功率变换器及其控制电路制造技术

公开了一种功率变换器及其控制电路。该功率变换器包括时钟信号发生电路；调制信号发生电路；以及逻辑模块，与时钟信号发生电路和调制信号发生电路分别连接，根据工作时钟信号和调制信号产生开关控制信号，其中，在输出电压与输入电压的比值小于第一频率的工作时钟信号对应的占空比时，时钟信号发生电路控制工作时钟信号的频率为第一频率，在输出电压与输入电压的比值大于第一频率的工作时钟信号对应的占空比时，时钟信号发生电路控制工作时钟信号的频率为自适应频率。该功率变换器通过自适应降频处理，在保证一定最小关断时间的情形下自适应增大导通时间，实现占空比最大化，从而扩展工作电压范围和改善输出电压调节的动态范围。

【技术实现步骤摘要】
功率变换器及其控制电路
本技术涉及开关电源领域，更具体地，涉及功率变换器及其控制电路。
技术介绍
随着电路电子技术的进步，开关电源不断向高功率密度、高效率、高可靠性方向发展。在各种电子产品的开关电源中，广泛地使用功率变换器。功率变换器可以采用多种拓扑，例如BOOST、BUCK、BOOST-BUCK、反激式拓扑。在工作期间，功率变换器采用PWM调制(PulseWidthModulation，脉冲宽度调制)方式控制开关管的导通状态，从而控制从输入端到输出端的电能传输，以提供稳定的输出电压和/或电流。图1示出根据现有技术的一种BUCK变换器电路的示意性框图。如图1所示，该BUCK变换器电路100采用PWM调制方式。在工作期间，振荡器101产生恒定频率、恒定占空比的时钟信号CLK，该时钟信号的频率为开关频率，该时钟信号的占空比则决定了系统工作的最大占空比。调制信号发生电路102根据反馈信号产生调制信号Voff。时钟信号CLK与调制信号Voff分别作为逻辑模块103的置位信号和复位信号。逻辑模块103产生开关控制信号Vs，进一步经由驱动模块104提高驱动能力从而产生开关驱动信号Vg，用于控制功率级105中的开关管的导通状态。然而，该BUCK变换器100的驱动模块104和功率级105之间存在着传输延时和损耗，因此功率级105的开关管需要大于最小关断时间。此外，BUCK变换器100还可以包括自举模块，其中，自举电容电荷刷新需要大于最小刷新时间。因此，该BUCK变换器100的时钟信号CLK的占空比不能太大，通常为90％-95％。根据伏秒平衡定理，在BUCK拓扑中，系统工作的占空比D等于输出电压与输入电压的比值，所以在BUCK变换器100的输出电压与输入电压接近时，对应系统工作的占空比大于CLK包含的占空比，但由于时钟信号CLK的占空比限制导致BUCK变换器100难以实现正常工作。因此，期望进一步改进功率变换的制方式以实现宽工作电压。
技术实现思路
有鉴于此，本技术提供功率变换器及其控制电路，其中，根据输出电压选择控制电路的工作模式以维持正常工作，从而扩展功率变换器的电压适用范围。根据本技术的第一方面，提供一种用于功率变换器的控制电路，包括：时钟信号发生电路，用于产生工作时钟信号，所述工作时钟信号控制开关控制信号的开关周期；调制信号发生电路，用于产生调制信号，所述调制信号用于控制所述开关周期中的关断时刻；以及逻辑模块，与所述时钟信号发生电路和所述调制信号发生电路分别连接，用于根据所述工作时钟信号和所述调制信号产生开关控制信号，其中，在输出电压与输入电压的比值小于第一频率的所述工作时钟信号对应的占空比时，所述时钟信号发生电路控制所述工作时钟信号的频率为第一频率，在所述输出电压与输入电压的比值大于第一频率的所述工作时钟信号对应的占空比时，所述时钟信号发生电路控制所述工作时钟信号的频率为自适应频率，所述自适应频率小于所述第一频率，并且根据所述输出电压而变化。优选地，所述控制电路根据所述输出电压的反馈信号与所述输入电压的采样信号产生第三时钟信号。优选地，所述第三时钟信号为选自所述调制信号和所述开关控制信号的任一种。优选地，所述调制信号产生电路包括：误差放大器，用于将所述输出电压的反馈信号与所述参考电压进行比较以产生误差信号；电流采样电路，用于根据所述输入电压生成电流采样信号并对输出的所述电流采样信号进行斜坡补偿以产生方波信号；以及PWM比较器，与所述误差放大器和所述电流采样电路相连接，用于将所述误差信号和所述方波信号进行比较，以产生所述调制信号。优选地，所述控制电路还包括：驱动模块，与所述逻辑模块相连接，用于将所述开关控制信号转换成开关驱动信号。优选地，所述第三时钟信号为选自所述调制信号、所述开关控制信号和所述开关驱动信号的任一种。优选地，所述驱动模块包括：第一驱动模块，用于产生第一开关驱动信号；以及第二驱动模块，用于产生第二开关驱动信号，其中，所述第一开关驱动信号和所述第二开关驱动信号为互补信号。优选地，所述时钟信号发生电路包括：第一振荡器，用于产生所述第一频率的第一时钟信号；以及选择模块，用于将所述第一时钟信号和所述第三时钟信号相比较以及选择二者中的频率较小者作为所述工作时钟信号。优选地，所述时钟信号发生电路还包括：第二振荡器，用于产生第二频率的第二时钟信号，其中，所述选择模块在所述第三时钟信号的频率小于所述第二频率时，选择所述第二时钟信号作为所述工作时钟信号。优选地，所述选择模块包括：第一或非门，包括接收所述第二时钟信号的第一输入端、接收所述第三时钟信号的第二输入端、以及输出端；第二或非门，包括接收所述第一时钟信号的第一输入端、与所述第一或非门的输出端相连接的第二输入端、以及输出端；以及延时模块，与所述第二或非门的输出端相连接。根据本技术的第二方面，提供一种功率变换器，包括：时钟信号发生电路，用于产生工作时钟信号，所述工作时钟信号控制开关控制信号的开关周期；调制信号发生电路，用于产生调制信号，所述调制信号用于控制所述开关周期中的关断时刻；逻辑模块，与所述时钟信号发生电路和所述调制信号发生电路分别连接，用于根据所述工作时钟信号和所述调制信号产生开关控制信号；以及主电路，所述主电路包括具有开关管的功率级，其中，在输出电压与输入电压的比值小于第一频率的所述工作时钟信号对应的占空比时，所述时钟信号发生电路控制所述工作时钟信号的频率为第一频率，在所述输出电压与输入电压的比值大于第一频率的所述工作时钟信号对应的占空比时，所述时钟信号发生电路控制所述工作时钟信号的频率为自适应频率，所述自适应频率小于所述第一频率，并且根据所述输出电压而变化，所述开关控制信号用于控制所述开关管的导通状态。优选地，所述功率变换器为BUCK拓扑。优选地，所述功率级的开关管包括主开关管和辅助开关管，所述辅助开关管与所述主开关管互补导通，用于在所述主开关管断开期间提供电流路径。优选地，所述功率级包括主开关管和二极管，所述二极管用于在所述主开关管断开期间提供电流路径。优选地，所述开关管为NMOS晶体管，所述功率变换器还包括自举模块。优选地，所述自举模块包括串联连接的低压差线性调节器、二极管和电容，在所述主开关管断开期间，经由所述二极管对所述电容充电，在所述主开关管导通期间，所述电容向所述主开关管的驱动模块供电。优选地，所述控制电路根据所述输出电压的反馈信号与所述输入电压的采样信号产生第三时钟信号。优选地，所述第三时钟信号为选自所述调制信号和所述开关控制信号的任一种。优选地，所述调制信号产生电路包括：误差放大器，用于将所述输出电压的反馈信号与所述参考电压进行比较以产生误差信号；电流采样电路，用于根据所述输入电压生成电流采样信号并对输出的所述电流采样信号进行斜坡补偿以产生方波信号；以及PWM比较器，与所述误差放大器和所述电流采样电路相连接，用于将所述误差信号和所述方波信号进行比较，以产生所述调制信号。优选地，所述控制电路还包括：驱动模块，与所述逻辑模块相连接，用于将所述开关控制信号转换成开关驱动信号。优选地，所述第三时钟信号为选自所述调制信号、所述开关控制信号和所述开关驱动信号的任一种。优选地，所述驱动模块包括：第一驱动模块，用于产生第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于功率变换器的控制电路，包括：时钟信号发生电路，用于产生工作时钟信号，所述工作时钟信号控制开关控制信号的开关周期；调制信号发生电路，用于产生调制信号，所述调制信号用于控制所述开关周期中的关断时刻；以及逻辑模块，与所述时钟信号发生电路和所述调制信号发生电路分别连接，用于根据所述工作时钟信号和所述调制信号产生开关控制信号，其特征在于，所述时钟信号发生电路包括第一振荡器和选择模块，其中，所述第一振荡器用于产生第一频率的第一时钟信号，所述选择模块用于在输出电压与输入电压的比值小于所述第一时钟信号对应的占空比时，控制所述工作时钟信号为第一时钟信号；以及在所述输出电压与输入电压的比值大于所述第一时钟信号对应的占空比时，控制所述工作时钟信号为自适应频率的第三时钟信号，所述自适应频率小于所述第一频率。

【技术特征摘要】
1.一种用于功率变换器的控制电路，包括：时钟信号发生电路，用于产生工作时钟信号，所述工作时钟信号控制开关控制信号的开关周期；调制信号发生电路，用于产生调制信号，所述调制信号用于控制所述开关周期中的关断时刻；以及逻辑模块，与所述时钟信号发生电路和所述调制信号发生电路分别连接，用于根据所述工作时钟信号和所述调制信号产生开关控制信号，其特征在于，所述时钟信号发生电路包括第一振荡器和选择模块，其中，所述第一振荡器用于产生第一频率的第一时钟信号，所述选择模块用于在输出电压与输入电压的比值小于所述第一时钟信号对应的占空比时，控制所述工作时钟信号为第一时钟信号；以及在所述输出电压与输入电压的比值大于所述第一时钟信号对应的占空比时，控制所述工作时钟信号为自适应频率的第三时钟信号，所述自适应频率小于所述第一频率。2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述控制电路根据所述输出电压的反馈信号与所述输入电压的采样信号产生第三时钟信号。3.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述第三时钟信号为选自所述调制信号和所述开关控制信号的任一种。4.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述调制信号发生电路包括：误差放大器，用于将所述输出电压的反馈信号与参考电压进行比较以产生误差信号；电流采样电路，用于根据所述输入电压生成电流采样信号并对输出的所述电流采样信号进行斜坡补偿以产生方波信号；以及PWM比较器，与所述误差放大器和所述电流采样电路相连接，用于将所述误差信号和所述方波信号进行比较，以产生所述调制信号。5.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，还包括：驱动模块，与所述逻辑模块相连接，用于将所述开关控制信号转换成开关驱动信号。6.根据权利要求5所述的控制电路，其特征在于，所述第三时钟信号为选自所述调制信号、所述开关控制信号和所述开关驱动信号的任一种。7.根据权利要求5所述的控制电路，其特征在于，所述驱动模块包括：第一驱动模块，用于产生第一开关驱动信号；以及第二驱动模块，用于产生第二开关驱动信号，其中，所述第一开关驱动信号和所述第二开关驱动信号为互补信号。8.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述选择模块用于将所述第一时钟信号和所述第三时钟信号相比较以及选择二者中的频率较小者作为所述工作时钟信号。9.根据权利要求8所述的控制电路，其特征在于，所述时钟信号发生电路还包括：第二振荡器，用于产生第二频率的第二时钟信号，其中，所述选择模块在所述第三时钟信号的频率小于所述第二频率时，选择所述第二时钟信号作为所述工作时钟信号。10.根据权利要求9所述的控制电路，其特征在于，所述选择模块包括：第一或非门，包括接收所述第二时钟信号的第一输入端、接收所述第三时钟信号的第二输入端、以及输出端；第二或非门，包括接收所述第一时钟信号的第一输入端、与所述第一或非门的输出端相连接的第二输入端、以及输出端；以及延时模块，与所述第二或非门的输出端相连接。11.一种功率变换器，包括：时钟信号发生电路，用于产生工作时钟信号，所述工作时钟信号控制开关控制信号的开关周期；调制信号发生电路，用于产生调制信号，所述调制信号用于控制所述开关周期中的关断时刻；逻辑模块，与所述时钟信号发生电路和所述调制信号发生电路分别连接，用于根据所述工作时钟信号和所述调制信号产生开关控制信号；以及主电路，所述主电路包括具有开关管的功率级，其特征在于，在输出电压与输入电压的比值小于第一频率的所述工作时钟信号对应的占空比时，所述时...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟，王军，宁志华，
申请(专利权)人：杭州士兰微电子股份有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江,33