开关变换器及其控制器和控制方法技术

公开了包括主晶体管的开关变换器及其控制器和控制方法。该控制器包括时钟产生电路和控制电路。时钟产生电路产生决定主晶体管开关频率的时钟信号。控制电路耦接至时钟产生电路，根据时钟信号和代表开关变换器输出信号的反馈信号产生控制信号以控制主晶体管。时钟产生电路还耦接至控制电路以接收控制信号，并根据控制信号判断主晶体管的导通时间是否小于时间阈值。若主晶体管的导通时间小于时间阈值，则时钟产生电路改变时钟信号的频率以将主晶体管的导通时间调节至等于时间阈值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电子电路，尤其涉及。
技术介绍
定频峰值电流控制是一种常用的开关变换器控制方式。在定频峰值电流控制下， 代表开关变换器输出信号的反馈信号与参考电压被送入误差放大器以产生补偿信号。主晶 体管在时钟信号来临时被导通，在代表流过其电流的电流采样信号增大至补偿信号时被关 断。由于控制电路的内部延迟，会存在一个最小导通时间，主晶体管在其导通时间达到最小 导通时间之后方可被关断。 当开关变换器的输入电压增大，主晶体管的导通时间会减小。由于最小导通时间 的存在，主晶体管的导通时间在减小至最小导通时间后将无法进一步减小。此时输出电压 会上升，在输出电压上会出现较大纹波。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供，以消除主晶 体管的导通时间达到最小导通时间后输出电压上可能出现的纹波。 根据本专利技术实施例的一种开关变换器，包括：开关电路，包括主晶体管，将输入电 压转换为输出电压；反馈电路，耦接至开关电路，采样开关电路的输出电压，产生代表输出 电压的反馈信号；电流采样电路，采样流过主晶体管的电流，产生代表流过主晶体管电流的 电流采样信号；时钟产生电路，产生时钟信号；误差放大电路，耦接至反馈电路，根据第一 参考电压与反馈信号之差产生补偿信号；比较电路，耦接至电流采样电路和误差放大电路， 将电流采样信号与补偿信号进行比较，产生重置信号；以及控制电路，耦接至时钟产生电路 和比较电路，根据时钟信号和重置信号产生控制信号以控制主晶体管；其中时钟产生电路 还耦接至控制电路以接收控制信号，并根据控制信号判断主晶体管的导通时间是否小于时 间阈值，若主晶体管的导通时间小于时间阈值，则时钟产生电路改变时钟信号的频率以将 主晶体管的导通时间调节至等于时间阈值。 根据本专利技术实施例的一种用于开关变换器的控制器，该开关变换器包括主晶体 管，该控制器包括：时钟产生电路，产生决定主晶体管开关频率的时钟信号；控制电路，耦 接至时钟产生电路，根据时钟信号和代表开关变换器输出信号的反馈信号产生控制信号以 控制主晶体管；其中若主晶体管的导通时间小于时间阈值，则时钟产生电路改变时钟信号 的频率以将主晶体管的导通时间调节至等于时间阈值。 根据本专利技术实施例的一种用于开关变换器的控制方法，该开关变换器包括主晶体 管，该控制方法包括：产生代表开关变换器输出信号的反馈信号；产生决定主晶体管开关 频率的时钟信号；根据时钟信号和反馈信号产生控制信号以控制主晶体管；根据控制信号 判断主晶体管的导通时间是否小于时间阈值；以及若主晶体管的导通时间小于时间阈值， 则改变时钟信号的频率以将主晶体管的导通时间调节至等于时间阈值。 本专利技术的实施例设置一大于最小导通时间的时间阈值，并在主晶体管的导通时间 小于该时间阈值时，改变时钟信号的频率以将主晶体管的导通时间调节至等于该时间阈 值。这样，有效地防止了主晶体管的导通时间减小至最小导通时间，也从根本上消除了输出 电压上可能因最小导通时间而产生的纹波。 【附图说明】 图1为根据本专利技术实施例的开关变换器100的框图； 图2A为根据本专利技术实施例的时钟产生电路102A的电路原理图； 图2B为图2A所示时钟产生电路102A的工作波形图； 图3为根据本专利技术实施例的时钟产生电路102B的电路原理图； 图4为根据本专利技术实施例的时钟产生电路102C的电路原理图； 图5为根据本专利技术实施例的时钟产生电路102D的电路原理图； 图6为根据本专利技术实施例的时钟产生电路102E的电路原理图； 图7为根据本专利技术实施例的开关变换器100A的电路原理图； 图8为根据本专利技术实施例的用于开关变换器的控制方法的工作流程图。 【具体实施方式】 下面将详细描述本专利技术的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例 说明，并不用于限制本专利技术。在以下描述中，为了提供对本专利技术的透彻理解，阐述了大量特 定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发 明。在其他实例中，为了避免混淆本专利技术，未具体描述公知的电路、材料或方法。 在整个说明书中，对 一个实施例、实施例、 一个示例或示例的提及意味 着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本专利技术至少一个实施例中。 因此，在整个说明书的各个地方出现的短语在一个实施例中、在实施例中、一个示例 或示例不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特 定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当 理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。应当理解， 当称元件连接到或耦接到另一元件时，它可以是直接连接或耦接到另一元件或者 可以存在中间元件。相反，当称元件直接连接到或直接耦接到另一元件时，不存在中 间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语和/或包括一个或多个相 关列出的项目的任何和所有组合。 针对
技术介绍
中指出的问题，本专利技术设置了一大于最小导通时间（例如50nS)的 时间阈值（例如80nS)，并在主晶体管的导通时间小于该时间阈值时，改变时钟信号的频率 以将主晶体管的导通时间调节至等于该时间阈值。这样有效地防止了主晶体管的导通时间 减小至最小导通时间，也从根本上消除了输出电压上可能因最小导通时间而产生的纹波。 图1为根据本专利技术实施例的开关变换器100的框图。开关变换器100包括开关电 路101、时钟产生电路102、控制电路103、反馈电路104、比较电路105、误差放大电路106以 及电流采样电路107。开关电路101包括主晶体管，接收输入电压Vin，并将输入电压Vin 转换为输出电压Vout。开关电路101可以采用任何合适的拓扑结构，例如降压电路、升压 电路、升降压电路、反激电路等。反馈电路104耦接至开关电路，采样开关电路的输出信号 并产生代表输出信号的反馈信号FB。开关电路的输出信号可以是如图1所示的输出电压 Vout，也可以是输出电流或输出功率。 误差放大电路106耦接至反馈电路104,根据参考电压VREF1与反馈信号FB之差 产生补偿信号COMP。电流采样电路107采样流过主晶体管的电流，产生代表流过主晶体管 电流的电流采样信号ISENSE。比较电路105耦接至电流采样电路107和误差放大电路106， 将电流采样信号ISENSE与补偿信号COMP进行比较，产生重置信号RST。时钟产生电路102 产生决定主晶体管开关频率的时钟信号CLK。控制电路103耦接至时钟产生电路102和比 较电路105,根据时钟信号CLK和重置信号RST产生控制信号CTRL以控制开关电路101中 的主晶体管。 如图1所示，时钟产生电路102还耦接至控制电路103以接收控制信号CTRL，并 根据控制信号CTRL判断主晶体管的导通时间Ton是否小于时间阈值Tth。若导通时间Ton 小于时间阈值Tth，则时钟产生电路102改变时钟信号CLK的频率以将导通时间Ton调节 至等于时间阈值Tth。在同等负载条件下，时钟频率增大将导致导通时间Ton减小，反之亦 然。时间阈值Tth -般被设置为大于主晶体管的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关变换器，包括：开关电路，包括主晶体管，将输入电压转换为输出电压；反馈电路，耦接至开关电路，采样开关电路的输出电压，产生代表输出电压的反馈信号；电流采样电路，采样流过主晶体管的电流，产生代表流过主晶体管电流的电流采样信号；时钟产生电路，产生时钟信号；误差放大电路，耦接至反馈电路，根据第一参考电压与反馈信号之差产生补偿信号；比较电路，耦接至电流采样电路和误差放大电路，将电流采样信号与补偿信号进行比较，产生重置信号；以及控制电路，耦接至时钟产生电路和比较电路，根据时钟信号和重置信号产生控制信号以控制主晶体管；其中时钟产生电路还耦接至控制电路以接收控制信号，并根据控制信号判断主晶体管的导通时间是否小于时间阈值，若主晶体管的导通时间小于时间阈值，则时钟产生电路改变时钟信号的频率以将主晶体管的导通时间调节至等于时间阈值。

【技术特征摘要】
1. 一种开关变换器，包括： 开关电路，包括主晶体管，将输入电压转换为输出电压； 反馈电路，禪接至开关电路，采样开关电路的输出电压，产生代表输出电压的反馈信 号； 电流采样电路，采样流过主晶体管的电流，产生代表流过主晶体管电流的电流采样信 号； 时钟产生电路，产生时钟信号； 误差放大电路，禪接至反馈电路，根据第一参考电压与反馈信号之差产生补偿信号； 比较电路，禪接至电流采样电路和误差放大电路，将电流采样信号与补偿信号进行比 较，产生重置信号；W及 控制电路，禪接至时钟产生电路和比较电路，根据时钟信号和重置信号产生控制信号 W控制主晶体管； 其中时钟产生电路还禪接至控制电路W接收控制信号，并根据控制信号判断主晶体管 的导通时间是否小于时间阔值，若主晶体管的导通时间小于时间阔值，则时钟产生电路改 变时钟信号的频率W将主晶体管的导通时间调节至等于时间阔值。2. 如权利要求1所述的开关变换器，其中时钟产生电路在检测到主晶体管的导通时间 在连续多个开关周期内均小于时间阔值后，方改变时钟信号的频率。3. 如权利要求1所述的开关变换器，其中时钟产生电路包括： 第一电流控制电路，具有输入端和输出端，其中输入端禪接至控制电路W接收控制信 号，第一电流控制电路基于控制信号判断主晶体管的导通时间是否小于时间阔值，并根据 判断结果在输出端产生第一电流控制信号； 第一可控电流源，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端禪接至供电电压，控制端 禪接至第一电流控制电路的输出端； 频率设置电路，提供设置电流； 包括第一晶体管和第二晶体管的第一电流镜，具有供电端、第一端和第二端，其中供电 端禪接至供电电压，第一端禪接至频率设置电路W及第一可控电流源的第二端； 第一电容器，具有第一端和第二端，其中第一端禪接至第一电流镜的第二端，第二端禪 接至参考地； 第四晶体管，具有第一端，第二端和控制端，其中第一端禪接至第一电容器的第一端， 第二端禪接至参考地； 比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端禪接至第一电容器的 第一端，第二输入端接收阔值电压；W及 第一单触发电路，具有输入端和输出端，其中输入端禪接至比较器的输出端，输出端禪 接至第四晶体管的控制端并提供时钟信号。4. 如权利要求3所述的开关变换器，其中频率设置电路包括： 第=晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端禪接至第一可控电流源的第二 端和第一电流镜的第一端； 误差放大器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端接收第二参考电 压，第二输入端禪接至第=晶体管的第二端，输出端禪接至第=晶体管的控制端；W及 第一电阻器，具有第一端和第二端，其中第一端禪接至第=晶体管的第二端，第二端禪 接至参考地。5. 如权利要求3所述的开关变换器，其中第一电流控制电路包括： 第二单触发电路，具有输入端和输出端，其中输入端禪接至控制电路W接收控制信 号； 触发器，具有时钟输入端、数据输入端和输出端，其中时钟输入端禪接至第二单触发 电路的输出端，数据输入端禪接至控制电路W接收控制信号，输出端提供导通时间判断信 号； 逻辑电路，具有输入端、第一输出端和第二输出端，其中输入端禪接至触发器的输出端 W接收导通时间判断信号，逻辑电路基于导通时间判断信号，分别在第一输出端和第二输 出端产生第一逻辑信号和第二逻辑信号； 第一电流源，具有第一端和第二端，其中第一端禪接至供电电压； 第五晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端禪接至第一电流源的第二端， 控制端禪接至逻辑电路的第一输出端W接收第一逻辑信号； 第六晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端禪接至第五晶体管的第二端， 控制端禪接至逻辑电路的第二输出端W接收第二逻辑信号； 第二电流源，具有第一端和第二端，其中第一端禪接至第六晶体管的第二端，第二端禪 接至参考地；W及 第二电容器，具有第一端和第二端，其中第一端禪接至第五晶体管的第二端和第六晶 体管的第一端并提供第一电流控制信号，第二端禪接至参考地。6. 如权利要求3所述的开关变换器，其中第一可控电流源包括： 第走晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中控制端禪接至第一电流控制电路W接 收第一电流控制信号； 第二电阻器，具有第一端和第二端，其中第一端禪接至第走晶体管的第二端； 第=电流源，具有第一端和第二端，其中第一端禪接至第二电阻器的第二端，第二端禪 接至参考地；W及 包括第八晶体管和第九晶体管的第二电流镜，具有供电端、第一端和第二端，其中供电 端禪接至供电电压，第一端禪接至第走晶体管的第一端，第二端禪接至第一电流镜的第一 玉山 乂而。7. 如权利要求5所述的开关变换器，其中第一电流控制电路还包括： 第四电流源，具有第一端和第二端，其中第一端禪接至供电电压； 第十晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端禪接至供电电压，第二端禪接 至第二电容器的第一端，控制端禪接至第四电流源的第二端. 第十一晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端禪接至第十晶体管的控制 端，第二端禪接至参考地，控制端禪接至第二电容器的第一端； 多次检测电路，禪接至触发器的输出端W接收导通时间判断信号，基于导通时间判断 信号判断主晶体管的导通时间是否在连续多个开关周期内均小于时间阔值，产生多次检测 信号；化及 第十二晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端禪接至第十晶体管的控制 端，第二端禪接至参考地，控制端禪接至多次检测电路w接收多次检测信号。8. 如权利要求3所述的开关变换器，其中第一电流控制电路包括： 第十=晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端禪接至供电电压，控制端禪 接至第一晶体管和第二晶体管的控制端； 第十四晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端禪接至第十=晶体管的第二 端； 第十五晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端禪接至第十四晶体管的第二 端，控制端禪接至控制电路W接收控制信号； 第五电流源，具有第一端和第二端，其中第一端禪接至第十五晶体管的第二端，第二端 禪接至参考地；W及 第=电容器，具有第一端和第二端，其中第一端禪接至第十四晶体管的第二端和第 十五晶体管的第一端并提供第一电流控制信号，第二端禪接至参考地。9. 如权利要求3所述的开关变换器，其中时钟产生电路还包括： 第二电流控制电路，检测开关变换器是否处于轻载状态，并根据检测结果产生第二电 流控制信号；W及 第二可控电流源，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端禪接至供电电压，第二端 禪接至第一电流镜的第一端，控制端禪接至第二电流控制电路W接收第二电流控制信号。10. 如权利要求3所述的开关变换器，其中时钟产生电路还包括； 第=可控电流源，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端禪接至供电电压，控制端 禪接至误差放大电路W接收补偿信号； 第十六晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端禪接至供电电压，第二端禪 接至参考地； 第十走晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端和控制端禪接至第=可控电...

【专利技术属性】
技术研发人员：李磊，
申请(专利权)人：成都芯源系统有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51