[发明专利]开关稳压器以及用于控制其工作的方法

说明书

技术领域

本发明涉及能够在宽输入和输出电压范围中稳定工作的开关稳压器以及 用于控制其工作的方法。

背景技术

用于控制开关稳压器的传统方法已采用了仅反馈输出电压的电压控制。

为了改善使用这种电压控制方法的开关稳压器的频率特性，已使用了反 馈输出电压和输出电流的电流控制(例如，参见专利文档1)。进一步，作为 类似的方法，已使用了从输出电压反馈使用近似微分器(approximate differentiator)来改善稳定性的PID控制。

使用电压控制方法的开关稳压器控制电感器电流，并通过以电感器电流 对输出滤波电容器充电来生成预定恒定电压的特定输出电压。在这种开关稳 压器中，为了控制输出电压，反馈输出电压并且生成输出电流，因而开关稳 压器具有作为开关稳压器固有特性的二次谐振频率特性。谐振频率特性降低 了控制环路的稳定性，并且使开关稳压器的结构复杂化。因此，为了维持稳 定性，需要降低控制环路的增益，而这造成了瞬态响应特性被降低的问题。

进一步，为了改善使用电压控制方法的输出电压反馈型的开关稳压器的 频率特性，已使用了反馈输出电压和输出电流的电流控制方法。输出电流被 反馈以控制输出电流，因而开关稳压器具有主频率(primary frequency)的特 性，并且可容易地执行控制。因此，可以增大控制环路的增益，因而可以改 善开关稳压器的瞬态响应特性。

专利文档1：日本特许公开专利申请No.2006-33958

然而，在电流控制方法中，电流被转换为电压并被反馈，因而电流感应 电阻器(current sensing resistor)是必要的。当电流感应电阻器的电阻值 较大时，开关稳压器的效率降低，因而对于电流感应电阻器，需要使用具有 几十mΩ的电阻器。然而，这种电阻器较贵。进一步，由于电流感应电阻器 的感应电压是微小的电压，因此存在该微小的电压可能受噪声影响的问题。 进一步，作为不使用这种电流感应电阻器的方法，已采用了使用驱动晶体管 的开启电阻(使用驱动晶体管的漏极电压)的方法。因为没有使用电阻器，因 此在成本和效率方面，该方法比电流感应电阻器具有更多优点。

然而，由于驱动晶体管的开关，当驱动晶体管导通时，很难调整用以检 测漏极电压的时序。进一步，由于驱动晶体管的开关浪涌的生成，因此不可 能在驱动晶体管导通之后立即检测电压，并且由于生成了检测时序的延迟， 因此这是有问题的。此外，由于使用微小的电压，因此存在这样的问题：该 微小的电压很可能以与使用电流感应电阻器的方法相同的方式受到噪声的影 响。另外，在使用电流控制方法的开关稳压器中，当PWM控制的占空比超过 50％时，生成了分谐波共振(subharmonic resonance)。为了消除分谐波共振， 需要斜率补偿电路。这种斜率补偿电路具有复杂的结构，并且其调节很困难。

此外，在从输出电压反馈使用近似微分器来改善稳定性的PID控制方法 中，理论上，反馈输出电压的微分值。换句话说，反馈与输出电流和电感器 电流之间的差相接近的值。因此，可能具有与电流控制方法中的频率特性相 类似的频率特性。然而，在PID控制方法的开关稳压器中，输出电压被叠加 了由于来自滤波能力的ESR或来自开关稳压器的输出节点的浪涌电压而引起 的高频噪声。根据使用微分器的结构，显而易见这种高频噪声可能成为故障 因素。

这样，虽然电流控制方法具有良好的响应特性的优点，但是对于电压控 制方法，其具有许多缺点。PID控制方法使用微分器，因此受到噪声影响。 基于这些事实，当前许多开关稳压器使用电压控制方法。

发明内容

本发明的一般目的是提供消除了上述问题的改善的且有用的开关稳压器 以及用于控制其工作的方法。

本发明的更具体目的是提供可提供稳定控制并且改善频率特性的开关稳 压器以及用于控制其工作的方法。