[发明专利]功率变换器及用于调节功率变换器的线性瞬态响应的方法

说明书

技术领域

本发明的实施方式涉及一种功率变换器，并且具体地，涉及一种恒频电流模式控制的功率变换器，以及用于调节功率变换器的线性瞬态响应的方法。

背景技术

随着开关电源(Switching Mode Power Supply：SMPS)技术的不断发展，开关电源在手持设备(诸如手机、笔记本计算机、平板计算机、膝上型计算机等)中已经变得很常见。对于有源矩阵有机发光二极管(Active Matrix/Organic Light Emitting Diode：AMOLED)面板电源而言，不仅需要提供大电流容量和精确的输出电压，而且低输出电压纹波也是很重要的参数。为了为人眼提供舒适的光，如何设计输出稳定并且低电压纹波的用于AMOLED面板的电源对于手持设备而言是非常重要的问题。

针对上述需求，通常使用恒频电流模式控制的功率变换器来实现输出稳定并且低电压纹波的开关电源。与其它结构的开关电源(诸如电压模式控制的功率变换器、恒导通变频功率变换器、恒关断变频功率变换器等)相比，恒频电流模式控制的功率变换器的恒定操作频率使得其易于减小对系统中其它模块的频谱干扰。

恒频电流模式控制的功率变换器包括升压变换器、降压变换器、降压-升压变换器。例如，图1示出根据现有技术的恒频电流模式控制的升压变换器的原理图。图2示出与图1的恒频电流模式控制的升压变换器相关联的波形。参照图1和图2，假定升压变换器已经达到稳定状态并且时钟和锯齿波发生器101在某一时刻处产生时钟脉冲，则该时钟脉冲将RS触发器102的输出Q(即驱动信号)设置为高，驱动器电路103接收RS触发器102输出的信号并且通过内部逻辑来使NMOS晶体管Mn导通，而使两个PMOS晶体管Mp1和Mp2截止，此时输入电压Vin对电感L进行充电，并且因此电感L中的电流IL增加；当电感电流L的电流IL达到由误差放大器104的输出VC设置的值时，PWM比较器105生成脉冲，使得RS触发器102翻转，则NMOS晶体管Mn截止，两个PMOS晶体管Mp1和Mp2导通，因此电感L开始放电。当升压变换器操作于稳定状态时，其重复执行上述过程。降压变换器和降压-升压变换器的工作原理与升压变换器类似，在此不再详述。

线性瞬态响应也是描述功率变换器的输出特性的一个重要参数。例如对于升压变换器而言，改善升压变换器中的线性瞬态响应至关重要。为了改善线性瞬态响应，能够立即想到的一种方法是增加带宽。随着带宽增加，整个功率变换器的响应时间将减少，使得功率变换器的线性瞬态响应得以改善。然而由于右半平面零点的存在，其带宽被限制在非常小的区域内，无法不受限制地增加，因此采用这一方法并不能很好改善线性瞬态响应。尤其当功率变换器工作在最小输入电压和最大输出电压时，带宽非常小，所以线性瞬态响应将变差。

图3是根据现有技术的具有斜率补偿的恒频电流模式控制的升压变换器的电路图。参照图3，如果降低图3中的补偿电容器CC，升压变换器的带宽都将增加，但是当升压变换器处于最大占空比和重负载条件时，升压变换器将很难稳定。虽然降低升压变换器的环路增益也能够增加带宽，但是其将降低输出电压的精确度。因此难以在升压变换器中的带宽、环路增益、精确度和稳定性之间权衡。

然而，降低斜率补偿可能是一种改善线性瞬态响应的较容易的方法。

再次参照图3所示，其示出VSUM与VC之间的关系，由如下等式表示：

VSUM＝VSENSE+VSLOPE＝VC(1)

由等式(1)可以看出，如果减小斜率补偿VSLOPE，则VSUM将减小。

图4示出图3的升压变换器在输入电压VIN变化时误差放大器的输出VC和升压变换器的输出VOUT的变化。参照图4，当输入电压VIN从VI变化到VI-ΔV时，升压变换器将从状态1变化到状态2，并且占空比从变化到

图5示出图3的升压变换器中VSUM针对不同斜率补偿随时间的变化。参照图5，VSUM1的斜率是mc1，而VSUM2的斜率是mc2。可以看出VSUM1＞VSUM2、VSLOPE1＞VSLOPE2、mc1＞mc2。当占空比从D1变化到D2时，可以得到如下等式：

ΔVSUM1＝ΔVC1＝mc1*(D2-D1)*T(2)

ΔVSUM2＝ΔVC2＝mc2*(D2-D1)*T(3)