CN111277143B - 一种瞬态响应增强的数字控制buck变换器 - Google Patents

一种瞬态响应增强的数字控制buck变换器 Download PDF

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Abstract

一种瞬态响应增强的数字控制BUCK变换器，其中占空比信号控制二选一信号选择器输出BUCK变换器输入电压的分压值或BUCK变换器输出端电压的分压值，模数转换器将二选一信号选择器的输出信号与模拟基准信号进行量化获得差值信号；计算模块计算BUCK变换器输入电压和输出电压对应的数字量；数字补偿器在占空比信号为低时将差值信号进行补偿获得误差信号，在占空比信号为高时保持输出不变；电流采样模块根据BUCK变换器输入电压和输出电压对应的数字量获得电感电流的数字信号；数字比较器用于比较电感电流的数字信号和误差信号产生占空比信号；驱动模块根据占空比信号产生第一功率开关管和第二功率开关管的驱动控制信号。

Description

一种瞬态响应增强的数字控制BUCK变换器
技术领域
本发明属于集成电路技术领域，涉及一种瞬态响应增强的数字控制BUCK开关变换器。
背景技术
任何的电子设备都离不开电源，针对各种应用场景对电源提出了各种指标要求，如电压精度、负载能力、启动延迟、恢复时间、电压过冲、调整率等。随着便携式电子产品的不断发展、芯片尺寸的不断减少，集成度这个指标也越来越重要。相对于模拟控制的电源芯片，数字控制的电源芯片更容易内嵌进各种SoC芯片中，从而达到高集成度的要求。
数字电源的一般实现方式是对模拟电源的数字化实现，如通过PID补偿网络代替模拟电路中的超前滞后补偿，ADC(Analog-Digital-Converter)代替模拟中的误差放大器等。而模拟电路中一般不止一个反馈量，也就是需要多个ADC将模拟信号转换成数字信号。对于需要电流信息的反馈控制方式而言，由于需要的是电流的变化信息，所以其对应的ADC的转换频率要远高于开关频率。而ADC的数量增多以及转换频率的提高，会导致功耗和面积也随着增大。如数字COT(Constant-On-Time)控制电路中，电压外环需要一个ADC来量化误差信号，电流内环需要量化输入和输出电压信号，并且为了实现对电源变化信息的正确量化需要ADC的转换频率需要远高于开关频率。
发明内容
针对上述传统数字电流模COT(Constant-On-Time)控制需要多个ADC以及很高的采样倍率的问题，本发明提出一种瞬态响应增强的数字控制BUCK变换器，在电流采样部分利用延迟对应的时钟实现采用内部时钟，将电流采样部分的信号转换频率降低到开关频率；利用二选一信号选择器实现分时复用，降低本发明需要的ADC数量；在电流采样中使用参数的近似计算和补偿增益来减少实现电流采样的滤波器位宽，进一步减小了相关部分的面积和功耗；加入对输入电压的采样，提高了***的电源响应速度。
本发明的技术方案如下：
一种瞬态响应增强的数字控制BUCK变换器，包括第一功率开关管、第二功率开关管、驱动模块和电感，
第一功率开关管的一端连接所述BUCK变换器的输入电压，另一端连接第二功率开关管的一端并通过电感后连接所述BUCK变换器的输出端；第二功率开关管的另一端接地；
所述BUCK变换器还包括二选一信号选择器、模数转换器、数模转换器、计算模块、数字补偿器、数字比较器和电流采样模块，
所述二选一信号选择器的第一输入端连接所述BUCK变换器输入电压的分压值，其第二输入端连接所述BUCK变换器输出端电压的分压值，其选择控制端连接所述数字比较器输出的占空比信号；
所述数模转换器用于将数字基准信号转换为模拟基准信号；
所述模数转换器用于将所述二选一信号选择器的输出信号与所述模拟基准信号进行量化获得差值信号；
所述计算模块用于在所述占空比信号的控制下，根据所述差值信号和所述数字基准信号计算所述二选一信号选择器的输出信号对应的数字量；
当所述占空比信号为低电平时，所述二选一信号选择器输出所述BUCK变换器输出端电压的分压值，所述计算模块计算得到所述BUCK变换器输出端电压对应的数字量；当所述占空比信号为高电平时，所述二选一信号选择器输出所述BUCK变换器输入电压的分压值，所述计算模块计算得到所述BUCK变换器输入电压对应的数字量；
所述数字补偿器在所述占空比信号为低电平时将所述差值信号进行补偿获得补偿后的误差信号，所述数字补偿器在所述占空比信号为高电平时保持输出不变；
所述电流采样模块用于根据所述计算模块产生的所述BUCK变换器输出端电压对应的数字量和所述BUCK变换器输入电压对应的数字量获得电感电流的数字信号；
所述数字比较器用于比较所述电感电流的数字信号和所述补偿后的误差信号产生所述占空比信号；
所述驱动模块根据所述占空比信号产生所述第一功率开关管和第二功率开关管的驱动控制信号。
具体的，所述计算模块包括第一触发器、第二触发器、第一增益单元、第二增益单元、第三增益单元、第一减法器和第二减法器，
第一增益单元的输入端连接所述数字基准信号，其增益系数为所述数模转换器精度与所述模数转换器精度的比值，其输出端连接第一减法器的被减数输入端和第二减法器的被减数输入端；
第一触发器的输入端连接所述模数转换器输出的差值信号，其控制端连接所述占空比信号的反相信号，其输出端连接第二增益单元的输入端；
第二增益单元的增益系数为所述BUCK变换器输出端电压分压比的倒数，其输出端连接第一减法器的减数输入端；
第一减法器的输出端输出所述BUCK变换器输出端电压对应的数字量；
第二触发器的输入端连接所述模数转换器输出的差值信号，其控制端连接所述占空比信号，其输出端连接第三增益单元的输入端；
第三增益单元的增益系数为所述BUCK变换器输入电压分压比的倒数，其输出端连接第二减法器的减数输入端；
第二减法器的输出端输出所述BUCK变换器输入电压对应的数字量。
具体的，所述电流采样模块包括第一乘法器、第一加法器、第二加法器、第三加法器、第四加法器、第五加法器、第一延迟单元、第二延迟单元、第三延迟单元、第四延迟单元、第四增益单元、第五增益单元、第六增益单元、第七增益单元、第八增益单元和第九增益单元，其中第一延迟单元、第二延迟单元、第三延迟单元和第四延迟单元的延时时间相同；
第一乘法器的第一输入端连接所述BUCK变换器输入电压对应的数字量，其第二输入端连接所述占空比信号，其输出端一方面连接第一加法器的第一输入端，另一方面通过第一延迟单元后连接第一加法器的第二输入端；
第七增益单元的输入端连接第一加法器的输出端，其输出端连接第三加法器的第一输入端；
第三加法器的第二输入端连接第五增益单元的输出端，其输出端经过第三延迟单元后连接第五增益单元的输入端；
所述BUCK变换器输出端电压对应的数字量连接第二加法器的第一输入端并经过第二延迟单元后连接第四增益单元的输入端；
第二加法器的第二输入端连接第四增益单元的输出端，其输出端连接第八增益单元的输入端；
第四加法器的第一输入端连接第八增益单元的输出端，其第二输入端连接第六增益单元的输出端，其输出端通过第四延迟单元后连接第六增益单元的输入端；
第五加法器用于将第三加法器的输出信号和第四加法器的输出信号相加并减去所述BUCK变换器输出端电压对应的数字量，其输出端经过第九增益单元后产生所述电感电流的数字信号。
具体的，第五增益单元A1的增益系数为
Figure GDA0002959416630000031
第六增益单元A2的增益系数为
Figure GDA0002959416630000032
第七增益单元K1的增益系数为
Figure GDA0002959416630000033
第八增益单元K2的增益系数为
Figure GDA0002959416630000041
其中τL为电感的时间常数，T为第一延迟单元的延迟时间，将
Figure GDA0002959416630000042
变换为与原值最接近的2n，n为正整数。
具体的，所述第九增益单元的增益系数为整数。
具体的，所述数字比较器在所述占空比信号为高电平时进行计数，当计数达到所述BUCK变换器的导通时间后开始对所述电感电流的数字信号和所述补偿后的误差信号进行比较，若所述补偿后的误差信号不小于所述电感电流的数字信号，所述数字比较器将计数清零并输出高电平的占空比信号，若所述补偿后的误差信号小于所述电感电流的数字信号，所述数字比较器输出低电平的占空比信号。
具体的，所述数字补偿器包括第五加法器、第六加法器、第七加法器、第五延迟单元、第十增益单元和第十一增益单元，
第五加法器的第一输入端作为所述数字补偿器的输入端，其第二输入端连接第五延迟单元的输出端和第六加法器的第一输入端，其输出端连接第五延迟单元的输入端和第六加法器的第二输入端；
第十增益单元的输入端连接所述数字补偿器的输入端，其输出端连接第七加法器的第一输入端；
第十一增益单元的输入端连接第六加法器的输出端，其输出端连接第七加法器的第二输入端；
第七加法器的输出端作为所述数字补偿器的输出端。
本发明的有益效果为：本发明通过DAC对ADC的量化范围进行扩展，利用二选一信号选择器实现对ADC分时复用，减小了BUCK变换器对ADC的精度要求和数量要求，节约了芯片面积；电流采样模块中通过对数字滤波器的参数优化和增益补偿，在不影响精度的前提下，减小了滤波器的运算位数，进一步减小了相关部分的面积和功耗，另外利用延迟对应的时钟实现采用内部时钟，将电流采样部分的信号转换频率降低到开关频率；本发明加入对输入电压的采样，在输入电压发生改变时，通过电流采样很快提取到输入电压的变化信息，使得输出很快的跟随变化，提高了***的电源响应速度和瞬态性能。
附图说明
图1是本发明提出的一种瞬态响应增强的数字控制BUCK变换器的结构示意图。
图2是本发明提出的一种瞬态响应增强的数字控制BUCK变换器中二选一信号选择器的一种实现结构示意图。
图3是本发明提出一种瞬态响应增强的数字控制BUCK变换器中计算模块的一种实现结构示意图。
图4是本发明提出的一种瞬态响应增强的数字控制BUCK变换器中采用DCR进行电流采样的原理示意图。
图5是本发明提出的一种瞬态响应增强的数字控制BUCK变换器中电流采样模块的一种实现结构示意图。
图6是本发明提出的一种瞬态响应增强的数字控制BUCK变换器中数字比较器在实施例中的原理示意图。
图7是本发明提出的一种瞬态响应增强的数字控制BUCK变换器中数字补偿的一种实现结构示意图。
图8是本发明提出的一种瞬态响应增强的数字控制BUCK变换器的电源阶跃响应仿真图。
图9是本发明提出的一种瞬态响应增强的数字控制BUCK变换器的负载阶跃响应仿真图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，详细描述本发明的技术方案。
本发明提出的一种瞬态响应增强的数字控制BUCK变换器，如图1所示，Buck电路包括第一功率开关管MP、第二功率开关管MN、电感L、电容C和负载R，其中VIN是BUCK变换器的输入电压，VOUT是BUCK变换器的输出电压；BUCK变换器中数字控制环路由模数转换器ADC、数模转换器DAC、二选一信号选择器MUX、电流采样模块Isense、计算模块Cal、数字补偿器Digital Compensator、数字比较器DComp、功率级组成。
二选一信号选择器MUX的输入为BUCK变换器输入电压VIN的分压值VS_in和BUCK变换器输出端电压VOUT的分压值Vsense，其选择控制信号为数字比较器输出的占空比信号d。如图1所示，输入电压的分压值VS_in可以由电阻R3、R4对BUCK变换器输入电压VIN分压获得，输出电压的分压值Vsense可以由电阻R1、R2对BUCK变换器输出端电压VOUT分压获得。
二选一信号选择器MUX用于对ADC的输入数据进行选择，从而实现ADC分时复用的效果。如图2所示给出了二选一信号选择器MUX的一种实现形式，二选一信号选择器MUX包括一个反相器和两个传输门构成。当占空比信号d为高电平时，传输门gate0开启，传输门gate1关断，二选一信号选择器输出信号为第一输入端IN0的值即BUCK变换器输入电压的分压值VS_in；当控制信号d为低电平时，传输门gate1开启，传输门gate0关断，二选一信号选择器的输出信号为第二输入端IN1的值即BUCK变换器输出端电压的分压值Vsense。
数模转换器DAC用于将数字基准信号Dref转换为模拟基准信号Vref，二选一信号选择器MUX的输出信号和DAC输出的模拟基准信号Vref为模数转换器ADC的输入，模数转换器ADC将其进行量化后得到差值信号De并输出到计算单元和数字补偿器。
计算模块Cal的作用是用于计算BUCK变换器输入电压VIN和BUCK变换器输出端电压VOUT对应的数字量。占空比信号d作为二选一信号选择器MUX的控制信号，当d为1时，二选一信号选择器MUX输出信号为BUCK变换器输入电压的分压值VS_in，二选一信号选择器输出的VS_in和DAC的输出Vref经过模数转换器ADC量化后得到差值信号De，差值信号De和占空比信号d一起送入计算单元，得到当前时间BUCK变换器输入电压VIN对应的数字量DVIN。当d为0时，二选一信号选择器MUX输出信号为BUCK变换器输出端电压的分压值Vsense，二选一信号选择器输出的Vsense和DAC的输出Vref经过ADC量化后得到差值信号De，差值信号De和占空比信号d一起送入计算单元，得到当前时间BUCK变换器输出端电压VOUT对应的数字量DVo。
如图3所示给出了计算模块的一种是实现形式，包括第一触发器Trigger1、第二触发器Trigger2、第一增益单元Gain0、第二增益单元Gain1、第三增益单元Gain2、第一减法器Sub1和第二减法器Sub2，第一增益单元的输入端连接数字基准信号Dref，其增益系数Gain0为数模转换器精度与模数转换器精度的比值，其输出端连接第一减法器Sub1的被减数输入端和第二减法器Sub2的被减数输入端；第一触发器Trigger1的输入端连接模数转换器输出的差值信号De，其控制端连接占空比信号的反相信号d！，其输出端连接第二增益单元的输入端；第二增益单元的增益系数Gain1为BUCK变换器输出端电压分压比的倒数，其输出端连接第一减法器Sub1的减数输入端；第一减法器Sub1的输出端输出BUCK变换器输出端电压对应的数字量DVO；第二触发器Trigger2的输入端连接模数转换器输出的差值信号De，其控制端连接占空比信号d，其输出端连接第三增益单元的输入端；第三增益单元的增益系数Gain2为BUCK变换器输入电压分压比的倒数，其输出端连接第二减法器Sub2的减数输入端；第二减法器Sub2的输出端输出BUCK变换器输入电压对应的数字量DVIN。
其中第一增益单元用于补偿DAC和ADC的量化精度的区别，其增益系数Gain0数值上等于DAC精度/ADC精度。第二增益单元Gain1用于补偿BUCK变换器输出端电压VOUT的分压比，其增益系数Gain1数值上等于输出电压VOUT分压比的倒数。第三增益单元用于补偿输入电压VIN的分压比，其增益系数Gain2数值上等于输入电压VIN分压比的倒数。
计算模块输出的信号DVin和DVo经过电流采样模块后得到电感电流的数字信息DIL，一些实施例中，电流采样模块采用滤波器实现将VIN和VOUT的数字信号计算成电流信息，通过对模拟DCR采样的参数计算，经过双线性变换后得到对应的数字滤波器的参数，将对应时间常数近似为相近的一个2n的量，相关增益误差通过电流增益补偿。如图5所示给出了计算模块的一种实现形式，包括第一乘法器Mul、第一加法器add0、第二加法器add1、第三加法器add2、第四加法器add3、第五加法器add4、第一延迟单元Delay0、第二延迟单元Delay1、第三延迟单元Delay2、第四延迟单元Delay3、第四增益单元A0、第五增益单元A1、第六增益单元A2、第七增益单元K1、第八增益单元K2和第九增益单元Gain，第一乘法器Mul的第一输入端连接BUCK变换器输入电压对应的数字量DVIN，其第二输入端连接占空比信号d，其输出端一方面连接第一加法器add0的第一输入端，另一方面通过第一延迟单元Delay0后连接第一加法器add0的第二输入端；第七增益单元K1的输入端连接第一加法器add0的输出端，其输出端连接第三加法器add2的第一输入端；第三加法器add2的第二输入端连接第五增益单元A1的输出端，其输出端经过第三延迟单元Delay2后连接第五增益单元A1的输入端；BUCK变换器输出端电压对应的数字量DVO连接第二加法器add1的第一输入端并经过第二延迟单元Delay1后连接第四增益单元A0的输入端；第二加法器add1的第二输入端连接第四增益单元A0的输出端，其输出端连接第八增益单元K2的输入端；第四加法器add3的第一输入端连接第八增益单元K2的输出端，其第二输入端连接第六增益单元A2的输出端，其输出端通过第四延迟单元Delay3后连接第六增益单元A2的输入端；第五加法器add4用于将第三加法器add2的输出信号和第四加法器add3的输出信号相加并减去BUCK变换器输出端电压对应的数字量DVO，其输出端经过第九增益单元Gain后产生电感电流的数字信号DIL。
数字补偿器用于对环路进行补偿，电流模***是稳定的，所以主要用来消除稳态误差。ADC输出的差值信号De通过数字补偿器产生补偿后的误差信号DFB，得到误差的补偿信息。如图7所示给出了数字补偿器用的一种实现形式，包括第五加法器Add4、第六加法器Add5、第七加法器Add6、第五延迟单元Delay1、第十增益单元和第十一增益单元，第五加法器Add4的第一输入端作为数字补偿器的输入端，其第二输入端连接第五延迟单元Delay1的输出端和第六加法器Add5的第一输入端，其输出端连接第五延迟单元Delay1的输入端和第六加法器Add5的第二输入端；第十增益单元的输入端连接数字补偿器的输入端，其输出端连接第七加法器Add6的第一输入端；第十一增益单元的输入端连接第六加法器Add5的输出端，其输出端连接第七加法器Add6的第二输入端；第七加法器Add6的输出端作为数字补偿器的输出端。第十增益单元的是增益系数P，第十一增益单元的增益系数是I，可以用乘法器实现第十增益单元和第十一增益单元。
数字补偿器输出的补偿后的误差信号DFB和电流采样模块输出的电感电流的数字信号DIL在数字比较器中进行比较，数字比较器输出占空比信号d作为功率模块Driver的输入；功率模块Driver根据占空比信号d产生BUCK变换器中功率开关管的控制信号。
数字比较器由逻辑语言构建，输入端IN0连接补偿后的误差信号DFB，输入端IN1连接电感电流的数字信号DIL，输出信号为占空比信号d。数字比较器体包括两个状态，state1和state2，包括比较部分compare和计数部分count。State1状态下占空比信号d输出为1，且开始计数count，当count计数超过导通时间Ton后，进入compare比较阶段，当IN0≥IN1时，进入state1状态，计数器count清零，输出占空比信号为1；当IN0<IN1时，进入state2状态，输出占空比信号为0。
下面结合附图具体说明本实施例的工作原理：
本发明提出的一种瞬态响应增强的数字控制BUCK变换器，电压外环包括模数转换器ADC、二选一信号选择器MUX、数模转换器DAC和数字补偿器。当占空比信号d为低电平时，MUX输出信号为输出电压VOUT的分压量。ADC输出数字差值信号De送入数字补偿器，每次当占空比信号d为低电平时，数字补偿器的输入更新为新的差值信号De，当占空比信号d为高电平时，数字补偿器的输入保持不变。差值信号De经过数字补偿器后得到补偿后的误差信号DFB。
电流内环包括电流采样模块Isense、二选一信号选择器MUX和计算模块。当占空比信号d为低电平时，MUX输出信号为输出电压VOUT的分压量，此时ADC输出数字差值信号De，计算模块中第一触发器Trigger1触发，通过数字基准信号Dref计算出输出电压VOUT对应ADC分辨率下的数字量DVO。当占空比信号d为高电平时，MUX输出信号为输入电压VIN的分压量，分压比为h2，计算模块中第二触发器Trigger2触发，通过数字基准电压Dref计算出输入电压VIN对应ADC分辨率下的数字量DVIN。
图4为电流采样模块采用DCR电流采样的原理图，可以通过计算得到电容Cs两端的电压VC表达式为
Figure GDA0002959416630000081
其中，τL代表电感的时间常数，数值上等于
Figure GDA0002959416630000082
τC代表电容的时间常数，数值上等于CS·RS，VRL代表电感电阻RL两端电压差。
电流采样模块Isense在本实施例中，通过如图5所示的滤波器来实现对应的RC网络，第四增益单元的增益系数A0为-1，经过计算得到图5中第五增益单元的增益系数A1、第六增益单元的增益系数A2、第七增益单元的增益系数K1、第八增益单元的增益系数K2如下表。
Figure GDA0002959416630000091
其中T为采样时钟的周期，即第一延迟单元Delay0的延迟时间，第一延迟单元Delay0、第二延迟单元Delay1、第三延迟单元Delay2和第四延迟单元Delay3的延迟时间相同。本发明利用第一延迟单元Delay0、第二延迟单元Delay1、第三延迟单元Delay2和第四延迟单元Delay3的延迟时间实现内部时钟，将电流采样部分的信号转换频率降低到开关频率。
模拟表达式中时间常数不匹配会导致电压信息在AC上幅值的变化，本实施例将
Figure GDA0002959416630000092
从原来的数量h变化到一个最趋近k(k＝2n，n为整数)的值后，对应的τL变为原来的k/h倍(τL/T>>1)，得到的数字信号通过第九增益单元乘上相应的增益系数参数gain可以得到准确的电流变化信息值。考虑到第九增益单元的增益系数gain的参数在一个范围内都能使***稳定，可以通过调试将gain值设置成整数，这是因为整数需要的寄存器位宽少。
用MATLAB/Simulink软件对本例的方法进行仿真分析，结果如下。
图8为本发明电源阶跃的仿真波形。仿真条件：输入电压Vg＝3.3V，参考电压Vref＝1.6V，输出电压计算值1.8V，电感值L＝3.3uH，电容值C＝1340uF，恒定导通时间Ton＝544ns，在1.53ms处输入电压由3.6V变化到3V，在2.03ms处输入电压由3V变化到3.6V。从图8可以看出，因为本发明加入了对输入电压VIN的采样，在电源阶跃时输出变化幅度很小，在数字电源中认为±1LSB范围内***处于稳定状态，可以认为***对电源的响应速度很快，输出一直处于稳定状态，可见采用本发明具有很高的稳压精度、稳态性能。
图9为本发明负载阶跃时的仿真波形。图9中，在2.1ms处负载由15A阶跃变化到5A，输出电压经过一个27mv的过冲恢复稳态，调整时间为39us；在2.2ms处负载由5A阶跃变化到15A，输出电压经过一个19mv的过冲恢复稳态，调整时间为39us。可见本发明的控制方法具有很好的负载瞬态性能。
从上述具体实施方式可知，本发明通过DAC对ADC的量化范围进行扩展，减小了对ADC的精度要求；另外利用二选一信号选择器对ADC实现分时复用，减小了需要的ADC数量，节约了芯片面积；电流采样模块利用对数字滤波器的参数优化和增益补偿，在不影响精度的前提下，减小了滤波器的运算位数。本发明在输入电压发生改变时，通过电流采样很快提取到输入电压的变化信息，使得输出很快的跟随变化，最终输出电压的恢复过程可以忽略不计，提高了变换器的瞬态性能。且本发明稳压精度高，***的模拟部分模块复用度高，简化了***设计。
本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种瞬态响应增强的数字控制BUCK变换器，包括第一功率开关管、第二功率开关管、驱动模块和电感，
第一功率开关管的一端连接所述BUCK变换器的输入电压，另一端连接第二功率开关管的一端并通过电感后连接所述BUCK变换器的输出端；第二功率开关管的另一端接地；
其特征在于，所述BUCK变换器还包括二选一信号选择器、模数转换器、数模转换器、计算模块、数字补偿器、数字比较器和电流采样模块，
所述二选一信号选择器的第一输入端连接所述BUCK变换器输入电压的分压值，其第二输入端连接所述BUCK变换器输出端电压的分压值，其选择控制端连接所述数字比较器输出的占空比信号；
所述数模转换器用于将数字基准信号转换为模拟基准信号；
所述模数转换器用于将所述二选一信号选择器的输出信号与所述模拟基准信号进行量化获得差值信号；
所述计算模块用于在所述占空比信号的控制下，根据所述差值信号和所述数字基准信号计算所述二选一信号选择器的输出信号对应的数字量；
当所述占空比信号为低电平时，所述二选一信号选择器输出所述BUCK变换器输出端电压的分压值，所述计算模块计算得到所述BUCK变换器输出端电压对应的数字量；当所述占空比信号为高电平时，所述二选一信号选择器输出所述BUCK变换器输入电压的分压值，所述计算模块计算得到所述BUCK变换器输入电压对应的数字量；
所述数字补偿器在所述占空比信号为低电平时将所述差值信号进行补偿获得补偿后的误差信号，所述数字补偿器在所述占空比信号为高电平时保持输出不变；
所述电流采样模块用于根据所述计算模块产生的所述BUCK变换器输出端电压对应的数字量和所述BUCK变换器输入电压对应的数字量获得电感电流的数字信号；
所述数字比较器用于比较所述电感电流的数字信号和所述补偿后的误差信号产生所述占空比信号；
所述驱动模块根据所述占空比信号产生所述第一功率开关管和第二功率开关管的驱动控制信号。
2.根据权利要求1所述的瞬态响应增强的数字控制BUCK变换器，其特征在于，所述计算模块包括第一触发器、第二触发器、第一增益单元、第二增益单元、第三增益单元、第一减法器和第二减法器，
第一增益单元的输入端连接所述数字基准信号，其增益系数为所述数模转换器精度与所述模数转换器精度的比值，其输出端连接第一减法器的被减数输入端和第二减法器的被减数输入端；
第一触发器的输入端连接所述模数转换器输出的差值信号，其控制端连接所述占空比信号的反相信号，其输出端连接第二增益单元的输入端；
第二增益单元的增益系数为所述BUCK变换器输出端电压分压比的倒数，其输出端连接第一减法器的减数输入端；
第一减法器的输出端输出所述BUCK变换器输出端电压对应的数字量；
第二触发器的输入端连接所述模数转换器输出的差值信号，其控制端连接所述占空比信号，其输出端连接第三增益单元的输入端；
第三增益单元的增益系数为所述BUCK变换器输入电压分压比的倒数，其输出端连接第二减法器的减数输入端；
第二减法器的输出端输出所述BUCK变换器输入电压对应的数字量。
3.根据权利要求1所述的瞬态响应增强的数字控制BUCK变换器，其特征在于，所述电流采样模块包括第一乘法器、第一加法器、第二加法器、第三加法器、第四加法器、第五加法器、第一延迟单元、第二延迟单元、第三延迟单元、第四延迟单元、第四增益单元、第五增益单元、第六增益单元、第七增益单元、第八增益单元和第九增益单元，其中第一延迟单元、第二延迟单元、第三延迟单元和第四延迟单元的延时时间相同；
第一乘法器的第一输入端连接所述BUCK变换器输入电压对应的数字量，其第二输入端连接所述占空比信号，其输出端一方面连接第一加法器的第一输入端，另一方面通过第一延迟单元后连接第一加法器的第二输入端；
第七增益单元的输入端连接第一加法器的输出端，其输出端连接第三加法器的第一输入端；
第三加法器的第二输入端连接第五增益单元的输出端，其输出端经过第三延迟单元后连接第五增益单元的输入端；
所述BUCK变换器输出端电压对应的数字量连接第二加法器的第一输入端并经过第二延迟单元后连接第四增益单元的输入端；
第二加法器的第二输入端连接第四增益单元的输出端，其输出端连接第八增益单元的输入端；
第四加法器的第一输入端连接第八增益单元的输出端，其第二输入端连接第六增益单元的输出端，其输出端通过第四延迟单元后连接第六增益单元的输入端；
第五加法器用于将第三加法器的输出信号和第四加法器的输出信号相加并减去所述BUCK变换器输出端电压对应的数字量，其输出端经过第九增益单元后产生所述电感电流的数字信号。
4.根据权利要求3所述的瞬态响应增强的数字控制BUCK变换器，其特征在于，第五增益单元的增益系数为
Figure FDA0002959416620000031
第六增益单元的增益系数为
Figure FDA0002959416620000032
第七增益单元的增益系数为
Figure FDA0002959416620000033
第八增益单元的增益系数为
Figure FDA0002959416620000034
其中τL为电感的时间常数，T为第一延迟单元的延迟时间，将
Figure FDA0002959416620000035
变换为与原值最接近的2n，n为正整数。
5.根据权利要求3或4所述的瞬态响应增强的数字控制BUCK变换器，其特征在于，所述第九增益单元的增益系数为整数。
6.根据权利要求1所述的瞬态响应增强的数字控制BUCK变换器，其特征在于，所述数字比较器在所述占空比信号为高电平时进行计数，当计数达到所述BUCK变换器的导通时间后开始对所述电感电流的数字信号和所述补偿后的误差信号进行比较，若所述补偿后的误差信号不小于所述电感电流的数字信号，所述数字比较器将计数清零并输出高电平的占空比信号，若所述补偿后的误差信号小于所述电感电流的数字信号，所述数字比较器输出低电平的占空比信号。
7.根据权利要求1所述的瞬态响应增强的数字控制BUCK变换器，其特征在于，所述数字补偿器包括第五加法器、第六加法器、第七加法器、第五延迟单元、第十增益单元和第十一增益单元，
第五加法器的第一输入端作为所述数字补偿器的输入端，其第二输入端连接第五延迟单元的输出端和第六加法器的第一输入端，其输出端连接第五延迟单元的输入端和第六加法器的第二输入端；
第十增益单元的输入端连接所述数字补偿器的输入端，其输出端连接第七加法器的第一输入端；
第十一增益单元的输入端连接第六加法器的输出端，其输出端连接第七加法器的第二输入端；
第七加法器的输出端作为所述数字补偿器的输出端。
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