CN101728954A - 用于dc-dc变流器的控制电路及其方法 - Google Patents

用于dc-dc变流器的控制电路及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种用于DC-DC变流器的控制电路和控制方法。所述控制电路包括一自适应恒定时间导通控制电路、一电压反馈电路、一最小关断时间控制电路、一逻辑电路、一反向电流比较电路、以及一驱动电路。该控制电路具有快速的动态响应、主电路开关管自适应的恒定导通时间，并且简单、无需补偿网络。

Description

用于DC-DC变流器的控制电路及其方法
技术领域
本发明涉及变换器电路，具体地说，本发明涉及自适应恒定导通时间DC-DC变流器电路。
背景技术
DC-DC变流器电路通常有多种控制方式。其中电压模式控制和电流模式控制是最常见的两种控制方式。然而这两种控制方式往往需要一个误差放大器用以放大主电路输出电压的采样值与参考电压值之间的差值，电路结构复杂，需要合适的补偿网络才能保证系统的稳定性；此外，电路的动态响应性能会受到系统带宽的限制，响应速度较慢。
于是有必要提出一种动态响应速度快、简单、无需补偿网络的用于DC-DC变流器的控制电路及其方法。
发明内容
因此本发明的目的在与提供一种用于DC-DC变流器的控制电路，该控制电路动态响应快、简单、无需补偿网络等优点。
为实现上述目的，本发明公开了一种DC-DC变流器的控制电路。其中该控制电路包括：一自适应恒定时间导通控制电路10、一电压反馈电路20、一最小关断时间控制电路30、一逻辑电路40、一反向电流比较电路50、以及一驱动电路60；其中所述自适应恒定时间导通控制电路10的第一输入端和第二输入端接收所述DC-DC变流器主电路电感电流的采样值或电感电流上升时段内电感电流的采样值；所述自适应恒定时间导通控制电路10的第三输入端连接至所述逻辑电路40的输出端；所述自适应恒定时间导通控制电路10的输出端连接至所述逻辑电路40的第一输入端；所述电压反馈电路20的输入端连接至所述DC-DC变流器主电路的输出端，所述电压反馈电路20的输出端连接至所述逻辑电路40的第二输入端；所述最小关断时间控制电路30的输入端连接至所述逻辑电路40的输出端；所述最小关断时间控制电路30的输出端连接至所述逻辑电路40的第三输入端；所述逻辑电路40的第一输入端连接至所述自适应恒定时间导通控制电路10的输出端；所述逻辑电路40的第二输入端连接至所述电压反馈电路20的输出端；所述逻辑电路40的第三输入端连接至最小关断时间控制电路30的输出端；所述逻辑电路40的输出端连接至所述自适应恒定时间导通控制电路10的第三输入端、所述最小关断时间控制电路30的输入端、以及所述驱动电路60的第一输入端；所述反向电流比较电路50的第一输入端和第二输入端接收所述DC-DC变流器主电路电感电流的采样值或电感电流下降时段内电感电流的采样值，其输出端连接至所述驱动电路60的第二输入端；所述驱动电路60的第一输入端连接至所述逻辑电路40的输出端；所述驱动电路60的第二输入端连接至所述反向电流比较器50的输出端；所述驱动电路60的第一输出端和第二输出端分别连接至所述DC-DC变流器主电路主开关管的门极和续流开关管的门极，进而控制主开关管和续流开关管的导通与关断状态。
如本发明所述的一种用于DC-DC变流器的控制电路，其中所述自适应恒定时间导通控制电路10包括一电流采样放大器、一第一开关、一第二开关、一第一比较器、一第一直流源以及一第一电容；其中所述电流采样放大器的两个输入端分别做为所述自适应恒定时间导通控制电路10的第一输入端和第二输入端，接收所述DC-DC变流器主电路电感电流的采样值或电感电流上升时段内电感电流的采样值；所述电流采样放大器的输出端连接至所述第一开关的第一端和所述第二开关的第一端；所述第一开关的第二端连接至所述第一比较器的同相输入端；所述第二开关的第二端连接至所述第一电容的一端和所述第一直流源的负极；所述第一开关的门极控制端和所述第二开关的门极控制端连接在一起，做为所述自适应恒定时间导通控制电路10的第三输入端，连接至所述逻辑电路40的输出端；所述第一电容的另一端接地；所述第一直流源的正极连接至所述第一比较器的反相输入端；所述第一比较器的输出端做为所述自适应恒定时间导通控制电路(10)的输出端连接至所述逻辑电路40的第一输入端。
如本发明所述的一种用于DC-DC变流器的控制电路，其中所述电压反馈电路20包括一分压器、一第二比较器和一参考电压；其中所述分压器的第一端做为所述电压反馈电路20的输入端，连接至所述DC-DC变流器主电路的输出端；所述分压器的第二端连接至所述第二比较器的反相输入端，所述第二比较器的同相输入端连接至所述参考电压的正极；所述第二比较器的输出端做为所述电压反馈电路20的输出端连接至所述逻辑电路40的第二输入端；所述分压器的第三端和所述参考电压的负极接地。
如本发明所述的一种用于DC-DC变流器的控制电路，其中所述分压器包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和所述第二电阻串联连接。
如本发明所述的一种用于DC-DC变流器的控制电路，其中所述最小关断时间控制电路30包括一锯齿波产生器、一第三比较器和一第二直流源；其中所述锯齿波产生器的输入端做为所述最小关断时间控制电路30的输入端，连接至所述逻辑电路40的输出端；所述锯齿波产生器的输出端连接至所述第三比较器的同相输入端；所述第三比较器的反相输入端连接至所述第二直流源的正极；所述第二直流源的负极接地；所述第三比较器的输出端做为所述最小关断时间控制电路30的输出端连接至所述逻辑电路40的第三输入端。
如本发明所述的一种用于DC-DC变流器的控制电路，其中所述锯齿波产生器包括一电流源、一第二电容和一第三开关；其中所述电流源的输出端连接至所述第二电容的一端和所述第三开关的一端，此三者的共同连接点做为所述锯齿波产生器的输出端连接至所述第三比较器的同相输入端；所述第二电容的另一端和所述第三开关的另一端接地；所述第三开关的门极控制端做为所述锯齿波产生器的输入端。
如本发明所述的一种用于DC-DC变流器的控制电路，其中所述逻辑电路40包括一与门和一RS触发器；其中所述与门的两个输入端做为所述逻辑电路40的第二输入端和第三输入端，分别连接至所述电压反馈电路20的输出端和所述最小关断时间控制电路30的输出端；所述与门的输出端连接至所述RS触发器的置位端；所述RS触发器的复位端做为所述逻辑电路40的第一输入端，连接至所述自适应恒定时间导通控制电路10的输出端；所述RS触发器的输出端做为所述逻辑电路40的输出端，连接至所述自适应恒定时间导通控制电路10的第三输入端，和所述最小关断时间控制电路40的输入端，以及所述驱动电路60的第一输入端。
如本发明所述的一种用于DC-DC变流器的控制电路，其中所述反向电流比较电路50是一第四比较器；其中所述第四比较器的同相输入端为所述反向电流比较电路50的第一输入端，所述第四比较器的反相输入端为所述反向电流比较电路50的第二输入端，所述第四比较器的输出端为所述反向电流比较电路50的输出端。
为实现上述目的，本发明还公开了一种用于DC-DC变流器的控制方法，包括：用一自适应恒定时间导通控制电路接收所述DC-DC变流器主电路电感电流的采样值或电感电流上升时段内电感电流的采样值，得到一恒定时间导通信号；用一电压反馈电路接收所述DC-DC变流器主电路的输出电压，得到一电压反馈信号；用一反向电流比较电路接收所述DC-DC变流器主电路电感电流的采样值或电感电流下降时段内电感电流的采样值，得到一反向电流指示信号；用一最小关断时间控制电路接收一逻辑电路输出的逻辑信号，得到一最小关断时间控制信号；用所述逻辑电路接收所述恒定时间导通信号、所述电压反馈信号、和所述最小关断时间信号，得到所述逻辑信号；用一驱动电路接收所述逻辑信号和所述反向电流指示信号，得到两个驱动信号，用以控制所述DC-DC变流器主电路主开关管和续流开关管的导通与关断状态。
如本发明所述的一种用于DC-DC变流器的控制方法，其中所述自适应恒定时间导通控制电路包括一电流采样放大器、一第一开关、一第二开关、一第一比较器、一第一直流源以及一第一电容；其中所述电流采样放大器的两个输入端分别做为所述自适应恒定时间导通控制电路的第一输入端和第二输入端，接收所述DC-DC变流器主电路电感电流的采样值或电感电流上升时段内电感电流的采样值；所述电流采样放大器的输出端连接至所述第一开关的第一端和所述第二开关的第一端；所述第一开关的第二端连接至所述第一比较器的同相输入端；所述第二开关的第二端连接至所述第一电容的一端和所述第一直流源的负极；所述第一开关的门极控制端和所述第二开关的门极控制端连接在一起，做为所述自适应恒定时间导通控制电路的第三输入端，连接至所述逻辑电路的输出端；所述第一电容的另一端接地；所述第一直流源的正极连接至所述第一比较器的反相输入端；所述第一比较器的输出端做为所述自适应恒定时间导通控制电路的输出端连接至所述逻辑电路的第一输入端。
如本发明所述的一种用于DC-DC变流器的控制方法，其中所述电压反馈电路包括一分压器、一第二比较器和一参考电压；其中所述分压器的第一端做为所述电压反馈电路的输入端，连接至所述DC-DC变流器主电路的输出端；所述分压器的第二端连接至所述第二比较器的反相输入端，所述第二比较器的同相输入端连接至所述参考电压的正极；所述第二比较器的输出端做为所述电压反馈电路的输出端连接至所述逻辑电路的第二输入端；所述分压器的第三端和所述参考电压的负极接地。
如本发明所述的一种用于DC-DC变流器的控制方法，其中所述分压器包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和所述第二电阻串联连接。
如本发明所述的一种用于DC-DC变流器的控制方法，其中所述最小关断时间控制电路包括一锯齿波产生器、一第三比较器和一第二直流源；其中所述锯齿波产生器的输入端做为所述最小关断时间控制电路的输入端，连接至所述逻辑电路的输出端；所述锯齿波产生器的输出端连接至所述第三比较器的同相输入端；所述第三比较器的反相输入端连接至所述第二直流源的正极；所述第二直流源的负极接地；所述第三比较器的输出端做为所述最小关断时间控制电路的输出端连接至所述逻辑电路的第三输入端。
如本发明所述的一种用于DC-DC变流器的控制方法，其中所述锯齿波产生器包括一电流源、一第二电容和一第三开关；其中所述电流源的输出端连接至所述第二电容的一端和所述第三开关的一端，此三者的共同连接点做为所述锯齿波产生器的输出端连接至所述第三比较器的同相输入端；所述第二电容的另一端和所述第三开关的另一端接地；所述第三开关的门极控制端做为所述锯齿波产生器的输入端。
如本发明所述的一种用于DC-DC变流器的控制方法，其中所述逻辑电路包括一与门和一RS触发器；其中所述与门的两个输入端做为所述逻辑电路的第二输入端和第三输入端，分别连接至所述电压反馈电路20的输出端和所述最小关断时间控制电路的输出端；所述与门的输出端连接至所述RS触发器的置位端；所述RS触发器的复位端做为所述逻辑电路的第一输入端，连接至所述自适应恒定时间导通控制电路的输出端；所述RS触发器的输出端做为所述逻辑电路的输出端，连接至所述自适应恒定时间导通控制电路的第三输入端，和所述最小关断时间控制电路的输入端，以及所述驱动电路的第一输入端。
如本发明所述的一种用于DC-DC变流器的控制方法，其中所述反向电流比较电路是一第四比较器；其中所述第四比较器的同相输入端为所述反向电流比较电路的第一输入端，所述第四比较器的反相输入端为所述反向电流比较电路的第二输入端，所述第四比较器的输出端为所述反向电流比较电路的输出端。
本发明的优点在于所提供的用于DC-DC变流器的控制电路可实现快速的动态响应，简单、无需补偿网络；同时本发明提供的控制电路直接反映电感电流，可以实现过流保护，并且可以使主电路的开关管具有自适应恒定导通时间。此外，本发明提供的控制电路提高了变流器的轻载效率，在相对重载时，由于可以自适应调节恒定导通时间，开关频率近似恒定。
附图说明
图1示出了根据本发明的一种用于DC-DC变流器电路的控制电路100及主电路图
图2示出了图1所示DC-DC变流器电路在重载时的波形。
图3示出了图1所示DC-DC变流器电路在轻载时的波形。
图4示出了图1所示DC-DC变流器电路负载电流正跳变时的波形。
图5示出了图1所示DC-DC变流器电路负载电流负跳变时的波形。
具体实施方式
图1为根据本发明的一种用于DC-DC变流器电路的控制电路100及主电路图。如图1所示，DC-DC变流器的主电路包括主开关管M1、续流开关管M2、电感L和电容CO。其中主开关管M1的漏极接收DC-DC变流器的输入VIN，其源极连接至续流开关管M2的漏极和电感L的一端；电感L的另一端连接至电容CO的一端，此端点同时做为此DC-DC变流器的输出端VO；续流开关管M2的源极和电容CO的另一端接地；主开关管M1的门极和续流开关管M2的门极连接至控制电路100的驱动电路60的两个输出端。应当注意到，这里DC-DC变流器是采用buck电路作为示例。本领域的技术人员应该认识到，DC-DC变流器的主电路可以是其他形式，如boost变流器，buck/boost变流器，正激变流器，反激变流器等形式。控制电路100包括自适应恒定时间导通控制电路10、电压反馈电路20、最小关断时间控制电路30、逻辑电路40、反向电流比较电路50，驱动电路60。其中，自适应恒定时间导通控制电路10包括一电流采样放大器U0、一第一开关S1、一第二开关S2、一第一比较器U1、一第一直流源V1以及一第一电容C1。所述电流采样放大器U0的同相输入端做为自适应恒定时间导通控制电路10的第一输入端，其反相输入端做为自适应恒定时间导通控制电路10的第二输入端，两者接收所述DC-DC变流器主电路电感电流的采样值或电感电流上升时段内电感电流的采样值。图1只示出了与电感L相串联的采样电阻RS，采样电阻RS与电感L相连的一端被连接至电流采样放大器U0的同相输入端，采样电阻RS的另一端连接至电流采样放大器U0的反相输入端。然而本领域的技术人员应该认识到，采样电阻可以是在电感电流上升时所流经的通路之中的某一个电阻，例如与电感L相串联的采样电阻，主开关管的导通电阻，或者是与主开关管串联的采样电阻，等等。此外，电流采样放大器U0的两个输入端也可以连接在其它能够反映电感电流或电感电流上升时段内电感电流信号源的两端。电流采样放大器U0的输出端连接至第一开关S1的第一端和第二开关S2的第一端；第一开关S1的第二端连接至第一比较器U1的同相输入端；第二开关S2的第二端连接至第一电容C1的一端和第一直流源V1的负极；第一开关S1的门极控制端和第二开关S2的门极控制端连接在一起，做为自适应恒定时间导通控制电路10的第三输入端，连接至逻辑电路40的输出端；第一电容C1的另一端接地；第一直流源V1的正极连接至第一比较器U1的反相输入端；第一比较器U1的输出端做为自适应恒定时间导通控制电路10的输出端连接至逻辑电路40的第一输入端。电压反馈电路20包括一分压器、一第二比较器U2和一参考电压VREF；分压器的第一端做为电压反馈电路20的输入端，接收主电路的输出信号，即该输入端连接至主电路的输出端VO，或连接至能够比例反映主电路的输出电压VO的信号源；分压器的第二端连接至第二比较器U2的反相输入端，该端点的电压即反馈电压VFB；第二比较器U2的同相输入端连接至参考电压VREF的正极；第二比较器U2的输出端做为电压反馈电路20的输出端连接至逻辑电路40的第二输入端；分压器的第三端和参考电压VREF的负极接地。在本实施例中，分压器由串联连接的第一电阻R1和第二电阻R2构成，其中R2为可选元件，可以空置。本领域的技术人员应该认识到，该分压器不仅限于第一电阻R1和第二电阻R2构成的分压器，其还可以是滑动变阻器或其他可实现分压功能的电路。最小关断时间控制电路30包括一锯齿波产生器、一第三比较器U3和一第二直流源V2。在本实施例中，所述锯齿波产生器包括一电流源I0、一第二电容C2和一第三开关S3。电流源I0的输出端连接至第二电容C2的一端和第三开关S3的一端，此三者的共同连接点做为锯齿波产生器的输出端连接至第三比较器U3的同相输入端；第二电容C2的另一端和第三开关S3的另一端接地；第三开关S3的门极控制端做为该锯齿波产生器的输入端。本领域的技术人员应该认识到，本实施例中锯齿波产生器可以用其他锯齿波产生器，而不仅限于本实施例所述的由一电流源、一电容和一开关构成的锯齿波产生器。锯齿波产生器的输入端做为最小关断时间控制电路30的输入端，连接至逻辑电路40的输出端。第三比较器U3的反相输入端连接至第二直流源V2的正极；第二直流源V2的负极接地；第三比较器U3的输出端做为最小关断时间控制电路30的输出端连接至逻辑电路40的第三输入端。逻辑电路40包括一与门U5和一RS触发器U6。与门U5的两个输入端做为逻辑电路40的第二和第三输入端，分别连接至电压反馈电路20的输出端和最小关断时间30的输出端；与门U5的输出端连接至RS触发器U6的置位端S；RS触发器U6的复位端R做为逻辑电路40的第一输入端，连接至自适应恒定时间导通控制电路10的输出端；RS触发器U6的输出端Q做为逻辑电路40的输出端，连接至自适应恒定时间导通控制电路10的第三输入端，和最小关断时间控制电路40的输入端，以及驱动电路60的第一输入端。反向电流比较电路50的第一输入端连接至续流开关管M2和主开关管M1的连接点，即主开关管M1的源极，其第二输入端接地。即反向电流比较电路50的两个输入端接收主电路续流开关管M2的电流，其输出端连接至驱动电路60的第二输入端。在本实施例中，主电路续流开关管M2的电流即DC-DC变流器主电路电感电流下降时段内的电感电流。本领域技术人员应该认识到，反向电流比较器50也可以接收电感电流的采样值；反向电流比较电路50即为第四比较器U4，第四比较器U4的同相输入端为反向电流比较电路50的第一输入端，第四比较器U4的反相输入端为反向电流比较电路50的第二输入端，第四比较器U4的输出端为反向电流比较电路50的输出端。驱动电路60的两个输出端分别连接至主开关管M1的门极和续流开关管M2的门极，进而控制主开关管M1和续流开关管M2的导通与关断状态。本领域技术人员应该认识到，驱动电路60可以是可实现驱动的任意电路，这里不再详述，并且其输出端的数量由主电路开关管的数量决定。
图2为图1所示DC-DC变流器电路在重载时的波形。如图2所示，在t0时刻，主开关管M1导通，也即逻辑电路的输出(RS触发器U6的输出Q)为高。此时第一开关S1和第三开关S3被导通，第二开关S2被关断；使得电流采样放大器U0的输出端被直接连接至第一比较器U1的同相输入端，同时，第二电容C2两端的电荷被迅速释放，从而第三比较器U3的同相输入端电压小于其反相输入端电压，第三比较器U3的输出为低。同时在主电路部分，输入VIN、主开关管M1、电感L、电容CO构成电流回路。电感电流IL增大，输出电压也VO增大，经过分压器后，反馈电压VFB也增大，使得第二比较器U2的输出为低。于是与门U5的输出为低。当电感电流IL(此时等同于主开关管M1的电流)增大到一定水平，经电流采样放大器U0的放大后，在第一比较器U1的同相输入端电压比其反相输入端电压高，则第一比较器U1的输出变高，继而触发RS触发器U6的复位端R，使得RS触发器U6的输出Q变低。变低的信号Q一方面将第一开关S1关断，将第二开关S2导通，使得电流采样放大器U0被直接连接至第一电容C1和第一直流源V1；同时将第三开关S3关断，使得电流源I0又开始给第二电容C2充电，第二电容C2两端的电压线性增大，当其增大至大于第二直流源V2时，第三比较器U3的输出变高。另一方面，变低的信号Q经过驱动电路60后，主开关管M1被关断，续流开关管M2被导通。此时刻即t1时刻，TON结束。t1时刻起，续流开关管M2、电感L、电容CO构成电流回路。电感电流IL减小，输出电压VO也减小，经过分压器后反馈电压VFB也减小。当反馈电压VFB减小至小于参考电压VREF时，第二比较器U2的输出变高。当第二比较器U2的输出和第三比较器U3的输出都变高时，与门U5的输出变高，继而触发RS触发器U6的置位端S，使得RS触发器U6的输出Q变高。变高的信号Q经过驱动电路60后使主开关管M1被导通，续流开关管M2被关断，该时刻为t2时刻。在时刻t1至时刻t2过程中，电流采样放大器U0直接与第一电容C1相连，第一电容C1两端的电压能够实时反映电感电流的采样值(或主开关管M1的采样电流值)，因此第一比较器U1的反相输入端的电压为电感电流IL的采样值和第一直流源V1电压值之和。而在时刻t0至时刻t1过程中，当电感电流IL(此时等同于主开关管M1的电流)增大到一定水平，经采样电路采样，并经过电流采样放大器U0的放大后，在第一比较器U1的同相输入端电压比其反相输入端电压高时，第一比较器U1的输出变高。这里电感电流IL增大到一定水平即Iinitial+ΔIL，其中Iinitial为主开关管M1由关断转为导通时刻的电感电流值，ΔIL为电感电流纹波。在电感电流上升的区间内，由于第一电容C1的电压保持作用，其端电压能够近似维持保持不变，即能够近似反映Iinitial，因此电感电流纹波ΔIL与第一直流源V1的电压值对应，也即当第一直流源V1的电压值取定后，电感电流纹波ΔIL是恒定的。而主开关管的导通时间，即电感电流的上升时间由输入电压、输出电压、电感电流纹波、以及电感量决定，因此电感量取定后，当输入VIN和输出VO一定时，主开关管导通时间TON是恒定的；而对于不同的输入输出电压，主开关管导通时间TON有相应的值，因此控制电路100实现了自适应恒定时间导通控制。t2时刻起，电路开始进入一个新的工作周期，其工作情况如前所述。因为此过程电路处于重载情况，主电路不会出现负向电流，因此反向电流比较器电路50，即第四比较器U4在此过程没有动作。
图3为图1所示DC-DC变流器电路在轻载时的波形。如图3所示，在t0′时刻，主电路部分的主开关管M1被导通，续流开关管M2被关断。在t1′时刻，主开关管M1被关断，续流开关管M2被导通。时刻t0′至时刻t1′过程中，图3所示轻载状态的电路工作情况与图2的重载状态一样，这里不再详述。t1′时刻起，电感电流IL和输出电压VO开始下降，由于此时电路处于轻载状态，接下去的若干周期，主开关管驱动信号均为低。直至t2′时刻，电感电流IL下降至零，而主开关管M1依旧没有导通。当电感电流IL下降到零后，反向电流比较电路50输出变低，此低的信号经由驱动电路60后续流开关管M2也被关断。驱动电路60的工作原理是本领域的技术人员所熟知的情况，这里不再详述。t2′时刻起至之后的一段时间，主开关管M1和续流开关管M2均被关断，主电路进入功率跳跃(power-skipping)模式，由输出电容CO提供能量给输出(如负载)。直至t3′时刻，输出电压VO继续下降，使得经过分压器后，反馈电压VFB下降到参考电压VREF的值，第二比较器U2输出变高。而在此之前，电流源I0已将第二电容C2充电至大于第二直流源V2，即第三比较器U3的输出为高。因此t3′时刻与门U5的输出变高，继而触发RS触发器U6的置位端S，使得RS触发器U6的输出Q变高，从而变高的信号Q经由驱动电路60后将主电路部分的主开关管M1导通，电路进入一个新的工作循环，其工作情况如前所述。此轻载过程中，当反向电流比较电路50检测到电感电流过零时，能立即响应将续流开关管M2关断，使变流器进入功率跳跃模式，开关频率降低，减小了开关损耗，提高了效率。
图4为图1所示DC-DC变流器电路负载电流出现正跳变(由轻载转向重载)时的波形。如图4所示，T0时刻之前，电路处于轻载状态。T0时刻，负载电流出现正跳变，负载电流ILOAD迅速增大，使得输出电压VO迅速下跌，经由分压器后，反馈电压VFB也迅速下跌至小于参考电压VREF，使得第二比较器U2的输出电压变高。在最小关断时间控制电路40处，电流源I0给第二电容C2充电，使其两端电压增大直至大于第二直流源V2的电压值，第三比较器U3的输出变高。可以看到，从RS触发器U6的输出Q变低，第三开关S3被关断起，第二电容C2被电流源I0重新充电至大于第二直流源V2的电压值需要一定的时间。在这个时间段内，第三比较器U3的输出为低，使得无论第二比较器U2的输出为低或者高，与门U5的输出都为低，因此RS触发器U6的输出Q保持在低的状态，主开关管M1继续被关断。故而这个第二电容C2的充电时间段称为主开关管最小关断时间TOFF。如图4所示，T0时刻已经经过了TOFF时间段，因此此时与门U5的输出变高，继而触发RS触发器U6的置位端S，使得RS触发器U6的输出变高，进而经由驱动电路60后，主开关管M1被导通，续流开关管M2被关断。电感电流IL开始增大，输出电压VO也开始增大。经过恒定的主开关管导通时间TON后，即T1时刻，第一比较器U1的输出变高，继而触发RS触发器U6的复位端R，使得RS触发器U6的输出Q变低，主开关管M1被关断。而此时如图4所示，反馈电压VFB依旧小于参考电压VREF的电压值，使得第二比较器U2的输出一直为高。在时刻T1至时刻T2的时间段TOFF内，第二电容C2两端电压慢慢增大至大于第二直流源V2的电压值。T2时刻，第三比较器U3的输出也变高，使得与门U5的输出变高，进而触发RS触发器U6的置位端S，使其输出Q变高，经由驱动电路60后将主开关管M1导通，将续流开关管M2关断，电路进入下一个主开关管恒定导通时间TON。直至T3时刻，TON结束，主开关管M1被关断，续流开关管M1被导通，电路进入又一个主开关管最小关断时间TOFF；直至T4时刻，主开关管M1被导通，续流开关管M2被关断，电路进入又一个主开关管恒定导通时间TON。如图4所示，在该TON时间段内，即T4时刻接下去的TON时间段内，反馈电压VFB增大，并超过了参考电压VREF。至此电路进入完全重载状态，负载电流正跳变瞬态过程结束，其接下去的运行状况如图2所示，这里不再详述。可以看到，一旦负载电流出现正跳变，输出电压VO迅速下跌，使得经由分压器后反馈电压VFB低于参考电压VREF，主开关管立即开通，因此响应速度非常快。
图5为图1所示DC-DC变流器电路负载电流出现负跳变(由重载跳至轻载)时的波形。如图5所示，T0′时刻之前，电路处于重载状态。T0′时刻，负载电流出现负跳变，负载电流ILOAD迅速减小，输出电压VO迅速增大，经由分压器后，反馈电压VFB也迅速增大，使得在之后一段时间内，反馈电压VFB一直大于参考电压VREF，因此第二比较器U2的输出在此时间段内一直为低，经由与门U5、RS触发器U6后，RS触发器U6的输出Q也一直维持在低的状态。因此经过主开关管恒定导通时间TON后，即T1′时刻，主开关管M1被关断，并一直处于关断状态，电感电流IL减小，输出电压VO也开始减小，经由分压器后，反馈电压VFB也减小。直至T2′时刻，反馈电压VFB减小至小于参考电压VREF，第二比较器U2输出变高。时刻T1′至时刻T2′时间段远远大于主开关管最小关断时间TOFF，因此第三比较器U3的输出在时刻T2′也为高，因此与门U5的输出变高，继而触发RS触发器U6的置位端S，使得其输出Q变高，经由驱动电路60后，主开关管M1被导通。至此电路完全进入轻载状态，负载电流负跳变瞬态过程结束，其接下去的运行状况如图3所示，这里不再详述。
本发明还提供了一种用于DC-DC变流器的控制方法，包括：用一自适应恒定时间导通控制电路接收所述DC-DC变流器主电路电感电流的采样值或电感电流上升时段内电感电流的采样值，得到一恒定时间导通信号；用一电压反馈电路接收所述DC-DC变流器主电路的输出电压，得到一电压反馈信号；用一反向电流比较电路接收所述DC-DC变流器主电路电感电流的采样值或电感电流下降时段内电感电流的采样值，得到一反向电流指示信号；用一最小关断时间控制电路接收一逻辑电路输出的逻辑信号，得到一最小关断时间控制信号；用所述逻辑电路接收所述恒定时间导通信号、所述电压反馈信号、和所述最小关断时间信号，得到所述逻辑信号；用一驱动电路接收所述逻辑信号和所述反向电流指示信号，得到两个驱动信号，用以控制所述DC-DC变流器主电路主开关管和续流开关管的导通与关断状态。
可以看到，本发明提供的控制电路100和相应的控制方法非常简单。控制电路100无需补偿网络、动态相应好、轻载效率高；同时在自适应恒定导通时间控制电路10中，电流采样放大器U0接收的是电感电流的采样值或主开关管采样电流，可以实现过流保护；并且在重载时，由于可以自适应调节主开关管导通时间TON，因此频率近似恒定。
需要声明的是，上述发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理内，当可作各种修改、等同替换、或改进。本发明的保护范围以所附权利要求书为准。

Claims (16)

1.一种用于DC-DC变流器的控制电路，包括：
一自适应恒定时间导通控制电路(10)、一电压反馈电路(20)、一最小关断时间控制电路(30)、一逻辑电路(40)、一反向电流比较电路(50)、以及一驱动电路(60)；其中
所述自适应恒定时间导通控制电路(10)的第一输入端和第二输入端接收所述DC-DC变流器主电路电感电流的采样值或电感电流上升时段内电感电流的采样值；所述自适应恒定时间导通控制电路(10)的第三输入端连接至所述逻辑电路(40)的输出端；所述自适应恒定时间导通控制电路(10)的输出端连接至所述逻辑电路(40)的第一输入端；
所述电压反馈电路(20)的输入端连接至所述DC-DC变流器主电路的输出端，所述电压反馈电路(20)的输出端连接至所述逻辑电路(40)的第二输入端；
所述最小关断时间控制电路(30)的输入端连接至所述逻辑电路(40)的输出端；所述最小关断时间控制电路(30)的输出端连接至所述逻辑电路(40)的第三输入端；
所述逻辑电路(40)的第一输入端连接至所述自适应恒定时间导通控制电路(10)的输出端；所述逻辑电路(40)的第二输入端连接至所述电压反馈电路(20)的输出端；所述逻辑电路(40)的第三输入端连接至最小关断时间控制电路(30)的输出端；所述逻辑电路(40)的输出端连接至所述自适应恒定时间导通控制电路(10)的第三输入端、所述最小关断时间控制电路(30)的输入端、以及所述驱动电路(60)的第一输入端；
所述反向电流比较电路(50)的第一输入端和第二输入端接收所述DC-DC变流器主电路电感电流的采样值或电感电流下降时段内电感电流的采样值，其输出端连接至所述驱动电路(60)的第二输入端；
所述驱动电路(60)的第一输入端连接至所述逻辑电路(40)的输出端；所述驱动电路(60)的第二输入端连接至所述反向电流比较器(50)的输出端；所述驱动电路(60)的第一输出端和第二输出端分别连接至所述DC-DC变流器主电路主开关管的门极和续流开关管的门极，进而控制主开关管和续流开关管的导通与关断状态。
2.如权利要求1所述的用于DC-DC变流器的控制电路，其特征在于，所述自适应恒定时间导通控制电路(10)包括一电流采样放大器、一第一开关、一第二开关、一第一比较器、一第一直流源以及一第一电容；其中
所述电流采样放大器的两个输入端分别做为所述自适应恒定时间导通控制电路(10)的第一输入端和第二输入端，接收所述DC-DC变流器主电路电感电流的采样值或电感电流上升时段内电感电流的采样值；所述电流采样放大器的输出端连接至所述第一开关的第一端和所述第二开关的第一端；所述第一开关的第二端连接至所述第一比较器的同相输入端；所述第二开关的第二端连接至所述第一电容的一端和所述第一直流源的负极；所述第一开关的门极控制端和所述第二开关的门极控制端连接在一起，做为所述自适应恒定时间导通控制电路(10)的第三输入端，连接至所述逻辑电路(40)的输出端；所述第一电容的另一端接地；所述第一直流源的正极连接至所述第一比较器的反相输入端；所述第一比较器的输出端做为所述自适应恒定时间导通控制电路(10)的输出端连接至所述逻辑电路(40)的第一输入端。
3.如权利要求1所述的用于DC-DC变流器的控制电路，其特征在于，所述电压反馈电路(20)包括一分压器、一第二比较器和一参考电压；其中
所述分压器的第一端做为所述电压反馈电路(20)的输入端，连接至所述DC-DC变流器主电路的输出端；所述分压器的第二端连接至所述第二比较器的反相输入端，所述第二比较器的同相输入端连接至所述参考电压的正极；所述第二比较器的输出端做为所述电压反馈电路(20)的输出端连接至所述逻辑电路(40)的第二输入端；所述分压器的第三端和所述参考电压的负极接地。
4.如权利要求3所述的用于DC-DC变流器的控制电路，其特征在于，所述分压器包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和所述第二电阻串联连接。
5.如权利要求1所述的用于DC-DC变流器的控制电路，其特征在于，所述最小关断时间控制电路(30)包括一锯齿波产生器、一第三比较器和一第二直流源；其中
所述锯齿波产生器的输入端做为所述最小关断时间控制电路(30)的输入端，连接至所述逻辑电路(40)的输出端；所述锯齿波产生器的输出端连接至所述第三比较器的同相输入端；所述第三比较器的反相输入端连接至所述第二直流源的正极；所述第二直流源的负极接地；所述第三比较器的输出端做为所述最小关断时间控制电路(30)的输出端连接至所述逻辑电路(40)的第三输入端。
6.如权利要求5所述的用于DC-DC变流器的控制电路，其特征在于，所述锯齿波产生器包括一电流源、一第二电容和一第三开关；其中
所述电流源的输出端连接至所述第二电容的一端和所述第三开关的一端，此三者的共同连接点做为所述锯齿波产生器的输出端连接至所述第三比较器的同相输入端；所述第二电容的另一端和所述第三开关的另一端接地；所述第三开关的门极控制端做为所述锯齿波产生器的输入端。
7.如权利要求1所述的用于DC-DC变流器的控制电路，其特征在于，所述逻辑电路(40)包括一与门和一RS触发器；其中
所述与门的两个输入端做为所述逻辑电路(40)的第二输入端和第三输入端，分别连接至所述电压反馈电路(20)的输出端和所述最小关断时间控制电路(30)的输出端；所述与门的输出端连接至所述RS触发器的置位端；所述RS触发器的复位端做为所述逻辑电路(40)的第一输入端，连接至所述自适应恒定时间导通控制电路(10)的输出端；所述RS触发器的输出端做为所述逻辑电路(40)的输出端，连接至所述自适应恒定时间导通控制电路(10)的第三输入端，和所述最小关断时间控制电路(40)的输入端，以及所述驱动电路(60)的第一输入端。
8.如权利要求1所述的用于DC-DC变流器的控制电路，其特征在于，所述反向电流比较电路(50)是一第四比较器；其中
所述第四比较器的同相输入端为所述反向电流比较电路(50)的第一输入端，所述第四比较器的反相输入端为所述反向电流比较电路(50)的第二输入端，所述第四比较器的输出端为所述反向电流比较电路(50)的输出端。
9.一种用于DC-DC变流器的控制方法，包括：
用一自适应恒定时间导通控制电路接收所述DC-DC变流器主电路
电感电流的采样值或电感电流上升时段内电感电流的采样值，得到一恒定时间导通信号；
用一电压反馈电路接收所述DC-DC变流器主电路的输出电压，得到一电压反馈信号；
用一反向电流比较电路接收所述DC-DC变流器主电路电感电流的采样值或电感电流下降时段内电感电流的采样值，得到一反向电流指示信号；
用一最小关断时间控制电路接收一逻辑电路输出的逻辑信号，得到一最小关断时间控制信号；
用所述逻辑电路接收所述恒定时间导通信号、所述电压反馈信号、和所述最小关断时间信号，得到所述逻辑信号；
用一驱动电路接收所述逻辑信号和所述反向电流指示信号，得到两个驱动信号，用以控制所述DC-DC变流器主电路主开关管和续流开关管的导通与关断状态。
10.如权利要求9所述的用于DC-DC变流器的控制方法，其特征在于，所述自适应恒定时间导通控制电路包括一电流采样放大器、一第一开关、一第二开关、一第一比较器、一第一直流源以及一第一电容；其中
所述电流采样放大器的两个输入端分别做为所述自适应恒定时间导通控制电路的第一输入端和第二输入端，接收所述DC-DC变流器主电路电感电流的采样值或电感电流上升时段内电感电流的采样值；所述电流采样放大器的输出端连接至所述第一开关的第一端和所述第二开关的第一端；所述第一开关的第二端连接至所述第一比较器的同相输入端；所述第二开关的第二端连接至所述第一电容的一端和所述第一直流源的负极；所述第一开关的门极控制端和所述第二开关的门极控制端连接在一起，做为所述自适应恒定时间导通控制电路的第三输入端，连接至所述逻辑电路的输出端；所述第一电容的另一端接地；所述第一直流源的正极连接至所述第一比较器的反相输入端；所述第一比较器的输出端做为所述自适应恒定时间导通控制电路的输出端连接至所述逻辑电路的第一输入端。
11.如权利要求9所述的用于DC-DC变流器的控制方法，其特征在于，所述电压反馈电路包括一分压器、一第二比较器和一参考电压；其中
所述分压器的第一端做为所述电压反馈电路的输入端，连接至所述DC-DC变流器主电路的输出端；所述分压器的第二端连接至所述第二比较器的反相输入端，所述第二比较器的同相输入端连接至所述参考电压的正极；所述第二比较器的输出端做为所述电压反馈电路的输出端连接至所述逻辑电路的第二输入端；所述分压器的第三端和所述参考电压的负极接地。
12.如权利要求11所述的用于DC-DC变流器的控制方法，其特征在于，所述分压器包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和所述第二电阻串联连接。
13.如权利要求9所述的用于DC-DC变流器的控制方法，其特征在于，所述最小关断时间控制电路包括一锯齿波产生器、一第三比较器和一第二直流源；其中
所述锯齿波产生器的输入端做为所述最小关断时间控制电路的输入端，连接至所述逻辑电路的输出端；所述锯齿波产生器的输出端连接至所述第三比较器的同相输入端；所述第三比较器的反相输入端连接至所述第二直流源的正极；所述第二直流源的负极接地；所述第三比较器的输出端做为所述最小关断时间控制电路的输出端连接至所述逻辑电路的第三输入端。
14.如权利要求13所述的用于DC-DC变流器的控制方法，其特征在于，所述锯齿波产生器包括一电流源、一第二电容和一第三开关；其中
所述电流源的输出端连接至所述第二电容的一端和所述第三开关的一端，此三者的共同连接点做为所述锯齿波产生器的输出端连接至所述第三比较器的同相输入端；所述第二电容的另一端和所述第三开关的另一端接地；所述第三开关的门极控制端做为所述锯齿波产生器的输入端。
15.如权利要求9所述的用于DC-DC变流器的控制方法，其特征在于，所述逻辑电路包括一与门和一RS触发器；其中
所述与门的两个输入端做为所述逻辑电路的第二输入端和第三输入端，分别连接至所述电压反馈电路(20)的输出端和所述最小关断时间控制电路的输出端；所述与门的输出端连接至所述RS触发器的置位端；所述RS触发器的复位端做为所述逻辑电路的第一输入端，连接至所述自适应恒定时间导通控制电路的输出端；所述RS触发器的输出端做为所述逻辑电路的输出端，连接至所述自适应恒定时间导通控制电路的第三输入端，和所述最小关断时间控制电路的输入端，以及所述驱动电路的第一输入端。
16.如权利要求9所述的用于DC-DC变流器的控制方法，其特征在于，所述反向电流比较电路是一第四比较器；其中
所述第四比较器的同相输入端为所述反向电流比较电路的第一输入端，所述第四比较器的反相输入端为所述反向电流比较电路的第二输入端，所述第四比较器的输出端为所述反向电流比较电路的输出端。
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