開關調節器及其控制方法技術

本發明專利技術的實施例可以涉及開關調節器及其控制方法。根據本發明專利技術實施例的開關調節器試圖采用混合模式控制。為電流感測信號添加斜坡電壓信號，在小占空比下斜坡電壓信號相對于電流信息占據主導地位。本公開的基于峰值電流模式的混合模式控制具有較佳的動態性能。此外，能夠改進抗噪性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及開關電源，更具體地涉及用于控制開關電源的。
技術介紹
通常，在開關電源的輸入電壓變化、內部參數變化、外接負載變化的情況下，開關調節器通過被控制信號與基準信號的差值進行閉環反饋，調節主電路開關器件，使得開關電源的輸出電壓或電流等穩定。 開關調節器的控制米樣信號有輸出電壓、輸入電壓、輸出電流、輸出電感電壓、開關器件峰值電流。由這些信號可以構成單環、雙環或多環反饋系統，實現穩壓、穩流及恒定功率的目的，同時可以實現一些附帶的過流保護、抗偏磁等功能。如本領域所知的，典型地，開關調節器采用峰值電流模式(簡稱電流模式)控制開關電源。峰值電流控制方案從高輸入電壓產生低輸出電壓要使用到兩個環路，即外部電壓環路和內部電流環路。在電流模式下，需要最小導通時間(min on time)來使電流感測環(currentsense ring)消隱，參見圖Ia所示。具體地，在電感電流檢測期間，測量電感電流之前需要一段消隱時間。這樣就限制了主開關的導通時間。主開關上的電流感測信號由消隱時間和導通時間組成。消隱時間表示使用峰值電流模式控制的開關調節器(例如降壓轉換器)中的主開關能達到的最小導通時間。另外，在低占空比工作期間，也就是說當輸出與輸入相比非常小時，由于電流建立時間的約束，幾乎沒有時間留給電流感測，很難從較高的輸入電壓產生低占空比。因而，限制了小的輸出電壓的轉換。此外，如圖Ib所示，由于最小導通時間的影響，常規電流模式會導致負載瞬變(load transient)處的高過沖，引起嚴重的過沖瞬態變化。另一方面，對于輕負載狀態，在低占空比下電流感測信號小，導致對噪聲敏感，抗噪性差。因為電感處于連續儲能電流狀態，開關器件的電流信號的上斜坡通常較小，電流信號上的較小的噪聲就容易使得開關器件改變關斷時刻，使系統進入次諧波振蕩。為了縮短最小導通時間，人們嘗試為開關調節器采用諸如電壓模式、谷值電流模式、仿電流模式(ECM)的其它控制模式。但是，這些模式在實施上較為復雜而難以應用。另夕卜，在重負載狀態下，這些模式的動態性能相比峰值電流模式下降。并且，仍存在輕負載狀態下噪聲抗擾度性能差的問題。
技術實現思路
鑒于上述問題，做出本專利技術，以期克服現有技術存在的上述問題中的部分或全部。本公開的專利技術人注意到傳統峰值電流模式的上述問題均發生在小占空比和輕負載狀態下，主要是由于電流模式控制引入的消隱時間和小電流感測信號所導致的。0012]本專利技術的一個主要思路是使得峰值電流模式控制的開關調節器在小占空比下運行為電壓模式控制而不是電流控制模式。換言之，根據本專利技術實施例的開關調節器試圖采用混合模式控制，從而利用電壓模式控制和電流控制模式二者的優點。如所知的，電壓模式沒有最小導通時間的限制，而電流模式具有快速響應的性能?？傮w上，本專利技術可以采用如下方式實施為電流感測信號添加斜坡電壓信號，在小占空比下斜坡電壓信號相對于電流信息占據主導地位。其中，斜坡電壓信號的斜率在占空比在預定閾值以下時增大。根據本公開的一個方面，提供一種開關調節器，包括模式轉換裝置，被配置為根據占空比轉換開關調節器的控制模式，使得所述開關調節器能夠以包括電流模式和電壓模式的混合控制模式工作。優選地，在上述開關調節器中，該模式轉換裝置被配置為使得該開關調節器隨著該占空比的降低從以電流模式工作轉換為以電壓模式工作。優選地，在上述開關調節器中，該模式轉換裝置被配置在該占空比不大于預定閾值的情況下使得該開關調節器以電壓控制模式工作。優選地，在上述開關調節器中，該預定閾值根據該開關調節器的開關周期和在電流模式下的最小導通時間而確定。優選地，在上述開關調節器中，該模式轉換裝置進一步包括電流感測裝置，被配置為產生電流感測信號；斜坡補償裝置，被配置為產生與占空比相關的斜坡電壓信號；和求和裝置，被耦合為對該斜坡電壓信號和該電流感測信號求和。并且，該開關調節器還包括誤差放大器，被耦合成接收基準電壓信號并輸出用于與采樣控制信號進行比較的比較電壓信號；比較裝置，被耦合為將該求和裝置所求和的信號作為該采樣控制信號與該比較電壓信號比較，并且，該開關調節器被配置為根據該比較裝置的比較結果調節其輸出。優選地，在上述開關調節器中，該電流感測裝置被配置為設置電流感測信號的建立時間，使得該建立時間相對于電流模式控制變緩。優選地，在上述開關調節器中，該斜坡補償裝置進一步包括基礎補償電流產生裝置，被配置為產生針對該電流模式的基礎斜坡補償的基礎補償電流信號；第一注入電流產生裝置，被配置為產生數值與該占空比基本成反比的第一注入電流信號；電流組合裝置，被配置為對該基礎補償電流信號和該第一注入電流信號進行組合；以及電流-電壓轉換裝置，被耦合成利用來自該電流組合裝置的所組合的信號產生該斜坡補償電壓信號。優選地，在上述開關調節器中，該斜坡補償裝置進一步包括基礎補償電流產生裝置，被配置為產生針對該電流模式的基礎斜坡補償的電流信號；第一注入電流產生裝置，被配置為產生數值與該占空比基本成反比的第一注入電流信號；第二注入電流產生裝置，被配置為通過利用該第一注入電流信號進行充放電操作產生作為指數電流的第二注入電流信號；以及電流組合裝置，被配置為對該基礎補償電流信號和該第二注入電流信號進行組合；以及電流-電壓轉換裝置，被耦合成利用來自該電流組合裝置的所組合的信號產生該斜坡補償電壓信號。優選地，在上述開關調節器中，該基礎補償電流產生裝置進一步包括基礎電流-電壓轉換單元，被耦合成在該開關調節器斷開的情況下進行充電操作而產生基礎電壓；基礎開關電容積分單元，被耦合成在該開關調節器導通的情況下對該基礎電壓進行積分運算而產生積分后的基礎電壓；基礎電流轉換單元，被耦合成將該積分后的基礎電壓轉換為該基礎補償電流。優選地，在上述開關調節 器中，該第一注入電流產生裝置進一步包括第一電流-電壓轉換單元，被耦合成在該開關調節器導通的情況下進行充電操作而產生第一注入電壓；第一開關電容積分單元，被耦合成在該開關調節器斷開的情況下對該第一注入電壓進行積分運算而產生積分后的第一注入電壓；第一電壓-電流轉換單元，被耦合成將該積分后的第一注入電壓轉換為該第一注入電流。優選地，在上述開關調節器中，該第二注入電流產生裝置進一步包括第二電流-電壓轉換單元，被耦合成在該開關調節器斷開的情況下利用該第一注入電流進行充電操作而產生第二注入電壓；第二電壓-電流轉換單元，被耦合成在該開關調節器導通的情況下利用該第二注入電壓進行放電操作而將該第二注入電壓轉換為該第二注入電流。優選地，在上述開關調節器中，該電流感測裝置進一步被配置為檢測高側電流感測信號和低側電流感測信號；將高側電流感測信號的建立時間設置為不大于低側電流感測信號的消隱時間；在占空比大于該預定閾值的情況下采用高側電流感測信號，并在產生過流且持續到所設置的高側電流感測信號的建立時間的情況下，進入打嗝模式；以及在占空比不大于該預定閾值的情況下采用低側電流感測信號，并在產生具有突波時間的過流的情況下，進入打嗝模式。根據本公開的另一方面，提供一種開關電源，其被配置為根據輸入電壓產生穩定的輸出電壓，并包括如上所述的開關調節器根據本公開的再一方面，提供一種開關調節器的控制方法，包括執行開關調節器的混合控制模式，所述混合控制模式包括電流模式和電壓模式本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種開關調節器，包括：模式轉換裝置，被配置為根據占空比轉換開關調節器的控制模式，使得所述開關調節器能夠以包括電流模式和電壓模式的混合控制模式工作。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：朱志杰，王朗圓，姚蘇毅，虞海燕，
申請(專利權)人：美國亞德諾半導體公司，
類型：發明
國別省市：