本公開涉及電子電路，更具體地，本公開涉及開關變換器及其控制電路。

背景技術：

恒定導通時間控制的開關變換器中包括輸出電容器，該輸出電容器可等效為等效電阻與理想電容的串聯(lián)結構。當輸出電容器的等效串聯(lián)電阻阻抗值較小時，恒定導通時間控制開關變換器極易產(chǎn)生振蕩，需要斜坡補償電路來穩(wěn)定系統(tǒng)。然而，斜坡補償將引入直流誤差，使得開關變換器的輸出電壓不能達到預設值，需要引入誤差放大器來消除該直流誤差。然而，誤差放大器的直流工作范圍通常很寬，使得電路功耗較大。需要提出一種電路以降低誤差放大器的直流工作范圍。

技術實現(xiàn)要素：

依據(jù)本發(fā)明實施例的一個方面，提出了一種用于開關變換器的控制電路。開關變換器包括降壓變換器或升壓變換器。開關變換器包括開關。開關變換器具有開關節(jié)點和輸出節(jié)點。開關變換器接收輸入電壓并通過開關的導通與關斷將輸入電壓轉換為開關節(jié)點處的方波電壓以及輸出節(jié)點處的輸出電壓。控制電路包括斜坡產(chǎn)生電路、校準電路、比較電路、導通時間產(chǎn)生電路和邏輯電路。斜坡產(chǎn)生電路具有輸入端和輸出端。斜坡產(chǎn)生電路的輸入端耦接至開關節(jié)點。斜坡產(chǎn)生電路對方波電壓進行濾波以在斜坡產(chǎn)生電路的輸出端產(chǎn)生斜坡信號。校準電路耦接至斜坡產(chǎn)生電路以接收斜坡信號，并將斜坡信號進行濾波以產(chǎn)生校準信號。比較電路耦接至斜坡產(chǎn)生電路和校準電路以分別接收斜坡信號和校準信號。比較電路還接收參考信號和表征輸出電壓的反饋信號。比較電路根據(jù)斜坡信號、校準信號、參考信號和反饋信號生成比較信號以控制開關的導通時刻。導通時間產(chǎn)生電路產(chǎn)生導通時間信號以控制開關的導通時長。邏輯電路耦接至比較電路和導通時間產(chǎn)生電路以分別接收比較信號和導通時間信號。邏輯電路根據(jù)比較信號和導通時間信號產(chǎn)生控制信號以控制開關的導通與關斷。

依據(jù)本發(fā)明實施例的又一個方面，提出了一種開關變換器。開關變換器包括升壓變換器或降壓變換器。開關變換器具有開關節(jié)點和輸出節(jié)點。開關變換器包括開關他控制電路。通過開關的導通與關斷，開關變換器將輸入電壓轉換為開關節(jié)點處的方波電壓以及輸出節(jié)點處的輸出電壓?？刂齐娐钒ㄐ逼庐a(chǎn)生電路、校準電路、比較電路、導通時間產(chǎn)生電路和邏輯電路。斜坡產(chǎn)生電路具有輸入端和輸出端。斜坡產(chǎn)生電路的輸入端耦接至開關節(jié)點。斜坡產(chǎn)生電路對方波電壓進行濾波以在斜坡產(chǎn)生電路的輸出端產(chǎn)生斜坡信號。校準電路耦接至斜坡產(chǎn)生電路以接收斜坡信號，并將斜坡信號進行濾波以產(chǎn)生校準信號。比較電路耦接至斜坡產(chǎn)生電路和校準電路以分別接收斜坡信號和校準信號。比較電路還接收參考信號和表征輸出電壓的反饋信號。比較電路根據(jù)斜坡信號、校準信號、參考信號和反饋信號生成比較信號以控制開關的導通時刻。導通時間產(chǎn)生電路產(chǎn)生導通時間信號以控制開關的導通時長。邏輯電路耦接至比較電路和導通時間產(chǎn)生電路以分別接收比較信號和導通時間信號。邏輯電路根據(jù)比較信號和導通時間信號產(chǎn)生控制信號以控制開關的導通與關斷。

利用本發(fā)明實施例提出的開關變換器能夠利用校準信號消除斜坡信號引入的直流誤差。而且，由于校準信號是根據(jù)斜坡信號濾波得到的，使得電路形式簡單。

附圖說明

圖1示出依據(jù)本公開一實施例的開關變換器100。

圖2示出依據(jù)本公開一實施例的用于圖1中開關變換器100的比較電路200。

圖3示例性地示出依據(jù)本公開一實施例的導通時間產(chǎn)生電路300。

圖4示出采用圖2所示比較電路200的開關變換器100的部分工作波形圖。

圖5示出依據(jù)本發(fā)明另一實施例的開關變換器500。

具體實施方式

下面將詳細描述本發(fā)明的具體實施例，應當注意，這里描述的實施例只用于舉例說明，并不用于限制本發(fā)明。在以下描述中，為了提供對本發(fā)明的透徹理解，闡述了大量特定細節(jié)。然而，對于本領域普通技術人員顯而易見的是：不必采用這些特定細節(jié)來實行本發(fā)明。在其他實例中，為了避免混淆本發(fā)明，未具體描述公知的電路、材料或方法。

在整個說明書中，對“一個實施例”、“實施例”、“一個示例”或“示例”的提及意味著：結合該實施例或示例描述的特定特征、結構或特性被包含在本發(fā)明至少一個實施例中。因此，在整個說明書的各個地方出現(xiàn)的短語“在一個實施例中”、“在實施例中”、“一個示例”或“示例”不一定都指同一實施例或示例。此外，可以以任何適當?shù)慕M合和、或子組合將特定的特征、結構或特性組合在一個或多個實施例或示例中。此外，本領域普通技術人員應當理解，在此提供的示圖都是為了說明的目的，并且示圖不一定是按比例繪制的。應當理解，當稱“元件”“連接到”或“耦接”到另一元件時，它可以是直接連接或耦接到另一元件或者可以存在中間元件。相反，當稱元件“直接連接到”或“直接耦接到”另一元件時，不存在中間元件。相同的附圖標記指示相同的元件。這里使用的術語“和/或”包括一個或多個相關列出的項目的任何和所有組合。

雖然已參照幾個典型實施例描述了本發(fā)明，但應當理解，所用的術語是說明和示例性、而非限制性的術語。由于本發(fā)明能夠以多種形式具體實施而不脫離發(fā)明的精神或實質，所以應當理解，上述實施例不限于任何前述的細節(jié)，而應在隨附權利要求所限定的精神和范圍內廣泛地解釋，因此落入權利要求或其等效范圍內的全部變化和改型都應為隨附權利要求所涵蓋。

圖1示出依據(jù)本公開一實施例的開關變換器100。如圖1所示，開關變換器采用降壓變換器結構，其包括開關電路101和控制電路102。

開關電路包括開關，開關電路具有開關節(jié)點和輸出節(jié)點，開關電路將接收的輸入電壓轉換為開關節(jié)點處的方波電壓以及輸出節(jié)點處的輸出電壓。更加具體地，在圖1中，開關電路101示例性地包括上開關管M1、下開關管M2、輸出電感器L和輸出電容器C。上開關管M1的一端接收輸入電壓VIN，另一端電耦接至下開關管M2的一端，下開關管M2的另一端接地。上開關管M1和下開關管M2的公共端形成開關電路101亦即開關變換器100的開關節(jié)點SW。開關變換器通過上開關管M1和下開關管M2的導通與關斷將輸入電壓VIN轉換為開關節(jié)點SW處的方波電壓VSW。輸出電感器L的一端電耦接至開關節(jié)點SW，輸出電容器COUT電耦接在輸出電感器L的另一端和參考地之間。輸出電感器L和輸出電容器COUT的公共端形成開關電路101亦即開關變換器100的輸出節(jié)點。開關變換器通過上開關管M1和下開關管M2的導通與關斷將輸入電壓VIN轉換為輸出節(jié)點處的輸出電壓VOUT。

本領域技術人員應當理解，在圖1所示實施例中，開關電路101采用同步變換拓撲結構。然而，在另一實施例中，開關電路101可以采用非同步變換拓撲結構，其中，非同步變換拓撲結構中的下開關管可以是二極管等。另外，開關電路101中的開關管可以為任何半導體開關器件，例如金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)等。

控制電路102示例性地包括斜坡產(chǎn)生電路121、校準電路122、比較電路123、導通時間產(chǎn)生電路124以及邏輯電路125。斜坡產(chǎn)生電路121具有輸入端121A和輸出端121B，其中，輸入端121A耦接至開關節(jié)點SW以接收方波電壓VSW。斜坡產(chǎn)生電路121將方波電壓VSW進行濾波以在輸出端121B產(chǎn)生斜坡信號VRAMP。斜坡信號VRAMP可使開關變換器100穩(wěn)定，防止產(chǎn)生振蕩。在圖1所示實施例中，斜坡產(chǎn)生電路121示例性地包括斜坡電阻RRAMP和斜坡電容CRAMP。斜坡電阻RRAMP具有第一端和第二端，其中，斜坡電阻RRAMP的第一端耦接至開關節(jié)點SW以接收方波電壓。斜坡電容CRAMP具有第一端和第二端，其中，斜坡電容CRAMP的第一端耦接至斜坡電阻RRAMP的第二端且提供斜坡信號VRAMP，斜坡電容CRAMP的第二端耦接至參考地。

校準電路122耦接至斜坡產(chǎn)生電路121以接收斜坡信號VRAMP，并對斜坡信號VRAMP進行濾波以產(chǎn)生校準信號VRR。校準信號VRR可用于消除斜坡信號VRAMP在開關變換器100中引入的直流誤差，從而使輸出電壓VOUT調節(jié)到期望值。在圖1所示實施例中，校準電路122示例性地包括校準電阻RCAL和校準電容CRAL。校準電阻RCAL具有第一端和第二端，其中，校準電阻RCAL的第一端耦接至斜坡產(chǎn)生電路121的輸出端121B以接收斜坡信號VRAMP。校準電容CRAL具有第一端和第二端，其中，校準電容CRAL的第一端耦接至校準電阻RCAL的第二端且提供校準信號VRR，校準電容CRAL的第二端耦接至參考地。

比較電路123耦接至斜坡產(chǎn)生電路121和校準電路122以分別接收斜坡信號VRAMP和校準信號VRR，比較電路123還接收參考信號VREF和代表輸出電壓VOUT的反饋信號VFB，并根據(jù)斜坡信號VRAMP、校準信號VRR、反饋信號VFB和參考信號VREF產(chǎn)生比較信號CMP。比較信號CMP可用于控制開關電路101中開關管的導通時刻，例如，上開關管M1的導通時刻。

在一個實施例中，控制電路102還包括誤差放大器EA。誤差放大器EA具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端。誤差放大器EA的第一輸入端接收反饋信號，誤差放大器EA的第二輸入端接收參考信號VREF，誤差放大器EA放大參考信號VREF與反饋信號VFB之間的差值以在輸出端得到誤差放大信號VEAO。比較電路123進一步耦接至誤差放大器EA以接收誤差放大信號VEAO，并根據(jù)斜坡信號VRAMP、校準信號VRR、反饋信號VFB、誤差放大信號VEAO和參考信號VREF產(chǎn)生比較信號CMP。

在又一實施例中，比較電路123還接收一直流誤差信號VOFFSET以消除補償信號VRAMP引入的直流誤差。比較電路123進一步接收直流誤差信號VOFFSET，并根據(jù)斜坡信號VRAMP、校準信號VRR、反饋信號VFB、誤差放大信號VEAO、直流誤差信號VOFFSET和參考信號VREF產(chǎn)生比較信號CMP。

在一個實施例中，反饋信號VFB可通過對輸出電壓VOUT進行分壓的分壓電路產(chǎn)生。例如，分壓電路包括第一反饋電阻和第二反饋電阻。第一反饋電阻和第二反饋電阻均具有第一端和第二端，第一反饋電阻的第一端耦接至開關電路101以接收輸出電壓VOUT，第二反饋電阻的第一端耦接至第一反饋電阻的第二端且提供反饋信號VFB，第二反饋電阻的第二端耦接至參考地。

圖2示出依據(jù)本公開一實施例的用于圖1中開關變換器100的比較電路200。如圖2所示，比較電路200示例性地具有第一輸入端P1(例如，反相輸入端)、第二輸入端P2(例如，同相輸入端)和輸出端P3。其中，第一輸入端P1接收反饋信號VFB和斜坡信號VRAMP的和值，第二輸入端P2接收參考信號VREF和校準信號VRR的和值，比較電路200將第一輸入端P1處的信號與第二輸入端P2處的信號進行比較，即將反饋信號VFB和斜坡信號VRAMP的和值與參考信號VREF和校準信號VRR的和值進行比較以產(chǎn)生比較信號CMP。在圖2所示實施例中，比較電路200的第二輸入端P2還可以進一步接收誤差放大信號VEAO，而相應地，其第一輸入端P1可以進一步接收直流誤差信號VOFFSET，比較電路200將反饋信號VFB、直流誤差信號VOFFSET和斜坡信號VRAMP的和值與參考信號VREF、誤差放大信號VEAO和校準信號VRR的和值進行比較以產(chǎn)生比較信號CMP。

繼續(xù)參照圖1，在圖1所示的實施例中，控制電路102還可以進一步包括分壓電路126。分壓電路126具有輸入端126A和輸出端126B。分壓電路126的輸入端126A耦接至開關節(jié)點SW以接收方波電壓VSW，分壓電路126的輸出端126B耦接至斜坡產(chǎn)生電路121的輸入端121A。分壓電路126對方波電壓VSW進行分壓以在分壓電路126的輸出端126B產(chǎn)生分壓信號VDIV。分壓信號VDIV被提供至斜坡產(chǎn)生電路121的輸入端121A以便斜坡產(chǎn)生電路121根據(jù)分壓信號VDIV產(chǎn)生斜坡信號VRAMP。更加具體地，如圖1所示，分壓電壓126包括第一分壓電阻R1和第二分壓電阻R2，第一分壓電阻R1和第二分壓電阻R2均具有第一端和第二端。第一分壓電阻R1的第一端耦接至開關節(jié)點SW以接收方波電壓VSW，第二分壓電阻R2的第一端耦接至第一分壓電阻R1的第二端且提供分壓信號VDIV，第二分壓電阻R2的第二端耦接至參考地。

導通時間產(chǎn)生電路124產(chǎn)生導通時間信號COT以控制開關電路101中開關管，例如，上開關管M1的導通時長。在一個實施例中，導通時間產(chǎn)生電路124接收校準電壓VRR，并根據(jù)校準電壓VRR以產(chǎn)生導通時間信號COT。

圖3示例性地示出依據(jù)本公開一實施例的導通時間產(chǎn)生電路300。導通時間產(chǎn)生電路300包括電流源CS、導通時間電容C_TON、導通時間開關S_TON以及導通時間比較器CMP。電流源CS具有第一端和第二端，其第一端接收電源電壓VSS。導通時間電容C_TON具有第一端和第二端，其第一端耦接至電流源CS的第二端，其第二端連接至參考地。導通時間開關S_TON具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至電流源CS的第二端，其第二端連接至參考地，且其控制端接收控制信號，例如，接下來將進行描述的上側控制信號HS。導通時間比較器CMP具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其第一輸入端耦接至導通時間電容器C_TON的第一端以接收導通時間電容器C_TON上的電壓，其第二端接收校準信號VRR。導通時間比較器CMP1將導通時間電容器C_TON上的電壓與校準信號VRR進行比較，并在其輸出端產(chǎn)生導通時間控制信號COT。由于導通時間產(chǎn)生電路300將校準信號VRR利用作參考信號，因而使得整個電路得到簡化，節(jié)約了成本。

繼續(xù)參考圖1，如圖1所示，邏輯電路125耦接至比較電路123和導通時間產(chǎn)生電路124以分別接收比較信號CMP和導通時間信號COT，并根據(jù)比較信號CMP和導通時間信號COT產(chǎn)生控制信號以控制開關電路101中開關管，例如，上開關管M1和下開關管M2的導通與關斷。更加具體地，在圖1所示實施例中，邏輯電路125包括RS觸發(fā)器，其包括置位端S、復位端R、第一輸出端Q和第二輸出端Q’，其中，置位端S耦接至比較電路123以接收比較信號CMP，復位端R耦接至導通時間產(chǎn)生電路124以接收導通時間信號COT。當比較信號CMP將RS觸發(fā)器置位時，RS觸發(fā)器在第一輸出端Q輸出上側控制信號HS以導通上開關管M1且在第二輸出端Q’輸出下側控制信號LS以關斷下開關管M2。當導通時間信號COT將RS觸發(fā)器復位時，RS觸發(fā)器在第一輸出端Q輸出上側控制信號HS以關斷上開關管M1且在第二輸出端Q’輸出下側控制信號LS以導通下開關管M2。

圖4示出采用圖2所示比較電路200的開關變換器100的部分工作波形圖和采用現(xiàn)有技術的波形圖。如圖4所示，從上至下地，圖4依次示出斜坡補償信號VRAMP與反饋信號VFB之和(VRAMP+VFB)、參考信號VREF與校準信號VRR之和(VREF+VRR)、斜坡補償信號VRAMP與反饋信號VFB和校準信號VRR之和(VRAMP+VFB+VRR)、斜坡信號VRAMP和校準信號VRR。由圖4可見，校準信號VRR為斜坡信號VRAMP的平均值。在未加上校準信號VRR時，誤差放大器EA需要工作在較大的直流范圍內以適應輕載工作模式，這會使得電路功耗較大。當加入校準信號VRR時，誤差放大器EA工作的直流范圍被顯著減小，功耗相應變小。而且，在本發(fā)明中，由于校準信號VRR是直接將斜坡信號VRAMP進行濾波形成的，電路簡單。

圖5示出依據(jù)本發(fā)明另一實施例的開關變換器500。開關變換器500和圖1所示的開關變換器100具有類似結構，此處，為清楚簡便之目的，只對開關變換器500中與開關變換器100所不同的結構進行描述，而省略相同結構的描述。和開關變換器100相比，開關變換器500采用升壓拓撲結構的開關電路501。具體地，開關電路501包括上開關管M1、下開關管M2、輸出電感器L和輸出電容器COUT。輸出電感器L具有第一端和第二端，其中，輸出電感器L的第一端接收輸入電壓VIN。下開關管M2具有第一端、第二端和控制端，其中，下開關管M2的第一端耦接至輸出電感器L的第二端，下開關管M2的第二端耦接至參考地，下開關管M2的控制端耦接至控制電路以接收下側控制信號LS。上開關管M1具有第一端、第二端和控制端，其中，上開關管M1的第一端耦接至輸出電感器L的第二端，上開關管M1的控制端耦接至控制電路以接收和側控制信號HS。輸出電容器COUT具有第一端和第二端，其中，輸出電容器COUT的第一端耦接至上開關管M1的第二端且提供輸出電壓VOUT，輸出電容器COUT的第二端耦接至參考地。

開關變換器500通過上開關管M1和下開關管M2的導通與關斷將輸入電壓VIN轉換為開關節(jié)點SW處的方波電壓VSW。開關變換器500通過上開關管M1和下開關管M2的導通與關斷將輸入電壓VIN轉換為輸出節(jié)點處的輸出電壓VOUT。

本領域技術人員應當理解，在圖5所示實施例中，開關電路501采用同步變換拓撲結構。然而，在另一實施例中，開關電路501可以采用非同步變換拓撲結構，其中，非同步變換拓撲結構中的下開關管可以是二極管等。另外，開關電路501中的開關管可以為任何半導體開關器件，例如金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)等。

雖然已參照幾個典型實施例描述了本發(fā)明，但應當理解，所用的術語是說明和示例性、而非限制性的術語。由于本發(fā)明能夠以多種形式具體實施而不脫離發(fā)明的精神或實質，所以應當理解，上述實施例不限于任何前述的細節(jié)，而應在隨附權利要求所限定的精神和范圍內廣泛地解釋，因此落入權利要求或其等效范圍內的全部變化和改型都應為隨附權利要求所涵蓋。