[发明专利]电流型降压转换器轻重载模式切换快速响应方法和电路

说明书

本发明公开了一种电流型降压转换器轻重载模式切换快速响应方法和电路，所述方法为：在电流型降压转换器工作在轻载间歇模式时，通过自适应COMP电压钳位电路，根据不同的输入电压、输出电压占空比产生自适应的钳位电压作为重载脉宽调制模式控制电路的初始电压。本发明方法使得不同输入电压、输出电压条件下轻载到重载模式切换时的响应速度增强，从而提高芯片性能，实现更小的轻重载模式切换输出电压纹波。

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，具体涉及一种电流型降压转换器轻重载模式切换快速响应方法和电路。

背景技术

随着电力电子产品的需求和半导体技术的发展，集成电路(IC)在电力电子产品中的重要性越来越高，在开关电源等领域的应用也越来越广泛。降压(BUCK)型直流-直流(DC-DC)转换器不断追求高性能，高效率及低功耗，当前，BUCK型DC-DC转换器芯片可通过检测负载电流控制转换器重载下工作在连续脉宽调制(PWM)模式，轻载下工作在间歇模式。在间歇模式下可通过控制大部分模块关闭，只有使能、基准电压产生、偏置电流产生、反馈电压(VFB)检测等模块开启，保证芯片在轻载时能够正常工作且保持超低功耗。但是在轻载间歇模式到重载PWM模式切换过程中，往往会出现环路建立时间长、响应慢，从而引起输出电压过冲或者下冲大，造成输出电压纹波大，影响后级系统正常工作的问题。

传统的电流型降压转换器轻重载模式切换示意图如图1所示。轻载和重载分别由不同的控制电路控制电压VOUT输出。轻载工作时，轻载间歇模式控制电路和固定电压钳位电路正常工作，在检测到负载变大且输出电压变低后，系统切换到重载脉宽调制模式控制，同时轻载模式停止工作，上述固定电压钳位电路用于给重载脉宽调制模式控制电路提供一定初始电压，以便其控制环路响应不会太慢。

图2为传统电流型降压转换器轻重载模式控制系统的电路原理示意图。重载脉宽调制控制模式控制电路包括电压环控制电路(下文简称电压环路)和电流环控制电路(下文简称电流环路)。电压环路由误差放大器EA、环路补偿电路Compensation、脉宽调制比较器PWM、逻辑控制单元LOGIC、驱动级DRIVER、功率级(由M1、M2、L、Cout组成)、反馈网络(由Rf1、Rf2组成)组成，用于实现对输出电压VOUT的控制。电流环路包括电流采样电路ISENSE、斜坡补偿电路SLOPE、脉宽调制比较器PWM、逻辑控制单元LOGIC、驱动级DRIVER、功率级(组成同上)组成，用于快速响应输出电流的变化。

重载脉宽调制模式控制电路的EA根据采集的反馈电压FB，调节Compensation获得合适的补偿点电压COMP从而调制PWM的输出，继而控制输出电压VOUT。

轻载间歇控制模式控制电路包括输出电压控制电路及轻载退出检测电路。输出电压控制电路通过迟滞比较器COMP1控制反馈电压FB实现输出电压稳定；轻载退出检测电路通过检测反馈电压FB是否低于基准电压VREF-V1，实现轻载模式退出检测。

图中CLAMP为固定电压钳位电路，在轻载间歇控制模式工作时，固定电压钳位电路CLAMP始终保持工作，将补偿点电压COMP钳位在设定的基准电压点，以保证系统从轻载间歇控制模式切换到重载脉宽调制控制模式时，系统中响应最慢的COMP(受Compensation影响)能有一定的初始值，以便PWM能尽快正常工作。

在轻载间歇控制模式下，误差放大器EA不工作，COMP由CLAMP固定在设定的基准电压点，当输出负载瞬间从轻载切换到重载时，COMP无法正确响应不同占空比(输出电压与输入电压比例)引起的变化，造成大占空比时切换到重载后COMP恢复时间长，系统响应速度慢，引起输出电压下冲过大(因为CLAMP钳位电压通常不高)，当然也可以将COMP钳位电压提高，避免轻重载切换时输出下冲过大，但是这样又会带来小占空比切换时输出过冲大的问题。

总之，传统电流型降压转换器轻重载模式切换时，环路响应慢，输出纹波大。

发明内容