恒定导通时间控制的开关变换器及其控制器和控制方法_2

文档序号:9508063阅读:来源:国知局
信号RAMP在一预设时间段内通过电阻器进行放电。随后,斜坡信号RAMP被充电以持续上升,并在主晶体管Ml由关断变为导通时达到共模电压VCM。由此,斜坡信号RAMP的上升斜率会随主晶体管Ml的占空比变化,并在占空比增大时也随之增大。
[0035]比较电路204耦接至反馈电路201和斜坡发生器203,基于斜坡信号RAMP、共模电压VCM、参考信号VREF和反馈信号FB产生比较信号SET。一般而言,比较电路204可以将参考信号VREF与斜坡信号RAMP之和同反馈信号FB与共模电压VCM之和进行比较。
[0036]导通计时器205产生导通时间控制信号C0T以控制主晶体管Ml的导通时间。该导通时间可以为恒定值,也可以为与输入电压VIN和输出电压V0UT有关的可变值。逻辑电路206耦接至导通计时器205和比较电路204,基于导通时间控制信号C0T和比较信号SET产生控制信号PWM,以通过驱动电路207控制晶体管Ml和M2。在一些实施例中,逻辑电路206包括如图2所示的最小关断计时器、与门以及RS触发器。
[0037]与图1所示的现有技术相比,开关变换器200采用位于控制器之内的内部斜坡补偿,无需外部器件且易于使用。此外,斜坡信号RAMP在不同输入电压、输出电压或开关频率下均能保持稳定,且不易受噪声影响,因而简化了电路设计并改善了开关变换器的输入调整率和负载调整率。
[0038]图3为根据本发明实施例的斜坡发生器203A的电路原理图。斜坡发生器203A包括自适应电流锁存电路331A、单触发电路332A、可控电流源333A、电容器C1、电阻器R1以及晶体管M3、M19。自适应电流锁存电路331A具有第一输入端、第二输入端、第三输入端和输出端,其中第一输入端接收共模电压VCM,第二输入端耦接至逻辑电路以接收控制信号PWM,第三输入端接收斜坡信号RAMP。自适应电流锁存电路331A基于共模电压VCM、控制信号PWM和斜坡信号RAMP,在输出端产生电流控制信号CCS。
[0039]单触发电路332A具有输入端和输出端,其中输入端耦接至逻辑电路以接收控制信号PWM。单触发电路332A基于控制信号PWM,在输出端产生信号RESET。可控电流源333A具有第一端、第二端和控制端,其中第一端接收供电电压VCC,控制端耦接至自适应电流锁存电路331A的输出端以接收电流控制信号CCS。
[0040]电容器C1具有第一端和第二端,其中第一端提供斜坡信号RAMP,第二端耦接至参考地。电阻器R1具有第一端和第二端,其中第一端耦接至电容器C1的第一端。晶体管M3具有第一端、第二端和控制端,其中第一端耦接至电阻器R1的第二端,第二端耦接至参考地,控制端耦接至单触发电路332A的输出端以接收信号RESET。
[0041]晶体管M19具有第一端、第二端和控制端,其中第一端耦接至可控电流源333A的第二端,第二端耦接至电容器C1的第一端,控制端耦接至逻辑电路以接收控制信号PWM。当主晶体管Ml导通时,晶体管M19被关断以维持斜坡信号RAMP不变。
[0042]在一个实施例中,单触发电路332A为下降沿触发,它在控制信号PWM的下降沿被触发以产生脉冲。然而,只要能在主晶体管Ml由导通变为关断时将晶体管M3导通一预设时长以对电容器C1进行放电,单触发电路332A也可以采用上升沿触发电路。
[0043]在一个实施例中,斜坡发生器203A还包括耦接至电容器C1第一端的钳位电路334A。在钳位电路334A的作用下,斜坡信号RAMP的最大值被限制至钳位电压VCLAMP。
[0044]当主晶体管Ml由导通变为关断,晶体管M19导通。晶体管M3被导通一预设时长以使电容器C1通过电阻器R1放电,斜坡信号RAMP下降。其后,晶体管M3关断,可控电流源333A对电容器C1充电,斜坡信号RAMP上升。当主晶体管Ml由关断变为导通,晶体管M19关断。对电容器C1的充电停止,斜坡信号RAMP因而保持不变,直至主晶体管Ml再次由导通变为关断。
[0045]可控电流源333A提供的电流Iramp受自适应电流锁存电路331A调节,从而使斜坡信号RAMP在主晶体管Ml由关断变为导通时等于共模电压VCM。若斜坡信号RAMP在上述时刻大于共模电压VCM,自适应电流锁存电路331A将减小电流Iramp,反之亦然。
[0046]图4为根据本发明实施例的斜坡发生器203B的电路原理图。在图4所示的实施例中,自适应电流锁存电路331B包括比较器C0M1、单触发电路4311、非门N0T1、电流源IS1、IS2、晶体管M4?M7、电容器C2以及电压电流转换器4312。比较器C0M1具有同相输入端、反相输入端和输出端,其中同相输入端耦接至电容器C1的第一端以接收斜坡信号RAMP,反相输入端接收共模电压VCM。单触发电路4311具有输入端和输出端,其中输入端耦接至逻辑电路以接收控制信号PWM,其中基于控制信号PWM,单触发电路4311在输出端产生信号SAMPLo非门N0T1具有输入端和输出端,其中输入端耦接至单触发电路4311的输出端以接收信号SAMPL。
[0047]电流源IS1具有第一端和第二端,其中第一端接收供电电压VCC。晶体管M4具有第一端、第二端和控制端,其中第一端耦接至电流源IS1的第二端,控制端耦接至非门N0T1的输出端。晶体管M5具有第一端、第二端和控制端,其中第一端耦接至晶体管M4的第二端,控制端耦接至比较器C0M1的输出端。晶体管M6具有第一端、第二端和控制端,其中第一端耦接至晶体管M5的第二端,控制端耦接至比较器C0M1的输出端。晶体管M7具有第一端、第二端和控制端,其中第一端耦接至晶体管M6的第二端,控制端耦接至单触发电路4311的输出端以接收信号SAMPL。电流源IS2具有第一端和第二端,其中第一端耦接至晶体管M7的第二端,第二端耦接至参考地。
[0048]电容器C2具有第一端和第二端,其中第一端耦接至晶体管M5的第二端和晶体管M6的第一端,第二端耦接至参考地。电压电流转换器4312具有输入端和输出端,其中输入端耦接至电容器C2的第一端。电压电流转换器4312基于电容器C2两端的电压,在输出端产生电流控制信号CCS。
[0049]在一个实施例中,单触发电路4311为上升沿触发,它在控制信号PWM的上升沿被触发以产生脉冲。然而,只要能在主晶体管Ml由关断变为导通时将晶体管M4和M7导通预设时长,单触发电路4311也可以采用下降沿触发电路。
[0050]可控电流源333B包括由晶体管M9和M10组成的电流镜。该电流镜具有输入端和输出端,其中输入端接收电流控制信号CCS与电流源IS3提供的最小电流Imin之和,输出端親接至电容器C1的第一端以提供电流Iramp。
[0051]钳位电路334B包括电压源VS1、误差放大器AMP1和晶体管M8。电压源VS1具有正极和负极,其中正极耦接至电容器C1的第一端以接收斜坡信号RAMP。误差放大器AMP1具有同相输入端、反相输入端和输出端,其中第一输入端接收共模电压VCM,反相输入端親接至电压源VS1的负极。晶体管M8具有第一端、第二端和控制端,其中第一端耦接至电容器C1的第一端,第二端耦接至参考地,控制端耦接至误差放大器AMP1的输出端。
[0052]以下将结合图5对图4所示斜坡发生器203B的工作原理作进一步介绍。图5为斜坡发生器203B在电流连续模式下的工作波形图,其中D代表主晶体管Ml的占空比,Ts代表开关变换器的开关周期。
[0053]如图5所示,当控制信号PWM由高电平变为低电平,晶体管M19导通,单触发电路332A被触发以产生一脉冲,使晶体管M3导通第一预设时长。电容器C1通过电阻器R1进行放电,斜坡信号RAMP下降。在第一预设时长后,晶体管M3关断。可控电流源333B产生的电流Iramp对电容器C1进行充电,斜坡信号RAMP上升。
[0054]当控制信号PWM由低电平变为高电平,晶体管M19关断,单触发电路4311被触发以产生一脉冲,使晶体管M4和M7导通第二预设时长。在此预设时长内,若斜坡信号RAMP大于共模电压VCM,晶体管M5将关断而晶体管M6将导通。电容器C2通过电流源IS2放电,电容器C2两端的电压以及电流控制信号CCS均降低,以减小电流Iramp。反之,若斜坡信号RAMP小于共模电压VCM,晶体管M5将导通而晶体管M6将关断。电流源IS1对电容器C2进行充电,电容器C2两端的电压以及电流控制信号CCS均上升,以增大电流Iramp。在单触发电路4311设定的第二预设时长后,晶体管M4和M7均关断。
[0055]特别地,斜坡信号RAMP的最大值受钳位电路334B限制。若斜坡信号RAMP大于钳位电压VCLAMP (共模电压VCM与电压源VS1所提供电压之和),误差放大器AMP1将改变晶体管M8的导通电阻,以将信号RAMP调节至等于钳位电压VCLAMP。
[0056]图6为根据本发明实施例的开关变换器300的原理性框图。与图2所示电路相比,开关变换器300进一步包括过零检测电路308。过零检测电路308检测流过电感器L的电流是否
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