[发明专利]一种针对宽输入应用的升压电源芯片的电流模控制方法

说明书

本发明属于电源管理技术领域，具体涉及一种针对宽输入应用的升压电源芯片的电流模控制方法。本发明重新设计升压电源的电流模控制环路，在原有的时间产生模块中另增加一路对电路极限响应时间预估的一个时间延展模块来拓展宽输入范围下的升压应用范围。本发明的有益效果为：1)本发明提出的可以支持宽输入范围下的新的升压电源控制方法，即通过在原始时间设计中加入极限时间预测而时间延展的方法实现宽输入范围的支持；2)具有普遍性，可同时适用于现有的峰值电流模恒定关闭时间控制和现有的谷值电流模恒定开启时间控制。

技术领域

本发明属于电源管理技术领域，具体涉及一种针对宽输入应用的升压电源芯片的电流模控制方法。

背景技术

开关电源因为其高效和宽调节范围的特征在电源领域被广泛使用。其中升压开关电源(Boost结构)可以使输出电压高于输入电压。而在升压开关电源环路补偿的方法上，电流模的控制方法因为其简单的补偿环路设计，已经越来越被广泛应用。而电流模的控制方法中，峰值电流模恒定关闭时间控制(Peak-CMODE COToff(constant Toff)Control)和谷值电流模恒定开启时间控制(Valley-CMODE COTon(constant Ton)Control)最为常用。在这两种方法中，由于控制环路中一些控制电路和驱动电路响应时间限制，使得在某些极端情况下，即在输入暂态跌落很低或者输入因为输出负载撤出而暂态上升接近输出时，升压开关电源无法稳定环路调节而导致输出电压或者电感电流的失控。

现有技术对于宽输入应用的升压电源芯片的实现方法有：

1.放弃电流模控制方法，转而采用电压模控制方法，即不用进行电流信息的采样，只采集输出电压来实现更宽范围的占空比调节能力，如图1。而电压模的缺点为开关电源自身是一个双级点系统，单纯的电压模控制需要环路进行Type III型补偿，即创造两个零点去抵消外部电感和输出电容的双极点。而Type III型补偿只能针对固定范围的电感和电容，对外部电感和电容取值范围要求很严格。同时Type III型补偿在环路控制的硬件实现上较为复杂。可以在图中看出电流模需要两套补偿网络来创造Type III型补偿。(相比下，电流模只需要Type II型补偿，即只需要一套补偿网络，只需创造一个零点且适用更宽的外部电感和电容取值。)

2.在原始电流模的结构上进行改变：在峰值电流模恒定关闭时间控制中同时加入谷值电流控制，或者在谷值电流模恒定开启时间控制中同时加入峰值电流控制，如图2和图3。即在峰值电流模恒定关闭时间控制中，当输入因为输出负载撤出而暂态上升接近输出而需要支持极小占空比的情况下控制转而采用谷值电流控制。同理，在谷值电流模恒定开启时间控制中，当输入暂态跌落很低而需要支持极大占空比的情况下控制转而采用峰值电流控制。这两种方法各自均需要增加一套电流采样电路，不仅硬件开销增加，还增加了系统控制逻辑的复杂度，如图2和图3中左侧增加的电流采样模块和控制逻辑模块。另外因为同时有峰值和谷值两种电流采样，必然存在两套电流采样电路间的失调，即offset，即图2中两套电流采样的相互间误差，图3同理。为了保证在正常输入输出占空比下的频率稳定，需要对两套采样电路进行失调校准，又增加了开销。

发明内容

本发明针对上述问题，重新设计升压电源的电流模控制环路，在原有的时间产生模块中另增加一路对电路极限响应时间预估的一个时间延展模块来拓展宽输入范围下的升压应用范围。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种针对宽输入应用的升压电源芯片的电流模控制方法，包括电感、第一开关管Q1、第二开关管Q2、电流采样模块、误差放大器、恒定时间控制模块和开关电源PWM控制器；输入电压VIN通过电感后接第一开关管Q1一端和第二开关管Q2一端的连接点，第二开关管Q2的另一端产生输出电压VOUT，第一开关管Q1的另一端接地；开关电源PWM控制器的输入为电流采样模块、误差放大器和恒定时间控制模块，开关电源PWM控制器的输出控制第一开关管Q1和第二开关管Q2的开启和关闭；其特征在于，所述控制方法包括：