开关变换器及其控制电路制造技术

本发明专利技术公开了一种开关变换器及其控制电路

【技术实现步骤摘要】
开关变换器及其控制电路


[0001]本专利技术涉及电子电路
，更具体地涉及一种开关变换器及其控制电路
。

技术介绍

[0002]现代便携式电子设备通常设置有诸如电池的电源，其用作装置内的各种电子部件的直流
(DC)。
然而，通常这些部件将具有不同的电压要求，因此这类装置通常采用一个或多个电压转换器，该电压转换器将与电源相关联的标称电压降低到适合于不同电子部件的电压
。
[0003]现有的电压转换器通常采用线性调节器和开关变换器这两种
。
在线性调节器中，输出电压通过调节无源元件
(
例如可变电阻
)
进行调节，以控制电流从电压源到负载的连续流动
。
开关变换器通过将电流连通或断开来控制输出电压，通常采用一个或者多个开关以及电感和电容部件来存储和传递能量到负载端，调节器通过控制开关元件的导通和断开，来调节输送到负载端的电压大小，从而控制通过电感以不连续电流脉冲形式输送的电量
。
所述电感和电容将输送的电流脉冲转化成稳定的负载电流，以便调控负载电压
。
最终，根据表示输出电压和负载电流的反馈信号通过调节开关元件的导通和断开时间来实现调节输出电压
。
[0004]以电流模式工作的开关变换器可以提供良好的线性和负载瞬态信号抑制，并且在故障状态
(
例如输出短路
)
期间具有很好的限流能力，因此得到了广泛的应用
。
很多电流模式的
DC
‑
DC
变换器监控电感电流，并且将它与峰值电感电流作比较，以确定何时断开主开关元件，从而消除过量电流的输送
。
[0005]很多电流模式的开关变换器电路包括以下部分：逻辑部分；由逻辑部分控制的输出开关；用于提供周期性定时信号以开启主开关的振荡器；电流放大器，它用于根据电感电流中继感测电压；误差放大器，它根据负载状态调节其输出电压；和电流比较器，当感测电压以预定的方式与来自误差放大器的电压作比较时，所述电流比较器产生一信号，用于控制主开关的断开时机
。
[0006]在传统的峰值电流模的升压变换器中，当输入电压逐渐接近输出电压时，功率开关的开关占空比会逐渐减小，由于采样峰值电流的电路延时以及系统逻辑延时等，会导致功率开关无法在电流达到峰值时及时关闭，导致输出电压无法达到预期值，控制系统失效，严重时会引起系统的振荡和失调，影响系统的性能和稳定性
。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，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，可以改善采样电流的延时，减小功率开关的最小导通时间，在输入电压和输出电压非常接近时使得电路仍然能够提供稳定的供电，提高开关变换器的整体效率
。
[0008]根据本专利技术实施例的一方面，提供了一种用于开关变换器的控制电路，所述开关变换器包括用于接收输入电压的输入端
、
连接到负载的输出端
、
以及与输入端和输出端连
接的功率电路，所述功率电路采用至少一个电感元件以及至少一个开关元件调节给所述负载的电流，其中，所述控制电路包括：电流采样电路，被配置为在开关周期的导通时间周期感测所述功率电路的低侧电流，以获得电流采样信号；模拟电感电流生成电路，被配置为在所述开关周期的断开时间周期感测所述至少一个电感元件的谷值电流，并在所述导通时间周期加入模拟的电感电流斜率，以生成模拟电感电流信号；电流切换电路，被配置为根据所述电流采样信号和所述模拟电感电流信号生成一峰值电流信号；峰值比较器，被配置为将所述功率电路的输出电压相关的环路误差信号与所述峰值电流信号相比较，以获得复位信号，所述复位信号用于控制每个开关周期中的所述导通时间周期
。
[0009]可选的，所述电流切换电路被配置为根据所述输入电压和所述输出电压之间的差值来切换所述峰值电流信号的构成，其中，当所述输入电压和所述输出电压之间的差值大于第一预设值，设置所述峰值电流信号等于所述电流采样信号，当所述输入电压和所述输出电压之间的差值大于第二预设值且小于所述第一预设值时，设置所述峰值电流信号等于所述电流采样信号与所述模拟电感电流信号之和，当所述输入电压和所述输出电压之间的差值小于所述第二预设值时，设置所述峰值电流信号等于所述模拟电感电流信号
。
[0010]可选的，所述至少一个开关元件包括功率开关和整流开关，所述模拟电感电流生成电路包括：采样保持模块，其包括一个电容器，所述采样保持模块被配置为在所述断开时间周期采样所述整流开关两端的电压得到第一电流，并在所述导通时间周期将所述第一电流保持在所述电容器上；充电电流生成模块，被配置为生成与所述输入电压相关的第二电流，并在所述导通时间期间将所述第二电流施加到所述电容器上，以在所述电容器的第一端产生上升的电压；以及输出模块，被配置为基于所述电容器两端的电压得到所述模拟电感电流信号
。
[0011]可选的，所述采样保持模块包括：跨导放大器，被配置为在所述断开时间周期将所述整流开关两端的电压转换成所述第一电流；连接于所述跨导放大器的输出和地之间的开关和所述电容器，在所述开关的导通期间进行采样，在所述开关的断开期间进行保持，其中，在所述采样期间所述第一电流对所述电容器进行充电；以及连接于所述跨导放大器的输出和地之间的第一电阻器
。
[0012]可选的，所述充电电流生成模块包括：电流源，用于提供所述第二电流；构成第一电流镜电路的第一晶体管和第二晶体管；以及构成第一共源共栅结构的第三晶体管和第四晶体管，其中，所述第一晶体管和所述第三晶体管串联连接于电源电压和所述电流源的一端之间，所述第二晶体管和所述第四晶体管串联连接于所述电源电压和所述第二电流的输出之间，所述第一晶体管和所述第二晶体管的控制端与所述第三晶体管的第二端连接，所述第三晶体管和所述第四晶体管的控制端与一偏置电压连接
。
[0013]可选的，所述输出模块包括：第五晶体管，连接于所述第二电流的输出与所述电容器的第一端之间，所述第五晶体管的控制端和第一端短接；第六晶体管和第二电阻器；构成第二电流镜电路的第七晶体管和第八晶体管；以及构成第二共源共栅结构的第九晶体管和第十晶体管，其中，所述第七晶体管
、
所述第九晶体管
、
所述第六晶体管以及所述第二电阻器串联连接于电源电压和地之间，所述第六晶体管的控制端与所述第五晶体管的控制端连接，所述第八晶体管和所述第十晶体管串联连接于所述电源电压和所述模拟电感电流信号的输出端之间，所述第七晶体管和所述第八晶体管的控制端与所述第九晶体管的第二端连
接，所述第九晶体管和所述第十晶体管的控制端与一偏置电压连接
。
[0014]可选的，所述电流切换电路包括：第一分压模块，被配置为对所述输出电压进行分压，以得到第一电压；第二分压模块，被配置为对所述输入电压进行分压，以得到第二电压；第一差本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种用于开关变换器的控制电路，所述开关变换器包括用于接收输入电压的输入端
、
连接到负载的输出端
、
以及与输入端和输出端连接的功率电路，所述功率电路采用至少一个电感元件以及至少一个开关元件调节给所述负载的电流，其中，所述控制电路包括：电流采样电路，被配置为在开关周期的导通时间周期感测所述功率电路的低侧电流，以获得电流采样信号；模拟电感电流生成电路，被配置为在所述开关周期的断开时间周期感测所述至少一个电感元件的谷值电流，并在所述导通时间周期加入模拟的电感电流斜率，以生成模拟电感电流信号；电流切换电路，被配置为根据所述电流采样信号和所述模拟电感电流信号生成一峰值电流信号；峰值比较器，被配置为将所述功率电路的输出电压相关的环路误差信号与所述峰值电流信号相比较，以获得复位信号，所述复位信号用于控制每个开关周期中的所述导通时间周期
。2.
根据权利要求1所述的控制电路，其中，所述电流切换电路被配置为根据所述输入电压和所述输出电压之间的差值来切换所述峰值电流信号的构成，其中，当所述输入电压和所述输出电压之间的差值大于第一预设值，设置所述峰值电流信号等于所述电流采样信号，当所述输入电压和所述输出电压之间的差值大于第二预设值且小于所述第一预设值时，设置所述峰值电流信号等于所述电流采样信号与所述模拟电感电流信号之和，当所述输入电压和所述输出电压之间的差值小于所述第二预设值时，设置所述峰值电流信号等于所述模拟电感电流信号
。3.
根据权利要求1所述的控制电路，其中，所述至少一个开关元件包括功率开关和整流开关，所述模拟电感电流生成电路包括：采样保持模块，其包括一个电容器，所述采样保持模块被配置为在所述断开时间周期采样所述整流开关两端的电压得到第一电流，并在所述导通时间周期将所述第一电流保持在所述电容器上；充电电流生成模块，被配置为生成与所述输入电压相关的第二电流，并在所述导通时间期间将所述第二电流施加到所述电容器上，以在所述电容器的第一端产生上升的电压；以及输出模块，被配置为基于所述电容器两端的电压得到所述模拟电感电流信号
。4.
根据权利要求3所述的控制电路，其中，所述采样保持模块包括：跨导放大器，被配置为在所述断开时间周期将所述整流开关两端的电压转换成所述第一电流；连接于所述跨导放大器的输出和地之间的开关和所述电容器，在所述开关的导通期间进行采样，在所述开关的断开期间进行保持，其中，在所述采样期间所述第一电流对所述电容器进行充电；以及连接于所述跨导放大器的输出和地之间的第一电阻器
。5.
根据权利要求3所述的控制电路，其中，所述充电电流生成模块包括：
电流源，用于提供所述第二电流；构成第一电流镜电路的第一晶体管和第二晶体管；以及构成第一共源共栅结构的第三晶体管和第四晶体管，其中，所述第一晶体管和所述第三晶体管串联连接于电源电压和所述电流源的一端之间，所述第二晶体管和所述第四晶体管串联连接于所述电源电压和所述第二电流的输出之间，所述第一晶体管和所述第二晶体管的控制端与所述第三晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：王振坤，章雨一，于翔，
申请(专利权)人：圣邦微电子苏州有限责任公司，
类型：发明
国别省市：