CN115242089B - 开关变换器及其控制电路和控制方法 - Google Patents

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Abstract

本公开的实施例提供一种开关变换器及其控制电路和控制方法。开关变换器采用至少一个开关管控制输入端向输出端的电能传输，以根据直流输入电压产生直流输出电压，控制电路包括：调制控制电路、驱动电路、逻辑电路、输出检测电路、轻载检测电路以及纹波注射电路，其中，调制控制电路可以根据超前预判信号在轻载模式向正常模式切换时自适应控制误差放大信号的变化速率，提高整个系统的瞬态响应。

Description

开关变换器及其控制电路和控制方法
技术领域
本公开的实施例涉及集成电路技术领域，具体地，涉及开关变换器及其控制电路和控制方法。
背景技术
目前，大量智能终端和手持设备的应用对开关变换器的负载电流突变和输出快速瞬态响应提出了越来越高的要求。为了节省能量从而延长电池使用寿命，微处理器经常需要在不同的工作状态如“睡眠模式”、“正常工作”等之间快速切换。如图1所示，为现有的一种开关变换器100的电路图，有两个工作状态：(1)正常工作，输出电压Vout的反馈信号FB与参考电压Vref经过误差放大器EA得到误差放大信号COMP，误差放大信号COMP与纹波注射电路Ripple Injection的输出信号Ripple一起送入调制比较器进行比较，输出控制功率管何时开启，功率管开启后，由固定时间Ton1来控制功率管导通时间，当计时时间到了以后，则可以关闭功率管MD1，周而复始，闭环运作；(2)睡眠模式，由轻载检测电路检测负载RL，如果负载很轻，即输出Sleep高信号，将芯片内部大部分电路关闭，以追求极低的静态损耗，具体是将EA，调制比较器等模块全部关闭，启动另外一套静态功耗极低的输出检测电路来完成闭环控制。
从上述的描述可以看到，当开关变换器处在睡眠模式下，负载突然加重，需要切换至正常工作模式，这时EA以及调制比较器需要全部恢复以重新组建闭环控制，这时误差放大信号COMP的瞬变速率在很大程度上影响了整个系统的瞬态响应，误差放大信号COMP变化越快，系统响应越快。因此如何提高误差放大信号COMP的瞬变速率是亟需解决的技术问题之一。
发明内容
本文中描述的实施例提供了一种开关变换器及其控制电路和控制方法，为了解决如何提高误差放大信号的瞬变速率的技术问题。
根据本公开的第一方面，提供了一种开关变换器的控制电路，所述开关变换器采用至少一个开关管控制输入端向输出端的电能传输，以根据直流输入电压产生直流输出电压，其特征在于，所述控制电路包括：调制控制电路、驱动电路、逻辑电路、输出检测电路、轻载检测电路以及纹波注射电路，其中，所述调制控制电路，被配置为根据纹波信号、所述直流输出电压的反馈信号与参考电压比较产生的误差放大信号产生脉宽调制信号；所述调制控制电路还用于根据超前预判信号在轻载模式向正常模式切换时自适应控制所述误差放大信号的变化速率，所述超前预判信号为根据所述反馈信号、所述参考电压比较产生的电压值；所述逻辑电路，被配置为基于所述脉宽调制信号、关断时间以及导通时间产生开关信号；所述驱动电路，被配置为将所述开关信号转换成开关驱动信号，以控制所述至少一个开关管的导通状态；所述轻载检测电路，被配置为通过检测所述开关变换器的开关节点电压以判断所述开关变换器的负载端是否处于轻载状态，并提供表征所述判断结果的轻载指示信号，所述轻载检测电路还用于在所述负载端处于轻载状态提供逻辑高电平的轻载指示信号关闭所述调制控制电路，以控制所述开关变换器工作于轻载模式下；所述输出检测电路，被配置为在所述开关变换器工作于所述轻载模式下时监测所述反馈信号，并在所述反馈信号小于参考电压时向所述逻辑电路和所述驱动电路提供唤醒信号，以控制所述开关变换器工作于正常模式下；所述纹波注射电路，被配置为根据所述直流输入电压和所述直流输出电压产生与所述开关变换器的电感电流同步且同相的所述纹波信号。
可选的，所述调制控制电路包括：误差放大器、调制比较器、第一电容、第二电容、第一晶体管、第二晶体管、补偿电容以及补偿电阻，所述误差放大器的反相输入端接收所述反馈信号，所述误差放大器的正相输入端接收所述参考电压，所述误差放大器的输出端产生所述误差放大信号；所述调制比较器的反相输入端接收所述纹波信号，所述调制比较器的正相输入端接收所述误差放大信号，所述调制比较器的输出端为所述脉宽调制信号；所述第一晶体管连接在所述误差放大器的输出端与所述调制比较器的正相输入端之间；所述第一电容的一端接地，另一端连接在所述误差放大器的输出端与所述第一晶体管之间；所述补偿电容一端接地，另一端串接所述补偿电阻后连接在所述第一晶体管与所述调制比较器的正相输入端之间；所述第二电容一端接地，另一端连接所述调制比较器的正相输入端；所述第二晶体管一端接收所述纹波信号，另一端连接在所述第一晶体管与所述补偿电阻之间；所述误差放大器、所述调制比较器、所述第一晶体管以及所述第二晶体管的供电端连接至所述轻载指示信号。
可选的，所述超前预判信号为所述误差放大器的输出端与所述第一电容的中间节点的电压值。
可选的，所述轻载检测电路包括：过零比较器、判断电路，所述过零比较器的正相输入端接收所述开关节点电压，反相输入端接收参考地电压，输出端用于提供过零指示信号；所述判断电路，被配置为输入端连接至所述过零比较器的输出端以接收所述过零指示信号，所述判断电路还用于在所述过零指示信号的高电平时间大于预设时间时，输出所述逻辑高电平的轻载指示信号。
可选的，所述输出检测电路包括：第一比较器、与门，所述第一比较器，反相输入端和正相输入端分别接收所述反馈信号和所述参考电压，输出端用于提供二者的比较信号；所述与门，第一输入端接收所述轻载指示信号，第二输入端与所述第一比较器的输出端连接以接收所述比较信号，输出端用于提供所述唤醒信号。
可选的，所述逻辑电路包括：导通时间控制电路、最小关断时间控制电路以及门电路，所述导通时间控制电路，被配置为产生第一导通时间；所述最小关断时间控制电路，被配置为产生最小关断时间；所述门电路根据所述脉宽调制信号的导通时间、所述第一导通时间最小关断时间产生所述开关信号。
根据本公开的第二方面，提供了一种开关变换器，包括：主功率电路，被配置为采用至少一个开关管控制输入端向输出端的电能传输，以根据直流输入电压产生直流输出电压；以及根据上述第一方面中任意一项所述的控制电路，用于产生开关驱动信号以控制所述至少一个开关管的导通状态。
可选的，所述主功率电路包括：第一开关管、第二开关管、电感、输出电容、负载、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第三电容：所述第一开关管、所述第二开关管串联连接在所述输入端和接地端之间；所述电感连接在所述第一开关管、所述第二开关管的中间节点和所述输出端之间；所述输出电容连接在所述输出端和接地端之间；所述负载并联连接在所述输出电容的两端之间；所述第一电阻、所述第二电阻串联连接所述输出端与接地端之间，所述第一电阻、所述第二电阻串联组成分压网络用于得到所述直流输出电压的反馈信号；所述第三电阻为所述输出电容的等效串联电阻；所述第三电容并联于所述第一电阻的两端之间。
根据本公开的第三方面，提供了一种开关变换器的控制方法，所述开关变换器采用至少一个开关管控制输入端向输出端的电能传输，以根据直流输入电压产生直流输出电压，所述控制方法包括：根据所述直流输入电压和所述直流输出电压产生与所述开关变换器的电感电流同步且同相的纹波信号；将所述直流输出电压的反馈信号与参考电压进行比较得到误差放大信号；将所述误差放大信号与所述纹波信号进行比较得到脉宽调制信号；根据所述脉宽调制信号的导通时间、第一导通时间、最小关断时间产生开关信号；将所述开关信号转换成开关驱动信号控制所述至少一个开关管的导通状态；检测所述开关变换器的开关节点电压判断所述开关变换器的负载端是否处于轻载状态，并提供表征所述判断结果的轻载指示信号，根据所述轻载指示信号控制所述开关变换器工作于轻载模式下；在所述开关变换器工作于所述轻载模式下时监测所述反馈信号，根据所述反馈信号与参考电压的比较判断是否产生唤醒信号，根据所述唤醒信号控制所述开关变换器工作于正常模式下；在轻载模式向正常模式切换时，根据超前预判信号自适应控制所述误差放大信号的变化速率，所述超前预判信号为根据所述反馈信号、所述参考电压比较产生的电压值。
可选的，所述根据超前预判信号自适应控制所述误差放大信号的变化速率包括：将超前预判信号的电压先通过一个电容进行存储，再进行电荷分享，根据电荷分享的时间自适应调整所述误差放大信号的变化速率。
本公开的实施例的开关变换器及其控制电路和控制方法中，采用至少一个开关管控制输入端向输出端的电能传输，以根据直流输入电压产生直流输出电压，其中控制电路包括：调制控制电路、驱动电路、逻辑电路、输出检测电路、轻载检测电路以及纹波注射电路。其中，调制控制电路，被配置为根据纹波信号、直流输出电压的反馈信号与参考电压比较产生的误差放大信号产生脉宽调制信号；调制控制电路还用于根据超前预判信号在轻载模式向正常模式切换时自适应控制误差放大信号的变化速率，超前预判信号为根据反馈信号、参考电压比较产生的电压值；逻辑电路，被配置为基于脉宽调制信号、关断时间以及导通时间产生开关信号；驱动电路，被配置为将开关信号转换成开关驱动信号，以控制至少一个开关管的导通状态；轻载检测电路，被配置为通过检测开关变换器的开关节点电压以判断开关变换器的负载端是否处于轻载状态，并提供表征判断结果的轻载指示信号，轻载检测电路还用于在负载端处于轻载状态提供逻辑高电平的轻载指示信号关闭调制控制电路，以控制开关变换器工作于轻载模式下；输出检测电路，被配置为在开关变换器工作于轻载模式下时监测反馈信号，并在反馈信号小于参考电压时向逻辑电路和驱动电路提供唤醒信号，以控制开关变换器工作于正常模式下；纹波注射电路，被配置为根据直流输入电压和直流输出电压产生与开关变换器的电感电流同步且同相的纹波信号。相比于现有的开关变换器，在轻载模式(相当于现有的睡眠模式)向正常模式(相当于现有的正常工作模式)切换时通过超前预判的方式可以控制误差放大信号的变化速率，当然也可以提高误差放大信号的变化速率，从而提高整个系统的瞬态响应。
附图说明
为了更清楚地说明本公开的实施例的技术方案，下面将对实施例的附图进行简要说明，应当知道，以下描述的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制，其中：
图1是一种现有的开关变换器的示例性电路图；
图2是图1中与误差放大信号相关的一部分电路图；
图3是本公开的实施例的一种开关变换器的结构示意图；
图4是根据本公开的实施例的一种调制控制电路的示例性电路图；
图5是根据本公开的实施例的一种逻辑电路的示例性电路图；
图6是根据本公开的实施例的一种轻载检测电路的示例性电路图；
图7是根据本公开的实施例的一种输出检测电路的示例性电路图；
图8是现有开关变换器的瞬态仿真结果图；
图9、10是根据本公开的实施例的开关变换器的瞬态仿真结果图；
图11是根据本公开的实施例的另一种开关变换器的结构示意图。
附图中的元素是示意性的，没有按比例绘制。
具体实施方式
为了使本公开的实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本公开的实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，也都属于本公开保护的范围。
除非另外定义，否则在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本公开主题所属领域的技术人员所通常理解的相同含义。进一步将理解的是，诸如在通常使用的词典中定义的那些的术语应解释为具有与说明书上下文和相关技术中它们的含义一致的含义，并且将不以理想化或过于正式的形式来解释，除非在此另外明确定义。如在此所使用的，将两个或更多部分“连接”或“耦接”到一起的陈述应指这些部分直接结合到一起或通过一个或多个中间部件结合。
在本公开的所有实施例中，由于晶体管的源极和漏极(发射极和集电极)是对称的，并且N型晶体管和P型晶体管的源极和漏极(发射极和集电极)之间的导通电流方向相反，因此在本公开的实施例中，将晶体管的受控中间端称为控制极，将晶体管的其余两端分别称为第一极和第二极。另外，诸如“第一”和“第二”的术语仅用于将一个部件(或部件的一部分)与另一个部件(或部件的另一部分)区分开。
为了解决如何提高误差放大信号COMP的瞬变速率，首先对误差放大信号COMP的瞬变速率的问题进行了分析，具体的如图2所示，图2为图1中与误差放大信号相关的一部分电路图，分析如下：假设误差放大器EA选用的是跨导放大器(operational transconductanceamplifier,OTA)，OTA的跨导为gm，则EA的输出电流为Iea＝gm*(VFB-Vref)，Iea＝Ie1+Ie2，其中VFB为输出电压Vout的反馈信号，Ie1、Ie2为Iea的两个电流分支的电流值。从图2的分析可以看到，电容Ce的存在显著降低了COMP的变化速率，进而拉低了系统的响应速度。另外需要说明的，图2中的Delay为睡眠模式(Sleep模式)恢复到正常模式时的单向Delay，当系统由Sleep模式恢复到常规模式时，EA需要一定的时间来建立静态工作点，在这个时间段内(无法输出正确信号)，不希望COMP补偿部分电容的工作点被改变，所以用这个Delay来屏蔽掉这个时间段。
本公开实施例是基于上述的分析提出的技术方案，上述分析的过程也属于本公开创新的体现。下面对本公开实施例进行详细的说明。
如图3所示，为本公开实施例提出的一种开关变换器200的结构示意图。首选需要说明的是，本公开实施例中的开关变换器200采用至少一个开关管控制输入端向输出端的电能传输，以根据直流输入电压Vin产生直流输出电压Vout，如图3所示，开关变换器200的控制电路包括：调制控制电路210、逻辑电路220、驱动电路230、轻载检测电路240、输出检测电路250以及纹波注射电路260：
其中，调制控制电路210，被配置为根据纹波信号Vripple、直流输出电压Vout的反馈信号VFB与参考电压比较产生的误差放大信号Vcomp产生脉宽调制信号PWM；调制控制电路210还用于根据超前预判信号在轻载模式向正常模式切换时自适应控制误差放大信号Vcomp的变化速率，超前预判信号为根据反馈信号VFB、参考电压Vref比较产生的电压值。具体的调制控制电路210的示例性电路图如图4所示，包括：误差放大器EA、调制比较器211、第一电容Ce1、第二电容Ce2、第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、补偿电容Cea以及补偿电阻Rea，误差放大器EA的反相输入端接收反馈信号VFB，误差放大器EA的正相输入端接收参考电压Vref，误差放大器EA的输出端产生误差放大信号Vcomp；调制比较器211的反相输入端接收纹波信号Vripple，调制比较器211的正相输入端接收误差放大信号Vcomp，调制比较器211的输出端为脉宽调制信号PWM；第一晶体管Q1连接在误差放大器EA的输出端与调制比较器211的正相输入端之间；第一电容Ce1的一端接地，另一端连接在误差放大器EA的输出端与第一晶体管Q1之间；补偿电容Cea一端接地，另一端串接补偿电阻Rea后连接在第一晶体管Q1与调制比较器211的正相输入端之间；第二电容Ce2一端接地，另一端连接调制比较器211的正相输入端；第二晶体管Q2一端接收纹波信号Vripple，另一端连接在第一晶体管Q1与补偿电阻Rea之间；误差放大器EA、调制比较器211、第一晶体管Q1以及第二晶体管Q2的供电端连接至轻载指示信号Sleep。另外，超前预判信号VADP为误差放大器EA的输出端与第一电容Ce1的中间节点的电压值。需要说明的是，第一晶体管Q1和第二晶体管Q2的一端、另一端表示电流路径上的高电位端或者低电位端，供电端为控制端，控制晶体管的开通和关断。
结合图4对误差放大信号Vcomp的响应速率进行分析：(1)轻载模式(睡眠模式)，关闭误差放大器EA及调制比较器211等模块，将第二晶体管Q2打开，保持误差放大信号Vcomp等于纹波信号Vripple，而将第一晶体管Q1断开，将第一电容Ce1与第二电容Ce2隔离开；(2)正常模式，轻载模式退出时，误差放大器EA优先打开以恢复静态工作点，同时将对第一电容Ce1电容进行充电，当反馈信号VFB小于参考电压Vref，即VFB<Vref时，超前预判信号VADP电压被拉高；当反馈信号VFB大于参考电压Vref，即VFB>Vref时，超前预判信号VADP电压维持低位，在计时结束后，默认误差放大器EA静态工作点已经恢复，将第二晶体管Q2断开，第一晶体管Q1开通，这个时候，VADP电压相对较高，第一电容Ce1会与第二电容Ce2有一个分享电荷(share电荷)的过程，这个过程就会在一定程度上降低第二电容Ce2的充电时间，进而提升误差放大信号Vcomp的变化速率，使得系统的响应速度得到提升。从电路图也可以看到，当VFB掉落越多，VADP电压也会相对越高，这样就使得第一电容Ce1与第二电容Ce2在Share电荷的过程中呈现一种自适应的状态，可以将这个切换过程的响应速度提升一个档次。上述中提升误差放大信号Vcomp的变化速率的方式与超前预判信号VADP相关，因此将该种提升瞬态响应的方式称为超前预判方式。另外，还需要说明的，Ce＝Ce1+Ce2，其中Ce是图2中的电容Ce的电容值，即本公开是将现有方案中的电容Ce一分为二，这样就保持了原来的基本环路参数(带宽及相位裕度)不变。
其中，逻辑电路220，被配置为基于脉宽调制信号PWM、关断时间以及导通时间产生开关信号；具体的，如图5所示，为逻辑电路220的一种示例性电路图，包括导通时间控制电路221、最小关断时间控制电路222以及门电路223，导通时间控制电路221，被配置为产生第一导通时间Ton1；最小关断时间控制电路222，被配置为产生最小关断时间Toff_min；门电路223根据脉宽调制信号PWM的导通时间、第一导通时间Ton1、最小关断时间Toff_min产生开关信号DRV。其中，第一导通时间可以设置为Ton1＝Vout/Vin*Tsw，其中，Vout表示直流输出电压，Vin表示直流输入电压，Tsw表示开关变换器的开关周期，可以保证开关变换器的工作频率的一致性。最小关断时间Toff_min表示与预定输出电压和预定负载相对应的最小关断时间(或最大开关频率)。门电路223是由逻辑门器件(与门、非门、或门、与非门等)中的一种或多种组成的逻辑门电路。
其中，驱动电路230，被配置为将逻辑电路220得到的开关信号转换成开关驱动信号，以控制至少一个开关管的导通状态；
其中，轻载检测电路240，被配置为通过检测开关变换器的开关节点电压以判断开关变换器的负载端是否处于轻载状态，并提供表征判断结果的轻载指示信号，轻载检测电路240还用于在负载端处于轻载状态提供逻辑高电平的轻载指示信号关闭调制控制电路210，以控制开关变换器工作于轻载模式下；具体的，如图6所示，为本公开实施例的一种轻载检测电路240的示例性电路图，包括过零比较器241、判断电路242，过零比较器241的正相输入端接收开关节点电压VSW，反相输入端接收参考地电压，输出端用于提供过零指示信号ZCD(该过零指示信号ZCD用于表征流经开关变换器的电感的电流是否已经降低至0)；判断电路242，被配置为输入端连接至过零比较器241的输出端以接收过零指示信号ZCD，判断电路242还用于在过零指示信号ZCD的高电平时间大于预设时间时，输出逻辑高电平的轻载指示信号Sleep。
其中，输出检测电路250，被配置为在开关变换器工作于轻载模式下时监测反馈信号VFB，并在反馈信号VFB小于参考电压Vref时向逻辑电路220和驱动电路230提供唤醒信号wake，以控制开关变换器工作于正常模式下。具体的，如图7所示，为本公开实施例的一种输出检测电路250的示例性电路图，包括：第一比较器251、与门252，第一比较器251，反相输入端和正相输入端分别接收反馈信号VFB和参考电压Vref，输出端用于提供二者的比较信号；与门252，其第一输入端接收轻载指示信号Sleep，第二输入端与第一比较器251的输出端连接以接收比较信号，输出端用于提供唤醒信号wake。
其中，纹波注射电路260，被配置为根据直流输入电压Vin和直流输出电压Vout产生与开关变换器的电感电流同步且同相的纹波信号Vripple。
为了进一步对本公开实施例的效果进行说明，给出具体示例对比结果进行说明，假设输入电压Vin＝5V，输出电压Vout＝1.2V，负载阶跃：1mA～3A，分别用现有的图1所示的开关变换器和本公开实施例的图3所示的开关变换器进行电路仿真(对比时，图1和图2的电路结构仅有调制控制电路210不同，即一个是没有使用超前预判方式，一个使用了超前预判方式，其他都一致，这样可以保证对比结果的可靠性)，得到对应的瞬态仿真对比结果如图8、图9所示，其中，图8为图1对应的仿真结果图，图9是图3对应的仿真结果图，曲线a为负载的电流变化曲线，曲线b为输出电压Vout的变化曲线，曲线c为误差放大信号Vcomp的变化曲线，曲线d为纹波信号Vripple的变化曲线，曲线e为轻载信号Sleep变化曲线，曲线f为超前预判信号VADP的变化曲线，对比图8和图9可以看出，退出Sleep模式后，图9中的功率管开启时间明显比图8中的加长很多，图9中Vout的跌落值Drop＝39mV，图8中Vout的跌落值Drop＝45mV，即图9中的Vout的跌落值相比于图8减小11％，大幅度降低了Vout跌落值。图10是将图9中区域A放大后对应的仿真结果图，可以明显看出，图9中的Vcomp在退出Sleep模式后，直接被拉高0.5V，而非图8中Vcomp为弧线动作上升，相比于图8，图9中明显加快了Vcomp的变化速率。综上，应用本公开实施例中开关变换器的控制电路可以有效的加快误差放大信号Vcomp的瞬变速率，加快负载瞬态响应。
综上，本公开的实施例的开关变换器的控制电路相比于现有的开关变换器的控制电路，在轻载模式(相当于现有的睡眠模式)向正常模式(相当于现有的正常工作模式)切换时通过超前预判的方式可以有效的加快误差放大信号的瞬变速率，加快负载瞬态响应，从而提高整个系统的瞬态响应。
另外，在上述实施例中，尽管描述的是恒定导通时间架构(COT)架构的拓扑结构的开关变换器，然而，可以理解，本公开实施例的控制电路也可以用于其他架构的开关变换器中，比如可以为电流模式、电流-恒定导通时间架构等。
进一步，本公开实施例提出了一种开关变换器，如图3所示，开关变换器200，包括主功率电路270，被配置为采用至少一个开关管控制输入端向输出端的电能传输，以根据直流输入电压Vin产生直流输出电压Vout；以及上述实施例中的控制电路(210至260)，用于产生开关驱动信号以控制至少一个开关管的导通状态。控制电路(210至260)的说明可以见前述实施例中的对应的说明，此处不再赘述。需要说明的是，在本公开中，开关管是工作开关模式以提供电流路径的晶体管，包括选自双极晶体管或场效应晶体管的一种。开关管包括电流路径上的高电位端和低电位端，以及用于接收驱动信号以控制开关管的导通和关断的控制端。
优选的，如图11所示，主功率电路270包括第一开关管MD1、第二开关管MD2、电感LX、输出电容Co、负载RL、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻Resr、第三电容Cc：第一开关管MD1、第二开关管MD2串联连接在输入端(Vin端)和接地端之间；电感LX连接在第一开关管MD1、第二开关管MD2的中间节点和输出端(Vout端)之间；输出电容Co连接在输出端和接地端之间；负载RL并联连接在输出电容Co的两端之间；第一电阻R1、第二电阻R2串联连接输出端与接地端之间，第一电阻R1、第二电阻R2串联组成分压网络用于得到直流输出电压Vout的反馈信号VFB；第三电阻Resr为输出电容Co的等效串联电阻；第三电容Cc并联于第一电阻R1的两端之间。控制电路(210至260)通过向MD1、MD2的控制端发送开关驱动信号，来控制MD1、MD2的导通和关断。
另外，在上述实施例中，尽管描述的是主功率电路270为Buck型，然而可以理解，本公开实施例的开关变换器包括但不Buck型，还可以为Boost型、Buck-boost型等拓扑结构。
综上，本公开的实施例的开关变换器相比于现有的开关变换器，在轻载模式(相当于现有的睡眠模式)向正常模式(相当于现有的正常工作模式)切换时通过超前预判的方式可以有效的加快误差放大信号的瞬变速率，加快负载瞬态响应，从而提高整个系统的瞬态响应。
进一步的，本公开实施例提出了一种对应于图3中的开关变换器的控制电路的开关变换器的控制方法，其中，开关变换器采用至少一个开关管控制输入端向输出端的电能传输，以根据直流输入电压产生直流输出电压，结合图3-7的结构图对该控制方进行说明，该方法包括：
纹波注射电路260根据直流输入电压Vin和直流输出电压Vout产生与开关变换器200的电感Lx电流同步且同相的纹波信号Vripple；调制控制电路210中的误差放大器EA将直流输出电压的反馈信号VFB与参考电压Vref进行比较得到误差放大信号Vcomp；调制控制电路210中的调制器比较器211将误差放大信号Vcomp与纹波信号Vripple进行比较得到脉宽调制信号PWM；逻辑电路220根据脉宽调制信号PWM的导通时间、第一导通时间Ton1、最小关断时间Toff_min产生开关信号；驱动电路230将开关信号转换成开关驱动信号控制至少一个开关管的导通状态；轻载检测电路240检测开关变换器的开关节点电压VSW判断开关变换器的负载端是否处于轻载状态，并提供表征判断结果的轻载指示信号Sleep，根据轻载指示信号Sleep控制开关变换器工作于轻载模式下；输出检测电路250在开关变换器工作于轻载模式下时监测反馈信号VFB，根据反馈信号VFB与参考电压Vref的比较判断是否产生唤醒信号wake，根据唤醒信号wake控制开关变换器工作于正常模式下；在轻载模式向正常模式切换时，调制控制电路210根据超前预判信号自适应控制误差放大信号Vcomp的变化速率，超前预判信号为根据反馈信号VFB、参考电压Vref比较产生的电压值。具体的，根据超前预判信号自适应控制误差放大信号Vcomp的变化速率包括：将超前预判信号的电压先通过一个电容进行存储，再进行电荷分享，根据电荷分享的时间自适应调整误差放大信号Vcomp的变化速率。具体是，在退出轻载模式时，将超前预判信号VADP的电压先向第一电容Ce1中进行存储，然后在计时结束后，第一电容Ce1会与第二电容Ce2有一个分享电荷(share电荷)的过程，这样根据电荷分享的时间自适应调整误差放大信号Vcomp的变化速率。更具体的，结合图4进行说明，轻载模式(睡眠模式)时，关闭误差放大器EA及调制比较器211等模块，将第二晶体管Q2打开，保持误差放大信号Vcomp等于纹波信号Vripple，而将第一晶体管Q1断开，将第一电容Ce1与第二电容Ce2隔离开；进入正常模式，轻载模式退出时，误差放大器EA优先打开以恢复静态工作点，同时将对第一电容Ce1电容进行充电，当反馈信号VFB小于参考电压Vref，即VFB<Vref时，超前预判信号VADP电压被拉高；当反馈信号VFB大于参考电压Vref，即VFB>Vref时,超前预判信号VADP电压维持低位，在计时结束后，默认误差放大器EA静态工作点已经恢复，将第二晶体管Q2断开，第一晶体管Q1开通，这个时候，VADP电压相对较高，第一电容Ce1会与第二电容Ce2有一个分享电荷(share电荷)的过程，这个过程就会在一定程度上降低第二电容Ce2的充电时间，进而提升误差放大信号Vcomp的变化速率，使得系统的响应速度得到提升。从电路图也可以看到，当VFB掉落越多，VADP电压也会相对越高，这样就使得第一电容Ce1与第二电容Ce2在Share电荷的过程中呈现一种自适应的状态，可以将这个切换过程的响应速度提升一个档次。上述中提升误差放大信号Vcomp的变化速率的方式与超前预判信号VADP相关，因此将该种提升瞬态响应的方式称为超前预判方式。另外，还需要说明的，Ce＝Ce1+Ce2，其中Ce是图2中的电容Ce的电容值，即本公开是将现有方案中的电容Ce一分为二，这样就保持了原来的基本环路参数(带宽及相位裕度)不变。
综上，本公开的实施例的开关变换器的控制方法相比于现有的开关变换器的控制方法，在轻载模式(相当于现有的睡眠模式)向正常模式(相当于现有的正常工作模式)切换时通过超前预判的方式可以有效的加快误差放大信号的瞬变速率，加快负载瞬态响应，从而提高整个系统的瞬态响应。
本公开中各实施例中相同的或对应的模块单元的描述说明可以相互参考。
在以上的描述中，对公知的结构要素和步骤并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解，可以通过各种技术手段，来实现相应的结构要素和步骤。另外，为了形成相同的结构要素，本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。另外，尽管在以上分别描述各实施例，但是这不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。
依照本发明的实施例如上文，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。
除非上下文中另外明确地指出，否则在本文和所附权利要求中所使用的词语的单数形式包括复数，反之亦然。因而，当提及单数时，通常包括相应术语的复数。相似地，措辞“包含”和“包括”将解释为包含在内而不是独占性地。同样地，术语“包括”和“或”应当解释为包括在内的，除非本文中明确禁止这样的解释。在本文中使用术语“示例”之处，特别是当其位于一组术语之后时，所述“示例”仅仅是示例性的和阐述性的，且不应当被认为是独占性的或广泛性的。
适应性的进一步的方面和范围从本文中提供的描述变得明显。应当理解，本公开的各个方面可以单独或者与一个或多个其它方面组合实施。还应当理解，本文中的描述和特定实施例旨在仅说明的目的并不旨在限制本公开的范围。
以上对本公开的若干实施例进行了详细描述，但显然，本领域技术人员可以在不脱离本公开的精神和范围的情况下对本公开的实施例进行各种修改和变型。本公开的保护范围由所附的权利要求限定。

Claims (9)

1.一种开关变换器的控制电路，所述开关变换器采用至少一个开关管控制输入端向输出端的电能传输，以根据直流输入电压产生直流输出电压，其特征在于，所述控制电路包括：调制控制电路、驱动电路、逻辑电路、输出检测电路、轻载检测电路以及纹波注射电路，
其中，所述调制控制电路，被配置为根据纹波信号、所述直流输出电压的反馈信号与参考电压比较产生的误差放大信号产生脉宽调制信号；所述调制控制电路还用于根据超前预判信号在轻载模式向正常模式切换时自适应控制所述误差放大信号的变化速率，所述超前预判信号为根据所述反馈信号、所述参考电压比较产生的电压值；
所述逻辑电路，被配置为基于所述脉宽调制信号、关断时间以及导通时间产生开关信号；
所述驱动电路，被配置为将所述开关信号转换成开关驱动信号，以控制所述至少一个开关管的导通状态；
所述轻载检测电路，被配置为通过检测所述开关变换器的开关节点电压以判断所述开关变换器的负载端是否处于轻载状态，并提供表征所述判断结果的轻载指示信号，所述轻载检测电路还用于在所述负载端处于轻载状态提供逻辑高电平的轻载指示信号关闭所述调制控制电路，以控制所述开关变换器工作于轻载模式下；
所述输出检测电路，被配置为在所述开关变换器工作于所述轻载模式下时监测所述反馈信号，并在所述反馈信号小于参考电压时向所述逻辑电路和所述驱动电路提供唤醒信号，以控制所述开关变换器工作于正常模式下；
所述纹波注射电路，被配置为根据所述直流输入电压和所述直流输出电压产生与所述开关变换器的电感电流同步且同相的所述纹波信号；
所述根据超前预判信号在轻载模式向正常模式切换时自适应控制所述误差放大信号的变化速率包括：将超前预判信号的电压先通过一个电容进行存储，再进行电荷分享，根据电荷分享的时间自适应调整所述误差放大信号的变化速率。
2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述调制控制电路包括：误差放大器、调制比较器、第一电容、第二电容、第一晶体管、第二晶体管、补偿电容以及补偿电阻，
所述误差放大器的反相输入端接收所述反馈信号，所述误差放大器的正相输入端接收所述参考电压，所述误差放大器的输出端产生所述误差放大信号；
所述调制比较器的反相输入端接收所述纹波信号，所述调制比较器的正相输入端接收所述误差放大信号，所述调制比较器的输出端为所述脉宽调制信号；
所述第一晶体管连接在所述误差放大器的输出端与所述调制比较器的正相输入端之间；
所述第一电容的一端接地，另一端连接在所述误差放大器的输出端与所述第一晶体管之间；
所述补偿电容一端接地，另一端串接所述补偿电阻后连接在所述第一晶体管与所述调制比较器的正相输入端之间；
所述第二电容一端接地，另一端连接所述调制比较器的正相输入端；
所述第二晶体管一端接收所述纹波信号，另一端连接在所述第一晶体管与所述补偿电阻之间；
所述误差放大器、所述调制比较器、所述第一晶体管以及所述第二晶体管的供电端连接至所述轻载指示信号。
3.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述超前预判信号为所述误差放大器的输出端与所述第一电容的中间节点的电压值。
4.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述轻载检测电路包括：过零比较器、判断电路，
所述过零比较器的正相输入端接收所述开关节点电压，反相输入端接收参考地电压，输出端用于提供过零指示信号；
所述判断电路，被配置为输入端连接至所述过零比较器的输出端以接收所述过零指示信号，所述判断电路还用于在所述过零指示信号的高电平时间大于预设时间时，输出所述逻辑高电平的轻载指示信号。
5.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述输出检测电路包括：第一比较器、与门，
所述第一比较器，反相输入端和正相输入端分别接收所述反馈信号和所述参考电压，输出端用于提供二者的比较信号；
所述与门，第一输入端接收所述轻载指示信号，第二输入端与所述第一比较器的输出端连接以接收所述比较信号，输出端用于提供所述唤醒信号。
6.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述逻辑电路包括：导通时间控制电路、最小关断时间控制电路以及门电路，
所述导通时间控制电路，被配置为产生第一导通时间；
所述最小关断时间控制电路，被配置为产生最小关断时间；
所述门电路根据所述脉宽调制信号的导通时间、所述第一导通时间最小关断时间产生所述开关信号。
7.一种开关变换器，其特征在于，包括：
主功率电路，被配置为采用至少一个开关管控制输入端向输出端的电能传输，以根据直流输入电压产生直流输出电压；以及
根据权利要求1至6中任意一项所述的控制电路，用于产生开关驱动信号以控制所述至少一个开关管的导通状态。
8.根据权利要求7所述的开关变换器，其特征在于，所述主功率电路包括：第一开关管、第二开关管、电感、输出电容、负载、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第三电容：
所述第一开关管、所述第二开关管串联连接在所述输入端和接地端之间；
所述电感连接在所述第一开关管、所述第二开关管的中间节点和所述输出端之间；
所述输出电容连接在所述输出端和接地端之间；
所述负载并联连接在所述输出电容的两端之间；
所述第一电阻、所述第二电阻串联连接所述输出端与接地端之间，所述第一电阻、所述第二电阻串联组成分压网络用于得到所述直流输出电压的反馈信号；
所述第三电阻为所述输出电容的等效串联电阻；
所述第三电容并联于所述第一电阻的两端之间。
9.一种开关变换器的控制方法，所述开关变换器采用至少一个开关管控制输入端向输出端的电能传输，以根据直流输入电压产生直流输出电压，其特征在于，所述控制方法包括：
根据所述直流输入电压和所述直流输出电压产生与所述开关变换器的电感电流同步且同相的纹波信号；
将所述直流输出电压的反馈信号与参考电压进行比较得到误差放大信号；
将所述误差放大信号与所述纹波信号进行比较得到脉宽调制信号；
根据所述脉宽调制信号的导通时间、第一导通时间、最小关断时间产生开关信号；
将所述开关信号转换成开关驱动信号控制所述至少一个开关管的导通状态；
检测所述开关变换器的开关节点电压判断所述开关变换器的负载端是否处于轻载状态，并提供表征所述判断结果的轻载指示信号，根据所述轻载指示信号控制所述开关变换器工作于轻载模式下；
在所述开关变换器工作于所述轻载模式下时监测所述反馈信号，根据所述反馈信号与参考电压的比较判断是否产生唤醒信号，根据所述唤醒信号控制所述开关变换器工作于正常模式下；
在轻载模式向正常模式切换时，根据超前预判信号自适应控制所述误差放大信号的变化速率，所述超前预判信号为根据所述反馈信号、所述参考电压比较产生的电压值；
所述根据超前预判信号自适应控制所述误差放大信号的变化速率包括：将超前预判信号的电压先通过一个电容进行存储，再进行电荷分享，根据电荷分享的时间自适应调整所述误差放大信号的变化速率。
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