开关电源导通时间控制电路、方法和开关电源技术

本发明专利技术公开一种开关电源导通时间控制电路、方法和开关电源，该控制电路包括：包括：斜坡电压获取模块，用于根据输入电压输出斜坡电压；第一参考电压获取模块，用于根据开关频率信号和参考时钟信号输出第一参考电压；第二参考电压获取模块，用于根据开关电源的输出电压输出第二参考电压；切换控制模块，用于根据开关电源的模式检测参数选取第一参考电压与第二参考电压中的任一项作为目标参考电压；比较模块，用于对斜坡电压和目标参考电压进行比对，根据比对结果输出匹配的导通时间信号。本发明专利技术基于电源工作模式切换导通时间生成方式，避免基于锁相环生成的导通时间过短影响频率恒定性和变换器正常工作，有利于降低开关频率变化幅度。变化幅度。变化幅度。

【技术实现步骤摘要】
开关电源导通时间控制电路、方法和开关电源


[0001]本专利技术涉及电力电子
，尤其涉及一种开关电源导通时间控制电路、方法和开关电源。

技术介绍

[0002]直流
‑
直流变换器的控制方式通常包括脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation，PWM）和恒定导通时间（Constant On Time，COT）。COT控制技术是一种脉冲频率调制（Pulse Frequency Modulation，PFM）控制方式，具有轻载效率高、瞬态响应速度快等优点。
[0003]在COT控制技术中，随着变换器输入输出电压变化，工作频率不固定，容易导致较大的电磁干扰。在现有技术中，可通过自适应恒定导通时间（Adaptive Constant On Time，ACOT）的控制方式，根据输入输出电压变化调节主功率开关管的导通时间，或者，通过锁相环（Phase Lock Loop，PLL）产生导通时间，使工作频率保持恒定。
[0004]图1为现有的一种基于锁相环的导通时间控制电路的电路原理图。
[0005]如图1所示，锁相环根据时钟信号和开关频率信号（例如为上功率管开关信号或者下功率管开关信号）调节参考电压V
PLL
＇的电位；充电电流I
RMP
＇对电容C＇充电以产生斜坡电压V
RMP
＇；比较器COMP对斜坡电压V
RMP
＇和参考电压V
PLL
＇进行比较，当斜坡电压V
RMP
＇等于参考电压V
PLL
＇时，比较器输出的导通时间T
on
＇翻转为结束信号，该信号在关断主功率开关管的同时，控制斜坡电压V
RMP
＇重置到地，等待下一次计时的启动。其中，导通时间T
on
＇所对应的工作频率与时钟信号的频率相等。
[0006]现有的基于锁相环的导通时间控制电路存在以下问题：基于锁相环的控制系统采用闭环反馈控制方式。在轻载状态下，直流
‑
直流变换器存在两种工作模式：强制续流模式（Continuous Conduction Mode，CCM）或者断流模式（Discontinuous Conduction Mode，DCM）。在断流模式下，导通时间在闭环环路的作用下不断降低，以保证工作频率正常。随着负载越来越轻，即使导通时间达到最小值，也难以维持工作频率，即言，基于锁相环的控制环路达到饱和。锁相环环路饱和状态下的导通时间T
on
＇太短，会造成直流
‑
直流变换器的主回路控制困难，导致基于锁相环生成导通时间T
on
＇的控制方式无法正常工作。
[0007]图2为现有的一种降压变换器的电路原理图。
[0008]结合图2所示，PLL导通时间控制电路基于锁相环环路调节导通时间T
on
＇，在降压变压器中，导通时间T
on
＇太短的影响主要体现在以下方面：
[0009]其一，在V
IN
等于5V，V
OUT 等于3.3V，电感值L等于2.2uH，500KHz的工作频率下，T
on
＇= 1.32uS，电感电流变化值等于1.02A；在轻载状态下，如果锁相环环路饱和状态下的导通时间限制为50nS，则电感电流i
L
＇变化只有38.6mA。这么小的电流变化，很难准确采样，会影响断流模式下的稳定性。
[0010]其二，导通时间定义了直流
‑
直流变换器在强制续流模式下允许的最小占空比。在小占空比工作时，如果导通时间无法降低到所需的范围，则唯一的选择只有降低工作频率，这会影响变换器工作频率的恒定性。
[0011]其三，影响自举电容的充电。自举电容作为浮动电源，在直流
‑
直流变换器上常用来开启上功率管HQ，每次上功率管HQ开启，自举电容对外放电，在下功率管LQ开启时再充电，以维持足够的电量。如果导通时间太短，则上功率管HQ和下功率管LQ开启时间都变短，导致自举电容充电时间变短，不一定能够弥补损失的电量，长时间开关几次后，自举电容的电量过低，不足以再次开启上功率管HQ，导致变换器只能停止工作，直至自举电容电量恢复。

技术实现思路

[0012]本专利技术提供了一种开关电源导通时间控制电路、方法和开关电源，以解决现有的导通时间控制电路中环路饱和导致导通时间过短，影响开关频率恒定性和工作可靠性的问题，减小导通时间和频率的变化幅度。
[0013]根据本专利技术的一方面，提供了一种开关电源导通时间控制电路，包括：斜坡电压获取模块，用于获取所述开关电源的输入电压，并根据所述输入电压确定斜坡电压；第一参考电压获取模块，用于获取所述开关电源的开关频率信号和参考时钟信号，并根据所述开关频率信号和所述参考时钟信号输出第一参考电压；第二参考电压获取模块，用于根据所述开关电源的输出电压输出第二参考电压；切换控制模块，用于获取所述开关电源的模式检测参数，并根据所述模式检测参数选取所述第一参考电压与所述第二参考电压中的任一项作为目标参考电压；比较模块，用于接收所述斜坡电压和所述目标参考电压，对所述斜坡电压和所述目标参考电压进行比对，根据所述斜坡电压和所述第一参考电压输出第一导通时间信号，或者，根据所述斜坡电压和所述第二参考电压输出第二导通时间信号。
[0014]可选地，所述切换控制模块包括：选择开关，设有第一子开关和第二子开关，所述第一子开关设置于所述第一参考电压获取模块与所述比较模块的第一输入端之间，所述第二子开关设置于所述第二参考电压获取模块与所述比较模块的第一输入端之间；切换信号获取单元，用于根据所述模式检测参数确定切换控制信号；其中，所述切换控制信号用于控制所述第一子开关或者所述第二子开关中的任一项闭合。
[0015]可选地，所述模式检测参数包括：连续多个开关周期内的开关管电流参数，或者，连续多个开关周期内的电感电流参数。
[0016]可选地，所述第一参考电压获取模块，包括：鉴频鉴相单元和电荷泵电路；所述鉴频鉴相单元的第一输入端接收所述参考时钟信号，所述鉴频鉴相单元的第二输入端接收所述开关频率信号，所述鉴频鉴相单元用于检测所述开关频率信号与所述参考时钟信号之间的相位频率差，并输出与所述相位频率差对应的误差脉冲信号；所述电荷泵电路用于根据所述误差脉冲信号确定所述第一参考电压；其中，所述误差脉冲信号包括第一数字信号和第二数字信号，所述第一数字信号用于抬升所述第一参考电压的电压值；所述第二数字信号用于降低所述第一参考电压的电压值。
[0017]可选地，所述第二参考电压获取模块，包括：串联连接的多个分压电阻；所述多个分压电阻至少包括：第一分压电阻和第二分压电阻；所述第一分压电阻的第一端与所述开关电源的输出端电连接，所述第一分压电阻的第二端与所述第二分压电阻的第一端电连接；所述第二分压电阻的第二端接地，所述第一分压电阻与所述第二分压电阻本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种开关电源导通时间控制电路，其特征在于，用于实现开关电源在轻载状态下的导通时间控制，所述开关电源导通时间控制电路包括：斜坡电压获取模块，用于获取所述开关电源的输入电压，并根据所述输入电压确定斜坡电压；第一参考电压获取模块，用于获取所述开关电源的开关频率信号和参考时钟信号，并根据所述开关频率信号和所述参考时钟信号输出第一参考电压；第二参考电压获取模块，用于根据所述开关电源的输出电压输出第二参考电压；切换控制模块，用于获取所述开关电源的模式检测参数，并根据所述模式检测参数选取所述第一参考电压与所述第二参考电压中的任一项作为目标参考电压；比较模块，用于接收所述斜坡电压和所述目标参考电压，对所述斜坡电压和所述目标参考电压进行比对，根据所述斜坡电压和所述第一参考电压输出第一导通时间信号，或者，根据所述斜坡电压和所述第二参考电压输出第二导通时间信号；其中，所述第一参考电压获取模块基于锁相环控制模式生成第一参考电压，所述第二参考电压获取模块基于自适应控制模式生成第二参考电压；在所述开关电源处于轻载运行状态时，所述切换控制模块按照预设采样频率获取所述开关电源的模式检测参数，根据所述模式检测参数判断当前开关电源的工作模式；若当前工作模式为强制续流模式，则所述切换控制模块选择第一参考电压作为目标参考电压；若当前工作模式为断流模式，则所述切换控制模块选择第二参考电压作为目标参考电压。2.根据权利要求1所述的开关电源导通时间控制电路，其特征在于，所述切换控制模块包括：选择开关，设有第一子开关和第二子开关，所述第一子开关设置于所述第一参考电压获取模块与所述比较模块的第一输入端之间，所述第二子开关设置于所述第二参考电压获取模块与所述比较模块的第一输入端之间；切换信号获取单元，用于根据所述模式检测参数确定切换控制信号；其中，所述切换控制信号用于控制所述第一子开关或者所述第二子开关中的任一项闭合。3.根据权利要求2所述的开关电源导通时间控制电路，其特征在于，所述模式检测参数包括：连续多个开关周期内的开关管电流参数，或者，连续多个开关周期内的电感电流参数。4.根据权利要求1所述的开关电源导通时间控制电路，其特征在于，所述第一参考电压获取模块，包括：鉴频鉴相单元和电荷泵电路；所述鉴频鉴相单元的第一输入端接收所述参考时钟信号，所述鉴频鉴相单元的第二输入端接收所述开关频率信号，所述鉴频鉴相单元用于检测所述开关频率信号与所述参考时钟信号之间的相位频率差，并输出与所述相位频率差对应的误差脉冲信号；所述电荷泵电路用于根据所述误差脉冲信号确定所述第一参考电压；其中，所述误差脉冲信号包括第一数字信号和第二数字信号，所述第一数字信号用于抬升所述第一参考电压的电压值；所述第二数字信号用于降低所述第一参考电压的电压
值。5.根据权利要求1所述的开关电源导通时间控制电路，其特征在于，所述第二参考电压获取模块，包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：李征，赵泊然，朱伟东，
申请(专利权)人：江苏应能微电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：