[发明专利]一种快速瞬态响应buck同步整流DC-DC变换器

说明书

技术领域

本发明涉及开关电源，尤其涉及一种快速瞬态响应buck同步整流DC-DC变换器。

背景技术

目前，无论是CPU、DSP或者SOC等处理器，还是其他数字集成电路，其对供电电压响应速度的要求越来越高。供电电压的响应速度取决于开关电源的开关频率和电源环路的设计。在开关频率方面随着半导体工艺的提高，开关电源的开关频率越来越来越高，市面上可以买到的高速DC-DC变换器的开关频率已经可以达到2MHz以上。而在环路的设计方面同样的开关频率下，为了提高瞬态响应的速度，人们大多采用峰值电流模式（PCM）的开关电源。采用峰值电流模式的开关电源在没有谐波补偿的情况下，提高输出电压和输入电压的比会产生次谐波震荡，这限制了开关电源的设计。如果我们加入比较大的谐波补偿，那么环路响应的速度会下降。所以快速瞬态响应buck同步整流DC-DC变换器是一个飞速发展的热点。

SOC、CPU等处理器的电源，由于工作频率较高，工作模式变化复杂，不同的工作情况下需要不同供电电压，因此他们对电源的供电电压的响应要求较高。普遍要求0.1v的电压变化的瞬态响应在20us～80us。对于市面上常见2MHz的电源来说，电压调整速度或者说瞬态响应速度要达到这个值就必须采用峰值电流模式的DC-DC变换器。采用峰值电流模式的DC-DC变换器在设计时必须考虑次谐波震荡，这就使得开关电源的某些方面的性能降低了。因此寻找另外一种开关电源的拓扑结构变的尤为重要。

如果采用平均电流模式的DC-DC变换器，虽然没有次谐波震荡的问题，但是瞬态响应的速度会大大降低。如果使用较高阶的滤波器去滤除电流采样后的纹波，那么成本会大大提高，不利于实际运用。

发明内容

本发明目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种快速瞬态响应buck同步整流DC-DC变换器。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

一种快速瞬态响应buck同步整流DC-DC变换器，其特征在于：包括幅度受输入电压控制的锯齿波发生电路、功率管电路、功率管驱动电路、占空比信号产生电路、输出滤波网络、电流采样电路、保持电路、误差放大电路、分压网络和输出电压误差放大电路，幅度受输入电压Vin控制的锯齿波发生电路的一个输出连接占空比信号产生电路，另一个输出端连接保持电路，占空比信号产生电路的输出连接功率管驱动电路，功率管驱动电路的输出连接功率管电路，功率管电路的一个输出同时连接输出滤波网络和电流采样电路，输出滤波网络的一个输出连接电流采样电路，另一个输出连接分压网络，电流采样电路的输出连接保持电路，分压网络的输出连接输出电压误差放大器电路，输出电压误差放大电路及保持电路的输出分别连接误差放大电路，误差放大电路的输出连接占空比信号产生电路；其中：

幅度受输入电压Vin控制的锯齿波发生电路包括电压脉冲发生器V1、压控电流源V2、NMOS管M1和电容Cd，压控电流源V2设有四个端口，分别与电源VDD、输入电压Vin、接地端以及NMOS管M1的漏极和电容Cd的一端连接，NMOS管M1的衬底和源极连接电容Cd的另一端和电压脉冲发生器V1的一端并接地，电压脉冲发生器V1的另一端连接NMOS管M1的栅极；

功率管电路包括PMOS管M2和NMOS管M3，PMOS管M2的衬底和源极连接输入电压Vin，PMOS管M2的漏极连接NMOS管M3的漏极，NMOS管M3的衬底和源极接地；

功率管驱动电路包括死区控制电路和级连的反相器组，死区控制电路的输入端与占空比产生电路的输出端连接，死区控制电路的输出P端串接偶数个驱动能力依次变大的反相器，最后一个反相器inv_P的输出端与功率管电路中PMOS管M2的栅极连接，死区控制电路的输出N端串接偶数个驱动能力依次变大的反相器，最后一个反相器inv_N的输出端与NMOS管M3的栅极连接；

占空比信号产生电路包括比较器，比较器的输出端连接功率管驱动电路中死区控制电路的输入端，比较器的反相输入端连接幅度受输入电压控制的锯齿波发生电路的一个输出端，即幅度受输入电压Vin控制的锯齿波发生电路中NMOS管M1的漏极；

输出滤波网络包括电感L1、滤波电容C和负载电阻R，电感L1的输入端连接功率管电路中PMOS管M2的漏极和NMOS管M3的漏极，电感L1的输出端连接滤波电容C和负载电阻R的一端，滤波电容C和负载电阻R的另一端接地；