專利名稱：優(yōu)化dc/dc轉(zhuǎn)換器穩(wěn)定性的補償方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及DC/DC轉(zhuǎn)換器的補償方法，尤其涉及一種優(yōu)化DC/DC 轉(zhuǎn)換器穩(wěn)定性的補償方法，通過同時調(diào)整DC/DC轉(zhuǎn)換器中誤差放大器 的內(nèi)補償結(jié)構(gòu)和DC/DC轉(zhuǎn)換器最外環(huán)的補償結(jié)構(gòu)而優(yōu)化DC/DC轉(zhuǎn)換器 系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
背景技術(shù)：
DC/DC轉(zhuǎn)換器為轉(zhuǎn)變DC輸入電壓后有效輸出DC固定電壓的電壓 轉(zhuǎn)換器。DC/DC轉(zhuǎn)換器分為三類升壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器、降壓型DC/DC 轉(zhuǎn)換器以及升降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器。每種轉(zhuǎn)換器根據(jù)需求可采用三類 控制。PWM控制型，PFM控制型，PWM/PFM轉(zhuǎn)換型。目前DC-DC轉(zhuǎn)換 器廣泛應(yīng)用于手機、MP3、數(shù)碼相機、便攜式媒體播放器等產(chǎn)品中。 DC-DC轉(zhuǎn)換器的外環(huán)一般是電壓環(huán)。有內(nèi)部電流環(huán)的轉(zhuǎn)換器，常稱為 電流型DC-DC轉(zhuǎn)換器；沒有的，簡稱為電壓型轉(zhuǎn)換器。
通常，在DC/DC轉(zhuǎn)換器設(shè)計中，電路的穩(wěn)定性是一個非常關(guān)鍵的 指標，它必須在負載變化，輸入電壓變化，以及系統(tǒng)受其他擾動的情 況下，盡量保持恒定輸出，以用作其他應(yīng)用電路的電源電壓。同時， 電路的穩(wěn)定性又影響電路的功率輸出等其他重要指標。為了保證穩(wěn) 定，最外電壓環(huán)要有補償電路(本文中稱為外補償)。對電流型DC-DC 轉(zhuǎn)換器，其內(nèi)電流環(huán)也要有斜坡補償。本文所述方法已假設(shè)該斜坡補 償在位。
如圖1,圖2和圖3所示，顯示了一種電流型P西DC/DC升壓轉(zhuǎn) 換器穩(wěn)定性的實現(xiàn)方法。圖1顯示了此電流型P西DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器 的控制部分結(jié)構(gòu)框圖(肖特基二極管和電感等外部元件在圖中省 略)，圖2顯示了誤差放大器的補償電路并且圖3顯示了外環(huán)路補償 電路。如圖l所示，電流型P西DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器為雙環(huán)路P西DC/DC 升壓轉(zhuǎn)換器。內(nèi)環(huán)路為受控電流環(huán)路，外環(huán)路為電壓反饋環(huán)路。在內(nèi) 環(huán)路中，受控電流放大器將誤差電流采樣信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘柌⑴c來自斜坡補償電路的斜坡電壓疊加后加到PWM比較器的同相輸入端。在 外環(huán)路中，經(jīng)過電阻網(wǎng)絡(luò)分壓的輸出電壓反饋到誤差放大器，與基準 電壓比較后產(chǎn)生誤差電壓，后輸入到PWM比較器。P西比較器的輸出 信號和其它一些控制信號一起，在周期脈沖上控制功率管的開關(guān)狀 態(tài)，從而使輸出電壓保持穩(wěn)定。影響電流型DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定 性的決定因素包括誤差放大器增益變化、反饋環(huán)路起振以及噪聲干 擾等，所以為了提高電路的穩(wěn)定性，在此采用了如圖2所示的誤差放 大器和如圖3所示的外環(huán)路補償電路。
對誤差放大器的設(shè)計而言，傳統(tǒng)的方法是它必須保證自身穩(wěn)定。 因此，如圖2所示，在輸出級Q30的輸入和輸出之間，加入C3和R44, 以構(gòu)成密勒補償電路。在已知文獻中，C3和R44的選擇和調(diào)整目標， 是使誤差放大器本身的相位裕度為一期望值，例如60度。
如圖3所示，外環(huán)路(電壓反饋環(huán)路)通過合適的補償可以避免 由電路不穩(wěn)定引起的過大的電壓波動和很低的效率。所述外環(huán)路的補 償包括在COMP管腳和GND之間以串聯(lián)方式連接一個電阻R4和電容 C5,即在外環(huán)路上增加一個環(huán)路補償電路，以達到系統(tǒng)穩(wěn)定性優(yōu)化的 目的。
上述兩種補償方法在過去是孤立研究和實現(xiàn)的。例如，誤差放大 器內(nèi)部密勒補償電路的調(diào)整是作為DC/DC電路的一個模塊來考慮的， 從不考慮誤差放大器自身穩(wěn)定性對整個DC/DC轉(zhuǎn)換器穩(wěn)定性的影響。 甚至認為當誤差放大器本身的相位余量最優(yōu)的時候，對DC-DC系統(tǒng)的 穩(wěn)定性自然就最好。這種設(shè)計，若用在降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器或升壓型 DC/DC轉(zhuǎn)換器中，影響還比較小。然而，當設(shè)計升降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換 器時，誤差放大器自身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定特性的影響就將無法忽視。
因為現(xiàn)有技術(shù)中，具固定補償?shù)恼`差放大器的升降壓型DC/DC轉(zhuǎn) 換器的結(jié)構(gòu)，根據(jù)其輸入電壓和輸出電壓的不同，在任一時間將工作 在下列三種工作模式之一，即降壓模式，升壓模式以及升降壓模式。 這三種模式，結(jié)構(gòu)不同，控制模式自然應(yīng)不同。如果將誤差放大器設(shè) 計為具固定補償結(jié)構(gòu)，也就是，只考慮自身穩(wěn)定性而具有的固定內(nèi)補 償結(jié)構(gòu)，升降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器的整個環(huán)路補償就很難得到最佳效 果，進而會影響電路的輸出電壓穩(wěn)定性，甚至?xí)档碗娐饭β省?br>
發(fā)明內(nèi)容
所以，需要提供一種優(yōu)化DC/DC轉(zhuǎn)換器穩(wěn)定性的補償方法，用于 解決至少一些上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足。
為了達到上述目的，本發(fā)明提供了 一種優(yōu)化DC/DC轉(zhuǎn)換器穩(wěn)定性 的補償方法，該DC/DC轉(zhuǎn)換器包括控制和驅(qū)動模塊，誤差放大器，內(nèi) 環(huán)控制模塊，外環(huán)補償模塊，其特征在于，通過將誤差放大器的內(nèi)部 補償結(jié)構(gòu)與DC/DC轉(zhuǎn)換器中的外環(huán)路補償一同調(diào)整選值，以優(yōu)化 DC/DC轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定性。
通過將誤差放大器中的內(nèi)部補償結(jié)構(gòu)與DC/DC轉(zhuǎn)換器的外環(huán)補 償一起調(diào)整選值，以優(yōu)化升降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定性。所述誤差 放大器為外環(huán)模塊中的放大器。
通過將誤差放大器中的內(nèi)部補償結(jié)構(gòu)與DC/DC轉(zhuǎn)換器的內(nèi)環(huán)補 償一起調(diào)整選值，以優(yōu)化DC/DC轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定性。所述誤差放大器為 內(nèi)環(huán)控制模塊中的放大器。
同時通過將誤差放大器中的內(nèi)部補償結(jié)構(gòu)與升降壓型DC/DC轉(zhuǎn) 換器的外環(huán)補償和內(nèi)環(huán)補償一起調(diào)整選值，以優(yōu)化升降壓型DC/DC轉(zhuǎn) 換器的穩(wěn)定性。所述誤差放大器分別為外環(huán)模塊中的放大器和內(nèi)環(huán)控 制模塊中的放大器。
所述DC/DC轉(zhuǎn)換器為升降壓型P西DC/DC轉(zhuǎn)換器。所述DC/DC轉(zhuǎn) 換器也可以是升降壓型P西/PFM DC/DC轉(zhuǎn)換器。
所述的PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器和P西/PFM轉(zhuǎn)換器的功率開關(guān)包括功 率型雙極型晶體管，功率型M0S， IGBT或者肖特基二極管。這些開關(guān) 可能是集成在集成電路芯片內(nèi)，也可能是分離元件。
所述誤差放大器中的內(nèi)部補償結(jié)構(gòu)為內(nèi)部補償電容和電阻。該電 阻值可以是零。
所述外環(huán)為電壓環(huán)。
所述內(nèi)環(huán)為電流環(huán)。
所述內(nèi)環(huán)控制模塊為受控電流放大器，斜坡補償?shù)取?所述外環(huán)補償模塊為電壓環(huán)的補償電路。 本發(fā)明還提供了一種升降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器，包括 控制和驅(qū)動模塊，用于控制升降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器的運行模式； 誤差放大器，為運算放大器；
內(nèi)環(huán)控制模塊，其將來自于控制和驅(qū)動模塊的采樣信號與來自誤 差放大器和外環(huán)模塊的信號運算后輸入到控制和驅(qū)動模塊；
外環(huán)模塊，其將控制和驅(qū)動模塊輸出的分壓電壓反饋到誤差放大器，并與基準電壓進行比較之后產(chǎn)生誤差電壓，接著輸入到內(nèi)環(huán)控制 模塊。
所述升降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器為升降壓型PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器。
所述內(nèi)環(huán)控制模塊為受控電流放大器。
所述外環(huán)補償模塊為電壓環(huán)的補償電路。
本發(fā)明的有益效果是通過將誤差放大器的內(nèi)部補償結(jié)構(gòu)與 DC/DC轉(zhuǎn)換器中的環(huán)路補償一同調(diào)整選值，使DC/DC轉(zhuǎn)換器的整個環(huán) 路補償達到最佳效果，優(yōu)化了電路的輸出電壓穩(wěn)定性，進而提高了電 路功率。
上述本發(fā)明的概要說明不意味著替代每一個實施例的內(nèi)容，或者 本發(fā)明的各個方面。其他方面和其他實施例將參考圖式并在下文中詳 細說明。


本發(fā)明可以通過下面各個實施例并結(jié)合所附圖式來進行詳細描 述，從而可以充分理解本發(fā)明的內(nèi)容，圖式中
圖1為電路框圖，顯示了現(xiàn)有技術(shù)中電流型PWM DC/DC升壓轉(zhuǎn)換 器的結(jié)構(gòu)。
圖2為電路圖，顯示了圖1所示的電流型PWM DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器 中的誤差放大器的補償電路。
圖3為電路圖，顯示了圖1所示的電流型PWM DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器 中的外環(huán)路的補償電路。
圖4為電路框圖，顯示了本發(fā)明實施例中升降壓型PWMDC/DC轉(zhuǎn) 換器的結(jié)構(gòu)。
圖5為電路圖，顯示了本發(fā)明實施例中的誤差放大器，通過對升 降壓型PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器的誤差放大器的內(nèi)部補償調(diào)節(jié)，實施優(yōu)化升 降壓型P西DC/DC轉(zhuǎn)換器穩(wěn)定性的補償方法。
具體實施例方式
升降壓型P西DC/DC轉(zhuǎn)換器10，是一種輸出電壓既可低于輸入 電壓，也可高于輸入電壓的單管非隔離式PWMDC/DC轉(zhuǎn)換器。它的主 電路與升壓型PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器和降壓型PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器的元器件 相同，也是由開關(guān)管、二極管、電感和電容等構(gòu)成的。不同之處是，其輸出電壓極性與輸入電壓極性正好相反，所以也將這種轉(zhuǎn)換器叫做
反相型轉(zhuǎn)換器。在本發(fā)明實施例中開關(guān)管采用的是PWM控制方式。
如圖4所示，升降壓型PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器10主要包括控制和 驅(qū)動模塊1，誤差放大器2，內(nèi)環(huán)控制模塊3，外環(huán)補償模塊4等模 塊。如圖所示，控制和驅(qū)動模塊1用于控制升降壓型P西DC/DC轉(zhuǎn)換 器10的運行模式，即降壓模式，降壓升壓模式或升壓模式。內(nèi)環(huán)控 制模塊3是一個受控電流放大器，其將來自于控制和驅(qū)動模塊1的采 樣信號與來自誤差放大器2和外環(huán)模塊4的信號運算后輸入到控制和 驅(qū)動模塊l。外環(huán)補償模塊4是電壓環(huán)補償電路，其將控制和驅(qū)動模 塊1輸出的分壓和不分壓的電壓反饋到誤差放大器2，并與基準電壓 進行比較之后產(chǎn)生誤差電壓，接著輸入到內(nèi)環(huán)控制模塊3。
可以了解到地是，整個升降壓型PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器10的最優(yōu)穩(wěn) 定性不會與外環(huán)中的誤差放大器2的最佳穩(wěn)定性吻合。換句話說，當 整個升降壓型P西DC/DC轉(zhuǎn)換器10具最佳的相位裕度的時候，外環(huán) 中的誤差放大器2不一定會具有在其穩(wěn)定狀態(tài)下自身最佳的相位裕 度。同樣地，對于內(nèi)環(huán)控制模塊3中的誤差放大器2，(圖中未示)也 存在類似的情況。盡管內(nèi)環(huán)控制模塊3中的誤差放大器2，不會對整個 升降壓型P西DC/DC轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定性造成很大的影響，因為這種內(nèi)環(huán) 控制模塊3中的誤差放大器2，的帶寬通常都比外環(huán)模塊4中的誤差放 大器2的帶寬要大很多，但為了更好地提高整個升降壓型P西DC/DC 轉(zhuǎn)換器10的穩(wěn)定性，也可以與外環(huán)模塊4中的誤差放大器2 —樣， 通過調(diào)節(jié)誤差放大器2，內(nèi)補償電容和電阻，來使整個升降壓型P西 DC/DC轉(zhuǎn)換器10的穩(wěn)定性最優(yōu)。
圖5為電路圖，顯示了本發(fā)明實施例中的誤差放大器的例子2， 通過對升降壓型P西DC/DC轉(zhuǎn)換器10的誤差放大器2的內(nèi)部補償調(diào) 節(jié)，實施優(yōu)化升降壓型PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器IO穩(wěn)定性的補償方法。
如圖所示，在誤差放大器的設(shè)計過程中，主要包括設(shè)計放大器和使 放大器穩(wěn)定兩個步驟。其中，誤差放大器中的電容Cc為內(nèi)部補償電容也 叫密勒電容，Rc是一補償電阻。 一般情況下，電容Cc和補償電阻Rc是 按照誤差放大器的穩(wěn)定性來選擇數(shù)值。具體地，在現(xiàn)有技術(shù)中，運算放 大器的高速性能主要靠兩個重要的參數(shù)來衡量，即大信號響應(yīng)時間和小信號響應(yīng)時間。大信號響應(yīng)時間由擺率決定，小信號響應(yīng)則由建立時間
或單位增益帶寬來決定。運算放大器在密勒電容Cc和補償電阻Rc的調(diào) 節(jié)下工作穩(wěn)定、有較大的開環(huán)增益。密勒電容Cc和補償電阻Rc為了使 運算放大器有較好的相位裕度，防止電路自激。Cc的數(shù)值和偏置電流決 定了運放的擺率。所以為了穩(wěn)定運算放大器的時候，Cc的選值是根據(jù)運 算放大器穩(wěn)定性進行固定選值的。
但在本發(fā)明實施例中的升降壓型P西DC/DC轉(zhuǎn)換器10的設(shè)計中，電 容Cc和補償電阻Rc僅僅如上面所述的目的選值，無法滿足整個升降壓 型P西DC/DC轉(zhuǎn)換器10的穩(wěn)定性的要求。所以，為了優(yōu)化本發(fā)明實施例 中的升降壓型PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器10的穩(wěn)定性，就要將電容Cc和補償電 阻Rc的數(shù)值與升降壓型PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器10的外環(huán)(電壓環(huán))模塊4 的補償一起調(diào)整選值，才可以實現(xiàn)整個升降壓型PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器10 的穩(wěn)定性最優(yōu)。
除此之外，在整個升降壓型P西DC/DC轉(zhuǎn)換器10的內(nèi)環(huán)控制模塊3 中，誤差放大器的電容Cc和補償電阻Rc的選值也要根據(jù)內(nèi)環(huán)(受控電 流環(huán))控制模塊3的補償一起調(diào)整選值，以現(xiàn)整個升降壓型P麗DC/DC 轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定性最優(yōu)。
本發(fā)明已經(jīng)參照各種實施例進行描述，對于熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人 員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍所作的修改將認為包括在本發(fā)明權(quán) 利要求所要保護的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種優(yōu)化DC/DC轉(zhuǎn)換器穩(wěn)定性的補償方法，該DC/DC轉(zhuǎn)換器包括控制和驅(qū)動模塊，誤差放大器，內(nèi)環(huán)控制模塊，外環(huán)補償模塊，其特征在于，通過將誤差放大器的內(nèi)部補償結(jié)構(gòu)與DC/DC轉(zhuǎn)換器中的環(huán)路補償一同調(diào)整選值，以優(yōu)化DC/DC轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定性。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，通過將誤差放大器 中的內(nèi)部補償結(jié)構(gòu)與DC/DC轉(zhuǎn)換器的外環(huán)補償一起調(diào)整選值，以優(yōu)化 升降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定性。
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，通過將誤差放大器 中的內(nèi)部補償結(jié)構(gòu)與DC/DC轉(zhuǎn)換器的內(nèi)環(huán)補償一起調(diào)整選值，以優(yōu)化 DC/DC轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定性。
4. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，同時通過將誤差放 大器中的內(nèi)部補償結(jié)構(gòu)與升降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器的外環(huán)補償和內(nèi)環(huán) 補償一起調(diào)整選值，以優(yōu)化升降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定性。
5. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述誤差放大器為外環(huán)模塊中的放大器。
6. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述誤差放大器為內(nèi)環(huán)控制模塊中的放大器。
7. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述誤差放大器分別為外環(huán)模塊中的放大器和內(nèi)環(huán)控制模塊中的放大器。
8. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述DC/DC轉(zhuǎn)換器 為升降壓型PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器。
9. 如權(quán)利要求l， 2， 3或4中任意一項所述的方法，其特征在 于，所述誤差放大器中的內(nèi)部補償結(jié)構(gòu)為內(nèi)部補償電容和補償電阻 Rc。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述補償電阻的阻 值為零。
11. 如權(quán)利要求l, 2， 3或4中任意一項所述的方法，其特征在 于，所述外環(huán)為電壓環(huán)。
12. 如權(quán)利要求l, 2， 3或4中任意一項所述的方法，其特征在 于，所述內(nèi)環(huán)為電流環(huán)。
13. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述內(nèi)環(huán)控制模塊 為受控電流放大器。
14. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述外環(huán)模塊為電 壓環(huán)。
15. —種升降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器，其特征在于，包括 控制和驅(qū)動模塊，用于控制升降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器的運行模式； 誤差放大器，為運算放大器；內(nèi)環(huán)控制模塊，其將來自于控制和驅(qū)動模塊的采樣信號與來自誤 差放大器和外環(huán)模塊的信號運算后輸入到控制和驅(qū)動模塊；外環(huán)模塊，其將控制和驅(qū)動模塊輸出的分壓電壓反饋到誤差放大 器，并與基準電壓進行比較之后產(chǎn)生誤差電壓，接著輸入到內(nèi)環(huán)控制 模塊。
16. 如權(quán)利要求15所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述升降壓型 DC/DC轉(zhuǎn)換器為升降壓型P聰DC/DC轉(zhuǎn)換器。
17. 如權(quán)利要求15所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述內(nèi)環(huán)控制 模塊為受控電流放大器。
18. 如權(quán)利要求15所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述外環(huán)模塊 為電壓環(huán)。
全文摘要
本發(fā)明的實施例揭露了一種優(yōu)化DC/DC轉(zhuǎn)換器穩(wěn)定性的補償方法，該DC/DC轉(zhuǎn)換器包括控制和驅(qū)動模塊，用于控制升降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器的運行模式；誤差放大器，為運算放大器；內(nèi)環(huán)控制模塊，其將來自于控制和驅(qū)動模塊的采樣信號與來自誤差放大器和外環(huán)補償模塊的信號運算后輸入到控制和驅(qū)動模塊；外環(huán)補償模塊，其將控制和驅(qū)動模塊輸出的分壓不分壓的電壓反饋到誤差放大器，并與基準電壓進行比較之后產(chǎn)生誤差電壓，接著輸入到內(nèi)環(huán)控制模塊。通過將誤差放大器的內(nèi)部補償結(jié)構(gòu)與DC/DC轉(zhuǎn)換器中的環(huán)路補償一同調(diào)整選值，以優(yōu)化DC/DC轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定性。
文檔編號H02M3/156GK101478237SQ200810180558
公開日2009年7月8日 申請日期2008年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月2日
發(fā)明者坦 杜 申請人:蘇州市華芯微電子有限公司