开关变换器及其控制电路和控制方法
【专利摘要】本发明公开了采用恒定导通时间控制的开关变换器及其控制电路和控制方法。根据输入电压或控制信号产生补偿控制信号，并根据补偿控制信号对补偿信号进行调节，使得补偿信号在宽输入范围内均能具有合适的值。与现有技术相比，既避免了低输入下的抖动和次谐波振荡，也改善了高输入下的动态响应和负载调整率。
【专利说明】开关变换器及其控制电路和控制方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明的实施例涉及电子电路，尤其涉及开关变换器及其控制电路和控制方法。【背景技术】
[0002]恒定导通时间控制由于其优越的负载瞬态响应、简单的内部结构和平滑的工作模式切换，在电源领域得到了很好的应用。然而，对于采用恒定导通时间控制的开关变换器而言，即使采用瓷片电容作为输出电容器，其输出电压仍可能因为输出电容器的等效串联阻抗不足而产生次谐波振荡。
[0003]为了防止次谐波振荡的产生，常用的做法是引入一与电感电流同相的补偿信号。图1为传统的采用恒定导通时间控制的开关变换器100的电路原理图，其中由电阻器Rramp和电容器Cramp组成的斜坡补偿产生电路与电感器L并联。斜坡补偿产生电路产生的补偿信号RAMP被叠加至反馈信号FB以产生和值信号FBI。当和值信号FBl小于参考信号Vref时，开关管Ml导通，开关管M2关断。当开关管Ml导通的时间到达导通时间控制电路设置的时间阈值时，开关管Ml关断，开关管M2导通。
[0004]为了保证开关变换器在各种状态下均能保持稳定，需要慎重选择补偿信号RAMP。补偿信号RAMP太小，则输出电压上会出现抖动，甚至是次谐波振荡。而补偿信号RAMP太大，则开关变换器在轻载下会出现双脉冲(double pulse)，其动态响应和负载调整率也会受到不利影响。
[0005]经分析，图1所示补偿信号的幅值Vramp可表示为:
【权利要求】
1.一种用于开关变换器的控制电路，该开关变换器将输入电压转换为输出电压，包括第一开关管、第二开关管、电感器和输出电容器，该控制电路包括: 导通时间控制电路，产生导通时间控制信号； 斜坡补偿产生电路，产生补偿信号； 比较电路，耦接至斜坡补偿产生电路，将补偿信号与代表输出电压的反馈信号之和同参考信号进行比较，产生比较信号； 逻辑电路，耦接至导通时间控制电路和比较电路，根据导通时间控制信号和比较信号产生具有占空比的控制信号； 驱动电路，耦接至逻辑电路以接收控制信号，并根据控制信号产生第一驱动信号和第二驱动信号以驱动第一开关管和第二开关管；以及 前馈电路，根据输入电压或控制信号产生补偿控制信号；其中斜坡补偿产生电路耦接至前馈电路以接收补偿控制信号，并根据补偿控制信号对补偿信号进行调节。
2.如权利要求1所述的控制电路，其中补偿信号的幅值同占空比与占空比平方之差成正比。
3.如权利要求1所述的控制电路，其中补偿信号的上升斜率同I与占空比之差成正比，补偿信号的下降 斜率同占空比成正比。
4.如权利要求1所述的控制电路，其中斜坡补偿产生电路包括: 可变电阻器，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至电感器的一端，控制端耦接至前馈电路以接收补偿控制信号，第二端耦接至比较电路以提供补偿信号；以及 斜坡电容器，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至可变电阻器的第二端，第二端耦接至电感器的另一端。
5.如权利要求4所述的控制电路，其中可变电阻器包括: 多个串联连接的电阻器；以及 多个开关管，分别与多个电阻器并联。
6.如权利要求1所述的控制电路，其中斜坡补偿产生电路包括: 第三开关管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端接收输出电压，控制端耦接至逻辑电路以接收控制信号； 第一电流源，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至供电电压，控制端耦接至第三开关管的第二端； 第一电容器，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至第一电流源的第二端，第二端接地；以及 第二电流源，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至第一电流源的第二端和第一电容器的第一端，第二端接地，控制端耦接前馈电路以接收补偿控制信号，其中补偿控制信号同占空比与输出电压之积成正比。
7.如权利要求6所述的控制电路，其中前馈电路包括: 第四开关管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端接收输出电压，控制端耦接至逻辑电路以接收控制信号； 非门，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；第五开关管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至第四开关管的第二端，第二端接地，控制端耦接至非门的输出端； 第一电阻器，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至第四开关管的第二端和第五开关管的第一端； 第二电容器，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至第一电阻器的第二端，第二端接地； 放大器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端稱接至第一电阻器的第二端和第二电容器的第一端，第二输入端接地，输出端耦接至第二电流源的控制端以提供补偿控制信号；以及 第二电阻器，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至放大器的输出端，第二端接地。
8.一种用于开关变换器的控制电路，该开关变换器将输入电压转换为输出电压，包括第一开关管、第二开关管、电感器和输出电容器，该控制电路包括: 导通时间控制电路，产生导通时间控制信号； 斜坡补偿产生电路，产生补偿信号，其中斜坡补偿产生电路与电感器并联，包括串联连接的可变电阻器和斜坡电容器； 比较电路，耦接至斜坡补偿产生电路，将补偿信号与代表输出电压的反馈信号之和同参考信号进行比较，产 生比较信号； 逻辑电路，耦接至导通时间控制电路和比较电路，根据导通时间控制信号和比较信号产生具有占空比的控制信号； 驱动电路，耦接至逻辑电路以接收控制信号，并根据控制信号产生第一驱动信号和第二驱动信号以驱动第一开关管和第二开关管；以及 前馈电路，根据输入电压或控制信号产生补偿控制信号，以调节斜坡补偿产生电路中的可变电阻器。
9.如权利要求8所述的控制电路，其中当输入电压增大或占空比减小时，可变电阻器的阻值被增大。
10.如权利要求8所述的控制电路，其中可变电阻器的阻值与占空比成反比。
11.如权利要求8所述的控制电路，其中可变电阻器包括: 多个串联连接的电阻器；以及 多个开关管，分别与多个电阻器并联。
12.—种开关变换器，包括第一开关管、第二开关管、电感器、输出电容器以及如权利要求I至11中任一项所述的控制电路。
13.如权利要求12所述的开关变换器，其中第二开关管由二极管代替。
14.一种用于开关变换器的控制方法,该开关变换器将输入电压转换为输出电压，包括第一开关管、第二开关管、电感器和输出电容器，该控制方法包括: 产生导通时间控制信号； 产生补偿信号； 将补偿信号与代表输出电压的反馈信号之和同参考信号进行比较，产生比较信号； 根据导通时间控制信号和比较信号产生具有占空比的控制信号； 根据控制信号产生第一驱动信号和第二驱动信号以驱动第一开关管和第二开关管；根据输入电压或控制信号产生补偿控制信号；以及 根据补偿控制信号对补偿信号进行调节，使补偿信号的幅值同占空比与占空比平方之差成 正比。
【文档编号】H02M3/157GK104022648SQ201410165759
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年4月23日 优先权日:2014年4月23日
【发明者】袁伟, 欧阳茜 申请人:成都芯源系统有限公司