[发明专利]一种基于可变导通时间控制的Buck变换器

说明书

一种基于可变导通时间控制的Buck变换器，属于模拟集成电路技术领域。利用双输入双输出的误差放大器产生误差电流信号和误差电压信号，误差电压信号与采样的含有电感电流信息的电压信号进行比较作为占空比调制器的一个输入信号；利用电流乘法器产生可变的电流作为充电电容的充电电流，实现Buck变换器导通时间可变；将Buck变换器开关节点处电压进行滤波后与充电电容的电压进行比较作为占空比调制器的另一个输入信号，产生占空比受控的逻辑信号经过死区控制和驱动后作为Buck变换器功率管的栅驱动信号，有效的提高了响应速度且减小了输出电压V_OUT的下冲或上冲。

技术领域

本发明属于模拟集成电路技术领域，具体涉及一种基于可变导通时间控制的Buck变换器。

背景技术

传统的恒定导通时间(COT，Constant On-Time)控制是一种脉冲频率调制(PFM，Pulse Frequency Modulation)控制技术，它使得开关变换器在每个开关周期内导通固定时间，通过控制关断时间实现对输出电压的调节。如图1所示是传统的基于恒定导通时间控制的Buck变换器的整体结构示意图，T_ON产生模块产生固定导通时间T_ON，第一比较器Comp1基于谷值电流检测电感电流的最小值来调制关断时间，从而调节开关周期。恒定导通时间控制的Buck变换器具有轻载效率高以及瞬态响应速度快等优点。

但是，传统的恒定导通时间控制模式存在以下问题：如图1所示，T_ON产生模块中的第二比较器Comp2的负输入端的阈值电压V_TH固定不变，充电电容C_TH的充电电流I_C固定不变，所以导通时间T_ON固定不变，但是实际电路中一般会设计最小关断时间T_OFFMIN。所以，在负载电流或者基准电压V_REF发生阶跃时，传统的恒定导通时间控制模式的Buck变换器产生的占空比最大只能达到T_ON/(T_ON+T_OFFMIN)，限制了响应速度的进一步提升。

发明内容

针对上述传统的恒定导通时间控制变换器由于第二比较器Comp2的负输入端的阈值电压固定不变，以及充电电容C_TH的充电电流固定不变导致导通时间T_ON固定不变限制Buck变换器最大占空比，从而限制响应速度的问题，本发明提出一种基于可变导通时间(Variable On-Time，VOT)控制的Buck变换器，利用可变的充电电流为充电电容充电，产生的导通时间可变且自适应Buck变换器输出电压V_OUT的变化，有效的提高了Buck变换器的响应速度且减小了输出电压V_OUT的下冲或上冲。

本发明的技术方案是：

一种基于可变导通时间控制的Buck变换器，包括功率级和控制环路，

所述功率级包括第一开关管、第二开关管、功率电感和输出电容，第一开关管的漏极连接所述Buck变换器的输入电压，其源极连接第二开关管的漏极和功率电感的一端，第二开关管的源极接地；功率电感的另一端作为所述Buck变换器的输出端并通过输出电容后接地；

所述控制环路包括第一分压电阻、第二分压电阻、开关、充电电容、电流采样模块、死区控制及驱动模块、占空比调制器、第一比较器和第二比较器；第一分压电阻和第二分压电阻串联并接在所述Buck变换器的输出端和地之间，其串联点输出反馈电压；所述电流采样模块采样功率电感的电流信息，其输出信号连接第一比较器的负输入端；第二比较器的负输入端连接阈值电压；所述占空比调制器的输入端连接第一比较器和第二比较器的输出端，其输出端连接死区控制及驱动模块的输入端和开关的控制端；死区控制及驱动模块的输出端连接所述功率级中第一开关管和第二开关管的栅极；

所述控制环路还包括电流乘法器和双输入双输出的误差放大器；