用于電流模式遲滯降壓調(diào)節(jié)器的前饋頻率控制方法
【專利說明】用于電流模式遲滯降壓調(diào)節(jié)器的前饋頻率控制方法
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求享有于2013年3月8日提交的標題為“Feed-Forward FrequencyControl Method for Current Mode Hysteretic Buck Regulator”的美國非臨時申請序列號N0.13/791868的優(yōu)先權(quán)，通過引用的方式將該非臨時申請的全部內(nèi)容明確地并入本文。
技術領域
[0003]本公開內(nèi)容總體上涉及調(diào)節(jié)器電路，并且更具體地涉及用于電流模式遲滯降壓調(diào)節(jié)器的前饋頻率控制方法。
【背景技術】
[0004]諸如降壓調(diào)節(jié)器等遲滯電壓調(diào)節(jié)器用于要求好的瞬態(tài)響應和/或快的操作速度的應用中。該控制方案具有幫助實現(xiàn)快速負載瞬態(tài)響應的可變切換頻率。然而，平均頻率控制對于在比如移動電話應用等的對EMI敏感的環(huán)境中進行操作的降壓器是有用的。鎖相環(huán)路可以用于控制切換頻率，但是這種實施方式在功率、面積方面成本高并且通常需要比如片下電容器等的外部部件。另外，閉合環(huán)路平均頻率控制方法干擾主電壓控制環(huán)路的動力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]電壓調(diào)節(jié)器包括多個開關、遲滯比較器、遲滯發(fā)生器和開關驅(qū)動器。遲滯發(fā)生器被配置為向遲滯比較器提供遲滯參數(shù)V_hyst。遲滯參數(shù)V_hyst是遲滯發(fā)生器的電路部件、調(diào)節(jié)器的電壓輸出Vout、調(diào)節(jié)器的電壓輸入Vin、以及驅(qū)動多個開關的其中之一的信號的函數(shù)。開關驅(qū)動器被配置為基于遲滯參數(shù)來驅(qū)動開關。遲滯發(fā)生器的提供遲滯參數(shù)的電路部件中的一個或多個還定義了遲滯時間周期T_hyst。遲滯時間周期T_hyst和調(diào)節(jié)器的延遲時間周期T_Td的組合定義了調(diào)節(jié)器的大體上恒定的切換時間周期T。
【附圖說明】
[0006]圖1是電壓調(diào)節(jié)器的示意圖。
[0007]圖2是示出電壓調(diào)節(jié)器的作為占空比的函數(shù)的時間延遲的變化的曲線圖。
[0008]圖3是圖1的電壓調(diào)節(jié)器的遲滯發(fā)生器部件的示意圖。
[0009]圖4是操作電壓調(diào)節(jié)器的方法的流程圖。
[0010]圖5是示出電壓調(diào)節(jié)器的不同模塊/裝置/部件之間的信號流的信號流圖。
[0011]圖6是無線通信設備的框圖。
【具體實施方式】
[0012]下文結(jié)合附圖所闡述的【具體實施方式】旨在作為對各種構(gòu)造的描述，而不旨在代表其中可以實踐本文所描述的構(gòu)思的唯一構(gòu)造。【具體實施方式】包括用于提供對各種構(gòu)思的透徹理解的目的的具體細節(jié)。然而，對本領域的技術人員顯而易見的是，可以在沒有這些具體細節(jié)的情況下實踐這些構(gòu)思。在一些實例中，以框圖的形式示出了公知的結(jié)構(gòu)和部件，以避免使這種構(gòu)思難以理解。
[0013]描述了在沒有大的硅面積或片下部件的情況下控制切換頻率的簡單的前饋方法。前饋架構(gòu)不干擾一階中的主電壓控制環(huán)路。電流模式遲滯降壓轉(zhuǎn)換器的操作頻率取決于輸出電壓、電感器值、電流感測增益、環(huán)路延遲和操作占空比。取決于占空比的延遲分量是利用小電感器在高輸入和輸出電壓范圍內(nèi)進行操作的遲滯調(diào)節(jié)器中的操作的總體頻率的重要貢獻。下文所描述的電路用于產(chǎn)生遲滯值，該遲滯值抵消占空比變化的一階效應。
[0014]圖1是實施降壓轉(zhuǎn)換器的電壓調(diào)節(jié)器100的示意圖。電壓調(diào)節(jié)器100接收輸入電壓Vin并且產(chǎn)生用于負載Rload的輸出電壓Vout。電壓調(diào)節(jié)器100包括操作用于在節(jié)點A處提供開關電壓Vsw的第一開關P-sw和第二開關N-sw。下文提供了開關操作的細節(jié)。
[0015]電壓調(diào)節(jié)器102還包括電感器L0、兩個電阻器ESR_L和ESR_C和電容器CO。電感器LO具有通過電阻器ESR_L耦合到節(jié)點A的一端、以及耦合到節(jié)點B的另一端。電容器CO具有耦合到節(jié)點B的一端、以及耦合到電路接地的另一端。電感器LO和電容器CO對節(jié)點A處的開關電壓Vsw進行濾波，以在節(jié)點B處產(chǎn)生輸出電壓Vout。電感器120和電容器130可以具有適合的值來為Vout提供所需量的濾波。
[0016]輸出電壓Vout通過由電阻器Rl和RO以及電容器Cl形成的分壓器，并且在非反向輸入端處被輸入到誤差放大器102。參考電壓Vref在反向輸入端處也被輸入到誤差放大器102。參考電壓Vref是Vout的目標電壓，并且可以是固定值或可配置值。誤差放大器102比較兩個電壓以獲得誤差、放大誤差、并且提供放大的誤差信號Ve。在誤差放大器102的輸出端處的電阻器R2和電容器C2提供濾波和頻率補償。
[0017]電壓調(diào)節(jié)器100還包括電流感測單元104、遲滯發(fā)生器106、以及遲滯比較器108和開關驅(qū)動器控制器110。電流感測單元104通過電感器120的第一端上的電壓Vout和電感器LO的第二側(cè)上的開關電壓Vsw來獲得電感器LO兩端的電壓，并且感測通過電感器的電流。電流感測單元104輸出從所感測的電流中導出的電壓感測Visns。
[0018]遲滯發(fā)生器106接收電壓Vout，電壓Vout為驅(qū)動第一開關P_sw和輸入電壓Vin的信號。遲滯發(fā)生器106的電路產(chǎn)生遲滯參數(shù)，遲滯參數(shù)可以是遲滯電壓Vhyst或遲滯電流Ihyst。本文進一步使用的遲滯參數(shù)是遲滯電壓Vhyst。如在下文所進一步描述的，遲滯發(fā)生器106被配置為提供允許電壓調(diào)節(jié)器102以相對恒定的頻率進行操作的遲滯參數(shù)。
[0019]遲滯比較器108接收來自誤差放大器102的放大的誤差信號Ve、來自電流感測單元104的電壓感測Visns、以及來自遲滯發(fā)生器106的遲滯電壓Vhyst，并且產(chǎn)生用于第一開關P-sw和第二開關N-sw的控制信號。例如，遲滯比較器108可以包括兩個比較器。第一比較器將放大的誤差信號Ve和電壓遲滯Vhyst的和與電壓感測Visns進行比較，并且輸出第一信號Sp。第二比較器將放大的誤差信號Ve與電壓遲滯Vhyst的差與電壓感測Visns進行比較，并且輸出第二信號。
[0020]遲滯比較器108的第一輸出信號和第二輸出信號被輸入到開關驅(qū)動器控制器110并且分別被輸出為開關控制信號Sp和Sn。開關控制信號Sp驅(qū)動第一開關P-sw的P柵極，而開關控制信號Sn驅(qū)動第二開關N-sw的N柵極。第一開關P-sw可以是P溝道功率場效應晶體管(FET)開關，其源極耦合到輸入電壓Vin、其柵極接收Sp控制信號、并且其漏極耦合到節(jié)點A。第二開關Sn可以是N溝道FET開關，其漏極耦合到節(jié)點A、其柵極接收Sn信號、并且其源極耦合到電路接地。當Sp信號處于邏輯低時，打開第一開關P-sw，并且當Sn信號處于邏輯高時，打開第二開關N-sw。可以產(chǎn)生Sp和Sn控制信號，以使得在任何給定時刻至多打開一個開關。第一開關和第二開關在節(jié)點A處提供開關電壓Vsw輸出信號。該輸出信號為從Vin向電路接地擺動的方波信號并且具有由Vout確定的占空比。
[0021]電壓調(diào)節(jié)器100的大部分可以被制造在集成功率管理電路(IC)上，余下幾個電路部件位于IC芯片的外部。例如，電感器L0、兩個電阻器ESR_L、ESR_(^P Rload、以及電容器CO位于功率管理IC的外部。
[0022]電壓調(diào)節(jié)器102操作如下。在接通狀態(tài)期間，由Sp信號打開第一開關P-sw，并且由Sn信號關閉第二開關N-sw。輸入電壓Vin經(jīng)由第一開關P-sw I禹合到電感器LO，電感器LO存儲來自Vin供電電壓的能量。通過電感器LO的電流在接通狀態(tài)期間上升，并且上升率取決于Vin與Vout之間的差和電感器LO的電感L。在關斷狀態(tài)期間，由Sp信號關閉第一開關P-sw，并且將Vin供電電壓與電感器LO斷開連接。由Sn信號打開第二開關N_sw，并且電感器LO耦合在電路接地與節(jié)點B之間。通過電感器LO的電流在關斷狀態(tài)期間下降，并且下降率取決于輸入電壓Vout和電感L。因此，輸入電壓Vin在接通狀態(tài)期間向電容器CO和負載Rload提供電流，并且電感器LO在關斷狀態(tài)期間向電容器CO和負載Rload提供其存儲的能量。電容器CO維持節(jié)點B處的輸出電壓Vout并且還在關斷狀態(tài)期間向負載Rload提供其電荷。
[0023]對于理想的降壓轉(zhuǎn)換器，來自降壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓Vout可以被表示為:
[0024]Vout = DXVin (等式 I)<