CN117175903A - 提高dc/dc转换器响应速度的控制电路和方法 - Google Patents

Abstract

一种提高DC/DC转换器响应速度的控制电路和方法，该控制电路包括：下跌检测模块，用于检测DC/DC转换器的输出电压的下跌，并在检测到输出电压下跌时产生下跌指示信号；切换指示模块，连接至下跌检测模块和时钟模块，用于在接收到所述下跌指示信号且未接收到时钟信号时，输出具有第一逻辑值的切换指示信号，否则输出具有第二逻辑值的切换指示信号；调制信号产生模块，连接至切换指示模块，用于响应于具有第一逻辑值的切换指示信号产生第一开关调制信号，且响应于具有第二逻辑值的切换指示信号产生第二开关调制信号。本发明能够有效地降低DC/DC变换器在低功耗的轻载模式下负载突然切换到重载时的输出下冲，并减少切换过程所需的时延。

Description

提高DC/DC转换器响应速度的控制电路和方法

技术领域

本发明涉及电子电路领域，具体涉及一种提高DC/DC转换器响应速度的控制电路和方法。

背景技术

DC/DC转换器通常用于开关电源芯片，其利用电容、电感的储能的特性，通过可控开关(MOSFET等)进行高频开关的动作，将输入的电能储存在电容(感)里，当开关断开时，电能再释放给负载，提供能量。开关电源可以用于升压和降压。

传统固定频率的降压DC/DC转换器(buck电路)的在轻载的时候，为了减小静态电流，可以使降压DC/DC转换器进入休眠状态。进入休眠状态包括需要关闭部分模块，比如时钟模块；以及将部分模块的静态电流减小，例如带隙基准模块BG、偏置电流模块BIAS，误差放大器模块EA等，以提高轻载效率。但是在该种休眠状态的模式下，如果负载突然切换到重载，由于退出休眠状态后到CLK模块重新建立需要一定时间，以及BG模块、BIAS模块、EA模块从小功耗切换到正常功耗，需要建立时间，在这些建立时间内，输出将下跌，导致严重的输出下冲(undershoot)，导致切换过程需要经历较长的时延。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种提高DC/DC转换器响应速度的控制电路和方法，以有效地降低DC/DC变换器在低功耗的轻载模式下负载突然切换到重载时的输出下冲，并减少切换过程所需的时延。

本发明采用如下的技术方案。

根据本发明的第一方面，提供一种提高DC/DC转换器响应速度的控制电路。所述控制电路包括：下跌检测模块，用于检测DC/DC转换器的输出电压的下跌，在检测到输出电压下跌时产生下跌指示信号；切换指示模块，连接到下跌检测模块和时钟模块，用于在接收到所述下跌指示信号且未接收到时钟模块的时钟信号时，输出具有第一逻辑值的切换指示信号，否则输出具有第二逻辑值的切换指示信号；调制信号产生模块，连接到所述切换指示模块，用于响应于具有第一逻辑值的切换指示信号产生第一开关调制信号，且响应于具有第二逻辑值的切换指示信号产生第二开关调制信号；其中，DC/DC转换器的第一开关管和第二开关管的驱动信号是基于第一开关调制信号或第二开关调制信号产生的。

进一步的，所述控制电路还包括：休眠控制模块，用于在接收到所述下跌指示信号时，产生指示退出休眠状态的休眠退出信号；其中，在休眠退出信号产生后的预定时间内，时钟模块不输出时钟信号。

进一步的，所述休眠控制模块包括：或门，所述或门的一个输入端用于接收所述下跌指示信号，所述或门的另一个输入端用于接收所述DC/DC转换器的PFM信号，所述或门的输出端用于输出所述休眠退出信号；所述PFM信号是基于DC/DC转换器的输出反馈电压并经由误差放大器和第一比较器得到的；所述误差放大器的正相输入端和反相输入端分别连接到第一参考电压(Vref1)和输出反馈电压；所述第一比较器的正相输入端和反相输入端分别连接到所述误差放大器的输出端和第二参考电压(Vref2)，所述第一比较器的输出端输出所述PFM信号。

进一步的，所述切换指示模块包括：第一触发器，所述第一触发器的复位端用于接收所述时钟信号，所述第一触发器的clk端用于接收所述下跌指示信号，所述第一触发器的输入端用于接收DC/DC转换器的内部电源高电位信号VDD；第一与门，所述第一与门的一个输入端用于接收所述下跌指示信号，所述第一与门的另一输入端用于连接至所述第一触发器的输出端，所述第一与门的输出端用于输出所述切换指示信号。

进一步的，所述调制信号产生模块包括：第一启停控制单元，用于根据所述具有第一逻辑值的切换指示信号，产生第一开关调制信号；第二启停控制单元，用于根据所述DC/DC转换器的PWM信号和时钟信号产生第二开关调制信号；所述PWM信号是基于DC/DC转换器的输出反馈电压和第一参考电压(Vref1)得到的；信号选择单元，用于响应于具有第一逻辑值的切换指示信号选择所述第一开关调制信号作为最终调制信号，且响应于具有第二逻辑值的切换指示信号选择所述第二开关调制信号作为最终调制信号。

进一步的，所述第一启停控制单元包括：固定导通时间产生电路，用于根据接收的所述切换指示信号以及所述DC/DC转换器的输入电压信号和输出电压信号以产生第一启停控制信号；固定截止时间产生电路，用于根据接收的所述切换指示信号以及所述DC/DC转换器的输入电压信号和输出电压信号产生第二启停控制信号；第一占空比产生电路，用于根据第一控制信号产生所述第一开关调制信号；其中，所述第一启停控制信号和所述第二启停控制信号组成所述第一控制信号。

进一步的，所述第一启停控制单元包括：固定导通时间产生电路，用于接收所述切换指示信号、所述DC/DC转换器的输入电压信号和输出电压信号以输出所述第一控制信号；第一占空比产生电路，用于根据所述第一控制信号和电感电流过零检测模块输出的电流过零指示信号产生所述第一开关调制信号。

进一步的，所述第一启停控制单元包括：比较器，用于将电流感测模块的输出与参考值进行比较以产生比较信号；所述电流感测模块用于检测所述DC/DC转换器的第一开关管的电流；第二与门，所述第二与门的一个输入端用于接收所述比较信号，另一输入端用于接收所述切换指示信号，所述第二与门的输出端输出所述第一控制信号；第一占空比产生电路，用于根据所述第一控制信号和电感电流过零检测模块输出的电流过零指示信号产生所述第一开关调制信号。

进一步的，所述第二启停控制单元包括：第二触发器，所述第二触发器的输入端接收PWM信号，所述第二触发器的复位端接收所述时钟信号，所述第二触发器的输出端输出所述第二控制信号；第二占空比产生单元，用于根据所述第二控制信号产生所述第二开关调制信号。

根据本发明的第二方面，提供一种提高DC/DC转换器响应速度的控制方法。该控制方法包括如下步骤：(1)检测DC/DC转换器的输出电压的下跌，在检测到输出电压下跌时产生下跌指示信号；(2)在接收到所述下跌指示信号且未接收到时钟信号时，输出具有第一逻辑值的切换指示信号，否则输出具有第二逻辑值的切换指示信号；(3)响应于具有第一逻辑值的切换指示信号产生第一开关调制信号，且响应于具有第二逻辑值的切换指示信号产生第二开关调制信号；其中，DC/DC转换器的第一开关管和第二开关管的驱动信号是基于第一开关调制信号或第二开关调制信号产生的。

进一步的，该控制方法还包括如下步骤：(4)在接收到所述下跌指示信号时，产生指示退出休眠状态的退出信号；其中，在所述休眠退出信号产生后的预定时间内，时钟模块不输出时钟信号。

进一步的，步骤(4)还包括：将所述下跌指示信号和PFM信号进行逻辑或的操作，以得到所述休眠退出信号；；所述PFM信号是基于DC/DC转换器的输出反馈电压并经由误差放大器和第一比较器得到的；所述误差放大器的正相输入端和反相输入端分别连接到第一参考电压(Vref1)和输出反馈电压；所述第一比较器的正相输入端和反相输入端分别连接到所述误差放大器的输出端和第二参考电压(Vref2)，所述第一比较器的输出端输出所述PFM信号。

进一步的，步骤(2)还包括：基于所述时钟信号生成状态指示信号，并对所述状态指示信号和所述下跌指示信号进行逻辑与操作，以得到所述切换指示信号。

进一步的，步骤(3)还包括：根据所述具有第一逻辑值的切换指示信号以及所述DC/DC转换器的输入电压和输出电压，产生第一开关调制信号；根据PWM信号和时钟信号产生第二开关调制信号；所述PWM信号是基于DC/DC转换器的输出反馈电压和第一参考电压(Vref1)得到的；响应于具有第一逻辑值的切换指示信号选择所述第一开关调制信号作为最终调制信号，且响应于具有第二逻辑值的切换指示信号选择所述第二开关调制信号作为最终调制信号。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比：通过设置用于检测输出电压下跌并产生下跌指示信号的下跌检测电路，在检测到输出电压下跌时通过该下跌指示信号使DC/DC转换器强制退出休眠状态，可以使DC/DC转换器更快地退出休眠状态，而不必等PFM信号指示退出休眠状态后再退出；同时，在输出电压下跌且未接收到时钟信号的初始下跌阶段，输出具有第一逻辑值的切换指示信号，以根据该切换指示信号产生控制DC/DC转换器的两个开关管的开关调制信号，可以使电感电流快速上升，而无需等到时钟信号恢复正常后再使电感电流上升，从而能够有效地降低DC/DC转换器在低功耗的轻载模式下负载突然切换到重载时的输出下冲，并减少切换过程所需的时延。

附图说明

图1是现有技术中传统降压DC/DC转换器的电路结构示意图。

图2是现有技术中传统降压DC/DC转换器在轻载模式和负载切换模式下的时序图。

图3是包括本发明实施例1中提高DC/DC转换器响应速度的控制电路的降压DC/DC转换器的电路结构示意图。

图4是包括本发明实施例2中提高DC/DC转换器响应速度的控制电路的降压DC/DC转换器的电路结构示意图。

图5是包括本发明实施例3中提高DC/DC转换器响应速度的控制电路的降压DC/DC转换器的电路结构示意图。

图6是包括本发明实施例1中提高DC/DC转换器响应速度的控制电路的降压DC/DC转换器在轻载模式和负载切换模式下的时序图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。本申请所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部实施例。基于本发明精神，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的有所其它实施例，都属于本发明的保护范围。

图1为现有技术中传统降压DC/DC转换器的电路结构示意图。具体地，如图1所示，现有技术中传统降压DC/DC转换器包括：功率级电路和控制电路。

功率级电路包括：第一开关管Q1、第二开关管Q2、功率电感L和输出电容C。

其中，第一开关管Q1的漏极连接输入电压VIN，其源极连接第二开关管Q2的漏极和功率电感L的一端，第二开关管Q2的源极接地；功率电感L的另一端作为输出端以输出电压VOUT，并通过输出电容C1后接地。

控制电路包括：输出分压模块、带隙基准模块BG、误差放大器EA、电流感测模块sense、斜坡补偿模块slop、第一比较器COMP1、第二比较器COMP2、电感电流过零检测模块、RS触发器、占空比产生电路、放大器电容C2和逻辑驱动模块。各模块的功能和连接关系介绍如下：

输出分压模块用于对输出电压VOUT进行分压以输出反馈电压FB。具体地，输出分压模块可包括串联连接在输出端和接地端之间的第一分压电阻R1和第二分压电阻R2，输出反馈电压FB从R1和R2之间的连接点处引出。

带隙基准模块BG用于提供第一参考电压Vref1。

误差放大器EA用于将输出反馈电压FB和Vref1进行比较，误差放大器EA的输出端经由放大器电容C2接地。具体的，误差放大器EA的正相输入端连接第一参考电压Vref1，反相输入端连接输出反馈电压FB，输出为电压Vea。

电流感测模块sense用于感测第一开关管Q1的源漏电流，并输出感测电压信号Vsense。

谐波补偿模块slop用于防止当占空比大于50％时，发生谐波振荡，其输出与Vsense求和后连接至第二比较器COMP2的负极输入端。

第一比较器COMP1用于将误差放大器EA输出的电压Vea和第二参考电压Vref2进行比较，输出脉冲频率调制信号PFM。

第二比较器COMP2用于将谐波补偿后的感测电压信号(即，谐波补偿模块slop输出的电压和电流感测模块sense输出的感测电压Vsense之和)与误差放大器EA输出的电压Vea进行比较，输出脉冲宽度调制信号PWM。

电感电流过零检测模块用于检测流过电感L的电流是否小于0。需要说明的是，电感L上的正向电流通常是指从DC/DC转换器的输入端流向输出端方向的电流。因此，如果流过电感L的电流小于0，则说明电感L上的电流是负方向，即从输出端流向输入端。

RS触发器的S端连接PWM信号，R端连接时钟信号，Q端作为输出端。RS触发器例如可以设置为在时钟信号的上升沿将PWM信号从Q端输出。

占空比产生电路连接至RS触发器和电感电流过零检测电路，使得该占空比产生电路在电感电流过零检测电路的输出指示电感L上的电流为正向时，使占空比产生电路根据RS触发器输出的PWM信号产生开关调制信号。

逻辑驱动模块连接到占空比产生电路的输出端、第一比较器COMP1的输出端，设置为根据RS触发器输出的PWM信号和电感电流过零检测电路输出的信号产生第一驱动信号DR_Q1和第二驱动信号DR_Q2，以分别控制第一开关管Q1和第二开关管Q2的栅极，从而控制第一开关管Q1和第二开关管Q2的导通和关断。逻辑驱动模块还连接到第一比较器COMP1的输出端，以根据第一比较器COMP1输出的脉冲频率调制信号PFM控制DC/DC转换器进入或退出休眠状态(轻载状态)。具体而言，PFM信号相当于一个使能信号。例如，当PFM为低电平“0”时，逻辑驱动模块控制DC/DC转换器进入休眠状态，使Q1和Q2同时关断或截止，并使时钟模块关闭，减小带隙基准模块BG、偏置电流模块BIAS，误差放大器模块EA等的静态电流；当PFM为高电平“1”时，逻辑驱动模块控制DC/DC转换器退出休眠状态，时钟模块打开，其他各模块恢复正常，从而可以根据PWM信号对第一驱动信号DR_Q1和第二驱动信号DR_Q2进行调控，以控制Q1和Q2的导通和关断。如图2，传统降压DC/DC转换器在进入轻载工作模式时会经历如下变化：在轻载时，反馈电压FB大于第一参考电压Vref1，误差放大器EA的输出Vea将下降到小于Vref2，使得PFM信号(pulse frequency modulation，脉冲频率调制，功率因数)为低，系统进入休眠模式，从而关闭时钟模块，进而使误差放大器EA、带隙基准模块BG、各比较器的偏置电流模块BIAS(图中未示出)进入小电流模式；当变压器的负载从轻载切换回正常负载时，反馈电压FB下跌到第一参考电压Vref1以下，EA的输出Vea将上升到大于Vref2，使得PFM信号为高，系统退出休眠模式，从而打开时钟模块，进而使得误差放大器EA、带隙基准模块BG、各比较器的偏置电流模块BIAS进入正常工作电流。

然而，从系统退出休眠模式到各模块进入正常工作电流需要一个过程，这是因为：

1、因为误差放大器EA在轻载模式时，处于小电流模式，Vea上升到超过第二参考电压Vref2需要时间，导致从输出电压Vout的反馈电压FB下跌到第一参考电压Vref1以下的状态到脉冲频率调制信号PFM为高的状态，有一个第一延时时间delay1；

2、从脉冲频率调制信号PFM信号变高之后，到带隙基准模块BG、各比较器的偏置电流模块BIAS模块开始进入正常工作电流且时钟模块正常工作之间存在一个第二延时时间delay2；

3、时钟模块正常工作之后，系统开始工作，电感电流开始上升，然而Vea输出接大电容C2，上升需要时间，导致前面几个周期电感电流上升比较慢，该电感电流上升较慢的阶段在此定义为第三延时时间delay3。

这三个原因导致严重的输出下冲。

为了降低输出下冲程度，提高负载切换时的响应速度，本发明提供了一种提高DC/DC转换器响应速度的控制电路和方法。以下通过各实施例对本发明的具体内容进行详细说明。

实施例1

如图3，基于上述现有技术中介绍的DC/DC转换器，实施例1提供了一种提高DC/DC转换器响应速度的控制电路。该控制电路包括：下跌检测模块110、切换指示模块120、调制信号产生模块130。

其中，下跌检测模块110用于检测DC/DC转换器的输出电压VOUT的下跌，并在输出电压VOUT下跌时产生下跌指示信号Vo_det。切换指示模块120连接到下跌检测模块和DC/DC转换器的时钟模块(图中未示出)，用于在接收到所述下跌指示信号Vo_det且未接收到时钟模块输出的时钟信号时，输出具有第一逻辑值的切换指示信号loadtran，否则输出具有第二逻辑值的切换指示信号loadtran。调制信号产生模块130连接到切换指示模块120和DC/DC转换器的逻辑驱动模块，用于响应于具有第一逻辑值的切换指示信号loadtran产生第一开关调制信号发送至逻辑驱动模块，且响应于具有第二逻辑值的切换指示信号loadtran产生第二开关调制信号发送至逻辑驱动模块。其中，逻辑驱动模块基于第一开关调制信号或第二开关调制信号产生DC/DC转换器的第一开关管Q1的驱动信号DR_Q1和第二开关管Q2的驱动信号DR_Q2。

具体而言，下跌指示信号Vo_det可以根据输出反馈电压FB的绝对值来产生。例如，当输出反馈电压FB的绝对值小于预定值时，下跌检测模块110输出高电平以指示输出电压VOUT下跌；反之，当输出反馈电压FB的绝对值大于或等于预定值时，下跌检测模块110输出低电平以指示输出电压VOUT未下跌。下跌检测模块110输出的该高电平信号即为下跌指示信号Vo_det。可替代地，在其他实施例中，也可以根据电路实际需求将下跌指示信号Vo_det设置为低电平信号。

本实施例中，具有第一逻辑值的切换指示信号可以对应高电平“1”的切换指示信号，具有第二逻辑值的切换指示信号对应低电平“0”的切换指示信号。但应当理解，在其他实施例中，也可以根据实际需要进行其他设置以满足其所要实现的功能。

进一步地，上述控制电路还包括休眠控制模块140。该休眠控制模块140连接至下跌检测模块110，用于在接收到指示输出电压下跌的输出检测信号Vo_det时，产生指示退出休眠状态的休眠退出信号PFM1。其中，在休眠退出信号产生后的预定时间内，时钟模块不输出时钟信号CLK，这是因为休眠退出信号被逻辑驱动模块接收并作用于时钟模块需要一定的时延。

在本实施例中，该休眠控制模块140包括或门。该或门的一个输入端连接至下跌检测模块110的输出端，另一个输入端用于接收DC/DC转换器的PFM信号，该或门的输出端用于输出休眠退出信号PFM1。其中，PFM信号是基于DC/DC转换器的输出反馈电压FB并经由误差放大器EA和第一比较器COMP1得到的。误差放大器EA的正相输入端和反相输入端分别连接到第一参考电压Vref1和输出反馈电压FB。第一比较器COMP1的正相输入端和反相输入端分别连接到误差放大器EA的输出端和第二参考电压Vref2，第一比较器COMP1的输出端输出该PFM信号。如此一来，当下跌检测模块110产生下跌指示信号Vo_det或PFM信号指示退出休眠状态时，此时本实施例中Vo_det和PFM均对应高电平，因此PFM1也为高电平，逻辑驱动模块使DC/DC转换器的退出休眠状态。

在本实施例中，切换指示模块120包括第一触发器121和第一与门122。

第一触发器121的复位端Reset用于接收时钟信号，第一触发器121的clk端用于接收来自下跌检测模块110的下跌指示信号Vo_det，第一触发器121的输入端D用于接收内部电源高电位信号VDD，第一触发器121的输出端Q用于输出状态指示信号S。

第一与门122的一个输入端用于接收来自下跌检测模块110的输出检测信号Vo_det，第一与门122的另一输入端连接至第一触发器121的输出端，第一与门122的输出端用于输出切换指示信号loadtran。

其中，本实施例中，第一触发器121为D触发器。但本发明并不限于此，在本发明替代的实施例中，第一触发器121还可以是RS触发器、T触发器或JK触发器。

通过第一与门122，可以将输出检测信号Vo_det和状态指示信号S相与，从而在输出检测信号Vo_det指示输出电压VOUT下跌且状态指示信号S指示未接收到时钟信号CLK时，输出具有第一逻辑值(例如“1”)的切换指示信号loadtran，否则输出具有第二逻辑值(例如“0”)的切换指示信号loadtran。

在本实施例中，调制信号产生模块130包括第一启停控制单元、第二启停控制单元和信号选择单元。

第一启停控制单元用于响应于具有第一逻辑值的切换指示信号loadtran以及DC/DC转换器的输入电压VIN和输出电压VOUT，产生第一开关调制信号。

第二启停控制单元用于根据PWM信号和时钟信号CLK产生第二开关调制信号。其中，PWM信号是基于DC/DC转换器的输出反馈电压FB和第一参考电压Vref1得到的。作为一种PWM信号的可能产生方式，可将误差放大器EA的正相输入端和反相输入端分别连接到第一参考电压Vref1和输出反馈电压FB，将第二比较器的正相输入端和反相输入端分别连接到误差放大器EA的输出端和谐波补偿后的感测电压信号(即，谐波补偿模块slop输出的电压和电流感测模块sense输出的感测电压Vsense之和)，则第二比较器的输出端输出该PWM信号。感测电压信号Vsense从电流感测模块输出，所述电流感测模块的输入端连接至所述第一开关管Q1的漏极。需要说明的是，上述PWM信号的产生方式为峰值电流模式，但PWM信号还可基于输出反馈电压FB和第一参考电压Vref1通过其他模式产生，如电压控制模式，平均电流控制模式等。

信号选择单元用于响应于具有第一逻辑值的切换指示信号loadtran选择第一开关调制信号作为最终调制信号，且响应于具有第二逻辑值的切换指示信号loadtran选择所述第二开关调制信号作为最终调制信号。

进一步的，第一启停控制单元和第二启停控制单元均连接到电感电流过零检测模块的输出端，以在来自电感电流过零检测模块的电感电流过零检测信号指示电感电流小于0(即电感电流的方向为负方向)时，使产生的开关调制信号能够确保DC/DC转换器的第二开关管Q2处于截止状态，从而避免电感电流小于0。

在本实施例中，第一启停控制单元包括固定导通时间产生电路、固定截止时间产生电路和第一占空比产生电路。

固定导通时间产生电路分别连接至切换指示模块120、固定截止时间产生电路、DC/DC转换器的输入电压信号VIN和输出电压信号VOUT、第一占空比产生电路。固定导通时间产生电路用于根据切换指示信号loadtran、固定截止时间产生电路的输出以及DC/DC转换器的输入电压信号VIN和输出电压信号VOUT产生第一启停控制信号并输出至第一占空比产生电路。

固定截止时间产生电路分别连接至切换指示模块120、固定导通时间产生电路、DC/DC转换器的输入电压信号VIN和输出电压信号VOUT、第一占空比产生电路。固定导通时间产生电路用于根据切换指示信号loadtran、固定截止时间产生电路的输出以及DC/DC转换器的输入电压信号VIN和输出电压信号VOUT产生第二启停控制信号并输出至第一占空比产生电路。

固定导通时间产生电路产生的第一启停控制信号可用于控制第一开关管Q1的固定导通时间Ton，固定截止时间产生电路产生的该第二启停控制信号可用于控制第二开关管Q2的固定导通时间Toff。同时，由于固定导通时间产生电路和固定截止时间产生电路的输出端互相连接到彼此的输入端，可以使固定导通时间Ton和固定截止时间Toff交替产生。

上述第一启停控制信号和上述第二启停控制信号组成第一控制信号。第一占空比产生电路分别接收第一启停控制信号和第二启停控制信号，以产生第一开关调制信号。

在本实施例中，第二启停控制单元包括第二触发器和第二占空比产生电路。

第二触发器的输入端S接收PWM信号，复位端R接收时钟信号CLK，输出端Q输出第二控制信号。

第二占空比产生电路用于根据第二控制信号产生第二开关调制信号。

此外，第一和第二占空比产生电路还接收电感电流过零检测模块输出的电感电流过零指示信号。该电感电流过零指示信号的优先级高于第一或第二启停控制信号。例如，一旦电感电流过零指示信号指示电感电流小于0(即电感电流为负方向)时，第一或第二占空比产生电路将产生具有特定占空比的第一或第二开关调制信号，以控制DC/DC转换器的第二开关管Q2处于截止状态，从而避免电感电流小于0。只有当电感电流过零指示信号指示电感电流不小于0(即电感电流不为负方向)时，第一或第二占空比产生电路才根据接收到的第一或第二启停控制信号产生相应的第一或第二开关调制信号。

包含上述提高DC/DC转换器响应速度的控制电路的DC/DC转换器的工作原理如下：

在轻载的时候，当DC/DC转换器的输出反馈电压FB＞第一参考电压Vref1，且误差放大器EA的输出电压Vea下降到＜第二参考电压Vref2时，脉冲频率调制信号PFM为低，逻辑驱动模块接收到为低的脉冲频率调制信号PFM信号后，控制系统进入休眠模式，关闭时钟模块，使得误差放大器EA、基准带隙模块BG、各比较器的偏置电流模块BIAS进入小电流模式(即休眠模式)；当输出下跌到参考值以下，Vea上升到＞第二参考电压Vref2，脉冲频率调制信号PFM为高，系统退出休眠模式。此时，将打开时钟模块、误差放大器EA和基准带隙模块BG，各比较器的电流偏置模块BIAS正常工作，该过程需要一个建立时间，在脉冲频率调制信号PFM为高到时钟模块产生的时钟信号CLK正常建立之前存在一个延迟时间delay，delay之后，系统开始工作，电感电流开始上升。

可见，本实施例中，当脉冲频率调制信号PFM为低时，负载突然切换到重载，为了防止输出下跌进行了如下改进：

1、增加下跌检测电路，当输出电压VOUT下跌到一定值时，输出检测信号Vo_det为高，则强制脉冲频率调制信号PFM为高，则系统开始使误差放大器EA、各比较器的电流偏置模块BIAS、基准带隙模块BG、时钟模块工作；跳过了传统架构需要Vea＞第二参考电压Vref2之后，脉冲频率调制信号PFM才变高；减小了这部分的延迟时间；

2、当下跌检测电路产生下跌指示信号Vo_det时，由于时钟信号模块产生的时钟信号CLK还依然为0，则状态指示信号S为1，切换指示信号loadtran为1，由此激活固定导通时间产生电路和固定截止时间产生电路；此时系统将由固定导通时间产生电路决定第一开关管Q1的开启时间Ton，Ton结束后，第一开关管Q1关闭，打开第二开关管Q2，固定截止时间产生模块决定Q2的开始时间Toff，Toff结束后，又开启第一开关管Q1，如此重复；并且可以根据DC/DC转换器的输入电压VIN和输出电压VOUT自定义固定导通时间产生电路和固定截止时间产生电路对应的时间Ton和Toff，使得电感电流快速上升；而传统架构，在时钟信号CLK为0时，不会开启第一开关管Q1，即使等到时钟信号CLK为1，电感电流想要快速上升，还取决于误差放大器EA的输出Vea电压的上升速度；

3、当时钟信号CLK第一个时钟周期来临后，状态指示信号S被置为0，切换指示信号loadtran为0，关闭固定导通时间产生电路和固定截止时间产生电路，时钟模块将接手系统控制，时钟信号CLK上升沿开启第一开关管Q1，第二比较器COMP2输出的脉冲宽度调制信号PWM决定第一开关管Q1的关闭时间。而此时误差放大器EA的输出Vea已经上升到一定的电压，电感电流继续增大；直到输出稳定。

实施例2

实施例2提供了一种提高DC/DC转换器响应速度的控制电路的另一可能实现方式。

如图4，实施例2与实施例1的不同之处也仅在于第一启停控制单元。在实施例3中，第一启停控制单元包括固定导通时间产生电路Ton和第一占空比产生电路。

该固定导通时间产生电路用于接收切换指示信号loadtran、DC/DC转换器的输入电压信号VIN和输出电压信号VOUT，以输出第一控制信号至第一占空比产生电路。该第一控制信号可以指示第一开关管Q1的开启时间Ton。

与实施例1类似，实施例2中的第一占空比产生电路也连接至电感电流过零感测模块，以在电感电流感测信号指示电感电流小于0(即电感电流为负方向)时，产生特定占空比的第一开关调制信号，确保第二开关管Q2处于截止状态，从而避免电感电流小于0；且在电感电流感测信号指示电感电流不小于0(即电感电流不为负方向)时，根据第一控制信号产生第一开关调制信号。

与实施例1相比，在本实施例中仍然保留固定导通时间产生电路，但去除了固定截止时间产生电路。固定截止时间产生电路的功能由电感电流过零检测模块实现。如此一来，第一开关管Q1开启之后，将会导通固定导通时间Ton，此时关闭第一开关管Q1，打开第二开关管Q2，然后当电感电流过零检测单元检测到电感电流放到0后，再开启第一开关管Q1，如此反复，从而实现在下跌检测模块输出下跌指示信号且时钟模块还未开始正常产生时钟信号时，通过该第一启停控制单元产生第一控制信号，进而使第一占空比产生单元产生第一开关调制信号，从而使电感电流快速上升，以有效地降低DC/DC变换器在低功耗的轻载模式下负载突然切换到重载时的输出下冲，并减少切换过程所需的时延。

实施例3

实施例3提供了一种提高DC/DC转换器响应速度的控制电路的另一可能实现方式。

如图5，实施例3与实施例1和2的不同之处仅在于第一启停控制单元。在实施例2中，第一启停控制单元包括第三比较器COMP3、第二与门和第一占空比产生电路。

第三比较器COMP3的正输入端连接至电流感测模块sense输出端以接收感测电压信号Vsense，负输入端接收第三参考电压Vref3。

第二与门的一个输入端连接至第三比较器COMP3的输出端，另一输入端连接至切换指示模块120，以用于接收切换指示信号loadtran，输出端输出第一控制信号至第一占空比产生电路。

与实施例1和2类似，实施例2中的第一占空比产生电路也连接至电感电流过零感测模块，以在电感电流感测信号指示电感电流小于0(即电感电流为负方向)时，产生特定占空比的第一开关调制信号，确保第二开关管Q2处于截止状态，从而避免电感电流小于0；且在电感电流感测信号指示电感电流不小于0(即电感电流不为负方向)时，根据第一控制信号产生第一开关调制信号。

与实施例1相比，在本实施例中，去除了固定导通时间产生电路和固定截止时间产生电路。与实施例2类似，实施例3中固定截止时间产生电路的功能由电感电流过零检测模块实现。作为固定导通时间产生电路的替换，实施例3中的第三比较器COMP3和第二与门可以起到产生固定峰值电流的作用。具体而言，在第一开关管Q1开启之后，Q1的源漏电流将逐渐增大到固定的峰值(这个峰值可以根据调节第三参考电压Vref3来设定)，达到峰值后，第三比较器COMP3的输出翻转，使得逻辑驱动模块关闭Q1打开Q2，然后电感电流逐渐减小到0，使得逻辑驱动模块再开启Q1，如此反复，从而实现在下跌检测模块产生下跌指示信号且时钟模块还未开始正常产生时钟信号时，通过该第一启停控制单元产生第一控制信号，进而使第一占空比产生电路产生第一开关调制信号，从而使电感电流快速上升，以有效地降低DC/DC变换器在低功耗的轻载模式下负载突然切换到重载时的输出下冲，并减少切换过程所需的时延。

实施例4

本发明实施例4提供了一种提高DC/DC转换器响应速度的控制方法。该方法包括如下步骤：

步骤401，检测DC/DC转换器的输出电压的下跌，在检测到输出电压下跌时产生下跌指示信号；

步骤402，在接收到所述下跌指示信号指示所述输出反馈电压小于所述预定值且未接收到时钟信号时，输出具有第一逻辑值的切换指示信号，否则输出具有第二逻辑值的切换指示信号；

步骤403，响应于具有第一逻辑值的切换指示信号产生第一开关调制信号，且响应于具有第二逻辑值的切换指示信号产生第二开关调制信号。其中，所述DC/DC转换器的第一开关管和第二开关管的驱动信号是基于所述第一开关调制信号或所述第二开关调制信号产生的。

进一步的，上述控制方法还包括步骤404：在接收到所述下跌指示信号时，产生指示退出休眠状态的休眠退出信号；其中，在所述休眠退出信号产生后的预定时间内，时钟模块不输出时钟信号。

进一步的，步骤404还包括：将所述下跌指示信号和PFM信号进行逻辑或的操作，以得到所述休眠退出信号。其中，PFM信号是基于DC/DC转换器的输出反馈电压FB并经由误差放大器EA和第一比较器COMP1得到的。误差放大器EA的正相输入端和反相输入端分别连接到第一参考电压Vref1和输出反馈电压FB。第一比较器COMP1的正相输入端和反相输入端分别连接到误差放大器EA的输出端和第二参考电压Vref2，第一比较器COMP1的输出端输出该PFM信号。如此一来，当下跌检测模块110产生下跌指示信号Vo_det或PFM信号指示退出休眠状态时，此时本实施例中Vo_det和PFM均对应高电平，因此PFM1也为高电平，逻辑驱动模块使DC/DC转换器的退出休眠状态。

进一步的，步骤402还包括：基于所述时钟信号生成状态指示信号，并对所述状态指示信号和所述下跌指示信号进行逻辑与操作，以得到所述切换指示信号。

进一步的，步骤403还包括：根据所述具有第一逻辑值的切换指示信号，产生第一开关调制信号；根据PWM信号和时钟信号产生第二开关调制信号，所述PWM信号是基于DC/DC转换器的输出反馈电压和第一参考电压(Vref1)得到的；响应于具有第一逻辑值的切换指示信号选择所述第一开关调制信号作为最终调制信号，且响应于具有第二逻辑值的切换指示信号选择所述第二开关调制信号作为最终调制信号。

其中，作为一种PWM信号的可能产生方式，可以使误差放大器EA的正相输入端和反相输入端分别连接到第一参考电压Vref1和输出反馈电压FB，使第二比较器的正相输入端和反相输入端分别连接到误差放大器EA的输出端和谐波补偿后的感测电压信号(即，谐波补偿模块slop输出的电压和电流感测模块sense输出的感测电压Vsense之和)，则第二比较器的输出端输出该PWM信号。其中，感测电压信号Vsense从电流感测模块输出，所述电流感测模块的输入端连接至所述第一开关管Q1的漏极。上述PWM信号的产生方式为峰值电流模式，可替代的，PWM信号还可基于输出反馈电压FB和第一参考电压Vref1通过其他模式产生，如电压控制模式，平均电流控制模式等。

综上，本发明的有益效果在于，与现有技术相比，通过设置用于检测输出电压下跌并产生下跌指示信号的下跌检测电路，在检测到输出电压下跌时通过该下跌指示信号使DC/DC转换器强制退出休眠状态，可以使DC/DC转换器更快地退出休眠状态，而不必等PFM信号指示退出休眠状态再退出；同时，切换指示模块在输出电压下跌且未接收到时钟信号的初始下跌阶段，输出具有第一逻辑值的切换指示信号，以根据该切换指示信号产生控制DC/DC转换器的两个开关管的开关调制信号，可以使电感电流快速上升，而无需等到时钟信号恢复正常后再使电感电流上升，从而能够有效地降低DC/DC转换器在低功耗的轻载模式下负载突然切换到重载时的输出下冲，并减少切换过程所需的时延。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (13)

1.一种提高DC/DC转换器响应速度的控制电路，其特征在于，所述控制电路包括：

下跌检测模块，用于检测DC/DC转换器的输出电压的下跌，在检测到输出电压下跌时产生下跌指示信号；

切换指示模块，连接到所述下跌检测模块和时钟模块，用于在接收到所述下跌指示信号且未接收到时钟模块的时钟信号时，输出具有第一逻辑值的切换指示信号，否则输出具有第二逻辑值的切换指示信号；

调制信号产生模块，连接到所述切换指示模块，用于响应于具有第一逻辑值的切换指示信号产生第一开关调制信号，且响应于具有第二逻辑值的切换指示信号产生第二开关调制信号；其中，所述DC/DC转换器的第一开关管和第二开关管的驱动信号是基于所述第一开关调制信号或所述第二开关调制信号产生的。

2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，还包括：

休眠控制模块，连接到所述下跌检测模块，用于在接收到所述下跌指示信号时，产生指示退出休眠状态的休眠退出信号；其中，在所述休眠退出信号产生后的预定时间内，时钟模块不输出时钟信号。

3.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述休眠控制模块包括：

或门，所述或门的一个输入端用于接收所述下跌指示信号，所述或门的另一个输入端用于接收PFM信号，所述或门的输出端用于输出所述休眠退出信号；所述PFM信号是基于DC/DC转换器的输出反馈电压并经由误差放大器和第一比较器得到的；所述误差放大器的正相输入端和反相输入端分别连接到第一参考电压(Vref1)和输出反馈电压；所述第一比较器的正相输入端和反相输入端分别连接到所述误差放大器的输出端和第二参考电压(Vref2)，所述第一比较器的输出端输出所述PFM信号。

4.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述切换指示模块包括：

第一触发器，所述第一触发器的复位端用于接收所述时钟信号，所述第一触发器的clk端用于接收所述下跌指示信号，所述第一触发器的输入端用于接收DC/DC转换器的内部电源高电位信号VDD；

第一与门，所述第一与门的一个输入端用于接收所述下跌指示信号，所述第一与门的另一输入端用于连接至所述第一触发器的输出端，所述第一与门的输出端用于输出所述切换指示信号。

5.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述调制信号产生模块包括：

第一启停控制单元，用于根据所述具有第一逻辑值的切换指示信号，产生第一开关调制信号；

第二启停控制单元，用于根据PWM信号和时钟信号产生第二开关调制信号；所述PWM信号是基于DC/DC转换器的输出反馈电压和第一参考电压(Vref1)得到的；

信号选择单元，用于响应于具有第一逻辑值的切换指示信号选择所述第一开关调制信号作为最终调制信号，且响应于具有第二逻辑值的切换指示信号选择所述第二开关调制信号作为最终调制信号。

6.根据权利要求5所述的控制电路，其特征在于，所述第一启停控制单元包括：

固定导通时间产生电路，用于根据接收的所述切换指示信号以及所述DC/DC转换器的输入电压信号和输出电压信号以产生第一启停控制信号；

固定截止时间产生电路，用于根据接收的所述切换指示信号以及所述DC/DC转换器的输入电压信号和输出电压信号产生第二启停控制信号；

第一占空比产生电路，用于根据第一控制信号产生所述第一开关调制信号；

其中，所述第一启停控制信号和所述第二启停控制信号组成所述第一控制信号。

7.根据权利要求5所述的控制电路，其特征在于，所述第一启停控制单元包括：

固定导通时间产生电路，用于接收所述切换指示信号、所述DC/DC转换器的输入电压信号和输出电压信号以输出所述第一控制信号；

第一占空比产生电路，用于根据所述第一控制信号和电感电流过零检测模块输出的电流过零指示信号产生所述第一开关调制信号。

8.根据权利要求5所述的控制电路，其特征在于，所述第一启停控制单元包括：

比较器，用于将电流感测模块的输出与参考值进行比较以产生比较信号；所述电流感测模块用于检测所述DC/DC转换器的第一开关管的电流；

第二与门，所述第二与门的一个输入端用于接收所述比较信号，另一输入端用于接收所述切换指示信号，所述第二与门的输出端输出所述第一控制信号；

第一占空比产生电路，用于根据所述第一控制信号和电感电流过零检测模块输出的电流过零指示信号产生所述第一开关调制信号。

9.根据权利要求5所述的控制电路，其特征在于，所述第二启停控制单元包括：

第二触发器，所述第二触发器的输入端接收所述PWM信号，所述第二触发器的复位端接收所述时钟信号，所述第二触发器的输出端输出所述第二控制信号；

第二占空比产生单元，用于根据所述第二控制信号产生所述第二开关调制信号。

10.一种提高DC/DC转换器响应速度的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)检测所述DC/DC转换器的输出电压的下跌，在检测到输出电压下跌时产生下跌指示信号；

(2)在接收到所述下跌指示信号且未接收到时钟信号时，输出具有第一逻辑值的切换指示信号，否则输出具有第二逻辑值的切换指示信号；

(3)响应于具有第一逻辑值的切换指示信号产生第一开关调制信号，且响应于具有第二逻辑值的切换指示信号产生第二开关调制信号；其中，所述DC/DC转换器的第一开关管和第二开关管的驱动信号是基于所述第一开关调制信号或所述第二开关调制信号产生的。

11.根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于，还包括如下步骤：

(4)在接收到所述下跌指示信号时，产生指示退出休眠状态的退出信号；

其中，在所述休眠退出信号产生后的预定时间内，时钟模块不输出时钟信号。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，步骤(4)还包括：将所述下跌指示信号和PFM信号进行逻辑或的操作，以得到所述休眠退出信号；所述PFM信号是基于DC/DC转换器的输出反馈电压并经由误差放大器和第一比较器得到的；所述误差放大器的正相输入端和反相输入端分别连接到第一参考电压(Vref1)和输出反馈电压；所述第一比较器的正相输入端和反相输入端分别连接到所述误差放大器的输出端和第二参考电压(Vref2)，所述第一比较器的输出端输出所述PFM信号。

13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，

步骤(2)还包括：

基于所述时钟信号生成状态指示信号，并对所述状态指示信号和所述下跌指示信号进行逻辑与操作，以得到所述切换指示信号；

步骤(3)还包括：

根据所述具有第一逻辑值的切换指示信号，产生第一开关调制信号；

根据PWM信号和时钟信号产生第二开关调制信号；所述PWM信号是基于DC/DC转换器的输出反馈电压和第一参考电压(Vref1)得到的；

响应于具有第一逻辑值的切换指示信号选择所述第一开关调制信号作为最终调制信号，且响应于具有第二逻辑值的切换指示信号选择所述第二开关调制信号作为最终调制信号。