CN1980027B - 开关式稳压器 - Google Patents

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Abstract

提供了一种具有改善的电源电压变化响应特性的开关式稳压器，同时维持了输出电压对振荡的稳定性。误差信号放大器的输出电阻由电源电压变化响应改善电路来调整，以允许误差信号放大器的增益变化。

Description

开关式稳压器
技术领域
本发明涉及一种开关式稳压器，并且更具体地涉及开关式稳压器的电源电压变化响应特性的改善。
背景技术
传统开关式稳压器包括跨导放大器误差信号放大器。跨导放大器误差信号放大器比较通过将输出电压端上的电压除以分压电阻器所生成的电压和根据参考电压电路所产生的参考电压，并放大其之间的电位差。基于输出电流和跨导放大器误差信号放大器输出电阻来确定跨导放大器误差信号放大器的增益。开关式稳压器包括由线圈和输出电容器构成的LC滤波器，因此显著的相位延迟出现在LC滤波器的截止频率附近。当该增益在相位延迟了180度或更多的频率区域中等于或大于0dB时，出现异常振荡。因此，需要减少LC滤波器的截止频率附近高频区域中的增益(参看“SII CMOS ICDATA BOOK 2004，Power Supply IC·MOS FET Part”，图12第4-314页)。
图3是示出开关式稳压器的框图。开关式稳压器包括开关式稳压器控制IC34、电源29、输出激励晶体管30、二极管31、线圈32和输出电容器33。
开关式稳压器控制IC34具有如下的结构并按如下操作。输出电压端35处的电压除以分压电阻器37以感测输出电压。跨导放大器误差信号放大器38将使用分压电阻器37通过电压分压生成的输出电压与参考电压39比较，并且比较所得的结果由跨导放大器误差信号放大器38放大。跨导放大器误差信号放大器38的输出端与跨导放大器输出电阻器部分40连接。PWM比较器41将从跨导放大器误差信号放大器38输出的电压与从三角波生成电路42输出的电压比较，以生成与从跨导放大器误差信号放大器38输出的电压相对应的PWM波形。从PWM比较器41输出的PWM波形穿过缓冲器43并接着被输入到输出激励晶体管30的栅极。跨导放大器误差信号放大器38的增益由“(来自跨导放大器误差信号放大器38的输出电流)×(跨导放大器输出电阻器部分40的电阻)”来确定。
图4是示出传统开关式稳压器的跨导放大器输出电阻器部分40的例子的电路图。电阻器3和4并联连接。每个电阻器3和4的一端与输出电阻输入端1连接。电阻器3的另一端接地并且电阻器4的另一端通过电容器5接地。输出电阻输入端1与跨导放大器误差信号放大器38的输出端连接。低频区域中的输出电阻对应于电阻器3的电阻。另一方面，电容器5显得为短路的高频区域中的输出电阻是电阻器3和4的并联电阻，由此确定增益。即是，满足(电阻器3的电阻)＞(电阻器3和4的并联电阻)，因此满足(低频区域中的增益)＞(高频区域中的增益)。
在上述的开关式稳压器中，为了维持输出电压对振荡的稳定性，在IC滤波器的截止频率附近的高频区域中降低跨导放大器输出电阻器部分的电阻，从而降低增益。
但是，传统开关式稳压器具有下列问题。为了防止异常振荡，在LC滤波器的截止频率附近的高频区域中降低跨导放大器误差信号放大器38的增益。那么，即使当在高频区域中发生输出电压变化时，跨导放大器误差信号放大器的响应较慢，因此电源电压变化响应特性较低。
发明内容
本发明已解决上述问题。本发明的目的是提供具有电源电压变化响应特性改善的开关式稳压器，同时维持了输出电压对振荡的稳定性。
按照本发明的一个方面，提供了一种开关式稳压器控制IC，包括：误差放大器，用于比较来自开关式稳压器的输出电压和参考电压并放大其之间的电压差，以执行反馈控制；和与误差放大器的输出端连接的输出控制电路，用于在电源电压变化后在预定周期使误差放大器的增益保持为恒定，其中所述输出控制电路包括：输出电阻电路；以及与输出电阻电路连接的电源电压变化响应改善电路，所述电源电压变化响应改善电路包括：电源电压增加调节电路，用于检测电源电压增加；和电源电压下降调节电路，用于检测电源电压下降，其中所述电源电压变化响应改善电路被配置成控制输出电阻电路在电源电压变化后在预定周期使误差放大器的增益保持为恒定。
按照本发明的另一个方面，提供了一种开关式稳压器，包括：串联连接的电源、开关元件和电感器；以及所述的开关式稳压器控制IC，用于监控输出电压并基于所监控的输出电压来控制开关元件。
在根据本发明的开关式稳压器中，将电源电压变化响应改善电路添加到开关式稳压器控制IC，以临时改变误差信号放大器的输出电阻。因此，解决了上述问题，从而改善了电源电压变化响应特性。
根据本发明中的开关式稳压器控制IC，可能提供具有电源电压变化响应特性改善的开关式稳压器，同时维持了输出电压对振荡的稳定性。
附图说明
在附图中：
图1是示出根据本发明的开关式稳压器的跨导放大器输出电阻器部分的电路图；
图2是示出根据本发明的开关式稳压器的电源电压变化响应改善电路的电路图；
图3是示出传统开关式稳压器的框图；和
图4是示出传统开关式稳压器的跨导放大器输出电阻器部分的电路图。
优选实施方式
图1是示出根据本发明的开关式稳压器的跨导放大器输出电阻器部分的电路图。在该跨导放大器输出电阻器部分，串联连接的电阻器4和电容器5与电阻器3并行连接。电阻器4的一端与输出电阻输入端1连接。电容器5的一端通过N型MOS晶体管6接地。N型MOS晶体管6的栅极与电源电压变化响应改善电路7的输出端连接。电源电压变化响应改善电路7的输入端2与图3所示的电源29连接。输出电阻输入端1与图3中所示的开关式稳压器控制IC的跨导放大器误差放大器38的输出端连接。
假设正常操作状态是电源29的电压不变化的状态，并且电源电压变化状态是电源29的电压变化的状态。当输入端2处的电压不变化时，电源电压变化响应改善电路7生成高电平。当输入端2处的电压变化时，电源电压变化响应改善电路7对于预定周期生成低电平。
即是，本发明中的跨导放大器输出电阻器部分基于电源29的电压按如下操作。在正常操作状态中，输入端2处的电压不变化，因此电源电压变化响应改善电路7生成高电平。接着，N型MOS晶体管6接通。因此，低频区域中的输出电阻值是电阻器3的电阻。高频区域中的输出电阻值是电阻器3和4的并联电阻。另一方面，在电源电压变化状态中，输入端2处的电压变化，因此电源电压变化响应改善电路7对于预定周期生成低电平。接着，N型MOS晶体管6对于该预定周期断开。因此，即使在高频区域，输出电阻值是电阻器3的电阻，因此增益不降低。在该预定周期过去后，电源电压变化响应改善电路7的输出电压变为高电平。那么，N型MOS晶体管6接通，因此输出电阻值变为与正常工作状态中的输出电阻值相等。
图2是示出根据本发明的开关式稳压器的电源电压变化响应改善电路7的电路图。电源电压变化响应改善电路7包括在电源电压增加的情况下工作的电路10(对于电源电压增加的情况)和在电源电压下降的情况下工作的电路11(对于电源电压下降的情况)。电路10和11的输出信号被输入到NOR电路28。NOR电路28的输出被输出到输出端9。
首先，将描述电路10(对于电源电压增加的情况)的操作。恒定电流源12的电流值等于恒定电流源14的电流值。N型MOS晶体管13的阈值电压等于N型MOS晶体管15的阈值电压。N型MOS晶体管18是阈值电压高于N型MOS晶体管15的阈值电压的晶体管。在正常操作状态中，N型MOS晶体管15的漏极电压低于N型MOS晶体管18的阈值电压，因此N型MOS晶体管18断开。因此，N型MOS晶体管18的漏极电压变为高电平，其结果是倒相器19的输出变为低电平。
在电源电压增加的电源电压变化状态中，N型MOS晶体管15的漏极电压对于预定时间由电容器16增加，因此N型MOS晶体管18接通。因此，N型MOS晶体管18的漏极电压变为低电平，其结果是倒相器19的输出变为高电平。N型MOS晶体管18接通的时间基本上由“(恒定电流源14的电流值)×(电源电压的变化值)/(电容器16的电容值)”来确定。在电源电压下降的电源电压变化状态中，N型MOS晶体管15的漏极电压下降。但是，N型MOS晶体管18断开，因此倒相器19的输出如正常操作状态那样变为低电平。
接着，将描述电路11(对于电源电压下降的情况)的操作。恒定电流源20的电流值等于恒定电流源23的电流值。N型MOS晶体管21的阈值电压等于N型MOS晶体管24的阈值电压。N型MOS晶体管26是其阈值电压高于N型MOS晶体管24的阈值电压的晶体管。在正常操作状态中，N型MOS晶体管24的漏极电压低于N型MOS晶体管26的阈值电压，因此N型MOS晶体管26断开。因此，N型MOS晶体管26的漏极电压变为高电平，其结果是倒相器27的输出变为低电平。
在电源电压下降的电源电压变化状态中，N型MOS晶体管24的栅极电压对于预定时间由电容器22降低并且N型MOS晶体管24的漏极电压增加，因此N型MOS晶体管26接通。因此，N型MOS晶体管26的漏极电压变为低电平，其结果是倒相器27的输出变为高电平。N型MOS晶体管26接通的时间基本上由“(恒定电流源22的电流值)×(电源电压的变化值)/(电容器23的电容值)”来确定。在电源电压增加的电源电压变化状态中，N型MOS晶体管24的栅极电压增加并且N型MOS晶体管24的漏极电压下降。但是，N型MOS晶体管26断开，因此倒相器27的输出如正常操作状态那样变为低电平。
如此，在正常操作状态中，电路10(对于电源电压增加的情况)的输出电压和电路11(对于电源电压下降的情况)的输出电压中的每一个都是低电平，因此NOR电路28的输出变为高电平。在电源电压增加的电源电压变化状态中，电路10(对于电源电压增加的情况)的输出是高电平，并且电路11(对于电源电压下降的情况)的输出是低电平，其结果是NOR电路28的输出变为低电平。在电源电压降低的电源电压变化状态中，电路10(对于电源电压增加的情况)的输出是低电平，并且电路11(对于电源电压下降的情况)的输出是高电平，其结果是NOR电路28的输出变为低电平。
根据上述结构，当电源电压变化时，跨导放大器误差信号放大器的输出电阻可对于预定周期变化。因此电源电压变化响应特性得以改善的同时维持输出电压对振荡的稳定性。

Claims (6)

1.一种开关式稳压器控制IC，包括：
误差放大器，用于比较来自开关式稳压器的输出电压和参考电压并放大其之间的电压差，以执行反馈控制；和
与误差放大器的输出端连接的输出控制电路，用于在电源电压变化后在预定周期使误差放大器的增益保持为恒定，
其中所述输出控制电路包括：
输出电阻电路；以及
与输出电阻电路连接的电源电压变化响应改善电路，所述电源电压变化响应改善电路包括：
电源电压增加调节电路，用于检测电源电压增加；和
电源电压下降调节电路，用于检测电源电压下降，
其中所述电源电压变化响应改善电路被配置成控制输出电阻电路在电源电压变化后在预定周期使误差放大器的增益保持为恒定。
2.根据权利要求1所述的开关式稳压器控制IC，其中输出电阻电路包括：
并联连接的第一电阻和第二电阻；
与第一电阻串联连接的电容器；和
N型MOS晶体管，所述N型MOS晶体管与电容器串联并且包括与电源电压变化响应改善电路的输出端连接的栅极。
3.根据权利要求2所述的开关式稳压器控制IC，其中电源电压变化响应改善电路被配置成当电源电压处于变化状态时在预定周期将N型MOS晶体管置于截止状态。
4.根据权利要求2所述的开关式稳压器控制IC，其中电源电压变化响应改善电路还包括：
NOR电路，所述NOR电路包括：
第一输入端，与电源电压增加调节电路的输出端连接；
第二输入端，与电源电压下降调节电路的输出端连接；以及
输出端，
其中NOR电路的输出端是与N型MOS晶体管的栅极连接的电源电压变化响应改善电路的输出端。
5.根据权利要求1所述的开关式稳压器控制IC，其中电源电压增加调节电路被配置成当电源电压增加时输出高电平输出并且其中电源电压下降调节电路被配置成当电源电压下降时输出高电平输出。
6.一种开关式稳压器，包括：
串联连接的电源、开关元件和电感器；以及
根据权利要求1所述的开关式稳压器控制IC，用于监控输出电压并基于所监控的输出电压来控制开关元件。
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