CN104079167A - 控制电路、开关电源和控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种控制电路、开关电源和控制方法。所述控制电路用于控制开关型变换器，其包括：状态获取电路，用于根据反馈电压和参考电压生成误差放大信号，利用具有预定频率的斜坡补偿信号对所述误差放大信号进行斜坡补偿，比较经斜坡补偿的误差放大信号和电压纹波，以输出状态信号；所述电压纹波与所述开关型变换器的储能元件电流同步变化；控制信号生成电路，用于根据所述状态信号输出开关控制信号，控制开关型变换器，所述开关控制信号具有所述预定频率。通过将与开关型变换器储能元件电流同步变化的电压纹波作为参量进行定频控制，提高了开关型变换器的控制精确性，使得频率控制更加精确。

Description

控制电路、开关电源和控制方法
技术领域
本发明涉及电力电子技术，具体涉及一种控制电路、开关电源和控制方法。
背景技术
开关电源通常包括功率级电路和控制电路。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，调节开关型变换器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。
功率级电路通常使用开关型变换器实现。在现有技术中，用于控制开关型变换器的控制电路一般通过同时控制固定导通时间以及输出电压纹波来实现控制频率的目的。
但是，由于导通时间本身存在计算误差，而且在不同的输入和输出条件下，不同的负载均会引起开关型变换器中开关系统的占空比的变化，因此，现有的控制电路难以得到精确的开关周期，使得精确的频率控制难以实现。
发明内容
有鉴于此，提供一种控制电路、开关电源和控制方法，基于电压纹波进行开关型变换器的控制，使得开关型变换器的开关在稳态工作条件下开关周期很定，由此，可以实现精确的频率控制。
第一方面，提供一种控制电路，用于控制开关型变换器，所述控制电路包括：
状态获取电路，用于根据反馈电压和参考电压生成误差放大信号，利用具有预定频率的斜坡补偿信号对所述误差放大信号进行斜坡补偿，比较经斜坡补偿的误差放大信号和电压纹波，以输出状态信号；
所述电压纹波与所述开关型变换器的储能元件电流同步变化；
控制信号生成电路，用于根据所述状态信号输出开关控制信号，控制开关型变换器。
优选地，所述控制信号生成电路用于根据所述状态信号和具有所述预定频率的时钟信号输出所述开关控制信号，其中，所述控制信号生成电路根据所述状态信号控制所述开关控制信号由第一状态转换为第二状态，根据所述时钟信号控制所述开关控制信号由所述第二状态转换为所述第一状态。
优选地，所述状态获取电路包括：
误差放大器，用于输入所述反馈电压和参考电压生成所述误差放大信号；
加法器，用于输入所述斜坡补偿信号对所述误差放大信号进行斜坡补偿；
第一比较器，用于比较经斜坡补偿的误差放大信号和所述电压纹波，以输出所述状态信号。
优选地，所述控制电路还包括：
电压纹波获取电路，用于将所述反馈电压与纹波信号叠加获得所述电压纹波，所述纹波信号随所述开关型变换器的储能元件电流同步变化。
优选地，所述电压纹波获取电路为受控电压源，所述受控电压源连接在反馈电压输入端和第一比较器输入端之间，所述受控电压源的两端电压随所述开关型变换器的储能元件电流同步变化。
优选地，所述控制电路还包括时钟信号生成电路和斜坡补偿信号生成电路；
所述时钟信号生成电路包括电流源、充电电容、放电开关和第二比较器；
所述电流源、充电电容和所述放电开关并联连接在所述第二比较器的第一输入端和接地端之间；
所述第二比较器的第二输入端输入阈值电压，输出端输出所述时钟信号；
所述放电开关由所述时钟信号控制；
所述斜坡补偿信号生成电路输入所述充电电容的两端电压，输出所述斜坡补偿信号。
优选地，所述控制信号生成电路包括RS触发器和驱动电路；
所述RS触发器的复位端输入所述状态信号，所述RS触发器的置位端输入所述时钟信号，输出端输出脉宽调制信号；
所述驱动电路输入所述脉宽调制信号，输出所述开关控制信号。
优选地，所述控制信号生成电路在所述状态信号为第一电平时控制所述开关控制信号为第一状态，在所述状态信号为第二电平时控制所述开关控制信号为第二状态。
优选地，所述状态获取电路包括：
误差放大器，输入所述反馈电压和参考电压生成所述误差放大信号；
加法器，用于输入所述斜坡补偿信号对所述误差放大信号进行斜坡补偿；
第一比较器，用于比较经斜坡补偿的误差放大信号和所述电压纹波，以输出所述状态信号。
优选地，所述控制电路还包括：
电压纹波获取电路，用于将所述反馈电压与纹波信号叠加获得所述电压纹波，所述纹波信号随所述开关型变换器的储能元件电流同步变化。
优选地，其特征在于，所述电压纹波获取电路为受控电压源，所述受控电压源连接在反馈电压输入端和第一比较器输入端之间，所述受控电压源的输出电压随所述开关型变换器的储能元件电流同步变化。
第二方面，提供一种开关电源，包括如上所述的控制电路和开关型变换器。
第三方面，提供一种开关型变换器控制方法，包括：
根据反馈电压和参考电压生成误差放大信号；
利用具有预定频率的斜坡补偿信号对所述误差放大信号进行斜坡补偿；
比较经斜坡补偿的误差放大信号和电压纹波，以输出状态信号，所述电压纹波信号与所述开关型变换器的储能元件电流同步变化；
根据所述状态信号输出开关控制信号，控制所述开关型变换器。
优选地，所述根据所述状态信号输出开关控制信号，控制所述开关型变换器包括：
根据所述状态信号和具有所述预定频率的时钟信号输出所述开关控制信号，根据所述状态信号控制所述开关控制信号由第一状态转换为第二状态，根据所述时钟信号控制所述开关控制信号由所述第二状态转换为所述第一状态。
优选地，所述根据所述状态信号输出开关控制信号，控制所述开关型变换器包括：
在所述状态信号为第一电平时控制所述开关控制信号为第一状态，在所述状态信号为第二电平时控制所述开关控制信号为第二状态。
通过将与开关型变换器储能元件电流同步变化的电压纹波作为参量进行定频控制，提高了开关型变换器的控制精确性，使得频率控制更加精确。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1是本发明第一实施例的开关电源的电路示意图；
图2是本发明第一实施例的开关电源的工作波形图；
图3是本发明第二实施例的开关电源的电路示意图；
图4是本发明第二实施例的开关电源在稳态工作时的工作波形图；
图5是本发明第二实施例的开关电源在负载突减时的工作波形图；
图6是本发明第三实施例的开关电源的电路示意图；
图7是本发明第三实施例的开关电源在稳态工作时的工作波形图；
图8是本发明第三实施例的开关电源在负载突减时的工作波形图；
图9是本发明第四实施例的开关型变换器控制方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述。虽然本发明是结合以下的优选实施例进行描述的，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。
在如下描述中(除另有说明)，“已知”、“固定”、“给定”和“预定”通常情况下，指的是一个值，数量、参数、约束条件、条件、状态、流程、过程、方法、实施，或各种组合等在理论上是可变的，但是如果提前设定，则在后续使用中是保持不变的。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，功率开关是指开关电源或开关型转换器中在其导通时使得储能元件(例如，电感)开始储能，流过储能元件电流开始上升的开关器件。
本发明可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。以下以降压型拓扑的开关调节器为例对本发明的具体实施例进行描述。
图1是本发明第一实施例的开关电源的电路示意图。如图1所示，开关电源包括控制电路10和开关型变换器20。
开关型变换器20为降压型拓扑(BUCK)，其包括第一功率开关S1、第二功率开关S2、储能电感L和输出电容CO。在本实施例中，开关型变换器20以储能电感L作为其储能元件。
第一功率开关S1连接在输入电压源vin和中间端LX之间，第二功率开关S2连接在中间端LX和接地端之间。第一功率开关S1和第二功率开关S2受控制电路10输出的开关控制信号Q1和Q2的控制来导通和关断，以使得开关型变换器20输出恒定的输出电压vo。在本实施例中，第一功率开关S1和第二功率开关S2互补导通和关断，也即，第一功率开关S1导通时，第二功率开关S2关断，而第一功率开关S1关断时，第二功率开关S2导通。这通过使得开关控制信号Q1和Q2为互补信号即可实现。
在本实施例中，开关控制信号指代互补的控制第一功率开关S1和第二功率开关S2的一对控制信号Q1和Q2，开关控制信号的状态指代该对控制信号Q1和Q2所处的状态。
在本实施例中，第一功率开关S1为NMOS功率晶体管，第二功率开关S2为NMOS功率晶体管。本领域技术人员可以理解，功率开关也可以是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)等。
输出电压vo通过分压网络分压后形成反馈电压vfb并输入到控制电路10。控制电路10基于其生成开关控制信号Q1和Q2。
控制电路10包括状态获取电路11和控制信号生成电路12。状态获取电路11用于根据反馈电压vfb和参考电压vref生成误差放大信号ve，利用具有预定频率的斜坡补偿信号vramp对误差放大信号进行斜坡补偿，并进而比较经斜坡补偿的误差放大信号vc和电压纹波vrip，以输出状态信号vst。其中，电压纹波vrip随开关型变换器20的储能元件电流iL同步变化。也即，其在储能元件电流iL上升阶段上升，在储能元件iL下降时下降。其可以通过由储能元件电流iL或其相关参量控制的受控电压源获得。
在一个实施方式中，可以通过在中间端LX和接地端之间设置串联的纹波采样电阻Rf和纹波采样电容Cf，基于纹波采样电容Cf两端的电压来控制受控电压源生成电压纹波vrip。当然，本领域技术人员容易理解，也可以采用其它的适当的方式来获取电压纹波vrip。
控制信号生成电路12用于根据状态信号vst输出开关控制信号Q1和Q2，控制开关型变换器20，在稳态工作时，开关控制信号Q1和Q2具有预定频率。
优选地，控制信号生成电路12用于根据状态信号vst和具有预定频率的时钟信号CLK输出开关控制信号Q1和Q2。时钟信号CLK与斜坡补偿信号vramp具有相同的所述预定频率。其中，控制信号生成电路12根据状态信号vst控制开关控制信号Q1和Q2由第一状态转换为第二状态，根据时钟信号CLK控制开关控制信号Q1和Q2由第二状态转换为第一状态。例如，控制信号生成电路12在状态信号vst由低电平变化为高电平时，控制开关控制信号Q1由指示导通转换为指示关断，Q2由指示关断转换为指示导通，也即，开关控制信号Q1和Q2由第一状态(Q1导通，Q2关断)切换为第二状态(Q1关断，Q2导通)；同时，控制信号生成电路12在具有预定频率的时钟信号CLK的时钟脉冲出现时，控制开关控制信号Q1和Q2由第二状态(Q1关断，Q2导通)转换为第一状态(Q1导通，Q2关断)。
优选地，在另一个优选实施方式中，控制信号生成电路12可以在状态信号vst为第一电平(例如高电平)时控制开关控制信号Q1和Q2为第一状态(Q1导通，Q2关断)，在状态信号vst为第二电平(例如低电平)时控制开关控制信号Q1和Q2为第二状态(Q1关断，Q2导通)。在本实施方式中，由于斜坡补偿信号vramp为频率固定的周期性信号，每当斜坡补偿信号vramp周期性地回到最大值时，其大于电压纹波，使得状态信号vst的电平改变，由此，在稳态工作条件下，开关控制信号Q1和Q2具有预定频率。
图2是本发明第一实施例的开关电源的工作波形图。如图2所示，电压纹波vrip随开关型变换器20的储能元件电流iL同步变化，其上升到大于经斜坡补偿的误差放大信号vc时，状态信号vst跳变，由此触发开关控制信号Q1和Q2的状态变化，使得储能元件电流iL开始下降。在预定周期到来时，电压纹波vrip开始小于经斜坡补偿的误差放大信号vc，状态信号vst再次跳变，由此触发开关控制信号Q1和Q2的状态变换，或者，时钟信号CLK的时钟脉冲会触发开关控制信号Q1和Q2的状态变换，使得储能元件电流iL重新开始上升。由此，使得开关型变换器20可以输出基本恒定的输出电压vo。
本实施例通过将与开关型变换器的储能元件电流同步变化的电压纹波作为参量进行定频控制，提高了开关型变换器的控制精确性，使得频率控制更加精确。
图3是本发明第二实施例的开关电源的电路示意图。如图3所示，开关电源包括控制电路10’和开关型变换器20。开关型变换器20与第一实施例中的开关型变换器具有相同的结构。
控制电路10’包括状态获取电路11’和控制信号生成电路12’。
状态获取电路11’用于根据反馈电压vfb和参考电压vref生成误差放大信号ve，利用具有预定频率的斜坡补偿信号vramp对误差放大信号进行斜坡补偿，并进而比较经斜坡补偿的误差放大信号vc和电压纹波vrip，以输出状态信号vst。
其中，电压纹波vrip随开关型变换器20的储能元件电流iL同步变化。
具体地，状态获取电路11’可以包括误差放大器EA，加法器ADD和第一比较器A1。
误差放大器EA用于输入反馈电压vfb和参考电压vref生成误差放大信号ve。其中，反馈电压vfb为开关型变换器20的输出电压vo通过分压网络分压后获得的电压，其用于反馈当前开关型变换器的输出状态。
加法器ADD用于输入斜坡补偿信号vramp对误差放大信号ve进行斜坡补偿。加法器将斜坡补偿信号vramp与误差放大信号ve叠加或相减。具体采用叠加方式还是相减方式需要视斜坡补偿信号的形态而定，例如，在本实施例中，斜坡补偿信号vramp为由零线性增加大预定值后跳变为零的锯齿波信号，此时，进行斜坡补偿需要将误差放大信号ve与斜坡补偿信号vramp相减。但是，如果斜坡补偿信号vramp为由零跳变到预定值后再线性下降的信号，则需要将斜坡补偿信号vramp与误差放大信号ve相加以进行斜坡补偿。由于误差放大信号ve为一个变化较慢的信号，因此，与斜坡补偿信号vramp叠加或相减后可以获得一个按斜坡补偿信号vramp的周期变化的经斜坡补偿的误差放大信号vc。
斜坡补偿信号vramp可以由专门的电路产生，也可以利用控制电路10’中其它电路产生的斜坡信号进行处理后产生。
在一个优选实施方式中，斜坡补偿信号vramp可以利用产生时钟信号CLK的电路中的斜坡信号来产生。
第一比较器A1用于比较经斜坡补偿的误差放大信号vc和电压纹波vrip，以输出状态信号vst。
电压纹波vrip可以表征开关型变换器的电感电流的状态，由此，通过比较经斜坡补偿的误差放大信号vc和电压纹波信号vrip可以获得状态信号vst，状态信号vst可以表征开关型变换器20的状态是否需要调整。
在一个优选的实施方式中，电压纹波vrip通过电压纹波获取电路13生成。电压纹波获取电路13用于将反馈电压vfb与纹波信号vslop_ac叠加获得所述电压纹波vrip。纹波信号vslop_ac随开关型变换器20的储能元件电流iL同步变化。纹波信号vslop_ac可以通过对于可以表征开关型变换器20的储能元件电流iL的电压参量处理获得。例如，可以在中间端LX和接地端之间设置串联的纹波采样电阻Rf和纹波采样电容Cf，纹波采样电容Cf的两端电压vslop可以用于表征储能元件电流iL，将电压vslop减去一自身的直流分量v1使其变为交流电压后，再乘以变换系数k1可以获得所述纹波信号vslop_ac，也即，vslop_ac＝k1(vslop-v1)。
优选地，电压纹波获取电路13可以通过一受控电压源U实现，受控电压源U连接在反馈电压输入端和第一比较器输入端之间，其两端电压等于纹波信号vslop_ac的电压值，其可以为受电压vslop控制的受控电压源。
控制信号生成电路12’用于根据状态信号vst和具有预定频率的时钟信号CLK输出开关控制信号Q1和Q2。时钟信号CLK与斜坡补偿信号vramp具有相同的所述预定频率。其中，控制信号生成电路12根据状态信号vst控制开关控制信号Q1和Q2由第一状态转换为第二状态，根据时钟信号CLK控制开关控制信号Q1和Q2由第二状态转换为第一状态。例如，控制信号生成电路12根据状态信号vst由低电平变化为高电平控制开关控制信号Q1由指示导通转换为指示关断，Q2由指示关断转换为指示导通，也即，开关控制信号Q1和Q2由第一状态(Q1导通，Q2关断)切换为第二状态(Q1关断，Q2导通)；同时，控制信号生成电路12根据周期性出现的时钟信号CLK的脉冲控制开关控制信号Q1和Q2由第二状态(Q1关断，Q2导通)转换为第一状态(Q1导通，Q2关断)。
具体地，控制信号生成电路12’包括RS触发器RS和驱动电路DR。
RS触发器RS的复位端输入所述状态信号vst，RS触发器RS的置位端输入时钟信号CLK，输出端输出脉宽调制信号PWM。
驱动电路DR输入脉宽调制信号PWM，输出开关控制信号Q1和Q2。
在一个优选的实施方式中，控制电路10还包括时钟信号生成电路14和斜坡补偿信号生成电路15。
时钟信号生成电路14包括电流源Ic、充电电容Cc、放电开关Sc和第二比较器A2。
电流源Ic、充电电容Cc和放电开关Sc并联连接在第二比较器的第一输入端(在图3中为同相输入端)和接地端之间。
第二比较器A2的第二输入端输入阈值电压vth，输出端输出时钟信号CLK。放电开关Sc由时钟信号控制导通和关断。
在放电开关Sc关断时，电流源Ic对充电电容Cc充电，充电电容Cc两端电压以预定的斜率线性上升，当其上升到阈值电压vth时，第二比较器A2输出高电平，该高电平使得放电开关Sc导通，放电开关Sc使得充电电容Cc放电，其两端电压下降到零。由于充电电容Cc两端电压下降到小于阈值电压vth，第二比较器A2输出低电平，使得放电开关Sc关断。由此，时钟信号生成电路14能够产生具有预定频率的时钟信号。
而且，利用时钟信号生成电路14中的充电电容Cc的两端电压vr可以生成斜坡补偿信号vramp。
斜坡补偿信号生成电路15输入充电电容Cc的非接地端的电压，输出斜坡补偿信号vramp。具体地，充电电容Cc的非接地端的电压vr为逐渐上升到阈值电压vth然后在较短时间下降到0的三角波。斜坡补偿信号生成电路15可以为乘法器，对充电电容Cc的非接地端的电压乘以调整系数，获得具有预定周期的斜坡补偿信号vramp。
图4是本发明第二实施例的开关电源在稳态工作时的工作波形图。如图4所示，通过连接在中间端LX和接地端之间的RC电路可以采样到与电感电流同步变化的电压vslop，受控电压源U基于电压vslop产生电压vslop_ac，其与反馈电压vfb叠加后生成电压纹波vrip输入到第一比较器A1。
同时，反馈电压vfb与参考电压vref的误差被放大以生成误差放大信号ve，误差放大信号ve与斜坡补偿信号vramp相减(或叠加)以获得经斜坡补偿的误差放大信号vc。
在t1时刻，时钟信号CLK的时钟脉冲到来，RS触发器RS被置位，PWM信号为高电平(此时状态信号为低电平(第一电平))，驱动电路DR进而根据高电平的PWM信号输出互补的开关控制信号Q1和Q2，使得Q1指示导通，Q2指示关断，由此，开关型变换器20的第一功率开关S1导通，第二功率开关S2关断，其储能电感L的电感电流iL开始上升。
在图3所示的电路中，当电压纹波vrip上升到大于电压vc时(t2时刻)，状态信号vst由低电平(第一电平)转换为高电平(第二电平)，RS触发器RS被复位，输出低电平的PWM信号(此时时钟信号CLK为低电平)，驱动电路DR进而根据低电平的PWM信号输出互补的开关控制信号Q1和Q2，使得Q1指示关断，Q2指示导通，由此，开关型变换器20的第一功率开关S1被关断，第二功率开关S2被导通，其储能电感L的电感电流iL开始下降，直到下一个时钟脉冲到来(t3)。
由此，控制电感电流iL在预定的范围内变化，开关型变换器20输出恒定的输出电压vo。
图5是本发明第二实施例的开关电源在负载突减时的工作波形图。如图5所示，当负载突减时(t1时刻)，输出电流io突减，由此导致反馈电压vfb突然增大，进而使得电压纹波vrip突然上升到大于经斜坡补偿的误差放大信号vc，第一比较器A1输出高电平的状态信号vst，进而使得RS触发器RS复位，输出低电平。在此情况下，第一功率开关S1关断，第二功率开关S2导通，电感电流iL持续下降。
到t2时刻，时钟信号CLK的时钟脉冲到来，状态信号vst保持为高电平。由此，RS触发器RS的置位端和复位端均被输入高电平，由于RS触发器的置位端具有更高优先级，RS触发器RS被置位，输出高电平，驱动电路DR输出开关控制信号Q1和Q2控制第一功率开关S1导通，第二功率开关S2关断。
在t3时刻，时钟脉冲结束，时钟信号CLK恢复为低电平，由于此时状态信号vst仍然保持为高电平，RS触发器RS被复位，输出低电平，驱动电路DR输出开关控制信号Q1和Q2控制第一功率开关S1关断，第二功率开关S2导通，电感电流iL在短暂上后再次持续下降。
经过1-2个周期的重复，在t4时刻，电感电流iL下降到当前的输出电流io附近，使得电压纹波vrip逐渐下降到小于经斜坡补偿的误差放大信号vc。此时，时钟脉冲到来，RS触发器RS被置位，输出高电平，导致驱动电路DR输出开关控制信号Q1和Q2控制第一功率开关S1导通，第二功率开关S2关断。电感电流iL开始上升，而由于电压纹波vrip小于经斜坡补偿的误差放大信号vc，状态信号vst为低电平，在时钟脉冲结束后，开关控制信号Q1和Q2的状态仍然保持，直到电压纹波vrip上升到大于经斜坡补偿的误差放大信号vc。由此，控制电路10’控制开关型变换器20重新进入稳态工作。
由此，在负载突减时，在过渡过程中，第一功率开关S1和第二功率开关S2仍然按照预定频率导通和关断。
本实施例通过将与开关型变换器储能元件电流同步变化的电压纹波作为参量进行定频控制，提高了开关型变换器的控制精确性，使得频率控制更加精确。
图6是本发明第三实施例的开关电源的电路示意图。如图6所示，开关电源包括控制电路10”和开关型变换器20。开关型变换器20与第一实施例中的开关型变换器具有相同的结构。
控制电路10”包括状态获取电路11”和控制信号生成电路12”。
状态获取电路11”用于根据反馈电压vfb和参考电压vref生成误差放大信号ve，利用具有预定频率的斜坡补偿信号vramp对误差放大信号进行斜坡补偿，并进而比较经斜坡补偿的误差放大信号vc和电压纹波vrip输出状态信号vst。其与第二实施例的状态获取电路11’结构基本相同。在图6中，状态获取电路11”的第一比较器A1的信号输入与第二实施例中的第一比较器A1的信号输入相反。
在一个优选实施方式中，状态获取电路11”所使用的斜坡补偿信号vramp基于与第二实施例中相同的时钟信号生成电路14和斜坡补偿信号15生成电路产生。
在一个优选实施方式中，电压纹波vrip基于与第二实施例中相同的电压纹波获取电路13生成。
在本实施例中，控制信号生成电路12”在状态信号vst为第一电平(例如高电平)时控制开关控制信号Q1和Q2为第一状态(Q1导通，Q2关断)，在状态信号vst为第二电平(例如，低电平)时控制开关控制信号Q1和Q2为第二状态(Q1关断，Q2导通)。由于斜坡补偿信号vramp为频率固定的周期性信号，每当斜坡补偿信号vramp周期性地回到最大值时，其大于电压纹波，使得状态信号vst的电平改变，由此，在稳态工作条件下，开关控制信号Q1和Q2具有预定频率。也即，本实施例的控制信号生成电路12”无需输入时钟信号即可实现开关控制信号的生成。
具体地，控制信号生成电路12”可以仅包括驱动电路DR’，其根据状态信号vst输出对应的开关控制信号Q1和Q2。
图7是本发明第三实施例的开关电源稳态工作时的工作波形图。本实施例的开关电源在稳态工作时的波形图与图4基本相同。通过连接在中间端LX和接地端之间的RC电路可以采样到与电感电流同步变化的电压vslop，受控电压源U基于电压vslop产生电压vslop_ac，其与反馈电压vfb叠加后生成电压纹波vrip输入到第一比较器A1。
同时，反馈电压vfb与参考电压vref的误差被放大以生成误差放大信号ve，误差放大信号ve与斜坡补偿信号vramp叠加(或相减)获得经斜坡补偿的误差放大信号vc。
不同的是，在t1时刻，具有预定频率的斜坡补偿信号vramp跳变，使得经斜坡补偿的误差放大信号vc跳变为大于电压纹波vrip，进而使得状态信号vst为高电平(第一电平)。驱动电路DR’根据高电平的状态信号vst输出互补的开关控制信号Q1和Q2，使得Q1指示导通，Q2指示关断，由此，开关型变换器20的第一功率开关S1导通，第二功率开关S2关断，其储能电感L的电感电流iL开始上升。
在电感电流iL上升期间，经斜坡补偿的误差放大信号vc虽然持续下降，但是仍然大于电压纹波vrip，使得状态信号vst保持高电平，进而使得第一功率开关S1保持导通，第二功率开关S2保持关断。
在t2时刻，电压纹波vrip上升到大于电压vc，状态信号vst由高电平(第一电平)转换为低电平(第二电平)，使得驱动电路DR’根据低电平的状态信号vst输出互补的开关控制信号Q1和Q2，使得Q1指示关断，Q2指示导通，由此，开关型变换器20的第一功率开关S1关断，第二功率开关S2的导通，其储能电感L的电感电流iL开始下降，直到下一周期斜坡补偿信号vramp跳变。
由此可见，在稳态工作期间，开关控制信号Q1和Q2的频率为固定频率。
图8是本发明第三实施例的开关电源在负载突减时的工作波形图。如图8所示，当负载突减时(t1时刻)，输出电流io突减，由此导致反馈电压vfb突然增大，进而使得电压纹波vrip突然上升到大于经斜坡补偿的误差放大信号vc，第一比较器A1输出低电平的状态信号vst。在此情况下，第一功率开关S1关断，第二功率开关S2导通，电感电流iL持续下降。
在t2时刻，斜坡补偿信号vramp周期性地跳变，同时，经斜坡补偿的误差放大信号vc也跳变，但是，跳变后的电压vc仍然小于电压纹波vrip，由此，使得第一比较器A1输出的状态信号vst保持为低电平，第一功率开关S1继续保持关断，第二功率开关S2继续保持导通，电感电流iL持续下降，直到t3时刻。
在t3时刻，电感电流iL下降到当前的输出电流io附近，使得电压纹波vrip逐渐下降到小于经斜坡补偿的误差放大信号vc。此时，在经斜坡补偿的误差放大信号vc跳变后，跳变后的电压vc大于电压纹波vrip，第一比较器A1输出高电平的状态信号vst，从而使得第一功率开关S1导通，第二功率开关关断，电感电流iL重新开始上升。电路重新进入稳态工作。
本实施例中，在负载突减时的过渡过程中，第一功率开关S1和第二功率开关S2的会减少一至两次开关动作。
本实施例中，对于控制信号生成电路12”根据高电平的状态信号输出开关控制信号，使得第一功率开关S1导通，第二功率开关S2关断，根据低电平的状态信号输出开关控制信号，使得第一功率开关S1关断，第二功率开关S2导通。
本领域技术人员容易理解，上述设置方式并不是唯一的，也可以设置使得控制信号生成电路12”根据低电平的状态信号输出开关控制信号，使得第一功率开关S1导通，第二功率开关S2关断，根据高电平的状态信号输出开关控制信号，使得第一功率开关S1关断，第二功率开关S2导通。这仅需要将状态获取电路11”的第一比较器的同相输入端和反相输入端互换，即将状态获取电路11”调整为与第二实施例的状态获取电路11’完全相同。
本实施例通过将与开关型变换器储能元件电流同步变化的电压纹波作为参量进行定频控制，提高了开关型变换器的控制精确性，使得频率控制更加精确。
图9是本发明第四实施例的开关型变换器控制方法的流程图。如图9所示，所述方法包括：
步骤910、根据反馈电压和参考电压生成误差放大信号。
步骤920、利用具有预定频率的斜坡补偿信号对所述误差放大信号进行斜坡补偿。
步骤930、比较经斜坡补偿的误差放大信号和电压纹波，以输出状态信号。
其中，所述电压纹波信号与所述开关型变换器的储能元件电流同步变化；
步骤940、根据所述状态信号输出开关控制信号，控制开关型变换器。
优选地，步骤940具体包括：
根据所述状态信号和具有所述预定频率的时钟信号输出所述开关控制信号，根据所述状态信号控制所述开关控制信号由第一状态转换为第二状态，根据所述时钟信号控制所述开关控制信号由第二状态转换为第一状态。
优选地，在另一种实施方式下，步骤940具体包括：
在所述状态信号为第一电平时控制所述开关控制信号为第一状态，在所述状态信号为第二电平时控制所述开关控制信号为第二状态。
本实施例通过将与开关型变换器储能元件电流同步变化的电压纹波作为参量进行定频控制，提高了开关型变换器的控制精确性，使得频率控制更加精确。
以上对本发明的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本发明的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本发明的范围之内。

Claims (15)

1.一种控制电路，用于控制开关型变换器，所述控制电路包括：
状态获取电路，用于根据反馈电压和参考电压生成误差放大信号，利用具有预定频率的斜坡补偿信号对所述误差放大信号进行斜坡补偿，比较经斜坡补偿的误差放大信号和电压纹波，以输出状态信号；
所述电压纹波与所述开关型变换器的储能元件电流同步变化；
控制信号生成电路，用于根据所述状态信号输出开关控制信号，控制开关型变换器。
2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述控制信号生成电路用于根据所述状态信号和具有所述预定频率的时钟信号输出所述开关控制信号，其中，所述控制信号生成电路根据所述状态信号控制所述开关控制信号由第一状态转换为第二状态，根据所述时钟信号控制所述开关控制信号由所述第二状态转换为所述第一状态。
3.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述状态获取电路包括：
误差放大器，用于输入所述反馈电压和参考电压生成所述误差放大信号；
加法器，用于输入所述斜坡补偿信号对所述误差放大信号进行斜坡补偿；
第一比较器，用于比较经斜坡补偿的误差放大信号和所述电压纹波，以输出所述状态信号。
4.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述控制电路还包括：
电压纹波获取电路，用于将所述反馈电压与纹波信号叠加获得所述电压纹波，所述纹波信号随所述开关型变换器的储能元件电流同步变化。
5.根据权利要求4所述的控制电路，其特征在于，所述电压纹波获取电路为受控电压源，所述受控电压源连接在反馈电压输入端和第一比较器输入端之间，所述受控电压源的两端电压随所述开关型变换器的储能元件电流同步变化。
6.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述控制电路还包括时钟信号生成电路和斜坡补偿信号生成电路；
所述时钟信号生成电路包括电流源、充电电容、放电开关和第二比较器；
所述电流源、充电电容和所述放电开关并联连接在所述第二比较器的第一输入端和接地端之间；
所述第二比较器的第二输入端输入阈值电压，输出端输出所述时钟信号；
所述放电开关由所述时钟信号控制；
所述斜坡补偿信号生成电路输入所述充电电容的两端电压，输出所述斜坡补偿信号。
7.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述控制信号生成电路包括RS触发器和驱动电路；
所述RS触发器的复位端输入所述状态信号，所述RS触发器的置位端输入所述时钟信号，输出端输出脉宽调制信号；
所述驱动电路输入所述脉宽调制信号，输出所述开关控制信号。
8.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述控制信号生成电路在所述状态信号为第一电平时控制所述开关控制信号为第一状态，在所述状态信号为第二电平时控制所述开关控制信号为第二状态。
9.根据权利要求8所述的控制电路，其特征在于，所述状态获取电路包括：
误差放大器，输入所述反馈电压和参考电压生成所述误差放大信号；
加法器，用于输入所述斜坡补偿信号对所述误差放大信号进行斜坡补偿；
第一比较器，用于比较经斜坡补偿的误差放大信号和所述电压纹波，以输出所述状态信号。
10.根据权利要求8所述的控制电路，其特征在于，所述控制电路还包括：
电压纹波获取电路，用于将所述反馈电压与纹波信号叠加获得所述电压纹波，所述纹波信号随所述开关型变换器的储能元件电流同步变化。
11.根据权利要求10所述的控制电路，其特征在于，所述电压纹波获取电路为受控电压源，所述受控电压源连接在反馈电压输入端和第一比较器输入端之间，所述受控电压源的输出电压随所述开关型变换器的储能元件电流同步变化。
12.一种开关电源，包括根据权利要求1-11中任一项所述的控制电路和开关型变换器。
13.一种开关型变换器控制方法，包括：
根据反馈电压和参考电压生成误差放大信号；
利用具有预定频率的斜坡补偿信号对所述误差放大信号进行斜坡补偿；
比较经斜坡补偿的误差放大信号和电压纹波，以输出状态信号，所述电压纹波信号与所述开关型变换器的储能元件电流同步变化；
根据所述状态信号输出开关控制信号，控制所述开关型变换器。
14.根据权利要求13所述的开关型变换器控制方法，其特征在于，所述根据所述状态信号输出开关控制信号，控制所述开关型变换器包括：
根据所述状态信号和具有所述预定频率的时钟信号输出所述开关控制信号，根据所述状态信号控制所述开关控制信号由第一状态转换为第二状态，根据所述时钟信号控制所述开关控制信号由所述第二状态转换为所述第一状态。
15.根据权利要求13所述的开关型变换器控制方法，其特征在于，所述根据所述状态信号输出开关控制信号，控制所述开关型变换器包括：
在所述状态信号为第一电平时控制所述开关控制信号为第一状态，在所述状态信号为第二电平时控制所述开关控制信号为第二状态。
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