控制器、开关变换器及用于开关变换器的控制方法技术

本发明专利技术涉及一种控制器、开关变换器及用于开关变换器的控制方法。当开关变换器由连续导通工作模式切换至非连续导通工作模式时，用于进行斜坡补偿而输出的峰值电压被抬升一直流调整量，当开关变换器由非连续导通工作模式切换至连续导通工作模式时，所述峰值电压被减去所述直流调整量，如此可以消除常规斜坡补偿方式引入的额外直流失调，使采样反馈电压的谷值在负载稳定期间和负载跳变期间均能保持恒定，相较常规斜坡补偿方式可有效减小负载跳变期间输出电压的上下冲现象，提升开关变换器的瞬态跳变特性。态跳变特性。态跳变特性。

【技术实现步骤摘要】
控制器、开关变换器及用于开关变换器的控制方法


[0001]本专利技术涉及电力
，尤其涉及一种控制器、一种开关变换器及一种用于开关变换器的控制方法。

技术介绍

[0002]开关变换器能在一定负载范围内实现恒定电压输出，其结构稳定、高效且控制模式多样，因而广泛地应用在大功率电压变换场合。COT(constant on
‑
time，恒定导通时间)控制模式是业界对于开关变换器采用的最广泛的控制模式之一，COT控制模式的环路简单，对外围器件依赖较少，有助于提升板级集成度，同时响应速度快，轻载效率高。
[0003]对工作在COT控制模式的开关变换器而言，其导通时间(on
‑
time)是相对恒定的，与预设工作频率相关；关断时间则是由采样反馈电压VFB降至内部基准的时刻决定，易受PCB板及走线寄生引起的噪声影响，产生抖动(jitter)，使得周期长度离散，恶化系统定频特性。当噪声较大时，频率抖动现象十分明显。增加采样反馈电压(VFB)的纹波斜率或在基准电压叠加斜坡可改善抖动的问题，但增加VFB的纹波斜率会成比例增大输出纹波，这对后级敏感电路意味着更大的电源噪声，故不可取，业界通用的办法是在基准电压上叠加一定幅值的斜坡。当在基准电压上叠加一固定斜坡量，等效于在VFB上叠加了等量的补偿斜坡，使VFB的下降斜率增大，抗噪声能力得以大幅提升。
[0004]由于频率抖动的存在，一般不会将补偿斜坡设置为在理想周期长度处归零，而会留出一定裕量以保证周期被扰动时接触点的斜率不受影响。这之间的直流差值通常需要额外的直流校正环路(DC loop)消除，由于直流校正环路中反馈运放的存在及环路稳定性要求，其响应速度较慢，仅作用于稳态精度校正。
[0005]开关变换器可操作于CCM(continuous conduction mode，连续导通模式)或DCM(discontinuous conduction mode，非连续导通模式)，在CCM下，开关变换器处于重负载，在DCM下，开关变换器处于轻负载。当由CCM(重载)切换至DCM(轻载)后，由于单周期内大部分电流充至输出电容，输出纹波增大，故频率抖动现象得以缓解，故在DCM下无需额外斜坡补偿。当由CCM切换至DCM，常规做法是将叠加在基准电压上的补偿斜坡延伸至零并钳位，从而在DCM下停止斜坡补偿，直接将采样反馈电压VFB与基准电压比较即可确定下一周期的开启时刻，当DCM切换至CCM再恢复斜坡补偿。但是，这种做法也带来一个显著问题，即在轻重载跳变的时候会引入额外的直流失调，造成输出直流误差，使得负载跳变期间输出电压形成明显的上下冲现象，恶化了负载跳变特性。

技术实现思路

[0006]为了消除常规斜坡补偿方式引入的额外直流失调，提升开关变换器的瞬态跳变特性，本专利技术提供一种控制器、一种开关变换器及一种用于开关变换器的控制方法。
[0007]一方面，本专利技术提供一种控制器，用于控制开关变换器中的功率开关器件，将一直流输入电压转换为一直流输出电压，所述控制器包括：
[0008]采样反馈电路，得到基于所述直流输出电压的采样反馈电压；
[0009]斜坡补偿电路，输出一周期性变化的斜坡电压和一峰值电压，并根据所述峰值电压与所述斜坡电压提供一补偿电压；
[0010]比较电路，在每个开关周期将所述采样反馈电压与一基准电压和所述补偿电压之和进行比较以确定所述功率开关器件在下一开关周期的开启时刻；
[0011]其中，当所述开关变换器由连续导通工作模式切换至非连续导通工作模式时，所述峰值电压被抬升一直流调整量，当开关变换器由非连续导通工作模式切换至连续导通工作模式时，所述峰值电压被减去所述直流调整量。
[0012]可选的，所述比较电路包括直流校正电路，所述直流校正电路将所述采样反馈电压与所述基准电压进行比较，并通过误差放大将所述采样反馈电压的稳态值钳位在所述基准电压。
[0013]可选的，所述斜坡补偿电路包括：
[0014]斜坡发生器，用于产生周期性的电压信号，所述电压信号的幅值不超过第一电压基准值；
[0015]跨导放大器，与所述斜坡发生器的输出连接，所述跨导放大器用于将所述斜坡电压信号转换为电流信号；
[0016]第一电阻和第二电阻，串联连接在所述第一电压基准值和接地端之间，且串联节点连接所述跨导放大器的输出，所述电流信号和所述第一电压基准值共同作用在所述第二电阻上产生的电压作为所述斜坡电压。
[0017]可选的，所述斜坡补偿电路包括峰值电压输出单元，用于生成所述峰值电压；所述峰值电压输出单元包括选择电路，所述选择电路根据所述开关变换器由连续导通工作模式切换至非连续导通工作模式的时刻，将所述峰值电压抬升所述直流调整量；根据所述开关变换器由非连续导通工作模式切换至连续导通工作模式的时刻，将所述峰值电压减去所述直流调整量。
[0018]可选的，所述峰值电压输出单元还包括第一电流源和第三电阻，所述第一电流源连接所述第三电阻的一端，所述第一电流源在所述第三电阻上产生的压降等于所述直流调整量；所述第三电阻的另一端连接第一电压基准值，所述第一电流源和所述第三电阻的连接点输出第二电压值；当所述开关变换器由连续导通工作模式切换至非连续导通工作模式，所述选择电路选择所述第二电压值作为所述峰值电压；当所述开关变换器由非连续导通工作模式切换至连续导通工作模式，所述选择电路选择所述第一电压基准值作为所述峰值电压。
[0019]可选的，所述选择电路还包括迟滞单元，当所述开关变换器由连续导通工作模式切换至非连续导通工作模式时，等待一预设时长后，将所述峰值电压抬升所述直流调整量；当所述开关变换器由非连续导通工作模式切换至连续导通工作模式时，等待一预设时长后，将所述峰值电压减去所述直流调整量。
[0020]可选的，所述斜坡补偿电路包括峰值电压输出单元，用于生成所述峰值电压；所述峰值电压输出单元包括：
[0021]第一电容，所述第一电容的第一端输出所述峰值电压，另一端接地；
[0022]第二电流源，所述第二电流源的输入端连接所述第一电容的第一端，输出端接地，
所述第二电流源提供所述峰值电压到地的放电通路；
[0023]运算放大器，所述运算放大器的一个输入端接入所述峰值电压，另一个输入端接入所述斜坡电压；
[0024]开关管，所述开关管的控制端连接所述运算放大器的输出端，当所述峰值电压小于所述斜坡电压，所述开关管导通，片上电源通过所述开关管为所述第一电容充电，直至所述峰值电压不小于所述斜坡电压。
[0025]另一方面，本专利技术提供一种开关变换器，所述开关变换器包括功率开关器件、储能元件、输出电容和控制器，所述控制器通过控制所述功率开关器件的动作将一直流输入电压开关周期性地传送给所述储能元件和输出电容，并在所述输出电容上获得一直流输出电压，其特征在于，所述控制器包括：
[0026]采样反馈电路，得到基于所述直流输出电压的采样反馈电压；
[0027]斜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种控制器，用于控制开关变换器中的功率开关器件，将一直流输入电压转换为一直流输出电压，其特征在于，所述控制器包括：采样反馈电路，得到基于所述直流输出电压的采样反馈电压；斜坡补偿电路，输出一周期性变化的斜坡电压和一峰值电压，并根据所述峰值电压与所述斜坡电压提供一补偿电压；比较电路，在每个开关周期将所述采样反馈电压与一基准电压和所述补偿电压之和进行比较以确定所述功率开关器件在下一开关周期的开启时刻；其中，当所述开关变换器由连续导通工作模式切换至非连续导通工作模式时，所述峰值电压被抬升一直流调整量，当开关变换器由非连续导通工作模式切换至连续导通工作模式时，所述峰值电压被减去所述直流调整量。2.如权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述比较电路包括直流校正电路，所述直流校正电路将所述采样反馈电压与所述基准电压进行比较，并通过误差放大将所述采样反馈电压的稳态值钳位在所述基准电压。3.如权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述斜坡补偿电路包括：斜坡发生器，用于产生周期性的电压信号，所述电压信号的幅值不超过第一电压基准值；跨导放大器，与所述斜坡发生器的输出连接，用于将所述电压信号转换为电流信号；第一电阻和第二电阻，串联连接在所述第一电压基准值和接地端之间，且串联节点连接所述跨导放大器的输出，所述电流信号和所述第一电压基准值共同作用在所述第二电阻上产生的电压作为所述斜坡电压。4.如权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述斜坡补偿电路包括峰值电压输出单元，用于生成所述峰值电压；所述峰值电压输出单元包括：选择电路，根据所述开关变换器由连续导通工作模式切换至非连续导通工作模式的时刻，将所述峰值电压抬升所述直流调整量；根据所述开关变换器由非连续导通工作模式切换至连续导通工作模式的时刻，将所述峰值电压减去所述直流调整量。5.如权利要求4所述的控制器，其特征在于，所述峰值电压输出单元还包括第一电流源和第三电阻，所述第一电流源连接所述第三电阻的一端，所述第一电流源在所述第三电阻上产生的压降等于所述直流调整量；所述第三电阻的另一端连接第一电压基准值，所述第一电流源和所述第三电阻的连接点输出第二电压值；当所述开关变换器由连续导通工作模式切换至非连续导通工作模式，所述选择电路选择所述第二电压值作为所述峰值电压；当所述开关变换器由非连续导通工作模式切换至连续导通工作模式，所述选择电路选择所述第一电压基准值作为所述峰值电压。6.如权利要求4或5所述的控制器，其特征在于，所述选择电路还包括迟滞单元，当所述开关变换器由连续导通工作模式切换至非连续导通工作模式时，等待一预设时长后，将所述峰值电压抬升所述直流调整量；当所述开关变换器由非连续导通工作模式切换至连续导通工作模式时，等待一预设时长后，将所述峰值电压减去所述直流调整量。7.如权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述斜坡补偿电路包括峰值电压输出单元，用于生成所述峰值电压；所述峰值电压输出单元包括：第一电容，所述第一电容的第一端输出所述峰值电压，另一端接地；
第二电流源，所述第二电流源的输入端连接所述第一电容的第一端，输出端接地，所述第二电流源提供所述峰值电压到地的放电通路；运算放大器，所述运算放大器的一个输入端接入所述峰值电压，另一个输入端接入所述斜坡电压；以及，开关管，所述开关管的控制端连接所述运算放大器的输出端，当所述峰值电压小于所述斜坡电压，所述开关管导通，片上电源通过所述开关管为所述第一电容充电，直至所述峰值电压不小于所述斜坡电压。8.一种开关变换器，包括功率开关器件、储能元件、输出电容和控制器，所述控制器通过控制所述功率开关器件的动作将一直流输入电压周期性地传送给所述储能元件和输出电容，并在所述输出电容上获得一直流输出电压，其特征在于，所述控制器包括：采样反馈电路，得到基于所述直流输出电压的采样反馈电压；斜坡补偿电路，输出一周期性变化的斜坡电压和一峰值电压，并根据所述峰值电压与所述斜坡电压提供一补偿电压；比较电路，在每个开关周期将所述采样反馈电压与一基准电压和所述补偿电压之和进行比较以确定所述功率开关器件在下一开关周期的开启时刻；其中，当所述开关变换器由...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕旦竹，
申请(专利权)人：上海晶丰明源半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：