[发明专利]一种具有高负载调整率的快速瞬态响应DC-DC开关变换器

摘要

一种具有高负载调整率的快速瞬态响应DC-DC开关变换器，设有电流检测电路、斜坡补偿电路、脉宽调制器、含有功率管、输出电感、滤波电容以及负载的BUCK拓扑电路、误差放大器以及电压检测器，误差放大器和电压检测器采样BUCK拓扑电路的输出电压VOUT并分别与参考电压VREF比较，误差放大器及电压检测器的输出信号叠加输入到脉宽调制器，电流检测电路检测BUCK拓扑电路中的电感电流，斜坡补偿电路产生的周期性斜坡信号与电流检测电路的输出端信号叠加输入到脉宽调制器的输入端，脉宽调制器的输出端控制BUCK拓扑电路中的功率管栅信号。

主权项

一种具有高负载调整率的快速瞬态响应DC‑DC开关变换器，其特征在于：当开关变换器的负载发生突变时，采用无大电容补偿的低增益差分输入、差分输出DIDO误差放大器并在其输出端叠加随负载改变的直流电平，经过脉宽调制器快速调节输出电压并提高负载调整率；设有电流检测电路、斜坡补偿电路、脉宽调制器、BUCK拓扑电路、误差放大器以及电压检测器，误差放大器和电压检测器采样BUCK拓扑电路的输出电压VOUT并分别与参考电压VREF比较，误差放大器及电压检测器的输出信号叠加输入到脉宽调制器，电流检测电路检测BUCK拓扑电路中的电感电流，斜坡补偿电路产生的周期性斜坡信号与电流检测电路的输出端信号叠加输入到脉宽调制器的输入端，脉宽调制器的输出端控制BUCK拓扑电路中的功率管栅信号，其中：电流检测电路、斜坡补偿电路、BUCK拓扑电路为常规电路；误差放大器包括两级差分输入、输出电路，第一级差分输入、输出电路包括差分输入PMOS对管M1、M2、PMOS管电流源M9以及负载R1、R2；第二级差分输入、输出电路包括差分输入PMOS对管M3、M4、PMOS管电流源M10以及负载R3、R4；PMOS管电流源M9和M10的栅极均连接偏置电压VBIAS1，M9源极接电源VDD，M9漏极与差分对管M1和M2的源极连接在一起，M1栅极连接BUCK拓扑电路的输出VOUT，M1漏极与负载R1的一端以及第二级差分输入M3管的栅极连接在一起，M2栅极连接参考电压VREF，M2漏极与负载R2的一端以及第二级差分输入M4管的栅极连接在一起；M10源极连接电源电压VDD，M10漏极与输入差分对管M3及M4的源极连接在一起，M3管漏极接负载R3的一端，此端作为误差放大器输出负端VEA‑，M4管漏极连接负载R4的一端，此端作为误差放大器输出正端VEA+，负载R1、R2、R3及R4的另外一端均接地；电压检测器包括缓冲器、RC低通滤波网络和两级差分输入、输出电路，第一级差分输入、输出电路包括差分输入PMOS对管M5、M6、PMOS管电流源M11以及负载R5、R6；第二级差分输入、输出电路包括差分输入NMOS对管M7、M8、NMOS管电流源M12以及负载R7、R8；BUCK拓扑电路的输出VOUT连接缓冲器的输入端，缓冲器的输出端连接到RC低通滤波网络中电阻R9的一端，电阻R9的另一端通过电容C接地，电阻R9和电容C相连的一端连接到第一级PMOS差分输入对管中M5的栅极，M6的栅极接参考电压VREF，M5及M6的源极互连并与PMOS管M11漏极相连，M11栅极接偏置电压VBIAS2，M11源极接电源电压VDD，M5漏极与负载R5的一端以及第二级差分输入NMOS对管中M7的栅极连接在一起，M6漏极与负载R6的一端以及第二级差分输入NMOS对管中M8的栅极连接在一起，负载R5、R6的另一端均接地，M12栅极接偏置电 压VBIAS3，M12源极接地，M7及M8的源极与M12漏极连接在一起；PMOS管M13和M14为受控电流源，M7漏极作为电压检测器的一个输出端与负载R7的一端以及PMOS管M13的栅极连接在一起，M8漏极作为电压检测器的另一个输出端与负载R8的一端以及PMOS管M14的栅极连接在一起，负载R7、R8的另一端均接电源电压VDD，M13与M14的源极互连并接电源电压VDD，M13及M14的漏端分别接到误差放大器的输出正端VEA+及输出负端VEA‑；脉宽调制器包括：由电流检测电路输出电压Vsense控制的两个PMOS管电流源M16、M15、由斜坡补偿电路输出电压Vcompensation控制的两个PMOS管电流源M22、M21、两个PMOS管恒流源M19、M20、电阻R10、R11以及比较器；PMOS管M17、M18的栅极为输入端，分别接误差放大器输出正端VEA+及输出负端VEA‑，M17、M18漏极互连并接地，M19及M20的栅极互连并连接偏置电压VBIAS4，M19漏极与M17源极以及电阻R10的一端连接在一起，电阻R10的另一端与M15、M21的漏极以及比较器的反相输入端连接在一起，M18源极与电阻R11的一端以及M16、M22的漏极连接在一起，电阻R11的另一端与M20的漏极以及比较器的同相输入端连接在一起，M21栅极、M22栅极与斜坡补偿电路输出电压Vcompensation连接在一起，M15栅极、M16栅极与电流检测电路输出电压Vsense连接在一起，M15、M16、M19、M20、M21及M22的源极均连接电源电压VDD，比较器的输出端即为脉宽调制器的输出端，连接到BUCK拓扑电路中的功率管栅极。