[发明专利]恒定时间控制方法、控制电路及应用其的开关型调节器

说明书

技术领域

本发明涉及一种电源技术，更具体的说，涉及一种应用于开关型调节器的恒定时间控制方法及其恒定时间控制电路。

背景技术

开关电源由功率级电路和控制电路两部分组成。控制电路的功能是在输入电压、内部参数和外接负载变化时，调节功率级电路中的开关系统的导通和关断时间，以使开关电源的输出电压或者输出电流保持恒定。因此，在开关电源的设计中，控制方法的选择和设计对于开关电源的性能来说是十分重要的。采用不同的检测信号和不同的控制电路会有不同的控制效果。

开关电源的控制方式可以分为定频控制和变频控制。定频控制即开关周期恒定不变，通过调整一个周期内开关导通的时间宽度来调节输出电压，即脉冲宽度调制。

变频控制有恒定导通时间、恒定关断时间和迟滞比较控制等几种控制方式。恒定导通时间控制即保持主功率开关的导通时间维持不变，通过改变主功率开关的关断时间来调节占空比；恒定关断时间控制通过保持主功率开关的关断时间维持不变，而改变主功率开关的开通时间来调节占空比。

在实际应用中，恒定时间控制方案实现简单，成本也较低，其稳定性优于定频控制方案。但是，恒定时间控制方案对恒定时间间隔内发生的负载的瞬态响应较慢，需要较长的恢复时间。

参考图1A，所示为采用现有技术的一种采用恒定导通时间谷值电流控制模式的直流-直流变换器。其中，开关器件O₁、二极管D₀，电感L₀和输出电容C₀组成一降压型拓扑结构，其输入端接收输入电压V_IN，输出端连接一负载16，并且维持输出电压V_out和输出电流i_out基本恒定。

以下结合图1B所示的图1A所示的直流-直流变换器的工作波形图来详细说明其工作原理。

如时刻t₀至t₁时间区间内，所述直流-直流变换器处于正常工作状态时，运算放大器15根据接收到的基准电压V_REF和采样得到的输出电压V_out产生电压补偿信号V_COMP；电流比较器14将接收到的表征电感电流的电压信号V_SEN和电压补偿信号V_COMP进行比较，以组成一由电流环和电压环构成的双闭环控制系统。当所述电感电流i_L的谷值电流到达所述电压补偿信号V_COMP时，置位RS触发器12的置位端，输出端Q上输出的控制信号通过驱动器11驱动开关器件Q1导通；在经过所述恒定导通时间电路13确定的一恒定时间t_ON后，复位所述RS触发器的复位端，从而关断开关器件Q1；周而复始，实现了恒定导通时间控制方案，以维持输出电压V_out和输出电流i_out恒定。

在该实现方案中,放大器15用于对输出电压环进行补偿设计。一个优化的补偿网络至少需要一对零极点和一积分器来保证系统的稳定性以及保证系统具有较快的响应速度。但是这种补偿设计，补偿设计参数取决于电路的实际参数，例如输出电容，以及实际使用条件，例如输出电流，等因素的影响。由于实际使用中的电路参数和使用条件变化很大，一个固定的优化的补偿设计并不能满足开关电源系统的要求。

另外，如果在恒定导通时间内，负载16发生一阶跃突变，如由重载到轻载的突变时，如在t₂时刻，则使得输出电流i_out瞬间下降；而此时，由于恒定时间控制电路的控制，开关器件Q1仍处于导通状态，因此电感电流i_L将继续增加直至当前导通时间t_ON结束。可见，这样的控制方案使得电感电流i_L和输出电流i_out之间的差值越来越大。并且，输出电压V_out在t2时刻也瞬间上升，并且在导通时间段内，输出电压持续上升，输出电压的波动很大，需要一段很长的时间才能重新达到新的稳定状态，输出恒定的输出电压来满足负载的需要。

可见，采用如图1A所示的恒定导通时间控制方案的直流-直流变换器，系统的补偿设计复杂，并且对负载的瞬态变化响应很慢，容易产生输出电压的过冲，对电路中的元器件带来损坏。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种新型的恒定时间控制方法及其恒定时间控制电路，以来解决现有技术中的瞬态响应慢，以及补偿设计复杂的问题。