CN202197216U

CN202197216U - 电源调压控制器

Info

Publication number: CN202197216U
Application number: CN2011202908963U
Authority: CN
Inventors: 孟达
Original assignee: M3 Technology Inc Taiwan
Current assignee: M3 Technology Inc Taiwan
Priority date: 2011-08-09
Filing date: 2011-08-09
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2021-08-09

Abstract

一种电源调压控制器，包含一供应信号来控制一组切换开关的控制逻辑电路、一电感、一包含一负载电容器的负载电路、以及一输出反馈感测电路。切换开关间的运作，并经由电感和负载电路，将形成一输出电压信号。输出电压信号经由分压，产生一反馈电压信号至输出反馈感测电路，以进一步与外部输入的一参考电压信号、其中一个切换开关提供的一低端电压信号、和切换开关间运作产生的一共节点电压信号，通过调变脉冲、补偿输出电压信号的偏移量、调制参考电压信号和反馈电压信号间的差异，产生一感测信号给控制逻辑电路，来调制输出电压信号。

Description

电源调压控制器

技术领域

本实用新型涉及一种控制器，特别涉及调整电源电压的电源调压控制器。

背景技术

随着科技的进步，消费者使用习惯的改变，许多电子产品的设计者就需要将电子产品设计得轻、薄、短、小。为着符合这些需求，这些设计者也将改变这些产品的电路设计及元件的使用。

通常用来执行直流至直流电压转换的交换式电源调压器(switching powerregulator)是采用步阶降压式调压器(step-down regulator)，而步阶降压式调压器通常是用以将高压电(例如12伏特)转换为较低的电压，例如1伏特，以供应负载装置(load device)来使用。

交换式电源调压器通常是使用至少两个晶体管(MOS)以将一输入电压转换为一输出电压信号。利用PMOS晶体管和NMOS晶体管之间的切换，使PMOS晶体管和NMOS晶体管之间共同节点处产生方波(square-wave)。所产生的方波则通过电感和负载电容器所组成的LC电路而变得更平滑，以产生输出电压信号。

另一方面，也借着一错误放大器和控制逻辑电路所组成的控制回路，来控制上述的方波，以及PMOS晶体管和NMOS晶体管间的切换。一般来说，PMOS晶体管和NMOS晶体管不会同时导通，也就是说当PMOS晶体管导通时，NMOS晶体管将不导通，相反地，当PMOS晶体管不导通时，NMOS晶体管将导通。当调压器操作在脉宽调变(pulse width modulation，PWM)模式时，通常也需要加入一脉冲触发器(frequency generator)和一PWM比较器，以产生PWM信号来控制晶体管的切换。

其中，负载电容器的等效串联电阻将直接影响到输出电压信号的纹波幅度(纹波幅度受电感峰值电流和电容器的等效串联电阻影响)。所以必须选择等效串联电阻较小的电容器或使用多个电容器并联，来降低纹波的幅度。

以目前的设计者来说，大多倾向利用等效串联电阻值很小的陶瓷电容器，作为LC电路的元件。然而，太低的等效串联电阻值会使控制回路的信号不稳定，且不易检测输出电压信号的状态。因此，使用陶瓷电容器时，就需要外加许多的电路，使调压器能正常工作。

实用新型内容

鉴于以上的问题，本实用新型的目的在于提供一种电源调压控制器，藉以解决现有因使用低等效串联电阻值所产生的控制回路的信号不稳定、以及不易检测输出电压信号的状态的问题。

本实用新型所揭露的电源调压控制器，包含：

一控制逻辑电路，供应至少一输入电压信号；

一组切换开关，根据该输入电压信号的控制，产生一共节点电压信号；

一电感，根据该共节点电压信号，产生一电感电流信号；

一负载电路，根据该电感电流信号，产生一输出电压信号，其中该负载电路包含一负载电容器，该输出电压信号经过分压，产生一反馈电压信号；以及

一输出反馈感测电路，根据该反馈电压信号、外部输入的一参考电压信号、所述一组切换开关中的其中一个切换开关所提供的一低端电压信号、以及该共节点电压信号，以产生一感测信号给该控制逻辑电路以调制该输出电压信号。

上述的电源调压控制器，其中，所述一组切换开关为N通道晶体管。

上述的电源调压控制器，其中，该输出反馈感测电路包含：

一噪声消除电路，消除该低端电压信号以及该共节点电压信号的过大脉冲，产生一修正电压信号；

一电压电流转换器，连结于该噪声消除电路，将该修正电压信号转换成一修正电流信号；以及

一反馈控制电路，连结于该电压电流转换器，根据该修正电流信号、该反馈电压信号、以及该参考电压信号，以产生该感测信号至该控制逻辑电路。

上述的电源调压控制器，其中，该反馈控制电路包含：

一积分电路，接收该参考电压信号及该反馈电压信号，产生一积分信号；

一缓冲电路，根据该积分信号，产生一缓冲信号；以及

一脉冲调变电路，根据该缓冲信号、一差分信号以及该反馈电压信号，进行脉冲调变，以产生该感测信号。

上述的电源调压控制器，其中，该脉冲调变电路为一脉冲宽度调变触发器。

上述的电源调压控制器，其中，该差分信号通过一电流电压转换器根据该修正电流信号以及一斜率补偿电流信号产生。

上述的电源调压控制器，其中，该反馈控制电路包含：

一积分电路，接收该参考电压信号及该反馈电压信号，以产生一积分信号；

一缓冲电路，根据该反馈电压信号，产生一缓冲信号；以及

一脉冲调变电路，用以根据该缓冲信号、一差分信号、以及该积分信号，进行脉冲调变，以产生该感测信号。

上述的电源调压控制器，其中，该电源调压控制器适用于一固定导通时间电流模式。

以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述，但不作为对本实用新型的限定。

附图说明

图1为根据本实用新型的电源调压控制器的结构示意图；

图2为本实用新型的电源调压控制器的输出反馈感测电路的一实施例的电路架构示意图；

图3为本实用新型的电源调压控制器的输出反馈感测电路的另一实施例的电路架构示意图。

其中，附图标记

100 电源调压控制器

110 控制逻辑电路

120 第一切换开关

130 第二切换开关

140 电感

150 负载电路

151 等效串联电阻

152 负载电容器

153 负载电流源

160 输出反馈感测电路

161 噪声消除电路

162 电压电流转换器

163 反馈控制电路

164 积分电路

165 脉冲调变电路

166 缓冲电路

167 电流电压转换器

168 斜率补偿电流源

260 输出反馈感测电路

261 噪声消除电路

262 电压电流转换器

263 反馈控制电路

264 积分电路

265 脉冲调变电路

266 缓冲电路

267 电流电压转换器

268 斜率补偿电流源

DRVH 第一输入电压信号

DRVL 第二输入电压信号

VIN 输入电压

LX 共节点电压信号

ILX 电感电流信号

VO 输出电压信号

VC 修正电压信号

VI 修正电流信号

LN 低端电压信号

VFB 反馈电压信号

VRE 参考电压信号

TO 感测信号

IS 斜率补偿电流信号

RI 积分信号

RB 缓冲信号

RX 差分信号

R1、R2 分压电阻

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的结构原理和工作原理作具体的描述：

请参考图1所示，其为根据本实用新型的电源调压控制器的结构示意图。电源调压控制器(power regulator)100，包含一控制逻辑电路(control logic circuit)110、一组切换开关(switch)、一电感140、一输出反馈感测电路(output feedbacksensing circuit)160、以及一负载电路(load circuit)150。切换开关可包含一第一切换开关120和一第二切换开关130，其中切换开关可为晶体管。在本实用新型的一实施例中，第一切换开关120和第二切换开关130可以为N通道的晶体管(NMOS)。

控制逻辑电路110，用以供应第一输入电压信号DRVH至第一切换开关120，以及供应第二输入电压信号DRVL至第二切换开关130，使第一切换开关120与第二切换开关130在输入电压VIN作动下，可产生共节点电压信号LX，共节点电压信号LX经由电感140，产生电感电流信号(inductor currentsignal)ILX。

负载电路150，用以根据电感电流信号ILX产生输出电压信号VO，且负载电路150包含一等效串联电阻(effective series resistance，ESR)151、一负载电容器(load capacitor)152、和负载电流源(load current source)153。负载电容器152可设为化学电容器(chemistry capacitor)，例如聚合物电容器(polymerelectrolytic capacitor)、钽电解电容器(tantalum electrolytic capacitor)、铝电解电容器(aluminum electrolytic capacitor)等，或非化学电容器(non-chemistrycapacitor)，例如。陶瓷电容器(ceramic capacitor)、半导体电容器(semiconductorcapacitor)、固态电容器(solid capacitor)等。

输出反馈感测电路160，用以根据输出电压信号VO经由分压电阻R1和R2分压所产生的反馈电压信号(feedback voltage signal)VFB、外部输入的参考电压信号(reference voltage signal)VRE、第二切换开关130所提供的低端电压信号(low side voltage signal)LN、以及共节点电压信号LX，通过脉冲的调变、输出电压信号VO的偏移量(offset)的补偿、以及利用参考电压信号VRE和反馈电压信号VFB间的差异的补偿，产生一感测信号(sensing signal)TO给控制逻辑电路110来调制输出电压信号VO。其中，参考电压信号VRE可以设定为0.6至3伏特，但不在此限。

本实用新型是可适用于固定导通时间(constant-on-time，COT)电流模式下的同步降压(synchronous step-down)控制。电感140和负载电路150的组合，可以使输出电压信号VO的波形更平顺(smooth)。在过去的技术中，负载电路的等效串联电阻将直接影响到输出电压信号的纹波幅度(纹波幅度受电感峰值电流和电容器的串联等效电阻影响)，并且纹波幅度用于控制脉冲的调变，所以必须选择等效串联电阻较小但大于一定值的电容器或使用多个电容器并联。然而，本实用新型由于输出反馈感测电路160的加入，将不再依靠等效串联电阻151来检测输出状态，亦即不受等效串联电阻151的影响，因此等效串联电阻151可以是任意值。本实用新型以陶瓷电容器作为实施例来说明，由于陶瓷电容器的等效串联电阻很小，故本实用新型中等效串联电阻151可视为忽略。

为了更清楚地阐述本实用新型内容，本实用新型进一步地提供图2，来说明上述输出反馈感测电路160实施的具体架构，其中图2为本实用新型的电源调压控制器的输出反馈感测电路的一实施例的电路架构示意图。

输出反馈感测电路160，包含一噪声消除电路(blanking circuit)161、一电压电流转换器(V/I convertor)162、和一反馈控制电路(feedback control circuit)163。

噪声消除电路161，用以消除低端电压信号LN以及共节点电压信号LX的过大脉冲，产生一修正电压信号VC，并减少外部的浪涌滤波线路。其中，噪声消除电路161可以作为前缘屏蔽(leading edge blanking)之用。电压电流转换器162，连结于噪声消除电路161，将电压信号转换成电流信号，产生一修正电流信号VI。

反馈控制电路163，用以修正输出电压信号VO的偏移量，并根据修正电流信号VI、反馈电压信号VFB、以及参考电压信号VRE和反馈电压信号VFB间的差异的调制，作脉冲调变，产生感测信号TO至控制逻辑电路110。其中，在本实施例的反馈控制电路163，可以更进一步包含一积分电路(integrationcircuit)164、一缓冲电路(buffer circuit)166、一电流电压转换器(I/V convertor)167、和一脉冲调变电路(pulse modulation circuit)165。

积分电路164，用以接收参考电压信号VRE及反馈电压信号VFB，借着放大参考电压信号VRE和反馈电压信号VFB间的差异，过滤反馈电压信号VFB的噪声，产生一积分信号RI。缓冲电路166，根据积分信号RI，借着错误修正积分结果，补偿积分信号RI的偏移量，以产生一缓冲信号RB。脉冲调变电路165，用以根据缓冲信号RB、修正电流信号VI、以及反馈电压信号VFB，进行脉冲调变，产生感测信号TO。其中，脉冲调变电路165可设置为脉宽调变触发器(PWM trigger)。

此外，在本实用新型中更利用斜率补偿电流源168提供的一具有斜率补偿效应的斜率补偿电流信号(slope compensation current signal)IS，与修正电流信号VI，通过电流电压转换器167产生差分信号RX后，使差分信号RX与缓冲信号RB，一同汇入脉冲调变电路165，通过补偿斜坡信号，改善脉冲调变所带来的噪声，并使切换开关维持运作在预设的频率上。

本实用新型再提供图3，来说明图1的输出反馈感测电路160实施的另一具体架构，其中图3为本实用新型的电源调压控制器的输出反馈感测电路的另一实施例的电路架构示意图。

输出反馈感测电路260，包含一噪声消除电路261、一电压电流转换器262、和一反馈控制电路263。

噪声消除电路261，用以消除低端电压信号LN以及共节点电压信号LX的过大脉冲，产生一修正电压信号VC。其中，噪声消除电路261可以作为前缘屏蔽之用。电压电流转换器262，连结于噪声消除电路261，将电压信号转换成电流信号，产生一修正电流信号VI。

反馈控制电路263，用以修正输出电压信号VO的偏移量，并根据修正电流信号VI、调制过的反馈电压信号VFB、以及参考电压信号VRE和反馈电压信号VFB间的差异的调制，作脉冲调变，产生感测信号TO至控制逻辑电路110。其中，在本实施例的反馈控制电路263，可以更进一步包含一积分电路264、一缓冲电路266、一脉冲调变电路265、一电流电压转换器267、和一斜率补偿电流源268。

积分电路264，用以接收参考电压信号VRE及反馈电压信号VFB，作积分动作，就是借着放大参考电压信号VRE和反馈电压信号VFB间的差异，并过滤反馈电压信号VFB的噪声，产生一积分信号RI。缓冲电路266，根据反馈电压信号VFB，补偿反馈电压信号VFB的偏移量，产生一缓冲信号RB，以校正输出的偏移量。修正电流信号VI和斜率补偿电流源268所提供的斜率补偿电流信号IS，在通过电流电压转换器267后，产生一差分信号RX。脉冲调变电路265，用以根据缓冲信号RB、差分信号RX、以及积分信号RI，进行脉冲调变，产生感测信号TO。其中，脉冲调变电路265可设置为脉宽调变触发器。

此外，在本实用新型中更利用一斜率补偿电流信号IS的斜率补偿效应，使斜率补偿电流信号IS与修正电流信号VI通过电流电压转换器267，产生差分信号RX。差分信号RX与缓冲信号RB，一同汇入脉冲调变电路265，通过补偿斜坡信号，改善脉冲调变所带来的噪声，并使切换开关维持运作在预设的频率上。

本实用新型的优点在于，利用陶瓷电容器等体积较小的电容器作为电源调压控制器中LC电路的元件，可以使电路体积缩小，符合实际需用。借着提供一输出反馈感测电路来检测输出状态，使电源调压控制器不受负载电容器的等效串联电阻值大小的影响，因此等效串联电阻可以为任意值。实施例中的一具有积分电路的输出反馈感测电路，可以修正输出的偏移量。提供一斜率补偿电流信号至输出反馈感测电路，以补偿在固定导通时间电流模式下，频率不稳的问题，使切换开关可以在固定的频率下作切换动作。另一方面，提供一具有一噪声消除电路的输出反馈感测电路，可以降低切换开关导通时由浪涌产生的噪声，并减少外部的浪涌滤波线路。

当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种电源调压控制器，其特征在于，包含：

一控制逻辑电路，供应至少一输入电压信号；

一电感，根据该共节点电压信号，产生一电感电流信号；

2.根据权利要求1所述的电源调压控制器，其特征在于，所述一组切换开关为N通道晶体管。

3.根据权利要求1所述的电源调压控制器，其特征在于，该输出反馈感测电路包含：

4.根据权利要求3所述的电源调压控制器，其特征在于，该反馈控制电路包含：

一缓冲电路，根据该积分信号，产生一缓冲信号；以及

5.根据权利要求4所述的电源调压控制器，其特征在于，该脉冲调变电路为一脉冲宽度调变触发器。

6.根据权利要求4所述的电源调压控制器，其特征在于，该差分信号通过一电流电压转换器根据该修正电流信号以及一斜率补偿电流信号产生。

7.根据权利要求3所述的电源调压控制器，其特征在于，该反馈控制电路包含：

一缓冲电路，根据该反馈电压信号，产生一缓冲信号；以及

8.根据权利要求7所述的电源调压控制器，其特征在于，该脉冲调变电路为一脉冲宽度调变触发器。

9.根据权利要求7所述的电源调压控制器，其特征在于，该差分信号通过一电流电压转换器根据该修正电流信号以及一斜率补偿电流信号产生。

10.根据权利要求1所述的电源调压控制器，其特征在于，该电源调压控制器适用于一固定导通时间电流模式。