CN103475210B - 一种开关型调节器的恒定时间控制方法、控制电路以及应用其的开关型调节器 - Google Patents

一种开关型调节器的恒定时间控制方法、控制电路以及应用其的开关型调节器 Download PDF

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Abstract

依据本发明的一种开关型调节器的恒定时间控制方法，包括：检测所述开关型调节器的输出端的输出电压；检测流过所述开关型调节器中的电感的电流；判断所述开关型调节器的输出端的负载是否发生阶跃突变；当所述开关型调节器的输出端的负载无阶跃突变时，根据产生的方波控制信号控制所述开关型调节器中的开关器件的状态，以维持所述输出电压基本恒定；并且，所述方波控制信号包括一组具有恒定时间宽度的脉冲；当所述开关型调节器的输出端的负载发生一阶跃突变时，则提前关断所述具有恒定时间宽度的脉冲，直至下一个脉冲到来。通过本发明的恒定时间控制方法实现对负载变化的快速瞬态响应，提高了瞬态响应速度，避免了输出电压的较大的波动。

Description

一种开关型调节器的恒定时间控制方法、控制电路以及应用其的开关型调节器
本申请是申请日为“2011年09月14日”，申请号为“201110289650.9”，发明名称为“一种开关型调节器的恒定时间控制方法、控制电路以及应用其的开关型调节器”的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种电源技术，更具体的说，涉及一种采用恒定时间控制方案的开关型调节器。
背景技术
开关电源由功率级电路和控制电路两部分组成。控制电路的功能是在输入电压、内部参数和外接负载变化时，调节功率级电路中的开关系统的导通和关断时间，以使开关电源的输出电压或者输出电流保持恒定。因此，在开关电源的设计中，控制方法的选择和设计对于开关电源的性能来说是十分重要的。采用不同的检测信号和不同的控制电路会有不同的控制效果。
开关电源的控制方式可以分为定频控制和变频控制。定频控制即开关周期恒定不变，通过调整一个周期内开关导通的宽度开调节输出电压，即脉冲宽度调制。
变频控制有恒定导通时间、恒定关断时间和迟滞比较控制等几种控制方式。恒定导通时间控制即保持主功率开关的导通时间维持不变，通过改变主功率开关的关断时间来调节占空比；恒定关断时间控制通过保持主功率开关的关断时间维持不变，而改变主功率开关的开通时间来调节占空比。
在实际应用中，恒定时间控制方案实现简单，成本也较低，其稳定性优于定频控制方案。但是，恒定时间控制方案对恒定时间间隔内发生的负载的瞬态响应较慢，需要较长的恢复时间。
参考图1A，所示为采用现有技术的一种采用恒定导通时间谷值电流控制模式的直流-直流变换器。其中，开关器件Q1、二极管D0，电感L0和输出电容C0组成一降压型拓扑结构，其输入端接收输入电压VIN，输出端连接一负载16，并且维持输出电压Vout和输出电流iout基本恒定。
以下结合图1B所示的图1A所示的直流-直流变换器的工作波形图来详细说明其工作原理。
如时刻t0至t1时间区间内，所述直流-直流变换器处于正常工作状态时，运算放大器15根据接收到的基准电压VREF和采样得到的输出电压Vout产生电压误差信号VCOMP；电流比较器14将接收到的表征电感电流的电压信号VSEN和电压误差信号VCOMP进行比较，以组成一由电流环和电压环构成的双闭环控制系统。当所述电感电流iL的谷值电流到达所述电压误差信号VCOMP时，置位RS触发器12的置位端，输出端Q上输出的控制信号通过驱动器11驱动开关器件Q1导通；在经过所述恒定导通时间电路13确定的一恒定时间tON后，复位所述RS触发器的复位端，从而关断开关器件Q1；周而复始，实现了恒定导通时间控制方案，以维持输出电压Vout和输出电流iout恒定。
如果在恒定导通时间内，负载16发生一阶跃突变，如由重载到轻载的突变时，如在t2时刻，则使得输出电流iout瞬间下降；而此时，由于恒定时间控制电路的控制，开关器件Q1仍处于导通状态，因此电感电流iL将继续增加直至当前导通时间tON结束。可见，这样的控制方案使得电感电流iL和输出电流iout之间的差值越来越大。并且，输出电压Vout在t2时刻也瞬间上升，并且在导通时间段内，输出电压持续上升，输出电压的波动很大，需要一段很长的时间才能重新达到新的稳定状态，输出恒定的输出电压来满足负载的需要。
可见，采用如图1A所示的恒定导通时间控制方案的直流-直流变换器，对于负载的瞬态变化响应很慢，并且会产生输出电压的过冲，对电路中的元器件带来损坏。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种新型的能够快速响应负载瞬态变化的恒定时间控制方法和恒定时间控制电路。
依据本发明的一种开关型调节器的恒定时间控制方法，包括以下步骤：
检测所述开关型调节器的输出端的输出电压；
检测流过所述开关型调节器中的电感的电流；
根据所述输出电压和第一电压基准值，判断所述开关型调节器的输出端的负载是否发生阶跃突变；
当所述开关型调节器的输出端的负载无阶跃突变时，根据检测到的输出电压和第二电压基准值的关系，以及检测到的电感电流和一电流基准值的关系，产生一方波控制信号；并且，所述方波控制信号包括一组具有恒定时间宽度的脉冲；根据所述方波控制信号控制所述开关型调节器中的开关器件的状态，以维持所述输出电压基本恒定；
当所述开关型调节器的输出端的负载发生一阶跃突变时，如果所述开关型调节器的输出电流的变化趋势与所述电感电流的变化趋势不一致，则提前关断所述具有恒定时间宽度的脉冲，直至下一个脉冲到来。
进一步的，可以利用电阻分压方法检测所述开关型调节器的输出端的输出电压，以获得表征所述输出电压的反馈电压；利用电流-电压转换电路检测流过所述电感电流，以获得表征所述电感电流的电感电压信号。
在依据本发明的一实施例中，当检测到的输出电压偏离所述第二电压基准值，并且，所述电感电流的谷值至所述电流基准值时，控制所述开关器件导通，并且维持所述恒定的时间宽度，然后关断所述开关器件，直至下一个脉冲到来；
当所述输出电压大于所述第一电压基准值时，所述负载发生一由重载至轻载的阶跃突变，所述输出电流阶跃下降，此时提前关断当前所述具有恒定时间宽度的脉冲，从而使得所述开关器件提前关断，以使所述电感电流下降，保证与所述输出电流的变化趋势一致。
在依据本发明的另一实施例中，当检测到的输出电压偏离所述第二电压基准值，并且，所述电感电流的峰值到达所述电流基准值时，控制所述开关器件关断，并且维持所述恒定的时间宽度，然后导通所述开关器件，直至下一个脉冲到来；
当所述输出电压小于所述第一电压基准值时，所述负载发生一由轻载至重载的阶跃突变，所述输出电流阶跃上升，此时提前关断当前所述具有恒定时间宽度的脉冲，从而使得所述开关器件提前导通，以使所述电感电流上升，保证与所述输出电流的变化趋势一致。
依据本发明的一种开关型调节器的恒定时间控制电路，所述恒定时间控制电路根据所述开关型调节器的输出电压和电感电流产生一方波控制信号，所述方波控制信号包括一组具有恒定的时间宽度的脉冲，所述方波控制信号控制所述开关型调节器中的开关器件的状态，所述恒定时间控制电路进一步包括瞬态控制电路，所述瞬态控制电路根据接收到的所述开关型调节器的输出电压和第一电压基准值判断所述开关型调节器的负载上的瞬态变化；
当所述开关型调节器的负载无瞬态变化时，根据所述方波控制信号控制所述开关型调节器中开关器件的状态，以维持所述输出电压基本恒定；
当所述开关型调节器的负载发生瞬态变化时，所述瞬态控制电路产生一瞬态控制信号，以提前关断当前所述具有所述恒定时间宽度的脉冲，保证所述电感电流的变化趋势与所述开关型调节器的输出电流的变化趋势一致，以快速响应所述开关型调节器的瞬态变化，直至下一个脉冲到来。
优选的，所述瞬态控制电路包括第一比较电路和单脉冲发生电路，其中，
所述第一比较电路用以比较接收到的所述开关型调节器的输出电压和第一电压基准值；所述单脉冲发生电路接收所述比较电路的输出信号；当所述开关调节器的负载发生一瞬态变化时，所述单脉冲发生电路产生一单脉冲信号，以作为所述瞬态控制信号。
进一步的，所述恒定时间控制电路包括，输出电压控制回路，电感电流控制回路，恒定时间发生电路和逻辑电路；其中，
所述输出电压控制回路，与所述开关型调节器的输出端连接，用以接收所述开关型调节器的输出电压，并与第二电压基准值进行误差运算以输出一电压误差信号；
所述电感电流控制回路，其一端接收表征所述电感电流的电感电压信号，另一端与所述输出电压控制回路连接，以对接收到的所述电感电压信号和一电流基准值进行比较；
恒定时间发生电路，其一端与所述瞬态控制电路连接，用以接收所述单脉冲信号；
当所述开关型调节器的负载无瞬态变化时，所述恒定时间发生电路用以产生所述具有恒定时间宽度的时间信号；
当所述开关型调节器的负载发生瞬态变化时，所述单脉冲信号提前关断所述具有所述恒定时间宽度的时间信号；
所述逻辑电路分别与所述电感电流控制电路的输出端和恒定时间发生电路的另一端连接，并根据接收到的所述时间信号和所述电感电流控制回路的输出信号，来产生所述方波控制信号。
在依据本发明的一实施例中，在所述输出电压小于所述第一电压基准值，并且所述输出电压偏离第二基准电压值的状态下，当所述电感电流谷值到达所述电压误差信号时，所述方波控制信号控制所述开关器件导通，并且维持所述恒定的时间宽度后，控制所述开关器件关断；直至所述电感电流谷值再次到达所述电压误差信号；
如果在所述开关器件的导通状态持续时间内，当所述输出电压大于所述第一电压基准值时，则所述单脉冲信号提前关断当前所述具有恒定时间宽度的脉冲，以提前关断所述开关器件。
在依据本发明的另一实施例中，在所述输出电压大于所述第一电压基准值，并且所述输出电压偏离所述第二基准电压值的状态下，当所述电感电流峰值到达所述电压误差信号时，所述方波控制信号控制所述开关器件关断，并且维持所述恒定的时间宽度后，控制所述开关器件导通；直至所述电感电流峰值再次到达所述电压误差信号；
如果在所述开关器件的关断状态持续时间内，当所述输出电压小于所述第一电压基准值时，则所述单脉冲信号提前关断当前所述具有恒定时间宽度的脉冲，以提前导通所述开关器件。
优选的，所述恒定时间发生电路包括串联连接在一电压源和地之间的一恒流源和一充电电容以及第一控制开关和第二控制开关，所述第一控制开关与所述充电电容并联连接，所述第二控制开关与所述恒流源并联连接；
所述第一控制开关的状态与所述方波控制信号的状态相反；所述第二控制开关的状态由所述瞬态控制信号控制；
所述恒定时间发生电路还包括第二比较电路，所述第二比较电路的第一端连接至所述恒流源和所述充电电容的公共连接点，第二端接收一电压阈值，其输出端连接至所述逻辑电路；
当所述第一控制开关和第二控制开关均处于关断状态时，所述恒流源对所述充电电容进行持续充电，所述恒流源和所述充电电容的公共连接点处的充电电压线性上升，所述充电电压上升至所述电压阈值所需的时间与所述恒定的时间宽度一致。
进一步的，可以利用电阻分压电路检测所述开关型调节器的输出端的输出电压，以获得表征所述输出电压的反馈电压；利用电流-电压转换电路检测流过所述电感电流，以获得表征所述电感电流的电感电压信号。
依据本发明的一种开关型调节器，包括上述所述的任一控制电路，还包括，功率级电路和驱动电路；
所述功率级电路的输入端接收一输入电压；
所述控制电路分别与所述功率级电路和驱动电路连接，以产生一方波控制信号；
所述驱动电路根据接收到的所述方波控制信号产生相应的驱动信号，来驱动所述功率级电路中的开关器件，以在所述功率级电路的输出端获得一恒定的输出电压。
进一步的，所述功率级电路为降压型或者升压型或者升降压型拓扑结构。
依据本发明的应用于开关型调节器中的恒定时间控制方法和恒定时间控制电路，能够实时监测负载的状态；当监测到负载的瞬态变化时，能够快速调整恒定时间，实现对负载变化的快速瞬态响应。在保证电路系统较好的稳定性的基础上，提高了瞬态响应速度，避免了输出电压的较大的波动。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1A所示为现有技术中一种恒定导通时间谷值电流控制的直流-直流变换器的原理框图；
图1B所示为图1A所示的直流-直流变换器的工作波形图。
图2所示为依据本发明的一种开关型调节器的恒定时间控制电路的一优选实施例的原理框图；
图3A所示为依据本发明的一种开关型调节器的恒定导通时间控制电路的一优选实施例的原理框图；
图3B所示为图3A所示的开关型调节器的恒定导通时间控制电路的工作波形图；
图4A所示为依据本发明的一种开关型调节器的恒定关断时间控制电路的一优选实施例的原理框图；
图4B所示为图4A所示的开关型调节器的恒定关断时间控制电路的工作波形图；
图5所示为依据本发明的一种开关型调节器的恒定时间控制方法的一优选实施例的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的几个优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。
参考图2，所示为依据本发明的一种开关型调节器的恒定时间控制电路的一优选实施例的原理框图。
在该实施例中，以降压型开关型调节器为例对所述恒定时间控制电路的工作原理进行说明。开关器件Q1、二极管D0，电感L0和输出电容C0组成一降压型拓扑结构的功率级电路，其输入端接收输入电压VIN，输出端连接一负载16。
所述恒定时间控制电路21包括一瞬态控制电路204，其接收输出电压Vout和第一电压基准值VREF1，来判断所述开关型调节器的负载上的瞬态变化。
当所述开关型调节器的负载发生瞬态变化时，所述瞬态控制电路204产生一瞬态控制信号VT，来提前截止当前开关器件Q1的状态。
恒定时间控制电路21还可以包括输出电压控制回路201、电感电流控制回路202、恒定时间发生电路203和逻辑电路205。其中，
输出电压控制回路201与所述开关型调节器的输出端连接，用以接收所述开关型调节器的输出电压Vout，并与第二电压基准值VREF2进行误差运算以输出一电压误差信号VCOMP。
所述电感电流控制回路202，其一端接收表征所述电感电流的电感电压信号VSEN，另一端与所述输出电压控制回路连接，电压误差信号VCOMP作为电感电流控制回路202的电流基准值，以对接收到的所述电感电压信号VSEN和所述电流基准值VCOMP进行比较。
恒定时间发生电路203，其一端与所述瞬态控制电路204连接，用以接收所述瞬态控制信号VT；
当所述开关型调节器的负载无瞬态变化时，所述恒定时间发生电路用以产生所述具有恒定时间宽度的时间信号；
当所述开关型调节器的负载发生瞬态变化时，所述瞬态控制信号提前关断所述具有所述恒定时间宽度的时间信号。
所述逻辑电路205分别与所述电感电流控制电路的输出端和恒定时间发生电路的另一端连接，并根据接收到的所述时间信号和所述电感电流控制回路的输出信号，来产生所述方波控制信号Vctrl。并且，所述方波控制信号包括一组具有所述恒定的时间宽度的脉冲。
在正常工作状态下，恒定时间控制电路21根据接收到的表征电感电流的电感电压信号VSEN、输出电压Vout以及时间信号，输出相应的方波控制信号Vctrl以控制开关器件Q1的导通或者关断动作。相应的，所述方波控制信号包括一组具有所述恒定时间宽度的脉冲。
当检测到的所述开关型调节器的负载发生瞬态变化时，所述开关型调节器的输出电流iout也相应的发生一阶跃变化，所述瞬态控制电路204产生一瞬态控制信号VT，以提前关断所述具有所述恒定时间宽度的脉冲，来提前截止当前开关器件Q1的状态，使电感电流iL的变化趋势跟随所述输出电流iout的变化趋势，从而快速响应所述开关型调节器的瞬态变化，直至下一个脉冲到来。
对于开关器件导通时间恒定的控制方案，如果在在开关器件导通期间内，检测到输出电压Vout大于所述第一电压基准值VREF1，则判断为此时负载发生一瞬态变化，输出电流iout瞬间下降，则提前关断当前具有恒定时间宽度的脉冲，从而提前关断所述开关器件，使电感电流iL开始下降，与输出电流iout的变化趋势一致，提高瞬态响应的速度。
对于开关器件关断时间恒定的控制方案，如果在在开关器件关断期间内，检测到输出电压Vout小于所述第一电压基准值VREF1，则判断为此时负载发生一瞬态变化，输出电流瞬间上升，则提前关断当前具有恒定时间宽度的脉冲，从而提前导通所述开关器件，使电感电流iL开始上升，与输出电流iout的变化趋势一致，提高瞬态响应的速度。
可见，采用图2所示的依据本发明的一实施例的一开关型调节器的恒定时间控制电路，当发生瞬态变化时，提前关断当前具有恒定时间宽度的脉冲，保证电感电流iL的变化趋势跟随输出电流的变化趋势iout，以最大程度的减小两者之间的差值，实现了对瞬态变化的快速实时响应；同时也减小了输出电压的波动，从而减小输出电压的恢复时间。
本领域技术人员可以得知，功率级电路可以为任何合适形式的拓扑结构，如降压型、升压型、升降压或者隔离式拓扑结构。恒定时间控制电路21可以为任何合适形式的能够实现恒定导通时间或者恒定关断时间控制方案的控制电路，如输出电压控制回路201、电感电流控制回路202、恒定时间发生电路203和逻辑电路205可以为不同的电路结构以及不同的连接关系，只要能够实现恒定时间控制方案即可。输出电压控制回路201可以进一步包括输出电压反馈电路，以获得表征所述输出电压的反馈电压，再与匹配的电压基准值进行误差运算；电感电流控制回路202可以进一步包括电流-电压转换电路，以将电感电流转换为与之对应的电感电压信号。
以下结合附图详细说明依据本发明开关型调节器的恒定时间控制电路的工作原理。
参考图3A，所示为依据本发明的一种开关型调节器的恒定导通时间控制电路的一优选实施例的原理框图；图3B所示为图3A所示的开关型调节器的恒定导通时间控制电路的工作波形图。
其中，输出电压控制回路201包括一误差放大器，其反相输入端接收输出电压Vout，同相输入端接收第二基准电压VREF2，以在输出端获得电压误差信号VCOMP；电感电流控制回路202包括一比较器，其反相输入端接收表征电感电流数值的电感电压信号VSEN，同相输入端接收电压误差信号VCOMP；对电感电流的检测可以通过电阻检测电路来实现。
恒定时间发生电路203包括串联连接在电压源VCC和地之间的恒流源305和充电电容306，第一控制开关304连接在恒流源305和充电电容306的公共连接点和地之间；第二控制开关303连接在电压源VCC和恒流源305和充电电容306的公共连接点之间；第二比较器307的同相输入端连接至恒流源305和充电电容306的公共连接点以及第一控制开关304和第二控制开关303的公共连接点；反相输入端连接一电压阈值VTH。
逻辑电路205包括一RS触发器，其置位端S连接电感电流控制回路202的输出端，复位端R连接至第二比较器307的输出端；输出端Q的输出信号作为控制信号Vctrl来控制开关器件Q1的状态；输出端Q控制第一控制开关304的状态。
瞬态控制电路304包括第一比较器301和单脉冲发生电路302；第一比较器301的同相输入端接收输出电压Vout，反相输入端接收第一基准电压VREF1，输出端连接至单脉冲发生电路302的输入端；单脉冲发生电路302输出的瞬态控制信号VT为一单脉冲信号，来控制第二控制开关303的状态。
在正常工作状态时，图3B所示的t0至t1时间区间内，电感电流控制回路202比较电感电压信号VSEN和电压误差信号VCOMP1；当电感电压信号VSEN的谷值电压到达电压误差信号VCOMP1时，电感电流控制回路202输出高电平信号以置位RS触发器205，Q端输出高电平信号，从而控制开关器件Q1导通；此时，第一控制开关304和第二控制开关303均处于关断状态，因此，恒流源305对充电电容306进行充电，其公共连接点上的充电电压VC呈线性持续增加，直至上升至电压阈值VTH，充电电压VC由零上升至电压阈值VTH的时间为设定的恒定时间tON。当充电电压VC上升至电压阈值VTH后，第二比较器307输出一高电平信号，从而复位RS触发器205，从而Q端的输出信号Vctrl变为低电平信号，来关断开关器件Q1；此时，第一控制开关304闭合，充电电容306快速放电，充电电压VC快速下降至零。直至电感电压信号VSEN再次到达电压误差信号VCOMP1，周而复始，逐周期的实现对开关器件的恒定导通时间控制。
当输出负载16由重载骤变为轻载时，即t2时刻，输出电流iout瞬间下降，输出电压Vout瞬间上升。当输出电压Vout大于设定的第一基准值VREF1时，第一比较器301输出一高电平信号，触发单脉冲发生电路302产生一单脉冲信号VT，使第二控制开关303闭合，使得充电电压VC瞬间被拉高，并且高于电压阈值VTH，从而第二比较器307的输出信号由低电平信号变为高电平信号，以复位RS触发器205，使Q端的输出信号变为低电平信号，从而关断开关器件Q1。然后，电感电流iL开始下降，与输出电流iout的变化趋势一致，减小了两者之间的差值，实现了快速的瞬态响应，输出电压Vout也不会出现过冲现象。在经过较短的时间后，开关型调节器重新进入稳定工作状态，电压误差信号即电感电压信号VSEN的基准值变为新的稳定值VCOMP2。输出电流的数值由iout1变为iout2，输出电压的数值由Vout1变为Vout2，系统进入新的稳定状态。
参考图4A，所示为依据本发明的一种开关型调节器的恒定关断时间控制电路的一优选实施例的原理框图；图4B所示为图4A所示的开关型调节器的恒定关断时间控制电路的工作波形图。
在该实施例中，以升压型开关型调节器为例对所述恒定关断时间控制电路的工作原理进行详细说明。
与图3A所示的开关型调节器的恒定导通时间控制电路不同的是：
开关器件Q1、二极管DO，电感LO和输出电容CO组成一升压型拓扑结构的功率级电路，其输入端接收输入电压VIN，输出端连接一负载16。
电感电流控制回路202的同相输入端接收表征电感电流数值的电感电压信号VSEN，反相输入端接收电压误差信号VCOMP。
逻辑电路205包括一RS触发器，其复位端R连接电感电流控制回路202的输出端，置位端S连接至第二比较器307的输出端；输出端Q的输出信号作为控制信号Vctrl来控制开关器件Q1的状态，以及控制第一控制开关304的状态。
瞬态控制电路304包括第一比较器301和单脉冲发生电路302；第一比较器301的反相输入端接收输出电压Vout，同相输入端接收第一基准电压VREF1，输出端连接至单脉冲发生电路302的输入端；单脉冲发生电路302输出的瞬态控制信号VT为一单脉冲信号，来控制第二控制开关303的状态。
剩余电路组成结构以及连接关系与图3A所示的实施例相同。
在正常工作状态时，如图4B所示的t3至t4时间区间内，即输出电压略偏离第二基准电压VREF2时，电感电流控制回路202比较电感电压信号VSEN和电压误差信号VCOMP。当电感电压信号VSEN的峰值电压到达电压误差信号VCOMP1时，比较器202输出高电平信号以复位RS触发器205，Q端输出低电平信号，从而控制开关器件Q1关断；此时，第一控制开关304和第二控制开关303均处于关断状态，因此，恒流源305对充电电容306进行充电，其公共连接点上的充电电压VC呈线性持续增加，直至上升至电压阈值VTH，充电电压VC由零上升至电压阈值VTH的时间为设定的恒定时间tOFF；当充电电压VC上升至电压阈值VTH后，第二比较器307输出一高电平，置位RS触发器205，从而Q端的输出信号Vctrl变为高电平信号，从而控制开关器件Q1导通，电感电流iL开始持续增加；同时第一控制开关304闭合，充电电容306快速放电，充电电压VC快速下降至零；直至电感电压信号VSEN再次到达电压误差信号VCOMP1；周而复始，逐周期的实现对开关器件的恒定关断时间控制。
如果在关断时间区间t4至t6内的时刻t5，输出负载16由轻载骤变为重载时，输出电流iout瞬间上升，输出电压Vout瞬间下降。当输出电压Vout小于设定的第一基准值VREF1时，第一比较器301输出一高电平信号，触发单脉冲发生电路302产生一单脉冲信号VT，使第二控制开关303闭合，使得电压VC瞬间被拉高，并且高于电压阈值VTH，从而第二比较器307的输出信号由低电平变为高电平信号，置位RS触发器205，使Q端的输出信号变为高电平信号，从而控制开关器件Q1导通。然后，电感电流iL开始逐渐上升，与输出电流iout的变化趋势一致，减小两者之间的差值，实现了快速的瞬态响应。在经过较短的时间区间t5至t7后，开关型调节器重新进入稳定工作状态，电压误差信号VCOMP即电感电压信号VSEN的基准值变为新的稳定值VCOMP2。输出电流的数值由iout1变为iout2，输出电压的数值由Vout1变为Vout2，系统进入新的稳定状态。
可见，在图2至图4A所示的依据本发明的不同实施例的开关型调节器的恒定时间控制电路，当发生瞬态变化时，通过提前关断当前具有恒定时间宽度的脉冲，保证电感电流iL的变化趋势跟随输出电流的变化趋势iout，以最大程度的减小两者之间的差值，实现了对瞬态变化的快速实时响应；同时也减小了输出电压的波动，从而减小了输出电压的恢复时间。
以下对依据本发明的一种开关型调节器的恒定时间控制方法进行详细说明。参考图5，所示为依据本发明的一优选实施例的开关型调节器的恒定时间控制方法的流程图。其包括以下步骤：
S501：检测所述开关型调节器的输出端的输出电压；
S502：检测流过所述开关型调节器中的电感的电流；
S503：根据所述输出电压和第一电压基准值，判断所述开关型调节器的输出端的负载是否发生阶跃突变；
S504：当开关型调节器的输出端的负载无阶跃突变时，根据检测到的输出电压和第二电压基准值的关系，以及检测到的电感电流和一电流基准值关系，产生一方波控制信号；并且，所述方波控制信号包括一组具有恒定时间宽度的脉冲；
S505：当所述开关型调节器的输出端的负载发生一阶跃突变时，提前关断当前具有恒定时间宽度的脉冲，使所述开关型调节器的输出电流的变化趋势与所述电感电流的变化趋势一致，直至下一个脉冲到来。
其中，对于输出电压的检测可以利用电阻分压方法，以获得表征所述输出电压的反馈电压；对电感电流的检测可以利用电流-电压转换电路检测所述电感电流，以获得表征所述电感电流的电感电压信号。
在依据本发明的开关型调节器的恒定导通时间控制方法的一优选实施例中，步骤S503对负载的阶跃突变的判断可以通过输出电压和第一电压基准值的比较来实现。当输出电压小于所述第一电压基准值时，此时开关调节器输出端的负载无阶跃突变；当检测到的输出电压偏离所述第二电压基准值，并且，所述电感电流的谷值至所述电流基准值时，产生一具有恒定时间宽度的脉冲，控制所述开关器件导通，并且维持所述恒定的时间宽度，然后关断所述开关器件；电感电流开始持续下降，当电感电流再次下降至所述电流基准值时，产生下一个具有恒定时间宽度的脉冲到来，开始一新的开关周期；周而复始，实现对开关型调节器的恒定导通时间控制，并且保证输出电压和输出电流维持恒定。
当输出电压大于所述第一电压基准值时，此时开关调节器输出端的负载产生一由重载至轻载的阶跃突变，输出电流阶跃下降，输出电压阶跃上升；此时提前关断当前所述具有恒定时间宽度的脉冲，从而使得所述开关器件提前关断，以使所述电感电流下降，保证与所述输出电流的变化趋势一致，实现对负载变化的快速的瞬态响应。
在依据本发明的开关型调节器的恒定关断时间控制方法的一优选实施例中，步骤S503对负载的阶跃突变的判断可以通过输出电压和第一电压基准值的比较来实现。
当检测到的输出电压偏离所述第二电压基准值，并且，所述电感电流的峰值到达所述电流基准值时，产生一具有恒定时间宽度的脉冲，控制所述开关器件关断，并且维持所述恒定的时间宽度，然后导通所述开关器件；电感电流开始持续上升，当电感电流再次上升至所述电流基准值时，产生下一个具有恒定时间宽度的脉冲到来，开始一新的开关周期；周而复始，实现对开关型调节器的恒定关断时间控制，并且保证输出电压和输出电流维持恒定。
当输出电压小于所述第一电压基准值时，此时开关调节器输出端的负载产生一由轻载至重载的阶跃突变，输出电流阶跃上升，输出电压阶跃下降；此时提前关断当前所述具有恒定时间宽度的脉冲，从而使得所述开关器件提前导通，以使所述电感电流上升，保证与所述输出电流的变化趋势一致，实现对负载变化的快速的瞬态响应。
可见，依据本发明的不同实施例的开关型调节器的恒定时间控制方法，当发生瞬态变化时，通过提前关断当前具有恒定时间宽度的脉冲，保证电感电流iL的变化趋势跟随输出电流的变化趋势iout，以最大程度的减小两者之间的差值，实现了对瞬态变化的快速实时响应；同时也减小了输出电压的波动，从而减小了输出电压的恢复时间。
如图2、图3A和图3B所示，依据本发明的一种开关型调节器，在包括以上所述的任一恒定时间控制电路的基础上，还包括一驱动电路，所述驱动电路根据接收到的所述方波控制信号产生驱动信号VG来驱动所述功率级电路中的开关器件。
并且，所述功率级电路可以为任何合适形式的拓扑结构，如降压型或者升压型或者升降压型或者隔离式拓扑结构。
以上对依据本发明的优选实施例的开关型调节器的恒定时间控制电路和恒定时间控制方法进行了详尽描述，本领域普通技术人员据此可以推知其他技术或者结构以及电路布局、元件等均可应用于所述实施例。恒定时间控制电路可以为任何合适形式的能够实现恒定导通时间或者恒定关断时间控制方案的控制电路，如输出电压控制回路、电感电流控制回路、恒定时间发生电路和逻辑电路可以为不同的电路结构以及不同的连接关系，只要能够实现恒定时间控制方案即可。
本说明书中的各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (18)

1.一种开关型调节器的恒定时间控制方法，其特征在于，包括：
检测开关型调节器的输出端的输出电压；
根据所述输出电压和第一电压基准值，判断所述开关型调节器的输出端的负载是否发生阶跃突变；
当所述开关型调节器的输出端的负载无阶跃突变时，根据方波控制信号控制所述开关型调节器中的开关器件的状态，以维持所述输出电压基本恒定；并且，所述方波控制信号包括一组具有恒定时间宽度的脉冲；
当所述开关型调节器的输出端的负载发生一阶跃突变时，如果所述开关型调节器的输出电流的变化趋势与所述开关型调节器的电感电流的变化趋势不一致，则提前关断所述具有恒定时间宽度的脉冲，直至下一个脉冲到来。
2.根据权利要求1所述的恒定时间控制方法，其特征在于，具有恒定时间宽度的脉冲用以控制所述开关器件的导通时间恒定，当在所述开关器件的导通期间内，所述负载发生阶跃突变时，提前关断当前具有恒定时间宽度的脉冲，以提前关断所述开关器件。
3.根据权利要求1所述的恒定时间控制方法，其特征在于，具有恒定时间宽度的脉冲用以控制所述开关器件的关断时间恒定，当在所述开关器件的关断期间内，负载发生阶跃突变时，提前关断当前具有恒定时间宽度的脉冲，以提前导通所述开关器件。
4.根据权利要求1所述的恒定时间控制方法，其特征在于，包括，利用电阻分压方法检测所述开关型调节器的输出端的输出电压，以获得表征所述输出电压的反馈电压；利用电流-电压转换电路检测所述电感电流，以获得表征所述电感电流的电感电压信号。
5.根据权利要求2所述的恒定时间控制方法，其特征在于，当所述电感电流的谷值达到第一电流基准值时，控制所述开关器件导通，直至当前所述具有恒定时间宽度的脉冲结束，然后关断所述开关器件；
当所述负载发生一由重载至轻载的阶跃突变时，提前关断当前所述具有恒定时间宽度的脉冲，从而使得所述开关器件提前关断，以使所述电感电流下降，保证与所述输出电流的变化趋势一致。
6.根据权利要求3所述的恒定时间控制方法，其特征在于，当所述电感电流的峰值到达第二电流基准值时，控制所述开关器件关断，直至当前所述具有恒定时间宽度的脉冲结束，然后导通所述开关器件；
当所述负载发生一由轻载至重载的阶跃突变时，提前关断当前所述具有恒定时间宽度的脉冲，从而使得所述开关器件提前导通，以使所述电感电流上升，保证与所述输出电流的变化趋势一致。
7.一种开关型调节器的恒定时间控制电路，所述恒定时间控制电路根据一方波控制信号控制所述开关型调节器中的开关器件的状态，所述方波控制信号包括一组具有恒定的时间宽度的脉冲，其特征在于，所述恒定时间控制电路进一步包括瞬态控制电路，
所述瞬态控制电路根据接收到的所述开关型调节器的输出电压和第一电压基准值判断所述开关型调节器的负载上的瞬态变化；
当所述开关型调节器的负载无瞬态变化时，根据所述方波控制信号控制所述开关型调节器中的开关器件的状态，以维持所述输出电压基本恒定；
当所述开关型调节器的负载发生瞬态变化时，所述瞬态控制电路产生一瞬态控制信号，以提前关断当前所述具有恒定时间宽度的脉冲，保证所述开关型调节器的电感电流的变化趋势与所述开关型调节器的输出电流的变化趋势一致，以快速响应所述开关型调节器的瞬态变化，直至下一个脉冲到来。
8.根据权利要求7所述的开关型调节器的恒定时间控制电路，其特征在于，具有恒定的时间宽度的脉冲用以控制所述开关器件的导通时间恒定；当在所述开关器件的导通期间内，所述负载发生阶跃突变时，提前关断当前具有恒定时间宽度的脉冲，以提前关断所述开关器件。
9.根据权利要求8所述的开关型调节器的恒定时间控制电路，其特征在于，当所述电感电流的谷值达到一电流基准值时，控制所述开关器件导通，直至当前所述具有恒定时间宽度的脉冲结束，然后关断所述开关器件；
当所述负载发生一由重载至轻载的阶跃突变时，所述瞬态控制信号提前关断当前所述具有恒定时间宽度的脉冲，从而使得所述开关器件提前关断。
10.根据权利要求7所述的开关型调节器的恒定时间控制电路，其特征在于，具有恒定的时间宽度的脉冲用以控制所述开关器件的关断时间恒定；当在所述开关器件的关断期间内，所述负载发生阶跃突变时，提前关断当前具有恒定时间宽度的脉冲，以提前导通所述开关器件。
11.根据权利要求10所述的开关型调节器的恒定时间控制电路，其特征在于，当所述电感电流的峰值达到另一电流基准值时，控制所述开关器件关断，直至当前所述具有恒定时间宽度的脉冲结束，然后导通所述开关器件；
当所述负载发生一由轻载至重载的阶跃突变时，所述瞬态控制信号提前关断当前所述具有恒定时间宽度的脉冲，从而使得所述开关器件提前导通。
12.根据权利要求7所述的开关型调节器的恒定时间控制电路，其特征在于，所述瞬态控制电路包括第一比较电路和单脉冲发生电路，其中，
所述第一比较电路用以比较接收到的所述开关型调节器的输出电压和所述第一电压基准值；
所述单脉冲发生电路接收所述第一比较电路的输出信号；
当所述开关型调节器的负载发生一瞬态变化时，所述单脉冲发生电路产生一单脉冲信号，以作为所述瞬态控制信号；
当所述开关型调节器的负载发生瞬态变化时，所述单脉冲信号提前关断所述具有所述恒定时间宽度的脉冲。
13.根据权利要求12所述的开关型调节器的恒定时间控制电路，其特征在于，所述恒定时间控制电路包括，输出电压控制回路，电感电流控制回路，恒定时间发生电路和逻辑电路；其中，
所述输出电压控制回路，与所述开关型调节器的输出端连接，用以接收所述开关型调节器的输出电压，并与第二电压基准值进行误差运算以输出一电压误差信号；
所述电感电流控制回路，其一端接收表征所述电感电流的电感电压信号，另一端与所述输出电压控制回路连接；
所述恒定时间发生电路，其一端与所述瞬态控制电路连接，用以接收所述瞬态控制信号；
当所述开关型调节器的负载无瞬态变化时，所述恒定时间发生电路用以产生所述具有恒定时间宽度的时间信号；
当所述开关型调节器的负载发生瞬态变化时，所述瞬态控制信号提前关断所述具有恒定时间宽度的时间信号；
所述逻辑电路分别与所述电感电流控制电路的输出端和恒定时间发生电路的另一端连接，并根据接收到的所述时间信号和所述电感电流控制回路的输出信号，来产生所述方波控制信号。
14.根据权利要求13所述的开关型调节器的恒定时间控制电路，其特征在于，所述恒定时间发生电路包括串联连接在一电压源和地之间的一恒流源和一充电电容以及第一控制开关和第二控制开关，所述第一控制开关与所述充电电容并联连接，所述第二控制开关与所述恒流源并联连接；
所述第一控制开关的状态与所述方波控制信号的状态相反；所述第二控制开关的状态由所述瞬态控制信号控制；
所述恒定时间发生电路还包括第二比较电路，所述第二比较电路的第一端连接至所述恒流源和所述充电电容的公共连接点，第二端接收一电压阈值，其输出端连接至所述逻辑电路；
当所述第一控制开关和第二控制开关均处于关断状态时，所述恒流源对所述充电电容进行持续充电，所述恒流源和所述充电电容的公共连接点处的充电电压线性上升，所述充电电压上升至所述电压阈值所需的时间与所述恒定的时间宽度一致。
15.根据权利要求13所述的开关型调节器的恒定时间控制电路，其特征在于，所述逻辑电路包括一RS触发器，其置位端与所述电感电流控制回路的输出端连接，复位端与所述恒定时间发生电路的输出端连接，输出端的输出信号作为所述方波控制信号，来控制所述开关器件的状态。
16.根据权利要求13所述的开关型调节器的恒定时间控制电路，其特征在于，所述逻辑电路包括一RS触发器，其复位端与所述电感电流控制回路的输出端连接，置位端与所述恒定时间发生电路的输出端连接，输出端的输出信号作为所述方波控制信号，来控制所述开关器件的状态。
17.一种开关型调节器，其特征在于，包括权利要求7-16所述的任一控制电路，还包括，功率级电路和驱动电路；
所述功率级电路的输入端接收一输入电压；
所述控制电路分别与所述功率级电路和驱动电路连接，以产生一方波控制信号；
所述驱动电路根据接收到的所述方波控制信号产生相应的驱动信号，来驱动所述功率级电路中的开关器件，以在所述功率级电路的输出端获得一恒定的输出电压。
18.根据权利要求17所述的开关型调节器，其特征在于，所述功率级电路为降压型或者升压型或者升降压型拓扑结构。
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