CN114499130A - 自适应恒定导通时间降压直流转换器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自适应恒定导通时间降压直流转换器，包括：依次连接的同步管和整流管；数字逻辑控制模块；导通时间控制模块，用于向数字逻辑控制模块输出关断同步管的关断信号；电流镜单元的第一输出支路连接至可变电阻单元的第一端，可变电阻单元的第二端接地；电流镜单元用于改变高电位端的对地电压；可变电阻单元的控制端用于接收控制电压，以在控制电压的控制下改变等效电阻；当对地电压升至输出电压时，比较器的输出端向数字逻辑控制模块输出关断信号，以使同步管关断，从而控制导通时间的长短。使得在直流转换器在从一个负载状态切换到另一个负载状态时，可以逐渐地进行切换。

Description

自适应恒定导通时间降压直流转换器
技术领域
本发明涉及直流转换器技术领域，具体涉及一种自适应恒定导通时间降压直流转换器。
背景技术
ACOT BUCK DCDC（自适应恒定导通时间降压直流转换器）作为一种具有快速瞬态响应的降压型稳压直流转换器，应用到各个需要快速瞬态响应的电源供电系统中，在这些电源供电系统中往往还需要DCDC所提供的电源具有较小的输出电压纹波，以利于下级应用的稳定：例如给蓝牙模块供电电源，尤其是在低功耗状态下也能建立蓝牙连接的这类产品，通常追求供电电源纹波比较小。如果存在纹波，会对射频信号带来干扰。
对于ACOT BUCK DCDC，为了抑制不同负载条件下的输出电压纹波，现有技术中，通常通过电路参数的设置来为DCDC配置两种工作模式，依据输出负载的大小，同步管分时工作在两种不同导通时间的模式，例如当DCDC输出重载时，同步管工作在较长导通时间的模式；当DCDC输出轻载时，同步管工作在较短导通时间的模式。由此，实现了针对不同的工作模式，配置不同的电路参数来抑制纹波。
然而，直流转换器在两种负载状态之间来回切换时，出现了难以消除的输出振荡，导致无法为下级应用（例如为蓝牙模块提供电源）提供稳定的输出电压，尤其是当下级应用对电源稳定性较高时，如果接收的输出电压振荡较大，会对射频信号带来干扰，甚至会导致下级应用被损坏。
因此，对于自适应恒定导通时间降压直流转换器，在两种负载状态之间进行切换时如何消除输出振荡成为亟待解决的技术问题。
发明内容
基于上述现状，本发明的主要目的在于提供一种自适应恒定导通时间降压直流转换器，以在两种负载状态之间进行切换时消除输出振荡。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种自适应恒定导通时间降压直流转换器，包括：
依次连接的同步管和整流管，同步管和整流管的连接点经LRC电路后得到输出电压；
数字逻辑控制模块，分别控制同步管和整流管的导通状态，以基于输入电压产生输出电压；
导通时间控制模块，连接至数字逻辑控制模块，导通时间控制模块用于向数字逻辑控制模块输出关断同步管的关断信号，以控制同步管的导通时间的长短；
导通时间控制模块包括：计时单元、比较器、可变电阻单元和电流镜单元，其中：
电流镜单元的第一输出支路连接至可变电阻单元的第一端，可变电阻单元的第二端接地；电流镜单元的第二输出支路连接至计时单元的高电位端；电流镜单元用于基于输入电压产生计时电流，并通过第二输出支路传输给计时单元，以改变高电位端的对地电压；其中，可变电阻单元的第一端和第二端之间的等效电阻越小，计时电流越大，对地电压的改变速度越快；
比较器的第一输入端连接至高电位端，用于接收对地电压；比较器的第二输入端用于接收输出电压；
可变电阻单元的控制端用于接收控制电压，以在控制电压的控制下改变等效电阻；
当对地电压升至输出电压时，比较器的输出端向数字逻辑控制模块输出关断信号，以使同步管关断，从而控制导通时间的长短。
可选地，可变电阻单元包括：
晶体管，晶体管的控制极为可变电阻单元的控制端；晶体管的第一极连接至可变电阻单元的第一端，晶体管的第二极连接至可变电阻单元的第二端；
晶体管在控制电压的控制下工作在可变电阻区，以使可变电阻单元的第一端和第二端之间的等效电阻阻值以小于预设变化量的步长朝向第一阻值变化，或者朝向第二阻值变化。
可选地，可变电阻单元还包括：第一等效电阻和第二等效电阻，
第一等效电阻的一端为可变电阻单元的第一端，第一等效电阻的另一端为可变电阻单元的第二端；
第二等效电阻的一端连接至晶体管的第二极；
晶体管的第一极连接至第一等效电阻的一端，第二等效电阻的另一端接地。
可选地，计时单元包括：
计时电容，计时电容的一端为计时单元的高电位端，计时电容的另一端接地；
计时电流流入计时电容，以使计时单元的高电位端产生对地电压。
可选地，计时单元还包括：
释放晶体管，释放晶体管的第一极和第二极分别连接至计时电容的一端和另一端；
释放晶体管在同步管导通期间响应控制信号断开释放晶体管的第一极和第二极，以使计时电流流入计时电容；
释放晶体管在同步管关断期间导通释放晶体管的第一极和第二极，以使计时电容对地放电。
可选地，还包括：N型晶体管；
N型晶体管的第一极连接在电流镜单元的第一输出支路，N型晶体管的第二极连接在可变电阻单元的第一端；N型晶体管的控制极用于接收开关信号导通或断开电流镜的第一输出支路和可变电阻单元的第一端的连接。
可选地，还包括：
运放单元，运放单元的第一输入端用于接收预设的电压，运放单元的第二输入端连接至可变电阻单元的第一端，用于接收可变电阻单元的第一端的对地电压；运放单元的输出端连接至N型晶体管的控制极，用于向N型晶体管提供开关信号。
可选地，还包括：第一分压电阻和第二分压电阻；
第一分压电阻的一端用于接收输入电压；
第一分压电阻的另一端连接至第二分压电阻的一端；
第二分压电阻的另一端接地；
第一分压电阻和第二分压电阻的连接端连接至运放单元的第一输入端，用于提供预设的电压。
可选地，电流镜单元包括：第一P型晶体管和第二P型晶体管，其中：
第一P型晶体管的第一极和第二P型晶体管的第一极连接作为流镜的输入端，用于接收输入电压；
第一P型晶体管的控制极和第二P型晶体管的控制极相连；
第一P型晶体管的控制极连接至第一P型晶体管的第一极作为第一输出支路；
第二P型晶体管的第二极作为第二输出支路。
可选地，还包括：
环路控制模块，其输出端连接至数字逻辑控制模块，环路控制模块的输入端用于接收输出电压的反馈信号；
环路控制模块用于基于反馈信号向数字逻辑控制模块输出开关频率控制信号，以使数字逻辑控制模块根据开关频率控制信号控制同步管和整流管的导通关断状态，以稳定输出输出电压。
【有益效果】
依据本发明实施例公开的一种自适应恒定导通时间降压直流转换器，电流镜单元的第一输出支路连接至可变电阻单元的第一端，电流镜单元的第二输出支路连接至计时单元的高电位端；电流镜单元用于基于输入电压产生计时电流，并传输给计时单元，以改变高电位端的对地电压；比较器的第一输入端连接至高电位端，用于接收对地电压；比较器的第二输入端用于接收输出电压；当对地电压升至输出电压时，比较器的输出端向数字逻辑控制模块输出关断信号，以使同步管保持关断状态，以控制导通时间的长短。由于可变电阻单元的等效电阻阻值与控制电压相关，因此，只需要提供逐渐变化的控制电压，即可使得可变电阻单元的等效电阻阻值从第一阻值逐渐变化到第二阻值，或者，从第二阻值逐渐变化到第一阻值；继而，使得计时电流跟随等效电阻的逐渐变化而逐渐变化，也就是，计时单元高电位端的对地电压上升的斜率也会逐渐变化，从而同步管的导通时间会逐渐变长或逐渐变短，使得在直流转换器在从一个负载状态切换到另一个负载状态时，可以逐渐地进行切换，减小了状态切换所引起的振荡。
本发明的其他有益效果，将在具体实施方式中通过具体技术特征和技术方案的介绍来阐述，本领域技术人员通过这些技术特征和技术方案的介绍，应能理解所述技术特征和技术方案带来的有益技术效果。
附图说明
以下将参照附图对本发明实施例进行描述。图中：
图1为一种ACOT BUCK DCDC电路结构原理示意图；
图2为一种导通时间控制电路结构原理示意图；
图3为本实施例公开的一种自适应恒定导通时间降压直流转换器电路原理示意图。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，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，为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件并没有详细叙述。
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。
除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
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。
本申请中，如果没有特别明确晶体管的第一极（或第二极）为源极（或漏极）时，第一极、第二极与源极、漏极的对应关系可以互换。
请参考图1，为一种ACOT BUCK DCDC电路结构原理示意图，图1中的导通时间控制部分即要实现周期固定的作用，导通时间控制部分的工作原理，即产生一个与输出电压VOUT与输入电压VIN相关的同步管导通时间。同步管MP1的导通时间ton主要由输入电压VIN，以及设定的输出电压VOUT来计算，根据占空比的关系，可以确定固定的周期：
ton=VOUT/VIN*T
其中，VOUT为设定输出电压；VIN为输入电压，T为设定周期。
需要说明的是，接下来，重点描述图1中同步管MP1的导通时间控制部分，图1中其余未展开描述的附图标记，在此不再赘述，具体可以自行查阅相关的资料来确定各个器件模块的作用，例如纹波补偿模块、跨导放大器EA及其参考电压Vref、环路补偿电容Cea1及Cea、反馈信号FB等等；同步管MP1的输出电压也可以经由LRC电路之后输出，反馈信号FB也可以通过分压电阻R1、R2分压得到。
请参考图2，为一种导通时间控制电路结构原理示意图，主要包括运放OP、比较器、N型晶体管N1、N型晶体管N2及其控制信号hson_n、P型晶体管P1和P2、分压电阻R1和R2（与图1的分压电阻为不同的器件）、电阻R0、电容C1等，具体连接关系见图2所示，在此不再赘述。图2所示的导通时间控制电路工作原理如下：
P型晶体管P1和P2构成电流镜，同步管导通时，N型晶体管N2的控制信号hson_n为低电平，产生一个与输入电压VIN相关的充电电流I1对电容C1充电，当电容C1的电压V1等于Vout时，产生关断信号ton_rst，关断同步管，即产生了同步管的导通时间ton，如下公式：
Figure 315319DEST_PATH_IMAGE001
可见，调节VIN分压比例，R1与R2的比值，R0的值，P1的宽长比（w1/l1）与MP2的宽长比（w2/l2）的比值，即可以得到需要的固定周期T。
在周期固定，以及外部元器件固定（输出电容C，输出电感L）的情况下，由于现在采用的电容均为陶瓷贴片电容，ESR很小，基本忽略，在连续模式下其输出纹波为：
Figure 701301DEST_PATH_IMAGE002
其中，Ipeak为峰-峰值电流，T为周期，C为输出电容，L为输出电感，ton为同步管的导通时间。
可见，在输入电压、输出电压确定时，连续模式的输出纹波固定，所以在应用条件固定的条件下，即外部元器件、周期确定时，连续模式的输出纹波固定，与输出负载无关。
当输出负载比较小的时候，DCDC进入非连续模式，此时DCDC的开关周期为：
Figure 74514DEST_PATH_IMAGE003
其中T非为非连续模式下的周期，Io为输出负载电流
此时的输出纹波为
Figure 735302DEST_PATH_IMAGE004
其中，Io为输出负载电流。
由上式可知，在输入电压、输出电压确定时，在应用条件固定的条件下，即外部元器件(电容C 与电感L)固定的条件下，在非连续模式下，DCDC的周期已经不再固定，所以轻载下的纹波主要决定于同步管的开启时间ton与负载电流Io，当负载电流越来越小的情况，开关周期将越来越大，纹波会越来越大，减小非连续模式下纹波的方法，需要减小同步管的导通时间ton。
在切换时纹波变化较大，且DCDC的开关频率也变化很大，在不同的负载时，将导致DCDC在不同负载之间来回切换引起振荡。
为了控制同步管的导通时间状态切换，以减小状态切换所导致的开关频率变化，本发明实施例公开了一种自适应恒定导通时间降压直流转换器，请参考图3，为本实施例公开的一种自适应恒定导通时间降压直流转换器电路原理示意图，该自适应恒定导通时间降压直流转换器包括：同步管MP1、整流管MN1、数字逻辑控制模块100和导通时间控制模块200，其中：
同步管MP1和整流管MN1依次连接，同步管MP1和整流管MN1的连接点经LRC电路后得到输出电压VOUT；数字逻辑控制模块100分别控制同步管MP1和整流管MN1的导通状态，以基于输入电压VIN产生输出电压VOUT。导通时间控制模块200连接至数字逻辑控制模块100，导通时间控制模块200用于向数字逻辑控制模块100输出关断同步管MP1的关断信号ton_rst，以控制同步管MP1的导通时间ton的长短。具体地，这些模块的大致功能及实现方式请参见上文描述，在此不再赘述。本实施例中，导通时间控制模块200逐渐改变等效电阻的大小，并产生与等效电阻大小关联的同步管MP1的导通关断控制信号。
请参考图3，本实施例中，导通时间控制模块200包括：计时单元1、比较器2、可变电阻单元3和电流镜单元4，其中：
电流镜单元4的第一输出支路连接至可变电阻单元3的第一端K1，可变电阻单元3的第二端K2接地；电流镜单元4的第二输出支路连接至计时单元1的高电位端Q；电流镜单元4用于基于输入电压VIN产生计时电流I1，并通过第二输出支路传输给计时单元1，以改变高电位端Q的对地电压V1。
在具体实施例中，电流镜单元4包括：第一P型晶体管P1和第二P型晶体管P2，其中：第一P型晶体管P1的第一极和第二P型晶体管P2的第一极连接作为流镜的输入端，用于接收输入电压VIN；第一P型晶体管P1的控制极和第二P型晶体管P2的控制极相连；第一P型晶体管P1的控制极连接至第一P型晶体管P1的第二极作为第一输出支路；第二P型晶体管P2的第二极作为第二输出支路。
本实施例中，可变电阻单元3的第一端K1和第二端K2之间的等效电阻越小，计时电流I1越大，对地电压V1的改变速度越快；具体地，可变电阻单元3的第一端K1和第二端K2之间的等效电阻越小，那么，电流镜单元4的第一输出支路流过可变电阻单元3的电流越大，而电流镜单元4的第二输出支路镜像了第一输出支路输出的电流，因此，第一输出支路输出的电流越大，则第二输出支路输出的计时电流I1也越大，也就是，可变电阻单元3的第一端K1和第二端K2之间的等效电阻越小，计时电流I1越大；计时电流I1越大，从而对地电压V1的改变速度越快。
比较器2的第一输入端连接至高电位端Q，用于接收对地电压V1；比较器2的第二输入端用于接收输出电压VOUT；比较器2的输出端连接至数字逻辑控制模块100，用于向数字逻辑控制模块100输出关断信号ton_rst。本实施例中，当比较器2的第一输入端输入的电压例如超过（等同实施例中也可以小于）第二输入端输入的电压时，比较器2的输出端输出关断信号ton_rst，关断同步管MP1，关断信号ton_rst可以是高电平，也可以是低电平，具体地以数字逻辑控制模块100的控制逻辑来确定；反之，当比较器2的第一输入端输入的电压例如小于（等同实施例中也可以大于）第二输入端输入的电压时，比较器2的输出端输出导通信号，以控制同步管MP1维持在导通状态，本实施例中，同步管MP1持续导通的时间为导通时间ton。
可变电阻单元3的控制端用于接收控制电压Vset，以在控制电压Vset的控制下改变等效电阻。本实施例中，控制电压Vset按小于预设步长进行改变，从而使得等效电阻逐渐改变。本实施例中，可以根据输出负载电流来确定控制电压Vset的增大或减小；控制电压Vset越小，从而可变电阻单元3的等效电阻越大（或越小）；控制电压Vset越大，从而可变电阻单元3的等效电阻越小（或越大）；依据上述公式1至公式4以及公式5-公式8可知，通过配置可变电阻单元3的等效电阻可以调整输出纹波。对于不同负载模式，可变电阻单元3应当采用不同的等效电阻来适配，以减小输出纹波。本实施例中，等效电阻的阻值在第一阻值和第二阻值之间可变，只需要提供逐渐变化的控制电压Vset，即可使得等效电阻的阻值逐渐变化，使得从第一阻值变化到第二阻值（或从第二阻值变化到第一阻值）需要经过若干次变化。
当对地电压V1升至输出电压VOUT时，比较器2的输出端向数字逻辑控制模块100输出关断信号ton_rst，以使同步管MP1关断，从而控制导通时间ton的长短。依据上述实施例可知，可变电阻单元3的第一端K1和第二端K2之间的等效电阻与控制电压Vset相关，而等效电阻越小，计时电流I1越大，从而对地电压V1的改变速度越快，继而同步管MP1的导通时间ton越短；反之，同步管MP1的导通时间ton越长。可见，通过上述各个单元的配合，可以使得同步管MP1的导通时间ton依据控制电压Vset逐渐调整；而等效电阻的阻值从第一阻值变化到第二阻值（或从第二阻值变化到第一阻值）需要经过若干次变化，因此，同步管MP1的导通时间ton从一种短的时间（或长的时间）变换到另一种长的时间（或短的时间）需要经过若干次变化，也就是，逐渐改变导通时间ton的持续时长，减小了导通时间ton的突变。
请参考图3，在具体实施例中，可变电阻单元3包括：晶体管M0，晶体管M0的控制极为可变电阻单元3的控制端；晶体管M0的第一极连接至可变电阻单元3的第一端K1，晶体管M0的第二极连接至可变电阻单元3的第二端K2；晶体管M0在控制电压Vset的控制下工作在可变电阻区，以使可变电阻单元3的第一端K1和第二端K2之间的等效电阻阻值以小于预设变化量的步长朝向第一阻值变化，或者朝向第二阻值变化。本实施例中，晶体管M0在在可变电阻区逐渐变化，从而使得晶体管M0从截止区到饱和区或从饱和区到截止区逐渐变化，也就是，晶体管M0的电阻从一种高阻（或低阻）到低阻（或高阻）逐渐变化。当然，预设变化量的步长是与控制电压Vset的步长相关的。在具体实施过程中，可以通过对预设时长的负载电流进行采集、计算，从而得到控制电压Vset的步长，由此，使得等效电阻阻值以小于预设变化量的步长进行变化。
请参考图3，在可选的实施例中，可变电阻单元3还包括：第一等效电阻R10和第二等效电阻R11，第一等效电阻R10的一端为可变电阻单元3的第一端K1，第一等效电阻R10的另一端为可变电阻单元3的第二端K2；第二等效电阻R11的一端连接至晶体管M0的第二极；晶体管M0的第一极连接至第一等效电阻R10的一端，第二等效电阻R11的另一端接地。本实施例中，变阻晶体管M0的控制极用于接收控制电压Vset，变阻晶体管M0处于放大区时逐渐变化，以逐渐改变变阻晶体管M0的电阻。由此可知，等效电阻R0的阻值为R0=（R11+Rx）//R10，其中，Rx为变阻晶体管M0在控制电压Vset下的阻值。根据公式1和公式2可知，当变阻晶体管M0的阻值Rx逐渐变化时，同步管MP1的导通时间ton、开关周期T也会逐渐变化。也就是，通过在电流镜单元4的第一输出支路上串联可变的等效电阻，由此影响电流镜单元4第二输出支路提供的计时电流I1，从而使导通时间的长短与等效电阻的大小相关。
请参考图3，在具体实施例中，计时单元1包括：计时电容C0，计时电容C0的一端为计时单元1的高电位端Q，计时电容C0的另一端接地；计时电流I1流入计时电容C0，以使计时单元1的高电位端Q产生对地电压V1。在具体实施过程中，第二输出支路连接至高电位端Q，从而使得计时电流I1可以通过高电位端Q流入计时电容C0，于是，计时单元1的高电位端Q产生对地电压V1。
为了便于对计时电容C0的计时控制，在可选的实施例中，计时单元1还包括：释放晶体管N2，释放晶体管N2的第一极和第二极分别连接至计时电容C0的一端和另一端；释放晶体管N2在同步管MP1导通期间响应控制信号hson_n断开释放晶体管N2的第一极和第二极，以使计时电流I1流入计时电容C0；释放晶体管N2在同步管MP1关断期间导通释放晶体管N2的第一极和第二极，以使计时电容C0对地放电。在具体实施例中，释放晶体管N2可以为N型晶体管，当同步管MP响应高电平导通期间，控制信号hson_n为低电平，反之，当同步管MP1响应低电平关断期间，控制信号hson_n为高电平。在其它实施例中，释放晶体管N2也可以是P型晶体管，此时，导通、断开信号与N型晶体管的导通、断开信号正好相反。
本实施例中，通过释放晶体管N2的断开控制，可以使得在电流镜单元4向计时电容C0提供充电电流I1期间，计时电容C0能够被顺利充电。
本实施例中，通过释放晶体管N2的导通、断开控制，可以同步直流转换器的开关周期，也就是，释放晶体管N2的导通、断开控制的一个周期，即为直流转换器的一个开关周期，从而无需单独设置计时周期。
请参考图3，为了便于电流镜单元4的第一输出支路与可变电阻单元3可通断地连接，在可选的实施例中，自适应恒定导通时间降压直流转换器还包括：N型晶体管N1，N型晶体管N1的第一极连接在电流镜单元的第一输出支路，N型晶体管N1的第二极连接在可变电阻单元3的第一端K1；N型晶体管N1的控制极用于接收开关信号导通或断开电流镜的第一输出支路和可变电阻单元3的第一端K1的连接。
本实施例中，通过N型晶体管N1实现了电流镜单元4的第一输出支路与可变电阻单元3可通断地连接。
请参考图3，为了便于实现可变电阻单元3自动接入工作，在可选的实施例中，自适应恒定导通时间降压直流转换器还包括：运放单元OP，运放单元OP的第一输入端用于接收预设的电压，运放单元OP的第二输入端连接至可变电阻单元3的第一端K1，用于接收可变电阻单元3的第一端K1的对地电压；运放单元OP的输出端连接至N型晶体管N1的控制极，用于向N型晶体管N1提供开关信号。
预设的电压可以通过分压电阻来实现，具体地，请参考图3，自适应恒定导通时间降压直流转换器还包括：第一分压电阻R01和第二分压电阻R02；第一分压电阻R01的一端用于接收输入电压VIN；第一分压电阻R01的另一端连接至第二分压电阻R02的一端；第二分压电阻R02的另一端接地；第一分压电阻R01和第二分压电阻R02的连接端连接至运放单元OP的第一输入端，用于提供预设的电压。
本实施例中，通过设置N型晶体管N1，当直流转换器有输入电压时，可以连通电流镜单元4的第一输出支路和可变电阻单元3，从而使得可变电阻单元3参与直流转换的工作；当直流转换器没有输入电压时，可以断开第一输出支路和可变电阻单元3，从而使得可变电阻单元3退出工作。由此实现了可变电阻单元3自动接入工作。
请参考图3，自适应恒定导通时间降压直流转换器还包括：环路控制模块300，其输出端连接至数字逻辑控制模块100，环路控制模块300的输入端用于接收输出电压VOUT的反馈信号FB；环路控制模块300用于基于反馈信号FB向数字逻辑控制模块100输出开关频率控制信号，以使数字逻辑控制模块100根据开关频率控制信号控制同步管MP1和整流管MN1的导通关断状态，以稳定输出输出电压VOUT。
在具体实施例中，环路控制模块300可以通过现有的稳定输出电压VOUT的功能模块来实现，作为示例，环路控制模块300可以包括例如纹波补偿单元、跨导放大器EA及其参考电压Vref、环路补偿电容Cea1及Cea、反馈信号FB等等；反馈信号FB也可以通过分压电阻R1、R2分压得到。在此不再赘述，具体可以自行查阅相关的资料来确定各个器件模块的实现方式。
本实施例还公开了一种自适应恒定导通时间降压直流转换芯片，包括：
上述实施例公开的自适应恒定导通时间降压直流转换器。
本实施例还公开了一种可穿戴蓝牙设备，可穿戴蓝牙设备可以是例如手表、手环、蓝牙耳机等，这些蓝牙设备在低功耗状态下也能建立蓝牙连接的这类产品，通常追求供电电源纹波比较小。可穿戴蓝牙设备包括：蓝牙模块；上述实施例公开的自适应恒定导通时间降压直流转换芯片，用于向所述蓝牙模块供电。
依据本发明实施例公开的一种自适应恒定导通时间降压直流转换器，电流镜单元的第一输出支路连接至可变电阻单元的第一端，电流镜单元的第二输出支路连接至计时单元的高电位端；电流镜单元用于基于输入电压产生计时电流，并传输给计时单元，以改变高电位端的对地电压；比较器的第一输入端连接至高电位端，用于接收对地电压；比较器的第二输入端用于接收输出电压；当对地电压升至输出电压时，比较器的输出端向数字逻辑控制模块输出关断信号，以使同步管保持关断状态，以控制导通时间的长短。由于可变电阻单元的等效电阻阻值与控制电压相关，因此，只需要提供逐渐变化的控制电压，即可使得可变电阻单元的等效电阻阻值从第一阻值逐渐变化到第二阻值，或者，从第二阻值逐渐变化到第一阻值；继而，使得计时电流跟随等效电阻的逐渐变化而逐渐变化，也就是，计时单元高电位端的对地电压上升的斜率也会逐渐变化，从而同步管的导通时间会逐渐变长或逐渐变短，使得在直流转换器在从一个负载状态切换到另一个负载状态时，可以逐渐地进行切换，减小了状态切换所引起的振荡。
本领域的技术人员能够理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。
应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本发明的权利要求范围内。

Claims (12)

1.一种自适应恒定导通时间降压直流转换器，其特征在于，包括：
依次连接的同步管（MP1）和整流管（MN1），所述同步管（MP1）和所述整流管（MN1）的连接点经LRC电路后得到输出电压（VOUT）；
数字逻辑控制模块（100），分别控制所述同步管（MP1）和所述整流管（MN1）的导通状态，以基于输入电压（VIN）产生所述输出电压（VOUT）；
导通时间控制模块（200），连接至所述数字逻辑控制模块（100），所述导通时间控制模块（200）用于向所述数字逻辑控制模块（100）输出关断所述同步管（MP1）的关断信号（ton_rst），以控制所述同步管（MP1）的导通时间（ton）的长短；
所述导通时间控制模块（200）包括：计时单元（1）、比较器（2）、可变电阻单元（3）和电流镜单元（4），其中：
所述电流镜单元（4）的第一输出支路连接至所述可变电阻单元（3）的第一端（K1），所述可变电阻单元（3）的第二端（K2）接地；所述电流镜单元（4）的第二输出支路连接至所述计时单元（1）的高电位端（Q）；所述电流镜单元（4）用于基于所述输入电压（VIN）产生计时电流（I1），并通过所述第二输出支路传输给所述计时单元（1），以改变所述高电位端（Q）的对地电压（V1）；其中，所述可变电阻单元（3）的第一端（K1）和第二端（K2）之间的等效电阻越小，所述计时电流（I1）越大，所述对地电压（V1）的改变速度越快；
所述比较器（2）的第一输入端连接至所述高电位端（Q），用于接收所述对地电压（V1）；所述比较器（2）的第二输入端用于接收所述输出电压（VOUT）；
所述可变电阻单元（3）的控制端用于接收控制电压（Vset），以在所述控制电压（Vset）的控制下改变所述等效电阻；
当所述对地电压（V1）升至所述输出电压（VOUT）时，所述比较器（2）的输出端向所述数字逻辑控制模块（100）输出关断信号（ton_rst），以使所述同步管（MP1）关断，从而控制所述导通时间（ton）的长短。
2.如权利要求1所述的自适应恒定导通时间降压直流转换器，其特征在于，所述可变电阻单元（3）包括：
晶体管（M0），所述晶体管（M0）的控制极为所述可变电阻单元（3）的控制端；所述晶体管（M0）的第一极连接至所述可变电阻单元（3）的第一端（K1），所述晶体管（M0）的第二极连接至所述可变电阻单元（3）的第二端（K2）；
所述晶体管（M0）在所述控制电压（Vset）的控制下工作在可变电阻区，以使所述可变电阻单元（3）的第一端（K1）和第二端（K2）之间的等效电阻阻值以小于预设变化量的步长朝向第一阻值变化，或者朝向第二阻值变化。
3.如权利要求2所述的自适应恒定导通时间降压直流转换器，其特征在于，所述可变电阻单元（3）还包括：第一等效电阻（R10）和第二等效电阻（R11），
所述第一等效电阻（R10）的一端为所述可变电阻单元（3）的第一端（K1），所述第一等效电阻（R10）的另一端为所述可变电阻单元（3）的第二端（K2）；
所述第二等效电阻（R11）的一端连接至所述晶体管（M0）的第二极；
所述晶体管（M0）的第一极连接至所述第一等效电阻（R10）的一端，所述第二等效电阻（R11）的另一端接地。
4.如权利要求1任意一项所述的自适应恒定导通时间降压直流转换器，其特征在于，所述计时单元（1）包括：
计时电容（C0），所述计时电容（C0）的一端为所述计时单元（1）的高电位端（Q），所述计时电容（C0）的另一端接地；
所述计时电流（I1）流入所述计时电容（C0），以使所述计时单元（1）的高电位端（Q）产生所述对地电压（V1）。
5.如权利要求4所述的自适应恒定导通时间降压直流转换器，其特征在于，所述计时单元（1）还包括：
释放晶体管（N2），所述释放晶体管（N2）的第一极和第二极分别连接至所述计时电容（C0）的一端和另一端；
所述释放晶体管（N2）在所述同步管（MP1）导通期间响应控制信号（hson_n）断开所述释放晶体管（N2）的第一极和第二极，以使所述计时电流（I1）流入所述计时电容（C0）；
所述释放晶体管（N2）在所述同步管（MP1）关断期间导通所述释放晶体管（N2）的第一极和第二极，以使所述计时电容（C0）对地放电。
6.如权利要求1任意一项所述的自适应恒定导通时间降压直流转换器，其特征在于，还包括：N型晶体管（N1）；
所述N型晶体管（N1）的第一极连接在所述电流镜单元的第一输出支路，所述N型晶体管（N1）的第二极连接在所述可变电阻单元（3）的第一端（K1）；所述N型晶体管（N1）的控制极用于接收开关信号导通或断开所述电流镜的第一输出支路和所述可变电阻单元（3）的第一端（K1）的连接。
7.如权利要求6所述的自适应恒定导通时间降压直流转换器，其特征在于，还包括：
运放单元（OP），所述运放单元（OP）的第一输入端用于接收预设的电压，所述运放单元（OP）的第二输入端连接至所述可变电阻单元（3）的第一端（K1），用于接收所述可变电阻单元（3）的第一端（K1）的对地电压；所述运放单元（OP）的输出端连接至所述N型晶体管（N1）的控制极，用于向所述N型晶体管（N1）提供开关信号。
8.如权利要求7所述的自适应恒定导通时间降压直流转换器，其特征在于，还包括：第一分压电阻（R01）和第二分压电阻（R02）；
所述第一分压电阻（R01）的一端用于接收所述输入电压（VIN）；
所述第一分压电阻（R01）的另一端连接至所述第二分压电阻（R02）的一端；
所述第二分压电阻（R02）的另一端接地；
第一分压电阻（R01）和第二分压电阻（R02）的连接端连接至所述运放单元（OP）的第一输入端，用于提供所述预设的电压。
9.如权利要求1-8任意一项所述的自适应恒定导通时间降压直流转换器，其特征在于，所述电流镜单元（4）包括：第一P型晶体管（P1）和第二P型晶体管（P2），其中：
所述第一P型晶体管（P1）的第一极和所述第二P型晶体管（P2）的第一极连接作为流镜的输入端，用于接收所述输入电压（VIN）；
所述第一P型晶体管（P1）的控制极和所述第二P型晶体管（P2）的控制极相连；
所述第一P型晶体管（P1）的控制极连接至所述第一P型晶体管（P1）的第一极作为所述第一输出支路；
所述第二P型晶体管（P2）的第二极作为所述第二输出支路。
10.如权利要求1-8任意一项所述的自适应恒定导通时间降压直流转换器，其特征在于，还包括：
环路控制模块（300），其输出端连接至所述数字逻辑控制模块（100），所述环路控制模块（300）的输入端用于接收所述输出电压（VOUT）的反馈信号（FB）；
所述环路控制模块（300）用于基于所述反馈信号（FB）向所述数字逻辑控制模块（100）输出开关频率控制信号，以使所述数字逻辑控制模块（100）根据所述开关频率控制信号控制所述同步管（MP1）和所述整流管（MN1）的导通关断状态，以稳定输出所述输出电压（VOUT）。
11.一种自适应恒定导通时间降压直流转换芯片，其特征在于，包括：
如权利要求1-10任意一项所述的自适应恒定导通时间降压直流转换器。
12.一种可穿戴蓝牙设备，其特征在于，包括：
蓝牙模块；
如权利要求11所述的自适应恒定导通时间降压直流转换芯片，用于向所述蓝牙模块供电。
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