專利名稱：帶有改進型瞬態(tài)響應的直流/直流轉換器的制作方法
技術領域：
本實用新型通常涉及電壓轉換器，更具體的是涉及一種具有改進型瞬態(tài)響應、精確性和穩(wěn)定性的直流(DC)/直流(DC)轉換器。
背景技術：
直流/直流轉換器在電子領域中已熟知。這些電路或裝置通常將一個直流電壓電平轉換為另一個直流電壓電平。它們用于各種用途。例如，一些種類的轉換器用來給微處理器的核提供電壓。一種轉換器稱作固定頻率轉換器，又稱作脈寬調(diào)制(PWM)轉換器。脈寬調(diào)制轉換器包括電壓型轉換器和電流型轉換器。
電壓型脈寬調(diào)制轉換器包括一個控制環(huán)，該控制環(huán)包括一個誤差放大器；一個脈寬調(diào)制比較器；和一個或多個驅動器。該轉換器通常與一個同步整流器相連來改進其性能。該誤差放大器將該轉換器的輸出電壓與一個參考電壓進行比較。該脈寬調(diào)制比較器接收該誤差放大器的輸出作為其第一輸入，并接收由一個鋸齒波或三角波信號作為其第二輸入。脈寬調(diào)制比較器的輸出為一個脈寬調(diào)制信號，且由驅動器放大后驅動電源開關。這種轉換器的優(yōu)點在于結構簡單，精確度高。它的主要缺點是由于誤差放大器所需的補償而造成它對負載的瞬態(tài)響應緩慢。
電流型脈寬調(diào)制轉換器包括兩個控制環(huán)一個內(nèi)部電流環(huán)和一個控制該內(nèi)部電流環(huán)的外部電壓環(huán)。內(nèi)部電流環(huán)包括一個電流放大器；一個比較器，該比較器采用一個來自該外部電壓環(huán)的誤差電壓和電流放大器的輸出作為輸入；一個觸發(fā)器，該觸發(fā)器每次均由時鐘信號設置、并由比較器的輸出置位；和一個或多個驅動器。外部電壓環(huán)包括一個電壓誤差放大器，該電壓誤差放大器將該轉換器的輸出電壓和一個參考電壓進行比較。該誤差放大器的輸出作為該內(nèi)部電流環(huán)的一個參考信號。這種轉換器的優(yōu)點在于穩(wěn)定性高、精確度高、并適用于多相結構。它的主要缺點是由于該外部電壓環(huán)的補償而造成它對負載的瞬態(tài)響應緩慢。
另一種直流/直流轉換器為一種導通時間固定的轉換器(constanton time converter)，又稱作脈沖頻率調(diào)制(PFM)轉換器。脈沖頻率調(diào)制轉換器包括一個控制環(huán)，該控制環(huán)包括一個誤差放大器；一個比較器；和一個或多個驅動器。該轉換器通常與一個同步整流器相連來改進其性能。誤差放大器將該轉換器的輸出電壓與一個參考電壓進行比較。該誤差比較器的輸出與一個參考值進行比較，從而獲得一個單觸發(fā)的觸發(fā)信號，該觸發(fā)信號設置固定的導通時間。這種轉換器的優(yōu)點在于結構簡單、精確度高、和對負載的瞬態(tài)響應相對較快。它的主要缺點是頻率不固定和不適用于多相應用。
另一種直流/直流轉換器為一種滯后轉換器，該轉換器包括電壓型滯后轉換器和電流型滯后轉換器。電壓型滯后轉換器包括一個控制環(huán)，該控制環(huán)包括一個滯后比較器和一個或多個驅動器。該轉換器通常與一個同步整流器相連來改進其性能。具有滯后效應的比較器將該轉換器的輸出與一個參考電壓進行比較。該比較器的輸出作為驅動器的輸入。這種轉換器的優(yōu)點在于結構簡單、精確度高、和對負載的瞬態(tài)響應快速。它的缺點是頻率不固定和不適用于多相結構。
電流型滯后轉換器包括一個控制環(huán)。該控制環(huán)包括一個電壓誤差放大器；一個滯后電流比較器；和一個或多個驅動器。該轉換器通常與一個同步整流器相連來改進其性能。該電壓誤差比較器將該轉換器的輸出電壓與一個參考電壓進行比較，從而提供一個偏置信號給該電流比較器。該比較器的輸出作為該驅動器的輸入。這種轉換器的優(yōu)點在于結構簡單、精確度高。它的缺點是對負載的瞬態(tài)響應緩慢，頻率不固定和不適用于多相結構。
因此，直流/直流轉換器需要一種更為簡單和相對經(jīng)濟有效的解決方案，并具有對負載的瞬態(tài)響應快、精確度高、頻率固定和適用于多相結構等特性。
實用新型內(nèi)容本實用新型的一種直流/直流轉換器包括一個第一比較器，該第一比較器將一個第一信號與一個第二信號進行比較。該第一信號有一個直流偏置，該直流偏置至少部分地由一個直流參考電壓源決定。該第二信號表示該直流/直流轉換器的一個輸出電壓電平。該比較器還根據(jù)該第一信號和該第二信號之間的差值提供一個控制信號給一個驅動器，該驅動器控制該直流/直流轉換器的輸出電壓。該直流/直流轉換器還包括一個精確性電路(accuracy circuit)，該精確性電路根據(jù)直流參考電壓源的直流電壓電平和直流/直流轉換器的輸出電壓之間的差值提供一個預定的偏置電壓值給第一信號和第二信號中的一個。
在另一個實施例中，本實用新型的一種直流/直流轉換器包括一個將一個第一信號和一個第二信號進行比較的第一比較器。該第一信號有一個直流偏置，該直流偏置至少部分地由一個直流參考電壓源決定。該第二信號表示該直流/直流轉換器的一個輸出電壓電平。該比較器還根據(jù)該第一信號和該第二信號之間的差值提供一個控制信號給一個驅動器，該驅動器驅動至少一個開關，從而控制該直流/直流轉換器的輸出電壓的電平。該直流/直流轉換器還包括一個與至少一個開關相連的電感和一個穩(wěn)定性電路(stability circuit)，該穩(wěn)定性電路根據(jù)流經(jīng)該電感的電流電平提供第二信號給該比較器。


圖1所示為本實用新型的一種瞬態(tài)響應快速的直流/直流轉換器的一個實施例的電路圖；圖2所示為圖1中的直流/直流轉換器的一個示范性應用的電路圖；圖3所示為一種兩相直流/直流轉換器的一個實施例的電路圖，該兩相直流/直流轉換器與一個作用于該第二相的參考信號的電流平衡模塊相連；圖4所示為一種兩相直流/直流轉換器的另一個實施例的電路圖，該兩相直流/直流轉換器與一個作用于該第二相的反饋部分的電流平衡模塊相連；圖5A所示為該直流/直流轉換器的輸出電壓隨著輸入電壓而變化的示意圖；圖5B所示為一種采用輸入電壓偏置輸出電壓的方法的示意圖；圖6所示為根據(jù)輸入電壓的變化而補償輸出電壓的機理電路圖；圖7所示為當一個負載施加于一個兩相直流/直流轉換器或從該轉換器移去時的輸出電壓、負載電流和脈寬調(diào)制信號的波形圖；圖8所示為一種具有一個精確性電路的示范性直流/直流轉換器，該精確性電路作用于一個參考電壓來改進該直流/直流轉換器輸出電壓的精確性；圖9所示為一種具有一個精確性電路的示范性直流/直流轉換器，該精確性電路作用于一個反饋信號來改進該直流/直流轉換器輸出電壓的精確性。
圖10所示為一種具有一個穩(wěn)定性電路的示范性直流/直流轉換器，該穩(wěn)定性電路采用電感電流信息來改進該直流/直流轉換器的穩(wěn)定性；圖11所示為圖10中的示范性直流/直流轉換器，其中該穩(wěn)定性電路包括一個電阻電容(RC)電路；圖12所示為一種具有一個穩(wěn)定性電路的示范性直流/直流轉換器，該穩(wěn)定性電路采用電感的交流(AC)電流信息來改進該直流/直流轉換器的穩(wěn)定性；和圖13所示為圖12中的示范性直流/直流轉換器，其中該穩(wěn)定性電路包括一個放大器。
具體實施方式
圖1所示為本實用新型的一種瞬態(tài)響應快速的直流/直流轉換器100的電路圖。通常，直流/直流轉換器100根據(jù)比較器的輸入端的參考信號使輸出電壓Vout112穩(wěn)定。瞬態(tài)響應中，在從一個直流狀態(tài)切換到另一個直流狀態(tài)的過程中需要輸出負載。直流/直流轉換器100通過調(diào)整占空比有效地減小了瞬態(tài)響應的恢復時間，從而控制Vout112至理想的穩(wěn)定狀態(tài)。
直流/直流轉換器100包括一個參考直流電壓源Vref114、一個參考信號發(fā)生器116、一個比較器118、一個驅動器120和一對開關122。信號發(fā)生器116產(chǎn)生一個參考信號126，該信號最好為300千赫茲的鋸齒波信號，或者任何波形的周期性信號(例如三角波信號或正弦波信號)，并具有一個由Vref114產(chǎn)生的直流電壓所決定的直流偏置。比較器118接收參考信號126作為其第一輸入。輸出電壓Vout112通過反饋回路124反饋給比較器118的，并作為比較器118的第二輸入。比較器118將Vout112和參考信號126進行比較，并產(chǎn)生一個脈寬調(diào)制信號128，其占空比決定增大Vout112還是減小Vout112。更詳細地說，若Vout112小于或大于信號126，比較器118則通過增大或減小其輸出脈寬調(diào)制信號128的脈寬迫使Vout112跟蹤參考信號126。具體地說，驅動器120接收脈寬調(diào)制信號128作為它的輸入，并驅動開關122。該開關最好由金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFETs)來實現(xiàn)，且高端MOSFET與低端MOSFET交替導通來控制Vout112。最好是Vout112接近Vref，并保持在參考信號126的范圍內(nèi)。例如，參考信號發(fā)生器116在一個特定的直流Vref電壓處產(chǎn)生一個鋸齒波參考信號126，該信號的峰-峰鋸齒波波動為100毫伏，即Vref-50毫伏＜Vout＜Vref+50毫伏。另外，輸出負載(Vout)112與一個電感電容(LC)低通濾波器串連。低通濾波器的電感130的電感應盡可能地小，從而減小對負載瞬態(tài)響應的恢復時間。
圖2所示為一個應用圖1中的直流/直流轉換器電路100的示范性應用電路200。電路200采用一個集成參考電壓發(fā)生器(例如，D1(TL431)202)對輸入電壓114的變化進行補償，從而確保比較器118產(chǎn)生的脈寬調(diào)制信號128根據(jù)如上所述的參考電壓調(diào)整輸出電壓Vout。斜波發(fā)生器116由部件U3(LM311)204構成，并產(chǎn)生一個峰-峰幅度約為100毫伏的三角波信號126。如上所述的比較器118由U2(LM311)206構成，接收輸出電壓Vout 112和三角波信號126作為輸入，并產(chǎn)生一個脈寬調(diào)制信號128。該示范性應用中的驅動器120由U1(TPS2830)208構成。最后，電源模塊210控制輸出電壓Vout，該電源模塊包括MOSFETs Q1和Q2，122；電感L1，130；電阻R10；和電容C4。該直流/直流轉換器電路用來改進對負載瞬態(tài)響應的恢復時間。值得注意的是該實用新型包括圖2中的應用示意圖的元件和電路，但不受限于這些元件和電路。
本實用新型的另一個實施例為在多相結構中可包括兩個或多個轉換器電路100，其中兩個電路之間的相移角根據(jù)所采用的相數(shù)而不同。例如，在一個四相結構中，相移角為90度。多相結構的問題是在兩個相之間有不期望的電流。例如，當一個負載施加于輸出，若一個相傳送至負載的電流遠遠大于另一個相輸出至負載的電流，轉換效率將受到嚴重影響。這種問題類似于將兩個電壓源并聯(lián)。若兩個電壓源的電壓不同，它們之間將有電流流經(jīng)。為了解決多相直流/直流轉換器的這種問題，則需一個電流平衡結構。例如，在一個兩相直流/直流轉換器中采用一個電流平衡模塊來調(diào)整該第二相的輸出電壓，使其與該第一相的輸出電壓相等。通過采用電流檢測電阻，該電流平衡模塊得到該電流信息，并產(chǎn)生一個偏置電壓來調(diào)整該第二相的輸出電壓。實現(xiàn)該電流平衡結構有兩種選擇方法(1)通過修改該第二相的參考電壓；或(2)通過修改該第二相的反饋電壓。
圖3所示為一個具有一個電流平衡模塊的兩相直流/直流轉換器300的實施例，該電流平衡模塊作用于該第二相的參考信號。第一相100a根據(jù)比較器118的輸入端的參考信號126a產(chǎn)生輸出電壓112。電流平衡模塊301將參考信號116的直流部分調(diào)整后傳送給第二相100b，從而使得每相傳送的相等的電流幅值。假設流經(jīng)第一相100a的電流大于流經(jīng)第二相100b的電流，則誤差放大器302的同相輸入端的電壓將大于其反相輸入端的電壓。誤差放大器302的作用是減小偏置電壓303的值，這樣，第二相100b的參考電壓的直流部分將增大。因此，第二相100b的占空比將增大。如此，第二相100b傳送的電流值大于以前的電流值。當每相傳送的電流都相等時，偏置電壓303將保持該值，從而達到各相的電流平衡。
圖4所示為另一個具有一個電流平衡模塊的兩相直流/直流轉換器400的實施例，該電流平衡模塊作用于第二相100b的反饋部分。第一相100a根據(jù)比較器128輸入端的參考信號126a產(chǎn)生輸出電壓Vout 112。電流平衡模塊401將反饋電壓的直流部分平移給第二相100b，從而使得每相傳送相等的電流幅值。假設流經(jīng)第一相100a的電流大于流經(jīng)第二相100b的電流，則誤差放大器402的反相輸入端的電壓大于其同相輸入端的電壓。誤差放大器402的作用是增大偏置電壓403的值，這樣，第二相100b的反饋電壓將減小。因此，第二相100b的占空比將增大。如此，第二相100b產(chǎn)生的電流值大于以前的電流值。當每相產(chǎn)生的電流都相等時，偏置電壓403將保持該值不變，從而達到各相的電流平衡。值得注意的是由于圖4中的電流平衡模塊作用于反饋電壓，所以圖4中的電流平衡模塊的反相和同相輸入端與圖3中的電流平衡模塊的反相和同相輸入端相反。
圖3和圖4所示的轉換器所采用的電流平衡結構的主要優(yōu)點在于當負載的變化產(chǎn)生瞬態(tài)響應時，兩相都動作，使輸出電壓恢復至穩(wěn)定狀態(tài)。由于瞬態(tài)響應中的每相的工作基本相同(由于所采用的部件值的不同而只存在小的差值)，電流平衡電路只需要通過細微的修正，即微調(diào)圖3中的參考部分或圖4中的反饋部分的偏置電壓，而使兩相的電流平衡至新的穩(wěn)定狀態(tài)。
值得注意的是兩種類型的電流平衡方法可用于多相結構中，其中電流平衡模塊將來自每N相的電流信息和輸出電壓作為輸入，并提供偏置電壓給第2至第N相，從而與第一相的電流相平衡。
圖5A所示為輸出電壓隨著輸入電壓變化的示意圖。對于一個特定的輸入電壓Vin，由于參考信號為常數(shù)，所以占空比D1＝Vout1/Vin。即占空比由電壓Vout1與參考信號相交得到。例如，若輸入電壓減小至k*Vin(其中k＜1)，此時新的占空比為D2＝Vout2/k*Vin，所以輸出電壓將減小以增大占空比。因此，輸出電壓隨著(D2-D1)*(鋸齒波參考信號的幅值)的值而減小。甚至對于幅值很低的參考信號，由于輸入電壓可在較大的范圍內(nèi)變化，所以輸出電壓仍隨著輸入電壓而變化。
圖5B所示為一種在輸入電壓變化的情況下補償輸出電壓的方法。一種防止輸出電壓隨著輸入電壓變化的方法為產(chǎn)生一個幅值與輸入電壓成比例、峰值保持在一個固定的直流電壓電平Vref的鋸齒波信號。這意味著對于與Vin相等的輸入電壓，輸出電壓Vout1與占空比相對應，其中占空比由輸出電壓與參考信號相交得到，為D1＝Vout1/Vin。因此，若鋸齒波信號的幅值為Asawtooth、峰值為Vref，那么Vout1＝Vref-D1*Asawtooth，即Vout1＝Vref-Vout1*Asawtooth/Vin，或Vout1＝Vref/(1+Asawtooth/Vin)。
當輸入電壓隨著系數(shù)k＜1減小時，鋸齒波的幅值隨著同一系數(shù)k減小，同時鋸齒波信號的峰值保持在Vref。根據(jù)新的輸入電壓值，占空比為D2＝Vout2/(k*Vin)。然而由于Vout2＝Vref-D2*(k*Asawtooth)＝Vref-Vout2*k*Asawtooth/(k*Vin)，Vout2＝Vref/(1+Asawtooth/Vin)。即Vout1＝Vout2。因此，輸出電壓并不隨著輸入電壓變化。
如上所述的方法的主要優(yōu)點在于(1)輸出電壓不依賴于輸入電壓；(2)回路的增益不依賴于輸入電壓，如此，對于各種輸入電壓，直流/直流轉換器的性能仍保持相同?；芈返脑鲆鎸嶋H上為Vin/Asawtooth。由于Asawtooth與Vin成比例，所以增益為常數(shù)；和(3)在較高的輸入電壓處，由于開關的切換而造成輸出端有較高的噪聲。當鋸齒波信號幅值增大時，脈寬調(diào)制比較器正常工作，而不會由于輸出電壓的噪聲而產(chǎn)生寄生脈沖。
圖6所示為一種在輸入電壓的變化的情況下補償輸出電壓的方法的電路圖。時鐘脈沖601將開關602閉合一小段時間，該時間足夠將電容603充電至Vref值。這樣，鋸齒波信號的峰值正好是Vref。開關602斷開，電容603以一個與輸入電壓成比例的恒定電流放電。該電路的元件將被調(diào)整至達到所期望的鋸齒波幅值。該電路可以在輸入電壓變化情況下補償輸出電壓。該電路的一種應用是在筆記本電腦中，其中輸入電壓可以為電池電壓或適配器電壓。適配器電壓通常為20V，其中放電電池電壓可低至8V或更小。該系統(tǒng)需要在整個范圍內(nèi)工作。
圖7所示為當一個負載施加于一個兩相直流/直流轉換器或從該轉換器移去時的瞬態(tài)響應的波形圖。負載電流的變化幅度為20安培。CH1為輸出電壓(Vout)的波形。CH2為第一相(PWM1)的脈寬調(diào)制信號的波形。CH3為第二相(PWM2)的脈寬調(diào)制信號的波形。CH4為1/2負載電流的波形。當加上該負載(即電流從0安培增加到20安培)時，Vout下降。由于該轉換器的占空比增大，一小段時間(該轉換器的瞬態(tài)響應約為100納秒，這使得恢復時間小于10微秒)之后輸出電壓回到其穩(wěn)定狀態(tài)。當該負載被移去時，該轉換器減小占空比來恢復Vout。如圖7所示，每相都調(diào)整自己的脈寬調(diào)制信號來從瞬態(tài)狀態(tài)恢復Vout。因此，當采用一個多相結構時，Vout的瞬態(tài)響應的恢復取決于相的數(shù)目。
圖8所示為本實用新型的一個直流/直流轉換器800的另一個實施例，其中可采用一種方法來修改信號126的直流電壓電平，從而提高直流/直流轉換器800的輸出電壓的精確性。通常，一個包括一個精確性電路802的直流回路可調(diào)整由參考直流電壓源114產(chǎn)生的參考信號126的電壓電平。偏置電壓源806也可根據(jù)112端的輸出電壓電平Vout和參考直流電壓源114產(chǎn)生的電壓電平之間的差值調(diào)整參考信號126的電壓電平。除了偏置電壓源806之外，精確性電路802還可包括一個誤差放大器804。
一個表示直流/直流轉換器800的輸出電壓電平的信號可經(jīng)由路徑810反饋至誤差放大器804的一個輸入端(例如反相輸入端)。另一個表示參考直流電壓源114的信號可經(jīng)由路徑812提供給誤差放大器804的另一個輸入端(例如同相輸入端)。誤差放大器804將這兩個信號進行比較，并根據(jù)它們的差值輸出一個控制信號至偏置電壓源806。
若112端的轉換器輸出電壓電平小于參考直流電壓源114產(chǎn)生的電壓電平，那么誤差放大器804將輸出一個控制信號，該控制信號命令偏置電壓發(fā)生器806產(chǎn)生一個正偏置電壓電平，該正偏置電壓電平將與參考直流電壓源114產(chǎn)生的電壓電平相加。因此，斜波參考信號126的直流電平將相應地增大。由于斜波參考信號126的直流值較高，所以比較器118將增大其輸出脈寬調(diào)制信號128的占空比。如此，112端的轉換器輸出電壓將增大，直到達到參考直流電壓源114產(chǎn)生的參考直流電壓值。
若112端的轉換器輸出電壓電平大于參考直流電壓源114產(chǎn)生的電壓電平，那么誤差放大器804將輸出一個控制信號，該控制信號命令偏置電壓發(fā)生器806產(chǎn)生一個負偏置電壓電平，該負偏置電壓電平將與參考直流電壓源114產(chǎn)生的電壓電平相加。因此，斜波參考信號126的直流電平將相應地減小。由于斜波參考信號126的直流值較低，所以比較器128將減小其輸出脈寬調(diào)制信號128的占空比。如此，轉換器112端的輸出電壓將減小，直到達到參考直流電壓源114產(chǎn)生的參考直流電壓值。該直流精確性回路812調(diào)整直流電壓源114產(chǎn)生的參考信號直流電平，正如偏置電壓源806調(diào)整該參考信號直流電平，該直流精確性回路為一個慢速回路，這樣，偏置電壓源806的電壓可緩慢地變化，例如，該回路的補償采用下面的方法來完成，即在電感電容(LC)雙重極點下，至少一個十倍時才具有小于一個單位的增益。
圖9所示為本實用新型的一個直流/直流轉換器900的另一個實施例，其中可采用一種方法調(diào)整從112端Vout到比較器118的反饋值，從而提高轉換器900的精確性。通常，一個包括一個精確性電路902的直流回路可根據(jù)轉換器輸出電壓電平Vout和參考直流電壓源114產(chǎn)生的電壓電平之間的差值調(diào)整一個反饋信號，該反饋信號表示轉換器900的輸出電壓。精確性電路902可包括一個誤差放大器904和一個偏置電壓源906。
一個表示直流/直流轉換器900的輸出電壓電平的信號可經(jīng)由路徑910反饋回誤差放大器904的一個輸入端(例如同相輸入端)。另一個表示參考直流電壓源114的直流輸出電壓電平的信號可經(jīng)由路徑912提供給誤差放大器904的另一個輸入端(例如反相輸入端)。誤差放大器904將這兩個信號進行比較，并根據(jù)這兩個信號的差值提供一個控制信號至偏置電壓源906。值得注意的是由于圖9中的精確性電路902作用于反饋電壓，所以圖9中的誤差放大器904的反相和同相輸入端與圖8中的誤差放大器804的反相和同相輸入端相反。
若112端的轉換器輸出電壓電平小于參考直流電壓源114產(chǎn)生的電壓電平，那么誤差放大器904將輸出一個控制信號，該控制信號命令偏置電壓發(fā)生器906產(chǎn)生一個負偏置電壓電平，該負偏置電壓電平將與該反饋信號相加，使該反饋信號相應地減小。由于經(jīng)由路徑914至比較器118的信號小于該反饋信號(否則在這種情況下無需負偏置)，所以比較器118的脈寬調(diào)制信號128的占空比將增大。接著，增大的占空比使轉換器900的輸出端112處的輸出電壓增大，直到達到參考直流電壓源114產(chǎn)生的參考值。
相反，若轉換器112端的輸出電壓電平大于參考直流電壓源114產(chǎn)生的電壓電平，那么誤差放大器904將輸出一個控制信號，該控制信號命令偏置電壓發(fā)生器906產(chǎn)生一個正偏置電壓電平，該正偏置電壓電平將與反饋信號相加，使該反饋信號相應地增大。由于經(jīng)由路徑914至比較器118的信號大于該反饋信號(否則在這種情況下無需正偏置)，所以比較器118輸出的脈寬調(diào)制信號128的占空比將減小。接著，減小的占空比使轉換器900的輸出端112處的輸出電壓減小，直到達到參考直流電壓源114產(chǎn)生的參考值。調(diào)整比較器118的反饋電壓電平的直流精確性回路912為一個慢速回路，從而偏置電壓源906的電壓可緩慢地變化。
本實用新型直流/直流轉換器的穩(wěn)定性可通過采用電感電流信息(圖10至圖11)或交流電流信息(圖12至圖13)來改進。圖10所示為本實用新型直流/直流轉換器1000的另一個實施例，該實施例采用電感電流信息來改進穩(wěn)定性。通常，Vout 112端的反饋電壓值經(jīng)由一個反饋路徑至比較器118，該反饋電壓可通過一個穩(wěn)定性電路1022來改進，從而增強直流/直流轉換器1000的穩(wěn)定性。
穩(wěn)定性電路1022可包括一個運算放大器1026，以及電阻R1和R2。檢測電阻1030還可與電感L1串聯(lián)。檢測電阻1030兩端的電壓表示流經(jīng)電感L1的電流。流經(jīng)電感L1的電流由電阻R1和電阻R2設置的系數(shù)放大，且等于Acurrent＝1+R2/R1。如此，在圖10的實施例中，反饋至比較器118的反相輸入端的反饋電壓值由等式(1)給出。
(1)VPWM comparator＝Vout+(1+R2/R1)*Iinductor*RCS；
在等式(1)中，Vout為直流/直流轉換器1000的輸出電壓，R1和R2分別為電阻R1和R2的電阻值，Iinductor為流經(jīng)電感L1的電感電流，和RCS為檢測電阻1030的電阻值。如此，穩(wěn)定性由于電感電流只平移90度而得到改進。另外，輸出電壓Vout隨著電感電流增大而減小，從而減小了在瞬態(tài)響應期間輸出電壓的范圍。
圖11所示的穩(wěn)定性電路1103還可包括一個由電阻1140和電容1142組成的電阻電容(RC)電路1102。如此，穩(wěn)定性還可通過在由電感L1和電容C1組成的雙重極點的頻率范圍中增加零點來改進。
穩(wěn)定性還可通過利用交流電流信息來改進。例如，圖12所示的穩(wěn)定性電路1203可包括一個電感電容(RC)電路1226，該電感電容電路1226在由電感L1和電容C1組成的雙重極點的頻率范圍內(nèi)加入一個零點。電感電容電路1226可包括并聯(lián)的電阻R1和R2和電容Ccomp。由電阻R1和R2組成的分壓器將輸出電壓按比例減小至一個期望值。應當選擇電容Ccomp的值，使得電感電容電路1226在電感L1和電容C1組成的雙重極點的頻率范圍內(nèi)可以加入一個零點。電感電容電路1226的電感電容雙重極點位置和電感電容時間常數(shù)之間的關系由實驗得出，并得到仿真驗證，并由等式(2)給出。
(2)3RC=LC]]>圖13所示為將一個放大系數(shù)為N的放大器1324加入穩(wěn)定性電路1342。放大器1324的輸入可與節(jié)點1346相連，而放大器1324的輸出可與電容Ccomp相連。如此，放大器1324的輸出通過電容Ccomp與電阻R1和R2并聯(lián)組成的反饋分壓器相連。電感電容電路1326包括電容Ccomp和并聯(lián)的電阻R1和R2。如此，直流/直流轉換器1300的穩(wěn)定性還可通過放大交流電流信息來改進。然而，為了保持比較器118產(chǎn)生清晰、穩(wěn)定的脈寬調(diào)制脈沖，放大系數(shù)N的大小有一個特定的范圍。例如，反饋信號交流峰-峰幅值應當小于斜波參考信號126的幅值。如此，就要通過限制放大系數(shù)N來滿足這個要求。例如，若節(jié)點1346處的電壓紋波的峰-峰值為10毫伏且斜波參考信號126的幅值為100毫伏，那么放大器1324的放大系數(shù)應小于10。放大器1324放大的紋波流經(jīng)電容Ccomp，且在紋波頻率處，該紋波電壓將與電阻R1和R2和Ccomp的公共節(jié)點處的幅值幾乎相同。在一個實施例中，放大系數(shù)N約為5或6較為合適。
本領域的技術人員了解雖然圖9至圖13所示的對精確性和穩(wěn)定性的改進應用于一個單相直流/直流轉換器，但是這些改進同樣也適用于多相直流/直流轉換器。
在此所述的實施例只是采用本實用新型的其中幾個，但并不受限于本實用新型。顯而易見，還存在其它本領域的技術人員了解的并不脫離附加權利要求所定義的本實用新型的精神和范圍的實施例。
權利要求1.一種直流/直流轉換器，其特征是所述直流/直流轉換器包括一個第一比較器，所述第一比較器將一個第一信號和一個第二信號進行比較，其中所述第一信號有一個直流偏置，所述直流偏置至少部分地由一個直流參考電壓源決定，且其中所述第二信號表示所述直流/直流轉換器的一個輸出電壓電平，所述比較器還根據(jù)所述第一信號和所述第二信號之間的差值提供一個控制信號給一個驅動器，所述驅動器控制所述直流/直流轉換器的所述輸出電壓；和一個精確性電路，所述精確性電路根據(jù)所述直流參考電壓源的直流電壓電平和所述直流/直流轉換器的所述輸出電壓之間的差值提供一個預定偏置電壓值給所述第一信號和所述第二信號中的一個。
2.根據(jù)權利要求1所述的直流/直流轉換器，其特征是所述精確性電路提供所述預定偏置電壓值給所述第一信號。
3.根據(jù)權利要求2所述的直流/直流轉換器，其特征是若所述直流/直流轉換器的所述輸出電壓小于所述直流參考電壓源的所述直流電壓電平，則所述預定偏置電壓值為一個正電壓。
4.根據(jù)權利要求2所述的直流/直流轉換器，其特征是若所述直流/直流轉換器的所述輸出電壓大于所述直流參考電壓源的所述直流電壓電平，則所述預定偏置電壓值為一個負電壓。
5.根據(jù)權利要求1所述的直流/直流轉換器，其特征是所述精確性電路提供所述預定偏置電壓值給所述第二信號。
6.根據(jù)權利要求5所述的直流/直流轉換器，其特征是若所述直流/直流轉換器的所述輸出電壓小于所述直流參考電壓源的所述直流電壓電平，則所述預定偏置電壓值為一個負電壓。
7.根據(jù)權利要求5所述的直流/直流轉換器，其特征是若所述直流/直流轉換器的所述輸出電壓大于所述直流參考電壓源的所述直流電壓電平，則所述預定偏置電壓值為一個正電壓。
8.根據(jù)權利要求1所述的直流/直流轉換器，其特征是所述精確性電路包括一個誤差放大器和一個偏置電壓源，所述偏置電壓源響應所述誤差放大器的一個輸出信號，從而產(chǎn)生所述預定偏置電壓值。
9.一種直流/直流轉換器，其特征是所述直流/直流轉換器包括一個第一比較器，所述第一比較器將一個第一信號和一個第二信號進行比較，其中所述第一信號有一個直流偏置，所述直流偏置至少部分地由一個直流參考電壓源決定，且其中所述第二信號表示所述直流/直流轉換器的輸出電壓電平，所述比較器還根據(jù)所述第一信號和所述第二信號之間的差值提供一個控制信號給一個驅動器，所述驅動器驅動至少一個開關，從而控制所述直流/直流轉換器的所述輸出電壓的一個電平；一個與所述至少一個開關相連的電感；和一個穩(wěn)定性電路，所述穩(wěn)定性電路根據(jù)流經(jīng)所述電感的電流電平提供所述第二信號給所述比較器。
10.根據(jù)權利要求9所述的直流/直流轉換器，其特征是所述電流電平為一個流經(jīng)所述電感的電感電流電平。
11.根據(jù)權利要求10所述的直流/直流轉換器，其特征是所述穩(wěn)定性電路包括一個運算放大器和一個電阻網(wǎng)絡，所述電阻網(wǎng)絡提供一個預定放大系數(shù)給所述電流電平。
12.根據(jù)權利要求11所述的直流/直流轉換器，其特征是所述電阻網(wǎng)絡包括一個第一電阻和一個第二電阻，且其中所述預定放大系數(shù)等于(1+R2/R1)，其中R1為所述第一電阻的電阻值、R2為所述第二電阻的電阻值。
13.根據(jù)權利要求11所述的直流/直流轉換器，其特征是包括所述電感的電感電容濾波器與所述至少一個開關相連，且所述穩(wěn)定性電路還包括一個與所述運算放大器的一個輸入端相連的電阻電容電路，所述電阻電容電路通過在所述電感電容濾波器的雙重極點的頻率范圍內(nèi)增加一個零點來提高所述直流/直流轉換器的穩(wěn)定性。
14.根據(jù)權利要求9所述的直流/直流轉換器，其特征是所述電流電平為一個交流電流電平。
15.根據(jù)權利要求14所述的直流/直流轉換器，其特征是包括所述電感的電感電容濾波器與所述至少一個開關相連，且所述穩(wěn)定性電路還包括一個電阻電容電路，所述電阻電容電路通過在所述電感電容濾波器的雙重極點的頻率范圍內(nèi)增加一個零點來增加所述直流/直流轉換器的穩(wěn)定性。
16.根據(jù)權利要求15所述的直流/直流轉換器，其特征是所述穩(wěn)定性電路還包括一個放大器，所述放大器的輸出與所述電阻電容電路相連，從而提供一個放大系數(shù)給所述第二信號。
專利摘要本實用新型提供了一種具有改進型瞬態(tài)響應、精確性和穩(wěn)定性的直流/直流轉換器。該直流/直流轉換器包括一個第一比較器，該第一比較器將一個第一信號和一個第二信號進行比較。該第一信號有一個直流偏置，該直流偏置至少部分地由一個直流參考電壓源決定。該第二信號表示該直流/直流轉換器的一個輸出電壓電平。該比較器還根據(jù)該第一信號和該第二信號之間的差值提供一個控制信號給一個驅動器，該驅動器驅動該直流/直流轉換器的輸出電壓。該直流/直流轉換器包括一個精確性電路來提高該直流/直流轉換器的精確性。該直流/直流轉換器還可包括一個穩(wěn)定性電路來提高該直流/直流轉換器的穩(wěn)定性。
文檔編號H02M3/04GK2749174SQ20042006958
公開日2005年12月28日 申請日期2004年6月25日 優(yōu)先權日2003年6月26日
發(fā)明者拉茲洛·利普賽依 申請人:美國凹凸微系有限公司