CN103795228A - 一种用于开关变换器的控制电路及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于开关变换器的控制电路及其控制方法。所述开关变换器包括具有至少一个开关管的开关电路。所述控制电路包括：比较电路，基于参考信号和开关变换器的输出电压产生比较信号；同步电路，耦接至比较电路，并根据比较信号产生第一同步信号和第二同步信号；导通时间控制电路，产生导通时长控制信号；以及逻辑电路，根据第一同步信号、第二同步信号和导通时长控制信号产生开关控制信号以控制所述至少一个开关管的导通与关断。利用同步电路产生第一同步信号和第二同步信号，可以实现比较信号同步的同时，减小因同步带来的延迟时间，从而在提高系统稳定性的同时保证瞬态响应速度。

Description

一种用于开关变换器的控制电路及其控制方法
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
在开关变换器的控制方式中，恒定导通时间控制由于其优越的负载瞬态响应、简单的内部结构和平滑的工作模式切换等优点而得到了广泛应用。恒定导通时间控制的开关变换器通常通过比较器将输出电压与参考信号进行比较产生比较信号，并根据比较信号的状态对开关电路进行控制，从而实现对输出电压的调节。例如，当输出电压小于参考信号时，比较信号有效，控制电路置位开关控制信号以控制开关电路中至少一个开关管导通。
一般而言，控制电路包括时序逻辑电路，将比较器输出的比较信号直接应用于控制电路增加了系统的不稳定性。为了提高系统的稳定性，增加平均故障间隔时间(MTBF)，控制电路一般还包括同步电路以使比较信号和时序逻辑电路同步。但是同步电路的使用增加了控制系统的延迟时间，从而导致瞬态响应速度变慢。
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用于开关变换器的控制电路及其控制方法。
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具有至少一个开关管的开关电路，所述控制电路包括：比较电路，基于参考信号和开关变换器的输出信号产生比较信号；同步电路，耦接至比较电路，并根据比较信号产生第一同步信号和第二同步信号；导通时间控制电路，根据一预设的导通时长产生导通时长控制信号；以及逻辑电路，根据第一同步信号、第二同步信号和导通时长控制信号产生开关控制信号以控制所述至少一个开关管的导通与关断。
在一个实施例中，同步电路接收一时钟信号，并在所述时钟信号的上升沿对比较信号进行采样以产生第一同步信号，以及在所述时钟信号的下降沿对比较信号进行采样以产生第二同步信号。
在一个实施例中，同步电路包括：接收比较信号和第一时钟信号，并采用第一时钟信号对比较信号进行采样以得到第一同步信号，其中第一同步信号和第一时钟信号同步；以及第二子同步电路，接收比较信号和第二时钟信号，并采用第二时钟信号对比较信号进行采样以得到第二同步信号，其中第二同步信号和第二时钟信号同步。
在一个实施例中，逻辑电路包括：第一触发电路，耦接至同步电路和导通时间控制电路，并根据第一同步信号和导通时长控制信号产生第一脉冲信号，其中当第一同步信号有效时，第一触发电路置位输出有效的第一脉冲信号，直至第一脉冲信号处于有效状态的时长达到预设的导通时长；第二触发电路，耦接至同步电路和导通时间控制电路，并根据第二同步信号和导通时长控制信号产生第二脉冲信号，其中当第二同步信号有效时，第二触发电路置位输出有效的第二脉冲信号，直至第二脉冲信号处于有效状态的时长达到预设的导通时长；以及门电路，耦接至第一触发电路和第二触发电路，根据第一脉冲信号或第二脉冲信号产生开关控制信号。
在一个实施例中，第一触发电路包括：第一触发器，具有置位端、复位端和输出端，其中置位端接收第一同步信号，复位端接收导通时时间控制信号，输出端输出第一脉冲信号。
在一个实施例中，第二触发电路包括：第二触发器，具有置位端、复位端和输出端，其中置位端接收第二同步信号，复位端接收导通时长控制信号，输出端输出第二脉冲信号。
根据本发明一实施例的一种控制电路，用于多相开关变换器，其中多相开关变换器包括多个开关电路，所述控制电路包括：比较电路，基于参考信号和多相开关变换器的输出电压产生比较信号；同步电路，耦接至比较电路的输出端，根据比较信号产生第一同步信号和第二同步信号；导通时间控制电路，产生导通时长控制信号；逻辑电路，根据第一同步信号、第二同步信号和导通时长控制信号产生多个开关控制信号以控制多个开关电路依次导通。
在一个实施例中，同步电路包括：第一子同步电路，接收比较信号和第一时钟信号，并采用第一时钟信号对比较信号进行采样以得到第一同步信号；以及第二子同步电路，接收比较信号和第二时钟信号，并采用第二时钟信号对比较信号进行采样以得到第二同步信号。
在一个实施例中，同步电路还包括：第一屏蔽电路，耦接至第一子同步电路以接收第一同步信号，其中当第一同步信号有效时，第一屏蔽电路屏蔽第二同步信号，使得第二同步信号保持无效状态；以及第二屏蔽电路，耦接至第二子同步电路以接收第二同步信号，其中当第二同步信号有效时，第二屏蔽电路屏蔽第一同步信号，使得第一同步信号保持无效状态。
在一个实施例中，逻辑电路还包括：相位控制电路，接收第一同步信号、第二同步信号及检测信号，输出多个第一置位信号和多个第二置位信号，其中当检测信号检测到用于控制当前开关电路的开关控制信号有效后，根据第一同步信号产生用于下一相开关电路的第一置位信号，以及根据第二同步信号产生用于下一相开关电路的第二置位信号。
在一个实施例中，逻辑电路还包括多个脉冲发生电路，每个脉冲发生电路均包括：第一触发电路，耦接至相位控制电路和导通时间控制电路，并根据相应的第一置位信号和导通时长控制信号产生第一脉冲信号；第二触发电路，耦接至相位控制电路和导通时间控制电路，并根据相应的第二置位信号和导通时长控制信号产生第二脉冲信号；以及门电路，耦接至第一触发电路和第二触发电路，根据第一脉冲信号或第二脉冲信号产生开关控制信号以控制相应的开关电路。
根据本发明一实施例的一种用于开关变换器的控制方法，其中开关变换器包括具有至少一个开关管的开关电路，所述控制方法包括：基于参考信号和开关变换器的输出电压产生比较信号；基于比较信号产生第一同步信号；基于比较信号产生第二同步信号；产生导通时长控制信号，其中导通时长控制信号用来控制所述至少一个开关管的导通时长；根据第一同步信号和导通时长控制信号产生第一脉冲信号；根据第二同步信号和导通时长控制信号产生第二脉冲信号；以及根据第一脉冲信号或第二脉冲信号生成开关控制信号以控制所述至少一个开关管的导通及关断。
根据本发明一实施例的一种用于多相开关变换器的控制方法，该多相开关变换器包括多个开关电路，该控制方法包括：基于参考信号和开关变换器的输出电压产生比较信号；基于比较信号在第一时钟域产生第一同步信号；基于比较信号在第二时钟域产生第二同步信号；根据第一同步信号或第二同步信号产生当前开关电路的开关控制信号，以控制当前开关电路导通；以及当检测到当前开关电路导通后，根据第一同步信号或第二同步信号产生用于控制下一相开关电路的开关控制信号。
利用本发明提出的实施例，可以在同步比较信号的同时具有最小的延迟时间，从而可以在提高系统稳定性的同时保证瞬态响应速度。
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多相开关变换器300的电路原理图；
图4是根据本发明一实施例的同步电路32的电路原理图；
图5是根据本发明一实施例的脉冲发生电路34_X的电路原理图；
图6是根据本发明一实施例的相位控制电路36的状态转移图；
图7是根据本发明一实施例的图3所示多相开关变换器300的波形图；
图8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；以及
图9是根据本发明一实施例的用于多相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似的元件。
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，包括控制电路、开关电路15和反馈电路16。开关电路15包括至少一个开关管，通过该至少一个开关管的导通与关断将输入信号IN转换为输出信号OUT。开关电路15中的开关管可以为任何可控半导体开关器件，例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)等。输入信号IN和输出信号OUT可为电压、电流或功率信号。开关电路15可采用任何直流/直流和交流/直流变换拓扑结构，例如同步或非同步的升压、降压变换器，以及正激、反激变换器等等。反馈电路16电耦接至开关电路15的输出端，产生代表开关电路15输出信号OUT的反馈信号FB。反馈电路16可包括电阻分压器或电容分压器等。
控制电路包括导通时间控制电路11、比较电路12、同步电路13以及逻辑电路14。导通时间控制电路11产生导通时长控制信号COT，以控制开关电路15中至少一个开关管的导通时长等于预设的导通时长。比较电路12电耦接至反馈电路16，接收反馈信号FB，将反馈信号FB和参考信号Vref进行比较，并产生比较信号CMP。同步电路13电耦接至比较电路12的输出端以接收比较信号CMP，并根据比较信号CMP产生同步信号Sync1和同步信号Sync2。在一个实施例中，同步电路13根据比较信号CMP在第一时钟域产生同步信号Sync1，以及根据比较信号CMP在第二时钟域产生同步信号Sync2。例如，在时钟信号的上升沿对比较信号CMP采样产生同步信号Sync1以及在同一时钟信号的下降沿对比较信号CMP采样产生同步信号Sync2，其中第一时钟域对应时钟信号上升沿，第二时钟域对应时钟信号下降沿。逻辑电路14电耦接至导通时间控制电路11和同步电路13的输出端，根据导通时长控制信号COT、同步信号Sync1和同步信号Sync2产生开关控制信号CTRL，以控制开关电路15中开关管的导通与关断。
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。开关电路25包括开关管M1、开关管M2、电感器L和输出电容器CO。开关电路25通过开关管M1和开关管M2的导通与关断，将输入电压Vin转换为输出电压Vo。开关管M1具有第一端、第二端和控制端，其中第一端接收输入电压Vin。开关管M2具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至开关管M1的第二端，第二端耦接至系统地。电感器L具有第一端和第二端，其中第一端耦接至开关管M1的第二端和开关管M2的第一端。输出电容器CO耦接在电感器L的第二端和系统地之间。输出电容器CO两端的电压即为输出电压Vo。在另一个实施例中，开关管M2可由二极管代替。反馈电路26电耦接至开关电路25的输出端，接收输出电压Vo，并产生反馈信号FB。在一个实施例中，反馈电路26包括由电阻器R1和电阻器R2组成的电阻分压器。
比较电路22包括比较器COM。比较器COM的同相输入端接收参考信号Vref，反相输入端电耦接至反馈电路26以接收反馈信号FB，比较器COM根据参考信号Vref和反馈信号FB产生比较信号CMP。在一个实施例中，当反馈信号FB小于参考信号Vref时，比较信号CMP有效，例如变为高电平。
同步电路23包括第一子同步电路231和第二子同步电路232。第一子同步电路231接收比较信号CMP和时钟信号Clk，并将比较信号CMP和时钟信号Clk同步以产生同步信号Sync1，也就是采用时钟信号Clk对比较信号CMP进行采样以得到同步信号Sync1。第二子同步电路232接收比较信号CMP和时钟信号Clk_b，并将比较信号CMP和时钟信号Clk_b同步以产生同步信号Sync2，也就是采用时钟信号Clk_b对比较信号CMP进行采样以得到同步信号Sync2。在一个实施例中，时钟信号Clk_b与时钟信号Clk在相位上相反(相差180度)，同步信号Sync1与时钟信号Clk的上升沿同步，同步信号Sync2与时钟信号Clk_b的上升沿同步，也就是同步信号Sync2和时钟信号Clk的下降沿同步。
导通时间控制电路21产生导通时长控制信号COT，以控制开关管M1或M2的导通时长。逻辑电路24电耦接至导通时间控制电路21和同步电路23的输出端，根据导通时长控制信号COT、同步信号Sync1和同步信号Sync2产生开关控制信号CTRL。逻辑电路24包括第一触发电路241、第二触发电路242以及门电路243。第一触发电路241电耦接至第一子同步电路231和导通时间控制电路21，并根据同步信号Sync1和导通时长控制信号COT产生脉冲信号PWM_P，其中当同步信号Sync1有效时，第一触发电路241置位输出有效的脉冲信号PWM_P直至脉冲信号PWM_P处于有效状态的时长达到预设的导通时长。在一个实施例中，第一触发电路241为同步触发电路。第一触发电路241接收时钟信号Clk，并且当时钟信号Clk及同步信号Sync1均有效时，第一触发电路241置位输出有效的脉冲信号PWM_P，当导通时长控制信号COT有效时，第一触发电路241复位输出无效的脉冲信号PWM_P。时钟信号Clk有效例如可以是时钟信号Clk处于高电平状态或低电平状态，也可以是时钟信号Clk为上升沿或下降沿。本领域技术人员可知第一触发电路241例如可以包括同步RS触发器、异步RS触发器、D触发器、JK触发器等任意适合的触发电路。第二触发电路242电耦接至第二子同步电路232和导通时间控制电路21，并根据同步信号Sync2和导通时长控制信号COT产生脉冲信号PWM_N，其中当同步信号Sync2有效时，第二触发电路242置位输出有效的脉冲信号PWM_N直至脉冲信号PWM_N处于有效状态的时长达到预设的导通时长。在一个实施例中，第二触发电路242为同步触发电路。第二触发电路242接收时钟信号Clk_b，并且当时钟信号Clk_b及同步信号Sync2均有效时，第二触发电路置位输出有效的脉冲信号PWM_N，当导通时长控制信号COT有效时，第二触发电路242复位输出无效的脉冲信号PWM_N。时钟信号Clk_b有效例如可以是时钟信号Clk_b处于高电平状态或低电平状态，也可以为时钟信号Clk_b为上升沿或下降沿。本领域技术人员可知第二触发电路242例如可以包括同步RS触发器、异步RS触发器、D触发器、JK触发器等任意适合的触发电路。门电路243耦接至第一触发电路241和第二触发电路242，并根据脉冲信号PWM_P和脉冲信号PWM_N产生开关控制信号CTRL。在一个实施例中，门电路243选择脉冲信号PWM_P和脉冲信号PWM_N中有效的一个作为开关控制信号CTRL输出。在一个实施例中，门电路243包括或门电路，当脉冲信号PWM_P或脉冲信号PWM_N有效时，开关控制信号CTRL有效，否则当脉冲信号PWM_P及脉冲信号PWM_N均无效时，开关控制信号CTRL无效。
在一个实施例中，为避免脉冲信号PWM_P及脉冲信号PWM_N同时有效，同步电路23还可以包括第一屏蔽电路233和第二屏蔽电路234。当同步信号Sync1有效时，通过第一屏蔽电路233屏蔽同步信号Sync2，使得同步信号Sync2处于无效状态。当同步信号Sync2有效时，通过第二屏蔽电路234屏蔽同步信号Sync1，使得同步信号Sync1处于无效状态。第一屏蔽电路和第二屏蔽电路的引入使得同步信号Sync1和同步信号Sync2不同时有效。在图2所示的实施例中，第二子同步电路232通过第一屏蔽电路233耦接至比较电路22的输出端，第一屏蔽电路233电耦接至比较电路22和第一子同步电路231的输出端以接收比较信号CMP和同步信号Sync1，当同步信号Sync1有效时，比较信号CMP不能被传递到第二子同步电路232，第二子同步电路232输出无效的同步信号Sync2。在图2所示的实施例中，第一子同步电路231通过第二屏蔽电路234耦接至比较电路22的输出端，第二屏蔽电路234电耦接至比较电路22和第二子同步电路232的输出端以接收比较信号CMP和同步信号Sync2，当同步信号Sync2有效时，比较信号CMP不能被传递到第一子同步电路231，第一子同步电路231输出无效的同步信号Sync1。
图2所示开关变换器200还包括驱动电路27。驱动电路27电耦接至逻辑电路24和开关管M1、M2的门极之间，接收开关控制信号CTRL，并产生驱动信号以驱动开关管M1和M2的导通与关断。
图3是根据本发明一实施例的多相开关变换器300的电路原理图，包括控制电路和X个开关电路35_1～35_X，其中X为大于或等于2的整数。开关电路35_1～35_X的输入端接收输入电压Vin，输出端耦接在一起以提供输出电压Vo。开关电路35_1～35_X可采用任何直流/直流或交流/直流变换拓扑结构，例如同步或非同步的升压、降压变换器，以及正激、反激变换器等。控制电路产生开关控制信号CTRL1～CTRLX以控制开关电路35_1～35_X依次导通。
控制电路包括比较电路31、同步电路32及逻辑电路33。其中比较电路31与图2所示比较电路22类似，同步电路32与图2所示同步电路23类似。比较电路31耦接至开关电路35_1～35_X的输出端以接收输出电压Vo，并基于参考信号Vref和输出电压Vo产生比较信号CMP。在一个实施例中，同步电路32耦接至比较电路31以接收比较信号CMP，并基于比较信号CMP和时钟信号Clk的上升沿产生同步信号Sync1，也就是在时钟信号Clk的上升沿对比较信号CMP采样以得到同步信号Sync1，基于比较信号CMP和时钟信号Clk的下降沿产生同步信号Sync2，也就是在时钟信号Clk的下降沿对比较信号CMP采样以得到同步信号Sync2。逻辑电路33根据同步信号Sync1、同步信号Sync2及导通时长控制信号COT产生开关控制信号CTRL1～CTRLX以控制开关电路35_1～35_X依次导通。逻辑电路33包括相位控制电路36和X个脉冲发生电路34_1～34_X。相位控制电路36耦接至同步电路32以接收同步信号Sync1及Sync2，并根据同步信号Sync1和X个检测信号edge1～edgeX产生X个第一置位信号set_p1～set_pX，根据同步信号Sync2和X个检测信号edge1～edgeX产生X个第二置位信号set_n1～set_nX。在一个实施例中检测信号edge1～edgeX用来检测开关控制信号CTRL1～CTRLX是否有效，例如通过检测开关控制信号CTRL1～CTRLX的上升沿判断开关控制信号CTRL1～CTRLX是否有效。当检测信号edge1指示检测到开关控制信号CTRL1有效后，相位控制电路36可以根据同步信号Sync1产生用于第二相的第一置位信号set_p2，根据同步信号Sync2产生用于第二相的第二置位信号set_n2。当检测信号edge2指示检测到开关控制信号CTRL2有效后，相位控制电路36可以根据同步信号Sync1产生用于下一相的第一置位信号，根据同步信号Sync2产生用于下一相的第二置位信号。当检测信号edgeX指示检测到开关控制信号CTRLX有效后，相位控制电路36可以根据同步信号Sync1产生用于第一相的第一置位信号set_p1，根据同步信号Sync2产生用于第一相的第二置位信号set_n1。脉冲发生电路34_1～34_X接收相应的第一置位信号set_p1～set_pX和第二置位信号set_n1～set_nX，并根据第一置位信号set_p1～set_pX和第二置位信号set_n1～set_nX产生相应的开关控制信号CTRL1～CTRLX。在一个实施里中，脉冲发生电路34_1～34_X根据第一置位信号set_p1～set_pX和导通时长控制信号COT产生脉冲信号PWM_p1～PWM_pX，根据第二置位信号set_n1～set_nX和导通时长控制信号COT产生脉冲信号PWM_n1～PWM_nX，脉冲发生电路34_1～34_X根据脉冲信号PWM_p1～PWM_pX或脉冲信号PWM_n1～PWM_nX产生开关控制信号CTRL1～CTRLX以控制开关电路35_1～35_X。
在一个实施例中，逻辑电路33还包括检测电路37_1～37_X。检测电路37_1～37_X根据开关控制信号CTRL1～CTRLX产生检测信号edge1～edgeX。在一个实施例中，当检测到开关控制信号CTRL1～CTRLX的上升沿时，检测电路37_1～37_X输出有效的检测信号edge1～edgeX并保持一个时钟周期。
图4是根据本发明一实施例的同步电路32的电路原理图，包括子同步电路321，子同步电路322，第一屏蔽电路323以及第二屏蔽电路324。在图4所示的实施例中，子同步电路321包括D触发器FF1。子同步电路321基于比较信号CMP、同步信号Sync2和时钟信号Clk产生同步信号Sync1。D触发器FF1具有数据输入端D、时钟端ck及输出端Q，其中数据输入端D电耦接至第二屏蔽电路324的输出端，时钟端ck接收时钟信号Clk，输出端Q输出同步信号Sync1。在图4所示的实施例中，子同步电路322包括D触发器FF2。子同步电路322基于比较信号CMP、同步信号Sync1和时钟信号Clk_b产生同步信号Sync2。D触发器FF2具有数据输入端D、时钟端ck及输出端Q，其中数据输入端D电耦接至第一屏蔽电路323的输出端，时钟端ck接收时钟信号Clk_b，输出端Q输出同步信号Sync2。本领域技术人员可知，子同步电路321及子同步电路322还可以包括其它任意适合的同步电路或同步装置，例如由两级D触发器组成的同步链。在一个实施例中，同步电路32还包括反相器N3，反相器N3的输入端接收时钟信号Clk，反相器N3的输出端输出时钟信号Clk_b。
在图4所示的实施例中，第一屏蔽电路323包括非门电路N1和与门电路AND1。非门电路N1的输入端耦接至子同步电路321的输出端以接收同步信号Sync1，与门电路AND1的一个输入端耦接至非门电路N1的输出端，与门电路AND1的另一个输入端接收比较信号CMP，与门电路AND1的输出端耦接至子同步电路322中D触发器FF2的数据输入端D。D触发器FF2在时钟信号Clk的下降沿(时钟信号Clk_b的上升沿)对与门电路AND1输出端的数据采样以产生同步信号Sync2。通过耦接在比较信号CMP和子同步电路322之间的第一屏蔽电路323，使得当同步信号Sync1有效时，同步信号Sync2保持无效。在图4所示的实施例中，第二屏蔽电路324包括非门电路N2和与门电路AND2。非门电路N2的输入端耦接至子同步电路322的输出端以接收同步信号Sync2，与门电路AND2的一个输入端耦接至非门电路N2的输出端，与门电路AND2的另一个输入端接收比较信号CMP，与门电路AND2的输出端耦接至子同步电路321中D触发器FF1的数据输入端D。D触发器FF1在时钟信号Clk的上升沿对与门电路AND2输出端的数据采样以产生同步信号Sync1。通过耦接在比较信号CMP和子同步电路321之间的第二屏蔽电路324，使得当同步信号Sync2有效时，同步信号Sync1保持无效。
图5是根据本发明一实施例的脉冲发生电路34_X的电路原理图。脉冲发生电路34_X包括第一触发电路341、第二触发电路342和门电路343。第一触发电路341包括RS触发器FF3，置位端S接收第一置位信号set_pX，复位端R接收导通时长控制信号COT，时钟端ck接收时钟信号Clk，输出端Q输出脉冲信号PWM_pX。为了减小从比较信号CMP有效到相应开关电路开通的延迟时间，RS触发器FF3例如可以是异步置位。当第一置位信号set_pX有效时，RS触发器FF3置位输出有效的脉冲信号PWM_pX，例如从低电平变为高电平。为了保证相应开关电路的导通时长的精确性，提高系统的稳定性，RS触发器FF3例如可以是同步复位。在时钟信号clk的上升沿，当导通时长控制信号COT有效时，RS触发器FF3复位输出无效的脉冲信号PWM_pX，例如从高电平变为低电平。第二触发电路342包括RS触发器FF4，置位端S接收第二置位信号set_nX，复位端R接收导通时长控制信号COT，时钟端ck接收时钟信号Clk，输出端Q输出脉冲信号PWM_nX。为了减小从比较信号CMP有效到相应开关电路开通的延迟时间，RS触发器FF4例如可以是异步置位。当第二置位信号set_nX有效时，RS触发器FF4置位输出有效的脉冲信号PWM_nX，例如从低电平变为高电平。为了保证相应开关电路的导通时长的精确性，提高系统的稳定性，RS触发器FF4例如可以是同步复位。在时钟信号Clk的下降沿，当导通时长控制信号COT有效时，RS触发器FF3复位输出无效的脉冲信号PWM_nX，例如从高电平变为低电平。门电路343耦接至第一触发电路341和第二触发电路342，并根据脉冲信号PWM_pX和脉冲信号PWM_nX输出开关控制信号CTRLX。在一个实施例中，门电路343包括或门电路OR1。当脉冲信号PWM_pX或脉冲信号PWM_nX中的一个有效时，开关控制信号CTRLX有效以控制开关电路35_X开通。
图6是根据本发明一实施例的相位控制电路36的状态转移图。如图6所示的实施例中，相位控制电路36包括起始控制状态START以及用于第一相～第X相开关电路的对应控制状态BL_PHASE1～BL_PHASEX。相位控制电路36根据所处的控制状态将有效的同步信号Sync1或有效的同步信号Sync2分配到相对应的脉冲发生电路以控制相应的开关电路开通。例如当处于第一相控制状态BL_PHASE1时，根据同步信号Sync1产生用于第一相的第一置位信号set_p1至脉冲发生电路34_1，以及根据同步信号Sync2产生用于第一相的第二置位信号set_n1至脉冲发生电路34_1，脉冲发生电路34_1产生开关控制信号CTRL1以控制第一相开关电路35_1；当处于第二相控制状态BL_PHASE2时，根据同步信号Sync1产生用于第二相的第一置位信号set_p2，以及根据同步信号Sync2产生用于第二相的第二置位信号set_n2，脉冲发生电路34_2根据第一置位信号set_p2和第二置位信号set_n2产生开关控制信号CTRL2以控制第二相开关电路35_2；当处于第X相控制状态BL_PHASEX时，根据同步信号Sync1产生用于第X相的第一置位信号set_pX，以及根据同步信号Sync2产生于第X相的第二置位信号set_nX，脉冲发生电路34_X根据第一置位信号set_pX和第二置位信号set_nX产生开关控制信号CTRLX以控制第二相开关电路35_X。在一个实施例中，当多相开关变换器300启动时，相位控制电路36从起始状态START转移至第一相控制状态BL_PHASE1；当检测信号edge1有效时，相位控制电路36从第一相控制状态BL_PHASE1转移至第二相控制状态BL_PHASE2，当检测信号edge2有效时，相位控制电路36从第二相控制状态BL_PHASE2转移至下一相的控制状态，依次类推，当检测信号edgeX有效时，相位控制电路36从第X相控制状态BL_PHASEX转移至第一相控制状态BL_PHASE1，如此循环。
图7是根据本发明一实施例的图3所示多相开关变换器300的波形图。在图7所示的实施例中，所有信号均为高电平有效。在T1时刻，反馈信号FB小于参考信号Vref，比较信号CMP有效，同步电路32在随后的时钟信号Clk的上升沿输出有效的同步信号Sync1，此时相位控制电路36处于第一相控制状态BL_PHASE1，输出有效的第一置位信号set_p1，用于第一相的开关控制信号CTRL1有效，之后检测信号edge1变为有效，相位控制电路36转移至第二相控制状态BL_PHASE2。开关控制信号CTRL1在导通时长控制信号COT的控制下持续一定的导通时长TON。在时钟信号Clk的下降沿T2时刻，同步信号Sync1保持有效，因此在屏蔽电路323的作用下，尽管比较信号CMP有效，同步信号Sync2依然保持无效。在T3时刻，比较信号CMP变为有效，同步电路32在随后的时钟信号Clk的下降沿输出有效的同步信号Sync2，此时相位控制电路36处于第二相控制状态BL_PHASE2，输出有效的第二置位信号set_n2，用于第二相的开关控制信号CTRL2有效，之后检测信号edge2变为有效，相位控制电路36转移至下一相控制状态。以此类推，直至相位控制电路36从第X相控制状态BL_PHASEX转移至第一相控制状态BL_PHASE1，如此反复。在时钟信号Clk的上升沿T4时刻，同步信号Sync2保持有效，因此在屏蔽电路324的作用下，尽管比较信号CMP有效，同步信号Sync1依然保持无效。开关控制信号CTRL2在导通时长控制信号COT的控制下持续一定的导通时长TON。在T5时刻，比较信号CMP变为有效，同步电路32在随后的时钟信号Clk的下降沿输出有效的同步信号Sync2，此时相位控制电路36处于第X相控制状态BL_PHASEX，相位控制电路36输出有效的第二置位信号set_n2，用于第X相的开关控制信号CTRLX有效，之后检测信号edgeX变为有效，相位控制电路36转移至下一相控制状态，也就是第一相控制状态BL_PHASE1。开关控制信号CTRLX在导通时长控制信号COT的控制下持续一定的导通时长TON。
图8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。该开关变换器包括具有至少一个开关管的开关电路。该控制方法包括步骤S801～S806。
在步骤801，基于参考信号和开关变换器的输出电压产生比较信号。
在步骤802，基于比较信号产生第一同步信号和第二同步信号。
在步骤803，产生导通时长控制信号。
在步骤804，根据第一同步信号和导通时长控制信号产生第一脉冲信号。
在步骤805，根据第二同步信号和导通时长控制信号产生第二脉冲信号。
在步骤806，根据第一脉冲信号或第二脉冲信号产生开关控制信号以控制至少一个开关管的导通及关断。
图9是根据本发明一实施例的用于多相开关变换器的控制方法的流程图。其中多相开关变换器包括多个开关电路，该控制方法包括步骤S901～S904。
在步骤901，基于参考信号和开关变换器的输出电压产生比较信号。
在步骤902，基于比较信号产生第一同步信号和第二同步信号。
在步骤903，根据第一同步信号及第二同步信号产生当前开关电路的开关控制信号，以控制当前开关电路导通。
在步骤904，当检测到当前开关电路导通后，根据第一同步信号和第二同步信号产生用于控制下一相开关电路的开关控制信号。
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 (16)

1.一种控制电路，用于开关变换器，其中开关变换器包括具有至少一个开关管的开关电路，所述控制电路包括：
比较电路，基于参考信号和开关变换器的输出信号产生比较信号；
同步电路，耦接至比较电路，并根据比较信号产生第一同步信号和第二同步信号；
导通时间控制电路，根据一预设的导通时长产生导通时长控制信号；以及
逻辑电路，根据第一同步信号、第二同步信号和导通时长控制信号产生开关控制信号以控制所述至少一个开关管的导通与关断。
2.如权利要求1所述的控制电路，其中同步电路接收一时钟信号，并在所述时钟信号的上升沿对比较信号进行采样以产生第一同步信号，以及在所述时钟信号的下降沿对比较信号进行采样以产生第二同步信号。
3.如权利要求1所述的控制电路，其中同步电路包括：
第一子同步电路，接收比较信号和第一时钟信号，并采用第一时钟信号对比较信号进行采样以得到第一同步信号，其中第一同步信号和第一时钟信号同步；以及
第二子同步电路，接收比较信号和第二时钟信号，并采用第二时钟信号对比较信号进行采样以得到第二同步信号，其中第二同步信号和第二时钟信号同步。
4.如权利要求1所述的控制电路，其中逻辑电路包括：
第一触发电路，耦接至同步电路和导通时间控制电路，并根据第一同步信号和导通时长控制信号产生第一脉冲信号，其中当第一同步信号有效时，第一触发电路置位输出有效的第一脉冲信号，直至第一脉冲信号处于有效状态的时长达到预设的导通时长；
第二触发电路，耦接至同步电路和导通时间控制电路，并根据第二同步信号和导通时长控制信号产生第二脉冲信号，其中当第二同步信号有效时，第二触发电路置位输出有效的第二脉冲信号，直至第二脉冲信号处于有效状态的时长达到预设的导通时长；以及
门电路，耦接至第一触发电路和第二触发电路，根据第一脉冲信号或第二脉冲信号产生开关控制信号。
5.如权利要求4所述的控制电路，其中第一触发电路包括：
第一触发器，具有置位端、复位端和输出端，其中置位端接收第一同步信号，复位端接收导通时长控制信号，输出端输出第一脉冲信号。
6.如权利要求4所述的控制电路，其中第二触发电路包括：
第二触发器，具有置位端、复位端和输出端，其中置位端接收第二同步信号，复位端接收导通时长控制信号，输出端输出第二脉冲信号。
7.一种控制电路，用于多相开关变换器，其中多相开关变换器包括多个开关电路，所述控制电路包括：
比较电路，基于参考信号和多相开关变换器的输出电压产生比较信号；
同步电路，耦接至比较电路的输出端，根据比较信号产生第一同步信号和第二同步信号；
导通时间控制电路，产生导通时长控制信号；
逻辑电路，根据第一同步信号、第二同步信号和导通时长控制信号产生多个开关控制信号以控制多个开关电路依次导通。
8.如权利要求7所述的控制电路，其中同步电路包括：
第一子同步电路，接收比较信号和第一时钟信号，并采用第一时钟信号对比较信号进行采样以得到第一同步信号；以及
第二子同步电路，接收比较信号和第二时钟信号，并采用第二时钟信号对比较信号进行采样以得到第二同步信号。
9.如权利要求8所述的控制电路，其中同步电路还包括：
第一屏蔽电路，耦接至第一子同步电路以接收第一同步信号，其中当第一同步信号有效时，第一屏蔽电路屏蔽第二同步信号，使得第二同步信号保持无效状态；以及
第二屏蔽电路，耦接至第二子同步电路以接收第二同步信号，其中当第二同步信号有效时，第二屏蔽电路屏蔽第一同步信号，使得第一同步信号保持无效状态。
10.如权利要求7所述的控制电路，其中逻辑电路还包括：
相位控制电路，接收第一同步信号、第二同步信号及检测信号，输出多个第一置位信号和多个第二置位信号，其中当检测信号检测到用于控制当前开关电路的开关控制信号有效后，根据第一同步信号产生用于下一相开关电路的第一置位信号，以及根据第二同步信号产生用于下一相开关电路的第二置位信号。
11.如权利要求10所述的控制电路，其中逻辑电路还包括多个脉冲发生电路，每个脉冲发生电路均包括：
第一触发电路，耦接至相位控制电路和导通时间控制电路，并根据相应的第一置位信号和导通时长控制信号产生第一脉冲信号；
第二触发电路，耦接至相位控制电路和导通时间控制电路，并根据相应的第二置位信号和导通时长控制信号产生第二脉冲信号；以及
门电路，耦接至第一触发电路和第二触发电路，根据第一脉冲信号或第二脉冲信号产生开关控制信号以控制相应的开关电路。
12.一种用于开关变换器的控制方法，其中开关变换器包括具有至少一个开关管的开关电路，所述控制方法包括：
基于参考信号和开关变换器的输出电压产生比较信号；
基于比较信号产生第一同步信号；
基于比较信号产生第二同步信号；
产生导通时长控制信号，其中导通时长控制信号用来控制所述至少一个开关管的导通时长；
根据第一同步信号和导通时长控制信号产生第一脉冲信号；
根据第二同步信号和导通时长控制信号产生第二脉冲信号；以及
根据第一脉冲信号或第二脉冲信号生成开关控制信号以控制所述至少一个开关管的导通及关断。
13.如权利要求12所述的控制方法，还包括将比较信号和第一时钟信号同步以产生第一同步信号，以及将比较信号和第二时钟信号同步以产生第二同步信号。
14.如权利要求12所述的控制方法，还包括将比较信号和一时钟信号的上升沿同步以产生第一同步信号，以及将比较信号和所述时钟信号的下降沿同步以产生第二同步信号。
15.如权利要求12所述的控制方法，还包括当第一同步信号有效时，屏蔽第二同步信号，使得第二脉冲信号保持无效，以及当第二同步信号有效时，屏蔽第一同步信号，使得第一脉冲信号保持无效。
16.一种用于多相开关变换器的控制方法，该多相开关变换器包括多个开关电路，该控制方法包括：
基于参考信号和开关变换器的输出电压产生比较信号；
基于比较信号在第一时钟域产生第一同步信号；
基于比较信号在第二时钟域产生第二同步信号；
根据第一同步信号或第二同步信号产生当前开关电路的开关控制信号，以控制当前开关电路导通；以及
当检测到当前开关电路导通后，根据第一同步信号或第二同步信号产生用于控制下一相开关电路的开关控制信号。
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