[发明专利]DC/DC转换器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电压转换器技术，尤其涉及DC/DC转换器及其控制方法。

背景技术

DC/DC转换器用于电子设备中，为负载或者后续的DC/DC转换器提供电压和电流的转换，同时也负责阻止异常的输入电压对负载或者后续的DC/DC转换器的损害。因此，对输入电压瞬变的响应速度是DC/DC转换器的一个重要技术指标。在现有技术中，DC/DC转换器通常使用PWM（Pulse-Width Modulation，脉冲宽度调制）控制器来实现对输入电压瞬变的响应。

传统的PWM控制器，又称为模拟PWM控制器，具有前馈（feed forward）功能，以响应输入电压的瞬变。该功能通常通过调整PWM控制器中锯齿波的斜率来实现。图1为具有前馈功能的传统PWM控制器的电路框图。如图1所示，传统PWM控制器包括一个锯齿波产生器、一个稳压电路和一个比较器。锯齿波产生器作为前馈电路。稳压电路接收DC/DC转换器的输出电压，并将该输出电压与一个参考电压进行比较从而产生电压Vcomp。比较器将电压Vcomp与锯齿波电压进行比较而产生占空比信号。图2为传统PWM控制器前馈功能实现过程中的波形图。锯齿波电压Vs在每个周期的起始点处开始上升，同时输出信号置于高电平。一旦锯齿波电压Vs超过Vcomp，则输出信号置于低电平，直到下一个周期的起始点。锯齿波电压通过输入电压Vin经由RC充电电路而形成，锯齿波的斜率由输入电压Vin决定，输入电压Vin的任何变化将直接影响到锯齿波的斜率。因此，比较器输出的占空比信号随着输入电压Vin的变化而变化。该电路能够快速响应输入电压Vin的变化，然而该电路无法区分稳定状态和瞬时状态。如果输入电压Vin始终为高，则锯齿波的斜率也始终为高，而其也将产生一个高的反馈增益。换言之，考虑到稳态增益，该前馈电路的植入程度不能很深。另一方面，一旦考虑到该电路对于输入电压稳态时的识别，则又不能对输入电压Vin出现瞬时变化时作出快速响应。

随着数字控制技术的发展，数字PWM控制器由于其高集成性、高灵活性等特点，广泛地被应用于DC/DC转换器中。相较于传统的模拟PWM控制器，数字PWM控制器不需要使用锯齿波，也不必由比较器来输出占空比信号，而直接由固件来生成该占空比信号。但是，现有的数字PWM控制器不能快速地响应输入电压Vin的瞬变。图3为具有前馈功能的数字PWM控制器的电路框图。如图3所示，在数字PWM控制器中，引入了一个独立的控制循环。输入电压Vin通过ADC（Analog to Digital Conversion，模拟数字转换器）转换为数字信号，并输入到数字PID控制器。在数字PID控制器中，执行预置的算法，根据Vin来计算占空比信号的相应数值，并将计算出的占空比数值与经过输出电压调整电路得到的占空比数值进行叠加。预置于数字PID控制器中的算法可以解决稳态和瞬态的问题，但由于在ADC中引入的时延，以及固件中程序的执行时间，需要很长的响应时间，通常需要几十个时钟周期才能响应输入电压的变化。

此外，数字PWM控制器的另一个问题是通常该控制器被置于功率转换器的次级侧。由于信号隔离问题，不能直接使用初级侧上的输入电压作为控制信号，而只能使用次级侧上的电压来代替输入电压作为控制信号。虽然次级侧上的电压与输入电压密切相关，但并非所有时候两者都一致。例如，在桥接电路中，由于初级侧的电容用于平衡主桥的占空比信号，因此次级侧上的电压不等于输入电压。在该例中，次级侧上电压的变化无法绝对地反映输入电压的变化。

发明内容

本发明提供了一种DC/DC转换器及其控制方法，以快速、精准地响应输入电压瞬时变化。

本发明的额外方面和优点将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将从描述中变得显然，或者可以通过本发明的实践而习得。

依据本发明的一个方面，提供了一种DC/DC转换器，其中，所述DC/DC转换器包括：

输出电压调整电路，用于对所述DC/DC转换器的输出电压进行调节，从而输出占空比调节信号；

PWM产生器，电性耦接至所述输出电压调整电路，用于根据第一时钟信号和所述占空比调节信号产生第一占空比信号；

检测电路，用于根据第二时钟信号和反馈信号输出控制信号，其中所述第二时钟信号和所述第一时钟信号使所述第一占空比信号和所述控制信号保持同频，所述反馈信号用于检测所述DC/DC转换器的输入电压是否出现瞬变；以及

逐周期调节电路，电性耦接至所述PWM产生器与所述检测电路，用于根据所述第一占空比信号和所述控制信号输出第二占空比信号。