[发明专利]一种用于COT控制模式的开关调整器中的定时器

说明书

技术领域

本发明属于开关电源技术领域，特别涉及一种用于COT控制模式的开关调整器中的定时器的设计。

背景技术

开关电源最为普遍的控制方式是电压模式控制和电流模式控制，此两种方式都是通过误差放大器来放大输出反馈信号与一个基准电压的差值，再通过误差放大器的输出调整系统的占空比，从而实现稳定输出的目的。这两种控制方式都需要补偿电路调整系统的稳定性，尤其是电流模式控制，在占空比大于50%时，会产生次谐波震荡，需要加入斜坡补偿电路才能消除次谐波震荡带来的影响。由于电压模式控制和电流模式控制存在以上问题，恒定导通时间（Constant On-Time，COT）控制模式得到了广泛的应用。

现有的常见的COT控制模式的开关调整器框图如图1所示，由定时器ON timer、环路比较器Loop comparator、软启动单元Soft start、最小关断计时器Min off timer，过零检测电路Zero crossing detection、驱动电路Driver、主触发器U1、功率开关M1、M2、数字门U2和U3以及输出外围元件组成。定时器电路用来产生主开关的导通时间Ton；环路比较器将输出的反馈电压与一个基准电压进行比较，当反馈电压小于基准电压时，环路比较器输出高电平，主开关管打开；软启动电路产生整个开关调整器启动时所需要的启动电压；最小关断计时器用来设置主开关管的最小关断时间，避免主开关管常开；过零检测电路检测续流过程中整流管的电流，避免在续流时发生电流倒灌；主触发器和数字门控制驱动电路，驱动电路用来驱动主开关管和整流管；外围元件进行滤波和整流，产生最终的输出。

现有的定时器结构的电路图，如图2所示，Ao和MN1构成嵌位运放，其效果使得A点电位等于VREF1；MN2用来镜像MN1的电流，MP1、MP2构成电流镜，逻辑控制信号VC1与主开关管相关，当主开关管开启时，VC1为低电平，定时电容充电，定时器开始计时，反之，为低电平，定时电容放电。定时器工作分为两个过程：软启动阶段和软启动结束后的正常工作。当系统上电时，系统因为Soft start的存在而进行软启动过程，软启动单元送一个缓慢上升的软启动信号Vsoft到定时器单元，由于COMP1内部逻辑的控制，此时，B点电压与Vsoft进行比较，因为Vsoft是缓慢上升的，那么比较器的比较上限也缓慢上升，而B点因为逻辑控制信号VC1的作用，不停的进行充放电，这样的结果使得软启动阶段比较器输出端V1产生一个占空比逐渐增大的方波信号，直到软启动结束，基准切换到VREF2上，比较器就输出一个恒定占空比的方波信号。

现有的采用COT控制模式的开关调整器工作在CCM（Continuous Conduction Mode）模式下时，系统的工作频率F_sw是受V_out影响的，具体推导过程如下：

由开关调整器的输出电压与输入电压的关系，可以得到如下关系：又因为定时器电路决定的导通时间的表达式如下：其中，C1为定时电容，V_REF2为定时电路比较器的参考电压，I₁为流过MP2的电流，表达式如下：

I1=IMP1=IMN2=IMN1≈Vin-VREF1Ron.]]>

这里假设N管和P管的镜像关系均为1:1，那么由T_on和F_sw的关系，可得：