CN102957303B - 一种控制电路、开关变换器及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种控制电路、开关变换器及其控制方法，其中开关变换器包括功率开关管和同步整流管，控制电路控制功率开关管和同步整流管的导通与关断，当省电模式控制信号处于有效状态时，根据输出电压的反馈信号和参考电压的比较结果以及流过同步整流管电流的过零检测信号控制功率开关管的导通，从而不需要额外的过流保护电路，减小了开关变换器在省电模式下的静态电流，并提高了开关变换器在省电模式下的效率。

Description

一种控制电路、开关变换器及其控制方法
技术领域
本发明主要涉及一种电子电路，尤其涉及一种用于开关变换器的控制电路及其控制方法。
背景技术
伴随着电子技术的发展，手机、个人数字助理(PDA)、平板电脑、上网本、超级本(Ultrabook)等电子设备迅速普及。超级本、手机等类似的电子设备需要有一直在线，随时连接的功能(always on and alwaysconnected，AOAC)，也就是待机功能。尽可能的延长电子设备在AOAC模式下所能够维持的时间或者说尽可能的延长电子设备的待机时长已经成为设计电子设备的重要指标之一。电子设备在AOAC或者待机(standby)模式下的功率较小，处于轻载状态，因此，轻载时的电路工作效率至关重要。
当前开关变换器由于其负载瞬态响应速度快、高效率、体积小和易集成等优点，被广泛应用于电子设备中。然而当电子设备处于轻载状态时，开关变换器及其控制电路消耗的静态电流直接影响到电路的工作效率。在现有技术中，通常通过减小静态电流的方式来提高电路的工作效率。然而，静态电流不可能无限制减小，使得电路工作效率的提高受到了限制。
发明内容
针对现有技术中的一个或多个问题，本发明的一个目的是提供一种控制电路、开关变换器及其控制方法。
根据本发明一实施例的一种控制电路，用于开关变换器，其中开关变换器包括功率开关管和同步整流管，控制电路控制功率开关管和同步整流管的导通与关断，开关变换器用于将输入电压转换成输出电压，所述控制电路包括：第一输入端，接收代表输出电压的第一反馈信号；第二输入端，接收代表流过同步整流管电流的第二反馈信号；以及第一输出端，输出第一驱动信号控制功率开关管的导通或者关断；其中当省电模式控制信号处于有效状态时，根据第一反馈信号和参考电压的比较结果以及第二反馈信号控制功率开关管的导通。
在一个实施例中，所述的控制电路还包括比较电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端接收第一反馈信号，第二输入端接收参考电压，输出端根据第一反馈信号和参考电压的比较结果输出比较信号；导通时间控制电路，提供导通时间控制信号，所述控制电路根据导通时间控制信号控制功率开关管的关断；过零检测电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端接收第二反馈信号，第二输入端接收偏置信号，输出端根据第二反馈信号和偏置信号的比较结果输出过零检测信号；以及逻辑控制电路，接收所述比较信号、过零检测信号和导通时间控制信号，并输出第一驱动信号控制功率开关管的导通与关断；其中当省电模式控制信号为有效状态时，所述控制电路根据比较信号和过零检测信号控制功率开关管的导通，当省电模式控制信号为无效状态时，切换开关变换器工作于正常工作模式，所述控制电路根据比较信号控制功率开关管的导通。
在一个实施例中，逻辑控制电路包括：第一逻辑电路，具有第一输入端、第二输入端、第三输入端以及输出端，其中第一输入端接收比较信号，第二输入端接收过零检测信号，第三输入端接收省电模式控制信号，其中当省电模式控制信号处于有效状态时，输出端根据比较信号和过零检测信号输出置位信号，当省电模式控制信号处于无效状态时，输出端根据比较信号输出置位信号；以及第一触发器，具有置位端、复位端以及输出端，其中置位端接收置位信号，复位端接收导通时间控制信号，输出端输出第一驱动信号。
在一个实施例中，过零检测电路包括：过零比较器，过零比较器包括同相输入端、反相输入端以及输出端，其中同相输入端接收同步整流管漏源两极之间电压的电压测量信号，反相输入端接收偏置信号，输出端根据同步整流管漏源两极之间电压的电压测量信号和偏置信号的比较结果输出过零检测信号。
在一个实施例中，过零检测电路包括：过零比较器，过零比较器包括同相输入端、反相输入端以及输出端，其中同相输入端接收同步整流管漏源两极之间电压的电压测量信号，反相输入端接收偏置信号；以及第二触发器，包括置位端、复位端以及输出端，其中置位端耦接至过零比较器的输出端，复位端接收第一驱动信号，输出端输出过零检测信号；其中第二触发器根据同步整流管漏源两极之间电压的电压测量信号和偏置信号的比较结果，以及第一驱动信号输出过零检测信号。
在一个实施例中，所述的控制电路还包括过流保护电路，提供过流保护信号，其中过流保护电路具有使能端，接收省电模式控制信号，其中当省电模式控制信号为无效状态时，所述控制电路根据导通时间控制信号或过流保护信号控制功率开关管的关断。
根据本发明一实施例的一种开关变换器，该开关变换器包括如前所述的控制电路、功率开关管以及同步整流管。
在一个实施例中，所述控制电路还包括第二输出端，输出第二驱动信号控制同步整流的导通与关断；功率开关管具有第一端、第二端和控制端，其中第一端接收输入电压，控制端耦接至控制电路的第一输出端；同步整流管具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至功率开关管的第二端，同步整流管的第二端耦接至系统地，同步整流管的控制端耦接至控制电路的第二输出端；该开关变换器还包括：电感器，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至功率开关管的第二端和同步整流管的第一端；以及输出电容器，电耦接于电感器的第二端与系统地之间。
根据本发明一实施例的一种用于开关变换器的控制方法，该开关变换器包括功率开关管、同步整流管以及用于控制功率开关管和同步整流管导通及关断的控制电路，该控制方法包括：在正常模式下，基于开关变换器的输出电压控制功率开关管的导通；以及在省电模式下，检测同步整流管的过零状态，基于开关变换器的输出电压和同步整流管的过零状态控制功率开关管的导通。
在一个实施例中，所述控制方法还包括：根据开关变换器的输入电压产生导通时间控制信号；在正常模式下，根据导通时间控制信号或过流保护信号控制功率开关管的关断；以及在省电模式下，根据导通时间控制信号控制功率开关管的关断。
利用本发明提出的实施例，可以减小开关变换器在省电模式下的静态电流，提高工作效率。
附图说明
通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干可行实施方式，其中：
图1是根据本发明一实施例的开关变换器100的电路框图；
图2是根据本发明一实施例的开关变换器200的电路原理图；
图3是根据本发明一实施例的对应图2所示开关变换器200在省电模式下正常工作时的波形图；
图4是根据本发明一实施例的对应图2所示开关变换器200在省电模式下输出短路或者过流时的波形图；以及
图5是根据本发明一实施例的用于开关变换器的控制方法的流程图。
在附图中，相同的标号被用以表示相同或相应的元件。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。应当理解，当称“元件”“连接到”或“耦接”到另一元件时，它可以是直接连接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
图1是根据本发明一实施例的开关变换器100的电路框图。开关变换器100包括功率级电路11、反馈电路12以及控制电路13。
功率级电路11包括由开关管M1和同步整流管M2组成的开关电路以及由电感器L和电容器CO组成的输出低通滤波器。功率级电路11接收输入电压VIN，通过开关电路的导通与关断，经过低通滤波器输出直流输出电压VO。负载14耦接在输出电压VO和系统地之间。功率级电路11可以为直流/直流变换电路或交流/直流变换电路，可以采用如降压、升压、半桥等任意适合的拓扑结构。以下以降压式拓扑电路为例进行说明，但是本领域技术人员应该认识到其它任意适合的电路拓扑也适用于本发明。
在一个实施例中，开关管M1为功率开关管。开关管M1可以是任意可控的半导体开关器件，例如金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)等。开关管M1具有第一端、第二端和控制端，其第一端接收输入电压VIN，控制端接收第一驱动信号Q1，并在第一驱动信号Q1的控制下导通或者关断。同步整流管M2可以是任意可控的半导体开关器件，例如二极管(DIODE)、金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)等。在一个实施例中，同步整流管M2具有第一端、第二端和控制端，其第一端在端点SW处耦接至开关管M1的第二端，第二端耦接至系统地，控制端接收第二驱动信号Q2，并在第二驱动信号Q2的控制下导通或者关断。
反馈电路12采样开关变换器100的输出电压VO，产生与开关变换器100的输出电压VO相对应的第一反馈信号VFB。本领域的普通技术人员应该认识到，反馈电路12例如可以是电阻分压电路、电容分压电路或者其它任意适合的采样电路。
控制电路13在第一输入端1301接收第一反馈信号VFB，以及在第二输入端1302接收代表流过同步整流管M2电流的第二反馈信号IFB，并在第一输出端1303输出第一驱动信号Q1控制开关管M1的导通或者关断。在图1所示的实施例中，控制电路13包括比较电路131、导通时间控制电路132、过零检测电路133以及逻辑控制电路134。控制电路13通过输出第一驱动信号Q1控制开关管M1的导通与关断来调节输出电压VO。在一个实施例中，控制电路13还具有第二输出端1304输出第二驱动信号Q2控制同步整流管M2的导通与关断。控制电路13可以由集成电路组成，也可以由分立元件组成，控制电路13还可以由集成电路和分立元件共同组成。
比较电路131接收第一反馈信号VFB以及参考电压VREF，并根据第一反馈信号VFB和参考电压VREF的比较结果输出比较信号Vc。在一个实施例中，当第一反馈信号VFB小于参考电压VREF时，比较电路131输出有效的比较信号Vc，例如Vc＝“1”；当第一反馈信号VFB大于参考电压VREF时，比较电路131输出无效的比较信号Vc，例如Vc＝“0”。
导通时间控制电路132提供导通时间控制信号TON。在一个实施例中，导通时间控制电路132根据输入电压VIN的大小输出导通时间控制信号TON，以控制开关管M1的导通时间。在一个实施例中，导通时间控制电路132也可以根据输入电压VIN和输出电压VO输出导通时间控制信号TON，控制开关管M1的导通时间，例如，开关管M1的导通时间随着输入电压VIN的增大而减小，随着输出电压VO的增大而增大。在一个实施例中，开关管M1的导通时间ton由以下公式决定：
ton＝VO/(fs*VIN)  (1)
其中fs代表了开关变换器100在满载下的稳态开关频率。
过零检测电路133检测流过同步整流管M2的电流，例如接收代表流过同步整流管M2电流的第二反馈信号IFB。当过流检测电路133检测到流过同步整流管M2的电流下降到一定的范围，例如小于偏置信号时，输出有效的过零检测信号Vzc，并关断同步整流管M2。偏置信号对应的流过同步整流管M2的电流例如可以等于零，或者大于、小于零。在一个实施例中，同步整流管M2自身具有导通电阻RL，可以将电流信号转换为电压信号，过零检测电路133通过接收同步整流管M2两端电压的电压测量信号VDS来检测流过同步整流管M2的电流。在一个实施例中，过零检测电路133接收同步整流管M2两端电压的电压测量信号VDS和偏置信号Vbias，并根据电压测量信号VDS和偏置信号Vbias的比较结果输出过零检测信号Vzc。
逻辑控制电路134接收比较信号Vc、过零检测信号Vzc和导通时间控制信号TON，并输出第一驱动信号Q1至开关管M1，输出第二驱动信号Q2至同步整流管M2。控制电路13根据省电模式控制信号FLAG的状态来切换开关变换器100工作于省电模式或者正常工作模式。当省电模式控制信号FLAG处于有效状态时，开关变换器100工作于省电模式，逻辑控制电路134根据比较信号Vc和过零检测信号Vzc控制开关管M1的导通，并根据导通时间控制信号TON控制开关管M1的关断；当省电模式控制信号FLAG处于无效状态时，开关变换器100工作于正常工作模式，逻辑控制电路134根据比较信号Vc控制开关管M1的导通，并根据导通时间控制信号TON控制开关管M1的关断。在一个实施例中，开关变换器100工作于省电模式时，当第一反馈信号VFB小于参考电压VREF，并且流过同步整流管M2的电流下降到小于偏置信号时，逻辑电路是34通过第一驱动信号Q1开通开关管M1。
开关变换器100在省电模式下，当流过同步整流管M2的电流下降到小于偏置信号时，过零检测信号Vzc有效，例如Vzc＝“1”。流过同步整流管M2的电流小于偏置信号之后，控制电路13根据比较信号Vc控制开关管M1的导通。因此，流过电感L的电流IL被限制在：
IL＝IL0+ton*(VIN-VO)/L  (2)
其中IL0代表了偏置信号对应的流过电感L的偏置电流，也就是过零检测电路133输出有效的过零检测信号Vzc时对应的电感电流的大小。
开关变换器100在省电模式下的电感电流IL可控，从而不需要额外的过流保护电路，可以减小电路的静态电流，从而提高开关变换器100在省电模式下的效率。
省电模式控制信号FLAG例如可以由作为负载的中央处理机(CentralProcessing Unit，CPU)、微程序控制器(Microprogrammed Control Unit，MCU)等单元发出。以超级本等电子设备为例，当超级本工作在AOAC模式或者待机模式等轻载工作模式下时，超级本的CPU发出一指令作为省电模式控制信号FLAG连接到开关变换器100，指示开关变换器100需要工作在省电模式。
省电模式控制信号FLAG也可以由开关变换器100产生。在一个实施例中，控制电路13还包括负载状态检测电路136，负载状态检测电路136通过检测开关变换器100相关的电路参数，判断开关变换器100的工作状态，输出省电模式控制信号FLAG。在一个实施例中，负载状态检测电路136根据开关变换器100的负载电流和参考电流信号相比较来产生省电模式控制信号FLAG。当负载电流小于参考电流信号时，开关变换器100处于轻载状态，输出有效的省电模式控制信号FLAG控制开关变换器100切换至省电模式，根据比较信号Vc和过零检测信号Vzc控制开关管M1的导通；当负载电流大于参考电流信号时，开关变换器100处于非轻载状态，输出无效的省电模式控制信号FLAG控制开关变换器100切换至正常工作模式，根据比较信号Vc控制开关管M1的导通。在另一个实施例中，负载状态检测电路136根据开关变换器100的开关周期和参考周期信号相比较来产生省电模式控制信号FLAG。当开关变换器100的开关周期小于参考周期信号时，开关变换器100处于轻载状态，输出有效的省电模式控制信号FLAG，根据比较信号Vc和过零检测信号Vzc控制开关管M1的导通；当开关变换器100的开关周期大于参考周期信号时，开关变换器100处于非轻载状态，输出无效的省电模式控制信号FLAG，根据比较信号Vc控制开关管M1的导通。
在一个实施例中，控制电路13还包括过流保护电路135。开关变换器100处于正常工作模式时，过流保护电路135起到过流保护的作用，例如限制电感电流IL小于最大电流参考值ILimit。在一个实施例中，过流保护电路135具有使能端，接收省电模式控制信号FLAG，其中当省电模式控制信号FLAG为有效状态时，过流保护电路135不使能，当省电模式控制信号FLAG为无效状态时，过流保护电路135输出过流保护信号OC，控制电路13根据导通时间控制信号TON或者过流保护信号OC控制开关管M1的关断。在一个实施例中，当开关变换器100工作于省电模式时，过流保护电路135停止工作，以减小静态电流，提高省电模式下开关变换器100的效率。在一个实施例中，过流保护电路135接收代表了电感电流IL的电感电流反馈信号ILFB、最大电流参考值ILimit以及省电模式控制信号FLAG，当省电模式控制信号FLAG处于有效状态时，过流保护电路135不工作，当省电模式控制信号FLAG处于无效状态时，过流保护电路135根据电感电流反馈信号ILFB和最大电流参考值ILimit的比较结果输出过流保护信号OC。在一个实施例中，当电感电流反馈信号ILFB大于最大电流参考值ILimit时，过流保护信号OC有效，例如OC＝“1”，逻辑控制电路134输出无效的第一驱动信号Q1，关断开关管M1。
图2是根据本发明一实施例的开关变换器200的电路图。开关变换器200采用了同步降压变换拓扑，包括功率开关管M1、同步整流管M2、电感器L和电容器CO。开关变换器200通过功率开关管M1和同步整流管M2的导通与关断，将输入电压VIN转换为输出电压VO。功率开关管M1的一端接收输入电压VIN，另一端和同步整流管M2的一端电耦接至端点SW。同步整流管M2的另一端接系统地。电感器L的一端电耦接至功率开关管M1和同步整流管M2的公共端SW，电容器CO电耦接在电感器L的另一端和系统地之间。电容器CO两端的电压即为输出电压VO。
在图2所示实施例中，负载14耦接至开关变换器的输出端和系统地之间，并提供省电模式控制信号FLAG。负载14例如可以是CPU、MCU、ARM等智能单元。负载14例如可以在AOAC或者待机等轻载模式下输出有效的省电模式控制信号FLAG，控制开关变换器200工作在省电模式。
开关变换器200还包括反馈电路12、比较电路131、导通时间控制电路132、过零检测电路133、逻辑控制电路134以及过流保护电路135。
在图2所示实施例中，反馈电路12为电阻分压电路，包括电阻器R1和电阻器R2，其中电阻器R1的一端耦接至开关变换器200的输出端，电阻器R1的另一端耦接至电阻器R2的一端，并输出第一反馈信号VFB，电阻器R2的另一端耦接至系统地。
比较电路131包括比较器CMP。比较器CMP的同相输入端接收参考信号VREF，反相输入端接收第一反馈信号VFB。比较器CMP根据参考信号VREF和第一反馈信号VFB的比较结果在输出端输出比较信号Vc。参考信号VREF例如可以是恒定的，也可以是可调的。在一个实施例中，参考信号VREF由数模转换器(DAC)输出。在一个实施例中，参考信号VREF可以和补偿信号一起耦接至比较电路131的同相输入端。在另一个实施例中，第一反馈信号VFB可以和补偿信号一起耦接至比较器CMP的反相输入端。
导通时间控制电路132接收输入电压VIN、输出电压VO以及第一驱动信号Q1，并输出导通时间控制信号TON。在如图2所示实施例中，导通时间控制电路132包括电流源IS1、电容器C1、控制开关管S1以及比较器21。电流源IS1的一端接收输入电压VIN，电流源IS1的另一端耦接至电容器C1的一端输出充电电流，电容器C1的另一端耦接至系统地。电流源IS1在输入电压VIN的控制下输出充电电流，对电容器C1充电。在一个实施例中，电流源IS1输出的充电电流的大小和输入电压VIN有关，例如随着输入电压VIN的增大而增大。控制开关管S1的第一端耦接至电容器C1和电流源IS1的公共端，控制开关管S1的第二端耦接至电容器C1的另一端，控制开关管S1的控制端接收第一驱动信号Q1。在一个实施例中，当第一驱动信号Q1有效，例如为高电平时，控制开关管S1关断，电容器C1通过电流源IS1充电，电容器C1两端的电压逐渐增大；当第一驱动信号Q1无效，例如为低电平时，控制开关管S1导通，电容器C1通过控制开关管S1放电，电容器C1两端的电压减小。比较器21的同相输入端接收电容器C1两端的电压Vs，比较器21的反相输入端接收输出电压VO，并根据电容器C1两端的电压和输出电压VO的比较结果输出导通时间控制信号TON。在一个实施例中，输出电压VO也可以被一固定参考值代替，例如0.4V。
过零检测电路133包括过零检测比较器ZCD。过零检测比较器ZCD的同相输入端接收偏置信号Vbias，反相输入端接收同步整流管M2漏源两端电压的电压测量信号VDS。在一个实施例中，当电压测量信号VDS小于偏置信号Vbias时，输出有效的过零检测信号Vzc，并通过逻辑电路134控制同步整流管M2关断。
在一个实施例中，过零检测电路133还包括第二触发器22，具有置位端S、复位端R、以及输出端Q，其中置位端S耦接至过零检测比较器ZCD的输出端，复位端R接收第一驱动信号Q1，输出端Q根据同步整流管M2漏源两极之间电压的电压测量信号VDS和偏置信号Vbias的比较结果，以及第一驱动信号Q1输出过零检测信号Vzc。当电压测量信号VDS小于偏置信号Vbias时，置位过零检测信号Vzc，Vzc＝“1”，当第一驱动信号Q1有效时，复位过零检测信号Vzc，Vzc＝“0”。第二触发器22增加了输出的过零检测信号Vzc的可靠性，能够避免因电感电流的振荡等因素导致过零检测信号Vzc的反复变化，从而增加了过零检测电路133的可靠性和准确度。本领域普通技术人员可以认识到，过零检测电路133也可以通过例如滞环电路等其它手段来增加过零检测的可靠性。在一个实施例中，当电压测量信号VDS小于第一偏置信号Vbias1时，过零检测信号Vzc有效，当电压测量信号VDS大于第二偏置信号Vbias2时，过零检测信号Vzc无效，其中第一偏置信号Vbias1小于第二偏置信号Vbias2。
逻辑控制电路134接收比较信号Vc、过零检测信号Vzc、导通时间控制信号TON、省电模式控制信号FLAG以及过流保护信号OC，并输出第一驱动信号Q1至功率开关管M1，输出第二驱动信号Q2至同步整流管M2。在一个实施例中，逻辑控制电路134根据导通时间控制信号TON复位第一驱动信号Q1，控制功率开关管M1的关断，以及控制同步整流管M2的导通。在一个实施例中，当电压检测信号VDS小于偏置信号Vbias时，过零检测信号Vzc有效，控制同步整流管M2关断。
在一个实施例中，当省电模式控制信号FLAG处于有效状态时，逻辑控制电路134根据比较信号Vc以及过零检测信号Vzc置位第一驱动信号Q1，控制功率开关管M1的导通，以及控制同步整流管M2的关断。当第一反馈信号VFB小于电压参考信号VREF，也就是比较信号Vc有效，并且电压检测信号VDS小于偏置信号Vbias时，也就是过零检测信号Vzc有效时，第一驱动信号Q1有效，控制功率开关管M1导通以及控制同步整流管M2的关断。在一个实施例中，当省电模式控制信号FLAG处于无效状态时，逻辑控制电路134根据比较信号Vc置位第一驱动信号Q1，控制功率开关管M1的导通，以及控制同步整流管M2的关断。当第一反馈信号VFB小于电压参考信号VREF时，也就是比较信号Vc有效时，第一驱动信号Q1有效，控制功率开关管M1导通以及控制同步整流管M2的关断。
在如图2所示的实施例中，逻辑控制电路134包括第一逻辑电路23、第一触发器24以及第二逻辑电路25。第一逻辑电路23接收比较信号Vc、过零检测信号Vzc以及省电模式控制信号FLAG，当省电模式控制信号FLAG处于有效状态时，第一逻辑电路23根据比较信号Vc和过零检测信号Vzc输出置位信号SET，当省电模式控制信号FLAG处于无效状态时，第一逻辑电路23根据比较信号Vc输出置位信号SET。在一个实施例中，第一逻辑电路23包括与门AND以及多路选择器MUX。与门AND具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端接收比较信号Vc，第二输入端接收过零检测信号Vzc。多路选择器MUX具有第一输入端、第二输入端、控制端以及输出端，其中第一输入端接收比较信号Vc，第二输入端耦接至与门AND的输出端，控制端接收省电模式控制信号FLAG，输出端根据省电模式控制信号FLAG选择比较信号Vc或者与门AND输出的信号作为置位信号SET输出。在一个实施例中，当省电模式控制信号FALG处于有效状态时，FALG＝“1”，多路选择器MUX选择与门AND的输出信号作为置位信号SET输出，例如当比较信号Vc和过零检测信号Vzc均有效时，例如Vc＝“1”并且ZC＝“1”，置位信号SET有效，例如SET＝“1”。在一个实施例中当省电模式控制信号FLAG处于无效状态时，FLAG＝“0”，多路选择器MUX选择比较信号Vc作为置位信号SET输出。
第一触发器24具有置位端S、复位端R、输出端Q以及输出端其中置位端S耦接至第一逻辑电路23的输出端接收置位信号SET，复位端R耦接至导通时间控制电路132接收导通时间控制信号TON，输出端Q输出第一驱动信号Q1至功率开关管M1，输出端通过第二逻辑电路25输出第二驱动信号Q2至同步整流管M2。在一个实施例中，输出端输出的信号和输出端Q输出的第一驱动信号Q1在相位上相反，或者说错相180度。在图2所示的实施例中，第一触发器24还具有清零端CLR，接收过流保护信号OC。当过流保护信号OC有效时，例如OC＝“1”，第一触发器24输出无效的第一驱动信号Q1，关断功率开关管M1。第二逻辑电路25根据第一触发器24输出端的信号和过零检测信号Vzc输出第二驱动信号Q2。当过零检测信号Vzc有效时，第二驱动信号Q2无效，关断同步整流管M2。在图2所示的实施例中，第二逻辑电路25包括与门电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至第一触发器24的输出端第二输入端接收经过反相的过零检测信号Vzc，输出端输出第二驱动信号Q2至同步整流管M2，控制同步整流管M2的导通或者关断。
过流保护电路135包括过流比较器OCP。过流比较器OCP具有同相输入端、反相输入端、使能端EN以及输出端，其中反相输入端接收最大电流参考值ILimit，同相输入端接收代表了电感电流的电感电流反馈信号ILFB，使能端EN接收省电模式控制信号FLAG，输出端输出过流保护信号OC。在一个实施例中，当省电模式控制信号FLAG有效时，例如FLAG＝“1”，过流比较器OCP不使能，停止工作，过流保护信号OC保持无效，例如低电平。在一个实施例中，当省电模式控制信号FLAG无效时，例如FLAG＝“0”，过流比较器OCP使能，根据电感电流反馈信号ILFB和最大电流参考值ILimit的比较结果输出过流保护信号OC，当电感电流反馈信号ILFB大于最大电流参考值ILimit，过流保护信号OC有效，例如为高电平。
图3是根据本发明一实施例的对应图2所示开关变换器200在省电模式下的正常工作时的波形图。图3所示实施例中的波形从上到下依次为：输出电压VO、电感电流IL、过零检测信号Vzc、第一驱动信号Q1以及第二驱动信号Q2。图3所示实施例中，开关变换器工作在省电模式。
T0时刻，由于输出电压VO的影响，第一反馈信号VFB小于参考电压VREF，第一驱动信号Q1变为有效，Q1＝“1”，从而功率开关管M1导通并维持导通时间ton。功率开关管M1导通时电感电流IL逐渐增大，直到T1时刻第一驱动信号Q1在导通时间控制信号TON的控制下变为无效，Q1＝“0”，功率开关管M1关断，第二驱动信号Q2变为有效，Q2＝“1”，同步整流管M2导通，电感电流IL逐渐减小。在一个实施例中，第二驱动信号Q2和第一驱动信号Q1之间有一定的死区时间，也就是第二驱动信号Q2和在第一驱动信号Q1变为无效之后延迟一定的时间变为有效，死区时间例如可以是200ns，以防止功率开关管M1和同步整流管M2共通而损坏开关变换器200。
T2时刻，电感电流IL减小到偏置电流IL0，过零检测信号Vzc被置位，变为高电平。在一个实施例中，偏置电流IL0等于零。在其它实施例中，偏置电流IL0也可以大于零或者小于零。T3时刻，过零检测信号Vzc保持高电平，同时输出电压VO的下降使得第一反馈信号VFB小于参考电压VREF，从而第一驱动信号Q1变为有效，Q1＝“1”，功率开关管M1导通。
在图3所示的实施例中，省电模式下开关变换器200的电感电流的最大值ILmax保持在：
ILmax＝IL0+ΔI＝IL0+ton*(VIN-VO)/L  (3)
导通时间ton由公式1决定，在输入电压VIN和输出电压VO固定的情况下，每个开关周期的导通时间ton基本保持不变。可以看出，由于导通时间ton以及偏置电流IL0均可控，电感电流的最大值ILmax在省电模式下也可控。
图4是根据本发明一实施例的对应图2所示开关变换器200在省电模式下的输出短路时的波形图。图4所示实施例中的波形从上到下依次为：输出电压VO、电感电流IL、过零检测信号Vzc、第一驱动信号Q1以及第二驱动信号Q2。图4所示实施例中，开关变换器工作在省电模式。
T4时刻，电感电流IL减小到偏置电流IL0，过零检测电路133输出有效的过零检测信号Vzc，Vzc＝“1”。在T5时刻，由于短路或者过流等因素的影响，输出电压VO迅速下降，使得第一反馈信号VFB小于参考电压VREF，此时过零检测信号Vzc仍为高电平，因而第一驱动信号Q1变为有效，Q1＝“1”，功率开关管M1导通，过零检测信号Vzc被复位为低电平，电感电流IL迅速增大，电感电流增大的值ΔIL为：
ΔIL＝ton*(VIN-VO)/L  (4)
导通时间ton由公式1决定，在输入电压VIN和输出电压VO固定的情况下，每个开关周期的导通时间ton基本保持不变。从而结合公式4可见电感电流增加的值ΔIL有限，不需要有额外的过流保护电路也可以有效的保护开关变换器200不会因过流而损坏。
图5是根据本发明一实施例的用于开关变换器的控制方法的流程图。该开关变换器包括功率开关管和用于控制功率开关管导通和关断的控制电路。该控制方法包括步骤S501～S509。
在步骤S501，根据开关变换器的输出电压产生第一反馈信号。
在步骤S502，比较第一反馈信号和参考电压的大小，产生比较信号。
在步骤S503，产生代表流过同步整流管电流的第二反馈信号。
在步骤S504，比较第二反馈信号和偏置信号的大小，产生过零检测信号。
在步骤S505，根据根据开关变换器的输入电压产生导通时间控制信号。
在步骤S506，根据导通时间控制信号控制功率开关管的关断。
在步骤S507，判断省电模式控制信号是否处于有效状态。
当省电模式控制信号处于有效状态，进入步骤S508，根据比较信号和过零检测信号控制功率开关管的导通；当省电模式控制信号处于无效状态，进入步骤S509，根据比较信号控制功率开关管的导通。
在一个实施例中，该控制方法还包括产生过流保护信号以提供过流保护。当省电模式控制信号为有效状态时，根据导通时间控制信号控制功率开关管的关断，当省电模式控制信号为无效状态时，根据导通时间控制信号或过流保护信号控制功率开关管的关断。
在一个实施例中，省电模式控制信号由负载提供，所述负载例如可以是超级本等电子设备的CPU。在其它实施例中，省电模式控制信号由开关变换器产生，例如根据开关变换器的负载电流或者开关周期产生省电模式控制信号。在一个实施例中，当负载电流小于参考电流时，输出有效的省电模式控制信号，开关变换器工作在省电模式；当负载电流大于参考电流时，输出无效的省电模式控制信号，开关变换器工作在正常工作模式。在一个实施例中，当开关周期小于参考周期时，输出有效的省电模式控制信号，开关变换器工作在省电模式；当开关周期大于参考周期时，输出无效的省电模式控制信号，开关变换器工作在正常工作模式。
注意，在上文描述的流程图中，框中所标注的功能也可以按照不同于图中所示的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这取决于所涉及的具体功能。
上述的一些特定实施例仅仅以示例性的方式对本发明进行说明，这些实施例不是完全详尽的，并不用于限定本发明的范围。对于公开的实施例进行变化和修改都是可能的，其他可行的选择性实施例和对实施例中元件的等同变化可以被本技术领域的普通技术人员所了解。本发明所公开的实施例的其他变化和修改并不超出本发明的精神和保护范围。

Claims (10)

1.一种控制电路，用于开关变换器，其中开关变换器包括功率开关管和同步整流管，控制电路控制功率开关管和同步整流管的导通与关断，开关变换器用于将输入电压转换成输出电压，所述控制电路包括：
第一输入端，接收代表输出电压的第一反馈信号；
第二输入端，接收代表流过同步整流管电流的第二反馈信号；以及
第一输出端，输出第一驱动信号控制功率开关管的导通或者关断；其中
当省电模式控制信号处于有效状态时，根据第一反馈信号和参考电压的比较结果以及第二反馈信号控制功率开关管的导通；所述控制电路还包括：
过流保护电路，具有使能端，接收省电模式控制信号，当省电模式控制信号处于有效状态时，过流保护电路不使能。
2.如权利要求1所述的控制电路，还包括：
比较电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端接收第一反馈信号，第二输入端接收参考电压，输出端根据第一反馈信号和参考电压的比较结果输出比较信号；
导通时间控制电路，提供导通时间控制信号，所述控制电路根据导通时间控制信号控制功率开关管的关断；
过零检测电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端接收第二反馈信号，第二输入端接收偏置信号，输出端根据第二反馈信号和偏置信号的比较结果输出过零检测信号；以及
逻辑控制电路，接收所述比较信号、过零检测信号和导通时间控制信号，并输出第一驱动信号控制功率开关管的导通与关断；其中
当省电模式控制信号为有效状态时，所述控制电路根据比较信号和过零检测信号控制功率开关管的导通，当省电模式控制信号为无效状态时，切换开关变换器工作于正常工作模式，所述控制电路根据比较信号控制功率开关管的导通。
3.如权利要求2所述的控制电路，其中逻辑控制电路包括：
第一逻辑电路，具有第一输入端、第二输入端、第三输入端以及输出端，其中第一输入端接收比较信号，第二输入端接收过零检测信号，第三输入端接收省电模式控制信号，其中当省电模式控制信号处于有效状态时，输出端根据比较信号和过零检测信号输出置位信号，当省电模式控制信号处于无效状态时，输出端根据比较信号输出置位信号；以及
第一触发器，具有置位端、复位端以及输出端，其中置位端接收置位信号，复位端接收导通时间控制信号，输出端输出第一驱动信号。
4.如权利要求2所述的控制电路，其中过零检测电路包括：过零比较器，过零比较器包括同相输入端、反相输入端以及输出端，其中同相输入端接收同步整流管漏源两极之间电压的电压测量信号，反相输入端接收偏置信号，输出端根据同步整流管漏源两极之间电压的电压测量信号和偏置信号的比较结果输出过零检测信号。
5.如权利要求2所述的控制电路，其中过零检测电路包括：
过零比较器，过零比较器包括同相输入端、反相输入端以及输出端，其中同相输入端接收同步整流管漏源两极之间电压的电压测量信号，反相输入端接收偏置信号；以及
第二触发器，包括置位端、复位端以及输出端，其中置位端耦接至过零比较器的输出端，复位端接收第一驱动信号，输出端输出过零检测信号；其中
第二触发器根据同步整流管漏源两极之间电压的电压测量信号和偏置信号的比较结果，以及第一驱动信号输出过零检测信号。
6.如权利要求1所述的控制电路，其中当省电模式控制信号为无效状态时，过流保护电路提供过流保护信号，所述控制电路根据导通时间控制信号或过流保护信号控制功率开关管的关断。
7.一种开关变换器，包括功率开关管、同步整流管和如权利要求1至6中任一项所述的控制电路。
8.如权利要求7所述的开关变换器，其中：
控制电路还包括第二输出端，输出第二驱动信号控制同步整流的导通与关断；
功率开关管具有第一端、第二端和控制端，其中第一端接收输入电压，控制端耦接至控制电路的第一输出端；
同步整流管具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至功率开关管的第二端，同步整流管的第二端耦接至系统地，同步整流管的控制端耦接至控制电路的第二输出端；
该开关变换器还包括：
电感器，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至功率开关管的第二端和同步整流管的第一端；以及
输出电容器，电耦接于电感器的第二端与系统地之间。
9.一种用于开关变换器的控制方法，该开关变换器包括功率开关管、同步整流管以及用于控制功率开关管和同步整流管导通及关断的控制电路，该控制方法包括：
在正常模式下，基于开关变换器的输出电压控制功率开关管的导通；以及
在省电模式下，检测同步整流管的过零状态，基于开关变换器的输出电压和同步整流管的过零状态控制功率开关管的导通，过流保护电路不使能。
10.如权利要求9所述的控制方法，还包括：
根据开关变换器的输入电压产生导通时间控制信号；
在正常模式下，根据导通时间控制信号或过流保护信号控制功率开关管的关断；以及
在省电模式下，根据导通时间控制信号控制功率开关管的关断。
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