开关变换器及其控制电路和控制方法技术

本发明专利技术公开了一种开关变换器及其控制电路和控制方法，控制电路包括误差信号生成模块，用于生成一误差信号；PFM控制模块，用于根据输出电压的第一反馈电压和第一参考电压的大小关系、所述第一反馈电压和第三参考电压的大小关系以及误差信号生成第一控制信号，根据第一反馈电压和第二参考电压的大小关系和第一控制信号生成第二控制信号，以及根据第二控制信号以及一时钟信号生成第一置位信号；复位信号生成模块，用于生成斜坡电压，并利用斜坡电压以及误差信号生成第一复位信号；逻辑和驱动模块，用于根据第一置位信号和第一复位信号控制高侧开关管的导通和关断，其中，第二控制信号与开关变换器的负载程度相关，从而准确设置进入PFM模式的时机。置进入PFM模式的时机。置进入PFM模式的时机。

【技术实现步骤摘要】
开关变换器及其控制电路和控制方法


[0001]本专利技术涉及电子电路
，特别涉及一种开关变换器及其控制电路和控制方法。

技术介绍

[0002]开关变换器已经大规模的应用在各个领域，成为人们生活必不可少的一部分。
[0003]在传统电压模式控制的开关变换器中，开关变换器在重负载时，处于电感电流连续模式(CCM)，但当负载由重转轻时，处于电感电流断续模式(DCM)，在电感电流断续模式时，开关变换器一般会采用PFM调制(脉冲频率调制)技术，但是由于整个电路中没有电感电流采样信息，再加上电压模式电路自身结构导致的环路响应慢等原因，导致进入PFM模式的负载程度不好控制，同时PFM模式在负载跳变时响应缓慢，发波不匀，造成输出端有较大的纹波和过冲电压，在实际应用中有明显的限制。
[0004]因此，有待提出一种新的开关变换器及其控制电路以解决上述问题。

技术实现思路

[0005]鉴于上述问题，本专利技术的目的在于提供一种开关变换器及其控制电路和控制方法，有利于准确设置进入PFM模式的时机。
[0006]根据本专利技术的一方面，提供一种开关变换器的控制电路，所述开关变换器包括高侧开关管和电感器，所述控制电路通过控制所述高侧开关管的导通和关断来控制输入电压到输出电压的电能传输，所述控制电路包括：误差信号生成模块，用于在第一控制信号处于无效状态时，根据开关变换器的输出电压的第一反馈电压和第一参考电压之间的差值生成一电压大小与所述差值呈负相关的误差信号，以及在第一控制信号处于有效状态时，将所述误差信号的电压大小设为第一预设值；PFM控制模块，用于根据所述第一反馈电压和所述第一参考电压之间的大小关系、所述第一反馈电压和第三参考电压之间的大小关系以及所述误差信号生成所述第一控制信号，并根据所述第一反馈电压和第二参考电压之间的大小关系和所述第一控制信号生成第二控制信号，以及根据所述第二控制信号以及第一时钟信号生成第一置位信号，所述第二参考电压大于所述第一参考电压且小于所述第三参考电压；复位信号生成模块，用于生成斜坡电压，并利用所述斜坡电压以及所述误差信号生成第一复位信号；逻辑和驱动模块，用于根据所述第一置位信号和所述第一复位信号控制所述高侧开关管的导通和关断,其中，所述第二控制信号与所述开关变换器的负载程度相关。
[0007]可选地，所述PFM控制模块被配置为：在所述第一控制信号处于无效状态时，若所述误差信号的电压大小满足预设条件，则控制所述第一控制信号变为有效状态；在所述第一控制信号处于无效状态时，若所述第一反馈电压大于所述第三参考电压，则控制所述第一控制信号变为有效状态；在所述第一控制信号处于有效状态时，若所述第一反馈电压小于所述第一参考电压，则控制所述第一控制信号变为无效状态。
[0008]可选地，所述预设条件包括所述误差信号的电压大小与所述输出电压的第二反馈
电压之和小于第二预设值；其中，当所述误差信号的电压大小与所述输出电压的第二反馈电压之和为所述第二预设值时，若所述开关变换器处于DCM模式，则此时所述开关变换器的高侧开关管的等效占空比与所述开关变换器在CCM模式时高侧开关管的等效占空比达到预设比例，所述预设比例小于1。
[0009]可选地，所述PFM控制模块包括：第一比较器，正输入端接收所述第一参考电压，负输入端接收所述第一反馈电压，输出端用于提供第一比较信号；第一缓冲器，正输入端接收所述输出电压的第二反馈电压，负输入端接地，第一输出端接收所述误差信号，第二输出端用于提供占空比信号，所述占空比信号由所述输出电压的第二反馈电压与所述误差信号叠加得到，所述输出电压的第二反馈电压大于所述输出电压的第一反馈电压；第二比较器，正输入端接收第二预设值，负输入端接收所述占空比信号，输出端用于提供第二比较信号；第三比较器，正输入端接收所述第一反馈电压，负输入端接收所述第三参考电压，输出端用于提供第三比较信号；或门，第一输入端接收所述第三比较信号，第二输入端接收所述第二比较信号，输出端用于提供第一逻辑信号；第一与门，第一输入端接收所述第一逻辑信号，第二输入端接收所述时钟信号，输出端用于提供第二置位信号；第一触发器，复位端接收所述第一比较信号，置位端接收所述第二置位信号，输出端用于提供所述第一控制信号；第四比较器，正输入端接收所述第一反馈电压，负输入端接收所述第二参考电压，输出端用于提供所述第四比较信号；第二与门，第一输入端接收所述第四比较信号，第二输入端接收所述第一控制信号，输出端用于提供所述第二控制信号；或非门，第一输入端接收所述时钟信号，第二输入端接收所述第二控制信号，输出端用于提供所述第一置位信号。
[0010]可选地，所述误差信号生成模块包括：第一跨导放大器，正输入端接收所述输出电压的第一反馈电压，负输入端接收所述第一参考电压，所述第一跨导放大器用于将所述输出电压的第一反馈电压和所述第一参考电压差分放大；放大模块，用于放大所述第一跨导放大器的输出；补偿模块，用于对所述放大模块的输出进行补偿；输出模块，包括：第二跨导放大器，正输入端接收第四参考电压，负输入端接所述补偿模块；第一开关，连接于所述第二跨导放大器的正负输入端之间；以及依次连接于所述第二跨导放大器的输出端与地之间的第一基准电压源和第二开关，所述第一基准电压源用于提供所述第一预设值。
[0011]可选地，所述复位信号生成模块被配置为：在所述第一控制信号处于无效状态时，根据第二时钟信号生成第一斜率的斜坡电压；在所述第一控制信号处于有效状态时，根据所述第二时钟信号生成第二斜率的斜坡电压，所述第一斜率小于所述第二斜率。
[0012]可选地，所述复位信号生成模块包括：第三开关，第一端接收所述输入电压的第一反馈电压，第二端接第一节点，控制端接收所述第一控制信号；第四开关，第一端接收所述输入电压的第二反馈电压，第二端接所述第一节点，所述输入电压的第二反馈电压大于所述输入电压的第一反馈电压；反相器，连接于所述第一控制信号与所述第四开关的控制端之间；第三跨导放大器，正输入端接所述第一节点，负输入端接地，用于将所述第一节点的电压与接地电压差分放大以得到差分信号；第一电容，第一端接所述第三跨导放大器的输出端，第二端接地；第五开关，第一端接所述第一电容的第一端，第二端接地，控制端接第二时钟信号，所述第五开关的第一端与所述第一电容的第一端的公共节点用于提供所述斜坡电压；第二缓冲器，正输入端接收所述所述第五开关的第一端，负输入端接地，第一输出端通过第二基准电压源接地，第二输出端用于将所述第五开关的第一端电压与所述第二基准
电压源提供的电压叠加后输出所述第二叠加信号；第三缓冲器，正输入端接所述输出电压，负输入端接地，第一输出端接收所述误差信号，第二输出端用于将所述输出电压与所述误差信号叠加后输出所述第一叠加信号；第五比较器，正输入端接收所述第二缓冲器的第二输出端，负输入端接所述第三缓冲器的第二输出端，输出端用于提供所述第一复位信号。
[0013]可选地，所述逻辑和驱动模块包括：第二触发器，置位端接收所述第一置位信号，复位端接收所述第一复位信号，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种开关变换器的控制电路，所述开关变换器包括高侧开关管和电感器，所述控制电路通过控制所述高侧开关管的导通和关断来控制输入电压到输出电压的电能传输，所述控制电路包括：误差信号生成模块，用于在第一控制信号处于无效状态时，根据开关变换器的输出电压的第一反馈电压和第一参考电压之间的差值生成一电压大小与所述差值呈负相关的误差信号，以及在第一控制信号处于有效状态时，将所述误差信号的电压大小设为第一预设值；PFM控制模块，用于根据所述第一反馈电压和所述第一参考电压之间的大小关系、所述第一反馈电压和第三参考电压之间的大小关系以及所述误差信号生成所述第一控制信号，并根据所述第一反馈电压和第二参考电压之间的大小关系和所述第一控制信号生成第二控制信号，以及根据所述第二控制信号以及第一时钟信号生成第一置位信号，所述第二参考电压大于所述第一参考电压且小于所述第三参考电压；复位信号生成模块，用于生成斜坡电压，并利用所述斜坡电压以及所述误差信号生成第一复位信号；逻辑和驱动模块，用于根据所述第一置位信号和所述第一复位信号控制所述高侧开关管的导通和关断，其中，所述第二控制信号与所述开关变换器的负载程度相关。2.根据权利要求1所述的控制电路，其中，所述PFM控制模块被配置为：在所述第一控制信号处于无效状态时，若所述误差信号的电压大小满足预设条件，则控制所述第一控制信号变为有效状态；在所述第一控制信号处于无效状态时，若所述第一反馈电压大于所述第三参考电压，则控制所述第一控制信号变为有效状态；在所述第一控制信号处于有效状态时，若所述第一反馈电压小于所述第一参考电压，则控制所述第一控制信号变为无效状态。3.根据权利要求2所述的控制电路，其中，所述预设条件包括所述误差信号的电压大小与所述输出电压的第二反馈电压之和小于第二预设值；其中，当所述误差信号的电压大小与所述输出电压的第二反馈电压之和为所述第二预设值时，若所述开关变换器处于DCM模式，则此时所述开关变换器的高侧开关管的等效占空比与所述开关变换器在CCM模式时高侧开关管的等效占空比达到预设比例，所述预设比例小于1。4.根据权利要求1至3任一项所述的控制电路，其中，所述PFM控制模块包括：第一比较器，正输入端接收所述第一参考电压，负输入端接收所述第一反馈电压，输出端用于提供第一比较信号；第一缓冲器，正输入端接收所述输出电压的第二反馈电压，负输入端接地，第一输出端接收所述误差信号，第二输出端用于提供占空比信号，所述占空比信号由所述输出电压的第二反馈电压与所述误差信号叠加得到，所述输出电压的第二反馈电压大于所述输出电压的第一反馈电压；第二比较器，正输入端接收第二预设值，负输入端接收所述占空比信号，输出端用于提供第二比较信号；
第三比较器，正输入端接收所述第一反馈电压，负输入端接收所述第三参考电压，输出端用于提供第三比较信号；或门，第一输入端接收所述第三比较信号，第二输入端接收所述第二比较信号，输出端用于提供第一逻辑信号；第一与门，第一输入端接收所述第一逻辑信号，第二输入端接收所述时钟信号，输出端用于提供第二置位信号；第一触发器，复位端接收所述第一比较信号，置位端接收所述第二置位信号，输出端用于提供所述第一控制信号；第四比较器，正输入端接收所述第一反馈电压，负输入端接收所述第二参考电压，输出端用于提供所述第四比较信号；第二与门，第一输入端接收所述第四比较信号，第二输入端接收所述第一控制信号，输出端用于提供所述第二控制信号；或非门，第一输入端接收所述时钟信号，第二输入端接收所述第二控制信号，输出端用于提供所述第一置位信号。5.根据权利要求1所述的控制电路，其中，所述误差信号生成模块包括：第一跨导放大器，正输入端接收所述输出电压的第一反馈电压，负输入端接收所述第一参考电...

【专利技术属性】
技术研发人员：易新敏，贾丽伟，徐海峰，
申请(专利权)人：圣邦微电子北京股份有限公司，
类型：发明
国别省市：