CN114337276B - 一种用于dc-dc转换器的轻载模式维持电路及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于模拟集成电路技术领域，具体的说是涉及一种用于DC‑DC转换器的轻载模式维持电路及其控制方法。利用内部电路对系统状态进行检测并输出flag信号，当检测到系统处于轻载下且输入输出电压接近的时候，电路产生一flag信号对于系统进行相应的控制，增大系统内部的迟滞量来调节系统的占空比，使得电路的on time时间增长，使得轻载模式能够得到更好的维持。
Description
技术领域
本发明属于模拟集成电路技术领域，具体的说是涉及一种用于DC-DC转换器的轻载模式维持电路及其控制方法。
背景技术
轻载模式下的工作状态一直是目前各个厂商高校研究的，因为在轻载模式下，对于目前流行的电流控制系统来说，电流环较难在轻载模式下获得电感电流的信息，从而较难对系统进行有效的控制。一般电路可能会在系统中加入假负载，即当电路检测到系统处于轻载模式下的时候，系统内部便产生一个相应的flag信号，从而打开内部设定的一个电流源。使得系统避开极轻载模式，但是这样的方式会损耗电流，产生不必要的电流消耗，特别是对于低功耗应用来说，假负载更是难以接受的一种解决方式。同时，传统产生相应进入轻载模式flag信号的方式是通过内部的迟滞比较器，当电路开始接近轻载模式下的时候，特别是当输入与输出接近的时候，此时电路的占空比开始逐渐增大，当增大到内部设定的阈值后，迟滞比较器输出一个高电平信号，系统内部将此时电路的状态通过逻辑锁存，迫使电路工作在当前状态下，以这种硬性方式维持系统轻载模式，但是带来的后果也比较明显，首先对于迟滞比较器，其迟滞量的选择受限于系统的效率，转换速度，同时极大的受到PVT(Process Voltage Temperature)的影响，同时内部逻辑所存所需的电路复杂，也较难实现。
发明内容
本发明针对传统电路设计复杂，无法高效维持电路轻载模式的问题，提出了一种用于DC-DC转换器的轻载模式维持电路及其控制方法。
本发明的技术方案是：
一种用于DC-DC转换器的轻载模式维持电路，包括误差放大器、偏置电压源、电阻、迟滞比较器、比较器迟滞量控制单元、驱动控制单元、D触发器；其中，误差放大器的同相输入端接反馈电压，其反相输入端接基准电压，其输出端接迟滞比较器的反相输入端、同时还通过电阻后接迟滞比较器的同相输入端；偏置电压源的正端接电阻与迟滞比较器同相输入端的连接点，偏置电压源的负端接地；迟滞比较器的输出端接驱动控制单元；D触发器的D输入端接DC-DC转换器的功率管输出信号，D触发器的时钟信号输入端接DC-DC转换器的功率上管驱动信号，D触发器的Q输出端接比较器迟滞量控制单元的输入端，比较器迟滞量控制单元的输出端接迟滞比较器的控制端；所述比较器迟滞量控制单元用于在检测到D触发器的输出信号时，调节迟滞比较器的迟滞量，进而对占空比进行控制，使电路内部设的时间延长，从而维持轻载模式；所述驱动控制单元用于产生并输出逻辑控制信号。
进一步的，所述反馈电压为输出电压经过外部电阻网络分压后的电压。
进一步的，所述基准电压为内部参考电压，由内部基准电路产生。
进一步的，所述电阻为内部偏置电阻，误差放大器产生的电流在电阻上产生压降用于迟滞比较器输入端进行后续迟滞比较。
一种用于DC-DC转换器的轻载模式维持电路的控制方法，所述DC-DC转换器包括功率上管、功率从下管和电感；功率上管的源极接电源，其漏极接功率下管的漏极，功率下管的源极接地；功率上管和功率下管的连接点接电感的一端，电感的另一端为DC-DC转换器的输出端；将功率上管、功率下管和电感的连接点定义为SW，功率上管的驱动信号定义为P1，所述控制方法包括：
当功率上管导通是，P1为高，此时SW为高，D触发器输出置位低电平，比较器迟滞量控制单元不触发；当发生电流反灌的时候，SW先于P1变为高电平，则在P1为高电平的瞬间，D触发器的输出状态被置为1，然后激活比较器迟滞量控制单元，从而控制迟滞比较器使得此时电路内部设定的on time时间变长，关断功率下管使电感电流不出现反向，从而维持轻载模式
本发明的有益效果是：利用内部电路对系统状态进行检测并输出flag信号，当检测到系统处于轻载下且输入输出电压接近的时候，电路产生一flag信号对于系统进行相应的控制，增大系统内部的迟滞量来调节系统的占空比，使得电路的on time时间增长，使得轻载模式能够得到更好的维持。
附图说明
图1为本发明电路的逻辑结构示意图。
图2为BUCK简易的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细的描述。
本发明的核心思想是利用利用sw和P1之间的逻辑关系进行判断此时电路内部的状态，主要原理即数字逻辑电路的速度要远高于电路中的模拟电路，利用该特性对内部模拟量进行一定的监测，并获得相应的结果。
如图1所示，包括误差放大器、偏置电压源、电阻、迟滞比较器、比较器迟滞量控制单元、驱动控制单元、D触发器；其中，误差放大器的同相输入端接反馈电压，其反相输入端接基准电压，其输出端接迟滞比较器的反相输入端、同时还通过电阻后接迟滞比较器的同相输入端；偏置电压源的正端接电阻与迟滞比较器同相输入端的连接点，偏置电压源的负端接地；迟滞比较器的输出端接驱动控制单元；D触发器的D输入端接DC-DC转换器的功率管输出信号，D触发器的时钟信号输入端接DC-DC转换器的功率上管驱动信号，D触发器的Q输出端接比较器迟滞量控制单元的输入端，比较器迟滞量控制单元的输出端接迟滞比较器的控制端；所述比较器迟滞量控制单元用于在检测到D触发器的输出信号时，调节迟滞比较器的迟滞量，进而对占空比进行控制，使电路内部设的时间延长，从而维持轻载模式；所述驱动控制单元用于产生并输出逻辑控制信号。
如图2所示，其中SW为外部pin，其直接连接外部电感，P1为内部逻辑信号，其控制上管开断信号，当其为高电平的时候上管导通
整体电路由ea放大器、sum比较器、D触发器组成。
基本工作原理为，当电路处于轻载模式下，同时当输入输出电压接近，即占空比为大duty的情况时，当正常工作的时候，分析电路的基本状态为，当上管导通，flag信号P1为高后，根据电流流动的方向，此时sw才变为高，此时触发器的输出置为低电平，对外没有flag信号控制，当发生电流反灌的时候，sw先于P1为高电平，则在P1为高电平的瞬间，D触发器的输出状态被置为1，然后通过迟滞控制，使得此时电路内部设定的on time时间变长，关断下管使电感电流不出现反向，更平滑的维持轻载模式，该触发器每周期都对电路状态进行相应的检测，确保电路运转良好。
Claims (5)
1.一种用于DC-DC转换器的轻载模式维持电路，其特征在于，包括误差放大器、偏置电压源、电阻、迟滞比较器、比较器迟滞量控制单元、驱动控制单元、D触发器；其中，误差放大器的同相输入端接反馈电压，其反相输入端接基准电压，其输出端接迟滞比较器的反相输入端、同时还通过电阻后接迟滞比较器的同相输入端；偏置电压源的正端接电阻与迟滞比较器同相输入端的连接点，偏置电压源的负端接地；迟滞比较器的输出端接驱动控制单元；D触发器的D输入端接DC-DC转换器的功率管输出信号，D触发器的时钟信号输入端接DC-DC转换器的功率上管驱动信号，D触发器的Q输出端接比较器迟滞量控制单元的输入端，比较器迟滞量控制单元的输出端接迟滞比较器的控制端；所述比较器迟滞量控制单元用于在检测到D触发器的输出信号时，调节迟滞比较器的迟滞量，进而对占空比进行控制，使电路内部的on time时间延长，从而维持轻载模式；所述驱动控制单元用于产生并输出逻辑控制信号。
2.根据权利要求1所述的一种用于DC-DC转换器的轻载模式维持电路，其特征在于，所述反馈电压为输出电压经过外部电阻网络分压后的电压。
3.根据权利要求1所述的一种用于DC-DC转换器的轻载模式维持电路，其特征在于，所述基准电压为内部参考电压，由内部基准电路产生。
4.根据权利要求1所述的一种用于DC-DC转换器的轻载模式维持电路，其特征在于，所述电阻为内部偏置电阻，误差放大器产生的电流在电阻上产生压降用于迟滞比较器输入端进行后续迟滞比较。
5.用于如权利要求1～4任意一项所述的一种用于DC-DC转换器的轻载模式维持电路的控制方法，所述DC-DC转换器包括功率上管、功率下管和电感；功率上管的源极接电源，其漏极接功率下管的漏极，功率下管的源极接地；功率上管和功率下管的连接点接电感的一端，电感的另一端为DC-DC转换器的输出端；将功率上管、功率下管和电感的连接点定义为SW，功率上管的驱动信号定义为P1，其特征在于，所述控制方法包括：
当功率上管导通时，P1为高，此时SW为高，D触发器输出置位低电平，比较器迟滞量控制单元不触发；当发生电流反灌的时候，SW先于P1变为高电平，则在P1为高电平的瞬间，D触发器的输出状态被置为1，然后激活比较器迟滞量控制单元，从而控制迟滞比较器使得此时电路内部设定的on time时间变长，关断功率下管使电感电流不出现反向，从而维持轻载模式。
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