恒定导通时间的开关调节器实现轻负载控制制造技术

本发明专利技术涉及一种恒定导通时间的开关调节器实现轻负载控制。一种用于开关调节器的控制电路，实现了带有同步整流的恒定导通时间控制体系，并且利用集成标准和轻负载控制回路，提高轻负载效率，增强瞬态响应。在一个实施例中，控制电路包括参考电压选择电路，用于根据低端电流信号，为标准负载环境，选取第一参考电压作为所选的参考电压，为轻负载环境，选取第二参考电压作为所选的参考电压。第二参考电压高于第一参考电压。控制电路还包括一个控制回路，用于产生控制信号，当反馈电压低于所选的参考电压，并且最小的断开时间段结束时，开启主开关。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及开关调节器或直流-直流转换器，尤其是实现恒定导通时间控制的开关调节器，并引入控制体系，提高轻负载效率，增强瞬态响应。
技术介绍
本申请为于2011年5月23日递交的美国专利申请US13/113，981的部分连续申请案，特此引用其全文以作参考。直流电压调节器或开关调节器用于将能量从一个直流电压级转移到另一个直流电压级。这种类型的开关调节器也称为直流/直流调节器或开关模式电源。开关调节器通过低损耗零件(例如电容器、电感器和变压器)，起到电源的功能，电源开关开启或断开，将能量在独立元件中从输入端转移到输出端。反馈控制电路用于管理能量转移，以便在电路 需要的负载极限内维持恒定的输出电压。可以配置开关调节器，提高输入电压或降低输入电压，或者两者兼具。确切地说，降压型开关调节器(也称为“降压调节器”)可以降低输入电压，而升压型调节器(也称为“升压调节器”)可以提高输入电压。降压-升压型调节器，或降压-升压型转换器，可以提供升闻和降低的功能。传统的开关调节器的运行方式已为人们所熟知，可以总结如下。开关周期性地开启，将能量传递到输出滤波电路的电感器上，使电流流经电感器积累起来。当电源断开时，电感器上的电压反转，电荷被转移到输出滤波电路的输出电容和负载上。输出电容获得相对恒定的输出电压。第二个电源开关有时也用于同步控制器件。在器件运行时，主电源开关(也称为高端开关)开启，而第二个电源开关(也称为低端开关)断开，反之亦然。开关调节器包括一个控制电路，通常使用误差信号放大器，将输出电压与参考电压相比较，控制电路产生一个或多个控制信号，控制信号控制开启-断开控制循环的开关频率(脉沉频率调制)或脉沉宽度(脉沉宽度调制)。可以利用许多不同的控制体系控制主电源开关的工作循环(即导通时间)。导通时间恒定(或恒定导通时间)的控制体系是这样一类控制体系，其中开关调节器的主电源开关的导通时间保持恒定，主电源开关的断开时间各不相同，以产生需要的输出电压。图I所示的示意图，表示一种实现恒定导通时间控制体系的传统的开关调节器。在开关调节器10中，主电源开关Ml和二极管Dl在输入电压Vin (节点12)和接地电压之间并联。电压开关Ml用于将输入电压Vin周期性地切换到电感器LI，对电感器LI充电。当主电源开关Ml断开时，电感器LI上储存的能量被转移到输出电容Cott以及负载18上，保持了非常恒定的输出电压VOT。根据恒定导通时间控制体系，配置调节器控制电路20，驱动主电源开关Ml。在运行时，主电源开关Ml开启一段由单次计时器26所设定的恒定的时间，之后开关Ml断开。反馈回路控制输出电压Vot(节点16)。更确切地说，输出电压Vott作为反馈电压Vfb反馈至调节器控制电路20。在电压比较器22中，将反馈电压Vfb与参考电压Vkef作比较。电压比较器22的输出端在与逻辑门24处，受到最小的断开时间计时器30的输出限制。当主电源开关Ml断开一段最小的断开时间后，当输出电压Vqut降至参考电压Vkef之下时，与门24将触发单次计时器26，再次接通主电源开关Ml —段恒定的导通时间。传统的开关调节器10实现了快速的瞬态响应，但调节器的效率受到二极管上的功率损耗的影响。当电流在二极管正向偏置时流经二极管，功率就会耗散掉。这种功率耗散降低了开关调节器的整体效率。为了使低端二极管上的功率损耗最小，有些开关调节器使用低端开关代替二极管，实现了所谓的“同步整流”。图2所示的示意图，表示实现了恒定导通时间控制体系和同步整流的传统开关调节器。低端二极管被低端电源开关M2代替，由驱动主电源开关Ml的驱动信号(节点32)的反转驱动。因此，当主电源开关Ml断开时，低端电源开关M2开启，反之亦然。当低端开关正向偏置时，功率耗散可以忽略。在使用同步整流时，重负载的效率较佳。然而，由于负电流从电感器LI流入低端电源开关M2，因此轻负载的效率很低。在一些实现了同步整流的调节器控制电路中，利用负电流探测器探测是否存在流入低端电源开关的负电流，来提高轻负载效率。图3所示的示意图，表示一种传统的开关调 节器，实现了恒定导通时间体系以及带有负电流探测器64的同步整流。当轻负载环境产生流入低端开关M2的负电流时，与逻辑门62将使低端开关M2断开。低端电源开关M2的体二极管反向偏置，使电流闭锁。因此，流经低端电源开关M2的电流，仅仅从源极流至漏极，而不是从漏极流至源极。在这种方式下，开关调节器80的轻负载效率得以提高。然而，开关调节器电路80的瞬态响应通常很大。当负载电流变化时，调节器输出电压的大电压峰值是不受欢迎的。
技术实现思路
依据本专利技术的一个实施例，控制电路用于一接收输入电压的开关调节器，控制电路利用一恒定导通时间控制体系/系统，控制主开关和低端开关。主开关和低端开关驱动开关输出节点，用于产生开关输出电压。开关输出节点耦合到LC滤波电路上，以便产生调制输出电压，在输出节点处具有基本恒定的幅值。调制的输出电压作为反馈电压，反馈到控制电路。控制电路包括一个第一单次计时器，用于产生表示主开关恒定导通时间段的控制信号，所用的控制信号开启主开关的同时，断开低端开关，恒定导通时间段过后，断开主开关，而开启低端开关。配置最小的断开时间计时器(或称作最小关闭时段计时器)，产生最小的断开时间信号(或称作最小关闭时段信号)，当主开关断开一段最小的断开时间段时，该最小断开时间信号具有第一状态。配置一个参考电压选择电路用于选择，基于低端电流信号，用于标准负载环境(Standard load condition)的第一参考电压以及用于轻负载环境(Light load condition)的第二参考电压,作为所选的参考电压,低端电流信号具有第一状态，表示输出节点处的轻负载环境，第二参考电压大于第一参考电压，控制回路用于当反馈电压低于所选的参考电压，并且最小的断开时间信号具有第一状态时，控制第一单次计时器产生开启主开关的控制信号。依据本专利技术的另一个实施例，提出了一种在接收输入电压的开关调节器中利用恒定导通时间体系，控制主开关和低端开关的方法。主开关和低端开关驱动开关输出节点，产生开关输出电压。开关输出节点耦合到LC滤波电路上，产生调制的输出电压，在输出节点处具有基本恒定的幅值。调制的输出电压作为反馈电压，反馈到开关调节器。该方法包括，开启主开关一段恒定的开启时间段，然后根据控制信号断开低端开关；断开主开关一段最小的断开时间段，然后根据控制信号开启低端开关；根据低端电流信号，为标准负载情况，选取第一参考电压为参考电压，为轻负载情况，选取第二参考电压为参考电压，具有第一状态的低端电流信号表不输出节点处的轻负载情况，第二参考电压大于第一参考电压；并且产生控制信号，当反馈电压低于所选的参考电压，并且最小的断开时间段过完后，控制信号根据控制回路，开启主开关。参照以下的详细说明及附图后，将更好地理解本专利技术。附图说明图I表示一种实现了恒定导通时间控制体系的传统开关调节器的示意图。图2表示一种实现了恒定导通时间控制体系和同步整流的传统开关调节器的示意图。 图3表示一种带有负电流探测的实现了恒定导通时间控制体系和同步整流的传统开关调节器的示意图。图4表示依据本专利技术的一个实施例，一种实现了同步整流和恒定导通时间控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于开关调节器的控制电路，其特征在于，所述的开关调节器接收一输入电压，所述的控制电路利用恒定导通时间控制体系，控制主开关和低端开关，驱动一个开关输出节点，用于产生开关输出电压，所述的开关输出节点耦合到一个LC滤波电路上，以便产生调制输出电压，在一个输出节点处具有基本恒定的幅值，所述的调制的输出电压作为反馈电压，反馈到所述的控制电路，其中所述的控制电路包括：一个第一单次计时器，用于产生表示主开关恒定导通时间段的控制信号，所用的控制信号开启主开关的同时，断开低端开关，恒定导通时间段过后，断开主开关，而开启低端开关；一个最小关闭时段计时器，用于当主开关在一段最小的关闭时段内关闭时，最小关闭时段计时器产生一个具有第一状态的最小关闭时段信号；一个参考电压选择电路，用于根据一个低端开关电流信号选取一个参考电压作为所选的参考电压，当正常负载时选取一个第一参考电压作为所选的参考电压，当轻负载时选取一个第二参考电压作为所选的参考电压，所述的低端开关电流信号具有第一状态指示输出节点处轻负载的状态并且所述的第二参考电压大于所述的第一参考电压；以及一个控制回路用于当反馈电压低于所选的参考电压，并且所述的最小关闭时段信号处于第一状态时，控制第一单次计时器产生开启主开关的控制信号。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：张之也，
申请(专利权)人：万国半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：