CN106130347B - 开关变换器及其控制器 - Google Patents
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Abstract
公开了一种开关变换器及其控制器。控制器包括滞环限值产生电路。滞环限值产生电路根据参考时钟信号和控制开关变换器中开关导通与关断的控制信号的相位差产生上限滞环信号和下限滞环信号并使得上限滞环信号和下限滞环信号的差值与参考时钟信号和控制信号的相位差反向变化。这样，即使外界条件发生变化使得开关变换器的频率发生改变，滞环限值产生电路也能够自适应地改变上限滞环信号和下限滞环信号的差值从而将开关变换器的频率调节回预设值上。
Description
技术领域
本发明涉及电子电路，尤其涉及开关变换器及其控制器。
背景技术
滞环控制技术常用于开关变换器的控制当中。现有的滞环控制技术通常采用固定的上限滞环信号和下限滞环信号。因此，当电路参数发生变化时，例如，当开关变换器的输出电压、输入电压或者开关变换器的元件器的参数发生变化时，开关变换器的频率也会相应地发生变化，这对于大多数的应用场合是不希望发生的。
因此，本发明提出了一种至少能够解决上述问题的开关变换器及其控制器。
发明内容
依据本发明的一个方面，公开了一种用于控制开关变换电路的控制器。该开关变换电路包括开关和电感，电感中流过电感电流，开关变换电路通过开关的导通和关断将输入信号转换为输出信号以为负载供电。该控制器包括滞环限值产生电路和控制电路。滞环限值产生电路接收参考时钟信号和控制信号，滞环限值产生电路根据参考时钟信号和控制信号产生上限滞环信号和下限滞环信号。其中，上限滞环信号和下限滞环信号之差与参考时钟信号与控制信号的相位差反向变化。控制电路接收上限滞环信号和下限滞环信号以及表征流过电感的电流的电流检测信号，并通过将电流检测信号和上限滞环信号及下限滞环信号进行比较产生控制信号以控制开关的导通与关断。
依据本发明提出的控制器和开关变换器可以在系统频率发生变化时，根据参考时钟信号与控制信号的相位差自适应地改变上限滞环信号和下限滞环信号之差，从而将系统频率调节回预设频率上。
附图说明
图1示出依据本发明一实施例的开关变换器100。
图2示意性地给出图1所示开关变换器100的部分工作波形图。
图3示出依据本发明一个实施例的用于图1中开关变换器100的滞环限值产生电路300。
图4示出依据本发明一实施例的用于图3中滞环限值产生电路300的鉴相电路400。
图5A和5B分别示出依据本发明实施例的用于图3中滞环限值产生电路300的合成电路500A和500B。
图6A和6B分别示出依据本发明实施例的用于图5A和5B所示合成电路的箝位电路600A和600B。
图7示出依据本发明一实施例的用于图5A和5B所示合成电路的受控电流源700。
图8示出依据本发明一实施例的用于驱动LED负载的开关变换器800。
图9示意性地给出图8中开关变换器800的部分工作波形图。
图10示出依据本发明一实施例的用于驱动LED负载的开关变换器1000。
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示出依据本发明一实施例的开关变换器100。如图1所示，开关变换器100包括开关变换电路101和控制器，其中，控制器包括滞环限值产生电路103和控制电路102。开关变换电路101包括开关和电感，电感中流过电感电流IL。开关变换电路101通过开关的导通与关断将接收的输入信号SIN转换为输出信号SOUT以为负载RL供电。本领域技术人员应当理解，输入信号SIN或输出信号SOUT可以是电压信号、电流信号或功率信号等任何适合形式的信号。例如，在下文图7所示的负载RL包括发光二极管(LED)的实施例中，输入信号SIN为输入电压信号，而输出信号SOUT为驱动LED负载的驱动电流信号。本领域技术人员还应当理解，负载RL根据应用场合可具有多种形式，例如，其可以为下文图7所示实施例中的LED，也可以是充电电池等可由开关变换器100供电的任何形式的负载。
滞环限值产生电路103接收参考时钟信号CLK以及用于控制开关变换电路101中开关的导通与关断的控制信号CTRL，其中，参考时钟信号CLK的频率为开关变换器100的预设频率。滞环限值产生电路103根据参考时钟信号CLK和控制信号CTRL产生上限滞环信号VH和下限滞环信号VL，其中，所产生的上限滞环信号VH和下限滞环信号VL的差值ΔV(在接下来的描述中，上限滞环信号VH和下限滞环信号VL的差值ΔV简称为滞环宽度)和参考时钟信号CLK与控制信号CTRL的相位差成反向变化，即滞环宽度ΔV随着相位差的增大而减小，减小而增大。
在图1所示实施例中，滞环限值产生电路103还可以接收表征输出信号期望值VCLP的参考信号VREF和表征输出信号SOUT的反馈信号VFB。滞环限值产生电路103还根据参考信号VREF和反馈信号VFB来产生上限滞环信号VH和下限滞环信号VL以使得上限滞环信号VH和下限滞环信号VL的平均值VAVG(在接下来的描述中，上限滞环信号VH和下限滞环信号VL的平均值VAVG简称为均值信号，该信号亦即输出信号SOUT)箝位在期望值VCLP。本领域技术人员应当理解，根据参考信号VREF和反馈信号VFB来产生上限滞环信号VH和下限滞环信号VL以使上限滞环信号VH和下限滞环信号VL的平均值VAVG等于期望值VCLP的电路可由任何现有的技术来实现。
控制电路102耦接至滞环限值产生电路103以接收上限滞环信号VH和下限滞环信号VL。控制电路102还耦接至开关变换电路101以接收表征电感电流IL的电流检测信号VCS。本领域技术人员应当理解，电流检测信号VCS的获得可由任何现有的技术实现，此处不再累述。控制电路102将电流检测信号VCS与上限滞环信号VH和下限滞环信号VL相比较，并根据比较结果产生控制信号CTRL来控制开关变换电路101中开关的导通与关断且以提供给滞环限值产生电路103使用。
图2示意性地给出图1所示开关变换器100的部分工作波形图。从上至下地，图2中的波形图依次表示输出信号SOUT，上限滞环信号VH，均值信号VAVG，电流检测信号VCS，下限滞环信号VL，参考时钟信号CLK和控制信号CTRL。如图2所示，在t0至t1时段内，输出信号的大小为S1，亦即输出信号期望值VCLP，控制信号CTRL和参考时钟信号CLK的相位对齐(即参考时钟信号CLK和控制信号CTRL之间的相位差为零)，控制信号CTRL(亦即开关变换器100)具有和参考时钟信号CLK相同的预设频率。此时，上限滞环信号VH和下限滞环信号VL之间的滞环宽度具有预设值ΔV1。在t1时刻，输出信号SOUT的值从S1下降至S2，控制信号CTRL(亦即开关变换器100)的频率因而变小。此时，控制信号CTRL的上升沿比参考时钟信号CLK的上升沿晚出现，即参考时钟信号CLK和控制信号CTRL之间出现正的相位差随后，根据图1所示实施例的滞环限值产生电路103所生成的上限滞环信号VH和下限滞环信号VL之间的滞环宽度ΔV随参考时钟信号CLK和控制信号CTRL之间的相位差反向地变小。因而，控制信号CTRL(亦即开关变换器100)的频率逐渐地变大，开关变换器100更快地积累相位，逐渐增大相位差。在t2时刻，参考时钟信号CLK和控制信号CTRL之间的相位差积累到360弧度，即控制信号CTRL的相位再次与参考时钟信号CLK的相位对齐，控制信号CTRL(亦即开关变换器100)的频率回到预设值。此时，上限滞环信号VH和下限滞环信号VL之间的滞环宽度减小至ΔV2。
由上述分析可见，依据本发明图1所示实施例的开关变换器100，即使外界条件发生变化，例如输出信号SOUT或输入信号SIN或开关变换器的元器件参数发生变化，使得控制信号CTRL(亦即开关变换器100)的频率发生变化，由于滞环限值产生电路103能够自适应地调节滞环宽度ΔV，使滞环宽度ΔV与参考时钟信号CLK和控制信号CTRL之间的相位差反向地变小，开关变换器100也能使控制信号CTRL(亦即开关变换器100)的频率回到设定值。
本领域技术人员应当理解，图2仅示出当输出信号SOUT减小时开关变换器100的工作过程，对于输出信号SOUT增大的情形，开关变换器100反向地工作以自适应地调节其工作频率回到预设频率，此处不再详述。另外，对于其它原因，例如，输入信号SIN变化或开关变换器100的元器件参数发生变化等造成开关变换器100的工作频率发生变化的情形，开关变换器100的调节原理类似，此处亦不再详述。
图3示出依据本发明一个实施例的用于图1中开关变换器100的滞环限值产生电路300。如图3所示，滞环限值产生电路300包括鉴相电路301和合成电路302。其中，鉴相电路301接收参考时钟信号CLK和控制信号CTRL，并根据参考时钟信号CLK和控制信号CTRL的相位差产生相位误差信号合成电路302耦接至鉴相电路301以接收相位误差信号并根据相位误差信号产生上限滞环信号VH和下限滞环信号VL。其中，相位误差信号和参考时钟信号CLK与控制信号CTRL的相位差呈同向变化且上限滞环信号VH和下限滞环信号VL之差与相位误差信号呈反向变化，或者相位误差信号和参考时钟信号CLK与控制信号CTRL的相位差呈反向变化且上限滞环信号VH和下限滞环信号VL之差与相位误差信号呈同向变化。在一个实施例中，相位误差信号为一电压信号。
在图3所示实施例中，合成电路302还可以接收表征输出信号期望值VCLP的参考信号VREF和表征输出信号SOUT的反馈信号VFB，并进一步根据参考信号VREF和反馈信号VFB来产生上限滞环信号VH和下限滞环信号VL以使得上限滞环信号VH和下限滞环信号VL的平均值被箝位在输出信号期望值VCLP上。
图4示出依据本发明一实施例的用于图3中滞环限值产生电路300的鉴相电路400。如图4所示，鉴相电路400包括D触发器T1和T2、与门电路AND、电流源CS1和电流源CS2，第一开关TR1和第二开关TR2以及充电电容CC。D触发器T1和T2分别具有第一输入端D、第二输入端C和第三输入端R。D触发器T1还具有第一输出端Q1和第二输出端Q1′，D触发器T2还具有输出端Q2(在接下来的表述中，符号Q1、Q1′和Q2还可用来表示相应输出端输出的电平信号)。D触发器T1和T2的第一输入端D均接收电源电压VCC，D触发器T1和T2的第二输入端C分别接收参考时钟信号CLK和第一控制信号HSON，D触发器T1和T2的第三输入端R耦接在一起。D触发器T1和T2的第二输入端C分别形成鉴相电路400的第一输入端和第二输入端。与门电路AND具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中，与门电路AND的第一输入端和第二输入端分别耦接至D触发器T1的第一输出端Q1和D触发器T2的输出端Q2，与门电路AND的输出端耦接至D触发器T1和T2的第三输入端R。开关TR1和TR2分别具有第一端、第二端和控制端，其中，开关TR1和TR2的控制端分别耦接至D触发器T1的第二输出端Q1′和D触发器T2的输出端Q2，开关TR1和TR2的第一端耦接在一起。在图4所示的实施例中，第一开关TR1和第二开关TR2由晶体管实现，且分别为P管和N管。电流源CS1耦接至晶体管TR1的第二端以在晶体管TR1导通时向其扇入电流I1，电流源CS2耦接至晶体管TR2的第二端以在晶体管TR2导通时从其扇出电流I2。充电电容CC(在接下来的某些描述中，符号CC亦可用于表示充电电容的容值)耦接于晶体管TR1和TR2的第一端与参考地之间，充电电容CC和晶体管TR1和TR2的公共端形成鉴相电路400的输出端，而充电电容CC两端的电压即为相位误差信号此处用符号VPLL表示。
图5A和5B分别示出依据本发明实施例的用于图3中滞环限值产生电路300的合成电路500A和500B。如图5A所示，合成电路500A包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、受控电流源CS和箝位电路CLP。第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和受控电流源CS均具有第一端和第二端。其中，第二电阻R2的第一端耦接至第一电阻R1的第一端，第三电阻R3的第一端耦接至第二电阻R2的第二端，第三电阻R3的第二端耦接至参考地，受控电流源CS的第一端接收电源电压VCC，受控电流源CS的第二端耦接至第一电阻R1的第二端。受控电流源CS还具有控制端，其接收相位误差信号并根据相位误差信号产生从第一端流向第二端的受控电流I。在一个实施例中，受控电流I与相位误差信号成比例。第一电阻R1的第二端提供上限滞环信号VH，第二电阻R2的第二端提供下限滞环信号VL。箝位电路CLP具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中，该第一输入端接收参考信号VREF，第二输入端接收反馈信号VFB，输出端耦接至第一电阻R1和第二电阻R2的公共连接点。箝位电路CLP根据参考信号VREF和反馈信号VFB将第一电阻R1和第二电阻R2的公共连接点上的电压箝位在输出信号期望值VCLP上。在一个实施例中，第三电阻具有可调的电阻值。
图5B所示的合成电路500B和图5A所示的合成电路500A相似，此处，仅对其不同之处加以描述。与图5A所示的合成电路500A相比，在图5B所示合成电路500B中，第三电阻R3和受控电流源CS的位置对换，即第三电阻R3耦接于电源电压VCC和第一电阻R1的第二端之间，而受控电流源CS耦接于第二电阻R2的第二端和参考地之间，且提供流向参考地的受控电流I。在一个实施例中，受控电流I与相位误差信号成比例。
图6A示出依据本发明一个实施例的用于图5A和5B所示合成电路的箝位电路600A。如图6A所示，箝位电路600A包括误差放大器EA和运算放大器OTA。误差放大器EA具有第一输入端、第二输入端和输出端，第一输入端接收参考信号VREF，第二输入端接收反馈信号VFB，误差放大器EA放大反馈信号VFB和参考信号VREF之间的差值，并在输出端产生误差放大信号VEAO。运算放大器OTA具有第一输入端、第二输入端和输出端，第一输入端耦接至误差放大器EA的输出端以接收误差放大信号VEAO，第二输入端耦接至第一电阻R1和第二电阻R2的连接点，运算放大器OTA在输出端产生调节信号VADJ以调节第三电阻R3的电阻值以将第一电阻R1和第二电阻R2的连接点的值箝位在输出信号期望值VCLP。
图6B示出依据本发明另一实施例的箝位电路600B。与图6A所示的箝位电路600A相比，图6B所示的箝位电路600B还进一步包括滤波电路FIL。滤波电路FIL具有输入端和输出端，其输入端接收电流检测信号VCS，滤波电路FIL对电流检测信号VCS进行滤波，并在输出端提供反馈信号VFB。这样，依据图6B所示的实施例，由于电流检测信号VCS表征的是电感电流，因而反馈信号VFB能够表征输出电流，从而，采用图6B所示的箝位电路600B开关变换器能够对输出电流进行调节，从而将其箝位在期望值。
图7示出依据本发明一个实施例的用于图5A和5B所示合成电路的受控电流源700。受控电流源700包括低压差线性稳压电路LDO、电流源CS3、CS4和CS5。如图7所示，低压差线性稳压电路LDO具有输入端和输出端，其中，输入端接收相位误差信号低压差线性稳压电路LDO根据相位误差信号在输出端产生低压差线性稳压电流ILDO，低压差线性稳压电流ILDO的方向为扇入低压差线性稳压电路LDO的方向。电流源CS3具有第一输出端和第二输出端，其分别在第一输出端和第二输出端提供电流I31和电流I32，电流I31和电流I32的方向为从电流源CS3扇出的方向。电流源CS4具有输入端和输出端，其中，输入端耦接至低压差线性稳压电路LDO的输出端和电流源CS3的第一输出端。电流源CS5具有输入端和输出端，其中，输入端耦接至电流源CS3的第二输出端，电流源CS5的输出端和电流源CS4的输出端耦接在一起形成受控电流源700的输出端以产生受控电流I。
图8示出依据本发明一实施例的用于驱动LED负载的开关变换器800。在图8所示实施例中，LED负载RL包括多个串联连接的发光二极管(LED)。本领域技术人员应当理解，在其它实施例中，LED负载可以为单个的LED，也可以为多个LED的并联连接结构，或者是LED串的并联连接结构。如图8所示，开关变换器800包括开关变换电路801和控制器，其中，控制器包括滞环限值产生电路803和控制电路802。其中，开关变换电路801采用同步降压变换拓扑，其包括第一开关M1、第二开关M2、电感L和电容C。开关变换电路801通过第一开关M1和第二开关M2的导通与关断将开关变换电路801接收的输入电压VIN转换为驱动LED负载的驱动电流IOUT。第一开关M1的一端接收输入电压VIN，另一端耦接至第二开关M2的一端。第二开关M2的另一端接地。电感L的一端耦接至第一开关M1和第二开关M2的公共端，电感L中流过电感电流IL。电容C耦接在电感L的另一端和参考地之间。电感L和电容C的公共端提供驱动电流IOUT，电容C两端的电压即为开关变换电路801提供的输出电压VOUT。本领域技术人员应当理解，图8所示的开关变换电路801只是示例性的，在其它实施例中，开关变换电路可采用任何现有的合适的拓扑结构，例如，升压变换拓扑、升降压变换拓扑、反激式变换拓扑等等；另外，开关变换电路可根据需求采用同步或非同步结构。
滞环限值产生电路803采用了图3所示的电路结构，其包括鉴相电路831和合成电路832。其中，鉴相电路831具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中，第一输入端接收参考时钟信号CLK，第二输入端接收用于控制第一开关M1的导通与关断的第一控制信号HSON。鉴相电路831依据参考时钟信号CLK和第一控制信号HSON的相位差产生相位误差信号其中，相位误差信号与参考时钟信号CLK和第一控制信号HSON的相位差成正比。更加具体地，鉴相电路831采用了图4所示的鉴相电路结构，此处不再累述。
合成电路832采用了图5B所示的合成电路结构，对于其电路连接形式此处不再累述。而合成电路832中的箝位电路CLP采用图6B所示的箝位电路结构，因此，在图8所示实施例中，反馈信号VFB表征电流检测信号VCS的平均值，进而能够表征电感电流IL的平均值，即驱动电流IOUT。本领域技术人员应当理解，在图8所示实施例中，箝位电路833通过对电流检测信号VCS进行滤波以获得表征驱动电流IOUT的反馈信号VFB，利用此技术，可以勿需利用与LED负载串联耦接的电阻对驱动电流IOUT进行采样，从而可以避免串联电阻所带来的额外损耗，这对于高驱动电流IOUT的应用场合尤其有益；另外，此方法还可以避免采样串联电阻所带来的控制信号的延迟，能够提高驱动电流IOUT的精度。然而，本领域技术人员应当理解，如下文图10实施例所示的，本发明亦可应用于利用与LED负载串联耦接的电阻RCS对驱动电流IOUT进行采样来生成反馈信号VFB的场合，这是符合本发明的精神的。另外，本领域技术人员应当理解，在某些实施例中，反馈信号VFB也可能表征输出电压或者输出功率甚至是几者的组合，这根据待稳定的输出信号而定。例如在负载为充电电池的应用场合中，根据不同的充电时段，需要对输出电流或输出电压进行稳定，相应地，则反馈信号VFB可根据不同的充电时段分别表征输出电流和输出电压。另外，合成电路832中的受控电流源CS采用图7所示的电路结构，此处亦不再累述。
控制电路802包括电流检测电路CS、第一比较器CMP1、第二比较器CMP2和逻辑电路LOG。电流检测电路CS具有输入端和输出端，其输入端耦接至电感L以接收电感电流IL，电流检测电路CS根据电感电流IL在其输出端产生表征电感电流IL的电流检测信号VCS。本领域技术人员应当理解，电流检测电路CS可由任何现有的技术来实现，此处略述。第一比较器CMP1具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端耦接至滞环限值产生电路803以接收上限滞环信号VH，所述第二输入端耦接至电流检测电路CS的输出端以接收电流检测信号VCS。第一比较器CMP1将上限滞环信号VH与电流检测信号VCS进行比较，并在输出端产生比较信号CM1。类似地，第二比较器CMP2具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端耦接至滞环限值产生电路803以接收下限滞环信号VL，所述第二输入端耦接至电流检测电路CS的输出端以接收电流检测信号VCS。第二比较器CMP2将下限滞环信号VL与电流检测信号VCS进行比较，并在输出端产生比较信号CM2。逻辑电路LOG具有第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，其中，第一输入端耦接至第一比较器CMP1的输出端以接收第一比较信号CM1，第二输入端耦接至第二比较器CMP2的输出端以接收第二比较信号CM2，并根据第一比较信号CM1和第二比较信号CM2产生第一控制信号HSON和第二控制信号LSON以分别去控制第一开关M1和第二开关M2的导通与关断。工作时，当第一开关M1导通而第二开关M2关断时，电流检测信号VCS升高，直到达到上限滞环信号VH；随后，第一开关M1关断而第二开关M2导通，电流检测信号VCS下降，直到达到下限滞环信号VL。此后，上述过程循环进行。在一个实施例中，第一控制信号HSON和第二控制信号LSON为相互互补的信号。本领域技术人员应当理解，逻辑电路LOG可以由任何现有的技术来实现，例如，RS触发电路，因而此处不再累述。另外，本领域技术人员还应当理解，控制电路802采用滞环控制的方式来生成第一控制信号HSON和第二控制信号LSON以分别去控制第一开关M1和第二开关M2的导通与关断，控制电路802的具体电路形式可以由任何现有的技术来实现，此处亦不再累述。
图9示意性地给出图8中开关变换器800的部分工作波形图。从上至下地，图9中的波形图依次表示输出电压VOUT、上限滞环电压VH、输出电压期望值VCLP、电流检测信号VCS、下限滞环电压VL、参考时钟信号CLK、第一控制信号HSON、D触发器T1的输出信号Q1、D触发器T2的输出信号Q2和相位误差信号VPLL。
接下来，结合图8和图9对开关变换器800的工作原理进行描述。如图9所示，在t0至t1时段内，输出电压VOUT的大小为V1，控制信号CTRL(亦即开关变换器100)具有和参考时钟信号CLK相同的预设频率。此时，上限滞环电压VH和下限滞环电压VL之间的滞环宽度具有预设值ΔV1。此时，第一控制信号HSON和参考时钟信号CLK的相位对齐。因而，参考时钟信号CLK和第一控制信号HSON的上升沿同时到来，这使得D触发器T1和T2的第一输出端Q1和Q2同时输出高电平信号。此时，相应地，与门电路AND输出高电平信号复位触发器T1和T2，从而D触发器T1和T2的第一输出端Q1和Q2的输出信号立刻由高电平转换为低电平。因而，近似地，在t0至t1时段内，D触发器T1和T2的第一输出端Q1和Q2一直输出低电平信号，D触发器T1的第二输出端Q1′一直输出高电平信号。从而，晶体管TR1和TR2均保持关断。因此，无电流流入充电电容CC，充电电容CC两端的电压，亦即鉴相电路931输出的相位误差信号VPLL保持不变。
在t1时刻，输出电压VOUT从V1下降至V2。则如前所述，第一控制信号HSON的频率变小，第一控制信号HSON和参考时钟信号CLK的相位不再对齐，第一控制信号HSON比参考时钟信号CLK的上升沿迟延时间t到来(迟延时间t即表征参考时钟信号CLK与第一控制信号HSON的相位差)。在参考时钟信号CLK的上升沿到来时，D触发器T1的第一输出端Q1输出高电平信号，而此时D触发器T2的第一输出端Q2的输出信号为低电平，与门电路AND的输出信号为低电平，其不会对D触发器T1和T2进行复位，因而，D触发器T1和T2的输出信号Q1和Q2在迟延时间t内保持不变，直到第一控制信号HSON的上升沿到来。这样，在迟延时间t内，晶体管TR1保持导通，而晶体管TR2保持关断，电流源CS1提供的电流I1流入充电电容CC，充电电容CC两端的电压，亦即鉴相电路931输出的相位误差信号VPLL逐渐增大，其可表示为：
而由低压差线性稳压电路的工作原理可知，低压差线性稳压电路LDO输出的低压差线性稳压电流ILDO可表示为：
其中，ROSC表示低压差线性稳压电路LDO中串联电阻的阻值。
这样，电流源CS4下拉的电流I4为：
I4＝I31-ILDO (3)
因而，受控电流I为：
而根据图8所示的滞环限值产生电路803产生的上限滞环信号VH和下限滞环信号VL可分别表示为：
VH＝VCLP+R1×I (5)
VL＝VCLP-R2×I (6)
在图8所示的实施例中，第一电阻R1和第二电阻R2的电阻值取相同值，均为R，因而，上限滞环信号VH和下限滞环信号VL之间的滞环宽度ΔV可表示为：
ΔV＝2×R×I (7)
将上述公式结合起来，可得滞环宽度ΔV：
由上式可见，当开关变换电路800的频率发生变化，导致参考时钟信号CLK和第一控制信号HSON出现相位差t时，则滞环宽度ΔV与参考时钟信号CLK和第一控制信号HSON的相位差t成反向变化，从而，可以实现调节滞环宽度的目的。经过几个周期的调节后，开关变换电路800的频率再次回到预设频率。
虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。
Claims (9)
1.一种用于控制开关变换电路的控制器，其中，开关变换电路包括开关和电感，电感中流过电感电流，开关变换电路通过开关的导通和关断将输入信号转换为输出信号以为负载供电，控制器包括：
滞环限值产生电路，接收参考时钟信号和控制信号，滞环限值产生电路根据参考时钟信号和控制信号产生上限滞环信号和下限滞环信号，其中，上限滞环信号和下限滞环信号之差与参考时钟信号和控制信号的相位差成反向变化，其中，滞环限值产生电路包括：
鉴相电路，接收参考时钟信号和控制信号，并根据参考时钟信号与控制信号的相位差产生相位误差信号；以及
合成电路，耦接至鉴相电路以接收相位误差信号，并根据相位误差信号产生上限滞环信号和下限滞环信号；
其中，相位误差信号和参考时钟信号与控制信号的相位差呈同向变化且上限滞环信号和下限滞环信号之差与相位误差信号呈反向变化，或者相位误差信号和参考时钟信号与控制信号的相位差呈反向变化且上限滞环信号和下限滞环信号之差与相位误差信号呈同向变化；以及
控制电路，接收上限滞环信号和下限滞环信号以及表征电感电流的电流检测信号，并通过将电流检测信号和上限滞环信号及下限滞环信号进行比较产生控制信号以控制开关的导通与关断。
2.如权利要求1所述的控制器，其中，鉴相电路包括：
第一D触发器，具有第一输入端、第二输入端、第三输入端、第一输出端和第二输出端，其中，第一D触发器的第一输入端接收电源电压，第一D触发器的第二输入端接收参考时钟信号；
第二D触发器，具有第一输入端、第二输入端、第三输入端和输出端，其中，第二D触发器的第一输入端接收电源电压，第二D触发器的第二输入端接收控制信号，第二D触发器的第三输入端耦接至第一D触发器的第三输入端；
与门电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中，与门电路的第一输入端耦接至第一D触发器的第一输出端，与门电路的第二输入端耦接至第二D触发器的输出端，与门电路的输出端耦接至第一D触发器和第二D触发器的第三输入端；
第一开关，具有第一端、第二端和控制端，其中，第一开关的控制端耦接至第一D触发器的第二输出端；
第二开关，具有第一端、第二端和控制端，其中，第二开关的控制端耦接至第二D触发器的输出端，第二开关的第一端耦接至第一开关的第一端；
第一电流源，耦接至第一开关的第二端以提供第一电流，其中，第一电流的方向为流入第一开关的方向；
第二电流源，耦接至第二开关的第二端以提供第二电流，其中，第二电流的方向为从第二开关流出的方向；以及
充电电容，耦接至第一开关和第二开关的第一端与参考地之间以提供相位误差信号。
3.如权利要求1所述的控制器，其中，合成电路包括：
第一电阻，具有第一端和第二端，其中，第二端提供上限滞环信号；
第二电阻，具有第一端和第二端，其中，第二电阻的第一端与第一电阻的第一端耦接，第二电阻的第二端提供下限滞环信号；
第三电阻和受控电流源，其中，第三电阻耦接于第二电阻的第二端和参考地之间且受控电流源耦接于电源电压和第一电阻的第二端之间，或者受控电流源耦接于第二电阻的第二端和参考地之间且第三电阻耦接于电源电压和第一电阻的第二端之间，其中，受控电流源接收相位误差信号，并根据相位误差信号产生受控电流；以及
箝位电路，耦接于第一电阻和第二电阻的第一端，箝位电路接收表征输出信号期望值的参考信号和表征输出信号的反馈信号，并根据反馈信号和参考信号将第一电阻和第二电阻的第一端的电压箝位在输出信号期望值。
4.如权利要求3所述的控制器，其中，受控电流源包括：
低压差线性稳压电路，具有输入端和输出端，其中，输入端接收相位误差信号，低压差线性稳压电路根据相位误差信号在输出端产生流入低压差线性稳压电路的低压差线性稳压电流；
第三电流源，具有第一输出端和第二输出端，第三电流源在第一输出端和第二输出端分别提供从第三电流源流出的电流；
第四电流源，具有输入端和输出端，其中，输入端耦接至低压差线性稳压电路的输出端和第三电流源的第一输出端，输出端提供流入第四电流源的第四电流；以及
第五电流源，具有输入端和输出端，其中，输入端耦接至第三电流源的第二输出端，输出端提供流入第五电流源的第五电流；
其中，第四电流源和第五电流源的输出端耦接在一起提供受控电流。
5.如权利要求3所述的控制器，其中，箝位电路包括：
误差放大器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，第一输入端接收参考信号，第二输入端接收反馈信号，误差放大器根据参考信号和反馈信号在输出端产生误差放大信号；以及
运算放大器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，第一输入端耦接至误差放大器的输出端以接收误差放大信号，第二输入端耦接至第一电阻和第二电阻的连接点，运算放大器在输出端产生调节信号以调节第三电阻的阻值。
6.如权利要求5所述的控制器，其中，箝位电路还包括滤波电路，滤波电路具有输入端和输出端，所述输入端接收电流检测信号，滤波电路将电流检测信号进行滤波并在输出端产生反馈信号。
7.如权利要求6所述的控制器，其中，负载包括发光二极管，输入信号包括输入电压，输出信号包括驱动发光二极管的驱动电流。
8.如权利要求1所述的控制器，其中，滞环限值产生电路还接收表征输出信号期望值的参考信号和表征输出信号的反馈信号，并根据参考信号和反馈信号产生上限滞环信号和下限滞环信号以使上限滞环信号和下限滞环信号的平均值箝位在输出信号期望值。
9.一种开关变换器，包括：
开关变换电路，包括开关和电感，电感中流过电感电流，开关变换电路通过开关的导通和关断将输入信号转换为输出信号以为负载供电；以及
如权利要求1至8中任何一项所述的控制器。
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