CN112104209B - 一种准谷底控制电路和方法及其开关变换器 - Google Patents

Abstract

公开了一种准谷底电流控制电路、方法和开关变换器。该准谷底电流控制电路在主开关管导通前，采样开关节点处电压的最小值，并在主开关管导通后，采样流过主开关管电流的最大值。同时，将流过主开关管电流的最大值和电流峰值参考信号比较，产生电流误差信号。电流误差信号和最小节点电压信号相加产生参考电压信号。当主开关管关断后，如果节点电压信号小于参考电压信号，导通主开关管。该准谷底控制方法可用于异步解决方案或外部驱动同步功率管的解决方案中。

Description

一种准谷底控制电路和方法及其开关变换器

技术领域

本发明涉及电子电路，具体但不仅限于一种用于开关变换器的准谷底电流控制电路和方法及其开关变换器。

背景技术

近年，开关变换器被广泛地应用于各种工业电子设备及消费电子设备中。通过控制开关变换器中开关元件的导通和关断，将开关变换器接收的供电电压转换为合适的输出电压。在另一些应用场合，开关变换器还需要对其输出电流或者开关电流进行限制，防止电流过大对系统造成损坏。谷底电流控制是其中一种方法，一般其原理为：采样续流开关管流过的电流，判断续流开关管的电流是否低于谷底电流限，只有当续流开关管的电流低于谷底电流限后才允许主开关管再次导通。在集成的同步功率控制方案中，因为主开关管和续流开关管被集成在同一芯片上，所以续流开关管上的导通电阻特性是已知的。因此，通过在芯片内部直接采样续流开关管导通时的电压(即续流开关管导通时，主开关管和续流开关管公共节点上的电压)，就可监控流过续流开关管上的电流信息。

然而，在一些异步解决方案或外部驱动同步功率管的解决方案中，由于芯片外部续流开关管的导通电阻特性未知，并不能简单地直接采集续流开关管导通时主开关管和续流开关管公共节点上的电压。如果需要监控流过续流开关管上的续流电流信息，则芯片需要额外增加一个电流采样管脚。因此，谷底电流控制在异步解决方案或外部驱动的同步解决方案中难以实现。

因此，我们期待提出一种能够在异步解决方案或外部驱动的同步解决方案中使用的谷底电流控制电路和方法。

发明内容

针对现有技术中的一个或多个问题，提出了一种准谷底控制电路和方法以及开关变换器。

本发明的第一方面提出了一种用于开关变换器的准谷底控制电路，该开关变换器包括主开关管、续流开关管和电感，当主开关管导通时，流过电感的电感电流上升，当主开关管关断时，电感电流下降，所述控制电路包括：谷底信号产生电路，接收电感电流采样信号和节点电压信号，并根据电感电流采样信号和节点电压信号产生谷底信号，其中，节点电压信号代表主开关管和续流开关管公共节点上的电压信号，其中，所述谷底信号用于控制主开关管的导通时刻；以及导通时间产生电路，产生导通时间信号，用于控制主开关管的关断时刻。

本发明的另一方面提出了一种采用谷底电流控制的开关变换器，该开关变换器包括主开关管、续流开关管、电感和如上所述的控制电路。

本发明的又一方面提出了一种用于开关变换器的谷底电流控制方法，该开关变换器包括主开关管、续流开关管和电感，当主开关管导通时，流过电感的电感电流上升，当主开关管关断时，电感电流下降，所述控制方法包括：在主开关管导通前，采样主开关管和续流开关管公共节点上的节点电压信号的最小值，产生最小节点电压信号；在主开关管导通后，采样流过主开关管电流的最大值，产生电流峰值采样信号；将电流峰值采样信号和电流峰值参考信号比较，产生电流误差信号；将电流误差信号和最小节点电压信号相加产生参考电压信号；以及当主开关管关断后，判断节点电压信号是否小于等于参考电压信号，其中，当节点电压信号小于等于参考电压信号时，导通主开关管。

本发明的又一方面提出了一种用于开关变换器的谷底电流控制方法，该开关变换器包括主开关管、续流开关管和电感，当主开关管导通时，流过电感的电感电流上升，当主开关管关断时，电感电流下降，所述控制方法包括：采样主开关管和续流开关管公共节点上的电压，产生节点电压信号；在第一控制信号的上升沿时刻，将节点电压信号的值存储，产生最小节点电压信号，其中，当第一控制信号为逻辑高时，主开关管导通，当第一控制信号为逻辑低时，主开关管关断；采样流过主开关管的电流信息，产生电流采样信号；在第一控制信号的下降沿时刻，将电流采样信号的值存储，产生电流峰值采样信号；将电流峰值采样信号和电流峰值参考信号比较，产生电流误差信号；将电流误差信号和最小节点电压信号相加产生参考电压信号；以及当主开关管关断后，判断节点电压信号是否小于等于参考电压信号，其中，当节点电压信号小于等于参考电压信号时，导通主开关管。

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BUCK开关变换器100的示意框图；

图2示出了根据本发明一实施例的BOOST开关变换器100的示意框图；

图3所示为根据本发明图1、图2中一实施例的谷底信号产生电路51的原理图；

图4所示为根据本发明一个实施例的电路工作原理波形400的示意图；

图5所示为根据本发明另一个实施例的电路工作原理波形500的示意图；

图6所示为根据本发明一个实施例的控制电路600的电路原理图。

图7所示为根据本发明一个实施例的图1和图2中所示的导通时间产生电路52的原理图。

图8所示为根据本发明一实施的一种用于开关变换器的谷底电流控制方法800的流程示意图

图9所示为根据本发明又一实施的一种用于开关变换器的谷底电流控制方法900的流程示意图。

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BUCK开关变换器100的示意框图。如图1所示，主开关管101、续流开关管102、电感器LOUT和电容器COUT连接形成降压BUCK拓扑结构。

主开关管101和续流开关管102串联耦接在BUCK开关变换器100的输入端和参考地之间，主开关管101和续流开关管102的公共节点标记为开关节点SW；电感器LOUT耦接在开关节点SW和BUCK开关变换器100的输出端之间；电容器COUT耦接在BUCK开关变换器100的输出端和逻辑地之间。在图1所示实施例中，主开关管101为一个功率开关管，具有第一端、第二端和控制端。主开关管101的第一端耦接BUCK开关变换器100的输入端，第二端耦接续流开关管102的一端形成开关节点SW。在一个实施例中，续流开关管102也包括一个功率开关管。在另一个实施例中，续流开关管102也可以为一个二极管。

控制电路包括谷底信号产生电路51、导通时间产生电路52和逻辑电路53。谷底信号产生电路51接收电流采样信号VCS和节点电压信号VSW，并根据电流采样信号VCS和节点电压信号VSW产生谷底信号Valley，用于控制主开关管101的导通开始时刻。其中，电流采样信号VCS代表流过主开关管101的电流，节点电压信号VSW代表节点SW上的电压信号。在一个实施例中，谷底信号Valley包括一个高低逻辑电平信号，在一个实施例中，当谷底信号Valley从逻辑低变为逻辑高时，主开关管101导通。

导通时间产生电路52产生一个导通时间信号Ton，用于控制主开关管101的导通时间长短。导通时间信号Ton包括一个高低逻辑电平信号，在一个实施例中，当导通时间信号Ton从逻辑低变为逻辑高时，主开关管101关断。

逻辑电路53接收谷底信号Valley和导通时间信号Ton，并对谷底信号Valley和导通时间信号Ton进行逻辑运算后输出第一控制信号CTRL1。第一控制信号CTRL1用于控制主开关管101的导通和关断。在一个同步控制的实施例中，续流开关管102也为一个功率开关管，此时，逻辑电路还输出第二控制信号CTRL2用于控制续流开关管102的导通和关断。其中，第一控制信号CTRL1和第二控制信号CTRL2逻辑互补。

在一个实施例中，主开关管101和控制电路被集成在芯片50-1内部，而续流开关管102、电感器LOUT和电容器COUT位于芯片50的外部。芯片50具有输入引脚IN和开关引脚SW。主开关管101的第一端通过输入引脚IN耦接BUCK开关变换器100的输入端，主开关管101的第二端通过开关引脚SW耦接续流开关管102的一端。

在图1所示实施例中，功率开关管可以包括金属半导体场效应管(Metal OxideSemiconductor Field Effect Transistor，MOSFET)、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)等等任何合适的可控半导体开关器件。

图1所示的控制电路同样可以用于其他合适的开关电路拓扑中。例如，图2示出了根据本发明一实施例的BOOST开关变换器100的示意框图。如图2所示，主开关管201、续流开关管202、电感器LOUT和电容器COUT连接形成升压BOOST拓扑结构。

与图1所示实施例类似的，主开关管201为一个功率开关管。主开关管201的一端和续流开关管102的一端形成开关节点SW；主开关管201的另一端电连接至参考地。在一个实施例中，续流开关管202也包括一个功率开关管。在另一个实施例中，续流开关管202也可以为一个二极管。主开关管201和控制电路被集成在芯片50-2内部，而续流开关管202、电感器LOUT和电容器COUT位于芯片50的外部。芯片50具有开关引脚SW，主开关管201的第一端通过开关引脚SW耦接续流开关管202的一端。控制电路产生第一控制信号CTRL1控制主开关管201的导通和关断。

在同步控制的实施例中，续流开关管202也为一个功率开关管，此时，逻辑电路53还输出第二控制信号CTRL2用于控制续流开关管202的导通和关断。其中，第一控制信号CTRL1和第二控制信号CTRL2逻辑互补。

图3所示为根据本发明图1、图2中一实施例的谷底信号产生电路51的原理图。如图3所示，谷底信号产生电路51包括误差信号产生电路5110、加法电路5120和比较电路5130。

误差信号产生电路5110接收电感电流IL的采样信号VCS，并将电感电流采样信号VCS在每个周期的峰值分别和电流峰值参考信号Vpeak比较，产生多个误差信号(VEA2，…，VEAn)，其中，每个误差信号代表电感电流采样信号VCS在对应周期的峰值和电流峰值参考信号Vpeak之间的误差。例如，第二误差信号VEA2代表电感电流采样信号VCS在第二周期的峰值和电流峰值参考信号Vpeak之间的误差。以此类推。

加法电路5120，接收多个误差信号(VEA2，…，VEAn)和节点电压信号VSW，并将每个误差信号(VEA2，…，或VEAn)和与每个误差信号对应的上一周期内续流开关管102/202导通期间的节点电压信号的最小值(VSW1_min，…，或VSWn-1_min)相加，产生多个参考电压信号(VR2，…，VRn)，其中，每个参考电压信号(VR2，…，或VRn)和每个误差信号(VEA2，…，或VEAn)一一对应。其中，每个参考电压信号(VR2，…，或VRn)代表在对应的周期内，续流开关管102/202导通期间，电感电流信号IL下降到期望的最低值时节点SW上的电压。

电压比较电路5130，接收多个参考电压信号(VR2，…，VRn)和节点电压信号VSW，并将每个参考电压信号(VR2，…，或VRn)分别和节点电压信号VSW一一比较，产生谷底信号Valley。在一个实施例中，谷底信号Valley为一个逻辑高低电平信号，当节点电压信号VSW的值大于其中一个参考电压信号(VR2，…，或VRn)时，谷底信号Valley为逻辑低状态；当第节点电压信号VSW的值降低到其中一个参考电压信号(VR2，…，或VRn)时，谷底信号Valley为逻辑高状态。在一个实施例中，当节点电压信号VSW小于等于其中一个参考电压信号(VR2，…，或VRn)时，谷底信号Valley用于在该参考信号(VR2，…，或VRn)对应周期内导通主开关管101/201。例如，当节点电压信号VSW小于等于第二参考电压信号VR2时，谷底信号Valley用于导通第二周期内的主开关管101/201。以此类推。

图4所示为根据本发明一个实施例的电路工作原理波形400的示意图。在图4所示波形中，从上到下依次示出了流过电感器LOUT的电感电流信号IL的波形、控制主开关管101/201的第一控制信号CTRL1的波形、开关节点SW上的节点电压信号VSW的波形。接下来，作为示例地，将结合图1、图3和图4对开关变换器100的工作原理进行描述。

在第n-1个周期Tn-1内，当第一控制信号CTRL1为逻辑高状态时，主开关管101导通，续流开关管102关断，电感电流信号IL线性增大，开关节点SW处的节点电压信号VSW等于输入电压信号VIN减去主开关管101上的导通压降，即：VIN-IL×Ron1，其中Ron1为主开关管101的导通电阻。当第一控制信号CTRL1为逻辑低状态时，主开关管101关断，续流开关管102导通，电感电流信号IL线性减小，节点电压信号VSW等于续流开关管102上的导通压降，即：-IL×Ron2，其中Ron2为续流开关管102的导通电阻。在续流开关管102导通期间，当节点电压信号VSW降低到第n-1个最小节点电压信号VSWn-1_min时，第n-1个周期Tn-1结束，第一控制信号CTRL1由逻辑低状态转变为逻辑高状态，在此刻，谷底信号产生电路51采样并保持该第n-1个最小节点电压信号VSWn-1_min，随后，主开关管101导通。

接下来进入第n个周期Tn，当第一控制信号CTRL1为逻辑高状态时，主开关管101导通，续流开关管102关断，由于负载突变，电感电流信号IL线性增大超过系统设定的峰值电流Ipeak到达第n个电感电流峰值Isn，在此刻，谷底信号产生电路51采样并保持该第n个电感电流峰值Isn。在图3所示实施例中，第n个电流峰值采样信号VCSn_max代表了第n个电感电流峰值Isn。当第一控制信号CTRL1为逻辑低状态时，主开关管101关断，续流开关管102导通，电感电流信号IL线性减小，节点电压信号VSW也逐渐降低，当节点电压信号VSW降低到第n个参考电压信号VRn时，第n个周期Tn结束，第一控制信号CTRL1由逻辑低状态转变为逻辑高状态。在此刻，谷底信号产生电路51继续采样并保持该第n个最小节点电压信号VSWn_min，随后，主开关管101导通。第n个参考电压信号VRn即为图3所示实施例中的加法器512的输出信号，即第n个误差信号VEAn和第n-1个最小节点电压信号VSWn-1_min相加的值。在一个实施例中，第n个电流峰值Isn超过系统设定的峰值电流Ipeak越多，第n个参考电压信号VRn的值越低，续流开关管102的导通时间越长。

以此类推，在第n+1个周期Tn+1，谷底信号产生电路51继续采样并保持该第n+1个电流峰值Isn+1。同时，根据第n个最小节点电压信号VSWn_min和第n+1个误差信号VEAn+1产生第n+1个参考电压信号VRn+1，并采样保持第n+1个最小节点电压信号VSWn+1_min。

在一个实施例中，谷底信号产生电路51可以通过数字方式采样并保持每个周期的最小节点电压信号(VSWn-1_min、VSWn_min、VSWn+1_min、…)和每个周期的电流峰值采样信号(VCSn-1_max、VCSn_max、VCSn+1_max、…)，例如，采用数模转换器和存储器对每个周期的最小节点电压信号(VSWn-1_min、VSWn_min、VSWn+1_min、…)和每个周期的电流峰值采样信号(VCSn-1_max、VCSn_max、VCSn+1_max、…)采样并存储。在又一个实施例中，谷底信号产生电路51可以通过模拟方式采样并保持每个周期的最小节点电压信号(VSWn-1_min、VSWn_min、VSWn+1_min、…)和每个周期的电流峰值采样信号(VCSn-1_max、VCSn_max、VCSn+1_max、…)，例如，采用采样保持电路对每个周期的最小节点电压信号(VSWn-1_min、VSWn_min、VSWn+1_min、…)和每个周期的电流峰值采样信号(VCSn-1_max、VCSn_max、VCSn+1_max、…)采样并存储。

图5所示为根据本发明另一个实施例的电路工作原理波形500的示意图。在图5所示波形中，从上到下也依次示出了流过电感器LOUT的电感电流信号IL的波形、控制主开关管101/201的第一控制信号CTRL1的波形、开关节点SW上的节点电压信号VSW的波形。与图4所示负载加重时的工作原理波形400相比，图5所示工作原理波形500为负载减轻时的工作原理波形。接下来，作为示例地，将结合图1、图3和图5对开关变换器100的工作原理进行简单描述。

在第n-1个周期Tn-1内，谷底信号产生电路51采样并保持该第n-1个最小节点电压信号VSWn-1_min，随后，主开关管101导通。

接下来进入第n个周期Tn，当第一控制信号CTRL1为逻辑高状态时，主开关管101导通，续流开关管102关断，由于负载减轻，电感电流信号IL的峰值(即第n个电流峰值Isn)未到达系统设定的峰值电流Ipeak，在此刻，谷底信号产生电路51采样并保持该第n个电流峰值Isn。当主开关管101关断，续流开关管102导通，开关节点SW处的节点电压信号VSW也逐渐降低，当节点电压信号VSW降低到第n个参考电压信号VRn时，第n个周期Tn结束。此刻，谷底信号产生电路51继续采样并保持该第n个最小节点电压信号VSWn_min，随后，主开关管101导通。在一个实施例中，第n个电流峰值Isn与系统设定的峰值电流Ipeak差值越大，第n个参考电压信号VRn的值越高，续流开关管102的导通时间越短。

以此类推，在第n+1个周期Tn+1，谷底信号产生电路51继续采样并保持该第n+1个电流峰值Isn+1。同时，根据第n个最小节点电压信号VSWn_min和第n+1个误差信号VEAn+1产生第n+1个参考电压信号VRn+1，并采样保持第n+1个最小节点电压信号VSWn+1_min。

同样地，在该实施例中，谷底信号产生电路51可以通过数字方式采样并保持每个周期的最小节点电压信号(VSWn-1_min、VSWn_min、VSWn+1_min、…)和每个周期的电流峰值采样信号(VCSn-1_max、VCSn_max、VCSn+1_max、…)，例如，采用数模转换器和存储器对每个周期的最小节点电压信号(VSWn-1_min、VSWn_min、VSWn+1_min、…)和每个周期的电流峰值采样信号(VCSn-1_max、VCSn_max、VCSn+1_max、…)采样并存储。在又一个实施例中，谷底信号产生电路51可以通过模拟方式采样并保持每个周期的最小节点电压信号(VSWn-1_min、VSWn_min、VSWn+1_min、…)和每个周期的电流峰值采样信号(VCSn-1_max、VCSn_max、VCSn+1_max、…)，例如，采用采样保持电路对每个周期的最小节点电压信号(VSWn-1_min、VSWn_min、VSWn+1_min、…)和每个周期的电流峰值采样信号(VCSn-1_max、VCSn_max、VCSn+1_max、…)采样并存储。

图6所示为根据本发明一个实施例的控制电路600的电路原理图。在图6所示实施例中，谷底信号产生电路51被示意为可以实现每个周期信号采样保持的模拟电路模块。如图6所示，谷底信号产生电路51包括误差放大器511、加法器512、比较器513、第一采样保持电路514和第二采样保持电路515。

第一采样保持电路514接收电流采样信号VCS，并对每个周期内的电感电流信号IL的峰值进行采样并保持，产生电流峰值采样信号VCSn_max。在一个实施例中，第一采样保持电路514包括采样开关5141、保持电容5142和脉冲触发器5143。脉冲触发器5143接收第一控制信号CTRL1，并在第一控制信号CTRL1的下降沿时刻产生一个脉冲信号。在另一个实施例中，脉冲触发器5143也可以接收第二控制信号CTRL2，并在第二控制信号CTRL2的上升沿时刻产生脉冲信号。采样开关5141具有第一端、第二端和控制端，其第一端接收电流采样信号VCS，第二端输出电流峰值采样信号VCSn_max，控制端接收脉冲触发器5143输出的脉冲信号。保持电容5142耦接在采样开关5141第二端和参考地之间。在第一控制信号CTRL1每个周期内的下降沿时刻，采样开关5141导通，电流采样信号VCS通过采样开关5141给保持电容5142充电。保持电容5142上的电压信号即为电流峰值采样信号VCSn_max。

第二采样保持电路515接收节点电压信号VSW，并对每个周期内续流开关管102/202导通期间，电感电流信号IL下降到最低值时的节点电压信号VSW电压进行采样并保持，产生最小节点电压信号VSWn-1_min。在一个实施例中，第二采样保持电路515包括采样开关5151、保持电容5152和脉冲触发器5153。脉冲触发器5153接收第一控制信号CTRL1，并在第一控制信号CTRL1的上升沿时刻产生一个脉冲信号。在另一个实施例中，脉冲触发器5153也可以接收第二控制信号CTRL2，并在第二控制信号CTRL2的下降沿时刻产生脉冲信号。采样开关5151具有第一端、第二端和输出端，其第一端接收节点电压信号VSW，第二端输出最小节点电压信号VSWn-1_min，控制端接收脉冲触发器5153输出的脉冲信号。保持电容5152耦接在采样开关5151第二端和参考地之间。在第一控制信号CTRL1每个周期内的上升沿时刻，采样开关5151导通，节点电压信号VSW通过采样开关5151给保持电容5152充电。保持电容5152上的电压信号即为最小节点电压信号VSWn-1_min。

误差放大器511具有第一输入端、第二输入端和输出端，其第一输入端接收第n个电流峰值采样信号VCSn_max，第二输入端接收电流峰值参考信号Vpeak。其中，n为大于等于2的正整数。同时，第n个电流峰值采样信号VCSn_max代表第n个周期内的电感电流采样信号VCS的峰值。在一个实施例中，可通过采样电感电流信号IL产生电感电流采样信号VCS；在另一个实施例中，也可通过采样流过主开关管101或201的电流产生电感电流采样信号VCS。误差放大器511将第n个电流峰值采样信号VCSn_max和电流峰值参考信号Vpeak比较，并产生代表第n个电流峰值采样信号VCSn_max和电流峰值参考信号Vpeak的误差的第n个误差信号VEAn。

加法器512具有第一输入端、第二输入端和输出端，其第一输入端接收第n个误差信号VEAn，第二输入端接收第n-1个最小节点电压信号VSWn-1_min，其中，第n-1个最小节点电压信号VSWn-1_min代表在第n-1个周期内续流开关管102/202导通期间，第n-1个节点电压信号VSWn-1的最小值，也即是电感电流信号IL下降到最低值时节点SW上的电压。加法器512将第n个误差信号VEAn和第n-1个最小节点电压信号VSWn-1_min相加产生第n个参考电压信号VRn，其中，第n个参考电压信号VRn代表在第n个周期内，续流开关管102/202导通期间，电感电流信号IL下降到期望的最低值时节点SW上的电压。

电压比较器513具有第一输入端和第二输入端，其第一输入端接收第n个参考电压信号VRn，第二输入端接收第n个节点电压信号VSWn，其中，第n个节点电压信号VSWn代表在第n个周期内续流开关管102/202导通期间，开关节点SW上的电压信号。电压比较器513将第n个参考电压信号VRn和第n个节点电压信号VSWn的值比较，产生谷底信号Valley。在一个实施例中，谷底信号Valley为一个逻辑高低电平信号，当第n个节点电压信号VSWn的值大于第n个参考电压信号VRn时，谷底信号Valley为逻辑低状态；当第n个节点电压信号VSWn的值降低到第n个参考电压信号VRn时，谷底信号Valley为逻辑高状态。在一个实施例中，当谷底信号Valley为逻辑高状态时，主开关管101/201导通。

需要说明的是，本领域一般技术人员可以理解，功率开关管具有最小导通时间和最小关断时间，因此，在第一控制信号CTRL1的上升沿采样时，主开关管101/201并未导通。在第二控制信号CTRL2的下降沿采样时，续流开关管102/202也并未被关断。因此，在第一控制信号CTRL1的上升沿采样或在第二控制信号CTRL2的下降沿采样时，主开关管101/201并未导通，此时采样的最小节点电压信号VSWn-1_min即为电感电流信号IL下降到最低值时的节点电压信号VSW的值。

在图6所示实施例中，逻辑电路53被示意为一个RS触发器，具有置位端S、复位端R、第一输出端Q1和第二输出端Q2。RS触发器的置位端S接收谷底信号Valley，RS触发器的复位端R接收导通时间信号Ton，RS触发器对谷底信号Valley和导通时间信号Ton进行逻辑运算后在第一输出端Q1输出第一控制信号CTRL1，在第二输出端Q2输出第二控制信号CTRL2。

图7所示为根据本发明一个实施例的图1和图2中所示的导通时间产生电路52的原理图。如图7所示，导通时间产生电路52包括：受控电流产生电路21，受控电压产生电路22、复位开关23、电压比较器24、充放电电容25和节点26。受控电流产生电路21接收第一电压信号V1，并在节点26产生受控电流信号ICH。充放电电容25耦接在节点26和逻辑地之间。受控电流产生电路21和充放电电容25串联连接在第一电压信号V1和逻辑地之间，其中受控电流产生电路21用于产生充电电流ICH。复位开关25具有第一端、第二端和控制端，其中，复位开关23的第一端、第二端电连接在节点26和逻辑地之间。受控电压产生电路22接收第二电压信号V2，并根据第二电压信号V2产生受控电压信号VD。充电比较器24，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26接收充放电电容25两端的电压信号，所述充电比较器24比较受控电压信号VD和节点26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23的控制端接收第二控制信号CTRL2。当第二控制信号CTRL2控制复位开关23导通时，充放电电容25通过复位开关23放电；当第二控制信号CTRL2控制复位开关23关断后，受控电流信号ICH对充放电电容25充电，节点26的电压增大；当节点26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，第二控制信号CTRL2的逻辑状态也改变，复位开关23再次导通，充放电电容25通过复位开关23放电。依次循环。

第一电压信号V1和第二电压信号V2跟开关变换器的拓扑结构选择相关。当开关变压器采用降压BUCK拓扑时，导通时间信号Ton与输出电压信号VOUT成正比、且与输入电压信号VIN成反比。在一个实施例中，第一电压信号V1包括输入电压信号VIN，受控电流信号ICH与输入电压信号VIN成正比；第二电压信号V2包括输出电压信号VOUT，受控电压信号VD与输出电压信号VOUT成正比。

当开关变换器采用升压BOOST拓扑时，导通时间信号Ton与输出电压信号VOUT和输入电压信号VIN之差(VOUT-VIN)成正比、且与输出电压信号VOUT成反比。在一个实施例中，第一电压信号V1包括输出电压信号VOUT，充电电流ICH与输出电压信号VOUT成正比；第二电压信号V2包括输入电压信号VIN和输出电压信号VOUT，受控电压信号VD与输出电压信号VOUT和输入电压信号VIN之差(VOUT-VIN)成正比。

图8所示为根据本发明一实施的一种用于开关变换器的谷底电流控制方法800的流程示意图。控制方法800可用于前图1和图2所示实施例的开关变换器中。控制方法800包括步骤801-806。

步骤801，在主开关管导通前，采样开关节点SW处节点电压信号的最小值，产生最小节点电压信号。例如，如图3-6所示实施例中的第n-1个最小节点电压信号VSWn-1_min。

步骤802，在主开关管导通后，采样流过主开关管电流的最大值，产生电流峰值采样信号。例如，如图3-6所示实施例中的第n个电流峰值采样信号VCSn_max。

步骤803，将电流峰值采样信号和电流峰值参考信号比较，产生电流误差信号。例如，如图3-6所示实施例中的第n个误差信号VEAn。

步骤804，将电流误差信号和最小节点电压信号相加产生参考电压信号。例如，如图3-6所示实施例中的第n个参考电压信号VRn。

步骤805，当主开关管关断后，判断节点电压信号是否小于参考电压信号。如果节点电压信号小于参考电压信号，转至步骤806。如果节点电压信号大于参考电压信号，继续步骤805。

步骤806，导通主开关管。

图9所示为根据本发明又一实施的一种用于开关变换器的谷底电流控制方法900的流程示意图。控制方法800可用于前图1和图2所示实施例的开关变换器中。控制方法800包括步骤901-908。

步骤901，采样开关节点电压，产生节点电压信号。

步骤902，在第一控制信号的上升沿时刻，将节点电压信号的值存储，产生最小节点电压信号。其中，第一控制信号为逻辑高低电平信号用于控制主开关管的导通和关断，当第一控制信号为逻辑高时，主开关管导通；当第一控制信号为逻辑低时，主开关管关断。

步骤903，采样流过主开关管的电流信息，产生电流采样信号。

步骤904，在第一控制信号的下降沿时刻，将电流采样信号的值存储，产生电流峰值采样信号。

步骤905，将电流峰值采样信号和电流峰值参考信号比较，产生电流误差信号。例如，如图3-6所示实施例中的第n个误差信号VEAn。

步骤906，将电流误差信号和最小节点电压信号相加产生参考电压信号。例如，如图3-6所示实施例中的第n个参考电压信号VRn。

步骤907，当主开关管关断后，判断节点电压信号是否小于参考电压信号。如果节点电压信号小于参考电压信号，转至步骤908。如果节点电压信号大于参考电压信号，继续步骤907。

步骤908，导通主开关管。

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 (8)

1.一种用于开关变换器的准谷底控制电路，该开关变换器包括主开关管、续流开关管和电感，当主开关管导通时，流过电感的电感电流上升，当主开关管关断时，电感电流下降，所述控制电路包括：

误差信号产生电路，接收电流采样信号，并将电流采样信号在每个周期的峰值分别和电流峰值参考信号比较，产生多个误差信号，其中，电流采样信号代表流过主开关管的电流，每个误差信号代表电流采样信号在对应周期的峰值和电流峰值参考信号之间的误差；

加法电路，接收多个误差信号和节点电压信号，并将每个误差信号和与每个误差信号对应的上一周期内续流开关管导通期间的节点电压信号的最小值相加，产生多个参考电压信号，其中，节点电压信号代表主开关管和续流开关管公共节点上的电压信号，每个参考电压信号和每个误差信号一一对应；

电压比较电路，接收多个参考电压信号和节点电压信号，并将每个参考电压信号分别和节点电压信号一一比较，产生谷底信号，其中，当节点电压信号小于等于其中一个参考电压信号时，谷底信号用于在所述参考电压信号对应周期内导通主开关管；以及

导通时间产生电路，产生导通时间信号，用于控制主开关管的关断时刻。

2.一种用于开关变换器的准谷底控制电路，该开关变换器包括主开关管、续流开关管和电感，当主开关管导通时，流过电感的电感电流上升，当主开关管关断时，电感电流下降，所述控制电路包括：

第一采样保持电路，接收电流采样信号，并对每个周期内的电流采样信号的峰值进行采样并保持，产生n个电流峰值采样信号，其中n为大于等于2的整数，电流采样信号代表流过主开关管的电流；

第二采样保持电路，接收节点电压信号，并在每个周期内续流开关管导通期间，对节点电压信号的最小值进行采样并保持，产生n个最小节点电压信号，其中，节点电压信号代表主开关管和续流开关管公共节点上的电压信号；

误差放大器，接收n个电流峰值采样信号和电流峰值参考信号，并将n个电流峰值采样信号分别与电流峰值参考信号一一比较，产生n个误差信号，其中，每个误差信号分别代表对应的电流峰值采样信号和电流峰值参考信号的差值；

加法器，接收n个误差信号和n个最小节点电压信号，并分别将第n个误差信号和第n-1个最小节点电压信号相加产生第n个参考电压信号；

电压比较器，接收节点电压信号和第n个参考电压信号，并在续流开关管导通期间，将节点电压信号和第n个参考电压信号比较，产生第n个谷底信号，其中，当节点电压信号小于等于第n个参考电压信号时，第n个谷底信号用于在第n个周期内导通主开关管；以及

导通时间产生电路，产生导通时间信号，用于控制主开关管的关断时刻。

3.如权利要求2所述的控制电路，其中，所述第一采样保持电路包括：

第一脉冲触发器，接收第一控制信号，并在第一控制信号的下降沿时刻产生第一脉冲信号，其中，第一控制信号为逻辑高时，主开关管导通，第一控制信号为逻辑低时，主开关管关断；

采样开关，具有第一端、第二端和控制端，其第一端接收电流采样信号，第二端输出n个电流峰值采样信号，控制端接收第一脉冲信号；以及

保持电容，耦接在采样开关第二端和参考地之间。

4.如权利要求2所述的控制电路，其中，所述第二采样保持电路包括：

第二脉冲触发器，接收第一控制信号，并在第一控制信号的上升沿时刻产生第二脉冲信号，其中，第一控制信号为逻辑高时，主开关管导通，第一控制信号为逻辑低时，主开关管关断；

采样开关，具有第一端、第二端和控制端，其第一端接收节点电压信号，第二端输出n个最小节点电压信号，控制端接收第二脉冲信号；以及

保持电容，耦接在采样开关第二端和参考地之间。

5.如权利要求1或2所述的控制电路，还包括：

逻辑电路，接收谷底信号和导通时间信号，并根据谷底信号和导通时间信号产生第一控制信号用于控制主开关管的导通和关断。

6.一种采用谷底电流控制的开关变换器，该开关变换器包括主开关管、续流开关管、电感和如权利要求1~4其中之一的控制电路。

7.一种用于开关变换器的谷底电流控制方法，该开关变换器包括主开关管、续流开关管和电感，当主开关管导通时，流过电感的电感电流上升，当主开关管关断时，电感电流下降，所述控制方法包括：

在主开关管导通前，采样主开关管和续流开关管公共节点上的节点电压信号的最小值，产生最小节点电压信号；

在主开关管导通后，采样流过主开关管电流的最大值，产生电流峰值采样信号；

将电流峰值采样信号和电流峰值参考信号比较，产生电流误差信号；

将电流误差信号和最小节点电压信号相加产生参考电压信号；以及

当主开关管关断后，判断节点电压信号是否小于等于参考电压信号，其中，当节点电压信号小于等于参考电压信号时，导通主开关管。

8.一种用于开关变换器的谷底电流控制方法，该开关变换器包括主开关管、续流开关管和电感，当主开关管导通时，流过电感的电感电流上升，当主开关管关断时，电感电流下降，所述控制方法包括：

采样主开关管和续流开关管公共节点上的电压，产生节点电压信号；

在第一控制信号的上升沿时刻，将节点电压信号的值存储，产生最小节点电压信号，其中，当第一控制信号为逻辑高时，主开关管导通，当第一控制信号为逻辑低时，主开关管关断；

采样流过主开关管的电流信息，产生电流采样信号；

在第一控制信号的下降沿时刻，将电流采样信号的值存储，产生电流峰值采样信号；

将电流峰值采样信号和电流峰值参考信号比较，产生电流误差信号；

将电流误差信号和最小节点电压信号相加产生参考电压信号；以及

当主开关管关断后，判断节点电压信号是否小于等于参考电压信号，其中，当节点电压信号小于等于参考电压信号时，导通主开关管。

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