[发明专利]使用外部零位的用于切换调节器的频率补偿电路和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于向线性集成电路提供零位补偿的电路和方法，且确切地说，涉及一种用于使用外部零位在切换调节器反馈环路中提供补偿的电路和方法。

背景技术

在线性集成电路中通常采用闭环负反馈系统。举例来说，切换调节器使用反馈环路来监视输出电压，以便提供调节。为了在任何闭环系统中确保稳定性，必须满足尼奎斯特标准(Nyquist criterion)。尼奎斯特标准提出，如果围绕环路的相移的单位增益小于180度，那么闭环系统便是稳定的。通常，向反馈环路添加补偿电路，以调制反馈环路的相移来实现稳定性。

线性电路的频率响应的特征可在于存在“极点”和“零位”。“极点”(pole)是表示开始发生增益衰减处的复合频率的数学术语。另一方面，“零位”(zero)表示开始发生增益增加处的复合频率。复合频率平面或s平面的左半平面上的极点和零位被视为正常的，且可被补偿。然而，复合频率平面的右半平面上的极点和零位通常是成问题的且难以操纵，且在本申请案中不予解决。一般来说，极点导致-90°相移，而零位导致+90°相移。对于左半平面中的零位，极点会抵消零位的相移。在设计具有补偿的闭环系统时，对极点和零位的位置进行操纵以便避免单位增益发生大于180°的相移。

在线性电路中，通过将小型电容器放置在具有高动态阻抗的节点上来建立极点。如果将电容器放置在增益级处，那么电容可以所述级的增益为比例增加，从而增加其有效性。每一极点均具有与之相关联的零位。也就是说，在某一点上，增益级的动态电阻将限制电容器能够实现的增益损失。因此，可通过将电阻器与增益衰减电容器串联放置来建立零位。

常规的电压模式切换调节器在电压输出端子处使用电感器-电容器(LC)网络，用以对经调节的输出电压进行滤波以产生相对恒定的DC输出电压。图1是包含切换调节器控制器10和LC电路11的常规切换调节器的示意图。切换调节器控制器10在输出端子13处产生切换输出电压V_SW，所述输出端子13耦合到LC电路11以提供经调节的输出电压V_OUT。所述经调节的输出电压V_OUT在反馈(FB)端子15处耦合回到控制器10，用以形成反馈控制环路。所述LC电路具有两个与其相关联的极点，每一极点与一个元件相关联。如果反馈控制环路未经补偿，那么LC电路11独自为系统导致-180°相移且导致环路不稳定性，从而致使输出电压振荡。因为几乎每种切换调节器均使用LC滤波器电路来对切换输出电压V_SW进行滤波，所以必须在切换调节器的反馈控制环路中提供补偿，以补偿由LC电路引入的两个极点的效应。

切换调节器中通常采用的一种补偿方案被称为III型补偿。所述III型补偿方案使用两个零位来对增益相对于频率的曲线进行整形，以产生180°的相位提高。因此，相位提高会抵消输出LC滤波器的双极点处的欠阻尼谐振的效应，从而确保闭环稳定性。

图1说明一种用于在切换调节器的反馈控制环路中提供补偿的方法。参看图1，通过电容器C_ZERO与电阻器R_IN的并联组合，将输出电压V_OUT耦合到反馈(FB)端子15。在某些应用中，可提供分压器以在将输出电压反馈回FB端子之前使输出电压V_OUT逐步降低。进一步通过电阻器R_f与电容器C_pole的串联组合将反馈电压V_FB耦合到COMP端子17。COMP端子17连接到误差放大器20的输出，所述误差放大器20将反馈电压V_FB与参考电压进行比较。

控制器10中的反馈控制环路的操作在此项技术中是众所周知的。将输出电压V_OUT作为反馈电压V_FB反馈回误差放大器20，所述误差放大器20将反馈电压V_FB与参考电压V_REF进行比较。误差放大器20产生指示电压V_FB与参考电压V_REF之间的差别的误差输出信号。接着将误差输出信号耦合到比较器和其它控制逻辑，以为一对电源开关产生驱动信号。控制器10的反馈控制环路操作以基于误差放大器20的误差输出来调节输出电压V_OUT，以使得电压V_FB等于电压V_REF。