功率变换器及其控制电路的制作方法

本技术涉及电源，具体涉及一种功率变换器及其控制电路。

背景技术：

1、随着电力电子产品的需求和半导体技术的发展，电源管理芯片被广泛应用于通信、消费、计算等领域。以dc-dc变换器为例，dc-dc变换器属于电源管理芯片中最常见的一种，通常包括一个或更多个开关，其被选择性致动以基于接收的dc输入提供受控的dc输出电压或电流，通过控制提供至变换器的一个或多个开关晶体管的信号的占空比可调节电路的输出功率。

2、dc-dc变换器中的控制电路有许多的控制模式(mode)。一般常见的有：电压控制模式(voltage mode)、电流控制模式(current mode)以及恒定导通时间控制模式(constanton-time mode，cot)。

3、其中，参考图1a，其所示为传统电流控制模式如峰值电流控制模式的dc-dc变换器示意图。该变换器包括：控制电路210、驱动电路220和功率级电路230。其中，控制电路210包括：误差放大器211、电流感测电路212、信号发生器213、加法器214、pwm比较器215和rs触发器216。误差放大器211接收输出电压vout的反馈信号fb与参考信号vref，基于补偿电容ccom输出补偿信号comp；电流感测电路212侦测功率级电路230中流过开关晶体管的电流，并据此获得感测电压信号vsense；信号发生器213同时产生具有相同频率的锯齿波信号ramp和时钟脉冲信号clk；加法器214将感测电压信号vsense与锯齿波信号ramp叠加后获得加总信号sum；pwm比较器215对反馈信号fb和加总信号sum进行比较输出脉冲信号至rs触发器216的复位端，rs触发器216的置位端接收时钟脉冲信号clk，rs触发器216根据其置位端与复位端的信号变化产生pwm信号至驱动电路220，驱动电路220根据接收的pwm信号输出互补的驱动信号hs和ls至功率级电路230。

4、参考图1b，其所示为传统恒定导通时间控制模式的dc-dc变换器示意图。该变换器包括：控制电路310、驱动电路320和功率级电路330。其中，控制电路210包括：回路比较器311、计时器312和rs触发器313。回路比较器311接收输出电压vout的反馈信号fb与一参考信号vref，并在当反馈信号fb小于参考信号vref时，回路比较器311输出一脉冲信号至rs触发器313的置位端；回路比较器311输出的该脉冲信号也会控制计时器312开始计时，并于设定时间ton后输出触发信号至rs触发器313的复位端，rs触发器313根据其置位端与复位端的信号变化产生pwm信号至驱动电路320，驱动电路320根据接收的pwm信号输出互补的驱动信号hs和ls至功率级电路330。

5、然而，传统的dc-dc变换器存在如下问题：

6、1.传统峰值电流控制模式的dc-dc变换器一方面需要采样开关晶体管的电流来实现控制，另一方面需要高带宽的误差放大器来实现快速动态响应，电路较为复杂，且电流采样电路不易用于高频电路控制。

7、2.虽然传统恒定导通时间控制模式的dc-dc变换器的动态响应速度快，但是频率误差大，且该频率误差会随着开关频率的提高而增加，不易与外部时钟同步。

8、因此，有必要提供改进的技术方案以克服现有技术中存在的以上技术问题。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本技术提供了一种功率变换器及其控制电路，可以解决功率变换器实现快速动态响应与器件选取及开关频率的适配问题。

2、根据本技术第一方面，提供了一种功率变换器的控制电路，用于生成开关控制信号以控制所述功率变换器中的开关晶体管，该控制电路包括：

3、误差放大器，接收第一参考信号和反馈信号，输出误差放大信号，所述反馈信号根据所述功率变换器的输出信号得到；

4、补偿电路，用于对所述误差放大信号进行补偿，以获得补偿信号，所述补偿信号为纹波信号；

5、比较器，用于对所述反馈信号和所述补偿信号进行比较，以获得比较信号；

6、控制器，根据预设的具有第一频率的时钟脉冲信号和所述比较信号生成所述开关控制信号，所述时钟脉冲信号用于限定所述开关控制信号的频率，所述比较信号用于限定所述开关控制信号的占空比。

7、可选地，所述控制器被配置为：

8、受控于所述时钟脉冲信号的上升沿而实现所述开关控制信号从无效状态至有效状态的切换；以及

9、受控于所述比较信号的上升沿而实现所述开关控制信号从有效状态至无效状态的切换，

10、其中，在所述补偿信号下降至小于所述反馈信号时，所述比较信号出现上升沿。

11、可选地，所述控制器被配置为：

12、受控于所述比较信号的上升沿而实现所述开关控制信号从无效状态至有效状态的切换；以及

13、受控于所述时钟脉冲信号的上升沿而实现所述开关控制信号从有效状态至无效状态的切换，

14、其中，在所述补偿信号上升至大于所述反馈信号时，所述比较信号出现上升沿。

15、可选地，所述补偿信号的下降斜率与所述功率变换器的输入电压正相关。

16、可选地，所述补偿信号的下降斜率与所述功率变换器的输入电压和输出电压的差值正相关，所述补偿信号的上升斜率与所述功率变换器的输入电压和输出电压之和正相关。

17、可选地，所述补偿电路被配置为：

18、根据第二参考信号和所述开关控制信号生成三角波信号，所述三角波信号表征所述功率变换器的电感电流信息，

19、所述补偿电路将所述三角波信号叠加至所述误差放大信号，实现对所述误差放大信号的补偿。

20、可选地，所述补偿电路包括：

21、三角波信号产生支路，耦接于所述误差放大器的输出端与参考地之间，

22、所述三角波信号产生支路被配置为在所述开关控制信号有效期间基于第一放电电流和第二参考信号对补偿电容进行放电，以及在所述开关控制信号无效期间基于第二参考信号对所述补偿电容进行充电，从而产生所述三角波信号。

23、可选地，所述第一放电电流受控于所述功率变换器的输入电压。

24、可选地，所述三角波信号产生支路包括：

25、依次串联于所述误差放大器的输出端与参考地之间的第一电容、第一开关和第一电流源，所述第一电流源用于提供所述第一放电电流；

26、第一电阻，耦接于所述第一电容和所述第一开关的连接节点与所述第二参考信号接收端之间，

27、其中，所述第一开关在所述开关控制信号有效期间处于导通状态，在所述开关控制信号无效期间处于关断状态。

28、可选地，所述补偿电路还根据所述第二参考信号和所述开关控制信号生成锯齿波信号；

29、所述补偿电路还将所述锯齿波信号叠加至所述误差放大信号，实现对所述误差放大信号的补偿。

30、可选地，所述补偿电路还包括：

31、第一锯齿波信号产生支路，耦接于所述误差放大器的输出端与参考地之间，

32、所述第一锯齿波信号产生支路被配置为在所述开关控制信号有效期间基于第二放电电流对补偿电容进行放电，以及在所述开关控制信号无效期间将所述补偿电容耦接至所述第二参考信号，从而产生所述锯齿波信号。

33、可选地，所述第二放电电流受控于所述功率变换器的输出电压。

34、可选地，所述第一锯齿波信号产生支路包括：

35、依次串联于所述误差放大器的输出端与参考地之间的第二电容和第二电流源，所述第二电流源用于提供所述第二放电电流；

36、第二开关，耦接于所述第二电容和所述第二电流源的连接节点与所述第二参考信号接收端之间，

37、其中，所述第二开关在所述开关控制信号有效期间处于关断状态，在所述开关控制信号无效期间处于导通状态。

38、可选地，所述补偿电路还包括：

39、第二锯齿波信号产生支路，耦接于所述误差放大器的输出端与参考地之间，

40、所述第二锯齿波信号产生支路被配置为在所述开关控制信号有效期间基于将补偿电容耦接至参考地电位，以及在所述开关控制信号无效期间基于第一充电电流对所述补偿电容进行充电，从而产生所述锯齿波信号；

41、所述第一充电电流受控于所述功率变换器的输入电压。

42、可选地，所述第二锯齿波信号产生支路包括：

43、第三电流源，通过第二电容与所述误差放大器的输出端耦接，所述第三电流源用于提供所述第一充电电流；

44、第三开关，耦接于所述第二电容和所述第三电流源的连接节点与参考地之间，

45、其中，所述第三开关在所述开关控制信号有效期间处于导通状态，在所述开关控制信号无效期间处于关断状态。

46、根据本技术第二方面，提供了一种功率变换器，包括：

47、至少一个功率级电路，每个所述功率级电路均包括电感以及与所述电感耦接的开关晶体管；

48、如上所述的控制电路，用于为所述至少一个功率级电路提供开关控制信号以控制每个功率级电路中的开关晶体管。

49、根据本技术第三方面，提供了一种功率变换器的控制方法，包括：

50、根据第一参考信号和反馈信号获得误差放大信号，所述反馈信号根据所述功率变换器的输出电压得到；

51、对所述误差放大信号进行补偿以获得补偿信号，所述补偿信号为纹波信号；

52、对所述反馈信号和所述补偿信号进行比较以获得比较信号；

53、根据预设的具有第一频率的时钟脉冲信号和所述比较信号生成开关控制信号，所述开关控制信号用于控制所述功率变换器中的开关晶体管，

54、其中，所述时钟脉冲信号用于限定所述开关控制信号的频率，所述比较信号用于限定所述开关控制信号的占空比。

55、可选地，对所述误差放大信号进行补偿的方法包括：

56、同时将三角波信号和锯齿波信号叠加至所述误差放大信号，实现对所述误差放大信号的补偿。

57、可选地，根据预设的具有第一频率的时钟脉冲信号和所述比较信号生成开关控制信号包括：

58、在检测到所述时钟脉冲信号的上升沿时触发所述开关控制信号从无效状态切换至有效状态；

59、在检测到所述比较信号的上升沿时触发所述开关控制信号从有效状态切换至无效状态，

60、其中，在所述补偿信号下降至小于所述反馈信号时，所述比较信号出现上升沿。

61、可选地，根据预设的具有第一频率的时钟脉冲信号和所述比较信号生成开关控制信号包括：

62、在检测到所述比较信号的上升沿时触发所述开关控制信号从无效状态切换至有效状态；

63、在检测到所述时钟脉冲信号的上升沿时触发所述开关控制信号有无效状态切换至无效状态，

64、其中，在所述补偿信号上升至大于所述反馈信号时，所述比较信号出现上升沿。

65、可选地，所述补偿信号的下降斜率与所述功率变换器的输入电压正相关。

66、可选地，所述补偿信号的下降斜率与所述功率变换器的输入电压和输出电压的差值正相关，所述补偿信号的上升斜率与所述功率变换器的输入电压和输出电压之和正相关。

67、本技术的有益效果至少包括：

68、本技术实施例提供的控制电路，利用具有第一频率的时钟脉冲信号来限定生成的开关控制信号的频率，可以实现对功率变换器的定频控制，使得功率变换器能够具有更高精度的开关频率，利于实现对电磁干扰和噪声的优化；而通过对误差放大性进行补偿后生成纹波形式的补偿信号，并通过对补偿信号和反馈信号进行比较的方式来限定开关控制信号的占空比，也使得无需进行电流检测和高带宽的误差放大器即可实现功率变换器的快速响应，不仅易于实现功率变换器的高频应用，电路复杂度也较低。

69、应当说明的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本技术。