[发明专利]一种快速瞬态响应脉冲宽度调制电路

说明书

技术领域

本发明涉及电源变换器，特别涉及在集成电路内部的一种快速瞬态响应脉冲宽度调制电路，属于微电子技术领域。

背景技术

在片上系统设计中，供电方案采用动态电压调整技术可以降低整个系统的功耗，该技术要求输出电压可变，并且能够快速的调整。传统的峰值电流型DC-DC转换器，因其具有较快的瞬态响应和简单的补偿电路，一直优于电压型控制成为电源芯片的主要控制方式。峰值电流型的拓扑结构，基本拓扑如图1所示，里面一个核心部分就是脉冲宽度调制器，即PWM调制器。PWM调制主要接收斜坡补偿的信号、电流检测信号以及误差放大器（EA）的信号，进行运算处理然后得到系统需要的脉冲宽度调制信号。一般需要复杂的电压转电流、电流叠加电路以及一个比较器电路。由于对高速的电压切换的需要，复杂的拓扑限制了速度的提高。

发明内容

本发明的目的是为了解决传统的DC-DC电源芯片，由于PWM调制器、电流检测结构复杂带来的延时时间长，导致输出电压切换时的瞬态响应慢的问题。为此，本发明提供了一种快速瞬态响应脉冲宽度调制电路，将EA输出端电压转化的电流I_EA与斜坡补偿电压转化的电流I_SC、电流检测电路输出的电流I_CS的和进行比较，当两者有交点时，电路发生翻转。电流检测电路采用非传统的非线性结构，可以得到检测电流Ics与电感电流IL的函数表达式。斜坡补偿采取了小占空比时补偿斜率为0的分段线性补偿，可以有效提高系统的带载能力和瞬态响应。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：一种快速瞬态响应脉冲宽度调制电路，基于峰值电流型DC-DC转换器拓扑结构，包括PWM调制器、电流检测电路、斜坡补偿电路以及误差放大器，PWM调制器接收斜坡补偿的信号、电流检测信号以及误差放大器的信号，进行运算处理然后得到系统需要的脉冲宽度调制信号，其特征在于：电流检测电路包括LX电压传递电路及检测电流产生器，LX电压传递电路的输出端与检测电流产生器的输入端连接；PWM调制器包括电压-电流比较器、放大电路及整形电路，斜坡补偿电路采用将斜坡电压转化为电流叠加比较的分段斜坡补偿结构，电压-电流比较器的输入端分别连接检测电流产生器、误差放大器及斜坡补偿电路的输出信号，电压-电流比较器的输出端连接放大电路的输入端，放大电路的输出端连接整形电路的输入端，整形电路的输出端即为PWM调制电路输出信号，其中：

电流检测电路中，LX电压传递电路包括开关管MP1及PMOS管M1，MP1的源极连接电源电压，MP1的栅极连接控制电压Vcontrol1，MP1的漏极接M1的源极，M1的栅极接控制信号Vcontrol2，M1的漏极为输出端；检测电流产生器包括PMOS管M2～M5，NMOS管M6～M7及偏置电流Ibias1，M2的栅极接控制信号Vcontrol3，M2的源极连接电源电压，M2的漏极连接M3的源极和LX电压传递电路中的M1的漏极，M3的漏极连接偏置电流Ibias1和M3、M5的栅极，偏置电流Ibias1的另一端接地，M5的源极与M4的漏极相连，M4的源极连接电源电压，M4的栅极接地，M5的漏极连接NMOS管M6的漏极，M6的源极接地。M6的栅极和M6的漏极互连并与M7的栅极相连，M7的源极接地，M7的漏极输出电流Ics；

斜坡补偿电路包括PMOS管M8、NMOS管M9、电容C1以及偏置电流Ibias2，M8的源极接电源电压，M8的栅极与M9的栅极相连并连接控制电压Vcontrol4，M8的漏极通过偏置电流Ibias2与M9的漏极以及电容C1的一端相连，作为斜坡补偿电路的输出电压信号Vsc，M9的源极、电容C1的另一端均接地；