直流/直流变换器及其变换方法技术

本发明专利技术提供一种直流／直流变换器及其变换方法，特别涉及一种具有更高稳定性的直流／直流变换器。所述直流／直流变换器包括一个开关、一个电感、一个电容、一个电阻和一个电压分压器。开关连接到输入电压。电感用于将开关连接至直流／直流变换器的输出节点以在输出节点上生成输出电压。电容连接到输出电压上。电阻与电容串联并接地。分压器连接至电容两端，以减小直流／直流变换器的零点频率。本发明专利技术所提供的直流／直流变换器及其变换方法，可以使用造价低廉而且高电容值、低ＥＳＲ阻值的陶瓷电容作为输出去耦电容。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于直流/直流变换器，尤其是降压直流/直流变换器及控制直流/直流变换器将输入电压变换为输出电压的方法。
技术介绍
直流电流-直流电流变换器广泛用于电子领域。此类电路或设备通常使用半导体器件的开关控制将一个直流输入电压变换为一个预设值大小的平稳直流电压，其用途广为人知，是各类电子设备电源的重要组成部分。用于快速微处理器和芯片组的直流/直流控制器需要快速反应，以满足微处理器和芯片组负载的瞬时反应要求。然而，直流/直流变换器快速反应有可能引起电路稳定性方面的问题。传统的电压模式和电流模式控制器得益于外部补偿网络非常稳定，但是无法达到负载瞬时反应规格的要求。为保证稳定性和减轻负载瞬态反应，必须提高开关频率，而且滤波电容的等效串联电阻(ESR)应该足够高，以保证足够的相位裕度。直流/直流变换器的稳定性本质上决定于输出去耦电容的等效串联电阻。但是，典型的陶瓷输出去耦电容由于其等效串联电阻值低无法使用，以后将有详细描述。现有技术图1为现有技术的典型的直流/直流变换器100。该直流/直流变换器用于将输入电压(VIN)变换为一个预设值的输出电压提供给负载120，该变换器包括两个开关102和104，一个电感106，一个电容108，电阻112和114，以及一个控制器116。开关102连接到直流/直流变换器100的输入电压和电感106上。开关104将开关102和电感106接地。开关102和104组成开关电路，负责将输入电压变换为预设值大小的输出电压。控制器116在一个高端驱动(HDR)引脚上连接到开关102，在一个低端驱动(LDR)引脚上连接到开关104，并控制开关102和104的导通状态来控制直流/直流变换器100的输出电压。本领域技术人员显然知悉，在控制器116的高端驱动(HDR)引脚和低端驱动(LDR)引脚供给的脉冲宽度调制(PWM)信号将调整直流/直流变换器100的输出电压稳定在一个预设值上。电感106的两端分别连接到开关102和直流/直流变换器100的一个输出节点上。电容108连接到直流/直流变换器100的输出节点上。电感106和电容108形成一个低通滤波器来平滑直流/直流变换器的输出。本领域技术人员显然知悉，电阻110是电容108的一个固有寄生电阻或等效串联电阻。电阻112和114形成电压分压器。电阻112和114串联并将直流/直流变换器100的输出节点连接至地，以此在电阻112和114的共同节点上生成输出电压的一个分压电压。分压电压作为输出电压的回馈信号连接至控制器116的电压回馈(VFB)引脚。控制器116控制开关102和104来响应VFB节点上的回馈信号，以精确地生成预设值大小的输出电压。本领域技术人员显然知悉，电容108上的电压纹波与电感106上的电流纹波成正比。电容108上的电压由电阻112和114来分压。以下方程(1)可以计算电容108引入的零频率Fz，亦即零点频率Fz=12π×Cout×ESR]]>其中Cout为电容108的电容值，ESR为电容108的ESR值或电阻110的阻值。在此实例中，稳定条件是保证由结合ESR电阻110的电容108引入的零点频率Fz足够低，以部分降低或补偿电感电容，即电感106和电容108的双极的影响。从方程(1)可以看出，电阻110，也就是电容108的等效串联电阻，必须足够高，以使得零点频率Fz较低。然而，陶瓷输出去耦电容的ESR值是相对小的。这样，造价低廉的陶瓷输出去耦电容可能无法在直流/直流变换器100中使用。陶瓷电容具有高电容低ESR值的特点，且造价低廉。故需要使用陶瓷电容。因为稳定性原因而不适用陶瓷电容的直流/直流变换器将会体积变大而且造价高昂。现有技术图1所示的电路结构另一个缺点是，由于控制器116的电压回馈节点上的输出电压纹波由分压器来分压，为保证稳定性，输出电压纹波必须足够高。回馈节点VFB上的电压纹波方能保证平稳的PWM运行。现有技术面临的这一问题将在文中详细解释。
技术实现思路
因此，需要有一种具有更高稳定性的直流/直流变换器，能够减小输出电压纹波而且能够使用造价低廉的陶瓷电容。本专利技术的一个目的，是提供一种用于直流/直流变换的电路，其输出电压纹波较小，且适合使用陶瓷电容作为输出去耦电容。为达成以上目的，本专利技术提供了一种直流/直流变换器，用于将输入电压变换为输出电压。该直流/直流变换器包括一个开关、一个电感、一个电容、一个电阻和一个分压器。开关连接到输入电压。电感用于将这个开关连接至该直流/直流变换器的输出节点上以在输出节点上生成输出电压。电容连接到输出电压。电阻与电容串联并接地。分压器连接到电容两端以降低该直流/直流变换器的零点频率。本专利技术所述的用于将输入电压变换为输出电压的直流/直流变换器，还包括一个连接到上述第一开关和分压器的控制器，分压器根据输出电压生成回馈电压，控制器根据回馈电压控制上述第一开关的导通状态。本专利技术所述的用于将输入电压变换为输出电压的直流/直流变换器，所述分压器还包括一个第二电阻；一个第三电阻，与上述第二电阻串联，来根据输出电压生成回馈电压。本专利技术所述的用于将输入电压变换为输出电压的直流/直流变换器，还包括一个连接到所述第一开关的控制器，该控制器接收所述回馈电压来，并根据回馈电压来控制第一开关的导通状态。本专利技术所述的用于将输入电压变换为输出电压的直流/直流变换器，所述电容为陶瓷电容。本专利技术所述的用于将输入电压变换为输出电压的直流/直流变换器，还包括一个第二开关，用于将第一开关接地。本专利技术所述的用于将输入电压变换为输出电压的直流/直流变换器，还包括一个连接到所述第一开关、第二开关和分压器的控制器，分压器根据输出电压生成回馈电压，控制器根据该回馈电压控制第二开关的导通状态。本专利技术所述的用于将输入电压变换为输出电压的直流/直流变换器，所述控制器生成一个第一脉冲宽度调制(PWM)信号，传输给第一开关来控制其导通状态。本专利技术所述的用于将输入电压变换为输出电压的直流/直流变换器，所述控制器生成一个第二PWM信号，传输给第二开关来控制其导通状态。本专利技术所述的用于将输入电压变换为输出电压的直流/直流变换器，所述第二开关为二极管。本专利技术所述的用于将输入电压变换为输出电压的直流/直流变换器，所述第二开关为MOS晶体管。本专利技术所述的用于将输入电压变换为输出电压的直流/直流变换器，所述第一开关为MOS晶体管。本专利技术还提供一种控制直流/直流变换器将输入电压变换为输出电压的方法，包括接收输入电压；将第一开关连接至输入电压；将电感连接至上述第一开关以间断地从上述输入电压传输能量给电感；将电容和第一电阻以及上述电感串联；在上述电容两端生成一个回馈电压信号；生成一个PWM信号使得上述第一开关间断生效，以便于从所述输入电压间断地传输能量给所述电感。本专利技术所述的控制直流/直流变换器将输入电压变换为输出电压的方法，所述生成PWM信号还包括根据回馈电压信号生成所述PWM信号。本专利技术所述的控制直流/直流变换器将输入电压变换为输出电压的方法，所述电容为陶瓷电容。本专利技术所述的控制直流/直流变换器将输入电压变换为输出电压的方法，所述生成回馈电压信号还包括连接两个电阻以形成分压器；将该分压器连接至所述电容本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将输入电压变换为输出电压的直流／直流变换器，其特征在于，所述用于将输入电压变换为输出电压的直流／直流变换器包括：一个第一开关，连接至输入电压；一个电感，用于连接上述第一开关至所述直流／直流变换器的输出节点以在所述输出 节点上产生输出电压；一个电容，连接到输出电压上；一个第一电阻，与上述电容串联并接地；一个分压器，连接到上述电容两端以降低所述直流／直流变换器的零点频率。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：拉兹洛利普赛依，索运霍耐特，
申请(专利权)人：美国凹凸微系有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]