專利名稱：具有可變斜坡補償?shù)拈_關(guān)調(diào)節(jié)器的制作方法
具有可變斜坡補償?shù)拈_關(guān)調(diào)節(jié)器技術(shù)領(lǐng)域本公開涉及開關(guān)調(diào)節(jié)器，具體地，涉及對開關(guān)占空比的補償控制。
技術(shù)背景人們知道利用電流式開關(guān)調(diào)節(jié)器來將DC輸出電壓控制為比輸入 電壓高、低或與之相同。典型地，激活一個或多個開關(guān)，通過電感提 供電流脈沖，以對輸出電容進行充電。根據(jù)輸出電壓和負(fù)載狀況，通 過調(diào)整開關(guān)脈沖的開關(guān)時間來將輸出電壓電平保持在想要的電平。圖1是典型電流模式開關(guān)調(diào)節(jié)器的框圖。開關(guān)控制電路10可以 包括任意多種已知的控制器，這些控制器提供脈寬調(diào)制輸出脈沖，來 將DC輸出電壓V,調(diào)整為比標(biāo)稱輸入電壓V^大、小或相同的電平。 典型地，控制電路包括具有置位輸入端和復(fù)位輸入端的鎖存器，該鎖 存器耦接至對電感12提供開關(guān)電流Isw的受控開關(guān)。電容14連接在 輸出電壓V,與地之間。電阻16和18串連在輸出電壓V。ut與地之間。 調(diào)節(jié)器的輸出端為負(fù)載20供電。置位輸入端耦接至?xí)r鐘22，該時鐘22可以響應(yīng)于圖中未顯示的 振蕩器來產(chǎn)生脈沖。在正常操作期間，在置位輸入端接收到每一個時 鐘脈沖時，激活鎖存器來對開關(guān)電流脈沖進行初始化。當(dāng)復(fù)位輸入端 接收到輸入信號時終止開關(guān)電流脈沖，從而確定開關(guān)電流脈沖的寬 度。復(fù)位輸入端耦接至比較器24的輸出端。在電阻16和18的接合 點處取得輸出電壓反饋信號VFB，并將該信號耦接至誤差放大器26的 負(fù)輸入端。電壓參考V,被施加到誤差放大器26的正輸入端。電容 28耦接在誤差放大器26的輸出端和地之間。電容28的充電電平以及它的電壓Vc依賴于放大器26的輸出而 變化。隨著負(fù)載電流的增大，輸出電壓和反饋電壓Vfb減小。隨著反饋電壓VFB的減小，Ve增大。因此，Ve與負(fù)載電流成比例。Ve耦接至比較器24的反相輸入端。正相輸入端耦接至加法器30。加法器30將與感應(yīng)到的開關(guān)電流成比例的信號Isw和補償信號結(jié)合在一起。一旦開關(guān)響應(yīng)于時鐘置位信號被激活，就通過電感12生成了開關(guān)電流。 當(dāng)從加法器30接收到的信號電平超過了 Ve，比較器24產(chǎn)生復(fù)位信號來終止開關(guān)電流脈沖。在負(fù)載增大的情況下，Ve增大，開關(guān)電流脈沖相應(yīng)地增大長度來適當(dāng)?shù)卣{(diào)整輸出電壓V。UT。由于Vc是負(fù)載的指示，可以用圖中未示出的內(nèi)部電路對它進行監(jiān)控，來檢測輕負(fù)載狀態(tài)。作為對Ve達(dá)到預(yù)定的輕負(fù)載狀態(tài)閥值的響應(yīng)，操作可以被改變?yōu)?睡眠模式"，在這種模式下，可以停用一些電路元件，使之不消耗功率。對于以50%或者更高占空比進行的正常調(diào)節(jié)器操作而言，需要在開關(guān)控制中加入補償，以避免分諧波震蕩。典型的方式叫做"斜坡補 償"，其中，在每個開關(guān)周期中， 一個幅度連續(xù)增大的信號被加到電流信號Isw，或者從信號V。中被減去。圖2是現(xiàn)有技術(shù)的斜坡補償發(fā)生器的電路圖，該斜坡補償發(fā)生器可以輸入至加法器30，以對施加到 比較器24的正相輸入端的電流信號進行修改。該電路的輸出是與晶 體管32、電阻34 (R)和偏壓(VB)源36的串連通路中的電流相對 應(yīng)的電流信號Sx。晶體管32的基極耦接至單位增益緩沖放大器38 的輸出端。放大器38的正輸入端被耦接用來接收斜坡信號Vramp。 放大器38的負(fù)輸入端耦接至晶體管32和電阻34之間的接合處。圖3是圖2電路的補償函數(shù)的簡化波形示圖。Vramp信號是在每 個時鐘周期開端產(chǎn)生的鋸齒信號，并以線性斜率延伸至對應(yīng)于100% 占空比的周期的結(jié)束。例如，Vramp幅度可以在O-lV之間變化。晶 體管32在周期中的Ts點開始導(dǎo)通，在該點，Vramp超過了固定電壓 VB。由于需要對以50%或更大的占空比進行的操作進行補償，典型地， 在本例中VB在最大Vramp電平的一半或O. 5V中任意選擇。由于Vramp 在Ts時刻后繼續(xù)增大，施加到晶體管32的基極信號增大，從而，輸 出電流Sx線性地在開關(guān)周期的結(jié)束處增大到最大Smax。 Sx由 (Vramp-VB) /R。確定。從而，補償曲線Sx起始點Ts由VB確定， 它的斜率由R確定。在該例中，不管實際的占空比，Ts出現(xiàn)在開關(guān)周期的50%處。由于該斜坡補償曲線開始于開關(guān)周期的50%處，Sx增大至最大 100%占空比處的高電平。在最大占空比操作處或附近，高電平的補償 信號是不利的。施加到比較器24負(fù)輸入端的反饋放大器26的輸出電壓Ve的值等于開關(guān)電流Isw與當(dāng)開關(guān)脈沖終止時比較器24正輸入端 的斜坡補償信號Isx的和。由于引入了很高的偏移量，Ve將不能正確地顯示真實的輸出負(fù)載電流。在高占空比操作中，減小了開關(guān)電流限制電平。在更高占空比的操作中，基于Vc的睡眠模式閥值會不夠精確。因此，需要一種可以克服現(xiàn)有技術(shù)斜坡補償?shù)娜秉c的改進的補償 方案。發(fā)明內(nèi)容通過檢測開關(guān)調(diào)節(jié)器的開關(guān)占空比、產(chǎn)生具有與檢測到的開關(guān) 占空比相關(guān)的持續(xù)時間的補償信號以及生成針對部分依賴于所產(chǎn)生 的補償信號的調(diào)節(jié)器的占空比控制信號，能夠至少部分地實現(xiàn)上述現(xiàn) 有技術(shù)的需要。補償信號具有坡形，并在每個開關(guān)周期中，在與開關(guān) 占空比有關(guān)的設(shè)定點被初始化。通過生成重復(fù)的、與調(diào)節(jié)器開關(guān)協(xié)同的脈沖信號并對該脈沖信 號積分，可以檢測占空比。通過在每個開關(guān)周期的開始生成斜坡信號、 修改占空比信號、并將重復(fù)的斜坡信號與修改的占空比信號進行比 較，可以設(shè)定每個周期中補償信號被初始化的點。當(dāng)斜坡信號在幅度 上等于修改的占空比信號時，補償信號開始作用。優(yōu)選地，通過將占 空比信號偏移固定電壓來修改占空比信號。在示例的實現(xiàn)方式中，可變補償電路耦接至開關(guān)控制器的輸入 端，以在每個開關(guān)周期內(nèi)終止開關(guān)脈沖。在優(yōu)選的配置中，放大器電 路輸出端耦接至控制器輸入端。斜坡發(fā)生器向放大器電路的輸入端提 供斜坡信號，可變偏移電路向放大器的放大輸入端提供可變偏移信 號?？勺兤齐娐放c放大器電路輸出端串連耦接。放大器輸出信號與 斜坡信號和可變偏移信號之差成比例。從而補償電路輸出一個具有偏 移電平的信號，該偏移電平作為調(diào)節(jié)器開關(guān)操作的占空比的函數(shù)而變化。放大器電路可以配置有具有耦接至斜坡發(fā)生器的正輸入終端、 耦接至可變偏置電路的負(fù)輸入終端、以及輸出端的放大器。晶體管的 控制端耦接至放大器輸出端。該晶體管耦接在可變偏置電路與放大器 電路輸出端之間。阻抗與晶體管串連耦接，從而確定補償電路輸出信 號的斜率?？勺兤齐娐酚烧伎毡葯z測電路和恒定偏移電壓電路例示，這 些均耦接至加法器輸出電路的電路都耦接至放大器的輸入端。占空比 檢測電路可以包括配置來接收與調(diào)節(jié)器開關(guān)協(xié)同的重復(fù)脈沖信號的 積分器電路。對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，本發(fā)明的其他優(yōu)點將從下列的詳細(xì) 描述中顯見，其中，通過圖解說明實現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式只示出和描 述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例。應(yīng)該清楚，在不脫離本發(fā)明的情況下，本 發(fā)明可以實現(xiàn)為其他的和不同的實施例，并且可以在很多明顯的方面 對其細(xì)節(jié)進行修改。于是，認(rèn)為附圖和描述是說明性的解釋，而不是 限制性的解釋。


通過附圖以示例而不是限制的方式來對本發(fā)明進行圖解，在圖 中，類似的參考數(shù)字指的是類似的元件，其中 圖1是典型的電流模式開關(guān)調(diào)節(jié)器的框圖； 圖2是現(xiàn)有技術(shù)的斜坡補償發(fā)生器的電路圖； 圖3是圖2所示的電路的補償函數(shù)的簡化波形示圖； 圖4是按照本發(fā)明的示例斜坡補償?shù)目驁D； 圖5是圖4所示的斜坡補償發(fā)生器的電路圖；圖6A是圖5所示電路的多種信號的波形示圖，圖6B是圖2和 圖5的電路的補償信號的波形對比圖。
具體實施方式
本公開的根本概念是基于僅在調(diào)節(jié)器開關(guān)關(guān)閉的時候才需要斜坡補償?shù)恼J(rèn)知。例如，如果圖2所示的現(xiàn)有技術(shù)的調(diào)節(jié)器是操作在90%的占空比，開始于50%占空比的補償信號的增長在接近90%點之前 是不必要的。到那時，已經(jīng)產(chǎn)生了足夠的偏移信號幅度。圖4是可變 補償電路的框圖，該可變補償電路允許在每個開關(guān)周期中補償信號的 生成領(lǐng)先占空比一個小的固定值。利用這個電路，操作占空比被感測， 并且斜坡補償信號的開始僅略早于調(diào)節(jié)器開關(guān)的關(guān)閉。避免了在低占 空比上不必要的斜坡補償?？梢愿_地檢測睡眠模式電平。在開關(guān) 脈沖結(jié)束處的斜坡補償信號的幅度處于不比開關(guān)電流限制電平低很 多的電平。放大器電路37輸出具有恒定斜率的補償信號Sx，該補償信號可 以作為輸入耦接至圖1中的加法器30。緩沖放大器38從斜坡發(fā)生器 48接收斜坡信號。該斜坡發(fā)生器可以包括一個已知的容性電路，該 容性電路與時鐘信號同步，以提供具有恒定斜率的鋸齒形波形。緩沖 放大器38從可變偏移電路41接收第二信號，該可變偏移電路41通 過加法器40，將來自源36的固定偏移電壓加到由占空比檢測電路45 提供的信號上。占空比檢測電路45的輸出與調(diào)節(jié)器占空比成比例。 電路41的輸出與由源36的固定電平偏移的調(diào)節(jié)器占空比成比例。當(dāng) 斜坡發(fā)生器信號超過了從可變偏移電路41接收到的信號時，輸出電 路39在每個周期對輸出信號Sx進行初始化。輸出信號Sx在高占空 比操作的開關(guān)周期中比在低占空比操作的開關(guān)周期中開始得要晚，從 而，關(guān)于它在開關(guān)周期中的相位是可變的。提供了Sx與操作占空比 之間的固定相位差。圖5是圖4的可變補償電路的部分電路圖。晶體管32與晶體管 34以及加法器40串聯(lián)耦接。這些元件部分地形成了產(chǎn)生補償信號Sx 的輸出電路39。加法器40的第一輸入端耦接至固定偏移電壓36。加 法器40的第二輸入端耦接至緩沖器42。緩沖器42的輸入端耦接至 電阻44和電容46之間的接合點。緩沖器42、電阻44和電容46形 成了占空比檢測電路45。電壓信號VI耦接至電阻44。放大器38的 正輸入端耦接以接收斜坡信號Vramp。放大器38的負(fù)輸入端耦接至 晶體管32和電阻34之間的接合點。在描述圖5的電路操作中參照圖6A的波形。為了能夠清楚地解 釋，舉了這樣的示例，調(diào)節(jié)器操作在90%占空比，且Vramp和Vl信 號分別有IV的上限和0V的下限。應(yīng)當(dāng)理解的是，調(diào)節(jié)器能夠在整個 占空比范圍內(nèi)操作，并且能夠?qū)﹄妷簠?shù)范圍進行選擇。Vl信號是與調(diào)節(jié)器開關(guān)一致的方波信號。如圖所示，Vl在周期 的90%處在IV的電平，并在剩下的10%周期內(nèi)是0。該信號被電阻44 和電容46形成的積分器平均。從而，在這兩個電路元件的接合點的 電壓在90%占空比下是0. 9V。該平均電壓由緩沖器42緩沖，并被輸 入到加法器40，在這個加法器中，它被加到電壓源36的固定電壓偏 移上，以在加法器輸出端提供電壓Vx。在該例中，該固定電壓偏移 被選為-O. IV，從而，Vx為O. 8V。在晶體管32導(dǎo)通之前，晶體管發(fā) 射極和放大器38的負(fù)輸入端的電壓都位于電平Vx。Vramp信號在每個時鐘周期的開始被產(chǎn)生，并線性增大直到下一 時鐘。選擇這個信號的斜率，以使它的幅度在數(shù)目上對應(yīng)于占空比。 也就是，例如，0. 5V的Vramp出現(xiàn)在50%占空比。當(dāng)Vramp信號上升 到電平Vx時，放大器38將驅(qū)動晶體管32導(dǎo)通。由于Vramp繼續(xù)增 大，施加到晶體管32基極上的電壓繼續(xù)增大，以及它的傳導(dǎo)電流Sx 增大。在圖示的例子中，源36的固定偏移電壓被選為-O. IV，從而 Vx變?yōu)?.8V。由于輸入到放大器的兩個電壓輸入都等于0. 8V，則如 圖6A所示，補償信號在80%占空比處被初始化。進行特定的電壓偏 移選擇，以便斜坡補償曲線在只領(lǐng)先調(diào)節(jié)器操作占空比很小占空百分 比(在本例中是10%)的地方開始。如果占空比變?yōu)?0%，則Vx將變 為0.6V，且補償信號將在60%占空比開始。當(dāng)晶體管導(dǎo)通時，在晶體 管34兩端產(chǎn)生電壓降。選擇晶體管34的值，以設(shè)定Sx的斜率，以便它在沒有達(dá)到具有現(xiàn)有技術(shù)缺點的高電平的情況下適于進行補償。 圖6B的波形圖是由圖2的現(xiàn)有技術(shù)電路以及90%占空比操作的 圖5的電路所產(chǎn)生的補償信號的圖示，這些電路對應(yīng)于上述的例子。 圖2電路的補償信號Sxl開始于5(^占空比，并在發(fā)生開關(guān)切斷的90呢 占空比處增大至高電平。在該點，加法器30的輸出電流等于Vc并包 括大的Sxl分量。在圖示的補償信號斜率中，Sxl分量大約是Vramp信號幅度的80%，并且相比于Ve電平是非常大的值。于此對比，圖5電路的補償信號Sx2在80%占空比處以同樣的斜率開始。在90%占空 比處切斷，加法器30的輸出的Sx2分量大約是Vra即信號幅度的20G/0。 結(jié)果，作為輸出負(fù)載電流指示器的Ve的精度和開關(guān)電流限制電平都 得到極大的改善。在該公開中，僅示出和描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例以及它的多 樣性的一些例子。應(yīng)當(dāng)理解的是，在不脫離這里表述的發(fā)明概念的范 圍的情況下，本發(fā)明可以用于多種其他組合和環(huán)境中，并且可以有很 多變化和修改。本發(fā)明的原理適于多種電壓調(diào)節(jié)器，包括補償、放大 以及補償-放大調(diào)節(jié)器。通過對電阻34、占空比檢測元件和操作電壓 電平的參數(shù)進行適當(dāng)選擇，Sx的斜率以及它相對于占空比操作的開 始可以被調(diào)整為期望的電平。
權(quán)利要求
1.一種開關(guān)調(diào)節(jié)器，包括開關(guān)控制器，其具有輸入端，該輸入端被配置以接收信號，所述信號用于在調(diào)節(jié)器開關(guān)周期中終止開關(guān)脈沖以確定調(diào)節(jié)器占空比，并且具有與負(fù)載耦接的輸出端；可變補償電路，其耦接至所述控制器輸入端；其中，補償電路被配置為輸出作為調(diào)節(jié)器占空比的函數(shù)而變化的信號。
2. 按照權(quán)利要求l所述的開關(guān)調(diào)節(jié)器，其中，補償電路包括 放大器電路，其具有耦接至所述控制器輸入端的輸出端； 斜坡發(fā)生器，其將斜坡信號耦接至放大器電路；以及 可變偏移電路，其將可變偏移信號耦接至放大器；其中，放大器的輸出信號與斜坡信號和可變偏移信號之差成比
3. 按照權(quán)利要求2所述的開關(guān)調(diào)節(jié)器，其中，可變偏移電路與 放大器電路輸出端串聯(lián)耦接。
4. 按照權(quán)利要求3所述的開關(guān)調(diào)節(jié)器，其中，放大器電路包括 放大器，其具有耦接至斜坡發(fā)生器的正輸入終端、耦接至可變偏移電路的負(fù)輸入終端、以及輸出端；以及晶體管，其具有耦接至放大器輸出端的控制端；其中，晶體管耦接在可變偏移電路和放大器電路輸出端之間。
5. 按照權(quán)利要求4所述的開關(guān)調(diào)節(jié)器，其中，放大器電路還包 括與晶體管串聯(lián)耦接的阻抗；并且補償電路輸出信號具有根據(jù)阻抗值的固定的斜率，并且該斜率 在每個開關(guān)周期中重復(fù)。
6. 按照權(quán)利要求2所述的開關(guān)調(diào)節(jié)器，其中，可變偏移電路包括占空比檢測電路； 恒定偏移電壓電路；以及加法器，其具有耦接至占空比檢測電路的第一輸入端、耦接至 恒壓電路的第二輸入端以及耦接至放大器輸入端的輸出電路。
7. 按照權(quán)利要求6所述的開關(guān)調(diào)節(jié)器，其中，占空比檢測電路包括積分電路，其被配置以接收重復(fù)的脈沖信號，該脈沖信號與調(diào) 節(jié)器開關(guān)同步。
8. —種用于開關(guān)調(diào)節(jié)器的方法，包括步驟 檢測調(diào)節(jié)器的開關(guān)占空比；產(chǎn)生與檢測到的開關(guān)占空比相關(guān)的補償信號；以及 生成用于調(diào)節(jié)器的占空比控制信號，該占空比控制信號部分地 依賴于所產(chǎn)生的補償信號。
9. 按照權(quán)利要求8所述的方法，其中，在調(diào)節(jié)器的每一個開關(guān) 周期中重復(fù)補償，并且在每個開關(guān)周期中補償信號的持續(xù)時間與檢測 到的開關(guān)占空比相關(guān)。
10. 按照權(quán)利要求8所述的方法，其中，補償信號包括坡形， 并且所述產(chǎn)生步驟包括在每個開關(guān)周期中，在周期內(nèi)與開關(guān)占空比相關(guān)的設(shè)定點處對補償信號進行初始化。
11. 按照權(quán)利要求IO所述的方法，其中，檢測步驟包括 根據(jù)調(diào)節(jié)器開關(guān)產(chǎn)生重復(fù)的脈沖信號；以及對脈沖信號進行積分，以得到表示占空比的信號。
12. 按照權(quán)利要求11所述的方法，其中，初始化步驟包括 在每個開關(guān)周期的開始產(chǎn)生一個斜坡信號； 修改占空比信號；以及將重復(fù)的斜坡信號與修改后的占空比信號進行比較； 其中，設(shè)定點是在每個周期中斜坡信號在幅度上等于修改后的 占空比信號的點。
13. 按照權(quán)利要求12所述的方法，其中，修改步驟包括使占空 比信號偏移一個固定量。
14. 按照權(quán)利要求12所述的方法，還包括固定補償信號的斜率 的步驟。
全文摘要
通過檢測開關(guān)調(diào)節(jié)器的開關(guān)占空比、產(chǎn)生具有與被檢測的開關(guān)占空比百分比相關(guān)的持續(xù)時間的補償信號、以及生成針對部分依賴于所產(chǎn)生的補償信號的調(diào)節(jié)器的占空比控制信號，來獲得對開關(guān)調(diào)節(jié)器的受控補償。補償信號具有坡形，并在每個開關(guān)周期中，在與開關(guān)占空比百分比相關(guān)的周期中的設(shè)定點處被初始化。
文檔編號G05F1/575GK101238424SQ200580051311
公開日2008年8月6日 申請日期2005年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月14日
發(fā)明者廖家瑋 申請人:凌力爾特公司