[发明专利]PFM直流-直流变换器中对负载瞬态的加速响应

说明书

技术领域

本申请涉及功率变换器，并且更具体地，涉及使用脉冲频率调制(“PFM”) 的直流-直流(DC-to-DC)变换器。

背景技术

功率变换一般将功率从一个值变换到另一个值，而在转换的过程中保持功 率恒定。例如，供电电压可以从一个电压被变换到另一个电压，或者被变换成 电流。

一种类型的功率变换器是直流-直流变换器，其经常被称为负载点变换器， 在该负载点变换器中来自处于负载点的输入电源的输入电压被变换到期望的输 出电压。这种变换器可以将一个值的直流(DC)电压变换为另一个值的DC电 压，例如变换到更低的值。为了达到这一点，可以在DC电源电压供应源和负载 (其可以包括滤波电容)之间串联连接电子开关和电感。该电子开关可以被构 造为通过响应传递给该电子开关的控制信号，来控制通过电感的电流供应。该 控制信号可以是一系列脉冲。在该脉冲为高电平时，该电子开关可以把电流从 电源电压供应源传导给电感。通过调整所述脉冲，可以调整传递给电感的能量 以及，进而调整传递给负载的电压。

脉冲控制器电路可以用于生成传递给所述电子开关的所述脉冲。可以构造 所述脉冲控制器电路以生成具有固定脉冲宽度的脉冲，该脉冲宽度通常指的是 不随时间变化的恒定值。传递给电感的能量数量因而可以通过控制这些恒定宽 度脉冲的频率来调整。典型地，提供反馈回路，该反馈回路通过响应直流-直流 变换器上负载的增加而使脉冲的频率增加。

变换器上负载的变化可以要求传递给电感的能量数量的相应变化，以便保 持输出负载电压恒定。进而，这要求传递给所述电子开关的脉冲频率的变化。

不幸的是，当随时间恒定时可能会发生状况，脉冲控制器电路不能对变换 器上负载的变化作出足够快速的响应，因而引起输出电压在非期望长度的时间 段内偏离目标值。例如，变换器上负载的快速增加，通常被称为“负载阶跃(load step)”，可能导致输出电压相应地快速降低。作为响应，脉冲控制器电路可以 增加脉冲的频率以增加传递给负载的能量，以便把电压拉回目标值。然而，由 该脉冲控制器电路产生的最大脉冲频率可以被各个脉冲之间的最小关闭时间 (T_OFF(min)所限制。这可能限制脉冲控制器电路响应负载阶跃而快速地把负载电 压拉回目标值的能力。

在变换器上负载快速降低时也可能产生类似的延迟，通常被称为“负载释放 (load release)”。负载释放可能引起负载电压不期望的跳跃。当负载释放在脉 冲控制器电路初始化时间恒定脉冲之后立即发生时，尽管负载已经降低但还可 以继续将能量传递给电感。这种给电感持续传递能量可能使负载电压更加增 大，而所需要恰恰是相反的情况。这可能再次降低脉冲控制器电路响应瞬时状 况而快速地把负载电压拉回目标值的能力。

简言之，恒定宽度PFM直流-直流变换器不能通过响应由负载阶跃和/或负 载释放引起的瞬时情况而以期望的目标快速恢复。

发明内容

一种脉冲控制器电路，可以用于直流-直流变换器。该脉冲控制器电路可以 具有负载电压输入端，以用于接收代表所述直流-直流变换器施加到负载上的电 压的信号。该脉冲控制器电路可以具有电感电流输入端，以用于接收代表通过 电感的电流的信号，通过所述电感电流从电源电压供应源经过电子开关系统流 到负载。该脉冲控制器电路可以具有脉冲发生器电路，以用于生成脉冲，该脉 冲的频率通过响应所述直流-直流变换器上负载的增加而增加。

所述脉冲发生器电路可以用于使各个脉冲具有固定宽度。然而，当脉冲达 到该固定宽度的末端并且通过所述电感的电流大小低于阈值时，所述脉冲生成 器可以用于延长该脉冲直至通过所述电感的电流大小达到所述阈值为止。

所述直流-直流变换器施加到负载上的电压可以包含纹波成分和噪声和/或 成分，该纹波成分具有峰-峰值。该脉冲发生器电路可以用于，当负载电压超过 目标值为纹波成分的峰-峰值电压的大约一半加上噪声成分差值(noise component margin)的和时，提前终止各个脉冲。

所述脉冲控制器电路可以具有脉冲输出端，以用于向所述电子开关系统传 递由该脉冲发生器电路生成的脉冲。

直流-直流变换器可以包括电子开关系统，电感、通过该电感电流从电源电 压供应源经过电子开关系统到达负载，以及上述类型之一的脉冲控制器电路。