一种针对宽输入应用的降压电源芯片的电流模控制方法技术

本发明专利技术属于电源管理技术领域，具体涉及一种针对宽输入应用的降压电源芯片的电流模控制方法。本发明专利技术重新设计降压电源的电流模控制环路使其可以利用创新的监控环路在极端情况下反馈控制而自适应工作：通过采样实际功率开关管的开启周期宽度，将其与预设的最小环路控制时间相比较，如发现处于需要极端变比的情况，用比较反馈信息去控制原有的时间产生模块使其延长，确保最终稳态时不会触发电路极限响应时间，保证宽输入范围下的降压电源能自适应地正常工作。地正常工作。地正常工作。

【技术实现步骤摘要】
一种针对宽输入应用的降压电源芯片的电流模控制方法


[0001]本专利技术属于电源管理
，具体涉及一种针对宽输入应用的降压电源芯片的电流模控制方法。

技术介绍

[0002]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。其中降压开关电源(Buck架构)可以产生低于输入电压的可控输出电压。而在降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和硬件开销，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，由于控制环路中电流采样电路，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而接近输出或者输入因为输出负载撤出而升高远大于输出或者刚启动时输出从0电压开始爬升时，因为无法满足伏秒平衡而降压开关电源无法稳定环路调节导致输出电压或者电感电流的失控。
[0003]现有技术对于宽输入应用的降压电源芯片的实现方法有：
[0004]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。因为不需要采集电流信息，即不存在采集电流时所需的屏蔽时间，所以相比电流模，电压模的环路最小延迟可以进一步减小。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。可以在图中看出电压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。)
[0005]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远大于输出(或者输出从0电压启动)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且接近输出电压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。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对上述问题，重新设计降压电源的电流模控制环路使其可以利用创新的监控环路在极端情况下反馈控制而自适应工作：通过采样实际功率开关管的开启周期宽度，将其与预设的最小环路控制时间相比较，如发现处于需要极端变比的情况，用比较反馈信息去控制原有的时间产生模块使其延长，确保最终稳态时不会触发电路极限响应时间，保证宽输入范围下的降压电源能自适应地正常工作。
[0007]为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：
[0008]一种针对宽输入应用的降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、恒定时间控制模块、误差放大器、比较放大器、预设开关时间产生电路和开关电源PWM控制器；输入电压VIN接第一开关Q1的一端，第一开关Q1的另一端接电感的一端和第二开关的一端，电感的另一端输出电压VOUT，第二开关管Q2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，其中误差放大器的同相输入端为输出反馈电压，反相输入为基站电压；恒定时间控制模块的输入端为比较放大器，比较放大器的一个输入为预设开关时间产生电路，另一个输入为第一开关管Q1或第二开关管Q2的驱动信号，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，所述控制方法为，通过比较器对第一开关管Q1或第二开关管Q2的开启周期宽度与预设开关时间产生电路产生的时间做比较，将结果反馈到恒定时间控制模块，使恒定时间控制模块产生的控制时间进行延展，最终确保任何时候开关管开启周期宽度都大于电路极限设计时间，从而不会使得电感电流或者输出电压失控。：
[0009]若所述电流采样模块为峰值电流采样模块，执行S1，若所述电流采样模块为谷值电流采样模块，执行S2：
[0010]S1、将电感电流上升周期所需固定时间的最小值定义为Min
‑
Ton，所述预设开关时间产生电路为预设最小开启时间产生电路，定义预设最小开启时间产生电路产生的时间为REF
‑
Ton，并满足REF
‑
Ton大于Min
‑
Ton，预设最小开启时间产生电路包括第一延时模块、第一非门和第一与门，第一延时模块的输入端和第一与门的一个输入端均接第一开关管Q1的驱动信号，第一非门的输入接第一延时模块的输出，第一与门的另一个输入端接非门的输出；比较放大器包括第一D触发器、第二D触发器、第二非门、第三非门、第四非门、第二延时模块、第二与门、第三开关、第四开关、第一电流源、第二电流源和跨导放大器；第二非门的输入端接第一开关管Q1的驱动信号，第二非门的输出接第一D触发器的时钟信号输入端，第一D触发器的D输入端置1，第一D触发器的Q输出端输出第三开关的控制信号；第三非门的输入端接第一与门的输出端，第三非门的输出端接第二D触发器的时钟信号输入端，第二D触发器的D输入端置1，第二D触发器的Q输出端输出第四开关的控制信号；第二与门的一个输入端接第一D触发器的Q输出端，第二与门的另一个输入端接第二D触发器的Q输出端，第二与门的输出端接第二延时模块的输入端，第二延时模块的输出端接第四非门的输入端，第四非门的输出端分别接第一D触发器的复位端和第二D触发器的复位端；第一电流源的输入端接电源VDD，输出端接第三开关的一端，第三开关的另一端接第四开关的一端，第四开关的另一端接第二电流源的输入端，第二电流源的输出端接地；跨导放大器的反相输入端接基准电压VREF，跨导放大器的同相输入端接第三开关和第四开关的连接点，定义第三开关和第四开关的连接点输出误差积分信号Comp_Ton，跨导放大器的输出为比较放大器的输
出，定义输出电流为Ictr1；所述恒定时间控制模块为恒定关闭时间控制模块，恒定关闭时间控制模块根据输入电压VIN、输出电压VOUT和开关电压得到自适应控制时间，电流Ictr1输入到恒定关闭时间控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种针对宽输入应用的降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、恒定时间控制模块、误差放大器、比较放大器、预设开关时间产生电路和开关电源PWM控制器；输入电压VIN接第一开关Q1的一端，第一开关Q1的另一端接电感的一端和第二开关的一端，电感的另一端输出电压VOUT，第二开关管Q2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，其中误差放大器的同相输入端为输出反馈电压，反相输入为基站电压；恒定时间控制模块的输入端为比较放大器，比较放大器的一个输入为预设开关时间产生电路，另一个输入为第一开关管Q1或第二开关管Q2的驱动信号，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，所述控制方法为，通过比较器对第一开关管Q1或第二开关管Q2的开启周期宽度与预设开关时间产生电路产生的时间做比较，将结果反馈到恒定时间控制模块，使恒定时间控制模块产生的控制时间进行延展，最终确保任何时候开关管开启周期宽度都大于电路极限设计时间，从而不会使得电感电流或者输出电压失控。2.根据权利要求1所述的一种针对宽输入应用的降压电源芯片的电流模控制方法，其特征在于，若所述电流采样模块为峰值电流采样模块，执行S1，若所述电流采样模块为谷值电流采样模块，执行S2：S1、将电感电流上升周期所需固定时间的最小值定义为Min
‑
Ton，所述预设开关时间产生电路为预设最小开启时间产生电路，定义预设最小开启时间产生电路产生的时间为REF
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Ton，并满足REF
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Ton大于Min
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Ton，预设最小开启时间产生电路包括第一延时模块、第一非门和第一与门，第一延时模块的输入端和第一与门的一个输入端均接第一开关管Q1的驱动信号，第一非门的输入接第一延时模块的输出，第一与门的另一个输入端接非门的输出；比较放大器包括第一D触发器、第二D触发器、第二非门、第三非门、第四非门、第二延时模块、第二与门、第三开关、第四开关、第一电流源、第二电流源和跨导放大器；第二非门的输入端接第一开关管Q1的驱动信号，第二非门的输出接第一D触发器的时钟信号输入端，第一D触发器的D输入端置1，第一D触发器的Q输出端输出第三开关的控制信号；第三非门的输入端接第一与门的输出端，第三非门的输出端接第二D触发器的时钟信号输入端，第二D触发器的D输入端置1，第二D触发器的Q输出端输出第四开关的控制信号；第二与门的一个输入端接第一D触发器的Q输出端，第二与门的另一个输入端接第二D触发器的Q输出端，第二与门的输出端接第二延时模块的输入端，第二延时模块的输出端接第四非门的输入端，第四非门的输出端分别接第一D触发器的复位端和第二D触发器的复位端；第一电流源的输入端接电源VDD，输出端接第三开关的一端，第三开关的另一端接第四开关的一端，第四开关的另一端接第二电流源的输入端，第二电流源的输出端接地；跨导放大器的反相输入端接基准电压VREF，跨导放大器的同相输入端接第三开关和第四开关的连接点，定义第三开关和第四开关的连接点输出误差积分信号Comp_Ton，跨导放大器的输出为比较放大器的输出，定义输出电流为Ictr1；所述恒定时间控制模块为恒定关闭时间控制模块，恒定关闭时间控制模块根据输入电压VIN、输出电压VOUT和开关电压得到自适应控制时间，电流Ictr1输入到恒定关闭时间控制模块的控制方式为：当VIN和VOUT接近时，Comp_Ton下降低于VRE...

【专利技术属性】
技术研发人员：李路，卫雅芬，陶东宇，
申请(专利权)人：苏州中科华矽半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：