导通时间产生电路及开关转换器的制作方法

本发明属于电力电子，具体涉及一种导通时间产生电路及开关转换器。

背景技术：

1、cot（constant on time）架构的buck变换器，因其具有瞬态响应快、结构简单、轻载效率高等优点，成为了dc-dc开关电源领域的研究热点。cot控制模式下主功率管导通时间ton恒定，通过调整关断时间toff来改变占空比，实现对输出电压的稳定控制。但是，由于buck变换器内部不存在固定时钟，因此cot控制模式实际上属于一种变频的控制模式。实际中，功率管的导通电阻在负载变化时会使buck变换器的频率发生偏移。

2、为了解决该问题，现有技术采用pll调制的cot控制buck变换器可以实现开关频率的锁定，但是在buck变换器和pll构成的双环系统中，为了同时维持buck系统和pll系统的稳定，pll的带宽需要远低于buck的带宽，这降低了buck系统在瞬态响应时的频率恢复速度，增加了芯片的面积和复杂程度。

3、因此，现有技术中亟需一种结构设计简单的导通时间产生电路以代替pll系统来解决cot控制的buck变换器的频率发生偏移的问题。

技术实现思路

1、为了现有技术中cot控制的buck变换器的频率随负载的变化发生偏移的技术问题，本发明提出一种导通时间产生电路及开关转换器，导通时间产生电路应用于cot控制的开关转换器，所述开关转换器包括主功率管和续流管，包括：

2、斜坡模块，根据所述主功率管的驱动信号产生斜坡信号；

3、时间调整模块，根据负载的变化产生时间调整信号，所述时间调整信号用以在预设导通时间的基础上调整所述开关转换器的导通时间，所述预设导通时间表征负载等于零时所述开关转换器的导通时间；

4、时间信号产生模块，根据所述斜坡信号、所述时间调整信号和输出反馈信号产生第二时间信号，所述输出反馈信号表征所述开关转换器的输出电压，所述第二时间信号表征所述开关转换器调整后的导通时间，调整后的导通时间与负载呈正相关关系。

5、进一步的，当负载等于零时，所述时间信号产生模块根据所述斜坡信号和所述输出反馈信号产生第一时间信号，所述第一时间信号表征所述预设导通时间。

6、进一步的，所述时间调整信号控制导通时间的变化比与负载大小成正比关系。

7、进一步的，所述预设导通时间的大小与开关转换器的输出电压成正比关系，所述时间调整信号控制导通时间的变化比与开关转换器的输出电压成反比关系。

8、进一步的，所述时间调整信号控制导通时间的变化比满足公式：,其中i表征负载大小，r表征所述续流管的电阻，v表征所述输出电压。

9、进一步的，所述时间信号产生模块对所述时间调整信号与所述斜坡信号叠加以获得叠加信号，所述叠加信号的平均斜率小于所述斜坡信号的斜率，所述时间信号产生模块根据所述叠加信号与所述输出反馈信号产生所述第二时间信号。

10、进一步的，所述斜坡模块根据所述开关转换器的输入电压获得第一电流信号，并在有效状态的驱动信号驱动所述主功率管导通时对所述第一电流信号积分以获得第一电压信号，所述第一电压信号表征所述斜坡信号。

11、进一步的，所述时间调整模块包括转换单元、第一调节单元和第二调节单元，其中，

12、所述转换单元根据负载的变化获取第二电流信号；

13、所述第一调节单元控制所述第一电流信号变化为所述第一电流信号和所述第二电流信号的差值电流信号；

14、第二调节单元控制第一电流信号的变化时长为预设时长，所述差值电流信号在所述预设时长内的积分值为所述时间调整信号，所述预设时长小于所述预设导通时间。

15、优选的，所述斜坡模块包括第一电流源单元和第一电容，所述第一电流源单元产生所述第一电流信号，当有效状态的驱动信号驱动所述主功率管导通时所述第一电流信号流向所述第一电容。

16、优选的，所述转换单元包括第四开关管，所述第一调节单元包括构成第二电流镜的第五开关管和第六开关管，所述第二调节单元包括第七开关管，其中，

17、所述第四开关管的栅极接收表征负载大小的控制电压，所述第四开关管的漏极连接所述第二电流镜的基准端，所述第七开关管连接在所述第二电流镜的输出端和第一电流源单元之间，所述第五开关管和所述第六开关管的尺寸比为n：1，所述第七开关管的导通时间为所述预设时长。

18、优选的，所述续流管的栅极接收所述开关转换器的输入电压，所述第二调节单元还包括多个反相器串联构成的反相器链，所述反相器链的输入端接收有效状态的驱动信号，所述反相器链的输出端连接所述第七开关管的栅极，所述预设时长与所述输入电压成负相关关系。

19、优选的，所述时间信号产生模块包括：

20、比较单元，比较所述叠加信号、所述输出反馈信号产生所述第二关断触发信号，第二关断触发信号表征主功率管的关断时刻；

21、逻辑单元，对所述第二关断触发信号进行逻辑处理后产生所述第二时间信号。

22、开关转换器，包括上文所述的导通时间产生电路。

23、一种导通时间的控制方法，应用于cot控制的开关转换器，包括步骤：

24、获取预设导通时间，所述预设导通时间表征开关转换器的负载为零时开关转换器的导通时间；

25、根据负载变化信号获取时间调整信号，负载变化信号表征开关转换器负载的变化量；

26、根据时间调整信号在预设导通时间的基础上调整开关转换器的导通时间，调整后的导通时间与负载呈正相关关系，所述预设导通时间表征负载等于零时所述开关转换器的导通时间。

27、进一步的，所述时间调整信号控制导通时间的变化比与负载大小成正比关系；

28、进一步的，所述预设导通时间的大小与开关转换器的输出电压成正比关系，并控制导通时间的变化比与开关转换器的输出电压成反比关系。

29、进一步的，所述时间调整信号控制导通时间的变化比满足公式：,其中i表征负载大小，r表征所述续流管的电阻，v表征所述输出电压。

30、本发明提出的导通时间产生电路会基于负载的变化调整开关转换器的恒定导通时间，从而实现开关转换器的频率恒定。同时，该导通时间产生电路还自适应地根据输出电压的变化调整导通时间，以实现开关转换器的频率恒定。此外，本发明提出的导通时间产生电路将负载变化的判断基准设置为负载为零，这样便使得导通时间产生电路的结构和控制逻辑得到了简化，提高了该导通时间产生电路的适用性。

技术特征：

1.一种导通时间产生电路，应用于cot控制的开关转换器，所述开关转换器包括主功率管和续流管，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的导通时间产生电路，其特征在于，当负载等于零时，所述时间信号产生模块根据所述斜坡信号和所述输出反馈信号产生第一时间信号，所述第一时间信号表征所述预设导通时间。

3.如权利要求1所述的导通时间产生电路，其特征在于，所述时间调整信号控制导通时间的变化比与负载大小成正比关系。

4.如权利要求1所述的导通时间产生电路，其特征在于，所述预设导通时间的大小与开关转换器的输出电压成正比关系，所述时间调整信号控制导通时间的变化比与开关转换器的输出电压成反比关系。

5.如权利要求1所述的导通时间产生电路，其特征在于，所述时间调整信号控制导通时间的变化比满足公式：,其中i表征负载大小，r表征所述续流管的电阻，v表征所述输出电压。

6.如权利要求1所述的导通时间产生电路，其特征在于，所述时间信号产生模块对所述时间调整信号与所述斜坡信号叠加以获得叠加信号，所述叠加信号的平均斜率小于所述斜坡信号的斜率，所述时间信号产生模块根据所述叠加信号与所述输出反馈信号产生所述第二时间信号。

7.如权利要求1所述的导通时间产生电路，其特征在于，所述斜坡模块根据所述开关转换器的输入电压获得第一电流信号，并在有效状态的驱动信号驱动所述主功率管导通时对所述第一电流信号积分以获得第一电压信号，所述第一电压信号表征所述斜坡信号。

8.如权利要求7所述的导通时间产生电路，其特征在于，所述时间调整模块包括转换单元、第一调节单元和第二调节单元，其中，

9.如权利要求8所述的导通时间产生电路，其特征在于，所述斜坡模块包括第一电流源单元和第一电容，所述第一电流源单元产生所述第一电流信号，当有效状态的驱动信号驱动所述主功率管导通时所述第一电流信号流向所述第一电容。

10.如权利要求9所述的导通时间产生电路，其特征在于，所述转换单元包括第四开关管，所述第一调节单元包括构成第二电流镜的第五开关管和第六开关管，所述第二调节单元包括第七开关管，其中，

11.如权利要求10所述的导通时间产生电路，其特征在于，所述续流管的栅极接收所述开关转换器的输入电压，所述第二调节单元还包括多个反相器串联构成的反相器链，所述反相器链的输入端接收有效状态的驱动信号，所述反相器链的输出端连接所述第七开关管的栅极，所述预设时长与所述输入电压成负相关关系。

12.如权利要求6所述的导通时间产生电路，其特征在于，所述时间信号产生模块包括：

13.开关转换器，其特征在于，包括权利要求1-12任意一项所述的导通时间产生电路。

技术总结
本发明提出一种导通时间产生电路及开关转换器，其中导通时间产生电路包括：斜坡模块，根据主功率管的驱动信号产生斜坡信号；时间调整模块，根据负载的变化产生用以在预设导通时间的基础上调整导通时间的时间调整信号；时间信号产生模块，根据斜坡信号、时间调整信号和输出反馈信号产生第二时间信号，第二时间信号表征开关转换器调整后的导通时间，调整后的导通时间与负载呈正相关关系。本发明提出的导通时间产生电路会基于负载的变化调整开关转换器的恒定导通时间，从而实现开关转换器的频率恒定。同时，本发明提出的导通时间产生电路还自适应地根据输出电压的变化调整导通时间，以实现开关转换器的频率恒定。

技术研发人员：曹壮,徐峰
受保护的技术使用者：杰华特微电子股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22