[发明专利]开关调节器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及开关电源，更具体地涉及用于控制开关电源的开关调节器及其控制方法。

背景技术

通常，在开关电源的输入电压变化、内部参数变化、外接负载变化的情况下，开关调节器通过被控制信号与基准信号的差值进行闭环反馈，调节主电路开关器件，使得开关电源的输出电压或电流等稳定。

开关调节器的控制采样信号有：输出电压、输入电压、输出电流、输出电感电压、开关器件峰值电流。由这些信号可以构成单环、双环或多环反馈系统，实现稳压、稳流及恒定功率的目的，同时可以实现一些附带的过流保护、抗偏磁等功能。

如本领域所知的，典型地，开关调节器采用峰值电流模式(简称电流模式)控制开关电源。峰值电流控制方案从高输入电压产生低输出电压要使用到两个环路，即外部电压环路和内部电流环路。

在电流模式下，需要最小导通时间(min on time)来使电流感测环(current sense ring)消隐，参见图1a所示。具体地，在电感电流检测期间，测量电感电流之前需要一段消隐时间。这样就限制了主开关的导通时间。主开关上的电流感测信号由消隐时间和导通时间组成。消隐时间表示使用峰值电流模式控制的开关调节器(例如降压转换器)中的主开关能达到的最小导通时间。

另外，在低占空比工作期间，也就是说当输出与输入相比非常小时，由于电流建立时间的约束，几乎没有时间留给电流感测，很难从较高的输入电压产生低占空比。因而，限制了小的输出电压的转换。

此外，如图1b所示，由于最小导通时间的影响，常规电流模式会导致负载瞬变(load transient)处的高过冲，引起严重的过冲瞬态变化。

另一方面，对于轻负载状态，在低占空比下电流感测信号小，导致对噪声敏感，抗噪性差。因为电感处于连续储能电流状态，开关器件的电流信号的上斜坡通常较小，电流信号上的较小的噪声就容易使得开关器件改变关断时刻，使系统进入次谐波振荡。

为了缩短最小导通时间，人们尝试为开关调节器采用诸如电压模式、谷值电流模式、仿电流模式(ECM)的其它控制模式。但是，这些模式在实施上较为复杂而难以应用。另外，在重负载状态下，这些模式的动态性能相比峰值电流模式下降。并且，仍存在轻负载状态下噪声抗扰度性能差的问题。

发明内容

鉴于上述问题，做出本发明，以期克服现有技术存在的上述问题中的部分或全部。

本公开的发明人注意到传统峰值电流模式的上述问题均发生在小占空比和轻负载状态下，主要是由于电流模式控制引入的消隐时间和小电流感测信号所导致的。

本发明的一个主要思路是使得峰值电流模式控制的开关调节器在小占空比下运行为电压模式控制而不是电流控制模式。换言之，根据本发明实施例的开关调节器试图采用混合模式控制，从而利用电压模式控制和电流控制模式二者的优点。如所知的，电压模式没有最小导通时间的限制，而电流模式具有快速响应的性能。

总体上，本发明可以采用如下方式实施：为电流感测信号添加斜坡电压信号，在小占空比下斜坡电压信号相对于电流信息占据主导地位。其中，斜坡电压信号的斜率在占空比在预定阈值以下时增大。

根据本公开的一个方面，提供一种开关调节器，包括：模式转换装置，被配置为根据占空比转换开关调节器的控制模式，使得所述开关调节器能够以包括电流模式和电压模式的混合控制模式工作。

优选地，在上述开关调节器中，该模式转换装置被配置为使得该开关调节器随着该占空比的降低从以电流模式工作转换为以电压模式工作。

优选地，在上述开关调节器中，该模式转换装置被配置在该占空比不大于预定阈值的情况下使得该开关调节器以电压控制模式工作。

优选地，在上述开关调节器中，该预定阈值根据该开关调节器的开关周期和在电流模式下的最小导通时间而确定。

优选地，在上述开关调节器中，该模式转换装置进一步包括：电流感测装置，被配置为产生电流感测信号；斜坡补偿装置，被配置为产生与占空比相关的斜坡电压信号；和求和装置，被耦合为对该斜坡电压信号和该电流感测信号求和。并且，该开关调节器还包括：误差放大器，被耦合成接收基准电压信号并输出用于与采样控制信号进行比较的比较电压信号；比较装置，被耦合为将该求和装置所求和的信号作为该采样控制信号与该比较电压信号比较，并且，该开关调节器被配置为根据该比较装置的比较结果调节其输出。

优选地，在上述开关调节器中，该电流感测装置被配置为设置电流感测信号的建立时间，使得该建立时间相对于电流模式控制变缓。