[发明专利]基于ACOT控制模式的功率变换器及其控制电路

说明书

本公开提供了一种基于ACOT控制模式的功率变换器及其控制电路，其中，该控制电路利用导通时间控制单元响应于开关控制信号，根据该功率变换器输入端接入的输入电压生成导通控制信号，并根据该开关控制信号的占空比调节该导通控制信号的导通时间；以及通过逻辑控制单元根据导通控制信号的导通时间调节其生成的开关控制信号的占空比，而该导通时间控制单元利用获得与输入电压成正比的充电电流，以维持该开关控制信号的频率不变。由此可通过控制电路实现自适应跟随开关控制信号占空比的变化调整导通控制信号的导通时间，而且保持开关控制信号的频率恒定不变，从而增强系统的稳定性。

技术领域

本公开涉及集成电路技术领域，具体涉及一种基于ACOT控制模式的功率变换器及其控制电路。

背景技术

开关电源是通过IC控制电路来控制功率管的导通和关断，从而稳定输出电压的一种设备。最常见的开关电源为DC-DC变换器，它包括降压型、升压型以及降压-升压型三种基本架构。其调制方式包括脉宽调制方式PWM、脉冲频率调制方式PFM以及跨周期调制方式PSM，控制方式主要有电压模式与电流模式。目前，DC-DC变换器的瞬态响应快慢已经成为人们日益关注的焦点，恒定导通时间（Constant On Time，COT）控制模式因具有较快的响应速度而被广泛应用。

传统的COT控制模式降压变换器是通过反馈电阻器来采样输出电压（见图1），然后将输出电压纹波谷值直接与参考电压进行对比，生成固定的导通时间脉冲来导通上管MOSFET。当导通时间脉冲到期后，上管MOSFET关断（且下管导通）。如图1所示，传统的COT控制模式降压变换器100包括：主电路和控制电路110，其中，主电路包括串联连接在变换器输入端与地之间的上管Q1和下管Q2，连接在二者的连接节点SW与变换器输出端之间的电感L，以及并联连接在变换器输出端与地之间的输出电容Co和输出电阻Ro，反馈网络并联连接在输出电阻Ro两端，包括电阻Ra和Rb，用于产生反馈电压Vfb，控制电路110包括环路比较器113、定时器单元111和逻辑控制单元112，反馈网络将产生的反馈电压Vfb输入到环路比较器113中，与基准电压Vref作比较，环路比较器113的输出结果控制定时器单元111的开断，从而控制逻辑控制单元112，进而产生控制信号HSON和LSON分别控制上管Q1和下管Q2的导通来调节输出电压Vout。

由伏秒平衡定律：

可得到占空比D的表达式：

因此，降压转换器100的频率公式为：

其中，Ton为定时器单元产生的导通时间，D为占空比，Vout为输出电压，Vin为输入电压，Io为负载电流，RD1和RD2分别为第一开关管Q1和第二开关管Q2的导通电阻。

上述这种传统COT模式的定时器单元111，其所产生的导通时间Ton是定值，且开关频率随输入电压、输出电压以及负载电流变化，其开关频率的不稳定使得系统滤波器设计难度很大，再者，传统的COT控制模式的纹波很大，系统的EMI特性比较差，对EMI处理的设计难度加大。对于电压模式的Buck变换器，虽然设计简单、电路成本低且体积小，但是电压模式的输出调节响应速度慢，输出滤波电容会给系统带来稳定性问题；而电流模式相对于电压模式虽然具有更高的稳定性和较好的电压调整率，但在另一方面，电流模式对噪声非常敏感，特别是在占空比大于50％时可能出现次谐波震荡，再者电流模式采用双环控制，系统设计比较复杂，成本和体积大，不能达到系统要求的准确和便携要求；迟滞模式和传统恒定导通模式虽然有较快速的瞬态响应、简单的控制环路和低的成本与体积，然而都存在着稳态下系统工作频率漂移和纹波的问题，也很难达到高精度设计要求。

发明内容

为了解决上述技术问题，本公开提供了一种基于ACOT控制模式的功率变换器及其控制电路，可以得到与输入电压成正比的充电电流，最终将系统的开关频率固定，从而增强系统的稳定性。