恒定导通时间控制的开关变换器及其自动校准方法技术

公开了恒定导通时间控制的开关变换器及其控制器、控制方法和自动校准方法。开关变换器包括主晶体管、决定主晶体管导通时间的导通时间控制电路、以及控制主晶体管的逻辑电路。自动校准方法包括：产生具有预设占空比的周期性时钟信号；将第一电压与第二电压提供至导通时间控制电路，使导通时间控制电路基于第一电压和第二电压产生导通时间控制信号；将时钟信号和导通时间控制信号提供至逻辑电路，使逻辑电路基于时钟信号和导通时间控制信号产生开关控制信号；将开关控制信号的占空比与时钟信号的占空比进行比较，产生校正编码信号；以及基于校正编码信号调节导通时间控制电路中的电路参数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电子电路，尤其涉及恒定导通时间控制的开关变换器及其控制器、控制方法和自动校准方法。
技术介绍
恒定导通时间控制(COT control，constant on-time control)由于其优越的负载瞬态响应、简单的内部结构和平滑的工作模式切换，在电源领域得到了很好的应用。图1为现有的采用恒定导通时间控制的同步降压变换器的框图，其中导通时间控制电路通常基于输入电压Vin和输出电压Vout产生导通时间控制信号COT，以决定上管M1的导通时间。比较电路将输出电压Vout与参考电压Vref进行比较，提供比较信号SET。逻辑电路根据导通时间控制信号COT和比较信号SET产生开关控制信号CTRL，以通过驱动电路控制上管M1和下管M2。一般情况下，当输出电压Vout降低至参考电压Vref时，上管M1导通，下管M2关断。当上管M1的导通时间达到导通时间控制电路设定的时长时，上管M1关断，下管M2导通。如此往复，以实现对输出电压Vout的调节。在大规模制造过程中，工艺偏差问题(例如电阻值、电容值或比较器延时的偏差)会对上述导通时间控制电路造成影响，导致采取同样设计的变换器在相同输入输出电压条件下得到的导通时间不同，影响了产品的一致性。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出了具有导通时间自动校准功能的恒定导通时间控制开关变换器及其控制器和控制方法。根据本专利技术实施例的一种用于恒定导通时间控制开关变换器的自动校准方法，其中该开关变换器将输入电压转换为输出电压，包括主晶体管、决定主晶体管导通时间的导通时间控制电路、以及控制主晶体管的逻辑电路，该自动校准方法包括：产生具有预设占空比的周期性时钟信号；将第一电压与第二电压提供至导通时间控制电路，以使导通时间控制电路基于第一电压和第二电压产
生导通时间控制信号，其中第二电压等于第一电压与预设占空比之积；将时钟信号和导通时间控制信号提供至逻辑电路，以使逻辑电路基于时钟信号和导通时间控制信号产生开关控制信号；将开关控制信号的占空比与时钟信号的占空比进行比较，产生校正编码信号；基于校正编码信号调节导通时间控制电路中的电路参数。根据本专利技术实施例的一种用于恒定导通时间控制开关变换器的控制方法，其中该开关变换器将输入电压转换为输出电压，包括主晶体管、导通时间控制电路以及逻辑电路，导通时间控制电路具有第一输入端、第二输入端和提供导通时间控制信号以决定主晶体管导通时间的输出端，逻辑电路具有耦接至导通时间控制电路输出端的第一输入端、第二输入端和提供开关控制信号以控制主晶体管的输出端。该控制方法包括：在开关变换器的启动时间达到预设时长前：产生具有预设占空比的周期性时钟信号；将第一电压与第二电压分别提供至导通时间控制电路的第一输入端与第二输入端，其中第二电压等于第一电压与预设占空比之积；将时钟信号提供至逻辑电路的第二输入端；将开关控制信号的占空比与时钟信号的占空比进行比较，产生校正编码信号；以及基于校正编码信号调节导通时间控制电路中的电路参数。在开关变换器的启动时间达到预设时长后：维持校正编码信号不变；将开关变换器的输出电压与参考电压进行比较，产生比较信号；将开关变换器的输入电压与输出电压或参考电压代替第一电压与第二电压，分别提供至导通时间控制电路的第一输入端和第二输入端；以及将比较信号代替时钟信号，提供至逻辑电路的第二输入端。根据本专利技术实施例的一种用于恒定导通时间控制开关变换器的控制器，其中该开关变换器包括主晶体管，将输入电压转换为输出电压，该控制器包括：振荡电路，产生具有预设占空比的周期性时钟信号；导通时间控制电路，具有第一输入端、第二输入端、第三输入端和输出端，其中第一输入端接收第一电压，第二输入端接收第二电压，导通时间控制电路基于第一电压和第二电压，在输出端提供导通时间控制信号以决定主晶体管的导通时间；逻辑电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至导通时间控制电路的输出端，第二输入端耦接至振荡电路以接收时钟信号，逻辑电路基于导通时间控制信号和时钟信号，在输出端提供开关控制信号以控制主晶体管；以及占空比检测电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至振荡电路，第二输入端耦接至逻辑电路的输出端，输出端耦接至导通时间控
制电路的第三输入端，占空比检测电路将开关控制信号的占空比与时钟信号的占空比进行比较，在输出端产生校正编码信号以调节导通时间控制电路中的电路参数。本专利技术的实施例在开关变换器刚启动的一段时间内，将第一电压与第二电压代替输入电压与输出电压提供至导通时间控制电路，并将时钟信号代替比较信号提供至逻辑电路。逻辑电路据之产生的开关控制信号随即被用作与时钟信号进行比较，产生用以调节导通时间控制电路中电路参数的校正编码信号，实现导通时间的自动校准。附图说明图1为传统恒定导通时间控制开关变换器的示意性框图；图2为根据本专利技术实施例的导通时间自动校准系统的示意性框图；图3为根据本专利技术实施例的开关变换器的示意性框图；图4为根据本专利技术实施例的导通时间控制电路203A以及逻辑电路204A的电路原理图；图5为根据本专利技术实施例的图4所示电路在自动校准模式下的工作波形图；图6为根据本专利技术实施例的图4所示电路在正常工作模式下的工作波形图；图7为根据本专利技术实施例的可控电流源231A的电路原理图；图8为根据本专利技术一实施例的电容器232A的电路原理图；图9为根据本专利技术实施例的开关变换器控制方法的工作流程图。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。在其他实例中，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“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“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。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
或特性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，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。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“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2为根据本专利技术实施例的导通时间自动校准系统的示意性框图，包括振荡电路201、占空比检测电路202、导通时间控制电路203、逻辑电路204以及脉冲发生电路205。振荡电路201产生具有预设占空比Dset(例如50％)的周期性时钟信号CLK。导通时间控制电路203具有输入端IN31～IN33以及输出端OUT31。与图1所示现有技术相比，导通时间控制电路203在输出端OUT31同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于恒定导通时间控制开关变换器的自动校准方法，其中该开关变换器将输入电压转换为输出电压，包括主晶体管、决定主晶体管导通时间的导通时间控制电路、以及控制主晶体管的逻辑电路，该自动校准方法包括：产生具有预设占空比的周期性时钟信号；将第一电压与第二电压提供至导通时间控制电路，以使导通时间控制电路基于第一电压和第二电压产生导通时间控制信号；将时钟信号和导通时间控制信号提供至逻辑电路，以使逻辑电路基于时钟信号和导通时间控制信号产生开关控制信号；将开关控制信号的占空比与时钟信号的占空比进行比较，产生校正编码信号；以及基于校正编码信号调节导通时间控制电路中的电路参数。

【技术特征摘要】
1.一种用于恒定导通时间控制开关变换器的自动校准方法，其中该开关变换器将输入电压转换为输出电压，包括主晶体管、决定主晶体管导通时间的导通时间控制电路、以及控制主晶体管的逻辑电路，该自动校准方法包括：产生具有预设占空比的周期性时钟信号；将第一电压与第二电压提供至导通时间控制电路，以使导通时间控制电路基于第一电压和第二电压产生导通时间控制信号；将时钟信号和导通时间控制信号提供至逻辑电路，以使逻辑电路基于时钟信号和导通时间控制信号产生开关控制信号；将开关控制信号的占空比与时钟信号的占空比进行比较，产生校正编码信号；以及基于校正编码信号调节导通时间控制电路中的电路参数。2.如权利要求1所述的自动校准方法，还包括：将开关变换器的输出电压与参考电压进行比较，产生比较信号；以及在开关变换器的启动时间达到预设时长后，维持校正编码信号不变，将开关变换器的输入电压与输出电压或参考电压代替第一电压与第二电压提供至导通时间控制电路，并将比较信号代替时钟信号提供至逻辑电路。3.如权利要求1所述的自动校准方法，其中每在一个时钟周期内检测到开关控制信号的占空比小于时钟信号的占空比，则将校正编码信号改变一位，以增大开关控制信号的占空比。4.如权利要求1所述的自动校准方法，其中第一电压等于输入电压。5.如权利要求1所述的自动校准方法，其中导通时间控制电路包括电流值等于第一电压与等效电阻值之商的可控电流源、耦接在电流源与参考地之间的电容器、与电容器并联并受开关控制信号控制的放电晶体管、以及将电容器两端的电压与第二电压进行比较以产生导通时间控制信号的比较器，其中受校正编码信号调节的电路参数包括可控电流源的等效电阻值或电容器的等效电容值。6.如权利要求1所述的自动校准方法，其中第二电压等于第一电压与预设占空比之积。7.如权利要求1所述的自动校准方法，其中逻辑电路在时钟信号的上升
\t沿使开关控制信号变为高电平，在导通时间控制信号的上升沿使开关控制信号变为低电平。8.如权利要求1所述的自动校准方法，还包括：基于时钟信号产生与时钟信号同步的触发脉冲信号；以及将触发脉冲信号提供至逻辑电路，以使逻辑电路基于触发脉冲信号和导通时间控制信号产生开关控制信号。9.一种用于恒定导通时间控制开关变换器的控制方法，其中该开关变换器将输入电压转换为输出电压，包括主晶体管、导通时间控制电路以及逻辑电路，导通时间控制电路具有第一输入端、第二输入端和提供导通时间控制信号以决定主晶体管导通时间的输出端，逻辑电路具有耦接至导通时间控制电路输出端的第一输入端、第二输入端和提供开关控制信号以控制主晶体管的输出端，该控制方法包括：在开关变换器的启动时间达到预设时长前：产生具有预设占空比的周期性时钟信号；将第一电压与第二电压分别提供至导通时间控制电路的第一输入端与第二输入端，其中第二电压等于第一电压与预设占空比之积；将时钟信号提供至逻辑电路的第二输入端；将开关控制信号的占空比与时钟信号的占空比进行比较，产生校正编码信号；以及基于校正编码信号调节导通时间控制电路中的电路参数；在开关变换器的启动时间达到预设时长后：维持校正编码信号不变；将开关变换器的输出电压与参考电压进行比较，产生比较信号；将开关变换器的输入电压与输出电压或参考电压代替第一电压与第二电压，分别提供至导通时间控制电路的第一输入端和第二输入端；以及将比较信号代替时钟信号，提供至逻辑电路的第二输入端。10.如权利要求9所述的控制方法，其中第一电压等于输入电压。11.如权利要求9所述的控制方法，其中导通时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟昌贤，
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