[发明专利]开关变换器及其控制电路

说明书

本申请公开了一种开关变换器及其控制电路。控制电路包括第一导通时间控制电路、PWM比较器、逻辑电路、驱动电路和轻载控制电路。其中，轻载控制电路在开关变换器的负载端处于轻载状态下时将开关变换器的电感电流与预设阈值进行比较，并在所述电感电流小于预设阈值的情况下延长脉宽调制信号的导通时间，直到所述电感电流达到预设阈值，从而可以在轻负载状态下减少开关变换器中的开关管的导通和关断次数，降低开关损耗，提升其在轻负载下的效率。

技术领域

本发明涉及开关电源技术领域，更具体地，涉及一种开关变换器及其控制电路。

背景技术

在电子系统中已经广泛地使用开关变换器，用于产生内部电路模块或者负载所需的工作电压和电流。开关变换器采用功率开关管控制输入端向输出端的电能传输，因而可以在输出端提供恒定的输出电压和/或输出电流。在开关变换器中，基于纹波的恒定导通时间控制方法具有良好的轻载效率、快速的瞬态响应和易于实现的优点，因而近年来得到广泛的应用。

图1示出传统的开关变换器的示意性电路图。如图1所示，开关变换器100包括主功率电路和控制电路，主功率电路包括串联连接在输入端和接地端之间的开关管MD1和MD2，电感Lx连接在开关管MD1和MD2的中间节点和输出端之间，输出电容Co连接在输出端和接地端之间。开关变换器100的输入端接收直流输入电压Vin，输出端提供直流输出电压Vout。开关变换器100的控制电路用于向开关管MD1和MD2提供开关控制信号。

在开关变换器100的控制电路中，导通时间控制电路110设定开关周期Tsw的固定导通时间Ton，从而产生复位信号。最小关断时间控制电路120设定与预定输出电压和预定负载相对应的最小关断时间Toff_min(或最大开关频率)。误差放大器EA根据直流输出电压Vout的反馈信号FB和基准电压VREF0得到误差信号Vc，PWM比较器131将误差信号Vc与反馈信号FB进行比较以获得中间信号。与非门132的两个输入端分别接收比较器输出的中间信号和最小关断时间Toff_min，输出端提供置位信号。RS触发器140根据复位信号和置位信号产生脉宽调制信号PWM。驱动电路150将脉宽调制信号PWM转换成开关控制信号以控制开关管MD1和MD2的导通状态。

当反馈信号FB小于等于误差信号Vc时，导通时间控制电路110设定固定导通时间，使得开关控制信号的导通时间为固定值。当反馈信号FB大于误差信号Vc时，开关控制信号的关断信号有效，从而根据直流输出电压Vout进行动态调整关断时间，该关断时间大于最小关断时间Toff_min。

然而，在一些应用中需要在开关变换器100的输出端使用低ESR(EquivalentSeries Resistance，等效串联电阻)电容(例如陶瓷电容)作为输出电容。由于这种类型的输出滤波器即使在存在大量噪声的情形下也会产生很小的输出纹波，并且电容纹波相比于电感纹波存在相位延迟，因此会在系统中发生次谐波振荡，所以可能会导致控制系统不稳定的问题。而在开关变换器100的输出端使用ESR较大的电容(例如电解电容)作为输出电容不仅会增大电路面积和成本，而且会导致输出电压的纹波增大而出现大的波动，影响后级电路的正常工作。

此外，现有技术的开关变换器100的瞬态响应较慢，当负载端出现大电压跌落事件时，会造成输出端电压的变化，限制了这种控制模型在需要快速瞬态响应的领域的应用。并且，由于开关控制信号的导通时间的限制，开关变换器100无法在输入电压Vin和输出电压Vout接近时提供稳定的供电，降低了开关变换器的整体效率。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种开关变换器及其控制电路，可以使用低ESR的电容作为输出电容，并且还可以提高开关变换器的瞬态响应速度和在轻负载下的效率。