CN111865082A - 低静态电流开关变换器及其控制电路 - Google Patents

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Abstract

公开了一种低静态电流开关变换器及其控制电路。控制电路包括误差放大电路、第一比较电路、导通时间产生电路和第二比较电路。当变换器未进入轻载时，误差放大电路、第一比较电路和导通时间产生电路使能，第二比较电路不使能。当变换器进入轻载后，误差放大电路和导通时间产生电路不使能，第二比较电路使能，以减小系统的静态电流。同时，当变换器刚进入轻载时，第一比较电路仍然不使能，只有在主关管导通期间才被使能用于控制主开关管的关断时刻。通过合理设置各个模块使能的期间，极大的降低了变换器的静态工作电流，提高了效率。

Description

低静态电流开关变换器及其控制电路
技术领域
本发明涉及电子电路，具体但不仅限于一种具有低静态工作电流的开关变换器及其控制电路。
背景技术
近年，随着无线传感网络、便携式以及可穿戴设备、智能家居、生物医疗等新兴技术的不断发展和进步，对于微小功率废弃能源的采集和利用已引起了人们广泛的关注和重视，用于能量采集中的开关变换器得以迅猛发展。
作为能量源和用电器之间的桥梁，开关变换器需要最大可能减少开关变换器本身的静态工作电流，以提升开关变换器的效率。例如，在一些工业运用场合，低压输出采集器仅能提供几十毫伏的输出电压，此时，如何保证开关变换器在此极低的输入电压下保持正常的工作状态，低静态工作电流是需要考虑的条件之一。
因此，我们期待提出一种具有低静态电流的开关变换器及其控制电路。
发明内容
本发明一方面提供了一种用于低静态电流开关变换器的控制电路，该开关变换器包括第一开关管、第二开关管和电感，当第一开关管导通时，第二开关管关断，流过电感的电感电流上升；当第一开关管关断时，第二开关管导通，电感电流下降，所述控制电路包括：第一比较电路，当变换器进入轻载模式，且第一开关管导通期间，第一比较电路接收代表电感电流的电流采样信号和电流参考信号，并将电流采样信号和电流参考信号比较，产生关断时间信号，所述关断时间信号用于控制第二开关管的导通时刻；以及第二比较电路，当变换器进入轻载模式，第二比较电路接收代表变换器输出电压信号的电压反馈信号和电压参考信号，并将电压反馈信号和电压参考信号比较，产生第一导通时间信号，所述第一导通时间信号用于控制第二开关管的导通时长，其中，第二比较电路在变换器未进入轻载模式期间不使能。
本发明另一方面提供了一种用于低静态电流开关变换器的控制电路，该开关变换器包括第一开关管、第二开关管和电感，当第一开关管导通时，第二开关管关断，流过电感的电感电流上升；当第一开关管关断时，第二开关管导通，电感电流下降，所述控制电路包括：误差放大电路；导通时间产生电路；第一比较电路；以及第二比较电路。其中当变换器未进入轻载模式时：误差放大电路、导通时间产生电路和第一比较电路使能，第二比较电路不使能。当变换器进入轻载模式后：误差放大电路和导通时间产生电路不使能；第一比较电路在第一开关管导通期间使能，接收代表电感电流的电流采样信号和电流参考信号，并将电流采样信号和电流参考信号比较，产生关断时间信号，所述关断时间信号用于控制第二开关管的导通时刻；第二比较电路使能，接收代表变换器输出电压信号的电压反馈信号和电压参考信号，并将电压反馈信号和电压参考信号比较，产生第一导通时间信号，所述第一导通时间信号用于控制第二开关管的导通时长。
本发明又一方面提供了一种低静态电流开关变换器，包括：开关电路，所述开关电路包括第一开关管、第二开关管和电感；当第一开关管导通时，第二开关管关断，流过电感的电感电流上升；当第一开关管关断时，第二开关管导通，电感电流下降；以及如上所述之一的控制电路。
附图说明
为了更好的理解本发明，将根据以下附图对本发明进行详细描述：
图1所示为根据本发明一实施例的低静态电流的开关变换器100的示意框图；
图2所示为根据本发明一实施例的电路工作原理波形200的示意图；
图3所示为根据本发明一实施例的参考信号产生电路22的电路原理图；
图4所示为根据本发明一实施例的导通时间产生电路24的电路原理图；
图5所示为根据本发明一实施例的图4中受控电流产生电路241的电路原理图；
图6所示为根据本发明一实施例的图1所示逻辑电路27的电路原理图；
图7所示为根据本发明一实施例的图1所示使能电路28的电路原理图；
图8所示为根据本发明一实施例的开关变换器的控制电路800的示意框图；
图9所示为根据本发明一实施例的图8所示实施例中钳位电路29的电路原理图。
下面将参考附图详细说明本发明的具体实施方式。贯穿所有附nor图相同的附图标记表示相同的或相似的部件或特征。
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。在下面对本发明的详细描述中，为了更好地理解本发明，描述了大量的细节。然而，本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。为了清晰明了地阐述本发明，本文简化了一些具体结构和功能的详细描述。此外，在一些实施例中已经详细描述过的类似的结构和功能，在其它实施例中不再赘述。尽管本发明的各项术语是结合具体的示范实施例来一一描述的，但这些术语不应理解为局限于这里阐述的示范实施方式。
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。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所示为根据本发明一实施例的低静态电流的开关变换器100的示意框图。如图1所示，开关变换器100包括开关电路10、电容器COUT和控制电路20。在一个实施例中，开关电路10包括第一开关管、第二开关管和电感，当第一开关管导通时，第二开关管关断，流过电感的电感电流上升；当第一开关管关断时，第二开关管导通，电感电流下降。通过第一开关管和第二开关管的导通和关断切换，将开关变换器100的输入电压信号VIN转换为输出电压信号VOUT。
在图1所示实施例中，开关电路10被示意为一个升压BOOST变换器，包括电感器L、第一开关管11和第二开关管12。第一开关管11和第二开关管12分别具有第一端、第二端和控制端。第一开关管11和第二开关管12的第一端连接在一起形成开关节点SW；第一开关管11的第二端电连接至逻辑地；第二开关管12的第二端电耦接至开关变换器100的输出端。电感器L耦接在开关变换器100的输入端和开关节点SW之间。
本领域一般技术人员可以明白，这里的升压BOOST变换器只是示意的，在其他实施例中，开关电路也可以采用其他合适的拓扑结构。同样地，在图1所示实施例中，第一开关管11被示意为一个N型金属半导体场效应管(Metal Oxide Semiconductor Field EffectTransistor，MOSFET)，第二开关管12被示意为一个P型MOSFET。在其他实施例中，第一开关管11和第二开关管12可以是任何可控半导体开关器件，例如结型场效应晶体管(JunctionField-effect Transistor，JFET)、绝缘栅型双极性晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor，IGBT)以及双扩散金属氧化物半导体(Double Diffusion Metal OxideSemiconductor，DMOS)等等。
在图1所示实施例中，控制电路包括误差放大电路21、参考信号产生电路22、第一比较电路23、导通时间产生电路24、第二比较电路25、过零电路26和逻辑电路27。在一个实施例中，开关变换器100工作在两种模式：正常模式(未进入轻载状态)和轻载模式。本领域的一般技术人员可以理解，轻载指代的是电子电路的带载能力，一般轻载是相对于满载来说，比如，负载率在30％以下的负载可认为是轻载，但负载率可以根据应用场合调整。在一个实施例中，例如对于电压变换器来说，当负载电阻过大，负载电流超过电流轻载阈值时，可以理解为变换器进入轻载模式。在另一个实施例中，当负载电压超过电压轻载阈值时，也可以理解为变换器进入轻载模式。
当开关变换器100未进入轻载模式时，误差放大电路21、第一比较电路23和导通时间产生电路24正常使能工作，参考信号产生电路22和第二比较电路25不使能被关闭。
当开关变换器100进入轻载模式后，误差放大电路21和导通时间产生电路24不使能被关闭，以减小系统的静态电流。同时，当开关变换器100刚进入轻载模式时，参考信号产生电路22和第一比较电路23仍然不使能，只有在第一开关管11导通期间才被使能。此外，一旦开关变换器100进入轻载模式，第二比较电路25也使能工作。
在图1所示实施例中，控制电路还包括使能电路28。其中，使能电路28用于产生第一使能信号EN1、第一使能信号EN1的反相信号
Figure BDA0002621063920000061
第二使能信号EN2和第三使能信号EN3。其中，第一使能信号EN1用于控制误差放大电路21和导通时间产生电路24使能或不使能；第一使能信号EN1的反相信号
Figure BDA0002621063920000062
用于控制第二比较电路25使能或不使能；第二使能信号EN2用于控制参考信号产生电路22使能或不使能；第三使能信号EN3用于控制第一比较电路23使能或不使能。接下来的实施例中，将以BOOST开关电路为例，对控制电路20中的各模块连接关系和相关工作原理进行详细描述。
在图1所示实施例中，误差放大电路21具有使能端、第一输入端、第二输入端和输出端。电压误差放大器21的使能端接收第一使能信号EN1，第一输入端接收代表输出电压信号VOUT的电压反馈信号VFB，第二输入端接收电压参考信号VREF，当第一使能信号EN1有效时(例如逻辑高)，误差放大电路21比较电压反馈信号VFB与电压参考信号VREF并将其差值放大，在输出端输出误差信号COM。当第一使能信号EN1无效时(例如逻辑低)，误差放大电路21不使能。在一个实施例中，当开关变换器100工作在正常模式时，第一使能信号EN1有效，当开关变换器100进入轻载时，第一使能信号EN1无效。
参考信号产生电路22，具有使能端接收第二使能信号EN2，当第二使能信号EN2有效时(例如逻辑高)，参考信号产生电路22使能产生电流参考信号V_slp。当第二使能信号EN2无效时(例如逻辑低)，参考信号产生电路22不使能。在一个实施例中，参考信号产生电路22包括一个电压源，提供一个恒定电压信号作为电流参考信号V_slp。在一个实施例中，当开关变换器100进入轻载模式后，且第一开关管11导通期间，第二使能信号EN2有效(例如逻辑高)，其余时刻无效(例如逻辑低)。
第一比较电路23具有使能端、第一输入端、第二输入端和输出端。第一比较电路23的使能端接收第三使能信号EN3，第一输入端接收误差信号COM或者电流参考信号V_slp，第二输入端接收代表电感电流的电流采样信号VCS。当第三使能信号EN3有效时(例如逻辑高)，第一比较电路23使能；当第三使能信号EN3无效时(例如逻辑低)，第一比较电路23不使能。当变换器100处于正常工作模式时(未进入轻载模式)，第三使能信号EN3有效，第一比较电路23比较误差信号COM与电流采样信号VCS，并在其输出端输出关断时间信号TOFF；当变换器100进入轻载模式，且当第三使能信号EN3有效时(例如逻辑高)，第一比较电路23比较电流参考信号V_slp与电流采样信号VCS，并在其输出端输出关断时间信号TOFF。在一个实施例中，关断时间信号TOFF包括一个高低逻辑电平信号。在一个实施例中，关断时间信号TOFF决定第一开关管11的关断时刻和第二开关管12的导通时刻。例如，在一个实施例中，当关断时间信号TOFF从逻辑低变为逻辑高时，第一开关管11关断，第二开关管12导通。在一个实施例中，当开关变换器100未进入轻载模式时，第三使能信号EN3有效(例如逻辑高)；当开关变换器100进入轻载模式后，在第一开关管11导通期间，第三使能信号EN3有效，即：在进入轻载模式后第三使能信号EN3和第二使能信号EN2状态同步。
导通时间产生电路24接收第一使能信号EN1、输入电压信号VIN和输出电压信号VOUT。当第一使能信号EN1有效时(例如逻辑高)，导通时间产生电路24根据输入电压信号VIN和输出电压信号VOUT产生导通时间信号TON；当第一使能信号EN1无效时(例如逻辑低)，导通时间产生电路24不使能。在一个实施例中，导通时间信号TON包括一个高低逻辑电平信号。在图1所示实施例中，导通时间信号TON决定第二开关管12在正常带载模式下的导通时长。在另一个实施例中，导通时间信号TON也可用于决定第一开关管11的导通时长。在一个实施例中，在一个开关周期内，导通时间信号TON的无效状态(例如逻辑低)的时长决定了第二开关管12的导通时长。导通时间信号TON的无效状态时长和开关变换器100的拓扑结构、输入电压VIN、输出电压VOUT和误差信号COM有关。在另一个实施例中，导通时间产生电路24还接收误差信号COM，当第一使能信号EN1有效时，导通时间产生电路24根据输入电压信号VIN、输出电压信号VOUT和误差信号COM产生导通时间信号TON。在一个实施例中，当误差信号COM越来越小，导通时间信号TON的无效状态(例如逻辑低)越长，第二开关管的导通时间越长。
第二比较电路25具有使能端、第一输入端、第二输入端和输出端。第二比较电路25的使能端接收第一使能信号EN1的反相信号
Figure BDA0002621063920000081
(即当第一使能信号EN1为逻辑高时，第一使能信号EN1的反相信号
Figure BDA0002621063920000082
为逻辑低，反之亦然)，第一输入端接收电压反馈信号VFB，第二输入端接收电压参考信号VREF。当第一使能信号EN1的反相信号
Figure BDA0002621063920000083
有效时(即第一使能信号EN1无效，例如第一使能信号EN1为逻辑低)，第二比较电路25比较电压反馈信号VFB与电压参考信号VREF，并在输出端输出导通时间信号TON_slp；当第一使能信号EN1的反相信号
Figure BDA0002621063920000084
无效时(即第一使能信号EN1有效)，第二比较电路25不使能。在一个实施例中，导通时间信号TON_slp包括一个高低逻辑电平信号。在一个实施例中，导通时间信号TON_slp决定第一开关管11在轻载模式下的导通时刻。例如，在一个实施例中，当导通时间信号TON_slp从逻辑低变为逻辑高时，第一开关管11导通。
过零比较电路26接收代表电感电流的电流采样信号VCS，并将电流采样信号VCS与一个过零阈值比较产生过零信号ZCD。过零信号ZCD包括一个高低逻辑电平信号。在一个实施例中，过零信号ZCD有效时(例如逻辑高)，表示电感电流(也即是流过第二开关管12的电流)降低到零。在一个实施例中，当过零信号ZCD有效时，第二开关管12关断。
在图1所示实施例中，逻辑电路26接收关断时间信号TOFF、过零信号ZCD和导通时间信号TON或导通时间信号TON_slp，并根据关断时间信号TOFF、过零信号ZCD和导通时间信号TON或导通时间信号TON_slp产生第一开关控制信号LS和第二开关控制信号HS分别控制第一开关管11和第二开关管12的导通和关断。在一个事实例中，当第一使能信号EN1有效时，逻辑电路26根据关断时间信号TOFF、过零信号ZCD和导通时间信号TON产生第一开关控制信号LS和第二开关控制信号HS；当第一使能信号EN1无效时，逻辑电路26根据关断时间信号TOFF、过零信号ZCD和导通时间信号TON_slp产生第一开关控制信号LS和第二开关控制信号HS。
图2所示为根据本发明一实施例的电路工作原理波形200的示意图。在图2所示波形中，从上到下也依次示出了第一使能信号EN1的波形、第二使能信号EN2的波形、流过电感器L的电感电流信号iL的波形、控制第一开关管11的第一开关控制信号LS的波形和控制第二开关管12的第二开关控制信号HS的波形。接下来，作为示例地，将结合图1和图2对开关变换器100的工作原理进行简单描述。
如图2所示，在t1时刻之前，变换器100正常带载，第一使能信号EN1和第三使能信号EN3有效(例如逻辑高)，第二使能信号EN2无效(例如逻辑低)。此时，误差放大电路21、第一比较电路23和恒定导通时间电路24使能正常工作。参考信号产生电路22、第二比较电路25和钳位电路29不使能。
在t1时刻，变换器100进入轻载模式，第一使能信号EN1和第三使能信号EN3由逻辑高变为逻辑低，第二使能信号EN2保持逻辑低状态。此时，误差放大电路21、参考信号产生电路22、第一比较电路23和恒定导通时间电路24均全部不使能。同时，第二比较电路25和钳位电路29被使能工作。
在t2时刻，第二比较电路25产生的导通时间信号TON_slp有效，第一开关控制信号LS由逻辑低变为逻辑高，第一开关管11导通，电感电流iL开始线性上升。同时，第二使能信号EN2和第三使能信号EN3从逻辑低变为逻辑高状态，参考信号产生电路22和第一比较电路23均被使能。
在t3时刻，电感电流iL上升到最大值，第一比较电路23产生的关断时间信号TOFF有效，第一开关控制信号LS由逻辑高变为逻辑低，第一开关管11关断；第二开关控制信号HS由逻辑低变为逻辑高，第二开关管12导通；同时第二使能信号EN2和第三使能信号EN3从逻辑高变为逻辑低状态，参考信号产生电路22和第一比较电路23均被关闭不使能。
在t4时刻，电感电流iL线性下降至零，过零信号ZCD有效，第二开关控制信号HS由逻辑高变为逻辑低，第二开关管12关断。
在t5时刻，第二比较电路25产生的导通时间信号TON_slp再次有效，第一开关控制信号LS由逻辑低变为逻辑高，第一开关管11导通，电感电流iL开始线性上升。同时，第二使能信号EN2和第三使能信号EN3从逻辑低变为逻辑高状态，参考信号产生电路22和第一比较电路23再次被使能。
在t6时刻，电感电流iL上升到最大值，第一比较电路23产生的关断时间信号TOFF有效，第一开关控制信号LS由逻辑高变为逻辑低，第一开关管11关断；第二开关控制信号HS由逻辑低变为逻辑高，第二开关管12导通；同时第二使能信号EN2和第三使能信号EN3从逻辑高变为逻辑低状态，参考信号产生电路22和第一比较电路23再次被关闭不使能。后面的周期内重复前面的过程。
在t7时刻，变换器100跳出轻载模式，第一使能信号EN1由逻辑低变为逻辑高，第三使能信号EN3也跳为逻辑高，第二使能信号EN2变为逻辑低。此时，误差放大电路21、第一比较电路23和恒定导通时间电路24恢复使能正常工作。参考信号产生电路22、第二比较电路25不使能。
通过图1和图2的实施例示意和描述可知，在轻载条件下，通过设置各个模块使能或不使能，最大限度的关闭消耗静态电流大的模块以及将部分模块仅在需要时启用，从而减小整个系统的静态电流值，提高整个系统的效率。
图3所示为根据本发明一实施例的参考信号产生电路22的电路原理图。在图3所示的实施例中，与图1所示的参考信号产生电路22稍有不同，图3所示的参考信号产生电路22还接收误差信号COM，并根据误差放大电路21的使能情况，分别提供恒定的电流参考信号V_slp和代表误差信号COM的误差转换信号Vnormal。在一个实施例中，当误差放大电路21使能工作，参考信号产生电路22提供误差转换信号Vnormal，第一比较电路23比较误差转换信号Vnormal与电流采样信号VCS，并在其输出端输出关断时间信号TOFF；当误差放大电路21不使能，参考信号产生电路22提供恒定的电流参考信号V_slp，第一比较电路23比较恒定的电流参考信号V_slp与电流采样信号VCS，并在其输出端输出关断时间信号TOFF。如图3所示，参考信号产生电路22包括晶体管221、电流镜222、电阻223、电阻224、电流源225和开关226。晶体管221具有第一端、第二端和控制端，其第一端通过电阻224电连接至逻辑地，其第二端耦接电流镜222的第一电流端，其控制端接收误差信号COM。电流镜的第二电流端通过电阻223电连接至逻辑地，其中电流镜的第二电流端和电阻223的公共端作为参考信号产生电路22的输出端。电流源225通过开关226耦接至电流镜的第二电流端和电阻223的公共端，其中，开关226由第二使能信号EN2控制其导通和关断。在一个实施例中，当第一使能信号EN1有效时，第二使能信号EN2无效，误差放大电路21使能，电流开关226关断，误差信号COM通过晶体管221、电流镜222、电阻223和电阻224在电流镜的第二电流端和电阻223的公共端产生误差转换信号Vnormal；当第一使能信号EN1无效，且第二使能信号EN2有效时，误差放大电路21不使能，电流开关226导通，电流源225通过电阻223电连接至地，并在电流镜的第二电流端和电阻223的公共端产生电压信号V_slp。
图4所示为根据本发明一实施例的导通时间产生电路24的电路原理图。如图4所示，导通时间产生电路24包括：受控电流产生电路241，受控电压产生电路242、复位开关244、电压比较器245、充放电电容243和节点246。受控电流产生电路241接收第一电压信号V1和误差信号COM，并在节点246产生受控电流信号ICH。充放电电容243耦接在节点246和逻辑地之间。受控电流产生电路241和充放电电容243串联连接在第一电压V1和逻辑地之间，其中受控电流产生电路241用于产生充电电流ICH。复位开关244电连接在节点246和逻辑地之间。受控电压产生电路242接收第二电压信号V2，并根据第二电压V2产生受控电压信号VD。电压比较器245，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其第一输入端接收受控电压信号VD，其第二输入端耦接至节点246接收充放电电容243两端的电压，电压比较器245比较受控电压信号VD和节点246上的电压信号产生导通时间信号TON。在一个实施例中，导通时间信号TON是一个逻辑高低电平信号。复位开关244的控制端接收下开关管控制信号SL。当下开关管控制信号SL控制复位开关244导通时，充放电电容243通过复位开关244放电；当下开关管控制信号SL控制复位开关244关断后，受控电流信号ICH对充放电电容243充电，节点246的电压增大；当节点246处的电压增大到受控电压信号VD时，导通时间信号TON的逻辑状态改变，第一开关管控制信号SL的逻辑状态也改变，复位开关244再次导通，充放电电容243通过复位开关244放电。依次循环。需要说明的是：图4所示实施例中，误差信号COM被示意为送入受控电流产生电路241，调节受控电流信号ICH，在其他实施例中，误差信号COM也可以被示意为送入受控电压产生电路242调节受控电压信号VD，进而调节导通时间信号TON的状态。
第一电压V1和第二电压V2跟开关变换器的拓扑结构选择相关，也与选择设置的开关管相关。例如，在图1所示实施例中，当开关变换器采用升压BOOST拓扑时，同时，导通时间产生电路24用于产生上开关12的导通时间。因此，导通时间信号TON与输入电压信号VIN成正比、与输出电压信号VOUT成反比。在一个实施例中，第一电压V1包括输出电压VOUT，充电电流ICH与输出电压VOUT成正比；第二电压V2包括输入电压VIN，受控电压信号VD与输入电压VIN成正比。本领域的技术人员可以明白，在其他拓扑结构的开关变换器中，或者设置不同开关管的导通时间的场合里，第一电压V1和第二电压V2可以分别选择合适的输入电压信号VIN、输出电压信号VOUT或输入电压信号VIN和输出电压信号VOUT的组合。
图5所示为根据本发明一实施例的图4中受控电流产生电路241的电路原理图。如图5所示，所述受控电流产生电路241包括运算放大器2411、晶体管2412、电阻器R1、电阻器R2、电阻器R3和乘法器电路2413。电阻器R1和电阻器R2串联连接在受控电流产生电路241的输入端和逻辑地之间，接收第一电压信号V1，电阻器R1和电阻器R2对第一电压信号V1分压，并在电阻器R1和电阻器R2的公共端提供分压信号VB1。运算放大器2411，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其第一输入端接收分压信号VB1，其第二输入端耦接至晶体管2412的源极，其输出端耦接至晶体管2412的栅极。晶体管2412的源极耦接至电阻器R3的一端，电阻器R3的另一端电连接至地，晶体管2412的漏极提供电流信号IV1。乘法器电路2413接收电流信号IV1和误差信号COM，并对电流信号IV1和误差信号COM做乘法运算，并在输出端提供充电电流信号ICH。当误差信号COM越来越小，充电电流信号ICH也越来越小，第二开关管12的导通的时间拉长。需要说明的是，当电感电流信号iL降低到零后，过零信号ZCD将关断第二开关管12，而不是由导通时间信号TON来关断第二开关管，系统进入第一开关管11和第二开关管12同时关断的工作状态。
图6所示为根据本发明一实施例的图1所示逻辑电路27的电路原理图。如图6所示，逻辑电路27包括第一RS触发器271和第二RS触发器272。
第一RS触发器271具有置位端S、复位端R、第一输出端Q和第二输出端
Figure BDA0002621063920000141
其中，置位端S接收关断时间信号TOFF，复位端R接收导通信号TON或者导通信号TON_slp。第一RS触发器271对关断时间信号TOFF和导通信号TON做逻辑运算，并在第一输出端Q输出锁存信号HS1，在第二输出端
Figure BDA0002621063920000142
输出第一开关控制信号LS。
第二RS触发器272具有置位端S、复位端R和输出端Q。其中，置位端S接收锁存信号HS1，复位端R接收过零信号ZCD。第二RS触发器272对锁存信号HS1和过零信号ZCD做逻辑运算，并在输出端Q输出第二开关控制信号HS。
图7所示为根据本发明一实施例的使能电路28的电路原理图。如图7所示，使能电路28包括轻载模式判定电路280、反相器283、或门284和与门285。
轻载模式判定电路280可由多种电路结构搭建进而来判断开关变换器是否进入轻载模式，例如第一开关管11和第二开关管12反复进入同时关断的工作状态，又如检测误差信号COM是否低于轻载阈值。在图7所示实施例中，轻载模式判定电路280包括计数器281和比较电路282。计数器281接收下开关管控制信号SL，并在一定时间范围内对下开关管控制信号SL的有效状态(例如逻辑高)计数产生一个计数值。比较电路282将计数器281产生的计数值和一个轻载计数阈值Slp_th比较，并输出第一使能信号EN1。当计数值小于轻载计数阈值，则代表系统进入轻载工作模式，第一使能信号EN1有效；否则，第一使能信号EN1无效。反相器283接收第一使能信号EN1并产生第一使能信号EN1的反相信号
Figure BDA0002621063920000151
或门284接收第一使能信号EN1和下开关管控制信号SL，并对第一使能信号EN1和下开关管控制信号SL做或运算，输出第二使能信号EN2。与门285接收第二使能信号EN2和第一使能信号EN1的反相信号
Figure BDA0002621063920000152
并对第二使能信号EN2和第一使能信号EN1的反相信号
Figure BDA0002621063920000153
做与运算，输出第三使能信号EN3。
图8所示为根据本发明一实施例的开关变换器的控制电路800的示意框图。如图8所示，与图1所示开关变换器100中的控制电路不同的是，在图8所示的控制电路800进一步包括一个钳位电路29。钳位电路29耦接在误差放大电路21的输出端291，也具有使能端接收第一使能信号EN1的反相信号
Figure BDA0002621063920000154
当第一使能信号EN1的反相信号
Figure BDA0002621063920000155
有效时(即第一使能信号EN1无效，变换器100进入轻载模式)，钳位电路29钳位误差信号COM在误差放大电路21由使能进入不使能时刻的值，并在输出端291产生钳位信号COM_clamp。需要说明的是，本领域一般技术人员可以理解，当误差放大电路21由使能进入不使能，此时误差信号COM并不是瞬间至零，因此误差放大电路21由使能进入不使能时刻的钳位信号COM_clamp的值并不是零值，而是误差放大电路在使能的最后时刻的误差信号COM的值。当第一使能信号EN1的反相信号
Figure BDA0002621063920000161
无效时，即误差放大电路21重新使能，误差信号COM可快速恢复到钳位值COM_clamp，从而提高了变换器的动态反应速度。控制电路800中的其他模块的工作原理和图1中具有相同标识的模块的工作原理相同，这里不再累述。
图9所示为根据本发明一实施例的图8所示实施例中钳位电路29的电路原理图。如图9所示，钳位电路29包括脉冲触发器292、开关293和电容294。脉冲触发器292接收第一使能信号的反相信号，并在第一使能信号的反相信号的上升沿时刻产生脉冲信号。在另一个实施例中，脉冲触发器292也可以接收第一使能信号EN1，并在第一使能信号EN1的下降沿时刻产生脉冲信号。开关293具有第一端、第二端和控制端，其第一端接收误差信号COM，第二端通过电容294耦接至地，控制端接收脉冲触发器292输出的脉冲信号。第一使能信号的反相信号在每个周期的上升沿时刻导通开关293，误差信号COM通过开关293给电容294充电，并在误差放大电路21的输出端291上产生钳位信号COM_clamp。
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 (11)

1.一种用于低静态电流开关变换器的控制电路，该开关变换器包括第一开关管、第二开关管和电感，当第一开关管导通时，第二开关管关断，流过电感的电感电流上升；当第一开关管关断时，第二开关管导通，电感电流下降，所述控制电路包括：
第一比较电路，当变换器进入轻载模式，且第一开关管导通期间，第一比较电路接收代表电感电流的电流采样信号和电流参考信号，并将电流采样信号和电流参考信号比较，产生关断时间信号，所述关断时间信号用于控制第二开关管的导通时刻；以及
第二比较电路，当变换器进入轻载模式，第二比较电路接收代表变换器输出电压信号的电压反馈信号和电压参考信号，并将电压反馈信号和电压参考信号比较，产生第一导通时间信号，所述第一导通时间信号用于控制第二开关管的导通时长，其中，第二比较电路在变换器未进入轻载模式期间不使能。
2.如权利要求1所述的控制电路，其中，所述控制电路还包括：
误差放大电路，当变换器未进入轻载模式时，误差放大电路接收电压反馈信号和电压参考信号，并将电压反馈信号与电压参考信号的差值放大，输出误差信号；以及
导通时间产生电路，当变换器未进入轻载模式时，导通时间产生电路根据变换器的输入电压信号和输出电压信号产生第二导通时间信号，所述第二导通时间信号用于控制第二开关管的导通时长，其中，
当变换器未进入轻载模式时，第一比较电路接收电流采样信号和误差信号，并将电流采样信号和误差信号比较，产生关断时间信号。
3.如权利要求1所述的控制电路，其中，所述控制电路还包括过零电路，接收电流采样信号，并将电流采样信号和过零阈值信号比较，产生过零信号，当电感电流下降到过零阈值时，过零信号用于关断第二开关管。
4.如权利要求3所述的控制电路，其中，所述控制电路还包括逻辑电路，所述逻辑电路接收第一导通时间信号、第二导通时间信号、关断时间信号和过零信号，并根据第一导通时间信号、第二导通时间信号、关断时间信号和过零信号产生第一开关管控制信号和第二开关管控制信号分别用于控制第一开关管和第二开关管的导通和关断。
5.如权利要求2所述的控制电路，其中，所述控制电路还包括钳位电路，耦接在误差放大电路的输出端，用于钳位误差信号在误差放大电路由使能进入不使能时刻的值。
6.如权利要求2所述的控制电路，其中，所述导通时间产生电路还接收误差信号，并根据输入电压信号、输出电压信号和误差信号产生第二导通时间信号，其中，误差信号越小，第二开关管的导通时长越长。
7.如权利要求4所述的控制电路，其中，所述控制电路还包括参考信号产生电路，所述参考信号产生电路包括：
晶体管，具有第一端、第二端和控制端，晶体管的第一端通过第一电阻电连接至逻辑地，晶体管的控制端接收误差信号；
电流镜，具有第一电流端和第二电流端，电流镜的第一电流端耦接晶体管的第二端，电流镜的第二电流端通过第二电阻电连接至逻辑地；以及
电流源，通过电流开关耦接至电流镜的第二电流端和第二电阻的公共端，其中，
当变换器工作在轻载模式时，且在第一开关管导通期间，电流开关导通；
电流镜的第二电流端和第二电阻的公共端作为参考信号产生电路的输出端，输出电流参考信号或代表误差信号的误差转换信号；
当变换器未进入轻载模式时，第一比较电路接收电流采样信号和误差转换信号，并将电流采样信号和误差转换信号比较，产生关断时间信号。
8.如权利要求7所述的控制电路，其中，所述控制电路还包括使能电路，所述使能电路包括：
轻载模式判定电路，接收第一开关控制信号，并将第一开关控制信号的有效状态计数，并将计数值与轻载计数阈值比较，产生第一使能信号，其中，所述第一使能信号用于使能和不使能误差放大电路和导通时间产生电路；
反相器，接收第一使能信号，并对第一使能信号反相产生第一使能信号的反相信号，其中，所述第一使能信号的反相信号用于使能和不使能第二比较电路；
或门，接收第一使能信号和下开关管控制信号，并对第一使能信号和下开关管控制信号做或运算，输出第二使能信号，其中，所述第二使能信号用于使能和不使能参考信号产生电路；以及
与门，接收第二使能信号和第一使能信号的反相信号，并对第二使能信号和第一使能信号的反相信号做与运算，输出第三使能信号，其中，所述第三使能信号用于使能和不使能第一比较电路。
9.一种用于低静态电流开关变换器的控制电路，该开关变换器包括第一开关管、第二开关管和电感，当第一开关管导通时，第二开关管关断，流过电感的电感电流上升；当第一开关管关断时，第二开关管导通，电感电流下降，所述控制电路包括：
误差放大电路；
导通时间产生电路；
第一比较电路；以及
第二比较电路，其中
当变换器未进入轻载模式时：
误差放大电路、导通时间产生电路和第一比较电路使能，第二比较电路不使能；
当变换器进入轻载模式后：
误差放大电路和导通时间产生电路不使能；
第一比较电路在第一开关管导通期间使能，接收代表电感电流的电流采样信号和电流参考信号，并将电流采样信号和电流参考信号比较，产生关断时间信号，所述关断时间信号用于控制第二开关管的导通时刻；
第二比较电路使能，接收代表变换器输出电压信号的电压反馈信号和电压参考信号，并将电压反馈信号和电压参考信号比较，产生第一导通时间信号，所述第一导通时间信号用于控制第二开关管的导通时长。
10.如权利要求9所述的控制电路，其中，当变换器未进入轻载模式时，
第二比较电路不使能；
误差放大电路使能，接收电压反馈信号和电压参考信号，并将电压反馈信号与电压参考信号的差值放大，输出误差信号；
导通时间产生电路使能，根据输入电压信号和输出电压信号产生第二导通时间信号，所述第二导通时间信号用于控制第二开关管的导通时长；
第一比较电路接收电流采样信号和误差信号，并将电流采样信号和误差信号比较，产生关断时间信号。
11.一种低静态电流开关变换器，包括：
开关电路，所述开关电路包括第一开关管、第二开关管和电感；当第一开关管导通时，第二开关管关断，流过电感的电感电流上升；当第一开关管关断时，第二开关管导通，电感电流下降；以及
如权利要求1-10所述之一的控制电路。
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