[发明专利]谷底电流控制的DCDC转换器加快动态响应的方法

说明书

本发明提供了一种谷底电流控制的DCDC转换器在轻载跳周期模式下加快动态响应的方法，无论DCDC转换器当前的工作模式是续流或者断流模式，斜波补偿信号在每个时钟周期（CLK）都会复位，在电流斜波生成电路中，时钟的上升沿复位，这个复位导致电流斜波（RAMP）也随之复位，并且在复位一个很短的时间后（例如：复位时间等于时钟脉宽），斜波补偿以及电流斜波恢复之前的斜率，直至下次复位，和传统谷底电流控制的降压DC/DC转换器的工作模式相比，本发明不但可以保证了轻载下的器件性能，还可以提高动态相应速度，抑制了电感电流的过冲，相应的输出电压VOUT的纹波也会减小很多，同时会保护下游的芯片的输入低电压保护保持稳定。

技术领域

本发明涉及电子元器件、半导体、集成电路，尤其涉及一种谷底电流控制的DCDC转换器加快动态响应的方法。

背景技术

谷底电流模式的降压DC/DC转换器的工作原理与峰值电流模式类似。区别在于，峰值电流模式的时钟CLK信号关断下管，导通上管，采样上管的电流与跨导放大器（GmAmplifier）输出COMP比较，触发脉冲宽度调制PWM信号后，关断上管，导通下管。而谷底电流模式是时钟CLK信号关断上管，打开下管，采样下管的电流与跨导放大器（Gm Amplifier）输出COMP比较，触发脉冲宽度调制PWM信号后，关断下管，导通上管。相同点是用于触发脉冲宽度调制PWM信号的电流斜波RAMP都是采样电流加上斜率补偿。如图1是传统降压DC/DC转换器的原理图，如图2为传统降压DC/DC转换器的谷底电流模式和峰值电流模式的波形图，如图6为传统的电流斜波产生电路的框图。

不管是哪种模式，在负载很轻的情况下，通常会避免负电流，以提高转换效率。下管的电流零点检测会在电流降低到0A附近时，关断下管，使得电流止步于0A，不能变负。这样就进入了断流模式（Discontinuous Conduction Mode）。由于谷底电流模式是采样下管的电流，关断后，采样电流不再改变，保持关断时的采样值直到下次触发。同时，斜率补偿也停止，并保持关断时的补偿值。由于这两个组成电流的部分都不在变化。所以，整个电流斜波保持恒定。触发下一个脉冲宽度调制PWM信号只能通过负载缓慢降低输出电压VOUT，直至反馈电压低于参考电压，从而导致跨导放大器（Gm Amplifier）的输出变化，形成一个斜率很小的斜波，与保持不变的电流斜波交汇。产生PWM的时间间隔随着负载的降低会越来越长，相当于，间隔了很多个时钟周期DCDC才会进行一次上管下管的开关动作。这就形成了谷底电流模式在轻载下的跳周期的运行方式。

但是，这样的设计存在电感电流或者输出电压纹波与动态响应矛盾的问题。（参见谷底电流控制的DCDC转换器在轻载跳周期模式下不影响动态响应的抑制电流过冲的方法）解决办法是固定上管的导通时间，同时缩短上管导通的那个周期。虽然，控制回路在负载变化后最快的做出了响应，时间上没有延时，但是上管的第一次导通，只是一个最小时间。没有能最大程度的打开上管，从而迅速恢复被重载拉低的输出电压。最优的结果应该是上管导通尽量长的时间，在不超过限流的情况下，第一时间就尽量恢复输出。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：通过导通上管Q1尽量长的时间，在不超过限流的情况下，第一时间就尽量恢复输出，从而使其在轻载模式下无延时的动态响应。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：电流斜波由采样电流和斜率补偿组合生成。在电感电流降低到0A，采样电流关断后，电流斜波只剩下斜率补偿。斜率补偿保持原来的运行，并且每个时钟周期复位，请参见图3。

所述电流斜波生成电路，请参见图5，包括： PMOS管、电容、恒定电流源、下管采样电流电路、电阻、电压相加电路。恒定电流源施加到电容上，生成斜率补偿电压。

下管采样电流电路施加到电阻上，生成电流采样电压。斜率补偿电压与电流采样电压通过电压相加电路生成电流斜波电压。

在传统的电流斜波生成电路中，斜率补偿只在上管开启时复位，所以PMOS管由HSON信号控制。本发明中，斜率补偿每个时钟周期都复位。