软关断控制模块、参考信号发生单元、功率变换器及相关控制方法
【专利摘要】提出了一种功率变换器、适用于功率变换器的软关断控制模块、可变参考信号发生单元以及控制方法。功率变换器用于将输入电压转换为输出电压。可变参考信号发生单元为功率变换器提供可变参考信号。软关断控制模块用于控制功率变换器的关断过程，并在该关断过程中判定所述输入电压是否超过阈值信号，若超过则软关断控制模块控制所述可变参考信号增大，若未超过则软关断控制模块控制所述可变参考信号减小。该功率变换器在关断过程中基于可变参考信号和表征输出电压的电压反馈信号调整输出电压与可变参考信号同向变化。因此，本公开的功率变换器在关断过程中可以避免输入电压过压，使该关断过程平稳安全地完成。
【专利说明】软关断控制模块、参考信号发生单元、功率变换器及相关控制方法
【技术领域】
[0001]本公开的实施例涉及功率变换器，尤其涉及开关型功率变换器及软关断控制电路和相关控制方法。
【背景技术】
[0002]功率变换器，例如开关型功率变换器，已经被广泛应用于各种工业电子设备及消费电子设备中。以降压式开关型功率变换器为例，其经常被应用于需要将输入电压调整至稳定的更低输出电压的场合。
[0003]通常开关型功率变换器包括控制电路，用于控制开关单元的导通和关断切换，以将输入电压转换为合适的输出电压。在开关型功率变换器刚断电时，一般需要经过一个关断过程，以基于控制单元对开关单元的控制逐步将输出电压从其稳态期望值降至参考地电势。对于降压式开关功率变换器，其开关单元一般包括串联耦接于输入电压和地电势之间的高侧开关和低侧开关。其关断时，控制电路中用于防止流过低侧开关的低侧电流变负的过零检测电路一般不使能，从而允许该低侧电流在关断过程中变负。但是，若该降压型开关功率变换器工作于空载状态，而又刚好发生关断，所述低侧电流变负时，该降压型开关功率变换器将转化成升压型开关功率变换器。这是因为此时该负的低侧电流将对耦接于该功率变换器输入端的输入电容充电。如果该功率变换器输出端的输出电容较大，例如为1000 μ F，而输入电容相对较小，例如为20 μ F，则输入电容将被逐周期充电，致使输入电压增大。该输入电压很有可能增大至超过功率变换器允许的安全工作电压而将其烧毁，关断失败。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中的一个或多个问题，本公开的实施例提供一种软关断控制模块、参考信号发生单元、功率变换器及控制功率变换器的方法。
[0005]在本公开的一个方面，提出了一种软关断控制模块，用于控制降压型开关功率变换器的关断过程。其中该功率变换器至少包括主开关，并基于该主开关的导通和关断切换将输入电压转换为输出电压，该功率变换器具有软启动/软关断控制引脚，用于提供可变参考信号。根据本公开实施例的软关断控制模块具有第一输入端、第二输入端、第三输入端和输出端，其中该第一输入端用于接收所述输入电压；该第二输入端用于接收使能信号，该使能信号具有第一使能状态和第二使能状态，第一使能状态控制功率变换器关断，第二使能状态控制功率变换器启动并工作；该第三输入端用于接收阈值信号，该阈值信号用于判定所述输入电压在关断过程中是否过压；该软关断控制模块用于至少基于所述使能信号、输入电压和阈值信号在其输出端提供软关断控制信号；在使能信号为第一使能状态时，若所述输入电压高于所述阈值信号，所述软关断控制信号控制所述可变参考信号增大，若所述输入电压低于所述阈值信号，所述软关断控制信号控制所述可变参考信号减小。[0006]在一个实施例中，软启动/软关断控制引脚电耦接电容；在使能信号为第一使能状态时，所述软关断控制信号电耦接至该软启动/软关断控制引脚以对所述电容进行充放电控制，若所述输入电压高于所述阈值信号，所述软关断控制信号控制所述电容充电以使可变参考信号增大，若所述输入电压低于所述阈值信号，所述软关断控制信号控制所述电容放电以使可变参考信号减小。
[0007]在一个实施例中，软关断控制模块，包括:比较电路，具有第一比较输入端、第二比较输入端和比较输出端，该第一比较输入端用于接收所述输入电压，该第二比较输入端用于接收所述阈值信号，该比较电路用于对输入电压和阈值信号进行比较以在比较输出端提供比较信号；第一开关元件，具有第一开关控制端、开关第一端和开关第二端，第一开关控制端用于接收所述比较信号，开关第一端耦接第一电流源的第一端，开关第二端耦接软关断控制模块的输出端；第二开关元件，具有第二开关控制端、开关第三端和开关第四端，第二开关控制端用于接收所述比较信号，开关第三端耦接第二电流源的第一端，开关第二端耦接软关断控制模块的输出端；第一电流源，具有第一端和第二端，其第二端耦接开关功率变换器内部的电源；和第二电流源，具有第一端和第二端，其第二端连接至参考地；其中若输入电压小于所述阈值信号，所述比较信号具有第一逻辑状态，使第一开关元件关断、第二开关元件导通，则第二电流源提供的电流被电耦接输出为所述软关断控制信号；若输入电压大于所述阈值信号，比较信号具有第二逻辑状态，使第一开关元件导通、第二开关元件关断，则第一电流源提供的电流被电耦接输出为所述软关断控制信号。
[0008]在一个实施例中，软关断控制模块还包括失调校正电路，用于将输入电压通过该失调校正电路耦合至比较电路的第一比较输入端，该失调校正电路至少包括与所述主开关匹配的开关元件，该开关元件的击穿电压作为所述阈值信号；并且所述比较电路的第二比较输入端与所述阈值信号的耦接断开，该第二比较输入端耦接预设的第二阈值信号，该比较电路用于将第一比较输入端处的电压信号与该第二阈值信号比较，在其比较输出端提供所述比较信号；其中所述第二阈值信号设定为在所述输入电压增大至高于所述阈值信号时，所述电压信号达到的值；所述电压信号大于所述第二阈值信号时，所述比较信号具有所述第一逻辑状态，所述电压信号小于所述第二阈值信号时，所述比较信号具有所述第二逻辑状态。
[0009]在本公开的另一方面，提出了一种可变参考信号发生单元，用于为降压型开关功率变换器提供可变参考信号，该可变参考信号发生单元包括根据本公开实施例的软关断控制模块。
[0010]在一个实施例中，可变参考信号发生单元可以进一步包括:软启动控制模块，接收所述使能信号，并在该使能信号具有第一使能状态时不使能，在该使能信号具有第二使能状态时使能；该软启动控制模块使能时输出软启动控制信号，以控制所述可变参考信号在开关型功率变换器的启动过程中逐步增大；和选择模块，具有第一传输端、第二传输端、第三传输端和传输控制端，该第一传输端电耦接至所述软启动/软关断控制引脚；该第二传输端电耦接至软关断控制模块的输出端，用于接收所述软关断控制信号；该第三传输端电耦接至软启动控制模块的输出端，用于接收所述软启动控制信号；该控制端用于接收所述使能信号，在所述使能信号具有第一使能状态时，将第一传输端与第二传输端接通，在使能信号具有第二使能状态时，将第一传输端与第三传输端接通。[0011]在本公开的又一方面，提出了一种开关型功率变换器，包括:输入端，用于接收输入电压；输出端，用于提供输出电压；开关单元，至少包括主开关，基于驱动信号进行导通和关断切换以将输入电压转换为所述输出电压；控制单元，具有第一控制输入端、第二控制输入端和控制输出端，其中该第一控制输入端用于接收表征输出电压的电压反馈信号，该第二控制输入端用于接收表征所述输出电压的期望值的恒定参考信号，该控制单元被构建用于至少基于所述电压反馈信号和恒定参考信号在其控制输出端提供前述驱动信号至开关单元；以及根据本公开实施例的软关断控制模块；所述控制单元还可以具有第三控制输入端，用于接收所述可变参考信号，该控制单元进一步被构建以在功率变换器的关断过程中至少基于所述电压反馈信号和该可变参考信号在其控制输出端提供前述驱动信号至开关单元。
[0012]在本公开的又一方面，提出了一种开关型功率变换器，包括:输入端，用于接收输入电压；输出端，用于提供输出电压；开关单元，至少包括主开关，基于驱动信号进行导通和关断切换以将输入电压转换为所述输出电压；控制单元，具有第一控制输入端、第二控制输入端和控制输出端，其中该第一控制输入端用于接收表征输出电压的电压反馈信号，该第二控制输入端用于接收表征所述输出电压的期望值的恒定参考信号，该控制单元被构建用于至少基于所述电压反馈信号和恒定参考信号在其控制输出端提供前述驱动信号至开关单元；以及根据本公开实施例的可变参考信号发生单元，用于提供可变参考信号；所述控制单元还可以具有第三控制输入端，用于接收所述可变参考信号，该控制单元进一步被构建以在功率变换器的关断过程中至少基于所述电压反馈信号和该可变参考信号在其控制输出端提供前述驱动信号至开关单元。
[0013]在本公开的再一方面，提出了一种控制功率变换器的方法，该功率变换器至少包括主开关，并基于该主开关的导通和关断切换将输入电压转换为输出电压，其中该开关型功率变换器具有关断过程，所述控制功率变换器的方法包括:检测所述输出电压并提供表征该输出电压的电压反馈信号；提供可变参考信号；在关断过程中检测所述输入电压，并将该输入电压与阈值信号比较以提供软关断控制信号；在关断过程中基于软关断控制信号调节所述可变参考信号，若输入电压超过该阈值信号则所述软关断控制信号控制所述可变参考信号增大，若输入电压小于该阈值信号则所述软关断控制信号控制所述可变参考信号减小；在关断过程中基于所述电压反馈信号和该可变参考信号调节所述输出电压，使输出电压随可变参考信号减小而减小，并随可变参考信号增大而增大，从而使输入电压随可变参考信号增大而减小。
[0014]利用上述方案，根据本公开实施例的软关断控制模块或可变参考信号发生单元可以防止开关型功率变换器的输入电压在关断过程中超过其安全工作电压而将其烧毁，使功率变换器安全地逐渐关断。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]下面的附图有助于更好地理解接下来对本公开不同实施例的描述。这些附图并非按照实际的特征、尺寸及比例绘制，而是示意性地示出了本公开一些实施方式的主要特征。这些附图和实施方式以非限制性、非穷举性的方式提供了本公开的一些实施例。为简明起见，不同附图中具有相同功能的相同或类似的组件或结构采用相同的附图标记。[0016]图1示出了根据本公开一个实施例的功率变换器100的电路架构示意图；
[0017]图2示出了根据本公开一个实施例的可用作图1示意的软关断控制模块1041的电路架构7]^意图；
[0018]图3示出了根据本公开另一个实施例的可用作图1示意的软关断控制模块1041的电路架构不意图；
[0019]图4示出了根据本公开另一个实施例的可用作图1示意的软关断控制模块1041的电路架构不意图；
[0020]图5示出了根据本公开一个实施例的可用作图1示意的可变参考信号发生单元104的电路架构不意图；
[0021]图6示出了根据本公开一个实施例的控制功率变换器的方法600的示意图。【具体实施方式】
[0022]下面将详细说明本公开的一些实施例。在接下来的说明中，一些具体的细节，例如实施例中的具体电路结构和这些电路元件的具体参数，都用于对本公开的实施例提供更好的理解。本【技术领域】的技术人员可以理解，即使在缺少一些细节或者其他方法、元件、材料等结合的情况下，本公开的实施例也可以被实现。
[0023]在本公开的说明书中，提及“一个实施例”时均意指在该实施例中描述的具体特征、结构或者参数、步骤等至少包含在根据本公开的一个实施例中。因而，在本公开的说明书中，若采用了诸如“根据本公开的一个实施例”、“在一个实施例中”等用语并不用于特指在同一个实施例中，若采用了诸如“在另外的实施例中”、“根据本公开的不同实施例”、“根据本公开另外的实施例”等用语，也并不用于特指提及的特征只能包含在特定的不同的实施例中。本领域的技术人员应该理解，在本公开说明书的一个或者多个实施例中公开的各具体特征、结构或者参数、步骤等可以以任何合适的方式组合。另外，在本公开的说明书及权利要求中，“耦接”一词意指通过电气或者非电气的方式实现直接或者间接的连接。“一个”并不用于特指单个，而是可以包括复数形式。“在……中”可以包括“在……中”和“在……上”的含义。除非特别明确指出，“或”可以包括“或”、“和”及“或/和”的含义，并不用于特指只能选择几个并列特征中的一个，而是意指可以选择其中的一个或几个或其中某几个特征的组合。除非特别明确指出，“基于”一词不具有排它性，而是意指除了基于明确描述的特征之外，还可以基于其它未明确描述的特征。“电路”意指至少将一个或者多个有源或无源的元件耦接在一起以提供特定功能的结构。“信号”至少可以指包括电流、电压、电荷、温度、数据、压力或者其它类型的信号。若“晶体管”的实施例可以包括“场效应晶体管”或者“双极结型晶体管”，则“栅极/栅区”、“源极/源区”、“漏极/漏区”分别可以包括“基极/基区”、“发射极/发射区”、“集电极/集电区”，反之亦然。本领域的技术人员应该理解，以上罗列的对本公开中描述用语的解释仅仅是示例性的，并不用于对各用语进行绝对的限定。
[0024] 图1示出了根据本公开一个实施例的功率变换器100的电路架构示意图。该功率变换器100可以包括:输入端IN,用于接收输入电压Vin ;输出端OUT,用于提供输出电压Vo，以为负载供电，并为负载提供输出电流1 ;开关单元101，至少包括一主开关(例如图1中示意的主开关Mhs)，具有用于耦接所述输入端IN的第一端、用于耦接所述输出端OUT的第二端，以及用于接收驱动信号(例如图1中示意的第一驱动信号DRH和第二驱动信号DRL)的控制端，该开关单元101被配置为基于驱动信号进行导通和关断切换，以将输入电压Vin转换为合适的输出电压Vo ;以及控制单元102，至少具有第一控制输入端(例如图1中示意的输入端)、第二控制输入端(例如图1中示意的第一个“ + ”输入端)和控制输出端(图1中示意为包括第一控制输出端和第二控制输出端)，其中该第一控制输入端用于检测/接收表征输出电压Vo的电压反馈信号Vfb,该第二控制输入端用于接收表征输出电压Vo的期望值的恒定参考信号Vref。控制单元102被构建用于至少基于所述电压反馈信号Vfb和恒定参考信号Vref在其控制输出端提供前述驱动信号至开关单元101。根据本公开的一个示例性实施例，功率变换器100的开关单元101还可以包括从开关，例如图1中示意的从开关Mls。在图1的不例性实施例中，主开关Mhs和从开关M15串联I禹接于输入端IN和参考地GND之间，主开关Mhs和从开关Mu的公共耦接点形成切换电压输出端SW。主开关Mhs包括可控开关元件，例如示意为MOSFET,从开关M15也包括可控开关元件,例如示意为MOSFET。在从开关Mu采用可控开关元件的实施例中，所述控制单元102用于在其第一控制输出端和第二控制输出端分别提供第一驱动信号DRH和第二驱动信号DRL至开关单元101。该第一驱动信号DRH和第二驱动信号DRL实质上可以具有互补逻辑状态，分别用于驱动主开关Mhs和从开关M15,以使主开关Mhs和从开关M15进行互补地导通和关断切换，即主开关Mhs导通时从开关M15关断，主开关Mhs关断时从开关M15导通。开关单兀101在切换电压输出端SW (可以看作开关单元101的第二端)处提供切换信号vsw。
[0025]根据本公开的一个示例性实施例，功率变换器100还可以包括储能滤波单元103，被配置为在开关单元101的主开关Mhs导通时电耦接至输入端IN并储存能量，并在主开关Mhs关断时电耦接至输出端OUT以释放能量至负载。在图1示意的实施例中，滤波单元103示例性地包括感性储能元件Lo和容性储能元件Co。感性储能元件Lo至少稱接所述开关单元101，例如图1中示意为其一端耦接开关单元101 (例如切换电压输出端SW)，其另一端耦接输出端0UT，该感性储能元件Lo被配置为在主开关Mhs导通时电耦接至输入端IN并储存能量，并在主开关Mhs关断时电耦接至输出端OUT以释放能量，其储存和释放能量时产生电感电流IL。容性储能元件Co的一端耦接输出端0UT，另一端连接至参考地GND，用于对开关单兀101的输出(例如切换信号Vsw)滤波(或者可以看作对输出电压Vo滤波)以使输出端OUT提供平滑的输出电压Vo。图1示意的示例性实施例中，功率变换器100具有降压型变换器(buck converter)拓扑结构,也可以称为降压型开关功率变换器100。
[0026]根据本公开的一个示例性实施例，功率变换器100还可以包括反馈电路，用于检测输出电压Vo并提供表征输出电压Vo的电压反馈信号Vfb。例如，图1中的反馈电路示意为包括串联耦接在输出端OUT与参考地GND之间的第一反馈电阻Rfb与第二反馈电阻Rref，在该第一反馈电阻Rfb与第二反馈电阻Rref的公共节点处提供电压反馈信号Vfb。在其它的实施例中，也可以采用其它合适的反馈电路，甚至也可以不包括反馈电路，而是可以通过直接反馈输出电压Vo以提供电压反馈信号Vfb。
[0027]—般在功率变换器100刚上电时，即将开关型功率变换器100的输入端IN刚接入输入电压Vin时,其输出电压Vo还未建立至稳态期望值。这时的输出电压Vo相对于稳态期望值很低，例如通常为参考地电势。因而，开关型功率变换器100通常有一个启动过程，以基于控制单元102对开关单元101的控制逐步将输出电压Vo从参考地(GND)电势增大到其稳态期望值。该启动过程由该开关型功率变换器100被启动时刻(即刚上电时刻)开始至其输出电压Vo基本上增大到其期望值时止。同样，在开关型功率变换器100刚断电时，需要经过一个关断过程，以基于控制单元102对开关单元101的控制逐步将输出电压Vo从其稳态期望值降至参考地(GND)电势。根据本公开的一个示例性实施例，功率变换器100的控制单元102还可以具有第三控制输入端(例如图1中示意的第二个“ + ”输入端)，用于接收可变参考信号Vss，该可变参考信号Vss用于控制该功率变换器100进行软启动或软关断。该控制单元102进一步被构建用于在功率变换器100的启动过程和关断过程中至少基于所述电压反馈信号Vfb和可变参考信号Vss在其控制输出端提供前述驱动信号至开关单元101。在启动过程中，可以通过设置所述可变参考信号Vss经过预设的启动持续时间由参考地电势逐步增大至例如所述恒定参考信号Vref，以设定该启动过程经过所述启动持续时间后完成(软启动)。在关断过程中，可以通过设置所述可变参考信号Vss经过预设的关断持续时间由例如所述恒定参考信号Vref逐步减小至参考地电势，以设定该关断过程经过所述关断持续时间后完成(软关断)。
[0028]根据本公开的一个示例性实施例，参考图1，控制单元102可以包括负载调整电路1021和逻辑控制电路1022。负载调整电路1021具有第一输入端(例如图1中示意的输入端)用于接收所述电压反馈信号Vfb，第二输入端(例如图1中示意的“ + ”输入端)用于接收所述恒定参考信号Vref，第三输入端(例如图1中示意的又一“ + ”输入端)用于接收所述可变参考信号Vss。该负载调整电路1021用于将所述恒定参考信号Vref和所述可变参考信号Vss中的较小者与所述电压反馈信号Vfb进行运算，并提供表征该电压反馈信号Vfb与所述较小者之差值的差值信号，至少基于该差值信号提供脉冲宽度调制信号PWM。逻辑控制电路1022至少基于该脉冲宽度调制信号PWM和系统时钟信号CLK产生所述第一驱动信号DRH和第二驱动信号DRL。在一个实施例中，控制单元102还可以包括过零检测电路1023，用于检测流经所述从开关Mu的低侧电流L或流经所述感性储能元件Lo的电感电流IL，并判定该低侧电流L或该电感电流IL是否小于零，基于判定结果提供过零判定信号ZCD至逻辑控制电路1022。若检测到该低侧电流L或该电感电流IL由正向负过零(即检测到该低侧电流L或该电感电流IL要小于零/变负)，则逻辑控制电路1022基于所述过零判定信号ZCD将所述从开关Μ。关断，以防止低侧电流ILS或该电感电流IL变负导致的不良影响。
[0029]根据本公开的一个示例性实施例，开关型功率变换器100还可以包括可变参考信号发生单元104，用于提供所述可变参考信号Vss。参考图1示例，可变参考信号发生单元104可以包括电容Css。电容Css具有电容第一端，电耦接于控制单元102的所述第三控制输入端，和电容第二端，连接至参考地GND。通常该电容Css未集成于功率变换器100内部，而由用户提供。例如，在一个实施例中，该功率变换器100具有连接至所述第三控制输入端的软启动/软关断控制引脚SS，可以由用户在应用时耦接电容Css至该软启动/软关断控制引脚SS。可变参考信号发生单元104还可以包括软关断控制模块1041。该软关断控制模块1041具有第一输入端n2、第二输入端n3、第三输入端n4和输出端nl,该第一输入端n2用于接收所述输入电压Vin，该第二输入端n3用于接收使能信号EN，该第三输入端n4用于接收阈值信号Vov，该阈值信号Vov用于判定输入电压Vin在关断过程中是否过压。该软关断控制模块1041用于至少基于所述使能信号EN、输入电压Vin和阈值信号Vov在所述输出端nl提供软关断控制信号Soff。使能信号EN用于控制开关型功率变换器100的工作状态，使之工作或不工作。例如该使能信号EN可以具有第一使能状态和第二使能状态，第一使能状态控制功率变换器100关断，第二使能状态控制功率变换器100启动并工作。在图1的示例中，软关断控制模块1041的输出端nl电耦接至所述软启动/软关断控制引脚SS，从而将所述软关断控制信号Soff送至所述电容第一端，以控制电容Css在关断过程中充放电。在使能信号EN为第一使能状态(关断使能状态)时，若所述输入电压Vin达到/高于所述阈值信号Vov，所述软关断控制信号Soff控制所述电容Vss充电，若所述输入电压Vin低于所述阈值信号Vov，所述软关断控制信号Soff控制所述电容Vss放电。
[0030]对于图1示意的降压型开关功率变换器100，若根据应用需求将该功率变换器100关断，则使能信号EN具有所述第一使能状态(关断使能状态)，使所述软关断控制模块1041使能。在关断过程的初始阶段，所述输入电压Vin低于所述阈值信号Vov，所述软关断控制模块1041提供的所述软关断控制信号Soff控制所述电容Css放电，使所述可变参考信号Vss逐步降低。与此同时，控制单元102基于所述电压反馈信号Vfb和该可变参考信号Vss控制开关单元101的导通和关断切换，使输出电压Vo逐步降低。然而，功率变换器100关断时，控制单元102中的过零检测电路1023 —般不使能，从而允许流过从开关Mu的低侧电流L为负，但不超过设定的负电流阈值。但是，若该降压型开关功率变换器100工作于空载状态，而刚好发生关断，所述低侧电流L变为负时，该降压型开关功率变换器100将转化成升压型开关功率变换器。这是因为此时该负的低侧电流L将对输入电容Cin充电。如果输出电容Co较大，例如为1000 μ F，而输入电容Cin相对较小，例如为20 μ F，则输入电容Cin将被逐周期充电，致使输入电压Vin增大。输入电压Vin达到/高于所述阈值信号Vov时，本公开实施例的软关断控制模块1041提供的所述软关断控制信号SofT控制所述电容Css充电，使所述可变参考信号Vss增大。控制单元102响应于该增大的可变参考信号Vss可以使低侧电流电感电流IL)返负为正，从而使开关功率变换器100恢复降压模式，从输入端IN向输出端OUT传输能量,输入电压Vin随之下降。输入电压Vin降至低于所述阈值信号Vov时，本公开实施例的软关断控制模块1041提供的所述软关断控制信号Soff控制所述电容Css继续放电，使所述可变参考信号Vss减小，从而继续使输出电压Vo逐步降低。在整个关断过程中，软关断控制模块1041控制所述电容Css充放电的上述过程反复进行，直至所述可变参考信号Vss降至参考地电势，关断过程结束。由此可见，软关断控制模块1041可以防止输入电压Vin在关断过程中超过功率变换器100的安全工作电压而将其烧毁，使功率变换器100安全地逐渐关断。
[0031]图2示出了根据本公开一个实施例的软关断控制模块1041的电路架构示意图。在图2的示例中，软关断控制模块1041可以包括:比较电路201，第一开关元件202、第二开关元件203、第一电流源204和第二电流源205。比较电路201具有:第一比较输入端(例如输入端)，用于接收输入电压Vin;第二比较输入端(例如“ + ”输入端)用于接收所述阈值信号Vov ;和比较输出端，该比较电路201用于对输入电压Vin和阈值信号Vov进行比较，在比较输出端提供比较信号VC。第一开关元件202具有第一开关控制端、开关第一端和开关第二端，第一开关控制端用于接收所述比较信号VC，开关第一端耦接第一电流源204的第一端，开关第二端耦接软关断控制模块1041的输出端nl。第一电流源204的第二端耦接电源Vcc，该电源Vcc可以是所述输入电压Vin也可以是由开关功率变换器100内部其它电路提供的电压。第二开关元件203具有第二开关控制端、开关第三端和开关第四端，第二开关控制端用于接收所述比较信号VC，开关第三端耦接第二电流源205的第一端，开关第二端耦接软关断控制模块1041的输出端nl。第二电流源205的第二端连接至参考地GND。若输入电压Vin小于阈值信号Vov，比较信号VC具有第一逻辑状态(例如“逻辑高”)，使第一开关元件202关断、第二开关元件203导通，第二电流源205提供的电流被电耦接输出为软关断控制信号Soff，对电容Css放电。若输入电压Vin大于阈值信号Vov，比较信号VC具有第二逻辑状态(例如“逻辑低”)，使第一开关元件202导通、第二开关元件203关断，第一电流源204提供的电流被电耦接输出为软关断控制信号Soff，对电容Css充电。
[0032]图3示出了根据本公开一个实施例的软关断控制模块1041的电路架构示意图。为简明且便于理解，图3示意的软关断控制模块1041中那些功能上与图2示意的软关断控制模块1041中相同的同样或类似的组件或结构沿用了相同的附图标记。并且对于这些相同或类似的电路单元/组件的结构和功能不再重复描述。图2中过压阈值Vov实质上是固定值，而功率变换器100中因输入电压Vin过大可能被损毁的元件例如主开关Mhs的耐压阈值会随温度、制作工艺等因素变化，因而限制了该过压阈值Vov的设定需相对保守，必须取温度、工艺等变化时功率变换器100能耐受的各最大输入电压Vin中的最小值，甚至更小。根据图3的示例性实施例，软关断控制模块1041还可以包括失调校正电路206，用于将输入电压Vin通过该失调校正电路206耦合至比较电路201的第一比较输入端(图3中的输入端)，以调节输入电压Vin的过压阈值Vov，从而校正因温度、制作工艺等因素引起的对输入电压Vin过压判定的偏差，使功率变换器100中的电路工作在芯片安全工作电压范围内，并使接收输入电压Vin的主开关Mhs的耐高压能力完全发挥。
[0033]图3中，失调校正电路206可以包括可控电流源电路301、电流镜电路302和电流至电压转换电路303。可控电流源电路301具有使能端(n2)，电源端(Vcc)、接地端和输出端，其使能端接收所述使能信号EN，电源端接收内部电压Vcc，接地端耦接至参考地GND。该可控电流源电路301被构建以在使能信号EN具有第一使能状态(关断使能状态)时输出参考电流Iref，在使能信号EN具有第二使能状态(非关断使能状态)时切断参考电流Iref。可控电流源电路301示例性地包括:参考电流源3011，用于提供参考电流Iref ;第三开关元件3012，具有第三开关控制端、开关第五端和开关第六端，该第三开关控制端用于接收所述使能信号EN，开关第五端耦接参考电流源3011的输出端以接收参考电流Iref，开关第六端接可控电流源电路301的输出端；第四开关元件3013，具有第四开关控制端、开关第七端和开关第八端，该第四开关控制端用于接收所述使能信号EN，开关第七端接可控电流源电路301的输出端，开关第八端接参考地GND。使能信号EN具有第一使能状态(关断使能状态)时，第三开关元件3012导通且第四开关元件3013关断，参考电流Iref经第三开关元件3012送至可控电流源电路301的输出端；使能信号EN具有第二使能状态(非关断使能状态)时，第三开关元件3012关断且第四开关元件3013导通，将参考电流Iref至可控电流源电路301的输出端之通路切断。
[0034]仍参考图3，电流镜电路302具有镜像输入端n5、镜像输出端n6和电流汇总端n7，其中镜像输入端n5电连接于可控电流源电路301的输出端，以在使能信号EN具有第一使能状态时接收参考电流Iref，镜像输出端n6用于以镜像比例K复制参考电流Iref以提供复制电流Icopy (即:Icopy = K*Iref) ,K为大于O的实数,该镜像输出端n6还稱接至软关断控制模块1041的第二输入端n3用于接收输入电压Vin，电流汇总端n7用于提供流过镜像输入端n5的电流和流过镜像输出端n6的电流之和(和电流)Isum0电流镜电路302示例性地可以包括:第一高压双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管(DMOS) 3021和第二 DMOS3022，该第一 DMOS 3021的漏极与栅极连接并形成镜像输入端n5，第二 DMOS 3022的漏极形成镜像输出端n6，其栅极接第一 DMOS 3021的栅极，第一 DMOS 3021和第二 DMOS 3022的源极连接形成电流汇总端n7。镜像比例K可以通过设定第二 DMOS 3022与第一 DMOS 3021的沟道宽长比的比值来调整。
[0035]电流至电压转换电路303耦接于电流汇总端n7与参考地GND之间，用于将电流汇总端n7的和电流Isum转换为电压信号Vinl，转换系数为Rk。图3示例中，电流至电压转换电路303示意为包括转换电阻Rk。本领域的技术人员应该理解这仅用于提供示例，并不对本发明进行任何限定，在其它实施例中，该电流至电压转换电流303还可以包括任何其它合适的将电流信号转换为电压信号的电路或元件。
[0036]在图3的示例中，比较电路201的第一比较输入端(例如输入端)，用于接收所述电压信号Vinl ;其第二比较输入端(例如“ + ”输入端)用于接收第二阈值信号Vovl ；该比较电路201用于将所述电压信号Vinl和第二阈值信号Vovl进行比较，在其比较输出端提供所述比较信号VC。第二阈值信号Vovl具有预先设定的合理阈值，基本可以设定为在输入电压Vin增大至高于所述阈值信号Vov时，所述电压信号Vinl达到的值。
[0037]在功率变换器100的正常关断过程中，使能信号EN具有第一使能状态(关断使能状态)，可控电流源电路301输出参考电流Iref，电流镜电路302的镜像输入端n5 (图3中第一 DMOS 3021的漏极)接收该参考电流Iref，镜像输出端n6提供复制电流Icopy，则电流汇总端n7的和电流Isum应为参考电流Iref与复制电流Icopy之和，即Isum = Iref+Icopy=(l+K)*Iref。这种情况下，电流至电压转换电路303将该和电流Isum转换为电压信号Vinl后，该电压信号Vinl实质上基本具有恒定的值，在图3示例中可以表示为:Vinl =Isum*Rk = (l+K)*Iref*Rk。通过设定参考电流Iref、镜像比例K以及转换系数Rk可以调节电压信号Vinl的值，使该电压信号Vinl在正常关断过程中小于所述第二阈值信号Vovl。那么比较信号VC具有第一逻辑状态(例如“逻辑高”)，使第一开关元件202关断、第二开关元件203导通，第二电流源205提供的电流被电耦接输出为软关断控制信号Soff，对电容Css放电。
[0038]在关断过程中，一旦由于低侧电流I15变负对输入电容Cin充电而导致输入电压Vin增大至高于所述阈值信号Vov，电流镜电路302的镜像输出端n6输出的电流立即增大，导致和电流Isum瞬时增大，则所述电压信号Vinl大于所述第二阈值信号Vovl。那么比较信号VC具有第二逻辑状态(例如“逻辑低”)，使第一开关元件202导通、第二开关元件203关断，第一电流源204提供的电流被电耦接输出为软关断控制信号Soff，对电容Css充电。对于图3的示例，可以将电流镜电路302中第二 DM0S3022的击穿电压Vbv看作所述阈值信号Vov，则输入电压Vin增大至高于该击穿电压Vbv时，流过第二 DMOS 3022的电流(即镜像输出端n6输出的电流)瞬时增大，导致所述电压信号Vinl大于所述第二阈值信号Vovl。因此，电容Css被充电直至低侧电流I15返负为正，使输入电压Vin随之下降。输入电压Vin降至低于所述击穿电压Vbv后，电流镜电路302恢复正常，所述电压信号Vinl恢复至小于所述第二阈值信号Vovl，则软关断控制模块1041提供的所述软关断控制信号Soff控制所述电容Css继续放电，使所述可变参考信号Vss减小，从而继续使输出电压Vo逐步降低。在整个关断过程中，软关断控制模块1041控制所述电容Css充放电的上述过程反复进行，直至所述可变参考信号Vss降至参考地电势，关断过程结束。
[0039]图3的实施例中，由于可以采用第二 DMOS 3022的击穿电压Vbv作为所述阈值信号Vov以判定输入电压Vin是否过压，而该击穿电压Vbv可以跟随温度、制作工艺等因素的变化，因而可以使功率变换器100中的电路工作在芯片安全工作电压范围内，并有利于最大限度发挥功率变换器100中接收输入电压Vin的元器件(例如主开关Mhs)的耐压能力。
[0040]图4示出了根据本公开一个实施例的软关断控制模块1041的电路架构示意图。为简明且便于理解，图4示意的软关断控制模块1041中那些功能上与图2示意的软关断控制模块1041中相同的同样或类似的组件或结构沿用了相同的附图标记。并且对于这些相同或类似的电路单元/组件的结构和功能不再重复描述。根据图4的示例性实施例，软关断控制模块1041还可以包括失调校正电路207，用于将输入电压Vin通过该失调校正电路207耦合至比较电路201的第一比较输入端(图3中的输入端)，以校正因温度、制作工艺等因素引起的对输入电压Vin过压判定的偏差，使功率变换器100中的电路工作在芯片安全工作电压范围内，并使接收输入电压Vin的主开关Mhs的耐高压能力完全发挥。
[0041]图4中，失调校正电路207可以包括可控电流源电路401和电流至电压转换电路402。可控电流源电路401具有使能端(n2)，电源端(n3)、和输出端(n8)，其使能端接收所述使能信号EN，电源端接收输入电压Vin。该可控电流源电路301被构建以在使能信号EN具有第一使能状态(关断使能状态)时在其输出端n8提供电流信号IM，在使能信号EN具有第二使能状态(非关断使能状态)时切断该电流信号IM。可控电流源电路401示例性地包括:第三DMOS 4011，具有漏极、源极和栅极，其漏极接电源端以接收输入电压Vin，栅极连接至源极用于提供电流信号IM;和第四开关元件4012，具有第四开关控制端、开关第九端和开关第十端，该第四开关控制端用于接收所述使能信号EN，开关第九端耦接第三DMOS 4011的源极以接收电流信号IM，开关第十端接可控电流源电路401的输出端n8。使能信号EN具有第一使能状态(关断使能状态)时，第四开关元件4012导通，电流信号Im经第四开关元件4012送至可控电流源电路401的输出端n8 ;使能信号EN具有第二使能状态(非关断使能状态)时，控制第四开关元件4012关断，将电流信号Im至可控电流源电路401的输出端n8之通路切断。
[0042]电流至电压转换电路402耦接于可控电流源电路401的输出端n8与参考地GND之间，用于将该输出端n8的电流信号转换为电压信号Vin2，转换系数为Rk。图4示例中，电流至电压转换电路402示意为包括转换电阻Rk。本领域的技术人员应该理解这仅用于提供示例，并不对本发明进行任何限定，在其它实施例中，该电流至电压转换电流402还可以包括任何其它合适的将电流信号转换为电压信号的电路或元件。
[0043]在图4的示例中，比较电路201的第一比较输入端(例如输入端)，用于接收所述电压信号Vin2 ;其第二比较输入端(例如“ + ”输入端)用于接收第三阈值信号Vov2 ；该比较电路201用于将所述电压信号Vin2和第三阈值信号Vov2进行比较，在其比较输出端提供所述比较信号VC。第三阈值信号Vov2具有预先设定的合理阈值，基本可以设定为在输入电压Vin增大至高于所述阈值信号Vov时，所述电压信号Vin2达到的值。[0044]在功率变换器100的正常关断过程中，使能信号EN具有第一使能状态(关断使能状态)，可控电流源电路401在其输出端n8提供电流信号IM，电流至电压转换电路402接收该电流信号IM，并将其转换为电压信号Vin2。这种情况下，该电压信号Vin2实质上基本具有恒定的值，在图4示例中可以表示为:Vin2 = IM*Rk。通过设定转换系数Rk可以调节电压信号Vin2的值，使该电压信号Vin2在正常关断过程中小于所述第三阈值信号Vov2。那么比较信号VC具有第一逻辑状态(例如“逻辑高”)，使第一开关元件202关断、第二开关元件203导通，第二电流源205提供的电流被电耦接输出为软关断控制信号Soff，对电容Css放电。
[0045]在关断过程中，一旦由于低侧电流I15变负对输入电容Cin充电而导致输入电压Vin增大至高于所述阈值信号Vov,可控电流源电路401的输出端n8输出的电流信号Im立即增大，导致所述电压信号Vin2大于所述第三阈值信号Vov2。那么比较信号VC具有第二逻辑状态(例如“逻辑低”)，使第一开关元件202导通、第二开关元件203关断，第一电流源204提供的电流被电耦接输出为软关断控制信号Soff，对电容Css充电。对于图4的示例，可以将可控电流源电路401中第三DMOS 4011的击穿电压Vbv看作所述阈值信号Vov，则输入电压Vin增大至高于该击穿电压Vbv时，流过第三DM0S4011的电流(即电流信号Im)瞬时增大，导致所述电压信号Vin2大于所述第三阈值信号Vov2。因此，电容Css被充电直至低侧电流L返负为正，使输入电压Vin随之下降。输入电压Vin降至低于所述击穿电压Vbv后，第三DMOS 4011恢复正常，所述电压信号Vin2恢复至小于所述第三阈值信号Vov2，则软关断控制模块1041提供的所述软关断控制信号Soff控制所述电容Css继续放电，使所述可变参考信号Vss减小，从而继续使输出电压Vo逐步降低。在整个关断过程中，软关断控制模块1041控制所述电容Css充放电的上述过程反复进行，直至所述可变参考信号Vss降至参考地电势，关断过程结束。
[0046]图4的实施例中，由于可以采用第三DMOS 4011的击穿电压Vbv作为所述阈值信号Vov以判定输入电压Vin是否过压，而该击穿电压Vbv可以跟随温度、制作工艺等因素的变化，因而可以使功率变换器100中的电路工作在芯片安全工作电压范围内，并有利于最大限度发挥功率变换器100中接收输入电压Vin的元器件(例如主开关Mhs)的耐压能力。
[0047]图5示出了根据本公开一个实施例的可变参考信号发生单元104的电路架构示意图。为简明且便于理解，图5示意的可变参考信号发生单元104中那些功能上与图1示意的可变参考信号发生单元104中相同的同样或类似的组件或结构沿用了相同的附图标记。参考图5，可变信号发生单元104还可以包括软启动控制模块1042和选择模块1043。软启动控制模块1042接收所述使能信号EN，并在该使能信号EN具有第一使能状态(关断使能状态)时不使能，在该使能信号EN具有第二使能状态(非关断使能状态)时使能。该软启动控制模块1042使能时输出软启动控制信号Son。选择模块1043具有第一传输端s1、第二传输端s2、第三传输端s3和传输控制端s4。第一传输端Si电耦接至所述软启动/软关断控制引脚SS ;第二传输端s2电耦接至软关断控制模块1041的输出端nl，用于接收所述软关断控制信号Soff ;第三传输端s3电耦接至软启动控制模块1042的输出端，用于接收所述软启动控制信号Son ;控制端s4用于接收所述使能信号EN，在所述使能信号EN具有第一使能状态时，将第一传输端Si与第二传输端s2接通，在使能信号EN具有第二使能状态时，将第一传输端s2与第三传输端s3接通。[0048]在功率变换器100启动过程中，使能信号EN具有第二使能状态，使所述软启动控制模块1042使能，同时使所述软关断控制模块1041不使能。因而软启动控制模块1042输出所述软启动控制信号Son至选择模块1043的第三传输端s3，并被传送至第一传输端sl，从而该软启动控制信号Son电耦接至所述软启动/软关断控制引脚SS以对电容Css充电，使所述可变参考信号Vss逐渐增大。控制单元102基于该增大的可变参考信号Vss以及电压反馈信号Vfb调节所述输出电压Vo逐步增大，直至可变参考信号Vss达到所述恒定参考信号Vref，启动过程结束。
[0049]在功率变换器100关断过程中，使能信号EN具有第一使能状态，使所述软关断控制模块1041使能，同时使所述软启动控制模块不使能。因而软关断控制模块1041输出所述软关断控制信号Soff至选择模块1043的第二传输端s2，并被传送至第一传输端Si，从而该软关断控制信号Soff电耦接至所述软启动/软关断控制引脚SS。在这种情况下，软关断控制模块1041判断输入电压Vin是否超过阈值信号Vov (允许的安全阈值)，若输入电压Vin小于该阈值信号Vov，则软关断控制信号Soff控制电容Css放电，使可变参考信号Vss逐渐减小。一旦输入电压Vin高于所述阈值信号Vov，软关断控制信号Soff控制电容Css充电，使可变参考信号Vss在短时间内逐渐增大以通过控制单元102调节所述输入电压Vin下降。直至输入电压Vin降至低于所述阈值信号Vov后，软关断控制信号Soff控制所述电容Css继续放电，使所述可变参考信号Vss继续减小，那么控制单元102继续使输出电压Vo逐步降低。在整个关断过程中，软关断控制模块1041控制所述电容Css充放电的上述过程反复进行，直至所述可变参考信号Vss降至参考地电势，关断过程结束。
[0050]可见，图5实施例的可变参考信号发生单元104可以实现对功率变换器的启动过程和关断过程进行控制。并且在关断过程中，可以判定输入电压Vin是否超过其允许的安全阈值(阈值信号Vov)，若超过该安全阈值则通过调节可变参考信号Vss由逐步减小转变为在短时间内逐步增大而使输入电压Vin降低至小于其安全阈值，随后调节该可变参考信号Vss继续逐步减小，以使输出电压Vo降低，如此反复，直至关断过程结束。这样不仅可以防止输入电压Vin在关断过程中超过功率变换器100的安全工作电压而将其烧毁，而且在采用诸如图3、图4实施例的软关断控制模块1041的情况下，还可以使安全阈值(阈值信号Vov)跟随温度、制作工艺等参数的变化，以使功率变换器100中的电路工作在芯片安全工作电压范围内，并使接收输入电压Vin的元器件(例如主开关Mhs)的耐压能力得以最大限度地发挥。
[0051]根据本公开各实施例及其变形实施方式的可变参考信号发生单元104、软关断控制模块1041及功率变换器100的有益效果不应该被认为仅仅局限于以上所述的。根据本公开各实施例的这些及其它有益效果可以通过阅读本公开的详细说明及研究各实施例的附图被更好地理解。
[0052]图6示出了根据本公开一个实施例的控制功率变换器的方法600的示意图。所述功率变换器(例如图1至图5示意的各实施例所涉及的功率变换器100)至少包括主开关(例如图1至图5所示实施例中的主开关Mhs)，并基于该主开关的导通和关断切换将输入电压Vin转换为输出电压Vo，其中该开关型功率变换器具有关断过程，该关断过程从该开关型功率变换器被断电时刻开始至所述输出电压减小至参考地电势时止。所述控制功率变换器的方法包括:步骤601，检测所述输出电压并提供表征该输出电压的电压反馈信号；步骤602，提供可变参考信号；步骤603，在关断过程中检测所述输入电压，并将该输入电压与阈值信号比较以提供软关断控制信号；步骤604，在关断过程中，若输入电压超过该阈值信号则所述软关断控制信号控制所述可变参考信号增大，若输入电压小于该阈值信号则所述软关断控制信号控制所述可变参考信号减小；步骤605，在关断过程中基于所述电压反馈信号和该可变参考信号调节所述输出电压，使输出电压随可变参考信号减小而减小，并随可变参考信号增大而增大，从而使输入电压随可变参考信号增大而减小。
[0053]根据本公开的一个实施例，在步骤602，提供可变参考信号可以包括:在关断过程中，采用软关断控制信号对电容(例如图1至图5示意的电容Css)进行充放电控制，以产生该可变参考信号；在步骤604，所述软关断控制信号通过控制所述电容充电以使所述可变参考信号增大，通过控制所述电容放电以使所述可变参考信号减小。
[0054]根据本公开的一个实施例，在步骤603，选择与所述主开关匹配的开关元件的击穿电压作为所述阈值信号，以使该阈值信号可以跟随温度、制作工艺等引起的变化。
[0055]根据本公开的一个实施例，功率变换器还可以具有启动过程，该启动过程从功率变换器被启动时刻(即刚上电时刻)开始至其输出电压基本上增大至其期望值时止。所述控制功率变换器的方法600还可以包括:步骤606，在启动过程中提供软启动控制信号；步骤607，基于使能信号选择在启动过程中采用所述软启动控制信号控制所述可变参考信号，并选择在关断过程中采用所述软关断控制信号控制所述可变参考信号；步骤608在启动过程中基于所述电压反馈信号和该可变参考信号调节所述输出电压，使输出电压随可变参考信号减小而减小，并随可变参考信号增大而增大。
[0056]根据本公开的一个实施例，在步骤602，提供可变参考信号还可以包括:在启动过程中，采用软启动控制信号对电容(例如图1至图5示意的电容Css)进行充放电控制，以产生该可变参考信号；在步骤607，所述软启动控制信号通过控制所述电容充电以使所述可变参考信号增大。
[0057]以上对根据本公开各实施例及其变形实施方式的控制功率变换器的方法及步骤的描述仅为示例性的，并不用于对本公开进行限定。另外，一些公知的控制步骤及所用控制参数等并未给出或者并未详细描述，以使本公开清楚、简明且便于理解。发明所属【技术领域】的技术人员应该理解，以上对根据本公开各实施例的控制电压转换电路的方法及步骤的描述中所述使用的步骤编号并不用于表示各步骤的绝对先后顺序，这些步骤并不按照步骤编号顺序实现，而可能采用不同的顺序实现，也可能同时并列地实现，并不仅仅局限于所描述的实施例。
[0058]虽然本说明书中以降压型拓扑结构的功率变换器100为例对根据本公开各实施例的可变参考信号发生单元、软关断控制模块、功率变换器及其控制方法进行了示意与描述，但这并不意味着对本公开的限定，本领域的技术人员应该理解这里给出的结构及原理也可以适用于具有其它拓扑结构的电压转换电路。
[0059]因此，上述本公开的说明书和实施方式仅仅以示例性的方式对本公开实施例的可变参考信号发生单元、软关断控制模块、包含该可变参考信号发生单元和/或软关断控制模块的功率变换器及其控制方法进行了说明，并不用于限定本公开的范围。对于公开的实施例进行变化和修改都是可能的，其他可行的选择性实施例和对实施例中元件的等同变化可以被本【技术领域】的普通技术人员所了解。本公开所公开的实施例的其他变化和修改并不超出本公开的精神和保护范围。
【权利要求】
1.一种软关断控制模块，用于控制降压型开关功率变换器的关断过程，其中该功率变换器至少包括主开关，并基于该主开关的导通和关断切换将输入电压转换为输出电压；该功率变换器具有软启动/软关断控制引脚，用于提供可变参考信号； 所述软关断控制模块具有第一输入端、第二输入端、第三输入端和输出端，其中 该第一输入端用于接收所述输入电压； 该第二输入端用于接收使能信号，该使能信号具有第一使能状态和第二使能状态，第一使能状态控制功率变换器关断，第二使能状态控制功率变换器启动并工作； 该第三输入端用于接收阈值信号，该阈值信号用于判定所述输入电压在关断过程中是否过压； 该软关断控制模块用于至少基于所述使能信号、输入电压和阈值信号在其输出端提供软关断控制信号；在使能信号为第一使能状态时，若所述输入电压高于所述阈值信号，所述软关断控制信号控制所述可变参考信号增大，若所述输入电压低于所述阈值信号，所述软关断控制信号控制所述可变参考信号减小。
2.根据权利要求1的软关断控制模块，其中所述软启动/软关断控制引脚电耦接电容；在使能信号为第一使能状态时，所述软关断控制信号电耦接至该软启动/软关断控制引脚以对所述电容进行充放电控制，若所述输入电压高于所述阈值信号，所述软关断控制信号控制所述电容充电以使可变参考信号增大，若所述输入电压低于所述阈值信号，所述软关断控制信号控制所述电容放电以使可变参考信号减小。
3.根据权利要求1的软关断控制模块，包括: 比较电路，具有第一比较输入端、第二比较输入端和比较输出端，该第一比较输入端用于接收所述输入电压，该第二比较输入端用于接收所述阈值信号，该比较电路用于对输入电压和阈值信号进行比较以在比较输出端提供比较信号； 第一开关元件，具有第一开关控制端、开关第一端和开关第二端，第一开关控制端用于接收所述比较信号，开关第一端耦接第一电流源的第一端，开关第二端耦接软关断控制模块的输出端； 第二开关元件，具有第二开关控制端、开关第三端和开关第四端，第二开关控制端用于接收所述比较信号，开关第三端耦接第二电流源的第一端，开关第二端耦接软关断控制模块的输出端； 第一电流源，具有第一端和第二端，其第二端耦接开关功率变换器内部的电源；和 第二电流源，具有第一端和第二端，其第二端连接至参考地；其中 若输入电压小于所述阈值信号，所述比较信号具有第一逻辑状态，使第一开关元件关断、第二开关元件导通，则第二电流源提供的电流被电耦接输出为所述软关断控制信号； 若输入电压大于所述阈值信号，比较信号具有第二逻辑状态，使第一开关元件导通、第二开关元件关断，则第一电流源提供的电流被电耦接输出为所述软关断控制信号。
4.根据权利要求3的软关断控制模块，包括: 失调校正电路，用于将输入电压通过该失调校正电路耦合至比较电路的第一比较输入端，该失调校正电路至少包括与所述主开关匹配的开关元件，该开关元件的击穿电压作为所述阈值信号；并且 所述比较电路的第二比较输入端与所述阈值信号的耦接断开，该第二比较输入端耦接预设的第二阈值信号，该比较电路用于将第一比较输入端处的电压信号与该第二阈值信号比较，在其比较输出端提供所述比较信号；其中所述第二阈值信号设定为在所述输入电压增大至高于所述阈值信号时，所述电压信号达到的值；所述电压信号大于所述第二阈值信号时，所述比较信号具有所述第一逻辑状态，所述电压信号小于所述第二阈值信号时，所述比较信号具有所述第二逻辑状态。
5.根据权利要求4的软关断控制模块，其中所述失调校正电路包括: 可控电流源电路，具有使能端，电源端、接地端和输出端，其使能端接收所述使能信号，电源端耦接所述内部电源，接地端耦接至参考地；该可控电流源电路被构建以在使能信号具有第一使能状态时输出参考电流，在使能信号具有第二使能状态时切断参考电流； 电流镜电路，具有镜像输入端、镜像输出端和电流汇总端，其中镜像输入端电连接于可控电流源电路的输出端，以在使能信号具有第一使能状态时接收所述参考电流，镜像输出端用于以设定的镜像比例复制所述参考电流以提供复制电流，该镜像输出端还耦接至软关断控制模块的第二输入端用于接收所述输入电压，电流汇总端用于提供流过镜像输入端的电流和流过镜像输出端的电流之和的和电流；以及 电流至电压转换电路，耦接于电流汇总端与参考地之间，用于以预设的转换系数将电流汇总端的和电流转换为电压信号，并将该电压信号送至所述第一比较输入端。
6.根据权利要求5的软关断控制模块，其中，所述可控电流源电路包括: 参考电流源，用于提 供所述参考电流； 第三开关元件，具有第三开关控制端、开关第五端和开关第六端，该第三开关控制端用于接收所述使能信号，开关第五端耦接参考电流源的输出端以接收所述参考电流，开关第六端接可控电流源电路的输出端；和 第四开关元件，具有第四开关控制端、开关第七端和开关第八端，该第四开关控制端用于接收所述使能信号，开关第七端接可控电流源电路的输出端，开关第八端接参考地；其中 所述使能信号具有第一使能状态时，第三开关元件导通且第四开关元件关断，所述参考电流经第三开关元件送至可控电流源电路的输出端；所述使能信号具有第二使能状态时，第三开关元件关断且第四开关元件导通，将所述参考电流至可控电流源电路的输出端之通路切断。
7.根据权利要求5的软关断控制模块，其中，所述电流镜电路包括: 与所述主开关匹配的第一高压双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管DMOS和第二DMOS ;其中 该第一 DMOS的漏极与栅极连接形成所述镜像输入端，第一 DMOS的栅极与第二 DMOS的栅极连接，第二 DMOS的漏极形成所述镜像输出端，第一 DMOS和第二 DMOS的源极连接形成所述电流汇总端； 所述镜像比例可以通过设定第二 DMOS与第一 DMOS的沟道宽长比的比值来调整。
8.根据权利要求5的软关断控制模块，其中，电流至电压转换电路包括转换电阻。
9.根据权利要求4的软关断控制模块，其中所述失调校正电路包括: 可控电流源电路，具有使能端、电源端和输出端，其使能端接收所述使能信号，电源端接收所述输入电压，该可控电流源电路被构建以在使能信号具有第一使能状态时在其输出端提供电流信号，在使能信号具有第二使能状态时切断该电流信号；和电流至电压转换电路，耦接于所述可控电流源电路的输出端与参考地之间，用于以预设的转换系数将可控电流源电路输出端的电流信号转换为电压信号，并将该电压信号送至所述第一比较输入端。
10.根据权利要求9的软关断控制模块，其中，所述可控电流源电路包括: 与所述主开关匹配的第三DMOS，具有漏极、源极和栅极，其漏极接收所述输入电压，栅极连接至源极用于提供所述电流信号；和 第四开关元件，具有第四开关控制端、开关第九端和开关第十端，该第四开关控制端用于接收所述使能信号，开关第九端耦接第三DMOS的源极以接收所述电流信号，开关第十端接可控电流源电路的输出端；其中 所述使能信号具有第一使能状态时，控制第四开关元件导通，所述电流信号经第四开关元件送至可控电流源电路的输出端；所述使能信号具有第二使能状态时，控制第四开关元件关断，将所述电流信号至可控电流源电路的输出端之通路切断。
11.一种可变参考信号发生单元，用于为降压型开关功率变换器提供可变参考信号，该可变参考信号发生单元包括根据权利要求1至10其中之一的软关断控制模块。
12.根据权利要求11的可变参考信号发生单元，进一步包括: 软启动控制模块，接收所述使能信号，并在该使能信号具有第一使能状态时不使能，在该使能信号具有第二使能状态时使能；该软启动控制模块使能时输出软启动控制信号，以控制所述可变参考信号在开关型功率变换器的启动过程中逐步增大；和 选择模块，具有第一传输端、第二传输端、第三传输端和传输控制端，该第一传输端电耦接至所述软启动/软关断控制引脚；该第二传输端电耦接至软关断控制模块的输出端，用于接收所述软关断控制信号；该第三传输端电耦接至软启动控制模块的输出端，用于接收所述软启动控制信号；该控制端用于接收所述使能信号，在所述使能信号具有第一使能状态时，将第一传输端与第二传输端接通，在使能信号具有第二使能状态时，将第一传输端与第三传输端接通。
13.一种开关型功率变换器，包括: 输入端，用于接收输入电压； 输出端，用于提供输出电压； 开关单元，至少包括主开关，基于驱动信号进行导通和关断切换以将输入电压转换为所述输出电压； 控制单元，具有第一控制输入端、第二控制输入端和控制输出端，其中该第一控制输入端用于接收表征输出电压的电压反馈信号，该第二控制输入端用于接收表征所述输出电压的期望值的恒定参考信号，该控制单元被构建用于至少基于所述电压反馈信号和恒定参考信号在其控制输出端提供前述驱动信号至开关单元；以及根据权利要求1至10其中之一的软关断控制模块； 所述控制单元还可以具有第三控制输入端，用于接收所述可变参考信号，该控制单元进一步被构建以在功率变换器的关断过程中至少基于所述电压反馈信号和该可变参考信号在其控制输出端提供前述驱动信号至开关单元。
14.一种开关型功率变换器，包括: 输入端，用于接收输入电压；输出端，用于提供输出电压； 开关单元，至少包括主开关，基于驱动信号进行导通和关断切换以将输入电压转换为所述输出电压； 控制单元，具有第一控制输入端、第二控制输入端和控制输出端，其中该第一控制输入端用于接收表征输出电压的电压反馈信号，该第二控制输入端用于接收表征所述输出电压的期望值的恒定参考信号，该控制单元被构建用于至少基于所述电压反馈信号和恒定参考信号在其控制输出端提供前述驱动信号至开关单元；以及 可变参考信号发生单元，用于为该开关型功率变换器提供可变参考信号，该可变参考信号发生单元包括根据权利要求1至10其中之一的软关断控制模块； 所述控制单元还可以具有第三控制输入端，用于接收所述可变参考信号，该控制单元进一步被构建以在功率变换器的关断过程中至少基于所述电压反馈信号和该可变参考信号在其控制输出端提供前述驱动信号至开关单元。
15.根据权利要求14的开关型功率变换器，其中所述可变参考信号发生单元进一步包括: 软启动控制模块，接收所述使能信号，并在该使能信号具有第一使能状态时不使能，在该使能信号具有第二使能状态时使能；该软启动控制模块使能时输出软启动控制信号，以控制所述可变参考信 号在开关型功率变换器的启动过程中经过预设的启动时间由参考地电势逐步增大至所述恒定参考信号；和 选择模块，具有第一传输端、第二传输端、第三传输端和传输控制端，该第一传输端电耦接至所述软启动/软关断控制引脚；该第二传输端电耦接至软关断控制模块的输出端，用于接收所述软关断控制信号；该第三传输端电耦接至软启动控制模块的输出端，用于接收所述软启动控制信号；该控制端用于接收所述使能信号，在所述使能信号具有第一使能状态时，将第一传输端与第二传输端接通，在使能信号具有第二使能状态时，将第一传输端与第三传输端接通。
16.一种控制功率变换器的方法，该功率变换器至少包括主开关，并基于该主开关的导通和关断切换将输入电压转换为输出电压，其中该开关型功率变换器具有关断过程，所述控制功率变换器的方法包括: 检测所述输出电压并提供表征该输出电压的电压反馈信号； 提供可变参考信号； 在关断过程中检测所述输入电压，并将该输入电压与阈值信号比较以提供软关断控制信号; 在关断过程中基于软关断控制信号调节所述可变参考信号，若输入电压超过该阈值信号则所述软关断控制信号控制所述可变参考信号增大，若输入电压小于该阈值信号则所述软关断控制信号控制所述可变参考信号减小； 在关断过程中基于所述电压反馈信号和该可变参考信号调节所述输出电压，使输出电压随可变参考信号减小而减小，并随可变参考信号增大而增大，从而使输入电压随可变参考信号增大而减小。
17.根据权利要求16的控制功率变换器的方法，其中提供可变参考信号的步骤包括: 在关断过程中，采用软关断控制信号对电容进行充放电控制，以产生该可变参考信号；并且 所述在关断过程中基于软关断控制信号调节所述可变参考信号的步骤中，所述软关断控制信号通过控制所述电容充电以使所述可变参考信号增大，通过控制所述电容放电以使所述可变参考信号减小。
18.根据权利要求16的控制功率变换器的方法，其中所述阈值信号配置为与所述主开关匹配的开关元件的击穿电压。
19.根据权利要求16的控制功率变换器的方法，其中该功率变换器还具有启动过程，该方法还包括: 在启动过程中提供软启动控制信号； 基于使能信号选择在启动过程中采用所述软启动控制信号控制所述可变参考信号，并选择在关断过程中采用所述软关断控制信号控制所述可变参考信号；以及 在启动过程中基于所述电压反馈信号和该可变参考信号调节所述输出电压，使输出电压随可变参考信号减小而减小，并随可变参考信号增大而增大。
【文档编号】H02M1/36GK104038040SQ201410305115
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月30日 优先权日:2014年6月30日
【发明者】李伊珂, 杨向一 申请人:成都芯源系统有限公司