一种用于开关电源的瞬态响应增强电路制造技术

本发明专利技术属于模拟集成电路技术领域。本发明专利技术的电路，包括脉冲计数器、瞬态检测电路、电平跟随辅助电路；所述瞬态检测电路与输出反馈电压和基准电压连接，用于将输出反馈电压和基准电压进行比较，将检测到的上升信号与下降信号输入到脉冲计数器和电平跟随辅助电路；所述脉冲计数器与瞬态检测电路的输出端和开关电源高端功率管驱动信号连接，用于在接收到瞬态检测电路的下降信号时将上升信号屏蔽一定周期；所述电平跟随辅助电路与瞬态检测电路的输出端、反馈电压、开关电源低端功率驱动信号和开关电源纹波补偿信号连接。本发明专利技术的有益效果为，能快速建立误差放大器的稳定工作点，增加了控制环路的稳定性。本发明专利技术适用于开关电源。

【技术实现步骤摘要】
-种用于开关电源的瞬态响应增强电路
本专利技术属于模拟集成电路
，涉及一种用于开关电源的瞬态响应增强电 路。
技术介绍
在不同种类的电源产品中，响应速度一直是共同的追求目标。对于传统的电压控 制模式，由于误差放大器及其补偿网络至少会形成一个极点（或两个极点一个零点），因此 导致环路对于剧烈的瞬态跳变不能及时响应和调整。 基于纹波的COT (Constant On-Time)控制模式的BUCK型DC-DC转换器中，希 望提高系统的响应速度，必然离不开电感电流信息采样，且在低ESR(Equivalent Series Resistor)电容的应用下，利用电感电流信息可以保证反馈纹波补偿电路的系统仍然稳定 工作。然而系统的瞬态响应速度往往受到控制环路带宽的限制，考虑到系统稳定性的要求， 其通常被限制在一定的范围内，制约着系统的整体响应速度。此外为了保证系统工作频率 的相对稳定，ACOT (Adaptive Constant On-Time)控制模式目前被广泛使用。 而AC0T控制模式会出现如下两个问题：为保证系统控制环路的稳定性，常采用带 有较大输出电容的误差放大器以构建频率补偿所需的零、极点，但这也决定了在负载跳变 时误差放大器的输出不能及时调整至纹波补偿电路输出的直流电平，导致瞬态响应变差； 另外，AC0T模式中由于导通时间Ton与输出电压Vout成正比关系，重载（轻载）跳轻载 (重载）时，Vout突然增大（减小），导致导通时间增加（减小）而进一步加剧输出电压的 上冲（下降）幅度，从而恶化整个系统的瞬态响应速度。
技术实现思路
本专利技术的目的，就是针对上述问题，提供一种瞬态增强技术，采用实时监测输出电 压是否超出阈值范围来动态调整误差放大器输出的直流电平并结合相应的环路控制逻辑， 动态调节AC0T控制系统的导通时间与关断时间，以增强系统的瞬态响应速度。 本专利技术的技术方案：一种用于开关电源的瞬态响应增强电路，包括脉冲计数器、瞬 态检测电路、电平跟随辅助电路； 所述瞬态检测电路与输出反馈电压和基准电压连接，用于将输出反馈电压和基准 电压进行比较，将检测到的上升信号与下降信号输入到脉冲计数器和电平跟随辅助电路； 所述脉冲计数器与瞬态检测电路的输出端和开关电源高端功率管驱动信号连接， 用于在接收到瞬态检测电路的下降信号时将上升信号屏蔽一定周期，具体方法为通过对功 率管输出脉冲进行计数，根据计数结果通过锁存功能对上升信号进行屏蔽； 所述电平跟随辅助电路与瞬态检测电路的输出端、输出反馈电压、开关电源低端 功率驱动信号和开关电源纹波补偿信号连接，用于当检测到下降信号后根据开关电源低端 功率管驱动信号将开关电源误差放大器的输出信号抬升至开关电源纹波补偿电路的输出 电压；当检测到上升信号时，电压跟随辅助电路将开关电源误差放大器的输出信号下拉至 输出反馈电压，保证输出电压回复正常范围后系统不会出现两次连续开启； 所述瞬态检测电路由第一比较器和第二比较器构成；其中，第一比较器的正向输 入端接输出反馈电压，其反向输入端接基准电压，其输出端为上升信号；第二比较器的正向 输入端接基准电压，其反向输入端接输出反馈电压，其输出端为下降信号； 所述脉冲计数器由第一 D触发器、第二D触发器、第三D触发器、第四与非门、第五 与非门、第二反相器、第三反相器构成；其中，第四与非门的一个输入端接功率管输出脉冲 信号，其另一个输入端接软启动信号，其输出端接第一 D触发器的复位输入端；第一 D触发 器的D输入端接电源VDD，其g输出端接第五与非门的一个输入端；第五与非门的另一个输 入端接软启动信号，其输出端接第二D触发器的复位输入端；第二D触发器的D输入端接电 源VDD，其Q输出端接第三D触发器的复位输入端，其时钟信号端接第二反相器的输出端； 第二反相器的输入端接功率管输出脉冲信号；第三D触发器的时钟信号端接开关电源高端 功率驱动信号，其0输出端接第一 D触发器的时钟信号端，其输出经第三反相器输出锁存信 号； 所述电平跟随辅助模块由第四反相器、第五反相器、第六与非门、第六反相器、第 七反相器、第八反相器、第一运算放大器、第二运算放大器、第一传输门、第二传输门构成； 其中，第一运算放大器的正向输入端接开关电源纹波补偿电路的输出端，其反向输入端与 输出端互连，其输出端接第一传输门的输入端；第二运算放大器的正向输入端接输出反馈 电压，其反向输入端与输出端互连，其输出端接第二传输门的输入端；第四反相器的输入端 接第二比较器的输出端，其输出端接第六与非门的一个输入端；第六与非门的另一个输入 端接开关电源低端功率驱动信号，其输出端接第五反相器的输入端；第五反相器的输出端 接第一传输门PM0S管的栅极，其输出端还接第六反相器的输入端；第六反相器的输出端接 第一传输门NM0S管的栅极；第七反相器的输入端接第一比较器的输出端，其输出端接第二 传输门匪0S管的栅极，其输出端还接第八反相器的输入端；第七反相器的输出端接第二传 输门PM0S管的栅极；第一传输门和第二传输门的输出端连接作为电平跟随辅助模块的输 出端。 本专利技术的有益效果为，能快速建立误差放大器的稳定工作点，且在检测到输出下 降以后屏蔽RISE信号，直至系统输出电压自动调整恢复至正常值，可以增强控制电路的瞬 态相应特性，增加了控制环路的稳定性。 【附图说明】 图1为本专利技术的瞬态响应增强电路应用于典型系统的架构图； 图2为本专利技术的瞬态响应检测电路示意图； 图3为本专利技术的脉冲计数器示意图； 图4为本专利技术的电平跟随辅助电路结构示意图； 图5为负载瞬态变化时各控制信号动作时序图； 图6为轻载跳重载时瞬态相应增强电路的波形图； 图7为重载跳轻载时瞬态相应增强电路的波形图。 【具体实施方式】 下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细的描述。 针对传统的恒定导通时间的纹波控制BUCK变换器系统，本专利技术提出了一种瞬态 增强响应电路，具体电路架构包括瞬态检测电路模块，脉冲计数器模块，电平跟随辅助电路 模块。其中，输出反馈电压和基准参考电压输入瞬态检测电路检测模块；检测到的下降信号 输入脉冲计数器，当检测到下降信号后通过脉冲计数器将上升信号屏蔽一定周期数以后释 放锁定。检测到的上升和下降信号输入电平跟随辅助电路，控制误差放大器的输出电容的 充放电。 如图2所示，所述瞬态检测电路模块包括，第一比较器、第二比较器和脉冲计数 器，输出反馈电压VFB经滤波后分别输入具有一定失调量的比较器第一比较器和第二比较 器的正向和负向输入端，参考基准电压VREF与第一比较器、第二比较器的另一端相连。其 中，第一比较器输出上升信号，经与非门1和反相器1后输入端与非门2 ;与非门1的另一 个输入端为脉冲计数器软启动信号（LSS);与非门2的另一个输入端为脉冲计数器锁存 (LOCK)信号；第二比较器输出下降信号，输入到与非门3,与非门3的另一个输入端为脉冲 计数器软启动信号，与非门3的输出端接脉冲计数器计数输入端；LSS输入计数器的RST 端。 如图3,脉冲计数器模块包括，D触发器1、D触发器2、D触发器3 ;电源信号V本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于开关电源的瞬态响应增强电路，包括脉冲计数器、瞬态检测电路、电平跟随辅助电路；所述瞬态检测电路与输出反馈电压和基准电压连接，用于将输出反馈电压和基准电压进行比较，将检测到的上升信号与下降信号输入到脉冲计数器和电平跟随辅助电路；所述脉冲计数器与瞬态检测电路的输出端和开关电源高端功率管驱动信号连接，用于在接收到瞬态检测电路的下降信号时将上升信号屏蔽一定周期，具体方法为通过对功率管输出脉冲进行计数，根据计数结果通过锁存功能对上升信号进行屏蔽；所述电平跟随辅助电路与瞬态检测电路的输出端、输出反馈电压、开关电源低端功率驱动信号和开关电源纹波补偿信号连接，用于当检测到下降信号后根据开关电源低端功率管驱动信号将开关电源误差放大器的输出信号抬升至开关电源纹波补偿电路的输出电压；当检测到上升信号时，电压跟随辅助电路将开关电源误差放大器的输出信号下拉至输出反馈电压，保证输出电压回复正常范围后系统不会出现两次连续开启；所述瞬态检测电路由第一比较器和第二比较器构成；其中，第一比较器的正向输入端接输出反馈电压，其反向输入端接基准电压，其输出端为上升信号；第二比较器的正向输入端接基准电压，其反向输入端接输出反馈电压，其输出端为下降信号；所述脉冲计数器由第一D触发器、第二D触发器、第三D触发器、第四与非门、第五与非门、第二反相器、第三反相器构成；其中，第四与非门的一个输入端接功率管输出脉冲信号，其另一个输入端接软启动信号，其输出端接第一D触发器的复位输入端；第一D触发器的D输入端接电源VDD，其输出端接第五与非门的一个输入端；第五与非门的另一个输入端接软启动信号，其输出端接第二D触发器的复位输入端；第二D触发器的D输入端接电源VDD，其Q输出端接第三D触发器的复位输入端，其时钟信号端接第二反相器的输出端；第二反相器的输入端接功率管输出脉冲信号；第三D触发器的时钟信号端接开关电源高端功率驱动信号，其输出端接第一D触发器的时钟信号端，其输出经第三反相器输出锁存信号；所述电平跟随辅助模块由第四反相器、第五反相器、第六与非门、第六反相器、第七反相器、第八反相器、第一运算放大器、第二运算放大器、第一传输门、第二传输门构成；其中，第一运算放大器的正向输入端接开关电源纹波补偿电路的输出端，其反向输入端与输出端互连，其输出端接第一传输门的输入端；第二运算放大器的正向输入端接输出反馈电压，其反向输入端与输出端互连，其输出端接第二传输门的输入端；第四反相器的输入端接第二比较器的输出端，其输出端接第六与非门的一个输入端；第六与非门的另一个输入端接开关电源低端功率驱动信号，其输出端接第五反相器的输入端；第五反相器的输出端接第一传输门PMOS管的栅极，其输出端还接第六反相器的输入端；第六反相器的输出端接第一传输门NMOS管的栅极；第七反相器的输入端接第一比较器的输出端，其输出端接第二传输门NMOS管的栅极，其输出端还接第八反相器的输入端；第七反相器的输出端接第二传输门PMOS管的栅极；第一传输门和第二传输门的输出端连接作为电平跟随辅助模块的输出端。...

【技术特征摘要】
1. 一种用于开关电源的瞬态响应增强电路，包括脉冲计数器、瞬态检测电路、电平跟随 辅助电路； 所述瞬态检测电路与输出反馈电压和基准电压连接，用于将输出反馈电压和基准电压 进行比较，将检测到的上升信号与下降信号输入到脉冲计数器和电平跟随辅助电路； 所述脉冲计数器与瞬态检测电路的输出端和开关电源高端功率管驱动信号连接，用于 在接收到瞬态检测电路的下降信号时将上升信号屏蔽一定周期，具体方法为通过对功率管 输出脉冲进行计数，根据计数结果通过锁存功能对上升信号进行屏蔽； 所述电平跟随辅助电路与瞬态检测电路的输出端、输出反馈电压、开关电源低端功率 驱动信号和开关电源纹波补偿信号连接，用于当检测到下降信号后根据开关电源低端功率 管驱动信号将开关电源误差放大器的输出信号抬升至开关电源纹波补偿电路的输出电压； 当检测到上升信号时，电压跟随辅助电路将开关电源误差放大器的输出信号下拉至输出反 馈电压，保证输出电压回复正常范围后系统不会出现两次连续开启； 所述瞬态检测电路由第一比较器和第二比较器构成；其中，第一比较器的正向输入端 接输出反馈电压，其反向输入端接基准电压，其输出端为上升信号；第二比较器的正向输入 端接基准电压，其反向输入端接输出反馈电压，其输出端为下降信号； 所述脉冲计数器由第一 D触发器、第二D触发器、第三D触发器、第四与非门、第五与非 门、第二反相器、第三反相器构成；其中，第四与非门的一个输入端接功率管输出脉冲信号， 其另一个输入端接软启动信号，其输出端接第一 D触发器的复位输入端；第一 D触发器...

【专利技术属性】
技术研发人员：周泽坤，艾鑫，刘德尚，石跃，冯捷斐，王卓，张波，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51