一种具有快速瞬态响应的自适应开通时间DC-DC转换器的制作方法

一种具有快速瞬态响应的自适应开通时间dc-dc转换器
技术领域
1.本发明涉及电源dc-dc转换器技术领域，特别是一种具有快速瞬态响应的自适应开通时间dc-dc转换器。


背景技术：

2.在现有技术中，随着数据处理的速度和规模的急速增加以及人工智能的发展，中央处理器(cpu)和图形处理器(gpu)等高性能微处理器的供电对电流的要求越来越高(100a-1000a)。传统的微处理器采用两级dc-dc开关电源供电系统，如图1所示，即48v到12v的第一级以及12v到1v的第二级的两级dc-dc开关电源转换器。然后，两级dc-dc转换器整体的电能转换效率是两级电能转换效率的乘积，比如第一级电能效率是90％、第二级电能效率是90％，整体的电能转换效率为90％
×
90％＝81％。由于微处理器的功率通常解决几百瓦甚至上千瓦，低的电能转换效率意味着更多的电能转换成热能，这增加了系统的散热体积和成本。同时，两级dc-dc转换器需要两套降压功率级和反馈控制器，大大增加了dc-dc系统的体积、物料成本和系统的复杂度。相比较而言，单级的dc-dc转换器由于只需要一套降压功率级和反馈控制器，以及具有更高的整体电能转换效率，因此，它可以成为48v输入到负载微处理器供电开关电源转换器的更好选择。
3.然而，应用于微处理器供电的单级dc-dc转换器也面临着诸多挑战。首先，在高达48v的输入电压时，微处理器的供电电压在0.9v到1.2v，这需要开关电源转换器具有高达50的降压转换比(conversion ratio,cr)。在1mhz的开关频率下，即开关周期为1000纳秒，降压转换比为50，单级降压dc-dc的高压开关管开通时间只有20纳秒，这给驱动和控制电路的设计带来了很大的困难。如果开关频率降低，开关周期变长，但这需要更大的电感和电容，增加了系统的体积和重量以及物料成本。因此，单级的dc-dc转换器的超高降压转换比限制了系统的开关频率。其次，由于微处理器瞬间耗电量大且一直在快速变化，快速的瞬态响应性能是保证精确而稳定的供电电压的关键。固定频率的pwm控制器，如图2(a)所示，具有固定的开关频率而开通时间根据反馈系统所进行调节，然而其瞬态响应差且串联电阻检测电流的方式带来巨大的电能损耗。相对而言，固定开通时间(constant on-time,cot)控制器可以通过快速调节关断时间(off-time)和开关周期，实现电感电流快速追踪负载电流，如图2(b)所示，从而提供更快的瞬态响应。然而，如果负载变化发生在开通时间(on-time)期间，由于开通时间是固定的，cot控制器不能迅速响应负载电流的变化，导致输出电压的过冲或者下冲而影响微处理器稳定工作。最后，由于微处理器的负载电流通常在100a-1000a的范围，传统的电流检测电路控制关断时间(off-time)的方法(串联电阻的方式进行电流检测，或者通过电感的dcr进行电流检测)由于巨大的电能损耗已经不适用，如图2所示。而关断时间的控制直接影响dc-dc控制器的电流瞬态响应能力，所以迫切需要一种适用于大电流应用场合的低损耗和具有快速瞬态响应能力的电流检测电路来实现关断时间的控制。因此，应用于微处理器供电的单级dc-dc控制器所面临的挑战包括：
4.1.单级的dc-dc转换器的超高降压转换比限制了系统的开关频率
5.2.固定频率pwm控制器和固定开通时间控制器，受限于固定的频率和开通时间，难以实现快速瞬态响应能力
6.3.传统的电流检测电路(串联电阻和电感dcr)控制关断时间(off-time)的方法带来巨大的电能损耗，且不具备快速控制关断时间和快速瞬态响应能力
7.以上问题如果未解决和未经优化设计，可能造成dc-dc转换器对于负载变化的瞬态响应能力差、输出电压过冲和下冲严重导致微处理器工作不稳定、系统体积大成本高、电能转换效率低系统过热等安全性问题。


技术实现要素：

8.为了解决上述问题，本发明提供了一种实现单级48v到负载电压的转换，达到更高的转换效率和更低的物料成本和体积的具有快速瞬态响应的自适应开通时间dc-dc转换器。
9.为了达到上述目的，本发明设计的具有快速瞬态响应的自适应开通时间dc-dc转换器，包括转换器本体，所述转换器本体具有输入端vin和输出端v2，所述转换器本体包括高压开关管mh、高压开关管ml、逻辑与栅极驱动、自适应开通时间产生电路、输出电压瞬态变化检测电路、自适应关断时间控制电路和瞬态变化检测电路，所述高压开关管mh和高压开关管ml对自输入端vin输入至转换器本体的电压电流进行开关控制，所述自适应开通时间产生电路对输入端vin和输出端v2的电压进行检测并产生开通时间ton，以在一个开关周期内调整高压开关管mh和高压开关管ml开通时间，当发生负载瞬态变化时，所述输出电压瞬态变化检测电路基于自适应开通时间产生电路对输出端v2电压进行检测，并产生瞬态变化电流i
tran
改变开通时间ton的长短，使得电感电流快速响应负载电流的变化，所述自适应关断时间控制电路包括无损耗电流检测电路和第一电压比较器，所述自适应关断时间控制电路通过无损耗电流检测电路检测电感电流，并通过运算放大器和第一电压比较器来实现关断时间toff的控制，当发生负载瞬态变化时，所述瞬态变化检测电路通过反馈环路和第一电压比较器瞬间改变关断时间toff的长短，使得电感电流快速响应输出负载变化。
10.进一步的方案是，所述自适应开通时间产生电路包括分压电阻、电阻r、电容c和第二电压比较器，分压电阻检测输入端vin的电压产生kvin，然后通过电阻r转化成电流i
chg
对电容c进行充电，当充电使得电容c电压上升并到达输入端v2电压时，第二电压比较器翻转开通时间ton送出一个高电平脉冲结束高压开关管mh的开通时间。
11.进一步的方案是，所述输出电压瞬态变化检测电路对输出端v2进行过压或欠压检测，当输出负载瞬间上升时，反馈电压vfb检测到输出端v2电压下冲低于参考电压vref并超过阈值电流i
os2
时，输出端v2电压下冲产生下拉电流i
dn
，使电流i
chg
对电容c充电到输入端v2电压需要的时间加长，使得输出端v2电压下冲得到快速抑制；当输出负载瞬间下降时，反馈电压vfb检测到输出端v2电压过冲超过参考电压vref并超过阈值电流i
os1
时，输出端v2电压下冲产生上拉电流i
up
，使电流i
chg
对电容c充电到输入端v2电压需要的时间缩短，使得输出端v2电压过冲得到快速抑制。
12.进一步的方案是，转换器本体处于关断周期时，高压开关管mh处于关断状态，高压开关管ml处于开通状态，电感电流从地流向v
sw
和电感方向；高压开关管ml开通时，通过运算放大器和电流检测管m
sns
检测到与高压开关管ml成正比的电流i
snsm
和电流检测管m
sns
的等
效电阻r
msns
，得到检测电流i
snsm
＝v
sw
/r
msns
，检测电流i
snsm
通过1:1的电流镜，镜像得到i
sns
并送到电阻ra上产生va电压，由反馈回路和运算放大器的输出vc控制的电流通过1:1的电流镜注入电阻rb上产生vb电压，设定了关断点的谷值电流值，当检测的电流i
sns
在关断时间内不断下降，使得va点下降到vb电压之下时，第一电压比较器翻转产生一个高电平脉冲，使高压开关管ml关断并结束关断周期，且高压开关管mh开通。
13.进一步的方案是，当输出负载瞬间上升时，反馈电压vfb＇检测到输出端v2的下冲拉低了vd节点的电压，使注入电阻rb的电流i
vc
增大从而使得vb电压瞬间升高，使得va电压下降低于vb电压时间缩短，则关断时间toff时间缩短，使得输出电压下冲得到快速抑制；当输出负载瞬间下降时，反馈电压vfb＇检测到输出端v2的过冲拉高了vd节点的电压，使注入电阻rb的电流i
vc
减小从而使得vb电压瞬间下降，使得va电压下降低于vb电压所需时间加长，则关断时间toff时间加长，使得输出电压过冲得到快速抑制。
14.本发明所设计的具有快速瞬态响应的自适应开通时间dc-dc转换器，相比于传统的二级或者三级系统实现48v到负载电压的转换，实现更高的转换效率和更低的物料成本和体积。
附图说明
15.图1是传统的二级dc-dc开关电源的微处理器供电系统；
16.图2是传统大电流微处理器供电的单级dc-dc控制器所面临的挑战；
17.图3是本发明实施例1中转换器本体的结构示意图；
18.图4是本发明实施例1中自适应开通时间产生电路和输出电压瞬态变化检测电路的结构示意图；
19.图5是本发明实施例1基于自适应开通时间电路的快速瞬态响应工作原理示意图；
20.图6是本发明实施例1自适应关断时间控制电路和瞬态变化检测电路的结构示意图；
21.图7是本发明实施例1基于自适应关断时间控制电路的快速瞬态响应工作原理图。
22.其中：转换器本体100、自适应开通时间产生电路101、输出电压瞬态变化检测电路102、自适应关断时间控制电路103、瞬态变化检测电路104、无损耗电流检测电路105、第一电压比较器106、分压电阻107、第二电压比较器108、逻辑与栅极驱动200。
具体实施方式
23.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
24.实施例1：
25.如图3-7所示，本实施例描述的具有快速瞬态响应的自适应开通时间dc-dc转换器，包括转换器本体100，所述转换器本体100具有输入端vin和输出端v2，所述转换器本体100包括高压开关管mh、高压开关管ml、逻辑与栅极驱动200、自适应开通时间产生电路101、输出电压瞬态变化检测电路102、自适应关断时间控制电路103和瞬态变化检测电路104，所述高压开关管mh和高压开关管ml对自输入端vin输入至转换器本体100的电压电流进行开关控制，所述自适应开通时间产生电路101对输入端vin和输出端v2的电压进行检测并产生
开通时间ton，以在一个开关周期内调整高压开关管mh和高压开关管ml开通时间，当发生负载瞬态变化时，所述输出电压瞬态变化检测电路102基于自适应开通时间产生电路101对输出端v2电压进行检测，并产生瞬态变化电流i
tran
改变开通时间ton的长短，使得电感电流快速响应负载电流的变化，所述自适应关断时间控制电路103包括无损耗电流检测电路105和第一电压比较器106，所述自适应关断时间控制电路103通过无损耗电流检测电路105检测电感电流，并通过运算放大器和第一电压比较器106来实现关断时间toff的控制，当发生负载瞬态变化时，所述瞬态变化检测电路104通过反馈环路和第一电压比较器106瞬间改变关断时间toff的长短，使得电感电流快速响应输出负载变化。在本实施例中，在稳定的开关工作状态时，转换器本体100通过自适应开通时间产生电路101来控制高压开关管mh的开通时间，其中，开通时间ton通过检测输入端vin电压和输出端v2电压来决定，来实现不同输入输出电压条件下开关频率在一定的频率范围内保持稳定不变。在高压开关管mh开通时间段，高压开关管mh的电流被输出电压瞬态变化检测电路102检测而得到imh。当开通时间ton结束时，高压开关管mh关断而高压开关管ml开通，即这段时间处于关断时间toff。在关断时间toff时，高压开关管ml的电流被无损耗电流检测电路105检测而得到iml，通过这种电流检测方法，将检测到的电流imh和iml进行合并，从而得到和电感电流一致的检测电流imhl，这样，不需要引入有损耗的串联电阻和随温度变化非常大的电感dcr，从而达到逐周期无损耗精确电流检测的目的。另外，在本实施例中，关断时间toff的长短由逐周期无损耗电流检测电路105和第一电压比较器106来决定，在发生负载电流瞬态时，本实施例提供的自适应开通时间产生电路101可以根据负载的瞬间变化在一个开关周期内调整开通时间，而无损耗电流检测电路105和第一电压比较器106可以根据负载的瞬间变化在一个开关周期内调整关断时间，使得电感电流能瞬间响应负载的变化，降低输出电压的过冲和下冲来控制输出电压的稳定。
26.具体的，如图4所示，所述自适应开通时间产生电路101包括分压电阻107、电阻r、电容c和第二电压比较器108，分压电阻107检测输入端vin的电压产生kvin，然后通过电阻r转化成电流i
chg
对电容c进行充电，当充电使得电容c电压上升并到达输入端v2电压时，第二电压比较器108翻转开通时间ton送出一个高电平脉冲结束高压开关管mh的开通时间。自适应开通时间产生电路101的工作原理是：首先，通过分压电阻107检测输入端vin的电压产生kvin，然后通过电阻r转化成电流i
chg
对电容c进行充电，这样就实现了与输入端vin电压成正比的电流kvin/r对一个电容c进行充电，当充电使得电容c电压上升并到输入端v2电压时，第二电压比较器108翻转开通时间ton会送出一个高电平脉冲来结束高压开关管mh的开通时间ton，即开通时间ton可以计算为ton＝(rc/k)
×
(v2/vin)，其中开通时间ton和输出端v2电压成正比，而和输入端vin电压成反比，转换器本体100中开通时间ton和电压转换比的关系为ton/t＝v2/vin，其中t为开关周期，而ton＝(rc/k)
×
(v2/vin)，因此，t可以经过计算得出：t＝rc/k，由于rc和k都是常数，即开关周期或者开关频率不变，且不随输入和输出电压变化。因此，通过该发明提出的自适应开通时间产生器电路，可以实现在宽输入和输出电压范围内开关频率固定在一定范围，即开关频率与输入端vin电压和输出端v2电压都无关。
27.进一步的，如图4所示，所述输出电压瞬态变化检测电路102对输出端v2进行过压或欠压检测，当输出负载瞬间上升时，反馈电压vfb检测到输出端v2电压下冲低于参考电压
vref并超过阈值电流i
os2
时，输出端v2电压下冲产生下拉电流i
dn
，使电流i
chg
对电容c充电到输入端v2电压需要的时间加长，使得输出端v2电压下冲得到快速抑制；当输出负载瞬间下降时，反馈电压vfb检测到输出端v2电压过冲超过参考电压vref并超过阈值电流i
os1
时，输出端v2电压下冲产生上拉电流i
up
，使电流i
chg
对电容c充电到输入端v2电压需要的时间缩短，使得输出端v2电压过冲得到快速抑制。如图4所示，通过输出电压瞬态变化检测电路102对输出端v2进行过压或欠压检测，产生瞬态变化电流i
tran
来改变充电电流i
chg
，而进一步改变开通时间ton的长短，使得电感电流快速响应负载电流的变化，具体的，如图5所示，当输出负载瞬间上升时，输出端v2电压明显下冲，反馈电压vfb可以检测到输出端v2的下冲，当反馈电压vfb低于参考电压vref达到一定的电压并超过阈值电流i
os2
时，下冲电压会产生下拉电流i
dn
，使得电容c的整体充电电流下降，由于充电电流下降，需要更长的时间才能对电容c充电到输出端v2的电压，开通时间ton可以在一个开关周期内得到了加长，加长的开通时间ton使得电感电流能快速地追赶负载电流的变化，使得输出端v2电压下冲很快地得到抑制；同理，当输出负载瞬间下降时，如图5所示，输出端v2电压明显过冲，同样反馈电压vfb可以检测到输出的过冲，当反馈电压vfb超过参考电压vref一定的电压并超过阈值电流i
os1
时，过冲电压会产生上拉电流i
up
，使得电容c的整体充电电流急剧上升，由于充电电流上升，仅需要很短的时间就能将电容c充电到输入端v2的电压，开通时间ton在一个开关周期内就得到了缩短，如图5所示，缩短的开通时间ton使得电感电流上升幅度变小而下降幅度变大，使得电感电流能快速地追赶负载电流的变化，使得输出端v2电压的过冲得到了抑制，因此，在本实施例中，通过对输出端v2电压的过压或者欠压的检测，产生瞬态电流来改变电容c的充电电流，即瞬间改变开通时间ton的长短来实现电感电流更快地响应输出负载变化，达到系统输出电压的稳定。
28.在本发明的一些实施例中，如图6所示，转换器本体100处于关断周期时，高压开关管mh处于关断状态，高压开关管ml处于开通状态，电感电流从地流向v
sw
和电感方向；高压开关管ml开通时，通过运算放大器和电流检测管m
sns
检测到与高压开关管ml成正比的电流i
snsm
和电流检测管m
sns
的等效电阻r
msns
，得到检测电流i
snsm
＝v
sw
/r
msns
，检测电流i
snsm
通过1:1的电流镜，镜像得到i
sns
并送到电阻ra上产生va电压，由反馈回路和运算放大器的输出vc控制的电流通过1:1的电流镜注入电阻rb上产生vb电压，设定了关断点的谷值电流值，当检测的电流i
sns
在关断时间内不断下降，使得va点下降到vb电压之下时，第一电压比较器106翻转产生一个高电平脉冲，使高压开关管ml关断并结束关断周期，且高压开关管mh开通。具体的，转换器本体100处于关断周期时，高压开关管mh处于关断状态，而高压开关管ml处于开通状态，电感电流从地流向v
sw
和电感方向如图6中il所示；当高压开关管ml开通时，通过运算放大器和电流检测管m
sns
，可以检测到与高压开关管ml成正比的电流i
snsm
与高压开关管ml匹配的电流检测管m
sns
的等效电阻为r
msns
，那么可以得到检测电流i
snsm
为：i
snsm
＝v
sw
/r
msns
，检测出的电流通过1:1的电流镜，镜像得到i
sns
并送到电阻ra上产生va电压，而由反馈回路和运算放大器的输出vc控制的电流，也通过电流镜注入电阻rb上产生vb电压，设定了关断点的谷值电流值，当检测的电流i
sns
在关断时间内不断下降，使得va点下降到vb电压之下时，关断时间比较器会翻转产生一个高电平脉冲，如图6所示，进而关断高压开关管ml并结束关断周期，开启下一个开关周期，即开通高压开关管mh，利用上述结构设计，给微处理器供电的电感电流不需要经过电阻产生大的电能损耗，也不需要通过电感的dcr来检测电
流而产生检测电流随温度变化的不确定性，因此，该转换器通过无损耗电流检测电路105来实现快速而精确的电感电流检测，并通过反馈环路运算放大器和第一电流比较器108来实现关断时间的控制。
29.在本发明的一些实施例中，如图7所示，当输出负载瞬间上升时，反馈电压vfb＇检测到输出端v2的下冲拉低了vd节点的电压，使注入电阻rb的电流i
vc
增大从而使得vb电压瞬间升高，使得va电压下降低于vb电压时间缩短，则关断时间toff时间缩短，使得输出电压下冲得到快速抑制；当输出负载瞬间下降时，反馈电压vfb＇检测到输出端v2的过冲拉高了vd节点的电压，使注入电阻rb的电流i
vc
减小从而使得vb电压瞬间下降，使得va电压下降低于vb电压所需时间加长，则关断时间toff时间加长，使得输出电压过冲得到快速抑制。如图6所示，通过控制关断时间的长短来快速改变电感电流，如图7所示，进而快速响应负载电流的变化。当输出负载瞬间上升时，如图7所示，输出端v2电压明显下冲，反馈电压vfb＇可以检测到输出端v2电压的下冲，通过电容性瞬态变化检测电路104，输出端v2电压的下冲拉低了vd节点的电压，使得注入电阻rb的电流i
vc
增大从而使得vb电压瞬间升高，当检测的电流i
sns
在关断时间toff内不断下降，使得va点下降到vb电压之下时，关断时间toff结束第二比较器108会翻转产生一个高电平脉冲，而由于vb电压瞬间升高，使得va在更短的时间内就下降到vb电压之下，所以关断时间toff时间大大缩短，如图7所示，缩短的关断时间toff使得电感电流能快速地追赶负载电流的变化，使得输出端v2电压下冲得到很快的抑制；同理，当输出负载瞬间下降时，如图7所示，输出端v2电压明显过冲，反馈电压vfb＇可以检测到输出端v2电压的过冲，通过电容性瞬态变化检测电路104，v2的过冲拉高了vd节点的电压，使得注入rb的电流i
vc
减小从而使得vb电压瞬间下降，而由于vb电压瞬间下降，使得va在需要更长的时间才能下降到vb电压之下，所以关断时间toff时间大大增加，如图7所示，增长的关断时间toff使得电感电流能快速下降从而追赶负载电流的变化，使得输出电压过冲很快得到抑制，因此，本实施例中所提供的电容型输出电压瞬间变化反馈电路104，通过反馈环路和第二电流比较器108可以瞬间改变关断时间toff的长短来实现电感电流更快地响应输出负载变化，降低了输出端v2电压的过冲和下冲，保持了输出端v2电压的稳定和微处理器供电系统的正常工作。
30.本实施例提供的具有快速瞬态响应的自适应开通时间dc-dc转换器，相比于传统的二级或者三级系统实现48v到负载电压的转换，实现更高的转换效率和更低的物料成本和体积。
31.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
32.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
33.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种具有快速瞬态响应的自适应开通时间dc-dc转换器，包括转换器本体(100)，所述转换器本体(100)具有输入端vin和输出端v2，其特征是，所述转换器本体(100)包括高压开关管mh、高压开关管ml、逻辑与栅极驱动(200)、自适应开通时间产生电路(101)、输出电压瞬态变化检测电路(102)、自适应关断时间控制电路(103)和瞬态变化检测电路(104)，所述高压开关管mh和高压开关管ml对自输入端vin输入至转换器本体(100)的电压电流进行开关控制，所述自适应开通时间产生电路(101)对输入端vin和输出端v2的电压进行检测并产生开通时间ton，以在一个开关周期内调整高压开关管mh和高压开关管ml开通时间；当发生负载瞬态变化时，所述输出电压瞬态变化检测电路(102)基于自适应开通时间产生电路(101)对输出端v2电压进行检测，并产生瞬态变化电流i
tran
改变开通时间ton的长短，使得电感电流快速响应负载电流的变化，所述自适应关断时间控制电路(103)包括无损耗电流检测电路(105)和第一电压比较器(106)，自适应关断时间控制电路(103)通过无损耗电流检测电路(105)检测电感电流，并通过运算放大器和第一电压比较器(106)来实现关断时间toff的控制，当发生负载瞬态变化时，所述瞬态变化检测电路(104)通过反馈环路和第一电压比较器(106)瞬间改变关断时间toff的长短，使得电感电流快速响应输出负载变化。2.根据权利要求1所述的具有快速瞬态响应的自适应开通时间dc-dc转换器，其特征是，所述自适应开通时间产生电路(101)包括分压电阻(107)、电阻r、电容c和第二电压比较器(108)，分压电阻(107)检测输入端vin的电压产生kvin，然后通过电阻r转化成电流i
chg
对电容c进行充电，当充电使得电容c电压上升并到达输入端v2电压时，第二电压比较器(108)翻转开通时间ton送出一个高电平脉冲结束高压开关管mh的开通时间。3.根据权利要求2所述的具有快速瞬态响应的自适应开通时间dc-dc转换器，其特征是，所述输出电压瞬态变化检测电路(102)对输出端v2进行过压或欠压检测，当输出负载瞬间上升时，反馈电压vfb检测到输出端v2电压下冲低于参考电压vref并超过阈值电流i
os2
时，输出端v2电压下冲产生下拉电流i
dn
，使电流i
chg
对电容c充电到输入端v2电压需要的时间加长，使得输出端v2电压下冲得到快速抑制；当输出负载瞬间下降时，反馈电压vfb检测到输出端v2电压过冲超过参考电压vref并超过阈值电流i
os1
时，输出端v2电压下冲产生上拉电流i
up
，使电流i
chg
对电容c充电到输入端v2电压需要的时间缩短，使得输出端v2电压过冲得到快速抑制。4.根据权利要求3所述的具有快速瞬态响应的自适应开通时间dc-dc转换器，其特征是，转换器本体(100)处于关断周期时，高压开关管mh处于关断状态，高压开关管ml处于开通状态，电感电流从地流向v
sw
和电感方向；高压开关管ml开通时，通过运算放大器和电流检测管m
sns
检测到与高压开关管ml成正比的电流i
snsm
和电流检测管m
sns
的等效电阻r
msns
，得到检测电流i
snsm
＝v
sw
/r
msns
，检测电流i
snsm
通过1:1的电流镜，镜像得到i
sns
并送到电阻ra上产生va电压，由反馈回路和运算放大器的输出vc控制的电流通过1:1的电流镜注入电阻rb上产生vb电压，设定了关断点的谷值电流值，当检测的电流i
sns
在关断时间内不断下降，使得va点下降到vb电压之下时，第一电压比较器(106)翻转产生一个高电平脉冲，使高压开关管ml关断并结束关断周期，且高压开关管mh开通。5.根据权利要求4所述的具有快速瞬态响应的自适应开通时间dc-dc转换器，其特征是，当输出负载瞬间上升时，反馈电压vfb＇检测到输出端v2的下冲拉低了vd节点的电压，使注入电阻rb的电流i
vc
增大从而使得vb电压瞬间升高，使得va电压下降低于vb电压时间缩
短，则关断时间toff时间缩短，使得输出电压下冲得到快速抑制；当输出负载瞬间下降时，反馈电压vfb＇检测到输出端v2的过冲拉高了vd节点的电压，使注入电阻rb的电流i
vc
减小从而使得vb电压瞬间下降，使得va电压下降低于vb电压所需时间加长，则关断时间toff时间加长，使得输出电压过冲得到快速抑制。

技术总结
本发明涉及一种具有快速瞬态响应的自适应开通时间DC-DC转换器，通过自适应开通时间产生器，根据输入和输出电压来控制开通时间，保持稳定的开关频率。无损耗电流检测电路结合高压开关管和运算放大器，实现快速、精确的电流检测，并通过反馈环路运放和电流比较器控制关断时间。在负载瞬态变化时，自适应开通时间产生器和电流检测电路可调整开通和关断时间，使电感电流快速响应负载变化，减少输出电压波动。本发明所设计的具有快速瞬态响应的自适应开通时间DC-DC转换器，相比于传统的二级或者三级系统实现48V到负载电压的转换，实现更高的转换效率和更低的物料成本和体积。的转换效率和更低的物料成本和体积。的转换效率和更低的物料成本和体积。


技术研发人员：杜建霞 赵百鸣
受保护的技术使用者：杭州元芯半导体科技有限公司
技术研发日：2023.06.06
技术公布日：2023/7/21