快速响应切换式电源转换器及其转换控制电路的制作方法

1.本发明涉及一种切换式电源转换器，特别涉及一种快速响应切换式电源转换器。本发明还涉及一种适于快速响应切换式电源转换器的转换控制电路。


背景技术：

2.现有技术的切换式电源转换器在理想的状态下，无论其所耦接的负载如何变化都会维持稳定的输出电源。然而，在实际的情况中，电源供应器势必会受到负载瞬时响应(transient response)的影响而使输出电源产生变化。请参照图1，图1是现有技术的负载瞬时响应的波形示意图。如图1所示，当负载电流iload急剧变化时，电源供应器所产生的输出电压vout即会产生响应，其中当负载电流iload的值急剧上升时，输出电压vout的值会下冲(undershoot)并恢复稳定(如虚线方框sq1所示)；当负载电流iload的值急剧下降时，输出电压vout会先上冲(overshoot)，随后下冲并恢复稳定(如虚线方框sq2所示)。
3.有鉴于此，本发明即针对上述现有技术的不足，提出一种快速响应切换式电源转换器及其转换控制电路，以减缓负载瞬时响应所导致的负面影响，进而提升电源供应器所产生的输出电源的稳定度。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种转换控制电路，适于一快速响应切换式电源转换器，用以根据一第一反馈信号及一第二反馈信号而控制一功率级电路，该转换控制电路包含：一误差放大电路，用以放大该第一反馈信号与一参考信号之间的差值而产生一误差放大信号；一斜坡信号产生电路，用以产生一斜坡信号；一脉宽调制电路，用以比较该误差放大信号与该斜坡信号而产生一脉宽调制信号，其中该脉宽调制信号用以控制该功率级电路，进而调节一输出电压至一预设目标位准；以及一快速响应控制电路，用以执行一快速响应控制功能，其中该快速响应控制功能包括：比较该第二反馈信号与至少一参考阈值而产生一快速响应控制信号；以及当该第二反馈信号超过该参考阈值时，调整该斜坡信号的斜率，以加速提高或加速降低该脉宽调制信号的占空比，进而加速该快速响应切换式电源转换器的瞬时响应；其中，该第一反馈信号与该第二反馈信号正相关于该输出电压；当该第二反馈信号超过该参考阈值时，示意该输出电压超过一输出阈值。
5.在一些实施例中，快速响应控制功能还包括：当该第二反馈信号超过该参考阈值时，根据该快速响应控制信号的受使能次数调整该斜坡信号的斜率，以适应性提高或加速降低该脉宽调制信号的占空比，进而加速该快速响应切换式电源转换器的瞬时响应。
6.在一些实施例中，上述斜坡信号产生电路包括一斜坡电流源、一电容器以及至少一控制开关，该至少一控制开关用以根据一时钟信号以控制该斜坡电流源对该电容器积分，进而产生该斜坡信号；该快速响应控制电路包括至少一调整电流源电路，其中该调整电流源电路用以产生一调整电流，该快速响应控制电路用以于该快速响应控制信号使能时，将该调整电流与该斜坡电流源的电流叠加以对该电容器积分，由此调整该斜坡信号的斜率
以加速提高或加速降低该脉宽调制信号的占空比，进而加速该快速响应切换式电源转换器的瞬时响应。
7.在一些实施例中，上述至少一参考阈值包括一第一参考阈值及/或一第二参考阈值，该至少一输出阈值包括一第一输出阈值及/或一第二输出阈值；其中，当该第二反馈信号高于该第一参考阈值时，该快速响应控制电路控制该调整电流以提高该斜坡信号的斜率的绝对值，进而加速降低该脉宽调制信号的占空比，其中该第二反馈信号高于该第一参考阈值示意该输出电压高于该第一输出阈值，其中该第一输出阈值高于该预设目标位准；当该第二反馈信号低于该第二参考阈值时，该快速响应控制电路控制该调整电流以降低该斜坡信号的斜率的绝对值，进而加速提高该脉宽调制信号的占空比，其中该第二反馈信号低于该第二参考阈值示意该输出电源的电压值低于该第二输出阈值，其中该第二输出阈值低于该预设目标位准。
8.在一些实施例中，上述快速响应控制功能还包括：于该快速响应控制信号第n次使能时，以一第n次调整量调整该斜坡信号的斜率；以及于该快速响应控制信号第n+1次使能时，以一第n+1次调整量调整该斜坡信号的斜率；其中，该n为一正整数，该第n次调整量的绝对值大于等于该第n+1次调整量的绝对值。
9.在一些实施例中，上述快速响应控制功能还包括：于该快速响应控制信号第m次使能后的一逾时期间时，重置该快速响应控制信号的受使能次数，其中该m为一正整数。
10.在一些实施例中，上述快速响应控制功能还包括：至少执行一次该第n次调整量的绝对值大于该第n+1次调整量的绝对值。
11.在一些实施例中，上述第一反馈信号为该第二反馈信号。
12.在一些实施例中，上述斜坡信号还包括一电感电流相关信号，该电感电流相关信号相关于该电感器的电流、该至少一功率开关的导通电流或一输出电源的一输出电流。
13.在一些实施例中，上述快速响应控制功能还包括以下至少之一：当该第二反馈信号超过一第三参考阈值时，停止控制该功率级电路；箝位该误差放大信号使其不超过一预设箝位值；及/或当该第二反馈信号超过一第四参考阈值时，调整该时钟信号的频率。
14.本发明另提供了一种快速响应切换式电源转换器，包括：一功率级电路，包括至少一功率开关，该至少一功率开关用以切换一电感器的一端及/或该电感器的另一端以转换一输入电源，进而产生一输出电源；上述的一转换控制电路，用以根据相关于该输出电源的输出电压的该第一反馈信号以及该第二反馈信号而控制该至少一功率开关；以及一反馈电路，用以根据该输出电压而产生该第一反馈信号以及该第二反馈信号。
15.以下将通过具体实施例详加说明，以更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所实现的效果。
附图说明
16.图1是现有技术的负载瞬时响应的波形示意图。
17.图2是本发明的一实施例中，快速响应切换式电源转换器的模块方块图。
18.图3是本发明的一实施例中，误差放大电路的电路示意图。
19.图4是本发明的一实施例中，斜坡信号产生电路的电路示意图。
20.图5是本发明的一实施例中，脉宽调制电路的电路示意图。
21.图6a是本发明的一实施例中，快速响应控制电路的电路示意图。
22.图6b是本发明的一实施例中，调整电路的电路示意图。
23.图7是本发明的一实施例中，斜坡信号的电压波形图。
24.图8a是本发明的一实施例中，反馈电路的电路示意图。
25.图8b是本发明的另一实施例中，反馈电路的电路示意图。
26.图9a是本发明的一实施例中，快速响应切换式电源转换器的操作流程图。
27.图9b是本发明的一实施例中，转换控制电路的操作流程图。
28.图9c是本发明的一实施例中，快速响应控制电路执行快速响应控制功能的流程图。
29.图10是本发明的一实施例中，快速响应切换式电源转换器的信号波形图。
30.图11a是本发明的一些实施例中，调整电流的电流波形图(一)。
31.图11b是本发明的一些实施例中，调整电流的电流波形图(二)。
32.图11c是本发明的一些实施例中，调整电流的电流波形图(三)。
33.图12是本发明的另一实施例中，斜坡信号产生电路的电路示意图。
34.图13是本发明的另一实施例中，斜坡信号的电压波形图。
35.图14a是本发明的一实施例中，快速响应控制电路的信号波形图。
36.图14b是本发明的另一实施例中，快速响应控制电路的信号波形图。
37.图15是本发明的一实施例中，时钟信号调整电路的电路示意图。
38.图16a至图16j是本发明的一些实施例中，功率级电路的电路示意图。
39.图17是本发明的一实施例中，快速响应切换式电源转换器的信号仿真波形图。
40.图中符号说明
41.10：快速响应切换式电源转换器
42.100：转换控制电路
43.110：误差放大电路
44.120：斜坡信号
45.130：脉宽调制电路
46.131：比较器
47.132：逻辑电路
48.140：快速响应控制电路
49.141a：比较器
50.141b：比较器
51.142：调整电路
52.143a：调整电流源电路
53.143b：调整电流源电路
54.200：功率级电路
55.210：驱动电路
56.300：反馈电路
57.300a：反馈电路
58.300b：反馈电路
59.301：分压电路
60.302：分压电路
61.400：时钟信号调整电路
62.as1-as4：调整信号
63.cout：输出电容器
64.cr：电容器
65.clk：时钟信号
66.cnt：受使能次数
67.cs1-cs2：比较信号
68.duty1，duty2：占空比
69.g1-g2：控制信号
70.ir：斜坡电流源的电流
71.isp：调整电流
72.il：电感器的电流
73.iload：负载电流
74.is1：第一电流源
75.is2：第二电流源
76.isr：斜坡电流源
77.k：倍率
78.l：电感器
79.ld：外部负载
80.ms：中继信号
81.rst：重置信号
82.s1：第一开关
83.s2：第二开关
84.s100-s400：步骤
85.s210-s240：步骤
86.s221-s228：步骤
87.spwm：脉宽调制信号
88.spwm’：初始脉宽调制信号
89.spwml：脉宽调制信号
90.sq1-sq7：虚线方框
91.sr：控制开关
92.t1-t9：时点
93.tto：逾时时点
94.top：逾时期间
95.q1-q2：功率开关
96.rfb1-rfb6：电阻器
97.vclamp：预设箝位值
amplifier)，其中所述误差放大器的正相输入端用以接收参考信号vref，所述误差放大器的负相输入端用以接收第一反馈信号vfb1，所述误差放大器的输出端用以输出误差放大信号vea。所述误差放大器的结构与功能为本领域技术人员所熟知，故不赘述。
119.在一些实施例中，误差放大电路110根据正相关于输出电压vout的第一反馈信号vfb1与参考信号vref之间的差值，产生的误差放大信号vea，用以控制功率级电路200，进而反馈调整输出电压vout。通过此反馈控制方式，使得第一反馈信号vfb1的位准，于稳态时调节于参考信号vref的位准，也就是将输出电压调节至预设目标位准。在一些实施例中，第一反馈信号vfb1具有极佳的稳定性，使其不易受到噪声的影响而导致输出信号改变。在理想的状况下，第一反馈信号vfb1的位准维持于参考信号vref的位准，不会受到噪声或负载的影响而改变。
120.请参照图4，图4是本发明的一实施例中，斜坡信号产生电路120的电路示意图，其中斜坡信号产生电路120用以产生一斜坡信号vramp。如图4所示，在一些实施例中，斜坡信号产生电路120包括一斜坡电流源isr、一电容器cr以及至少一控制开关sr，其中控制开关sr用以根据一重置信号rst以控制斜坡电流源isr提供的电流ir，与调整电流isp叠加之后对电容器cr积分，进而产生斜坡信号vramp。当重置信号rst处于一低电位状态时(例如为0)，控制开关sr不导通而使得斜坡电流源isr与调整电流isp叠加之后对电容器cr积分，进而使斜坡信号vramp的值逐渐上升至一定值；当重置信号rst处于一高电位状态时(例如为1)，控制开关sr导通而使得斜坡电流源isr停止对电容器cr积分，且将电容器cr放电进而使斜坡信号vramp的值下降至0伏特。
121.请参照图5，图5是本发明的一实施例中，脉宽调制电路130的电路示意图，其中脉宽调制电路130用以根据误差放大信号vea、斜坡信号vramp及一时钟信号clk而产生一脉宽调制信号spwm，脉宽调制信号spwm用以控制功率级电路200，进而调节输出电源vout的电压至一预设目标位准。如图5所示，在一些实施例中，脉宽调制电路130包括一比较器131及一逻辑电路132。比较器131用以比较误差放大信号vea及斜坡信号vramp而产生一中继信号ms。逻辑电路132用以根据中继信号ms及时钟信号clk而产生重置信号rst及脉宽调制信号spwm。比较器131的结构与功能为本领域技术人员所熟知，故不赘述。
122.请参照图6a，图6a是本发明的一实施例中，快速响应控制电路140的电路示意图，其中快速响应控制电路140用以根据第二反馈信号vfb2以执行一快速响应控制功能(以下称快速响应)，进而产生一快速响应控制信号以加速快速响应切换式电源转换器10的瞬时响应。如图6a所示，在一些实施例中，快速响应控制电路140包括多个比较器141a、141b、一调整电路142以及多个调整电流源电路143a、143b，其中调整电流源电路143a包括一第一电流源is1以及一第一开关s1，调整电流源电路143b包括一第二电流源is2以及一第二开关s2。以下将详细解释比较器141a、141b、调整电路142以及调整电流源电路143a、143b各自的结构与功能，并说明彼此间的设置方式。
123.在一些实施例中，比较器141a、141b用以判断第二反馈信号vfb2的绝对值是否超过至少一参考阈值，其中比较器141a用以判断第二反馈信号vfb2的值是否大于一第一参考阈值vthr1，比较器141b用以判断第二反馈信号vfb2的值是否小于一第二参考阈值vthr2。如图6a所示，在本实施例中，比较器141a的反相输入端用以接收第一参考阈值vthr1，比较器141b的非反相输入端用以接收第二参考阈值vthr2，比较器141a的非反相输入端与比较
器141b的反相输入端用以接收第二反馈信号vfb2，比较器141a的输出端用以输出一比较信号cs1，比较器141b的输出端用以输出一比较信号cs2。在本实施例中，快速响应控制信号包含比较信号cs1与比较信号cs2。比较器141a、141b的结构与功能为本领域技术人员所熟知，故不赘述。
124.在一些实施例中，当第二反馈信号vfb2的值大于第一参考阈值vthr1时，比较器141a输出一高电位状态(例如为1)的比较信号cs1；当第二反馈信号vfb2的值小于第二参考阈值vthr2时，比较器141b输出一高电位状态(例如为1)的比较信号cs2。另一方面，当第二反馈信号vfb2的值小于第一参考阈值vthr1时，比较器141a输出所述低电位状态(例如为0)的比较信号cs1；当第二反馈信号vfb2的值大于第二参考阈值vthr2时，比较器141b输出一低电位状态(例如为0)的比较信号cs2。
125.在一些实施例中，第一参考阈值vthr1及第二参考阈值vthr2根据一预设参考阈值而产生，其中所述预设参考阈值例如为参考信号vref的位准，第一参考阈值vthr1的值例如为所述预设参考阈值加上一偏移阈值，第二参考阈值vthr2的值例如为所述预设参考阈值减去所述偏移阈值。在一些实施例中，当所述预设参考阈值为0时，第一参考阈值vthr1与第二参考阈值vthr2之间具有一正负数关系，其中第一参考阈值vthr1为正数，第二参考阈值vthr2为负数，第一参考阈值vthr1的绝对值等于第二参考阈值vthr2的绝对值。
126.如图6a所示，在一些实施例中，当第二反馈信号vfb2的值大于第一参考阈值vthr1时，比较器141a输出一高电位状态(例如为1)的比较信号cs1以作为快速响应控制信号，当比较信号cs1处于所述高电位状态，调整电路142产生高电位状态的调整信号as2，使得第一开关s1处于导通状态，而将第一电流源is1所产生的电流作为调整电流isp，以与图6a所示的调整电流isp反方向的方式(即此时调整电流isp为负电流)流入斜坡信号产生电路120，而与电流ir叠加之后，对电容器cr充电的总电流提高，而使得斜坡信号vramp的斜率增加，进而加速降低脉宽调制信号spwm的占空比，而缓和输出电压vout上冲(overshoot)。
127.当第二反馈信号vfb2的值小于第一参考阈值vthr1时，比较信号cs1处于低电位状态；且第二反馈信号vfb2的值也小于第二参考阈值vthr2时，比较信号cs2处于高电位状态以作为快速响应控制信号，调整电路142产生低电位状态的调整信号as2及高电位状态的调整信号as3，使得第一开关s1处于不导通状态且第二开关s2处于导通状态，而将第二电流源is2所产生的电流作为调整电流isp，以与图6a所示的调整电流isp同方向的方式(即此时调整电流isp为正电流)流出斜坡信号产生电路120，而与电流ir叠加之后，对电容器cr充电的总电流降低，而使得斜坡信号vramp的斜率降低，进而加速提高脉宽调制信号spwm的占空比，而缓和输出电压vout下冲(undershoot)。
128.当第二反馈信号vfb2的值小于第一参考阈值vthr1时，且第二反馈信号vfb2的值大于第二参考阈值vthr2时，比较信号cs1及比较信号cs2都处于低电位状态，调整电路142产生低电位状态的调整信号as2、as3，使得第一开关s1及第二开关s2都处于不导通状态，示意输出电压vout并未超过输出阈值，而不需要根据快速响应控制信号来加速调整输出电压vout。
129.换言之，在一些实施例中，调整信号as2、as3用以分别控制第一开关s1及第二开关s2的导通状态。在一些实施例中，当比较信号cs1处于所述高电位状态且比较信号cs2处于所述低电位状态时，比较信号cs1用以作为快速响应控制信号，而使调整电路142产生高电
位状态的调整信号as2及低电位状态的调整信号as3，使得第一开关s1处于导通状态且第二开关s2处于不导通状态；当比较信号cs1处于所述低电位状态且比较信号cs2处于所述高电位状态时，比较信号cs2用以作为快速响应控制信号，而使调整电路142产生低电位状态的调整信号as2及高电位状态的调整信号as3，使得第一开关s1处于不导通状态且第二开关s2处于导通状态；当比较信号cs1及比较信号cs2都处于所述低电位状态时，调整电路142产生低电位状态的调整信号as2、as3，使得第一开关s1及第二开关s2都处于不导通状态，示意快速响应控制信号不调整斜坡信号vramp的斜率。在一些实施例中，调整电路142可根据比较信号cs1及比较信号cs2，进一步调整信号as1、as4，以分别调整第一电流源is1的电流值及第二电流源is2的电流值，
130.在一些实施例中，调整电流源电路143a、143b用以根据调整信号as1、as2、as3与as4产生一调整电流isp，进而调整斜坡信号vramp的斜率，其中第一电流源is1及第二电流源is2用以调整调整电流isp的值，第一开关s1及第二开关s2分别用以控制第一电流源is1及第二电流源is2的导通状态。当第一开关s1处于导通状态时，第一电流源is1会降低调整电流isp的值；当第二开关s2处于导通状态时，第二电流源is2会提高调整电流isp的值；当第一开关s1及第二开关s2都处于不导通状态时，调整电流isp的值为0，此时快速响应控制信号禁止(disable)，使得快速响应控制电路140不调整斜坡信号vramp的斜率。
131.请参照图6b，图6b是本发明的一实施例中，调整电路142的电路示意图，其中调整电路142用以根据比较信号cs1、cs2而产生多个调整信号as1-as4。如图6b所示，调整电路142包括一计数电路1421及一判断电路1422，其中计数电路1421用以计数比较信号cs1、cs2切换为使能位准(即高电位)的次数而产生受使能次数cnt，在一些实施例中，判断电路1422还根据受使能次数cnt而产生整信号as1-as4。
132.需说明的是，计数电路1421计数比较信号cs1、cs2切换为使能位准的次数，示意第二反馈信号vfb2逐渐升高而超过第一参考阈值vthr1的次数，或是二反馈信号vfb2逐渐降低而超过第二参考阈值vthr2的次数，而产生受使能次数cnt。判断电路1422可还根据受使能次数cnt而产生调整信号as1-as4，将于后详述。
133.在一些实施例中，当快速响应控制信号使能(enable)时(即调整电流isp的值不为0时)，快速响应控制电路140会将调整电流isp与斜坡电流源isr的电流ir叠加以对斜坡信号产生电路120的电容器cr积分，由此调整斜坡信号vramp的斜率以加速提高或加速降低脉宽调制信号spwm的占空比，进而加速快速响应切换式电源转换器140的瞬时响应。请参照图7，图7是本发明的一实施例中，斜坡信号vramp、初始脉宽调制信号spwm’与脉宽调制信号spwm的电压波形图。
134.如图7所示，在本实施例的斜坡信号vramp中，虚线波形w1示意未调整前的初始斜坡信号vramp1，实线波形w2示意经过快速响应控制电路140调整后的斜坡信号vramp2。如图7所示，例如当第二反馈信号vfb2的值小于第二参考阈值vthr2时，由于快速响应控制电路140降低初始斜坡信号vramp1的斜率，使得斜坡信号vramp的斜率比初始斜坡信号vramp1的斜率还要小，进而使得调整后的斜坡信号vramp2的位准达到误差放大信号vea的时间点晚于初始斜坡信号vramp1的位准达到误差放大信号vea的时间点，使得脉宽调制信号spwm的占空比duty2大于初始脉宽调制信号spwm’的占空比duty1，进而加速快速响应控制电路140的瞬时响应。
135.需说明的是，图7所示的脉宽调制信号的产生方式，是于斜坡信号的位准达到误差放大信号的时间点，将脉宽调制信号自高位准切换为低位准，当然本发明也适用于其他脉宽调制信号的产生方式，仅需对应调整转换控制电路其他信号的产生方式即可，其为本领域中具有通常知识者，根据本实施例的教示而可以简单推知，在此不予赘述。
136.如图2所示，在一些实施例中，功率级电路200包括一驱动电路210、多个功率开关q1、q2以及一电感器l，其中驱动电路210耦接功率开关q1、q2的控制端，功率开关q1的一输出端耦接一输入电源vin，功率开关q1的另一输出端耦接功率开关q2的一输出端，功率开关q2的另一输出端接地，电感器l的一端耦接于功率开关q1的另一输出端与功率开关q2的一输出端之间，电感器l的另一端耦接一输出电容器cout及外部负载ld。驱动电路210用以产生多个控制信号g1、g2以分别控制功率开关q1、q2，其中功率开关q1、q2用以切换电感器l的一端及/或切换电感器l的另一端以转换输入电源，进而产生一输出电源。其中输入电源包括输入电压vin与输入电流，输出电源包括输出电压vout与输出电流。以图2为例，在本实施例中，功率开关q1、q2切换电感器l的一端于输入电压vin与接地电位之间。
137.在一些实施例中，功率开关q1为一p型金氧半晶体管(pmos)，功率开关q2为一n型金氧半晶体管(nmos)，其中功率开关q1的控制端对应p型金氧半晶体管的栅极(gate)，功率开关q1的一输出端对应p型金氧半晶体管的源极(source)，功率开关q1的另一输出端对应p型金氧半晶体管的漏极(drain)；功率开关q2的控制端对应n型金氧半晶体管的栅极，功率开关q2的一输出端对应n型金氧半晶体管的漏极，功率开关q2的另一输出端对应n型金氧半晶体管的源极。
138.请同时参照图8a及图8b，图8a及图8b是本发明的一些实施例中，反馈电路300a、300b的电路示意图，其中反馈电路300a、300b对应图2中的反馈电路300。如图8a所示，在本实施例中，反馈电路300a包括多个分压电路301、302，其中分压电路301包括多个电阻器rfb1、rfb2，分压电路302包括多个电阻器rfb3、rfb4。在一些实施例中，第一反馈信号vfb1以及第二反馈信号vfb2相关于输出电压vout，其中电阻器rfb1的值与电阻器rfb2的值决定第一反馈信号vfb1与输出电压vout之间的比例关系，电阻器rfb3的值与电阻器rfb4的值决定第二反馈信号vfb2与输出电压vout之间的比例关系。以分压电路301为例，当电阻器rfb1的值为4千欧姆(kω)且电阻器rfb2的值为1千欧姆时，输出电压vout与第一反馈信号vfb1之间的比例关系为5比1，也就是说输出电压vout的值为第一反馈信号vfb1的值的5倍。
139.在一些实施例中，第一反馈信号vfb1为该第二反馈信号vfb2。如图8b所示，在本实施例中，反馈电路300b包括多个电阻器rfb5、rfb6，其中电阻器rfb5的值与电阻器rfb6的值决定第一反馈信号vfb1(第二反馈信号vfb2)与输出电压vout之间的比例关系。举例来说，当电阻器rfb5的值为4千欧姆(kω)且电阻器rfb6的值为1千欧姆时，输出电压vout与第一反馈信号vfb1(第二反馈信号vfb2)之间的比例关系为5比1，也就是说输出电压vout的值为第一反馈信号vfb1(第二反馈信号vfb2)的值的5倍。
140.请同时参照图2及图9a，图9a是本发明的一些实施例中，快速响应切换式电源转换器10的操作流程图。如图9a所示，当快速响应切换式电源转换器10开始操作时，快速响应切换式电源转换器10的转换控制电路100会接收一第一反馈电路vfb1及一第二反馈信号vfb2(步骤s100)，并根据第一反馈电路vfb1及第二反馈信号vfb2而产生一脉宽调制信号spwm(步骤s200)。接着，快速响应切换式电源转换器10的功率级电路200会根据脉宽调制信号
spwm控制功率级电路200的功率开关q1、q2以转换一输入电源，进而产生一输出电源。随后，快速响应切换式电源转换器10的反馈电路300会根据输出电压vout而产生第一反馈电路vfb1及第二反馈信号vfb2。最后，快速响应切换式电源转换器10会重复执行步骤s100至步骤s400，直到快速响应切换式电源转换器10停止操作为止。
141.请同时参照图2及图9b，图9b是本发明的一些实施例中，转换控制电路100的操作流程图。如图9b所示，当转换控制电路100根据第一反馈电路vfb1及第二反馈信号vfb2而产生脉宽调制信号spwm时(对应图9a的步骤s200)，转换控制电路100的误差放大电路110会放大第一反馈信号vfb1与参考信号vref之间的差值而产生一误差放大信号vea(步骤s210)；同时，转换控制电路100的快速响应控制电路140会根据第二反馈信号vfb2以执行一快速响应控制功能，而产生一快速响应控制信号，进而产生调整电流isp(步骤s220)。接着，转换控制电路100的斜坡信号产生电路120会根据调整电流isp而产生一斜坡信号vranp(步骤s230)。最后，转换控制电路100的脉宽调制电路130会比较误差放大信号vea与斜坡信号vramp而产生脉宽调制信号spwm(步骤s240)。
142.请同时参照图6a及图9c，图9c是本发明的一些实施例中，快速响应控制电路140执行所述快速响应控制功能的操作流程图。如图9c所示，当快速响应控制电路140开始执行所述快速响应控制功能时(对应图9b的步骤s220)，快速响应控制电路140会先重置快速响应控制信号的受使能次数cnt为0(步骤s221)。接着，快速响应控制电路140的比较器141a、141b会判断第二反馈信号vfb2的绝对值是否超过至少一参考阈值(步骤s222)。当第二反馈信号vfb2的绝对值逐渐增加或减少至超过(也就是说通过)至少一参考阈值时，示意输出电源vout逐渐增加或减少至超过至少一输出阈值，此时快速响应控制电路140会将受使能次数cnt加1(步骤s223)，且快速响应控制电路140的调整电流源电路143a、143b会根据受使能次数cnt调整斜坡信号vramp的斜率(步骤s224)。随后，比较器141a、141b会再次判断第二反馈信号vfb2的绝对值是否逐渐增加或减少至超过至少一参考阈值(步骤s225)，若是，调整电流源电路143a、143b会继续根据受使能次数cnt调整斜坡信号vramp的斜率；若否，调整电流源电路143a、143b会停止根据受使能次数cnt以调整斜坡信号vramp的斜率(步骤s226)，且比较器141a、141b会再次判断第二反馈信号vfb2的绝对值是否逐渐增加或减少至超过至少一参考阈值(步骤s222)。
143.接续步骤s222，当第二反馈信号vfb2的绝对值没有逐渐增加或减少至超过至少一参考阈值时，示意输出电源vout没有逐渐增加或减少至超过至少一输出阈值，此时快速响应控制电路140会判断受使能次数cnt是否大于1(步骤s227)。若否，快速响应控制电路140会再次判断第二反馈信号vfb2的绝对值是否逐渐增加或减少至超过至少一参考阈值(步骤s222)；若是，第二反馈信号vfb2的绝对值是否逐渐增加或减少至超过至少一参考阈值则会进一步判断快速响应控制信号自第m次使能后是否超过一逾时期间(步骤s228)，其中m为一正整数。当快速响应控制信号自第m次使能后超过所述逾时期间时，快速响应控制电路140会重置受使能次数cnt；当快速响应控制信号自第m次使能后没有超过所述逾时期间时，快速响应控制电路140则会再次判断第二反馈信号vfb2的绝对值是否逐渐增加或减少至超过至少一参考阈值(步骤s222)。
144.请同时参照图2及图10，图10是本发明的一实施例中，快速响应切换式电源转换器10的信号波形图。如图10所示，在本实施例中，由于第二反馈信号vfb2(对应输出电压vout)
逐渐降低至低于第二参考阈值vthr2(对应第二输出阈值vtho2)3次，因此快速响应控制信号总共受使能3次。其中调整电流isp根据快速响应控制信号而产生。快速响应控制信号的第1次使能发生在时点t1(受使能次数cnt为1)，且第二反馈信号vfb2保持低于第二参考阈值vthr2至时点t2；快速响应控制信号的第2次使能发生在时点t3(受使能次数cnt为2)，且第二反馈信号vfb2保持低于第二参考阈值vthr2至时点t4；快速响应控制信号的第3次使能发生在时点t5(受使能次数cnt为3)，且第二反馈信号vfb2保持低于第二参考阈值vthr2至时点t6之间。在本实施例中，例如根据快速响应控制信号与受使能次数cnt而调整信号as1-as4，以产生调整电流isp。在本实施例中，当受使能次数cnt为1，调整电流isp根据快速响应控制信号而产生，且具有相对较高的电流位准，也就是调整量相对较大；当受使能次数cnt为2与3，调整电流isp根据快速响应控制信号而产生，且具有相对较低的电流位准，也就是调整量相对较小。又如时点t7所示，在输出电压vout上升，导致第二反馈信号vfb2上升，但由于第二反馈信号vfb2(对应输出电源vout)并未高于第一参考阈值vthr1(对应第一输出阈值vtho1)，因此快速响应控制信号的快速响应控制信号并没有使能，而未执行快速响应控制功能。此外，在本实施例中，当快速响应控制信号第1次使能后超过逾时期间top时(对应逾时时点tto)，快速响应控制电路140会重置受使能次数cnt为0。
145.在一些实施例中，当快速响应控制信号第n次使能时，快速响应控制电路140会以一第n次调整量调整斜坡信号vramp的斜率；当快速响应控制信号第n+1次使能时，快速响应控制电路140会以一第n+1次调整量调整斜坡信号vramp的斜率，其中n为一正整数，且第n次调整量的绝对值大于等于第n+1次调整量的绝对值。如图10所示，在本实施例中，当受使能次数cnt为1时(即快速响应控制信号第1次使能时)，第1次调整量的绝对值大于第2次调整量的绝对值；又当受使能次数cnt为2时(即快速响应控制信号第2次使能时)，第2次调整量的绝对值等于第3次调整量的绝对值。
146.在一些实施例中，当快速响应控制信号受使能时，至少出现一次第n次调整量的绝对值大于第n+1次调整量的绝对值。请参照图11a，图11a是本发明的一些实施例中，根据快速响应控制信号所产生的调整电流isp的电流波形图(一)。如图11a所示，在本实施例中，快速响应控制信号总共受使能3次，其中第2次调整量的绝对值大于第3次调整量的绝对值，因此调整电流isp在受使能次数cnt为1与2时的位准高于受使能次数cnt为3时的位准。
147.在一些实施例中，当快速响应控制信号受使能时，第n次调整量的绝对值都会大于第n+1次调整量的绝对值。请参照图11b，图11b是本发明的一些实施例中，根据快速响应控制信号所产生的调整电流isp的电流波形图(二)。如图11b所示，在本实施例中，快速响应控制信号总共受使能3次，其中第1次调整量的绝对值大于第2次调整量的绝对值，且第2次调整量的绝对值大于第3次调整量的绝对值，因此调整电流isp在受使能次数cnt为1时的位准高于受使能次数cnt为2时的位准，且调整电流isp在受使能次数cnt为2时的位准高于受使能次数cnt为3时的位准。
148.在一些实施例中，当快速响应控制信号受使能时，第n次调整量的绝对值为第n+1次调整量的绝对值的2倍。请参照图11c，图11c是本发明的一些实施例中，根据快速响应控制信号所产生的调整电流isp的电流波形图(三)。如图11c所示，在本实施例中，快速响应控制信号总共受使能3次，其中第1次调整量的绝对值为第2次调整量的绝对值的2倍，且第2次调整量的绝对值为第3次调整量的绝对值的2倍，因此调整电流isp在受使能次数cnt为1时
converter)。
155.请参照图17，图17是本发明的一实施例中，快速响应切换式电源转换器10的信号仿真波形图。如图17的虚线方框sq6所示，当输出信号vout的值下冲(undershoot)时，快速响应控制电路140会根据快速响应控制信号的受使能次数cnt以调整斜坡信号vramp的斜率，进而加速提高脉宽调制信号spwm的占空比，以加速快速响应切换式电源转换器10的瞬时响应；又如图17的虚线方框sq7所示，当输出信号vout的值上冲(overshoot)时，快速响应控制电路140会根据快速响应控制信号的受使能次数cnt以调整斜坡信号vramp的斜率，进而加速降低脉宽调制信号spwm的占空比，以加速快速响应切换式电源转换器10的瞬时响应。
156.综上所述，本发明的一些实施例中的快速响应切换式电源转换器10及其转换控制电路100通过执行一快速响应控制功能调整斜坡信号vramp的斜率，以加速提高或加速降低脉宽调制信号spwm的占空比，进而加速快速响应切换式电源转换器10的瞬时响应。如此一来，即可有效减缓负载瞬时响应所导致的负面影响，进而提升输出电源vout的稳定度。
157.以上已针对较佳实施例来说明本发明，但以上所述，仅为使本领域技术人员易于了解本发明的内容，并非用来限定本发明的权利范围。所说明的各个实施例，并不限于单独应用，也可以组合应用，举例而言，两个或以上的实施例可以组合运用，而一实施例中的部分组成也可用以取代另一实施例中对应的组成部件。此外，在本发明的相同精神下，本领域技术人员可以想到各种等效变化以及各种组合，举例而言，本发明所称“根据某信号进行处理或运算或产生某输出结果”，不限于根据该信号的本身，也包含于必要时，将该信号进行电压电流转换、电流电压转换、及/或比例转换等，之后根据转换后的信号进行处理或运算产生某输出结果。由此可知，在本发明的相同精神下，本领域技术人员可以想到各种等效变化以及各种组合，其组合方式甚多，在此不一一列举说明。因此，本发明的范围应涵盖上述及其他所有等效变化。

技术特征：
1.一种转换控制电路，适于一快速响应切换式电源转换器，用以根据一第一反馈信号及一第二反馈信号而控制一功率级电路，该转换控制电路包含：一误差放大电路，用以放大该第一反馈信号与一参考信号之间的差值而产生一误差放大信号；一斜坡信号产生电路，用以产生一斜坡信号；一脉宽调制电路，用以比较该误差放大信号与该斜坡信号而产生一脉宽调制信号，其中该脉宽调制信号用以控制该功率级电路，进而调节一输出电压至一预设目标位准；以及一快速响应控制电路，用以执行一快速响应控制功能，其中该快速响应控制功能包括：比较该第二反馈信号与至少一参考阈值而产生一快速响应控制信号；以及当该第二反馈信号超过该参考阈值时，调整该斜坡信号的斜率，以加速提高或加速降低该脉宽调制信号的占空比，进而加速该快速响应切换式电源转换器的瞬时响应；其中，该第一反馈信号与该第二反馈信号正相关于该输出电压；当该第二反馈信号超过该参考阈值时，示意该输出电压超过一输出阈值。2.如权利要求1所述的转换控制电路，其中，该快速响应控制功能还包括：当该第二反馈信号超过该参考阈值时，根据该快速响应控制信号的受使能次数调整该斜坡信号的斜率，以适应性提高或加速降低该脉宽调制信号的占空比，进而加速该快速响应切换式电源转换器的瞬时响应。3.如权利要求1所述的转换控制电路，其中，该斜坡信号产生电路包括一斜坡电流源、一电容器以及至少一控制开关，该至少一控制开关用以根据一时钟信号以控制该斜坡电流源对该电容器积分，进而产生该斜坡信号；该快速响应控制电路包括至少一调整电流源电路，其中该调整电流源电路用以产生一调整电流，该快速响应控制电路用以于该快速响应控制信号使能时，将该调整电流与该斜坡电流源的电流叠加以对该电容器积分，由此调整该斜坡信号的斜率以加速提高或加速降低该脉宽调制信号的占空比，进而加速该快速响应切换式电源转换器的瞬时响应。4.如权利要求3所述的转换控制电路，其中，该至少一参考阈值包括一第一参考阈值及/或一第二参考阈值，该至少一输出阈值包括一第一输出阈值及/或一第二输出阈值；其中，当该第二反馈信号高于该第一参考阈值时，该快速响应控制电路控制该调整电流以提高该斜坡信号的斜率的绝对值，进而加速降低该脉宽调制信号的占空比，其中该第二反馈信号高于该第一参考阈值示意该该输出电压高于该第一输出阈值，其中该第一输出阈值高于该预设目标位准；当该第二反馈信号低于该第二参考阈值时，该快速响应控制电路控制该调整电流以降低该斜坡信号的斜率的绝对值，进而加速提高该脉宽调制信号的占空比，其中该第二反馈信号低于该第二参考阈值示意该输出电压低于该第二输出阈值，其中该第二输出阈值低于该预设目标位准。5.如权利要求2所述的转换控制电路，其中，该快速响应控制功能还包括：于该快速响应控制信号第n次使能时，以一第n次调整量调整该斜坡信号的斜率；以及于该快速响应控制信号第n+1次使能时，以一第n+1次调整量调整该斜坡信号的斜率；其中，该n为一正整数，该第n次调整量的绝对值大于等于该第n+1次调整量的绝对值。6.如权利要求5所述的转换控制电路，其中，该快速响应控制功能还包括：
于该快速响应控制信号第m次使能后的一逾时期间时，重置该快速响应控制信号的受使能次数，其中该m为一正整数。7.如权利要求5所述的转换控制电路，其中，该快速响应控制功能还包括：至少执行一次该第n次调整量的绝对值大于该第n+1次调整量的绝对值。8.如权利要求1所述的转换控制电路，其中，该第一反馈信号为该第二反馈信号。9.如权利要求1所述的转换控制电路，其中，该斜坡信号还包括一电感电流相关信号，该电感电流相关信号相关于该电感器的电流、该至少一功率开关的导通电流或一输出电源的一输出电流。10.如权利要求1所述的转换控制电路，其中，该快速响应控制功能还包括以下至少之一：当该第二反馈信号超过一第三参考阈值时，停止控制该功率级电路；箝位该误差放大信号使其不超过一预设箝位值；及/或当该第二反馈信号超过一第四参考阈值时，调整该时钟信号的频率。11.一种快速响应切换式电源转换器，包括：一功率级电路，包括至少一功率开关，该至少一功率开关用以切换一电感器的一端及/或该电感器的另一端以转换一输入电源，进而产生一输出电源；如权利要求1至10中的任一项所述的一转换控制电路，用以根据相关于该输出电源的输出电压的该第一反馈信号以及该第二反馈信号而控制该至少一功率开关；以及一反馈电路，用以根据该输出电压而产生该第一反馈信号以及该第二反馈信号。

技术总结
一种快速响应切换式电源转换器及其转换控制电路。转换控制电路用以根据第一反馈信号及第二反馈信号而控制功率级电路，其中该转换控制电路包括误差放大电路、斜坡信号产生电路、脉宽调制电路以及快速响应控制电路。快速响应控制电路用以执行快速响应控制功能，其中快速响应控制功能包括：比较第二反馈信号与至少一参考阈值而产生快速响应控制信号；以及当第二反馈信号超过参考阈值时，调整斜坡信号的斜率，以加速提高或加速降低脉宽调制信号的占空比，进而加速快速响应切换式电源转换器的瞬时响应。时响应。时响应。


技术研发人员：谢先成 郭玠含 黄心圣
受保护的技术使用者：立锜科技股份有限公司
技术研发日：2022.07.20
技术公布日：2023/8/4