开关电源及其控制电路和方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及电子电路，尤其涉及开关电源及其控制电路。
【背景技术】
[0002] 在直流/直流开关电源中，有时需要根据需求调节开关电源的频率。例如，通过开 关电源控制芯片上的频率设置引脚外接频率调节电阻以对开关电源的频率进行调节。
[0003] 在现有的开关电源中，开关电源频率发生变化时，通常其带宽不变，这会使得开关 电源性能恶化。
[0004] 因此，本发明提出一种带宽会随着开关频率同步变化的开关电源及其控制电路和 方法。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种带宽会随着开关频率同 步变化的开关电源及其控制电路和方法。
[0006] 根据本发明实施例的一种用于控制开关电路的控制电路。开关电路包括开关和输 出电感器，开关电路通过开关的导通与关断将输入电压转换为输出电压。控制电路包括电 流产生电路、时钟信号产生电路、反馈控制环路和逻辑电路。电流产生电路产生振荡电流和 偏置电流。时钟信号产生电路产生用于控制开关电路中开关导通或关断频率的时钟信号。 该开关频率与振荡电流相关。反馈控制环路产生用于控制开关电路中开关导通或关断时长 的脉冲宽度调制信号。反馈控制环路的带宽与偏置电流相关。逻辑电路耦接至时钟信号产 生电路和反馈控制环路以接收时钟信号和脉冲宽度调制信号，逻辑电路还根据时钟信号和 脉冲宽度调制信号产生控制信号以控制开关电路中开关的导通和关断。振荡电流和偏置电 流相关以使反馈控制环路带宽与开关频率同向变化。
[0007] 根据本发明实施例的一种用于控制开关电路的控制电路，其振荡电流和偏置电流 成比例，开关频率与振荡电流成比例，且反馈控制环路的带宽与偏置电流成比例。
[0008] 根据本发明实施例的一种用于控制开关电源中开关导通与关断以将输入电压转 换为输出电压的控制方法，包括：产生相互关联的振荡电流和偏置电流；产生用于控制开 关电源中开关导通或关断频率的时钟信号以使开关频率与振荡电流相关；产生用于控制开 关电源中开关导通或关断时长的脉冲宽度调制信号以使开关电源的带宽与偏置电流相关； 以及根据时钟信号和脉冲宽度调制信号产生控制信号以控制开关电源中开关的导通和关 断；其中，振荡电流和偏置电流相关以使开关电源带宽与开关频率同向变化。
[0009] 根据本发明实施例的一种开关电源，包括开关电路和控制电路。开关电路，所述开 关电路包括开关和输出电感器，开关电路通过开关的导通与关断将输入电压转换为输出电 压。控制电路包括电流产生电路、时钟信号产生电路、反馈控制环路和逻辑电路。电流产生 电路产生振荡电流和偏置电流。时钟信号产生电路产生用于控制开关电路中开关导通或关 断频率的时钟信号。该开关频率与振荡电流相关。反馈控制环路产生用于控制开关电路中 开关导通或关断时长的脉冲宽度调制信号。反馈控制环路的带宽与偏置电流相关。逻辑电 路耦接至时钟信号产生电路和反馈控制环路以接收时钟信号和脉冲宽度调制信号，逻辑电 路还根据时钟信号和脉冲宽度调制信号产生控制信号以控制开关电路中开关的导通和关 断。振荡电流和偏置电流相关以使反馈控制环路带宽与开关频率同向变化。
[0010] 在本发明的实施例中，开关电源的带宽会随着开关频率同步变化。
【附图说明】
[0011] 图1示出依据本发明一实施例的开关电源100的电路图；
[0012] 图2示出图1中时钟信号产生电路102的信号波形示意图；
[0013] 图3示出了图1中误差放大补偿电路132的输出端T1至开关电源100的输出端 OUT的压控模型示意图；
[0014] 图4示出依据本发明另一实施例的误差放大补偿电路400 ;
[0015] 图5示出图4中误差放大补偿电路400的波特图；
[0016] 图6示出依据本发明另一实施例的电流产生电路600 ;
[0017] 图7示出依据本发明一实施例的开关电源700的框图；
[0018] 图8示出依据本发明一个实施例的开关电源控制方法800。
【具体实施方式】
[0019] 下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例 说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特 定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发 明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。
[0020] 在整个说明书中，对" 一个实施例"、"实施例"、" 一个示例"或"示例"的提及意味 着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。 因此，在整个说明书的各个地方出现的短语"在一个实施例中"、"在实施例中"、"一个示例" 或"示例"不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特 定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当 理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。应当理解， 当称"元件""连接到"或"耦接"到另一元件时，它可以是直接连接或耦接到另一元件或者 可以存在中间元件。相反，当称元件"直接连接到"或"直接耦接到"另一元件时，不存在中 间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语"和/或"包括一个或多个相 关列出的项目的任何和所有组合。
[0021] 在一个实施例中，开关电源的频率是指开关电源中所包括的开关器件的开关频 率。
[0022] 在本发明中，两个变量"相关"是指两个变量之间具有相随变动的关系。"正相关" 是指两个变量变动方向相同，即一个变量随着另一个变量的变化而发生相同方向的变化。 更具体地，"正相关"是一个变量由大到小或由小到大变化时，另一个变量亦由大到小或由 小到大变化。
[0023] 在接下来的描述中，为了便于表示，同一符号既可用于表示某元器件，也可用于表 示该元器件的某参数。例如，R1、R2、私％既可用于表示电阻器，也可用于表示该电阻器的阻 值。
[0024] 图1示出依据本发明一实施例的开关电源100的电路图。如图1所示，开关电源 100示例性地包括控制电路、开关电路101和输出采样电路105。开关电路101采用了同步 降压变换拓扑，其包括上开关管Ml、下开关管M2、输出电感器L和输出电容器C。开关电路 101通过上开关管Ml和下开关管M2的导通与关断将开关电路101输入端IN接收的输入信 号换为开关电路101输出端OUT的输出电压V(jUT(在一些实施例中，V(jUT亦可用于表不 开关电路101输出端OUT的其它类型的输出信号，如电流信号、功率信号等等）。上开关管 Ml的一端接收输入电压VIN，另一端电親接至下开关管M2的一端。下开关管M2的另一端接 地。输出电感器L的一端电親接至上开关管Ml和下开关管M2的公共端，输出电容器C电 親接在输出电感器L的另一端和参考地GND之间。输出电容器C两端的电压即为输出电压 V〇UT0
[0025] 本领域技术人员应当理解，图1所示降压式开关电路101只是示例性的，在其它实 施例中，开关电路101可采用任何合适的直流/直流或交流/直流变换拓扑结构，例如升压 变换器、降压变换器，正激、反激变换器等等。在图1所示实施例中，开关电路101采用同步 变换拓扑结构。然而，在另一实施例中，开关电路101可以采用非同步变换拓扑结构，其中， 非同步变换拓扑结构中的下开关管可以是二极管等。另外，开关电路101中的开关管可以 为任何半导体开关器件，例如金属氧化物半导体场效应晶体管（M0SFET)、绝缘栅双极晶体 管（IGBT)等。
[0026] 输出采样电路105电耦接至开关电路101以接收输出信号VQUT，并产生代表输出信 号V〇UT的输出米样信号V FB。输出米样信号VFB和输出信号V (JUT之间的关系可以表不为：
[0027] VFB= K FB X V0LJT (1)
[0028] 其中，KFB为输出采样系数。
[0029] 在图1所示实施例中，输出采样电路105示例性地包括由电阻R1和R2串联组成 的电阻分压器，该电阻分压器耦接于开关电源100的输出端OUT和参考地GND之间。其中， 电阻R1和R2的公共端作为输出采样电路105的输出端，提供输出采样信号VFB。这样，在 图1所示实施例中，反馈系数KFB为R2AR1+R2)。
[0030] 本技术领域的技术人员应当理解，在其它实施例中，输出采样电路105可以采用 任何其它合适的电路结构。在另外的实施例中，开关电源100可以不包括输出采样电路 105,输出信号作为输出采样信号V FB直接馈入控制电路中，即反馈系数K FB为1。
[0031] 控制电路包括电流产生电路104、时钟信号产生电路102、反馈控制环路103和逻 辑电路104。电流产生电路104用于产生相互关联的振荡电流I。%和偏置电流IB。在图1 所示实施例中，电流产生电路104示例性