[發明專利]一種瞬態響應增強的數字控制BUCK變換器

有效

• 申請號: 202010160742.6
• 申請日: 2020-03-10
• 公開（公告）號: CN111277143B
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 甄少偉;陳思遠;武昕;胡懷志;白正楊;賀雅娟;羅萍;張波
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H02M3/158
• 分類號: H02M3/158;H02M3/157
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 葛啟函

一種瞬態響應增強的數字控制BUCK變換器，其中占空比信號控制二選一信號選擇器輸出BUCK變換器輸入電壓的分壓值或BUCK變換器輸出端電壓的分壓值，模數轉換器將二選一信號選擇器的輸出信號與模擬基準信號進行量化獲得差值信號；計算模塊計算BUCK變換器輸入電壓和輸出電壓對應的數字量；數字補償器在占空比信號為低時將差值信號進行補償獲得誤差信號，在占空比信號為高時保持輸出不變；電流采樣模塊根據BUCK變換器輸入電壓和輸出電壓對應的數字量獲得電感電流的數字信號；數字比較器用于比較電感電流的數字信號和誤差信號產生占空比信號；驅動模塊根據占空比信號產生第一功率開關管和第二功率開關管的驅動控制信號。

技術領域

本發明屬于集成電路技術領域，涉及一種瞬態響應增強的數字控制BUCK開關變換器。

背景技術

任何的電子設備都離不開電源，針對各種應用場景對電源提出了各種指標要求，如電壓精度、負載能力、啟動延遲、恢復時間、電壓過沖、調整率等。隨著便攜式電子產品的不斷發展、芯片尺寸的不斷減少，集成度這個指標也越來越重要。相對于模擬控制的電源芯片，數字控制的電源芯片更容易內嵌進各種SoC芯片中，從而達到高集成度的要求。

數字電源的一般實現方式是對模擬電源的數字化實現，如通過PID補償網絡代替模擬電路中的超前滯后補償，ADC(Analog-Digital-Converter)代替模擬中的誤差放大器等。而模擬電路中一般不止一個反饋量，也就是需要多個ADC將模擬信號轉換成數字信號。對于需要電流信息的反饋控制方式而言，由于需要的是電流的變化信息，所以其對應的ADC的轉換頻率要遠高于開關頻率。而ADC的數量增多以及轉換頻率的提高，會導致功耗和面積也隨著增大。如數字COT(Constant-On-Time)控制電路中，電壓外環需要一個ADC來量化誤差信號，電流內環需要量化輸入和輸出電壓信號，并且為了實現對電源變化信息的正確量化需要ADC的轉換頻率需要遠高于開關頻率。

發明內容

針對上述傳統數字電流模COT(Constant-On-Time)控制需要多個ADC以及很高的采樣倍率的問題，本發明提出一種瞬態響應增強的數字控制BUCK變換器，在電流采樣部分利用延遲對應的時鐘實現采用內部時鐘，將電流采樣部分的信號轉換頻率降低到開關頻率；利用二選一信號選擇器實現分時復用，降低本發明需要的ADC數量；在電流采樣中使用參數的近似計算和補償增益來減少實現電流采樣的濾波器位寬，進一步減小了相關部分的面積和功耗；加入對輸入電壓的采樣，提高了系統的電源響應速度。

本發明的技術方案如下：

一種瞬態響應增強的數字控制BUCK變換器，包括第一功率開關管、第二功率開關管、驅動模塊和電感，

第一功率開關管的一端連接所述BUCK變換器的輸入電壓，另一端連接第二功率開關管的一端并通過電感后連接所述BUCK變換器的輸出端；第二功率開關管的另一端接地；

所述BUCK變換器還包括二選一信號選擇器、模數轉換器、數模轉換器、計算模塊、數字補償器、數字比較器和電流采樣模塊，

所述二選一信號選擇器的第一輸入端連接所述BUCK變換器輸入電壓的分壓值，其第二輸入端連接所述BUCK變換器輸出端電壓的分壓值，其選擇控制端連接所述數字比較器輸出的占空比信號；

所述數模轉換器用于將數字基準信號轉換為模擬基準信號；

所述模數轉換器用于將所述二選一信號選擇器的輸出信號與所述模擬基準信號進行量化獲得差值信號；

所述計算模塊用于在所述占空比信號的控制下，根據所述差值信號和所述數字基準信號計算所述二選一信號選擇器的輸出信號對應的數字量；