[发明专利]用于开关模式电源的有保证的启动

说明书

提供了一种开关模式电源，其包括用于产生用于控制开关模式电源中的功率开关的经脉宽调制(PWM)控制器时钟信号的比较器。该开关模式电源被配置成将斜坡电压的无DC版本与误差电压叠加以产生组合电压。该比较器将该组合电压与参考电压进行比较以产生该PWM控制器时钟信号。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年9月4日提交的美国专利申请No.14/845,809的权益。

技术领域

本申请涉及开关模式电源，尤其涉及用于开关模式电源的有保证的闭环启动。

背景技术

为了调节集成电路(诸如片上系统(SoC))上的电源轨，通常因与替换技术(诸如线性压差调节器(LDO))相比其期望效率而使用开关模式电源(SMPS)。为了控制SMPS中的电源开关循环，还通常因与数字控制方案相比其低功耗和极大地降低的复杂度而使用脉宽调制模式(PWM)控制器。尽管PWM控制器与数字控制方案相比是功率高效的，但是结果所得的反馈控制环路遭受启动问题。

为了提供对这些启动问题的较佳领会，考虑如图1中所解说的常规开关模式电源100。使用由比较器110确定的占空比(脉冲宽度)来循环导通和断开功率开关105。在响应于输入电压而驱动输入电流通过功率存储元件115的同时，功率开关105导通以在功率存储元件115内存储能量。功率开关105由此被配置成控制功率存储元件115内的电流。当功率开关105关断时，功率存储元件115中所存储的能量使用输出电压Vout来驱动负载(未解说)。电压缩放电路125缩放输出电压以产生经缩放的调节器输出电压，在误差放大器120处将该经缩放的调节器输出电压与参考电压进行比较以产生误差电压(误差放大器电压信号)。数模(DAC)转换器130响应于带隙电压(其也可被指定为带隙参考或带隙参考电压)和数字控制信号而产生参考电压。

脉宽调制涉及由斜坡生成器135在斜坡输出信号节点处生成的斜坡电压。斜坡电压生成可响应于时钟信号(诸如系统时钟信号)。比较器110将斜坡电压与误差电压进行比较。随着经缩放的调节器输出电压响应于输出电压的改变而改变，误差电压与斜坡电压的相交相应地改变。比较器110将由此调节功率开关105的循环的占空比，以使得输出电压被调节至期望电平。输出电压的期望幅度由在DAC 130处控制参考电压电平的数字控制信号(数字控制字)来确定。

尽管对开关模式电源中的输出电压的此类调节是例行的，但是注意到，误差放大器120的输出电压在启动之际将为电源电压VDD或地，如图2A中所示(在本文中进一步讨论如图2A中所示的斜坡电压的DC值)。但是为了产生功率开关105的脉冲，误差电压(V误差，其也可被表示为误差信号)必须与斜坡电压(V斜坡)相交，如图2B中所示。换言之，误差电压必须具有位于斜坡电压的最大值与最小值之间的值。因为在图2A中不存在此类相交，所以开关模式电源100在没有进一步修改的情况下将永远不会在启动时进入调节状态。为了解决该启动问题，由此通常迫使功率开关105在启动之际以开环方式(没有通过误差放大器120和比较器110的反馈控制)循环并随后逐渐增加功率开关循环的占空比以使得结果所得的误差电压具有位于斜坡电压的最大值与最小值之间的值。该环路随后闭合，以使得输出电压可以常规方式调节。但是在开关模式电源100启动时的这种控制环路的断开和闭合导致延迟并需要复杂的电路系统来确保到闭环工作的平稳转变。

相应地，本领域中需要具有改进的启动性能的经脉宽调制开关模式电源。

发明内容

提供了一种开关模式电源，其包括配置成放大该开关模式电源的输出电压的经缩放版本与参考电压之差以提供误差信号的误差放大器。该开关模式电源包括用于形成斜坡电压的斜坡生成器。该开关模式电源被配置成将该斜坡电压的无DC版本与该误差电压组合以产生组合电压。比较器将该组合电压与该参考电压进行比较，以产生控制开关模式电源中的功率开关的循环的经脉宽调制(PWM)控制器时钟信号。