功率变换器的控制电路和控制方法与流程

本技术涉及电力电子，具体涉及一种功率变换器的控制电路和控制方法。

背景技术：

1、功率变换器是采用开关管控制储能元件的充放电过程实现供电，以及通过控制开关管的导通和关断的时间比来维持输出电压和/或输出电流稳定的电源。因其容易形成模块化和小型化的集成电路，已经广泛地应用于手机、平板电脑和便携式媒体播放器的各种充电电源，以及用于驱动发光二极管(led)的供电电源中。现有的功率变换器大多采用boost型、buck型和buck-boost型等拓扑结构。

2、图1示出了一种常规的功率变换器在升压工作模式下的示意性等效电路图。该功率变换器10包括电感l、第一开关管q1、第二开关管q2和控制电路100。电感l和第一开关管q1串联连接在输入电压vin和地之间，第二开关管q2的第一端连接电感l和第一开关管q1间的节点，第二端与外部负载端连接，输出电容cout连接在第二开关管q2和地之间。控制电路100包括误差放大单元110、比较单元120、振荡器130和逻辑驱动单元140。误差放大单元110包括分压电阻r1和r2以及误差放大器ea，误差放大器ea根据输出电压vout的分压电压和参考电压vref得到误差放大信号vcomp。比较单元120包括比较器com0，比较误差放大信号vcomp和电感电流采样信号vsense以输出pwm信号。振荡器130用于产生时钟信号clk，逻辑驱动单元140接收时钟信号clk和pwm信号，控制第一开关管q1和第二开关管q2的导通和关断。图2示出了图1的功率变换器在升压工作模式下，ccm模式下的示意性工作波形图。在t1时刻根据时钟信号clk导通第一开关管q1关断第二开关管q2，电感l储能，电感电流il上升。在t2时刻根据pwm信号关断第一开关管q1导通第二开关管q2，电感l向负载供能，电感电流il下降。从t3时刻开始重复上述过程。

3、在功率变换器工作过程中，开关管每次导通或者关断时，都需要消耗一定的功耗，因此电路中会产生一定的损耗，当负载电流逐渐降低进入轻载模式时，开关损耗对电路的影响逐渐增大，由于开关损耗的问题，导致电路的功耗较大，降低了轻载模式下的效率。

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的控制电路和控制方法，以解决现有技术中的问题。

2、根据本发明的一方面，提供一种功率变换器的控制电路，所述功率变换器包括第一开关管、第二开关管和电感，在升压工作模式下，所述电感在第一开关管导通而第二开关管关断时获得电能，并在第一开关管关断而第二开关管导通时向负载端提供电能，其中，所述控制电路包括：时钟控制单元，产生时钟控制信号，所述时钟控制信号的有效脉冲边沿限定所述第一开关管的导通时刻；pwm信号发生单元，在所述第一开关管导通期间，根据输出电压和电感电流采样信号产生pwm信号；最小导通时间控制单元，在所述第一开关管导通期间，根据输入电压和输出电压产生第一时间信号；关断控制单元，连接所述pwm信号发生单元和所述最小导通时间控制单元，接收所述pwm信号的有效脉冲边沿和所述第一时间信号的有效脉冲边沿，并在接收到二者中较晚到达的一个时输出关断信号，所述关断信号用于限定所述第一开关管的关断时刻。

3、可选地，所述最小导通时间控制单元在所述第一开关管的导通时长达到第一时间后产生所述第一时间信号的有效脉冲边沿。

4、可选地，所述最小导通时间控制单元根据所述输出电压和/或所述输入电压分别产生输入斜坡信号和输出参考信号，并根据所述输入斜坡信号和所述输出参考信号的比较结果产生所述第一时间信号。

5、可选地，所述最小导通时间控制单元包括：输出分压采样单元，采样所述输出电压并对其进行分压得到输出分压电压；斜坡信号产生单元，在所述第一开关管导通期间，根据输出电压和输入电压的差值产生的电流对电容进行充电，以得到所述输入斜坡信号；以及第一比较器，接收所述输入斜坡信号和所述输出参考信号，根据比较结果产生所述第一时间信号，且在所述输入斜坡信号达到所述输出参考信号时产生所述第一时间信号的有效脉冲边沿。

6、可选地，所述功率变换器工作在连续导通模式下时，所述pwm信号发生单元在所述第一开关管的导通时长达到第二时间后产生所述pwm信号的有效脉冲边沿，且所述pwm信号的有效脉冲边沿晚于所述第一时间信号的有效脉冲边沿到达所述关断控制单元。

7、可选地，所述最小导通时间产生单元将所述第一时间设置为所述第二时间的一半。

8、可选地，所述控制电路在所述负载端处于轻载状态下时，控制所述第一开关管导通第一时间。

9、可选地，所述时钟控制单元包括时钟信号产生单元，所述时钟信号产生单元用于产生周期性的时钟信号，根据所述时钟信号得到所述时钟控制信号。

10、可选地，所述时钟控制单元还包括：最小关断时间控制单元，连接所述时钟信号产生单元，在接收到所述时钟信号的有效脉冲边沿的第三时间后产生所述时钟控制信号的有效脉冲边沿。

11、可选地，所述时钟控制单元还包括：第二比较器，所述第二比较器用于接收根据所述输出电压得到的误差放大信号和电压阈值，在所述负载端处于轻载状态下，所述误差放大信号低于所述电压阈值时使所述时钟控制单元屏蔽所述时钟信号。

12、可选地，还包括：逻辑单元，连接所述关断控制单元和所述时钟控制单元，根据所述关断信号和所述时钟控制信号产生驱动控制信号；以及驱动单元，连接所述逻辑单元和所述第一开关管及所述第二开关管，根据所述驱动控制信号产生第一开关控制信号和第二开关控制信号，以分别控制所述第一开关管和所述第二开关管的导通和关断。

13、可选地，所述控制电路还包括：过零检测单元，连接所述驱动单元，用于检测功率变换器的电感电流，并在所述电感电流过零时输出过零检测信号，所述驱动单元根据所述过零检测信号控制所述第一开关管和所述第二开关管均关断。

14、根据本发明的另一方面，提供一种功率变换器的控制方法，用于控制所述功率变换器的工作状态，所述功率变换器包括第一开关管、第二开关管和电感，在升压工作模式下，所述电感在第一开关管导通而第二开关管关断时获得电能，并在第一开关管关断而第二开关管导通时向负载端提供电能，其中，所述控制方法包括：在接收到时钟控制信号的有效脉冲边沿时导通所述第一开关管；在所述第一开关管导通期间，根据输出电压和电感电流采样信号产生pwm信号，且根据输入电压和输出电压产生第一时间信号；在接收到所述pwm信号的有效脉冲边沿和所述第一时间信号的有效脉冲边沿二者中较晚产生的一个时输出关断信号，以关断所述第一开关管。

15、可选地，所述第一时间信号的有效脉冲边沿在所述第一开关管的导通时长达到第一时间后产生。

16、可选地，所述功率变换器工作在连续导通模式下时，所述pwm信号的有效脉冲边沿在所述第一开关管的导通时长达到第二时间后产生，且所述pwm信号的有效脉冲边沿晚于所述第一时间信号的有效脉冲边沿被接收。

17、可选地，在所述负载端处于轻载状态下时，控制所述第一开关管导通第一时间。

18、可选地，所述第一时间为第二时间的一半，所述第二时间为所述功率变换器工作在连续导通模式下时所述第一开关管的导通时长。

19、本发明的有益效果至少包括：

20、本发明提供的功率变换器的控制电路和控制方法，由时钟控制单元产生的时钟控制信号来决定第一开关管的导通时刻；而由pwm信号发生单元产生的pwm信号和由最小导通时间控制单元根据输入电压和输出电压产生的第一时间信号，二者的有效脉冲边沿中较晚被关断控制单元接收的一个来决定第一开关管的关断时刻。因此在正常工作时可以由pwm信号和时钟控制信号clkl周期性控制功率变换器的工作状态，而在负载端处于轻载状态下时，pwm信号产生频率较快时由最小导通时间控制单元控制第一开关管能有一个最小导通时间，避免轻载状态下开关管频繁开关造成开关损耗较大，且向负载供能不稳定等问题。

21、进一步地，在时钟控制单元内设置了最小关断时间控制单元，用于限定第一开关管的最小关断时间，使得开关管能够充分开关，并使电感能向负载稳定传输电能，避免输出电压产生较大纹波。进一步地，时钟控制单元内设置比较器在轻载状况下根据比较器的输出结果将时钟信号屏蔽一段时间，又可以在轻载状况下实现开关周期的扩展，降低轻载下的功耗。

22、进一步地，将最小导通时间控制单元设置为在第一开关管导通第一时间后产生第一时间信号的有效脉冲边沿，使得第一开关管至少导通第一时间，且第一时间被设置为ccm模式下第一开关管导通时间的一半，从而使第一开关管至少导通一个较佳的时间，避免第一开关管导通时间太短而频繁开关开关管造成的开关损耗，也避免第一开关管导通时间过长造成电感电流过大的问题，使得电路的工作状态稳定。

23、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，并不能限制本发明。