开关变换器控制电路、控制方法及电源设备与流程

本发明涉及电力电子，尤其涉及一种开关变换器控制电路、控制方法及电源设备。

背景技术：

1、直流-直流变换器（dc/dc）的控制方式通常包括脉冲宽度调制（pulse widthmodulation，pwm）和恒定导通时间（constant on time，cot）。cot控制技术是一种脉冲频率调制（pulse frequency modulation，pfm）控制方式。与传统pwm控制技术相比，cot控制具有轻载效率高、瞬态响应速度快等优点，在开关电源控制技术中得到广泛使用。

2、图1为现有的开关变换器在电流控制模式下负载跳变的瞬态响应的波形示意图；图2为现有的开关变换器在cot控制模式下负载跳变的瞬态响应的波形示意图。如图1和图2所示，恒定导通时间控制架构通常使用参考比较器输出来触发定时脉冲发生器，而不是使用固定频率的时钟。脉冲出现的频率由输出负载电流决定。在稳态下，恒定导通时间控制以近似固定的频率运行。然而，在负载电流iload由低向高跳变过程中，脉冲发生器输出高频脉冲sw，以最大限度减少输出下冲。一旦达到正常的输出电压，脉冲频率降低到维持稳定的调节输出电压所需的水平。较低的下冲使它更容易满足负载电压公差规格。与采用电压或电流控制模式的变换器相比，基于恒定导通时间控制模式的变换器需要更少的输出电容便能满足给定的负载瞬态响应，既节省了空间尺寸又节约了成本。

3、结合图1和图2所示，对于相同的负载电流升压变换器来讲，cot控制具有更快的切换速度，减小了电感电流il与输出负载电流iload之间的间隙，从而进一步减小输出下冲。

4、现有的恒定导通时间控制模块存在以下问题，由于开关变换器的比较器存在固有延时，使实际导通时间相对于理论导通时间存在延时，该延时破坏了导通时间按照理论情况变化的规律，导致变换器的开关频率会随输入电压和输出电压的变化而变化，造成工作频率不固定，给变换器电路优化（例如为电感优化）带来难度，容易产生较大电磁干扰，影响开关电源性能。为了消除输入输出电压变化带来的影响，可采用环路控制，但是设计成本昂贵，设计难度和风险较高。

技术实现思路

1、本发明提供了一种开关变换器控制电路、控制方法及电源设备，以解决现有的开关电源控制电路的工作频率易受输入输出电压变化的影响，且环路控制方式设计成本高的问题，有效改善频率稳定性。

2、根据本发明的一方面，提供了一种开关变换器控制电路，所述开关变换器设有开关元件，包括：

3、第一比较输入模块，用于获取所述开关变换器的输入电压，并根据所述输入电压确定第一比较输入电压；

4、第二比较输入模块，用于获取所述开关变换器的输出电压，并根据所述输出电压确定第二比较输入电压；

5、比较模块，用于对所述第一比较输入电压与所述第二比较输入电压进行比对，并根据电压比对结果输出导通时间控制信号；

6、其中，所述第一比较输入模块设有延时补偿单元，所述延时补偿单元用于根据所述比较模块的固有延时时间对所述第一比较输入电压进行抬升处理，使所述第一比较输入电压的初始电压大于零。

7、可选地，所述第一比较输入模块包括：充电电流获取单元，用于根据所述输入电压输出充电电流；充电电容，用于根据所述充电电流输出充电电压；所述延时补偿单元设置于所述充电电流获取单元与所述充电电容之间，所述延时补偿单元用于根据所述充电电流输出抬升电压；其中，所述第一比较输入电压等于所述充电电压与所述抬升电压之和。

8、可选地，所述延时补偿单元包括补偿电阻，所述补偿电阻的第一端与所述充电电流获取单元连接，所述补偿电阻的第二端经所述充电电容接地；所述补偿电阻的第一端还与所述比较模块的第一输入端电连接；其中，所述补偿电阻的阻值与所述比较模块的固有延时时间正相关，且所述补偿电阻的阻值与所述充电电容的电容值负相关。

9、可选，所述第一比较输入模块还包括：充电控制开关，与所述充电电容并联连接，所述充电控制开关的控制端与所述比较模块的输出端电连接，所述充电控制开关用于根据所述导通时间控制信号对所述充电电容的充电电压进行重置或者保持。

10、可选地，所述第二比较输入模块包括：串联连接的多个分压电阻；所述多个分压电阻至少包括：第一分压电阻和第二分压电阻；所述第一分压电阻的第一端与所述开关变换器的输出端电连接，所述第一分压电阻的第二端与所述第二分压电阻的第一端电连接；所述第二分压电阻的第二端接地；所述第一分压电阻与所述第二分压电阻之间设有采样节点，所述采样节点与所述比较模块的第一输入端电连接，所述采样节点用于基于预设采样信号输出采样电压；其中，所述预设采样信号的采样周期与所述开关变换器的开关周期相等或者近似相等。

11、可选地，所述初始电压的电压值等于所述固有延时时间对应的延时触发电压差值；所述延时触发电压差值为所述比较模块被延时触发时，所述第一比较输入电压与所述第二比较输入电压之间的电压差值。

12、根据本发明的另一方面，提供了一种开关变换器控制方法，所述开关变换器设有开关元件，用于上述开关变换器控制电路，所述方法包括：获取所述开关变换器的输入电压，并根据所述输入电压确定第一比较输入电压；

13、获取所述开关变换器的输出电压，并根据所述输出电压确定第二比较输入电压；

14、对所述第一比较输入电压与所述第二比较输入电压进行比对，并根据电压比对结果输出导通时间控制信号；

15、在根据所述输入电压确定第一比较输入电压之时，所述方法包括：

16、根据比较模块的固有延时时间对所述第一比较输入电压进行抬升处理，使所述第一比较输入电压的初始电压大于零。

17、根据本发明的另一方面，提供了一种电源设备，所述电源设备包括：直流-直流变换器，及上述开关变换器控制电路；所述直流-直流变换器设有开关元件；所述开关变换器控制电路用于输出导通时间控制信号，并根据所述导通时间控制信号控制所述开关元件导通或者关断。

18、本发明实施例的技术方案，设置第一比较输入模块、第二比较输入模块和比较模块，第一比较输入模块设置延时补偿单元，第一比较输入模块根据输入电压确定第一比较输入电压，延时补偿单元用于根据比较模块的固有延时时间对第一比较输入电压进行抬升处理，使第一比较输入电压的初始电压大于零，第二比较输入模块根据开关变换器的输出电压确定第二比较输入电压，解决了现有的开关电源控制电路的工作频率易受输入输出电压变化的影响，且环路控制方式设计成本高的问题，避免固有延时时间影响开关频率，提高恒定导通时间控制模式下工作频率的稳定性，无需设计控制环路，电路简单，可靠性高，设计成本低。

19、应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

技术特征：

1.一种开关变换器控制电路，所述开关变换器设有开关元件，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述第一比较输入模块包括：

3.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述延时补偿单元包括补偿电阻，所述补偿电阻的第一端与所述充电电流获取单元连接，所述补偿电阻的第二端经所述充电电容接地；

4.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述第一比较输入模块还包括：

5.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述第二比较输入模块包括：串联连接的多个分压电阻；

6.根据权利要求1-5中任一项所述的控制电路，其特征在于，所述初始电压的电压值等于所述固有延时时间对应的延时触发电压差值；

7.一种开关变换器控制方法，所述开关变换器设有开关元件，其特征在于，用于权利要求1-6中任一项所述的开关变换器控制电路，所述方法包括：

8.一种电源设备，其特征在于，所述电源设备包括：直流-直流变换器，及权利要求1-6中任一项所述的开关变换器控制电路；

技术总结
本发明公开一种开关变换器控制电路、控制方法及电源设备，该控制电路包括：第一比较输入模块，用于获取开关变换器的输入电压，并根据输入电压确定第一比较输入电压；第二比较输入模块，用于获取开关变换器的输出电压，并根据输出电压确定第二比较输入电压；比较模块，用于对第一比较输入电压与第二比较输入电压进行比对，并根据电压比对结果输出导通时间控制信号；第一比较输入模块设有延时补偿单元，延时补偿单元用于根据比较模块的固有延时时间对第一比较输入电压进行抬升处理，使第一比较输入电压的初始电压大于零。本发明通过在自适应导通时间控制电路设置延时补偿单元，避免固有延时时间影响开关频率，改善频率稳定性，降低设计成本。

技术研发人员：李征,赵泊然,朱伟东
受保护的技术使用者：江苏应能微电子股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13