專利名稱：紋波調(diào)節(jié)器的控制電路及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)ー種紋波調(diào)節(jié)器(ripple regulator),特別是關(guān)于ー種紋波調(diào)節(jié)器的控制電路及方法。
背景技術(shù)：
在固定導(dǎo)通時(shí)間(C onstant On Time ;COT)或磁滯模式(hysteretic mode)的自行計(jì)時(shí)(self-clocking)直流對(duì)直流轉(zhuǎn)換器中，脈寬調(diào)變信號(hào)的產(chǎn)生是依賴輸出電壓上的紋波做觸發(fā)控制。較大的紋波可以讓回路的穩(wěn)定性提升，但是可能超出轉(zhuǎn)換器的規(guī)范。相反的，較小的紋波可以符合規(guī)范的要求，但卻可能破壞回路的穩(wěn)定性。因此，擁有小的輸出電壓紋波而又不喪失回路的穩(wěn)定性是ー項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的工作。如圖I所示，傳統(tǒng)的COT紋波調(diào)節(jié)器包括一對(duì)高壓側(cè)元件Ql和低壓側(cè)元件Q2經(jīng)相節(jié)點(diǎn)Phs連接在電壓輸入端Vin和地端GND之間，控制電路10提供脈寬調(diào)變信號(hào)UG及LG分別控制高壓側(cè)元件Ql及低壓側(cè)元件Q2以調(diào)節(jié)對(duì)輸出穩(wěn)壓電容Co充電的電感電流IL，進(jìn)而控制輸出電壓Vout，電阻Rl及R2組成的分壓器分壓輸出電壓Vout產(chǎn)生回授電壓Vfbl給控制電路10,電阻R3是輸出穩(wěn)壓電容Co的等效串聯(lián)電阻(Effective SeriesResistance ；ESR)。在控制電路10中，誤差比較器14比較回授電壓Vfbl及參考電壓Vref產(chǎn)生比較信號(hào)Sc，脈寬調(diào)變控制器12根據(jù)比較信號(hào)Sc觸發(fā)脈寬調(diào)變信號(hào)UG以控制高壓側(cè)元件Ql，反相器16將信號(hào)UG反相產(chǎn)生脈寬調(diào)變信號(hào)LG以控制低壓側(cè)元件Q2。在脈寬調(diào)變控制器12中，固定時(shí)間產(chǎn)生器18決定脈寬調(diào)變信號(hào)UG的固定時(shí)間Ton，邏輯控制器22根據(jù)比較信號(hào)Sc產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)St給單擊電路20以觸發(fā)脈寬調(diào)變信號(hào)W。圖2是圖I的電路的波形圖，用以說明COT紋波調(diào)節(jié)器的運(yùn)作方式。參照?qǐng)DI及圖2，在時(shí)間tl時(shí)，回授電壓Vfbl降到低于參考電壓Vref，因此比較信號(hào)Sc由高準(zhǔn)位轉(zhuǎn)為低準(zhǔn)位，邏輯控制器22因而產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)St以觸發(fā)脈寬調(diào)變信號(hào)UG使高壓側(cè)元件Ql打開(turnon)固定時(shí)間Ton,在高壓側(cè)元件Ql打開期間，回授電壓Vfbl上升,在固定時(shí)間Ton結(jié)束后，高壓側(cè)元件Ql關(guān)閉(turn off)而低壓側(cè)元件Q2打開，回授電壓Vfbl下降，當(dāng)回授電壓Vfbl再次降到低于參考電壓Vref時(shí)，高壓側(cè)元件Ql再次打開固定時(shí)間Ton。如此周期性地運(yùn)作，使得COT紋波調(diào)節(jié)器的輸出電壓Vout穩(wěn)定在設(shè)定值。然而，若使用陶瓷(ceramic)電容作為輸出穩(wěn)壓電容Co，因?yàn)槠涞刃Т?lián)電阻R3很小，所以輸出電壓Vout及回授電壓Vfbl的紋波也會(huì)很小，甚至可以視為直流信號(hào)，導(dǎo)致COT紋波調(diào)節(jié)器幾乎不可能運(yùn)作在穩(wěn)定的狀況下。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一，在于提出一種使紋波調(diào)節(jié)器具有小紋波及高回路穩(wěn)定性的控制電路及方法。本發(fā)明的目的之一，在于提出ー種改善紋波調(diào)節(jié)器的輸出電壓偏移的控制電路及方法。
根據(jù)本發(fā)明，一種紋波調(diào)節(jié)器的控制電路包括誤差比較器比較參考電壓以及與該紋波調(diào)節(jié)器的輸出電壓相關(guān)的回授電壓產(chǎn)生比較信號(hào)，脈寬調(diào)變控制器根據(jù)該比較信號(hào)觸發(fā)脈寬調(diào)變信號(hào)以控制電感電流，紋波產(chǎn)生電路提供與該電感電流同步且同相的紋波信號(hào)迭加到該參考電壓或回授電壓上，以提升回路穩(wěn)定性，以及偏移消除電路從該紋波產(chǎn)生電路取得正比于該紋波信號(hào)的振幅的紋波信息產(chǎn)生偏移消除信號(hào)給該誤差比較器，以改善該輸出電壓因該紋波信號(hào)而產(chǎn)生的偏移。根據(jù)本發(fā)明，一種紋波調(diào)節(jié)器的控制方法包括比較參考電壓以及與該紋波調(diào)節(jié)器的輸出電壓相關(guān)的回授電壓產(chǎn)生比較信號(hào)，供觸發(fā)脈寬調(diào)變信號(hào)以控制電感電流，提供與 該電感電流同步且同相的紋波信號(hào)迭加到該回授電壓或參考電壓上，以提升回路穩(wěn)定性，以及取得正比于該紋波信號(hào)的振幅的紋波信息，并據(jù)以產(chǎn)生偏移消除信號(hào)以改善該輸出電壓因該紋波信號(hào)而產(chǎn)生的偏移。


圖I是傳統(tǒng)的COT紋波調(diào)節(jié)器；圖2是圖I的電路的波形圖；圖3是本發(fā)明的實(shí)施例；圖4是圖3的電路的波形圖；圖5是圖3中的紋波產(chǎn)生電路的實(shí)施例；以及圖6是圖3中的偏移消除電路的實(shí)施例。附圖標(biāo)號(hào)10控制電路12脈寬調(diào)變控制器14誤差比較器16反相器18固定時(shí)間產(chǎn)生器20 單擊電路22邏輯控制器30紋波產(chǎn)生電路32偏移消除電路34 回授電壓Vfb236 回授電壓Vfbl38低通濾波器40低通濾波器42轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器44 電流源
具體實(shí)施例方式圖3是以圖I的電路為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的實(shí)施例，其中輸出穩(wěn)壓電容Co的等效串聯(lián)電阻R3很小，因此回授電壓Vfbl的紋波很小，可視為直流信號(hào)，如圖4的波形36所示。在圖3的控制電路10中，除了圖I的脈寬調(diào)變控制器12、誤差比較器14及反相器16之外，還包括紋波產(chǎn)生電路30及偏移消除電路32。紋波產(chǎn)生電路30根據(jù)相節(jié)點(diǎn)Phs的電壓產(chǎn)生與電感電流IL同步且同相的紋波信號(hào)Vripple給誤差比較器14的正輸入端，紋波信號(hào)Vripple迭加到回授電壓Vfbl上產(chǎn)生具有大紋波的回授電壓Vfb2，如圖4的波形34所示，進(jìn)而解決因等效串聯(lián)電阻R3太小而造成回路不穩(wěn)定的問題。在其他實(shí)施例中，紋波信號(hào)Vripple也可以改為給誤差比較器14的負(fù)輸入端而迭加到參考電壓Vref上。圖3的COT紋波調(diào)節(jié)器是以回授電壓Vfb2觸發(fā)脈寬調(diào)變信號(hào)UG，因此在回路穩(wěn)定時(shí)，如圖4的波形36所示，回授電壓Vfbl并不等于參考電壓Vref,而是等于Vref+Δ V,其中AV等于紋波信號(hào)Vripple的振幅，這將導(dǎo)致輸出電壓Vout與設(shè)定值有所偏移，此偏移量在較精密的系統(tǒng)中可能超出規(guī)格書的規(guī)范。在圖3的電路中，由于可以從紋波產(chǎn)生電路30得知紋波信號(hào)Vripple的紋波信息Sam，故偏移消除電路32根據(jù)紋波信息Sam產(chǎn)生偏移消除信號(hào)Soc給誤差比較器14，以 改善輸出電壓Vout因紋波信號(hào)Vripple而產(chǎn)生的偏移，其中紋波信息Sam正比于紋波信號(hào)Vripple的振幅Λ V。偏移消除信號(hào)Soc可以提供給誤差比較器14的正輸入端或負(fù)輸入端以平移回授電壓Vfb2或參考電壓Vref，也可以用來調(diào)整誤差比較器14內(nèi)部的偏移參數(shù)。圖5是紋波產(chǎn)生電路30的實(shí)施例，其中由電阻RA及電容CA組成的低通濾波器38用以濾除相節(jié)點(diǎn)Phs的電壓的高頻成分產(chǎn)生信號(hào)VA，當(dāng)高壓側(cè)元件Ql打開而低壓側(cè)元件Q2關(guān)閉時(shí)，相節(jié)點(diǎn)Phs的電壓等于Vin并經(jīng)由電阻RA對(duì)電容CA充電，當(dāng)高壓側(cè)元件Ql關(guān)閉而低壓側(cè)元件Q2打開時(shí)，電容CA的電荷經(jīng)由電阻RA放電，故信號(hào)VA近似三角波且與電感電流IL同步且同相。由電阻RB及電容CB組成的低通濾波器40用以濾除信號(hào)VA的交流成分產(chǎn)生信號(hào)VB，信號(hào)VB為信號(hào)VA的平均值。轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器42具有正輸入端及負(fù)輸入端分別接受信號(hào)VA及VB，根據(jù)二者之間的差值產(chǎn)生與電感電流IL同步且同相的轉(zhuǎn)導(dǎo)電流Il = gmX (VA-VB)，gm是轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器42的轉(zhuǎn)導(dǎo)系數(shù)。電阻R4連接在誤差比較器14及節(jié)點(diǎn)Vfbl之間，因應(yīng)轉(zhuǎn)導(dǎo)電流Il產(chǎn)生紋波信號(hào)Vripple迭加到回授電壓Vfbl上產(chǎn)生回授電壓 Vfb2。從圖5可知，紋波信號(hào)Vripple的紋波是由信號(hào)VA及VB之間的壓差乘上gmXR4而產(chǎn)生的，由于R4為定值，因此只要把|gmX (VA-VB) |的最大值的信息送到偏移消除電路32，便可減少因紋波信號(hào)Vripple而造成的偏移量。圖6是偏移消除電路32的實(shí)施例，其包括電流源44根據(jù)紋波信息Sam產(chǎn)生偏移電流12 = gmXVF，其中VF正比于|VA_VB|的最大值，電阻RF連接在誤差比較器14的負(fù)輸入端及參考電壓端Vref之間，因應(yīng)偏移電流12產(chǎn)生偏移消除信號(hào)Soc以平移參考電壓Vref，進(jìn)而減小輸出電壓Vout的偏移量。參照?qǐng)D4、圖5及圖6，紋波信號(hào)Vripple的紋波等于gmXR4X (VA-VB)，因此回授電壓Vfbl與參考電壓Vref之間的偏移量AV等于| O. 5 X gmX R4X (VA-VB) |的最大值，若設(shè)定偏移消除信號(hào)Soc = I2XRF = Λ V，便可將輸出電壓Vout的偏移量完全消除。以上對(duì)于本發(fā)明的較佳實(shí)施例所作的敘述為闡明的目的，而無意限定本發(fā)明精確地為所揭露的形式，基于以上的教導(dǎo)或從本發(fā)明的實(shí)施例學(xué)習(xí)而作修改或變化是可能的，實(shí)施例為解說本發(fā)明的原理以及讓本領(lǐng)域的技術(shù)人員以各種實(shí)施例利用本發(fā)明在實(shí)際應(yīng)用上而選擇及敘述，本發(fā)明的技術(shù)思想企圖由以下的權(quán)利要求及其均等來決定。
權(quán)利要求
1.ー種紋波調(diào)節(jié)器的控制電路，其特征在于，所述紋波調(diào)節(jié)器包括高壓側(cè)元件及低壓側(cè)元件經(jīng)相節(jié)點(diǎn)連接在一起，因應(yīng)脈寬調(diào)變信號(hào)以控制電感電流對(duì)輸出穩(wěn)壓電容充電產(chǎn)生輸出電壓，所述控制電路包括 誤差比較器，具有ニ輸入端分別接受參考電壓以及與所述輸出電壓相關(guān)的回授電壓，以及ー輸出端提供比較信號(hào)； 脈寬調(diào)變控制器，連接所述誤差比較器，根據(jù)所述比較信號(hào)觸發(fā)所述脈寬調(diào)變信號(hào)；紋波產(chǎn)生電路，連接所述相節(jié)點(diǎn)，根據(jù)所述相節(jié)點(diǎn)的電壓產(chǎn)生與所述電感電流同步且同相的紋波信號(hào)給所述誤差比較器的ニ輸入端其中之一；以及 偏移消除電路，連接所述紋波產(chǎn)生電路及誤差比較器，從所述紋波產(chǎn)生電路取得正比于所述紋波信號(hào)的振幅的紋波信息產(chǎn)生偏移消除信號(hào)給所述誤差比較器，以改善所述輸出電壓因所述紋波信號(hào)而產(chǎn)生的偏移。
2.如權(quán)利要求I所述的控制電路，其特征在于，所述紋波產(chǎn)生電路包括 第一低通濾波器，連接所述相節(jié)點(diǎn)，濾除所述相節(jié)點(diǎn)的電壓的高頻成分，產(chǎn)生與所述電感電流同步且同相的第一信號(hào)； 第二低通濾波器，連接所述第一低通濾波器，濾除所述第一信號(hào)的交流成分產(chǎn)生第二信號(hào); 轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器，連接所述第一及第ニ低通濾波器，根據(jù)所述第一及第ニ信號(hào)之間的差值產(chǎn)生與所述電感電流同步且同相的轉(zhuǎn)導(dǎo)電流； 電阻，連接所述轉(zhuǎn)導(dǎo)大器，因應(yīng)所述轉(zhuǎn)導(dǎo)電流產(chǎn)生所述紋波信號(hào)。
3.如權(quán)利要求I所述的控制電路，其特征在于，所述偏移消除電路提供所述偏移消除信號(hào)給所述誤差比較器的ニ輸入端其中之一，以平移所述參考電壓或回授電壓。
4.如權(quán)利要求I所述的控制電路，其特征在于，所述偏移消除電路提供所述偏移消除信號(hào)給所述誤差比較器，以調(diào)整所述誤差比較器的偏移參數(shù)。
5.如權(quán)利要求I所述的控制電路，其特征在于，所述偏移消除電路包括 電流源，連接所述紋波產(chǎn)生電路，根據(jù)所述紋波信息提供偏移電流，所述偏移電流正比于所述紋波信號(hào)的振幅；以及 電阻，連接所述電流源，因應(yīng)所述偏移電流產(chǎn)生所述偏移消除信號(hào)。
6.一種紋波調(diào)節(jié)器的控制方法，其特征在于，所述紋波調(diào)節(jié)器包括高壓側(cè)元件及低壓側(cè)元件經(jīng)相節(jié)點(diǎn)連接在一起，因應(yīng)脈寬調(diào)變信號(hào)以控制電感電流對(duì)輸出穩(wěn)壓電容充電產(chǎn)生輸出電壓，所述控制方法包括下列步驟 (A)比較參考電壓以及與所述輸出電壓相關(guān)的回授電壓產(chǎn)生比較信號(hào)，供觸發(fā)所述脈寬調(diào)變信號(hào)； (B)偵測(cè)所述相節(jié)點(diǎn)的電壓產(chǎn)生與所述電感電流同步且同相的紋波信號(hào)迭加到所述回授電壓或參考電壓上；以及 (C)取得正比于所述紋波信號(hào)的振幅的紋波信息，并據(jù)以產(chǎn)生偏移消除信號(hào)以改善所述輸出電壓因所述紋波信號(hào)而產(chǎn)生的偏移。
7.如權(quán)利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述步驟(B)包括 濾除所述相節(jié)點(diǎn)的電壓的高頻成分，產(chǎn)生與所述電感電流同步且同相的第一信號(hào)； 濾除所述第一信號(hào)的交流成分，產(chǎn)生第二信號(hào)；以及根據(jù)所述第一及第ニ信號(hào)之間的差值產(chǎn)生所述紋波信號(hào)。全文摘要
本發(fā)明提供一種紋波調(diào)節(jié)器的控制電路包括紋波產(chǎn)生電路及偏移消除電路，該紋波產(chǎn)生電路提供紋波信號(hào)使該紋波調(diào)節(jié)器能兼顧小紋波及回路穩(wěn)定性，此外該紋波產(chǎn)生電路也提供紋波信息給偏移消除電路，該紋波信息正比于該紋波信號(hào)的振幅，該偏移消除電路根據(jù)該紋波信息產(chǎn)生偏移消除信號(hào)以改善該紋波調(diào)節(jié)器的輸出電壓因該紋波信號(hào)而產(chǎn)生的偏移。
文檔編號(hào)H02M1/14GK102651604SQ201110076368
公開日2012年8月29日 申請(qǐng)日期2011年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月24日
發(fā)明者楊智皓, 陳安東 申請(qǐng)人:立锜科技股份有限公司