具有自适应时钟的开关电源及其控制器和控制方法技术

本发明专利技术公开了一种具有自适应时钟的开关电源及其控制器和控制方法。开关电源包括开关电路和控制器，开关电路包括电感和具有最小导通时间的开关。控制器根据时钟信号和关断信号生成控制信号以控制开关的导通和关断。本发明专利技术提出的开关电源在开关所需导通时间小于最小导通时间时，可以自适应的降低开关电源的导通频率，此时开关电源的导通时间为最小导通时间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及电源控制技术，尤其涉及但不局限于开关型稳压电源。技术背景开关型稳压电源(全文简称为开关电源)广泛地应用于便携式电子设备。开关电源通常包括开关管。由于多方面的原因，开关电源具有最小导通时间Tmin，即开关管在每个周期中处于导通状态的最短时间。例如，因开关电源中的逻辑电路和驱动电路存在固有延迟，使得开关电源存在最小导通时间Tmin；或者，为了防止开关管的误触发，开关电源在电路设计时也可以设置有最小导通时间Tmin。近年来，一方面便携式电子设备的功耗越来越低，即要求为便携式电子设备供电的开关电源的输出电压越来越低；一方面开关电源的通用性越来越高，即要求开关电源的输入电压范围越来越宽。因此，在实际的应用中，开关电源经常遇到输入电压较高同时输出电压又较低的情况，此时，开关电源中开关管所需导通时间非常小。当开关电源中开关管所需导通时间小于开关电源的最小导通时间Tmin时，会造成输出电压过压的情况。因此，我们需要一种方法，该方法至少可以解决前面描述的一个缺点。
技术实现思路
本专利技术一实施例提出了一种控制开关电路的控制器，开关电路包括具有最小导通时间的开关，开关电路通过开关的导通和关断将输入电压转换成输出电压，所述控制器包括：时钟电路，用于生成时钟信号以控制开关的导通时刻，其中，当开关电路将输入电压转换成所需输出电压时开关所需导通时间大于最小导通时间时，时钟信号的频率为预设频率，当开关所需导通时间小于最小导通时间时，时钟信号的频率和开关所需导通时间成正相关；关断信号产生电路，用于生成关断信号以控制开关的导通时长，其中，当开关所需导通时间大于最小导通时间时，关断信号控制开关的导通时长为开关所需导通时间，当开关所需导通时间小于最小导通时间时，关断信号控制开关的导通时长为最小导通时间；以及逻辑电路，耦接于时钟电路和关断信号产生电路，基于时钟信号和关断信号产生控制信号以控制开关的开关行为。本专利技术一实施例提出了一种开关电源，包括：开关电路，包括开关，开关电路通过开关的导通和关断将输入电压转换成输出电压；以及如前所述的控制器。本专利技术一实施例提出了一种控制开关电路的方法，其中开关电路包括具有最小导通时间的开关，开关电路通过开关的导通和关断将输入电压转换为输出电压，所述方法包括：检测开关所需导通时间是否小于最小导通时间；当开关所需导通时间小于最小导通时间时，控制开关的导通频率小于预设频率，控制开关的导通时长为最小导通时间；当开关所需导通时间大于最小导通时间时，控制开关的导通频率
为预设频率，控制开关的导通时长为开关所需导通时间。附图说明为了更好的理解本专利技术，将根据以下附图对本专利技术的实施例进行描述。这些附图仅用于示例。附图通常仅示出实施例中系统或电路的部分特征，并且附图不一定是按比例绘制的。图1给出了根据本专利技术一实施例的具有自适应时钟的开关电源100的模块示意图。图2给出了根据本专利技术另一实施例的开关电源200的模块示意图。图3给出了根据本专利技术一具体实施例的开关电源300的示意图。图4给出了根据本专利技术一实施例的对应于图3中的开关电源300的信号的波形图。图5给出了根据本专利技术一实施例的具有自适应时钟功能的时钟电路500的模块图。图6给出了根据本专利技术一实施例的具有自适应时钟功能的时钟电路600的电路图。图7给出了根图6中的时钟电路600中各个信号的波形图，用以说明时钟电路600的工作原理和功能。图8给出了根据本专利技术一实施例的用于控制开关电路的方法800。不同示意图中的相同的附图标记表示相同或者相似的部分或特征。具体实施方式下面将详细描述本专利技术的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本专利技术。在以下描述中，为了提供对本专利技术的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是，不必采用这些特定细节来实行本专利技术。在其它实施例中，为了避免混淆本专利技术，未具体描述公知的电路、材料或方法。在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或者“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本专利技术至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”、“示例”不一定都指同一个实施例或者示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特征组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，当称元件“连接到”或“耦接到”另一元件时，它可以是直接连接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接连接到”或者“直接耦接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。图1给出了根据本专利技术一实施例的具有自适应时钟的开关电源100的模块示意图。开关电源100包括开关电路11和控制器12。在图示实施例中，开关电路11具有电源输入端和电源输出端，其中电
源输入端耦接输入电压Vin，电源输出端提供输出电压Vout用于为负载LD供电。标记Vin和Vout在下文中也可分别用于表征电源输入端和电源输出端。开关电路11包括开关S1，开关电源100在开关S1的导通和关断动作下将输入电压Vin转换成输出电压Vout。在一个实施例中，开关电路11包括直流-直流降压变换电路(BUCK)。继续图1的说明，控制器12包括时钟电路122、关断信号产生电路123以及逻辑电路125。时钟电路122在输出端提供时钟信号CLKx用于控制开关S1的导通时刻，从而设置开关电源100的工作频率。其中，当开关电源100将输入电压Vin转换为所需输出电压Vout所需要的导通时间Ton，即当开关电源100将输入电压Vin转换为所需输出电压Vout所需要的开关S1在一个周期中处于导通状态的时间，大于开关电源100的最小导通时间Tmin，即开关S1在一个周期中处于导通状态的最短时间时，时钟电路122提供的时钟信号CLKx的频率固定为F，此时开关S1的导通时间为开关S1所需导通时间Ton，开关电源100的工作频率为F，其中频率F为开关电源100的预设工作频率；当开关S1所需导通时间Ton小于开关电源100的最小导通时间Tmin时，例如，由于开关电源100的输入电压Vin很高和/或输出电压Vout很低从而导致开关所需导通时间Ton小于开关电源100的最小导通时间Tmin时，时钟电路122提供的时钟信号CLKx的频率为Fx，此时开关S1的导通时间为最小导通时间Tmin，开关电源100的工作频率为Fx，其中频率Fx小于预设频率F。在一实施例中，开关电源100的最小导通时间Tmin可以是人为预设的电
路参数，也可以是开关电源100的内在固有参数，例如，开关电源的最小导通时间Tmin由开关电源中的逻辑电路和驱动电路内部信号的传输延迟产生和决定，比如说，比较器的传输延迟。在另一实施例中，开关电源100的最小导通时间Tmin可以是固定值，也可以是变化值。例如，在一实施例中，开关电源的最小导通时间Tmin根据开关电源的相关参数进行设置，最小导通时间Tmin是固定值。比如说，对于开关频率为500KHz的开关电源，最小导通时间Tmin本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制开关电路的控制器，开关电路包括具有最小导通时间的开关，开关电路通过开关的导通和关断将输入电压转换成输出电压，所述控制器包括：时钟电路，用于生成时钟信号以控制开关的导通时刻，其中，当开关电路将输入电压转换成所需输出电压时开关所需导通时间大于最小导通时间时，时钟信号的频率为预设频率，当开关所需导通时间小于最小导通时间时，时钟信号的频率和开关所需导通时间成正相关；关断信号产生电路，用于生成关断信号以控制开关的导通时长，其中，当开关所需导通时间大于最小导通时间时，关断信号控制开关的导通时长为开关所需导通时间，当开关所需导通时间小于最小导通时间时，关断信号控制开关的导通时长为最小导通时间；以及逻辑电路，耦接于时钟电路和关断信号产生电路，基于时钟信号和关断信号产生控制信号以控制开关的开关行为。

【技术特征摘要】
1.一种控制开关电路的控制器，开关电路包括具有最小导通时间的开关，开关电路通过开关的导通和关断将输入电压转换成输出电压，所述控制器包括：时钟电路，用于生成时钟信号以控制开关的导通时刻，其中，当开关电路将输入电压转换成所需输出电压时开关所需导通时间大于最小导通时间时，时钟信号的频率为预设频率，当开关所需导通时间小于最小导通时间时，时钟信号的频率和开关所需导通时间成正相关；关断信号产生电路，用于生成关断信号以控制开关的导通时长，其中，当开关所需导通时间大于最小导通时间时，关断信号控制开关的导通时长为开关所需导通时间，当开关所需导通时间小于最小导通时间时，关断信号控制开关的导通时长为最小导通时间；以及逻辑电路，耦接于时钟电路和关断信号产生电路，基于时钟信号和关断信号产生控制信号以控制开关的开关行为。2.如权利要求1所述的控制器，其中当开关所需导通时间小于最小导通时间时，时钟信号的频率与输入电压成反相关，与输出电压成正相关。3.如权利要求1所述的控制器，其中，时钟电路包括：预设时钟产生模块，产生具有预设频率的预设时钟信号；以及延时模块，耦接至预设时钟产生模块以接收预设时钟信号，延时模块还接收表征开关所需导通时间的指示信号，在开关所需导通时间大于最小导通时间时，延时模块将预设时钟信号输出作时钟信号，在
\t开关所需导通时间小于最小导通时间时，延时模块基于指示信号将预设时钟信号的有效边沿延迟一段时间后输出作时钟信号。4.如权利要求3所述的控制器，其中，指示信号为关断信号。5.如权利要求1所述的控制器，其中时钟电路包括：电流源，具有第一端和第二端，其第一端耦接于供电电源，其第二端提供电流；电容，具有第一端和第二端，其第一端耦接于电流源的第二端，其第二端耦接于参考地；开关管，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接于电流源的第二端和电容的第一端，其第二端耦接于参考地，其控制端接收时钟信号；比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，比较器的第一输入端耦接于电流源的第二端和电容的第一端，比较器的第二输入端耦接于参考电压，比较器在输出端产生比较信号；反相器，具有输入端和输出端，其输入端耦接于比较器的输出端以接收比较信号；以及或非门，具有第一端、第二端和输出端，或非门的第一端耦接于反相器的输出端，或非门的第二端接收表征开关所需导通时间的指示信号，或非门的输出端提供时钟信号。6.如权利要求5所述的控制器，其中，指示信号为关断信号。7.如权利要求1所述的控制器，其中开关电路还包括电感，其中关断信号产生电路包括：放大电路，基于表征输...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛伟，张天柱，
申请(专利权)人：成都芯源系统有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51