[发明专利]用于降压DC/DC转换器的滞后控制

说明书

发明背景 

本发明涉及功率转换器领域，并且具体地涉及其中反馈电压和与基准电压相加的受控斜坡电压进行比较的滞后转换器。 

控制DC到DC功率转换器的各种方案是已知的。在线性受控的功率转换器中，感测输出电压和输出电流之一并且经由误差放大器将其反馈回控制器。反映目标输出的基准值还由误差放大器接收，并且检测来自目标输出的输出中的差异且通常通过调整电控制开关闭合的时间量来进行补偿。在这种实施例中，输出电压或电流在目标输出周围变化，并且平均输出随着时间可等于目标输出。然而，在需要对负载的大变化进行快速反应时，这种线性调节控制是不适当的。 

为了克服这种困难，利用了滞后转换器。滞后转换器包括至少一个电控制开关、比较器、以及电感器，电控制开关响应于比较器的输出而闭合。比较器被排列成响应于瞬时输出电压下降到第一基准信号以下而迅速地闭合电控制开关，由此驱动输出电压变高，而无需延迟积分器或者其他低带宽电路。存在用于打开电控制开关的各种方案，包括但不限于将输出电压与第二基准进行比较、以及限定电控制开关的预定的固定导通时间。 

图1示出现有技术的滞后转换器10的高级示意图，滞后转换器10包括：被示为施米特触发比较器的滞后比较器20；被示为但不限于降压转换器的开关模式(switched mode)电源40，该降压转换器由被示为但不限于此的p沟道场效应晶体管(PFET)的第一电控制开关50、被示为但不限于此的n沟道场效应晶体管(NFET)的第二电控制开关60、电感器70、以及输出电容器80组成。另外，还示出负载90。输入电压VIN连接到PFET50的源极，并且PFET50的漏极连接到电感器70的第一端以及NFET60的漏极。电感器70的第二端连接到输出电容器80的第一端以及负载90的 第一端，由此该电压标示输出电压VOUT。负载90的第二端、输出电容器80的第二端、以及NFET60的源极连接到公共电位。 

输出电压VOUT还连接到滞后比较器20的非反相输入，并且基准电压VREF连接到滞后比较器20的反相输入。滞后比较器20的输出连接到PFET50的栅极以及NFET60的栅极两者。任选地，在滞后比较器20的输出与PFET50和NFET60的栅极之间提供栅极驱动电路(未示出)。输出电压VOUT被示为直接馈送到滞后比较器20的非反相输入，然而这不意味着以任何方式进行限制，并且诸如与基准电压VREF一致的分压输出之类的输出电压VOUT的函数值可交替地馈送回滞后比较器20的非反相输入，优选地为在不需要有源设备的情况下对负载100的变化作出响应而导致缩减的带宽的任何函数。 

在操作中，当输出电压VOUT下降到小于馈送到滞后比较器20的反相输入的阈值信号(即，基准电压VREF)时，滞后比较器20使电流能够流经PFET50，由此将电感器70连接到输入电压VIN且使增大的电流能够流经电感器70，该增大的电流在输出电容器80的方向上流动时为正，由此增大输出电压VOUT。当输出电压VOUT大于基准电压VREF时，滞后比较器20使电流能够流经NFET60，由此将电感器70连接到公共电位，以使电流能够凭惯性(freewheel)流经NFET60；通过电感器70的电流随着时间减小，由此减小输出电压VOUT。滞后由滞后比较器20提供以避免不稳定性。 

不幸的是，滞后转换器通常在电路中呈现出不稳定行为，其中输出电容器呈现低等效串联电阻，因为响应于电控制开关的闭合，输出电压不会迅速地上升。已经提议了主要通过人为地用电感器电流感应在相位方面的波纹以针对上述缺陷的各种解决方案。 

在一种方案中，如在2004年9月14日授权给Walters等人的美国专利S/N6,791,306(其全部内容通过引用结合于此)中描述的，提供了跨电感器两端连接的跨导放大器。跨导放大器所生成的电流被馈送到波纹电压电容器，该波纹电压电容器将该电流变换成用于输入到滞后比较器的电感器 电流表示的电压。这种方案需要来自电感器两侧的输入，这可能难以实现。 

在另一方案中，如在2008年11月25日授权给Klein的美国专利S/N7,457,140(其全部内容通过引用结合于此)中描述的，生成与流经电感器的电流成比例的斜坡电压并将其与输出电压表示相加，该相加的电压被馈送为滞后比较器的输入。所示的实施例是复杂的，需要来自电感器两侧的上述输入和/或双沿单触发电路。 

发明内容