[发明专利]开关变换器及其控制电路

说明书

本申请公开了一种开关变换器及其控制电路。控制电路包括：迟滞电压控制电路，根据直流输出电压的第一反馈信号生成迟滞电压；PWM比较器，将直流输出电压的第二反馈信号和纹波信号的叠加信号与迟滞电压相比较，以产生脉宽调制信号；以及逻辑和驱动电路，将脉宽调制信号转换成开关控制信号，以控制至少一个开关管的导通状态，使得开关变换器可根据直流输出电压自适应地改变迟滞窗口的大小，拓宽了频率稳定的范围。

技术领域

本发明涉及开关电源技术领域，更具体地，涉及一种开关变换器及其控制电路。

背景技术

在电子系统中已经广泛地使用开关变换器，用于产生内部电路模块或者负载所需的工作电压和电流。开关变换器采用功率开关管控制输入端向输出端的电能传输，因而可以在输出端提供恒定的输出电压和/或输出电流。在开关变换器中，由迟滞模式演化而来的基于纹波的恒定导通时间控制方法具有系统频率恒定、良好的轻载效率、快速的瞬态响应和易于实现的优点，因而近年来得到广泛的应用。

图1示出根据现有技术的一种具有固定迟滞控制模式和恒定导通时间控制模式的开关变换器的示意性电路图。开关变换器100包括主功率电路和控制电路，主功率电路包括串联连接在输入端和接地端之间的开关管MD1和MD2，电感Lx连接在开关管MD1和MD2的中间节点和输出端之间，输出电容Cout连接在输出端和接地端之间。电阻Resr为输出电容Cout的等效串联电阻，负载RL并联连接在输出电容Cout的两端之间。开关变换器100的输入端接收直流输入电压Vin，输出端提供直流输出电压Vout。开关变换器100的控制电路用于向开关管MD1和MD2提供开关控制信号。

在开关变换器100的控制电路中，导通时间控制电路110设定开关周期Tsw的导通时间Ton1，从而产生复位信号。最小关断时间控制电路120设定与预定输出电压和预定负载相对应的最小关断时间Toff_min(或最大开关频率)。误差放大器EA根据直流输出电压Vout的第一反馈信号FB1和参考电压Vref得到误差信号Vcomp，PWM比较器130将误差信号Vcomp与纹波信号Ripple和第二反馈信号FB2的叠加信号进行比较以获得脉宽调制信号PWM。逻辑和驱动电路140将脉宽调制信号PWM转换成开关控制信号以控制开关管MD1和MD2的导通状态。纹波注入电路150用于提供所述纹波信号Ripple。

在图1中，PWM比较器130的输出决定开关管MD1和MD2的导通和关断，同时导通时间控制电路110和最小关断时间控制电路120会限制开关管的最小导通时间和最小关断时间。当脉宽调制信号PWM决定的导通时间Ton大于导通时间Ton1时，开关变换器100工作在迟滞控制模式下；当脉宽调制信号PWM决定的导通时间Ton小于导通时间Ton1时，开关变换器100工作在自适应导通时间控制模式下。但是，当脉宽调制信号PWM决定的关断时间Toff小于最小关断时间Toff_min时，开关管的关断时间由最小关断时间Toff_min决定，由于这一状态下PWM比较器130总是提前导通开关管，导致该状态下系统无法工作在DCM(DiscontinuousConduction Mode，断续导通模式)下，大大降低了系统的轻载效率。

现有技术的开关变换器为了解决这一问题，设置脉宽调制信号PWM的关断时间Toff始终大于最小关断时间Toff_min，因为脉宽调制信号PWM的关断时间为：

其中，Vhys表示PWM比较器130的迟滞电压，Vout表示直流输出电压，R₅表示纹波注入电路150中电阻R5的电阻值，C₁表示纹波注入电路150中电容C1的电容值。假设最小关断时间Toff_min＝50ns，则可以得到现有的开关变换器需要满足：

以直流输出电压Vout处于0.5V～4V为例，现有技术的开关变换器为了满足上述条件，需要保证当直流输出电压Vout为4V时满足公式2，由此可得到现有技术的PWM比较器130的迟滞电压需要满足：