[发明专利]开关变换器的开关时间产生电路及开关时间控制方法

说明书

公开了一种开关变换器的开关时间产生电路及开关时间控制方法。根据输出信号的变化信息产生调节信号，并根据调节信号以改变恒定时间控制信号的产生时刻，以实现在负载跳变时，能更加快速地调节开关变换器中功率管的开关时间长度，从而减小输出信号的过冲或跌落，提高负载的动态响应。

技术领域

本发明涉及电力电子技术，具体涉及一种开关变换器的开关时间产生电路及开关时间控制方法。

背景技术

开关时间产生电路通常有两种形式，一种是导通时间产生电路，另一种是关断时间产生电路，由于现有技术中常控制导通时间或关断时间恒定，因此用于开关变换器的恒定导通时间(Constant On Time,COT)控制和恒定关断时间(Constant Off Time,CFT)控制，两者都属于脉冲频率调制控制，与传统的PWM控制技术相比，COT和CFT控制具有轻载效率高、瞬态响应快等优点，因此在开关变换器中得到了广泛应用。

图1a给出了现有技术中应用恒定导通时间控制的Buck变换器的电路图，其中Buck变换器包括主功率管HS，和同步功率管LS。图1b为图1a所示的恒定导通时间产生电路的控制信号波形。从图1a中可以看出，根据输出信号的反馈信号V_FB与基准信号REF产生控制信号VS，在此控制主功率管HS的开通，即为RS触发器的置位信号；恒定导通时间产生电路经固定时间后产生恒定时间控制信号VT，也即RS触发器的复位信号，以控制主功率管HS的关断。恒定导通时间产生电路包括并联的第一电流源CCS1、第一电容C和第一开关S，用以在第一电容C上产生斜坡信号Vc，其中第一开关S受驱动信号TG的反相信号控制，而驱动信号TG与开关变换器的主功率管HS的驱动信号相同。第一电流源CCS1产生的第一电流Iref1可以为固定的电流，也可以为与输入信号V_IN成比例的电流。在第一开关S关断时第一电流Iref1对第一电容C充电，而在第一开关S导通时，第一电容C迅速放电至零，从而产生斜坡信号Vc。恒定导通时间产生电路还包括比较器Cmpr，其反相输入端接收参考信号Vref，同相输入端接收斜坡信号Vc。当斜坡信号Vc达到参考信号Vref时，产生恒定时间控制信号VT，从而关断主功率管HS。

图2a为现有技术的的恒定关断时间产生电路，图2b为图2a所示的恒定关断时间产生电路的控制信号波形。恒定关断时间产生电路的结构与图1a所示的恒定导通时间产生电路基本相同，不同之处在于，第一开关S受驱动信号BG控制的反相信号控制，其中驱动信号BG与主功率管HS的驱动信号相反，使得第一电流源CCS1产生的第一电流Iref1在第一开关S关断时，也就是主功率管HS关断时为第一电容C充电，在第一开关S导通，即主开关管HS导通时第一电容C放电至零，从而产生斜坡信号Vc。当斜坡信号Vc达到参考信号Vref时，产生恒定时间控制信号VT，从而开通主功率管HS。如图1a所示反馈信号V_FB通过环路产生的控制信号VS在此控制主功率管HS的关断。

但是，由于COT控制中导通时间固定，当负载由轻载往重载跳变时关断时间的响应时间由反馈环路决定。因此，当环路响应速度足够快，会使得开关变换器以恒定导通时间加上最小关断时间工作，大大限制了负载的响应速度，输出信号V_OUT会出现很大的过冲。当负载由重载往轻载跳变时，负载的响应速度同样受到限制，输出信号V_OUT出现很大的跌落。同理，在CFT控制中，由于关断时间固定，使得开关变换器在负载变化时响应速度也受到了限制，输出信号V_OUT出现很大的过冲或跌落。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种开关变换器的开关时间产生电路及开关时间控制方法，根据输出信号的变化信息产生调节信号，并根据调节信号改变恒定时间控制信号的产生时刻，以实现在负载跳变时，能更加快速地调节功率管的开关时间长度，从而改善输出信号的过冲或跌落，提高负载的动态响应。