TURBO模式开关变换器及其控制电路的制作方法

本发明涉及电子电路，更具体地涉及一种turbo模式开关变换器及其控制电路。

背景技术：

1、现代便携式电子设备通常设置有诸如电池的电源，其用作装置内的各种电子部件的直流(dc)。然而，通常这些部件将具有不同的电压要求，因此这类装置通常采用一个或多个电压转换器，该电压转换器将与电源相关联的标称电压降低到适合于不同电子部件的电压。

2、现有的电压转换器通常采用线性调节器和开关变换器这两种。在线性调节器中，输出电压通过调节无源元件(例如可变电阻)进行调节，以控制电流从电压源到负载的连续流动。开关变换器通过将电流连通或断开来控制输出电压，通常采用一个或者多个开关以及电感和电容部件来存储和传递能量到负载端，调节器通过控制开关元件的导通和断开，来调节输送到负载端的电压大小，从而控制通过电感以不连续电流脉冲形式输送的电量。所述电感和电容将输送的电流脉冲转化成稳定的负载电流，以便调控负载电压。最终，根据表示输出电压和负载电流的反馈信号通过调节开关元件的导通和关断时间来实现调节输出电压。

3、以电流模式工作的开关变换器可以提供良好的线性和负载瞬态信号抑制，并且在故障状态(例如输出短路)期间具有很好的限流能力，因此得到了广泛的应用。

4、dcdc开关变换器在轻载切换重载的时候，负载电流迅速上升会导致输出电压vout瞬间下降。这种负载跳变引起输出电压的变化即为开关变换器的负载调整能力，负载调整能力越好的转换器受负载变化的影响越小。为了提高开关变换器的负载调整能力，可以在转换器中引入turbo模式，turbo模式的工作原理为：当输出电压vout的反馈电压低于turbo比较器的阈值电压时，进入turbo模式；当反馈电压高于turbo比较器的阈值电压时，退出turbo模式。在turbo模式期间，下管导通时间缩短，上管导通时间变长，从而可以更快提高输出电压vout。

5、现有的turbo模式的开关变换器的缺点在于：turbo模式的作用时间和效果是固定的，无法跟随外部的输入输出电压、负载而变化，从而会导致在不同的工况下，由于turbo的作用时间固定而导致输出振荡或者欠压的问题。此外，传统的turbo模式的开关变换器在turbo模式切换前后会出现电感电流的突变，从而导致在模式切换时刻输出电压出现过冲或者欠冲等问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种turbo模式开关变换器及其控制电路，可以在模式切换时动态调节功率电路中开关元件的关断时间，以减小输出电压的欠冲，提高负载的动态响应速度。

2、根据本发明实施例的一方面，提供了一种turbo模式开关变换器的控制电路，所述开关变换器包括连接到开关节点的第一开关，所述控制电路被配置为基于所述开关变换器的输入电压和输出电压在第一与第二状态之间切换所述第一开关，所述控制电路包括：定时器电路，其被配置为确定一持续时间，并在所述持续时间期满时产生定时器期满信号，所述定时器期满信号被用于产生第一控制信号；逻辑电路，其被配置为基于所述第一控制信号将所述第一开关从第二状态切换到第一状态；turbo比较器，其被配置为将所述输出电压的反馈电压与预定的阈值电压相比较，并在所述反馈电压小于所述阈值电压时产生一加速模式信号；以及时间调整电路，其被配置为基于所述加速模式信号向所述定时器电路产生一调整信号，所述调整信号用于改变所述定时器期满信号的产生时刻，以调节所述持续时间的长度。

3、可选的，所述控制电路还包括：单脉冲电路，其被配置为基于所述加速模式信号产生一窄脉冲信号；以及或门，其被配置为将所述窄脉冲信号与所述定时器期满信号进行或逻辑运算以产生所述第一控制信号。

4、可选的，所述时间调整电路还配置为：基于所述反馈电压与预定的第一参考电压之间的误差来产生所述调整信号，以使得所述持续时间的长度与所述误差相关。

5、可选的，所述定时器电路包括：参考电压生成模块，其被配置为产生表征所述持续时间的第二参考电压；斜坡电压生成模块，其被配置为在所述第一开关从所述第二状态切换到所述第一状态后输出逐渐升高的斜坡电压并开启计时；以及比较器，其被配置为在所述斜坡电压上升到所述第二参考电压时产生所述定时器期满信号，其中，所述调整信号通过改变所述第二参考电压以改变所述定时器期满信号的产生时刻。

6、可选的，所述参考电压生成模块包括：串联连接于电源电压和地电位之间的第一交流小信号元件和第二交流小信号元件，所述第一交流小信号元件配置为提供与所述输入电压相关的第一电流，所述第二交流小信号元件配置为提供与所述输出电压以及预定开关频率相关的第二电流；以及并联在所述第二交流小信号元件两端之间的分流电阻器，其中，所述分流电阻器配置为基于所述第一电流和所述第二电流在其第一端处产生所述第二参考电压，以及所述调整信号通过在所述分流电阻器的第一端汲取电流来改变所述第二参考电压。

7、可选的，所述斜坡电压生成模块包括：串联连接于电源电压和地电位之间的第三交流小信号元件和斜坡电容器；以及并联在所述斜坡电容器的两端之间的第二开关，其中所述第二开关的接通和关断基于所述定时器期满信号控制。

8、可选的，所述时间调整电路包括：跨导放大器，其被配置为将所述反馈电压和所述第一参考电压之间的误差转换成误差电流；以及传输门单元，其被配置为受控于所述加速模式信号而接通或关断，并在接通时基于所述跨导放大器的输出而产生所述调整信号。

9、可选的，所述时间调整电路还包括：电流偏置单元，其被配置为基于所述输入电压、所述输出电压以及预定开关频率向所述跨导放大器产生一偏置电流，其中，所述电流偏置单元包括：串联连接于电源电压和地电位之间的第四交流小信号元件和第五交流小信号元件，所述第四交流小信号元件配置为提供与所述输入电压相关的第一电流，所述第五交流小信号元件配置为提供与所述输出电压以及预定开关频率相关的第二电流，其中，所述第四交流小信号元件和所述第五交流小信号元件的中间节点用于提供所述偏置电流。

10、可选的，所述turbo比较器通过迟滞比较器实现。

11、可选的，所述控制电路还包括：误差放大器，其被配置为获得所述输出电压的反馈电压与基准电压之间的误差放大信号；电流检测电路，其被配置为获得表征所述开关变换器的电感电流峰值的电流检测信号；以及峰值比较器，其被配置为将所述误差放大信号与所述电流检测信号相比较，以获得第二控制信号，其中，所述逻辑电路配置为基于所述第二控制信号将所述第一开关从第一状态切换到第二状态。

12、根据本发明实施例的另一方面，提供了一种turbo模式开关变换器，包括：输入端，接收输入电压；连接到负载的输出端，提供输出电压；与所述输入端和输出端连接的功率电路，所述功率电路采用至少一个电感元件以及至少第一开关调节提供给所述负载的电流；以及上述的控制电路，所述控制电路连接到所述第一开关且经配置以基于所述输入电压及所述输出电压在第一及第二状态之间切换所述第一开关。

13、本发明的turbo模式开关变换器在控制电路中设置有时间调整电路，该时间调整电路可以根据turbo比较器输出的加速模式信号来改变期满信号的产生时刻，继而可以调节功率电路中的开关元件的关断时间的持续时间长度，从而可以在负载从轻载跳变为重载时，能够更加快速地调节功率电路中的开关元件的关断时间，加快电感电流的上升，从而减小输出电压的欠冲，提高负载的动态响应速度。

14、进一步的，所述时间调整电路可根据输出电压的恢复状况而调整关断时间的时间长度，在输出电压较低时可以缩短关断时间使得电感电流可以更快速上升，在输出电压较高时可以将关断时间恢复至正常工作的时间长度，可以避免输出电压在模式切换时出现过冲。

15、进一步的，本发明的控制电路还包括单脉冲电路，该单脉冲电路可基于加速模式信号产生一窄脉冲信号，以在turbo比较器的输出刚翻高时就可以使得开关变换器的低侧开关关断，以及高侧开关接通，从而可以使得turbo模式的切换变得更加平滑，降低输出电压的突变。