開關調節電路的製作方法
2023-08-12 11:57:01
專利名稱：開關調節電路的製作方法
技術領域：
本發明的實施例涉及一種開關調節器，更具體地，涉及一種包括誤差校正電路的開關調節器。
背景技術：
在開關調節器的控制方式中，COT控制模式由於其大量的優點而得到了廣泛應用。 在COT控制模式中，開關調節電路可以不需要環路補償網絡，從而使得電路設計更加簡單。 而且，由於利用COT控制模式進行控制的開關調節電路可以不需要利用誤差放大器對電壓進行調節。因而，採用COT控制模式的開關調節電路具有更好的瞬態響應性能。另外，若開關調節電路在輕載狀態下處於PFM模式，在重載狀態下處於PWM模式，則利用COT控制模式，開關調節電路從輕載狀態下的PFM模式至重載狀態下的PWM模式的過渡將更加平滑。由於COT控制模式具有上述優點且不限於上述優點，因而，COT控制模式在開關調節電路的電源控制技術中得到了廣泛應用。在COT開關調節器中，常通過比較器將反映輸出電壓Vqut信息的反饋電壓Vfb與參考電壓Vkef進行比較，並根據比較結果對功率級電路進行控制，從而實現對開關調節器輸出電壓Vot的調節。圖1示出現有技術中一種利用比較器對輸出電壓Vott進行調節的降壓式開關調節器10。如圖1所示，開關調節器10的輸出電壓Vqut經由和Rd2組成的反饋迴路後形成反饋電壓Vfb，以提供至比較器COMP的反相輸入端。比較器COMP的同相輸入端接收參考電壓Vkef提供的電壓作為實際參考電壓VK。當輸出電壓Vott降低，使得參考電壓Vfb小於實際參考電壓\時，比較器COMP輸出高電平信號，置位觸發器14。此時，觸發器14將上開關管 Q1導通，下開關管％關斷，以接收輸入電壓Vin，從而升高輸出電壓VOT。此後，經過恆定導通時間Tw後，恆定導通時間產生器13輸出高電平信號，復位觸發器14。此時，觸發器將上開關管A關斷，下開關管％導通，從而降低輸出電壓VOTT。當輸出電壓Vot降低，使得參考電壓Vfb再次小於實際參考電壓Vk時，比較器COMP輸出高電平信號，置位觸發器，從而再次升高輸出電壓VOT，重複下一個工作周期。圖2示出圖1所示降壓式開關調節器10的工作波形示意圖。如圖2所示，所示波形圖從上至下依次為開關調節器10輸出的開關信號SW波形、電容Cqut的等效串聯電阻紋波ESR、電容Cott的電容紋波CAP以及輸出電壓波形圖。如圖2所示，由於電容Cott中存在等效串聯電阻紋波ESR和電容紋波CAP，因此，在每個工作周期內，比較器COMP實際是將輸出電壓紋波的波谷值和參考電壓Vkef進行比較。設反饋電壓Vfb與輸出電壓Vott之間的關係為VFB = KXVOUT (1)其中，K為比例因子。將輸出電壓設定值Votts設定為Vouts =^XVref(2)
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則輸出電壓實際值Vottk與輸出電壓設定值Votts之間存在電壓誤差VOTTE。在某些輸出電壓較小的應用場合，如DSP、CPU或存儲器的開關電源中，輸出電壓紋波所產生的電壓誤差將嚴重影響開關調節器的輸出電壓精度。例如，在輸出電壓設定值為IV的情況下，若輸出電壓紋波的幅值為50mV，則輸出電壓實際值比輸出電壓設定值高出2. 5%。
發明內容
考慮到現有技術中的一個或多個問題，提出了一種包括誤差校正電路的開關調節
O根據本發明的實施例，提供了一種開關調節電路，包括功率級電路；誤差校正電路，所述誤差校正電路接收反饋開關調節電路輸出電壓的反饋信號以及參考電壓，並輸出誤差校正電壓；比較器，所述比較器的反相輸入端接收所述反饋信號，其同相輸入端接收所述參考電壓與所述誤差校正電壓之差，且所述比較器輸出比較信號；導通時間產生電路，所述導通時間產生電路提供導通時間信號；和邏輯控制電路，所述邏輯控制電路接收所述比較信號和所述導通時間信號，並輸出邏輯控制信號至所述功率級電路。根據本發明的另一實施例，提供了一種開關調節電路，包括功率級電路，所述功率級電路接收輸入電壓且輸出開關信號；濾波電路，所述濾波電路接收所述開關信號，並提供輸出電壓；反饋電路，所述反饋電路接收所述輸出電壓，並提供反饋信號；誤差校正電路，所述誤差校正電路接收所述反饋信號以及參考電壓，並提供誤差校正電壓；比較器，所述比較器的反相輸入端接收所述反饋信號，其同相輸入端接收所述參考電壓與所述誤差校正電壓之差，且所述比較器提供比較信號；導通時間產生電路，所述導通時間產生電路提供導通時間信號；和邏輯控制電路，所述邏輯控制電路接收所述比較信號和所述導通時間信號，並提供邏輯控制信號至所述功率級電路。
下面的附圖表明了本發明的實施方式。這些附圖和實施方式以非限制性、非窮舉性的方式提供了本發明的一些實施例，其中圖1示出現有技術中一種利用比較器對輸出電壓進行調節的降壓式開關調節器；圖2示出圖1所示降壓式開關調節器的工作波形示意圖；圖3示出依據本發明一實施例的開關調節電路的示意框圖；圖4示出依據本發明一實施例的開關調節電路示意圖；圖5對比了現有技術中開關調節電路的輸出電壓波形和依據本發明實施例的開關調節電路的輸出電壓波形；圖6示出依據本發明一實施例的誤差校正電路的示意框圖；圖7示出依據本發明一實施例的開關調節電路的示意框圖；圖8示出了依據本發明一實施例的參考電流產生電路的示意圖；以及圖9示出了依據本發明另一實施例的減法濾波電路的示意圖。
具體實施例方式下面詳細說明本發明實施例的故障檢測電路。在接下來的說明中，一些具體的細節，例如實施例中的具體電路結構和這些電路元件的具體參數，都用於對本發明的實施例提供更好的理解。本技術領域的技術人員可以理解，即使在缺少一些細節或者其他方法、元件、材料等結合的情況下，本發明的實施例也可以被實現。圖3示出依據本發明一實施例的開關調節電路框圖30。如圖3所示，開關調節電路30包括恆定導通時間產生電路301、邏輯控制電路302、功率級電路303、濾波電路304、 反饋電路305以及誤差校正電路306。恆定導通時間產生電路301提供恆定導通時間信號Tw。邏輯控制電路302接收所述恆定導通時間信號Ton,並提供控制信號Q。功率級電路303接收輸入電壓Vin以及所述控制信號Q，以提供開關信號SW。濾波電路304接收所述開關信號SW，並產生輸出電壓VQUT。 反饋電路305接收輸出電壓Vott，並提供反饋輸出電壓Vott信息的反饋電壓VFB。誤差校正電路306接收反饋電壓Vfb和參考電壓Vkef，並提供誤差校正電壓\。為便於清楚描述，如圖3 所示，誤差校正電壓\用電壓源表示。其中，電壓源的正端連接參考電壓Vkef，其負端形成實際參考電壓VK，連接至比較器COMP的同相輸入端。因此，比較器COMP的同相輸入端接收的實際參考電壓Vk為參考電壓Vkef與誤差校正電壓Vs之差，即Vk = VKEF-VS。比較器COMP 的反相輸入端接收反饋電壓Vfb，並提供比較信號&至邏輯控制電路302。圖4示出依據本發明一實施例的開關調節電路示意圖40。如圖4所示，圖3所示的邏輯控制電路302可以採用一觸發器402實現，其置位端S接收比較信號&，其復位端R 接收恆定導通時間信號TM，並輸出觸發信號Q及反相觸發信號Q』。圖3所示的功率級電路 303可以採用如圖4所示的一對上下開關管403實現。上開關管兌的一端連接於輸入電壓 Vin，其另一端連接至下開關管( ，且其控制端接收觸發信號Q。下開關管仏的另一端連接至地，其控制端接收反相觸發信號Q』。上開關管A和下開關管％的公共端輸出開關信號SW。 圖3所示的濾波電路304可以採用電感電容濾波電路404實現。如圖4所示，電感電容濾波電路404包括電感器Lott和電容器Cott，其中，電感器Lott的一端連接至上開關管A和下開關管％的公共端，其另一端連接至電容器Qm的一端，電容器Cot的另一端連接至地。電感器Lott和電容器Cott的公共端產生輸出電壓VOTT。圖3所示的反饋電路305可以採用分壓電路405實現，其包括電阻器和RD2。電阻器的一端連接至電感器Lott和電容器Cqut 的公共端，其另一端連接至電阻器Rd2的一端，電阻器Rd2的另一端連接至地。電阻器和 Rd2的公共端連接至比較器COMP的反相輸入端。圖5對比了現有技術中開關調節電路10的輸出電壓波形和依據本發明實施例的開關調節電路30的輸出電壓波形。如圖5所示，在依據本發明實施例的開關調節電路30 中，實際參考電壓Vk減小。因此，和傳統方法相比，輸出電壓Vott的波谷值只有降低至減小的實際參考電壓\的1/K倍時，比較器COMP才輸出高電平信號至邏輯控制電路302，使輸出電壓Vott增高。因此，依據本發明實施例的開關調節電路30使得實際輸出電壓值Votk和輸出電壓設定值Vots基本上相等，消除了誤差。圖6示出依據本發明一實施例的誤差校正電路的示意框圖。如圖6所示，誤差校正電路306包括減法濾波電路A以及參考電壓調節電路B。減法濾波電路A接收反饋電壓 Vfb和參考電壓Vkef，並產生減法濾波信號Vei。參考電壓調節電路B接收減法濾波信號Vei並產生誤差校正電壓\。圖6所示誤差校正電路306提供誤差校正電壓Vs與參考電壓Vkef串聯，以使得實際參考電壓\為參考電壓Vkef與誤差校正電壓Vs之差，即Vk = VKEF-VS。比較器COMP將反饋電壓Vfb和經調節後的實際參考電壓Vk進行比較，從而能夠更精確地調節開關調節器的輸出電壓。圖7示出依據本發明一實施例的開關調節電路40。如圖7所示，開關調節電路40 包括誤差校正電路406，其接收反饋電壓Vfb和參考電壓Vkef，並根據反饋電壓Vfb和參考電壓Vkef產生誤差校正電壓Vs。具體地，誤差校正電路406包括減法電路4061、低通濾波電路 4062和參考電壓調節電路4063。減法電路4061和低通濾波電路4062構成減法濾波電路。減法電路4061包括電阻器R1 R4以及運算放大器0PAMP1。電阻器R1的第一端子接收參考電壓Vkef，其第二端子耦接至運算放大器OPAMPl的反相輸入端；電阻器&的第一端子耦接於電阻器R1的第二端子，且其第二端子耦接至運算放大器OPAMPl的輸出端；電阻器民的第一端子接收反饋電壓Vfb，其第二端子耦接至運算放大器OPAMPl的同相輸入端； 電阻器R4的第一端子耦接至電阻器民的第二端子，且其第二端子連接至地。運算放大器 OPAMPl的輸出端輸出減法信號Vei。低通濾波電路4062包括濾波電阻器&和濾波電容器Cfo濾波電阻器&的第一端子接收減法信號Vei ；電容器Cf的第一端子耦接至電阻器&的第二端子，且其第二端子連接至地，其中，電容器Cf的第一端子和電阻器&的第二端子形成低通濾波電路4062的輸出端，輸出減法濾波信號VE。參考電壓調節電路4063包括參考電流產生電路M1、第一電流鏡M2、第二電流鏡M3 和誤差校正電阻&。參考電流產生電路M1接收所述減法濾波信號Ve，並產生參考電流；第一電流鏡M2接收該參考電流，並產生第一電流；第二電流鏡M3接收該第一電流，並產生第二電流Is ；誤差校正電阻&的第一端子耦接至第二電流鏡M3以及比較器COMP的同相輸入端，其第二端子連接參考電壓VKEF。根據一個實施例，參考電流產生電路M1包括運算放大器0PAMP2、線性電壓調節元件W和參考電阻器&。運算放大器0PAMP2的同相輸入端接收所述減法濾波信號Ve ；線性電壓調節元件W的控制端耦接至運算放大器0PAMP2的輸出端，其第一端子耦接至第一電流鏡 M2，且其第二端子耦接至運算放大器0PAMP2的反相輸入端；參考電阻器&的第一端子耦接至運算放大器0PAMP2的反相輸入端，且其第二端子接地。如圖7所示，在減法電路4061中，電阻器隊的阻值可以與電阻器R3的阻值相等， 電阻器&的阻值可以與R4的阻值相等，即隊=R3, R2 = &。則由減法電路原理可知，減法電路4061輸出的減法信號Vei與反饋電壓Vfb和參考電壓Vkef的關係如式(3)所示Vei =^(Vfb-Vref)(3)
K1該減法信號Vei經過低通濾波電路4062後，得到減法濾波信號VE。由於輸出電壓 Vout存在紋波，因此減法信號Vei亦存在紋波，而該減法信號Vei經過低通濾波電路4062後， 紋波將被濾除，亦即，獲得的減法濾波信號Ve將被消除紋波。如圖7所示，在參考電壓調節電路4063中，參考電流產生電路M1接收減法濾波信號VE，並產生參考電流，該參考電流值為Iref =⑷
經第一電流鏡m2和第二電流鏡m3後，在第二電流鏡m3的電流輸出端產生第二電流，其大小亦為Ikef，而其方向為從誤差校正電阻&的第二端子流向第一端子。因此，經參考電壓調節電路4063後，誤差校正電路406產生一誤差校正電壓Vs，其值為
權利要求
1.一種開關調節電路，包括 功率級電路；誤差校正電路，所述誤差校正電路接收反饋開關調節電路輸出電壓的反饋信號以及參考電壓，並輸出誤差校正電壓；比較器，所述比較器的反相輸入端接收所述反饋信號，其同相輸入端接收所述參考電壓與所述誤差校正電壓之差，且所述比較器輸出比較信號；導通時間產生電路，所述導通時間產生電路提供導通時間信號；和邏輯控制電路，所述邏輯控制電路接收所述比較信號和所述導通時間信號，並輸出邏輯控制信號至所述功率級電路。
2.如權利要求1所述的開關調節電路，其特徵在於，所述誤差校正電路包括減法濾波電路，所述減法濾波電路接收所述反饋信號和所述參考電壓，並提供減法濾波信號；和參考電壓調節電路，所述參考電壓調節電路接收所述減法濾波信號，並提供所述誤差校正電壓。
3.如權利要求2所述的開關調節電路，其特徵在於，所述減法濾波電路包括減法電路，所述減法電路接收所述反饋信號和所述參考電壓，並提供減法信號；和低通濾波電路，所述低通濾波電路接收所述減法信號，並提供減法濾波信號。
4.如權利要求3所述的開關調節電路，其特徵在於，所述減法電路包括 第一運算放大器，所述第一運算放大器提供所述減法信號；第一電阻器，所述第一電阻器的第一端子接收所述參考電壓，其第二端子耦接至所述第一運算放大器的反相輸入端；第二電阻器，所述第二電阻器的第一端子耦接至所述第一運算放大器的反相輸入端， 其第二端子耦接至所述第一運算放大器的輸出端；第三電阻器，所述第三電阻器的第一端子接收反饋信號，其第二端子耦接至所述第一運算放大器的同相輸入端；和第四電阻器，所述第四電阻器的第一端子耦接至所述第一運算放大器的同相輸入端， 其第二端子連接至地，其中，所述第一電阻器與第三電阻器的阻值基本上相等，所述第二電阻器與第四電阻器的阻值基本上相等。
5.如權利要求3所述的開關調節電路，其特徵在於，所述低通濾波電路包括 濾波電阻器，所述濾波電阻器的第一端子接收所述減法信號；和濾波電容器，所述濾波電容器的第一端子耦接至所述濾波電阻器的第二端子，且濾波電容器的第二端子連接至地，其中，濾波電容器的第一端子和濾波電阻器的第二端子形成低通濾波電路的輸出端，輸出減法濾波信號。
6.如權利要求2所述的開關調節電路，其特徵在於，所述減法濾波電路包括 第一運算放大器，所述第一運算放大器提供所述減法濾波信號；第一電阻器，所述第一電阻器的第一端子接收參考電壓，其第二端子耦接至所述第一運算放大器的反相輸入端；第二電阻器，所述第二電阻器的第一端子耦接至所述第一運算放大器的反相輸入端， 其第二端子耦接至所述第一運算放大器的輸出端；第三電阻器，所述第三電阻器的第一端子接收反饋信號，其第二端子耦接至所述第一運算放大器的同相輸入端；和第四電阻器，所述第四電阻器的第一端子耦接至所述第一運算放大器的同相輸入端， 其第二端子連接至地，其中，所述第一電阻器與第三電阻器的阻值基本上相等，所述第二電阻器與第四電阻器的阻值基本上相等；第一電容器，所述第一電容器的第一端子耦接至所述第一運算放大器的反相輸入端， 其第二端子耦接至所述第一運算放大器的輸出端；和第二電容器，所述第二電容器的第一端子耦接至所述第一運算放大器的同相輸入端， 其第二端子連接至地。
7.如權利要求2所述的開關調節電路，其特徵在於，所述參考電壓調節電路包括 參考電流產生電路，所述參考電流產生電路耦接至所述減法濾波電路的輸出端； 第一電流鏡，所述第一電流鏡的參考端耦接至所述參考電流產生電路的輸出端； 第二電流鏡，所述第二電流鏡的參考端耦接至所述第一電流鏡的電流端；和誤差校正電阻器，所述誤差校正電阻器的第一端子耦接至所述第二電流鏡的電流端和所述比較器的反相輸入端，且其第二端子連接所述參考電壓，所述誤差校正電阻器提供誤差校正電壓。
8.如權利要求7所述的開關調節電路，其特徵在於，所述參考電流產生電路包括 第二運算放大器，所述第二運算放大器的同相輸入端耦接至所述減法濾波電路；參考電阻器，所述參考電阻器的第一端子連接至所述第二運算放大器的反相輸入端， 其第二端子連接至地；和線性電壓調節元件，所述線性電壓調節元件的控制端耦接至所述第二運算放大器的輸出端，其第一端子耦接至所述第一電流鏡的參考端且其第二端子耦接至所述參考電阻器的第一端子。
9.如權利要求7所述的開關調節電路，其特徵在於，所述參考電流產生電路包括 電流源；第一線性電壓調節元件，所述第一線性電壓調節元件的控制端耦接至所述減法濾波電路，其第一端子耦接至所述電流源的電流輸出端且其第二端子連接至地；第二線性電壓調節元件，所述第二線性電壓調節元件的控制端耦接至電流源的電流輸出端，其第一端子耦接至所述第一電流鏡的參考端；和參考電阻器，所述參考電阻器的第一端子耦接至所述第二線性電壓調節元件的第二端子，且其第二端子接地。
10.一種開關調節電路，包括功率級電路，所述功率級電路接收輸入電壓且輸出開關信號； 濾波電路，所述濾波電路接收所述開關信號，並提供輸出電壓； 反饋電路，所述反饋電路接收所述輸出電壓，並提供反饋信號； 誤差校正電路，所述誤差校正電路接收所述反饋信號以及參考電壓，並提供誤差校正電壓；比較器，所述比較器的反相輸入端接收所述反饋信號，其同相輸入端接收所述參考電壓與所述誤差校正電壓之差，且所述比較器提供比較信號；導通時間產生電路，所述導通時間產生電路提供導通時間信號；和邏輯控制電路，所述邏輯控制電路接收所述比較信號和所述導通時間信號，並提供邏輯控制信號至所述功率級電路。
全文摘要
公開了一種用於調節電壓的開關調節電路。該電路包括功率級電路；誤差校正電路，所述誤差校正電路接收反饋開關調節電路輸出電壓的反饋信號以及參考電壓，並輸出誤差校正電壓；比較器，所述比較器的反相輸入端接收所述反饋信號，其同相輸入端接收所述參考電壓與所述誤差校正電壓之差，且所述比較器輸出比較信號；導通時間產生電路，所述導通時間產生電路提供導通時間信號；和邏輯控制電路，所述邏輯控制電路接收所述比較信號和所述導通時間信號，並輸出邏輯控制信號至所述功率級電路。利用該誤差校正電路，開關調節器的輸出電壓精度得到提高。
文檔編號H02M3/157GK102427295SQ20111040837
公開日2012年4月25日 申請日期2011年12月9日 優先權日2011年12月9日
發明者王銳 申請人:成都芯源系統有限公司