[发明专利]供DC-DC转换器使用的具有精确电平的改进的窗口比较器

说明书

技术领域

本发明涉及：根据权利要求1的用于产生量化控制信号的反馈电 路，所述量化控制信号表示受控信号与至少一个误差信号窗口的预定 界限相对应的关系；根据权利要求8的用于根据感测信号产生量化控制 信号的方法；以及根据权利要求11的用途。

背景技术

在图1中示出了DC-DC上转换器的典型布局。基本地，将输入电压 Vin供给至转换器核心110。在开关S1导电时通过线圈L的电流上升 (ramp up)。在开关S2导电时，将电流传送至输出电容器C2。数字控 制器150通过感测电路130测量在电容器C2处的输出电压Vout。感测电 路130根据实际输出信号Vout产生控制信号作为控制器150的输入。通 过控制开关S1和S2，控制器150将Vout调节至所需值。因此，开关S1 和S2从不同时导电。为了为转换器100的控制电路150得到反馈信号(指 示当前输出信号与所需输出信号之间的误差)，可以在感测电路130中 使用一个或更多个比较器。反馈信号可以表示：输出电压处于为输出 电压所限定的所需窗口的内部、上面或下面。为此目的，量化的反馈 信号或控制信号分别是足够的。控制器基于反馈信号调节开关S1、S2 的切换，使得输出电压Vout总是在该窗口内部。

以下参考图2，示出了电路结构，用于限定各个误差窗口以便为 DC-DC转换器的数字控制单元得到可用的控制信号。使用分别具有高电 平和低电平的两个窗口：这里将第一个窄窗口称作“小信号”窗口Ws， 将另一个称作“大信号”窗口W1。这意味着，四个比较器OPLWs、OPHWs、 OPLW1以及OPHW1全部用于创建这四个(窗口)电平。然而，需要这些 比较器是精确的，这通常意味着这些比较器是耗电的并且使用相对大 面积的硅。

在图2中，将假设期望切换电源(例如图1的DC-DC转换器)的Vout 是2.5V。由具有比例4：1的电阻器RI、RII的电阻分压器210来感测 Vout，也就是，如果转换器的Vout如所需的，则电阻分压器210的输出 应该是625mV。然后，将分压器210的输出与625mV左右的四个电平进行 比较。将各个比较器输出VH20、VH05、VL05以及VL20用作数字控制器 (控制转换器的开关)的输入。也就是，在操作期间数字控制器试图 将(分开的)输出电压Vout调节到在电平VL05-VH05之间的小信号窗口 Ws中，图2的示例中是在620mV至630mV的范围内。对于更大负载阶越(负 载的改变以及所需负载电流)，控制器试图将(分开的)输出电压Vout 调节到在电平VL20-VH20之间的大信号窗口W1，这里是605mV至645mV。 图3示出了大信号窗口W1(VL20-VH20)以及小信号窗口Ws(VL05-VH05)。

图2的电路的缺点是，四个比较器OPLWs、OPHWs、OPLW1以及OPHW1 必须非常精确。这意味着，这些比较器使用大量的硅面积和高偏置电 流。此外，四个比较器OPLWs、OPHWs、OPLW1以及OPHW1为处于Vout的 电阻分压器210形成相当大的电容性负载。出于效率原因具有相对高阻 抗的分压器210一起，限制了带宽。作为其结果，在突然负载阶越的情 况下，控制回路可能不充分快地对输出电压的改变作出反应。此外， 在误差窗口电平之间的“距离”不是固定的。依赖于比较器OPLWs、 OPHWs、OPLW1以及OPHW1的偏移，窗口可以比预期的更小或更大，影响 控制回路的稳定性，尤其在非常小窗口尺寸的情况下。因此，在实际 窗口尺寸与预期窗口尺寸不同的情况下，比较器OPLWs、OPHWs、OPLW1 以及OPHW1的偏移是主要原因。