本发明较佳实施例中S域零极点分布图；其中，Wp0是低频极点，由第二电阻R2和第二电容C2构成；Wz1是低频零点，由第一电阻R1和第一电容C1构成，Wp1是高增益误差放大器61固有的极点，Wz2是高频零点，Wp2是高频极点，在带宽以外不予考虑，本发明在保证低频增益的同时，有效的控制了带宽，且相位裕度大于0，保证了环路稳定性，为负载提供稳定的电源。
作为优选的实施方式，其中，如图7所示，还包括：
一使能控制电路8，连接第一补偿电路6，用于对一采样自工作电路的电流检测信号和一基准电压进行比较，产生一使能控制信号，并根据使能控制信号使能控制第一补偿电路6。
具体的，在本实施例中，通过对工作电路采样得到电流检测信号与基准电压进行比较，以根据比较的结果使能控制第一补偿电路6的工作与否。进一步的，当使能控制信号为高电平时，控制第一补偿电路6的高增益误差放大器61工作，与第二补偿电路7输出的第二信号叠加后作为输出的误差放大信号Veao；当使能控制信号为低电平时，说明此时工作电路处于轻载，不使能第一补偿电路6，高增益误差放大器61停止工作，进一步降低电路功耗，直接将第二补偿电路7输出的第二信号作为输出的误差放大信号Veao。
进一步的，如图7所示，使能控制电路8包括：第四电阻R4、第四电容C4和第二比较器81，第二比较器81的负输入端通过第四电阻R4连接上述电流检测单元4的输出，第二比较器81的正输入端连接基准电压，第四电容C4连接于第二比较器81的负输入端和接地端之间，第二比较器81的输出端连接高增益误差放大器61的使能端。通过第四电阻R4和第四电容C4对采样的电流检测信号VCS进行滤波处理后，得到VCS2输入第二比较器81，然后输出使能控制信号控制高增益误差放大器61的使能。如图8所示，其中VCS为电流检测信号的波形图，VCS2为滤波后的电流检测信号的波形图；Vref为基准电压的波形图。
如图9所示，为采用现有技术和本发明电路的负载调整率的波形示意图，由于采用以上技术方案，本发明能够提高电路负载调整率。
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 (8)

1.一种改善负载调整率的低功耗降压型变换电路，其特征在于，包括：
一设置有储能元件的工作电路，于一脉冲宽度调制信号或一脉冲频率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，用于产生一低于输入电压的输出电压；
一控制电路，与所述工作电路连接，用以可切换地产生所述脉冲宽度调制信号或所述脉冲频率调制信号；
所述控制电路包括一误差放大网络，所述误差放大网络包括：一具有第一增益的第一补偿电路和一具有第二增益的第二补偿电路，用于将所述第一补偿电路输出的第一信号和所述第二补偿电路输出的第二信号叠加后作为输出的误差放大信号；
所述第一补偿电路包括：
高增益误差放大器，用于对一基准电压与一采样自所述降压型变换电路的输出端的电压反馈信号进行比较得到一第一误差放大信号；
高通滤波网络，连接所述高增益误差放大器，用于对所述第一误差放大信号进行高通滤波处理得到所述第一信号；
所述第二补偿电路包括：
低增益误差放大器，用于对一基准电压与一采样自所述降压型变换电路的输出端的电压反馈信号进行比较得到一第二误差放大信号；
低通滤波网络，连接所述低增益误差放大器，用于对所述第二误差放大信号进行低通滤波处理得到所述第二信号。
2.根据权利要求1所述的改善负载调整率的低功耗降压型变换电路，其特征在于，所述第一增益高于所述第二增益。
3.根据权利要求1所述的改善负载调整率的低功耗降压型变换电路，其特征在于，所述高通滤波网络包括：一第一电容和一第一电阻；
所述第一电容的一端连接所述高增益误差放大器的输出端；所述第一电容的一端通过所述第一电阻接地，用以输出所述第一信号。
4.根据权利要求1所述的改善负载调整率的低功耗降压型变换电路，其特征在于，所述低通滤波网络包括：一第二电容和一第二电阻；
所述第二电阻的一端连接所述低增益误差放大器的输出端；所述第二电阻的一端通过所述第二电容接地，用以输出所述第二信号。
5.根据权利要求1所述的改善负载调整率的低功耗降压型变换电路，其特征在于，还包括：
一使能控制电路，连接所述第一补偿电路，用于对一采样自所述工作电路的电流检测信号和一基准电压进行比较，产生一使能控制信号，并根据所述使能控制信号使能控制所述第一补偿电路。
6.根据权利要求1所述的改善负载调整率的低功耗降压型变换电路，其特征在于，所述控制电路还包括：
一比较器，用于对所述误差放大信号与一采样自所述工作电路的电流检测信号进行比较，产生一比较信号；
一调制器，连接所述比较器，于一时钟信号作用下所述比较信号产生所述脉冲宽度调制信号或所述脉冲频率调制信号。
7.根据权利要求1所述的改善负载调整率的低功耗降压型变换电路，其特征在于，还包括连接于所述误差放大网络的输出端和接地端之间的一电容电阻支路，电容电阻支路包括串联连接的一第三电阻和一第三电容。
8.根据权利要求1所述的改善负载调整率的低功耗降压型变换电路，其特征在于，所述工作电路包括：
充电控制支路，连接于一接地端与一交汇结点之间；
充放电支路，连接于一输入端和所述交汇结点之间；
放电控制支路，连接于所述交汇结点与所述输出端之间；
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端放电。
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