[发明专利]一种同步直流转换器的控制电路

说明书

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种同步直流转换器的控制电路。

背景技术

目前，如附图1所示，在传统的同步直流转换器中，采用同步管107(NMOS管)代替了传统的续流二极管，由于同步管107导通阻抗低，因此转换的效率得到了提高，但是同时需要增加相应的电路，使得同步管107能够在适当的时间关断，以防止电感电流反向。图1虚线框所示部分即为防止电感电流反向的第二控制电路101，其作用是使电感112电流等于零时关断同步管107。在图1所示的同步直流转换器中，第一控制电路100根据节点103的电压值，向功率管控制端104输入控制信号，在控制信号为低电平时，PMOS功率管106打开，输入电源102通过PMOS功率管106向电感112充电，电感电流逐渐升高，节点103的电压值也随之升高，在节点103的电压值达到设定值或第一控制电路100的周期限制后，向功率管控制端104输入高电平，PMOS功率管106关断。此时，虚线框中第二控制电路101向同步管控制端105输出高电平信号，NMOS同步管107打开，电感112续流，此时节点108的电压可表示为：-I112×R107，其中，R107为NMOS同步管107的导通电阻，I112为电感112的电流，因此，节点111的电压可表示为：1109×R110-I112×R107，其中，R110为电阻110的阻值，I109为电流源109的输出电流。当节点111的电压等于零值时，即当节点108的电压等于-I109×R110时，经过比较器113和不可控延迟t113后，同步管控制端105输入的信号变为低电平，同步管107关断。该过程中，节点108的电压与电感112的电流之间的对应关系如附图2中t0-t1时间段所示。

图1所示方案的缺点在于，NMOS同步管107是否能在电感112电流等于零时关断，取决于以下多个不可控因素：1)第二控制电路101的不可控延时t113，该延时受制作工艺、温度和电压的影响；2)比较器113的输入失调电压，该电压受制作工艺影响；3)电感112的电感值，该电感值受开关频率、温度和电感品质影响，实际应用中，也可能因其他因素选择与设计值不同的电感；4)节点103的电压值，该电压值受负载的影响。

以下叙述中，若同步管107在电感电流大于零时关断，则称为提前关断，若同步管107在电感电流小于零时关断，则称为延后关断。如附图2中t2-t3时间段所示的节点108的电压与电感112的电流之间的对应关系，在该时间段内，当节点111的电压等于零时，即当节点108的电压等于-I109×R110时，经过比较器113和不可控延时t113后，同步管控制端105的输入信号变为低电平，同步管107关断，此时，由于电感112的电感值变小，使得电感112的电流斜率增大，因此，在同步管107关断时，电感112的电流已经小于零，从而造成输出功率的浪费，降低了直流转换器的效率。

如附图3所示的改进后的同步直流转换器中，相比于传统电路增加了延时调节模块301和比较器302，延时调节模块301在输入控制信号304和输出控制信号305中增加可调节的延时t301，即在输入控制信号304变为高电平后，经过延时t301，输出控制信号305变为高电平。在检测电感112电流过零的过程中，如果延时调节控制信号303落后于输出控制信号305变为高电平，则增加延迟t301的长度，如果延时调节控制信号303超前于输出控制信号305变高，则减小延迟t301的长度，由于延时调节控制信号303的电平高低表示节点108的电压是否大于零(节点108的电压值大于零，则延时调节控制信号303的电平为高，反之为低)，由此，调节延迟t301可保证节点108电压正好在等于零值时关断同步管107，而此时电感112的电流为零。

图3所示方案的缺点在于：1)防止电感电流反向的实现取决于比较器302的输入失调电压以及转换延迟，如果比较器302存在输入失调电压或者有较大的转换延迟，则会对关断同步管107时节点108的电压值是否为零做出错误判断，而实际电路设计中，比较器302的输入失调电压和转换延迟难以同时兼顾；2)延时调节控制信号303为高电平时，延时调节模块301的延时增加，而延时调节控制信号303为低电平时，延时调节模块301的延时减小，延时调节模块301的延时随着延时调节控制信号303的高低电平的变化而不断调整，没有稳定状态，这使得同步管要么提取关断，要么延后关断，电感电流每隔一个周期过冲一次，降低了效率。

发明内容