TWI497251B - 開關變換器及其控制電路和控制方法 - Google Patents

開關變換器及其控制電路和控制方法 Download PDF

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Xiaokang Wu
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Suhua Luo
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Description

開關變換器及其控制電路和控制方法
本發明的實施例涉及電子電路，尤其涉及一種開關變換器及其控制電路和控制方法。
恆定導通時間控制由於其優越的負載瞬態回應、簡單的內部結構和平滑的工作模式切換，在電源領域得到了很好的應用。
第1圖為現有的採用恆定導通時間控制的開關變換器100的框圖。開關變換器100包括導通時間控制單元101、比較單元102、邏輯單元103和開關電路104。開關電路104包括至少一個開關管，通過該至少一個開關管的導通與關斷將輸入電壓VIN轉換為輸出電壓VOUT。導通時間控制單元101產生導通時間控制信號COT，以控制開關電路104中一個或多個開關管的導通時長。比較單元102耦接至開關電路104的輸出端，將輸出電壓VOUT與參考信號VREF進行比較，以產生比較信號SET。邏輯單元103耦接至導通時間控制單元101和比較單元102的輸出端，根據導通時間控制信號COT和比較信號SET產生控制信號CTRL，以控制開關電路104中至少一個開關管的導通與關斷。
當開關電路104中輸出電容器的等效串聯阻抗值較小時，輸出電壓VOUT可能會產生次諧波振盪，造成開關變換器100工作不穩定。為 了防止該次諧波振盪的產生，開關變換器100通常還包括斜坡補償單元105。斜坡補償單元105產生斜坡補償信號VSLOPE並將其提供至比較單元102。比較單元102根據參考信號VREF、輸出電壓VOUT以及斜坡補償信號VSLOPE，產生控制信號CTRL。
為了保證開關變換器在各種狀態下均能保持穩定，斜坡補償信號VSLOPE的斜率必須足夠大，例如大於一個由開關頻率、占空比和輸出電容器決定的臨界值。然而高斜率的斜坡補償信號VSLOPE會對開關變換器的瞬態回應造成不利影響。
本發明要解決的技術問題是提供一種工作穩定且瞬態回應佳的開關變換器及其控制電路和控制方法。
根據本發明實施例的一種用於開關變換器的控制電路，該開關變換器包括具有至少一個開關管的開關電路，該控制電路包括：導通時間控制單元，產生導通時間控制信號；斜坡補償單元，產生斜坡補償信號；比較單元，耦接至斜坡補償單元和開關電路，基於斜坡補償信號、參考信號和開關電路的輸出電壓產生比較信號；邏輯單元，耦接至導通時間控制單元和比較單元，根據導通時間控制信號和比較信號產生控制信號，以控制開關電路中至少一個開關管的導通與關斷；以及負載檢測單元，檢測負載狀態並產生檢測信號；其中斜坡補償單元耦接至負載檢測單元以接收檢測信號，並根據檢測信號對斜坡補償信號進行調節。
在一個實施例中，負載檢測單元檢測負載電流是否下降，若負載檢測單元檢測到負載電流下降，則斜坡補償單元對斜坡補償信號進行 調節，例如將斜坡補償信號重設及/或減小斜坡補償信號的斜率。
根據本發明實施例的一種開關變換器，包括：開關電路，包括至少一個開關管，通過該至少一個開關管的導通與關斷將輸入電壓轉換為輸出電壓；以及如前所述的控制電路。
根據本發明實施例的一種用於開關變換器的控制方法，該開關變換器包括具有至少一個開關管的開關電路，該控制方法包括：產生導通時間控制信號；產生斜坡補償信號；檢測負載狀態並產生檢測信號；根據檢測信號對斜坡補償信號進行調節；基於斜坡補償信號、參考信號和開關電路的輸出電壓產生比較信號；根據導通時間控制信號和比較信號產生控制信號，以控制開關電路中至少一個開關管的導通與關斷。
根據本發明的實施例，通過根據負載狀態對斜坡補償信號進行調節，在保持開關變換器工作穩定的同時，減小了在負載電流暫態下降時開關變換器輸出電壓上的過沖，改善了開關變換器的瞬態回應。
100、200、300‧‧‧開關變換器
101、201、301‧‧‧導通時間控制單元
102、202、302‧‧‧比較單元
103、203、303‧‧‧邏輯單元
104、204、304‧‧‧開關電路
105、205、305‧‧‧斜坡補償單元
206、306‧‧‧負載檢測單元
207‧‧‧回饋電路
S1、S2、S3、S4、S5‧‧‧開關管
308‧‧‧驅動電路
309‧‧‧比例積分單元
310‧‧‧最小關斷時間單元
t1、t2、t3、t4、t5、t6、t7‧‧‧時刻
921、1021、1121、1221‧‧‧數位控制器
922、1023、1024、1123、1126、1129、1229‧‧‧數模轉換器
1025‧‧‧運算電路
1127‧‧‧放電電路
1228‧‧‧數控電流源
S1301~S1306‧‧‧步驟
VIN‧‧‧輸入電壓
VOUT‧‧‧輸出電壓
COT‧‧‧導通時間控制信號
VREF、VREFX‧‧‧參考信號
SET‧‧‧比較信號
CTRL、CTRL1、CTRL2、CTRL3‧‧‧控制信號
VSLOPE‧‧‧斜坡補償信號
DEC‧‧‧檢測信號
FB‧‧‧回饋信號
VREFX-VSLOPE‧‧‧參考信號與斜坡補償信號之差
L‧‧‧電感器
COUT‧‧‧輸出電容器
COM1‧‧‧比較器
VPI‧‧‧比例積分信號
VOFFSET‧‧‧預設偏置信號
IL‧‧‧電流
TTH‧‧‧時間閾值
VRAMP‧‧‧幅值
DREFX‧‧‧數位參考信號
DSLOPE‧‧‧數位補償信號
DSR1、DSR2‧‧‧數位斜率信號
VSR1‧‧‧類比信號
VCCS‧‧‧電壓控制電流源
C1、C2‧‧‧電容器
DCS‧‧‧數位電流控制信號
DRAMP‧‧‧數位幅值信號
VCC‧‧‧供電電壓
BUF‧‧‧緩衝電路
第1圖為現有的採用恆定導通時間控制的開關變換器100的框圖；第2圖為根據本發明一實施例的開關變換器200的框圖；第3圖為根據本發明一實施例的開關變換器300的電路原理圖；第4圖為根據本發明一實施例的第3圖所示開關變換器300在正常工作狀態下的波形圖；第5圖為現有的開關變換器在負載電流暫態下降時的波形圖；第6圖為根據本發明一實施例的第3圖所示開關變換器300在負載電流暫態 下降時的波形圖；第7圖為根據本發明另一實施例的第3圖所示開關變換器300在負載電流暫態下降時的波形圖；第8圖為根據本發明又一實施例的第3圖所示開關變換器300在負載電流暫態下降時的波形圖；第9圖為根據本發明一實施例的斜坡補償單元的電路原理圖；第10圖為根據本發明另一實施例的斜坡補償單元的電路原理圖；第11圖為根據本發明又一實施例的斜坡補償單元的電路原理圖；第12圖為根據本發明一實施例的斜坡補償單元的電路原理圖；第13圖為根據本發明一實施例的用於開關變換器的控制方法的流程圖。
下面將詳細描述本發明的具體實施例，應當注意，這裡描述的實施例只用於舉例說明，並不用於限制本發明。在以下描述中，為了提供對本發明的透徹理解，闡述了大量特定細節。然而，對於本領域普通技術人員顯而易見的是：不必採用這些特定細節來實行本發明。在其他實例中，為了避免混淆本發明，未具體描述公知的電路、材料或方法。
在整個說明書中，對“一個實施例”、“實施例”、“一個示例”或“示例”的提及意味著：結合該實施例或示例描述的特定特徵、結構或特性被包含在本發明至少一個實施例中。因此，在整個說明書的各個地方出現的短語“在一個實施例中”、“在實施例中”、“一個示例”或“示例”不一定都指同一實施例或示例。此外，可以以任何適當的組合及、或子組合將特定的特徵、結構或特性組合在一個或多個實施例或示例中。此外，本領域普通 技術人員應當理解，在此提供的附圖都是為了說明的目的，並且附圖不一定是按比例繪製的。應當理解，當稱“元件”“連接到”或“耦接”到另一元件時，它可以是直接連接或耦接到另一元件或者可以存在中間元件。相反，當稱元件“直接連接到”或“直接耦接到”另一元件時，不存在中間元件。相同的附圖標記指示相同的元件。這裡使用的術語“及/或”包括一個或多個相關列出的專案的任何和所有組合。
第2圖為根據本發明一實施例的開關變換器200的框圖，包括控制電路和開關電路204。開關電路204包括至少一個開關管，通過該至少一個開關管的導通與關斷將輸入電壓VIN轉換為輸出電壓VOUT。開關電路204可採用任何直流/直流或交流/直流變換拓撲結構，例如同步或非同步的升壓、降壓變換器，以及正激、反激變換器等等。開關電路204中的開關管可以為任何可控半導體開關裝置，例如金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)、絕緣柵雙極電晶體(IGBT)等。
控制電路包括導通時間控制單元201、比較單元202、邏輯單元203、斜坡補償單元205和負載檢測單元206。導通時間控制單元201產生導通時間控制信號COT，以控制開關電路204中開關管的導通時長。斜坡補償單元205產生斜坡補償信號VSLOPE。比較單元202耦接至斜坡補償單元205和開關電路204，基於斜坡補償信號VSLOPE、參考信號VREF和開關電路的輸出電壓VOUT，產生比較信號SET。邏輯單元203耦接至導通時間控制單元201和比較單元202，根據導通時間控制信號COT和比較信號SET產生控制信號CTRL，以控制開關電路204中至少一個開關管的導通與關斷。
負載檢測單元206檢測負載狀態並產生檢測信號DEC。斜坡 補償單元205耦接至負載檢測單元206以接收檢測信號DEC，並根據檢測信號DEC對斜坡補償信號VSLOPE進行調節。在一個實施例中，若負載檢測單元206檢測到負載負跳變，即負載電流暫態下降，則斜坡補償單元205對斜坡補償信號VSLOPE進行調節。
在一個實施例中，負載檢測單元206將當前開關週期與穩態下的開關週期進行比較，若當前開關週期比穩態下開關週期長一定比例或數值，則視為檢測到負載電流暫態下降。在另一個實施例中，負載檢測單元206檢測負載電流，若負載電流下降一預設值，則視為檢測到負載電流暫態下降。在又一個實施例中，負載檢測單元206檢測開關電路204的輸出電壓VOUT，若輸出電壓VOUT上升至一預設值，則視為檢測到負載電流暫態下降。本領域技術人員可以理解，負載檢測單元206還可通過檢測其他與負載電流相關的參數來檢測負載狀態，這些檢測方式均未脫離本發明的保護範圍。
在一個實施例中，若負載檢測單元206檢測到負載電流暫態下降，斜坡補償單元205將斜坡補償信號VSLOPE重設，例如直接將斜坡補償信號VSLOPE設置為其幅值(最大值)，亦或以一定斜率將斜坡補償信號VSLOPE逐漸增大。在一個實施例中，若負載檢測單元206檢測到負載電流暫態下降，斜坡補償單元205將斜坡補償信號VSLOPE的斜率減小。在又一個實施例中，若負載檢測單元206檢測到負載電流暫態下降，斜坡補償單元205將斜坡補償信號VSLOPE重設並將斜坡補償信號VSLOPE的斜率減小。
在另一個實施例中，開關變換器200還可以包括回饋電路207。回饋電路207具有輸入端和輸出端，其中輸入端耦接至開關電路204的 輸出端以接收輸出電壓VOUT，輸出端耦接至比較單元202以提供代表輸出電壓VOUT的回饋信號FB。比較單元202基於斜坡補償信號VSLOPE、參考信號VREF和回饋信號FB產生比較信號SET。在一個實施例中，回饋電路207包括電阻分壓器。
第3圖為根據本發明一實施例的開關變換器300的電路原理圖。開關變換器300的結構與第2圖所示開關變換器200的結構相似。其中開關電路304採用同步降壓變換拓撲，包括開關管S1、S2、電感器L和輸出電容器COUT。開關電路304通過開關管S1和S2的導通與關斷，將輸入電壓VIN轉換為輸出電壓VOUT。開關管S1具有第一端、第二端和控制端，其中第一端接收輸入電壓VIN。開關管S2具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至開關管S1的第二端，第二端接地。電感器L具有第一端和第二端，其中第一端耦接至開關管S1的第二端和開關管S2的第一端。輸出電容器COUT耦接在電感器L的第二端和地之間。輸出電容器COUT兩端的電壓即為輸出電壓VOUT。在另一個實施例中，開關管S2可由二極體代替。
比較單元302包括比較器COM1。比較器COM1具有同相輸入端、反相輸入端和輸出端，其中同相輸入端接收參考信號VREF與斜坡補償信號VSLOPE之差，反相輸入端耦接至開關電路304的輸出端以接收輸出電壓VOUT，輸出端提供比較信號SET。在一個實施例中，斜坡補償信號VSLOPE也可被疊加至輸出電壓VOUT，而不是從參考信號VREF處被減去。
導通時間控制單元301產生導通時間控制信號COT，以控制開關管S1的導通時長。在一個實施例中，開關管S1的導通時長被設置為恆定值，或與輸入電壓VIN及/或輸出電壓VOUT有關的可變值。邏輯單元303 耦接至導通時間控制單元301和比較單元302，根據導通時間控制信號COT和比較信號SET產生控制信號CTRL。
在一個實施例中，開關變換器300還包括驅動電路308。驅動電路308耦接至邏輯單元303以接收控制信號CTRL，並產生驅動信號至開關管S1、S2的控制端，以驅動開關管S1和S2的導通與關斷。
在某些應用場合，輸出電容器COUT的等效串聯阻抗可能會在輸出電壓VOUT和參考信號VREF之間引入一定的直流誤差。為了解決這個問題，在一個實施例中，第3圖所示開關變換器300還包括誤差補償環節。在一個實施例中，如第3圖所示，誤差補償環節包括比例積分單元309和加法器。比例積分單元309具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端接收參考信號VREF，第二輸入端耦接至開關電路304的輸出端以接收輸出電壓VOUT。比例積分單元309基於參考信號VREF和輸出電壓VOUT，在其輸出端產生比例積分信號VPI。加法器具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端接收參考信號VREF，第二輸入端耦接至比例積分單元309的輸出端以接收比例積分信號VPI，輸出端耦接至比較單元302以提供參考信號VREFX。在一個實施例中，比例積分單元309包括運算放大器。在另一實施例中，誤差補償環節也可僅包括加法器，將參考信號VREF與預設偏置信號VOFFSET相加，並將兩者的和值作為參考信號VREFX提供至比較單元302。
在一個實施例中，為了避免雜訊干擾等對比較單元302造成影響，導致開關管S1剛被關斷，立刻又被導通，控制電路還包括最小關斷時間單元310。該最小關斷時間單元310在最小關斷時長TOFFMIN內將比較單 元302輸出的比較信號SET遮罩。為了說明書簡明起見，在此對最小關斷時間單元310不再贅述。
第4圖為根據本發明一實施例的第3圖所示開關變換器300在正常工作狀態下的波形圖。當控制信號CTRL為高電平時，開關管S1導通而開關管S2關斷，流過電感L的電流IL逐漸增大。當開關管S1的導通時長達到導通時間控制單元301所設置的時間閾值TTH時，控制信號CTRL變為低電平，開關管S1被關斷，開關管S2被導通，流過電感L的電流IL逐漸減小。當輸出電壓VOUT小於參考信號VREFX與斜坡補償信號VSLOPE之差時，控制信號CTRL變為高電平，開關管S1被導通而開關管S2被關斷。以上過程不斷重複。
在第4圖所示實施例中，斜坡補償信號VSLOPE在開關管S1導通而開關管S2關斷時等於幅值VRAMP，在開關管S1關斷而開關管S2導通時斜坡下降。斜坡補償信號VSLOPE還可具有其他的表現形式，例如斜坡補償信號VSLOPE保持幅值VRAMP的時長可長於時間閾值TTH，例如等於時間閾值TTH與最小關斷時長TOFFMIN之和。斜坡補償信號VSLOPE還可是與電感電流IL同相的三角波信號，在開關管S1導通而開關管S2關斷時斜坡上升，在開關管S1關斷而開關管S2導通時時斜坡下降。
在以下所描述的第5圖至第7圖的實施例中，斜坡補償信號VSLOPE為鋸齒波信號，在開關管S1由關斷變為導通時快速上升至幅值，在開關管S1關斷而開關管S2導通時斜坡下降。但本領域技術人員可以理解，具有其他表現形式的斜坡補償信號VSLOPE也同樣適用于本發明。
第5圖為現有開關變換器在負載電流暫態下降時的波形圖。 在現有的開關變換器中，斜坡補償信號VSLOPE不會隨負載狀態變化而變化。在t1時刻，負載電流暫態下降，輸出電壓VOUT增大。若輸出電壓VOUT的上升斜率小於斜坡補償信號VSLOPE的下降斜率，則在t2時刻，輸出電壓VOUT將小於參考信號與斜坡補償信號之差VREFX-VSLOPE，這會導致邏輯單元在輸出電壓VOUT達到其過沖的峰值之前產生一個導通脈衝，從而進一步增大輸出電壓VOUT上的過沖。
第6圖為根據本發明一實施例的第3圖所示開關變換器300在負載電流暫態下降時的波形圖，其中虛線部分為第5圖所示現有開關變換器的波形圖。如第6圖中實線部分所示，在t1時刻，負載電流暫態下降，輸出電壓VOUT增大。在t3時刻，負載檢測單元306檢測到負載電流暫態下降，斜坡補償單元305將斜坡補償信號VSLOPE重設，例如直接將斜坡補償信號VSLOPE設置為其幅值VRAMP，從而參考信號與斜坡補償信號之差VREFX-VSLOPE達到其最小值，VREFX-VRAMP。在一個實施例中，斜坡補償信號VSLOPE在一段延時之後，在t4時刻方開始以預設斜率下降，直至達到其最小值為止。在t5時刻，輸出電壓VOUT小於參考信號與斜坡補償信號之差VREFX-VSLOPE，開關管S1被導通而開關管S2被關斷。
由於斜坡補償單元305在負載檢測單元306檢測到負載電流暫態下降時，將斜坡補償信號VSLOPE重設，避免了邏輯單元303在輸出電壓VOUT達到其過沖的峰值之前產生導通脈衝，從而減小了輸出電壓VOUT上的過沖，改善了開關變換器的瞬態回應。
第7圖為根據本發明另一實施例的第3圖所示開關變換器300在負載電流暫態下降時的波形圖，其中虛線部分為第5圖所示現有開關變換 器的波形圖。如第7圖中實線部分所示，在t1時刻，負載電流暫態下降，輸出電壓VOUT增大。在t3時刻，負載檢測單元306檢測到負載電流暫態下降，斜坡補償單元305將斜坡補償信號VSLOPE的下降斜率減小，從而參考信號與斜坡補償信號之差VREFX-VSLOPE的上升斜率也減小。斜坡補償信號VSLOPE在t3時刻後以被減小後的斜率下降，直至達到其最小值為止。在t5時刻，輸出電壓VOUT小於參考信號與斜坡補償信號之差VREFX-VSLOPE，開關管S1被導通而開關管S2被關斷，斜坡補償信號VSLOPE被重設，斜坡補償單元305將斜坡補償信號VSLOPE的下降斜率恢復至正常值。
由於斜坡補償單元305在負載檢測單元306檢測到負載電流暫態下降時，將斜坡補償信號VSLOPE的下降斜率減小，避免了邏輯單元303在輸出電壓VOUT達到其過沖的峰值之前產生導通脈衝，從而減小了輸出電壓VOUT上的過沖，改善了開關變換器的瞬態回應。
第8圖為根據本發明又一實施例的第3圖所示開關變換器300在負載電流暫態下降時的波形圖，其中虛線部分為第5圖所示現有開關變換器的波形圖。如第8圖中實線部分所示，在t1時刻，負載電流暫態下降，輸出電壓VOUT增大。在t3時刻，負載檢測單元306檢測到負載電流暫態下降，斜坡補償單元305將斜坡補償信號VSLOPE重設並將斜坡補償信號VSLOPE的斜率減小。斜坡補償信號VSLOPE被設置為其幅值VRAMP，從而參考信號與斜坡補償信號之差VREFX-VSLOPE達到其最小值，VREFX-VRAMP。在一個實施例中，斜坡補償信號VSLOPE在一段延時之後，在t6時刻方開始以被減小後的斜率下降。在t7時刻，輸出電壓VOUT小於參考信號與斜坡補 償信號之差VREFX-VSLOPE，開關管S1被導通而開關管S2被關斷，斜坡補償信號VSLOPE被重設，斜坡補償單元305將斜坡補償信號VSLOPE的下降斜率恢復至正常值。
由於斜坡補償單元305在負載檢測單元306檢測到負載電流暫態下降時，將斜坡補償信號VSLOPE重設並將其下降斜率減小，避免了邏輯單元303在輸出電壓VOUT達到其過沖的峰值之前產生導通脈衝，從而減小了輸出電壓VOUT上的過沖，改善了開關變換器的瞬態回應。
第9圖為根據本發明一實施例的斜坡補償單元的電路原理圖。數位控制器921產生數位參考信號DREFX和數位補償信號DSLOPE。數位控制器921通過數位運算，將數位補償信號DSLOPE從數位參考信號DREFX中減去，並將兩者之差傳輸至數模轉換器922。數模轉換器922輸出的類比信號為參考信號與斜坡補償信號之差VREFX-VSLOPE。數位控制器921通過調節數位補償信號DSLOPE，即可調節斜坡補償信號VSLOPE的斜率或將斜坡補償信號VSLOPE重設。
第10圖為根據本發明另一實施例的斜坡補償單元的電路原理圖。數位控制器1021產生數位參考信號DREFX和數位補償信號DSLOPE。數位參考信號DREFX被傳輸至數模轉換器1023，數模轉換器1023輸出的類比信號為參考信號VREFX。數位補償信號DSLOPE被傳輸至數模轉換器1024，數模轉換器1024輸出的類比信號為斜坡補償信號VSLOPE。運算電路1025將斜坡補償信號VSLOPE從參考信號VREFX中減去，並輸出兩者的差值VREFX-VSLOPE。數位控制器1021通過調節數位補償信號DSLOPE，即可調節斜坡補償信號VSLOPE的斜率或將斜坡補償信號 VSLOPE重設。
第11圖為根據本發明又一實施例的斜坡補償單元的電路原理圖。數位控制器1121產生數位參考信號DREFX、控制信號CTRL1以及數位斜率信號DSR1和DSR2。數模轉換器1123耦接至數位控制器1121以接收數位參考信號DREFX，數模轉換器1023輸出的類比信號為參考信號VREFX。數模轉換器1126耦接至數位控制器1121以接收數位斜率信號DSR1，數模轉換器1126輸出類比信號VSR1。開關管S3具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至數模轉換器1126的輸出端，第二端耦接至電壓控制電流源VCCS，控制端耦接至數位控制器1121以接收控制信號CTRL1。電容器C1具有第一端和第二端，其中第二端接地。電容器C1兩端的電壓即為斜坡補償信號VSLOPE。電壓控制電流源VCCS耦接至電容器C1的第一端和第二端。在開關管S3導通期間，電壓控制電流源VCCS對電容器C1進行充電，其輸出的充電電流與信號VSR1成比例。放電電路1127也耦接至電容器C1的第一端，包括開關管和電阻器組成的開關陣列以及電流鏡電路，其連接如第11圖所示。放電電路1127耦接至數位控制器1121以接收數位斜率信號DSR2。數位斜率信號DSR2控制開關陣列中開關管的導通和關斷，從而控制電容器C1的放電電流。運算電路1125將斜坡補償信號VSLOPE從參考信號VREFX中減去，並輸出兩者的差值VREFX-VSLOPE。
數位控制器1121通過調節數位斜率信號DSR1和DSR2，可調節斜坡補償信號VSLOPE的上升斜率和下降斜率。本領域技術人員可以根據實際情況來確定第11圖的開關陣列中開關管和電阻器的個數，並根據實際情況採用相同阻值或不同阻值的電阻器。
第12圖為根據本發明一實施例的斜坡補償單元的電路原理圖。數位控制器1221產生數位電流控制信號DCS、控制信號CTRL2和CTRL3、數位參考信號DREFX以及數位幅值信號DRAMP。數位控制器1221通過數位運算，將數位幅值信號DRAMP從數位參考信號DREFX中減去，並將兩者之差提供至數模轉換器1229的輸入端。數控電流源1228具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至供電電壓VCC，控制端耦接至數位控制器1221以接收數位電流控制信號DCS。開關管S4具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至數控電流源1228的第二端，控制端耦接至數位控制器1221以接收控制信號CTRL2。開關管S5具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至開關管S4的第二端，第二端耦接至數模轉換器1229的輸出端，控制端耦接至數位控制器1221以接收控制信號CTRL3。電容器C2具有第一端和第二端，其中第一端耦接至開關管S4的第二端和開關管S5的第一端，第二端耦接至開關管S5的第二端和數模轉換器1229的輸出端。電容器C1第一端所提供的電壓即為參考信號與斜坡補償信號之差，VREFX-VSLOPE。在一個實施例中，斜坡補償單元還包括耦接在數模轉換器1229的輸出端和電容器C2第二端之間的緩衝電路BUF。數位控制器1221通過改變數位電流控制信號DCS，即可調節斜坡補償信號VSLOPE的下降斜率。數位控制器1221通過調節控制信號CTRL3使開關管S5導通，即可將斜坡補償信號VSLOPE重設。
在一個實施例中，開關變換器採用數位控制方式，如第3圖所示的負載檢測單元、比例積分單元、導通時間控制單元、最小關斷時間單元和邏輯單元可由如第9至12圖所示的數位控制器來實現。
第13圖為根據本發明一實施例的用於開關變換器的控制方法的流程圖，該開關變換器包括具有至少一個開關管的開關電路。該控制方法包括步驟S1301~S1306。
在步驟S1301，產生導通時間控制信號。
在步驟S1302，產生斜坡補償信號。
在步驟S1303，檢測負載電流是否暫態下降。若是，則至步驟S1304；若否，則至步驟S1305。
在一個實施例中，步驟S1303包括將當前開關週期與穩態下的開關週期進行比較，若當前開關週期比穩態下開關週期長一定比例或數值，則視為檢測到負載電流暫態下降。在另一個實施例中，步驟S1303包括檢測負載電流，若負載電流下降一預設值，則視為檢測到負載電流暫態下降。在又一個實施例中，步驟S1303包括檢測開關電路的輸出電壓，若輸出電壓上升至一預設值，則視為檢測到負載電流暫態下降。
在步驟S1304，對斜坡補償信號進行調節。在一個實施例中，步驟S1304包括將斜坡補償信號重設及/或將斜坡補償信號的斜率減小。
在步驟S1305，基於斜坡補償信號、參考信號和開關電路的輸出電壓產生比較信號。在一個實施例中，步驟S1305包括將參考電壓與斜坡補償信號之差同輸出電壓或代表輸出電壓的回饋信號進行比較，以產生比較信號。
在步驟S1306，根據導通時間控制信號和比較信號產生控制信號，以控制開關電路中至少一個開關管的導通與關斷。
雖然已參照幾個典型實施例描述了本發明，但應當理解，所 用的術語是說明和示例性、而非限制性的術語。由於本發明能夠以多種形式具體實施而不脫離發明的精神或實質，所以應當理解，上述實施例不限於任何前述的細節，而應在隨附申請專利範圍所限定的精神和範圍內廣泛地解釋，因此落入申請專利範圍或其等效範圍內的全部變化和改型都應為隨附申請專利範圍所涵蓋。
200‧‧‧開關變換器
201‧‧‧導通時間控制單元
202‧‧‧比較單元
203‧‧‧邏輯單元
204‧‧‧開關電路
205‧‧‧斜坡補償單元
206‧‧‧負載檢測單元
207‧‧‧回饋電路
VIN‧‧‧輸入電壓
VOUT‧‧‧輸出電壓
COT‧‧‧導通時間控制信號
VREF‧‧‧參考信號
SET‧‧‧比較信號
CTRL‧‧‧控制信號
VSLOPE‧‧‧斜坡補償信號
DEC‧‧‧檢測信號
FB‧‧‧回饋信號

Claims (19)

  1. 一種用於開關變換器的控制電路，該開關變換器包括具有第一開關管的開關電路，該控制電路包括：導通時間控制單元，產生導通時間控制信號以控制第一開關管的導通時間；斜坡補償單元，產生斜坡補償信號，其中斜坡補償信號在第一開關管關斷時以一斜率減小；比較單元，耦接至斜坡補償單元和開關電路，將參考信號與斜坡補償信號之差同開關電路的輸出電壓進行比較，產生比較信號以控制第一開關管的關斷時間；邏輯單元，耦接至導通時間控制單元和比較單元，根據導通時間控制信號和比較信號產生控制信號，以控制第一開關管的導通與關斷；以及負載檢測單元，檢測負載狀態並產生檢測信號；其中斜坡補償單元耦接至負載檢測單元以接收檢測信號，並根據檢測信號對斜坡補償信號進行調節。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的控制電路，其中若負載檢測單元檢測到負載電流下降，斜坡補償單元將斜坡補償信號重設。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的控制電路，其中若負載檢測單元檢測到負載電流下降，斜坡補償單元將斜坡補償信號的斜率減小。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的控制電路，其中若負載檢測單元檢測到負載電流下降，斜坡補償單元將斜坡補償信號重設並將斜坡補償信號的斜率減小。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的控制電路，其中斜坡補償單元包括：可控電流源，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至供電 電壓；第一電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至可控電流源的第二端；電容器，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至第一電晶體的第二端；第二電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至第一電晶體的第二端和電容器的第一端，第二端耦接至電容器的第二端。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的控制電路，其中比較單元包括比較器，該比較器具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端接收參考信號與斜坡補償信號之差，第二輸入端耦接至開關電路的輸出端以接收輸出電壓或代表輸出電壓的回饋信號，輸出端提供比較信號。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的控制電路，還包括：比例積分單元，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端接收參考信號，第二輸入端耦接至開關電路的輸出端以接收輸出電壓，比例積分單元基於參考信號和輸出電壓，在其輸出端產生比例積分信號；加法器，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端接收參考信號，第二輸入端耦接至比例積分單元的輸出端以接收比例積分信號，輸出端耦接至比較單元以提供參考信號與比例積分信號之和。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的控制電路，其中負載檢測單元將當前開關週期與穩態下的開關週期進行比較，若當前開關週期比穩態下開關週期長一定比例或數值，則視為檢測到負載電流下降。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的控制電路，其中負載檢測單元檢測負載電流，若負載電流下降一預設值，則視為檢測到負載電流下降。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的控制電路，其中負載檢測單元檢測開關電路的輸出電壓，若輸出電壓上升至一預設值，則視為檢測到負載電 流下降。
  11. 一種開關變換器，包括：開關電路，包括至少一個開關管，通過該至少一個開關管的導通與關斷將輸入電壓轉換為輸出電壓；以及如申請專利範圍第1至10項中任一項所述的控制電路。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的開關變換器，其中所述開關電路包括：第一開關管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端接收輸入電壓，控制端耦接至邏輯單元以接收控制信號；第二開關管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至第一開關管的第二端，第二端接地，控制端耦接至邏輯單元以接收控制信號；電感器，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至第一開關管的第二端和第二開關管的第一端；以及輸出電容器，耦接在電感器的第二端和地之間。
  13. 一種用於開關變換器的控制方法，該開關變換器包括具有第一開關管的開關電路，該控制方法包括：產生導通時間控制信號以控制第一開關管的導通時間；產生斜坡補償信號，其中斜坡補償信號在第一開關管關斷時以一斜率減小；檢測負載狀態並產生檢測信號；根據檢測信號對斜坡補償信號進行調節；將參考信號與斜坡補償信號之差同開關電路的輸出電壓進行比較，產生比較信號以控制第一開關管的關斷時間；根據導通時間控制信號和比較信號產生控制信號，以控制開關電路中第一開關管的導通與關斷。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的控制方法，其中對斜坡補償信號進行調 節的步驟包括：若檢測到負載電流下降，將斜坡補償信號重設。
  15. 如申請專利範圍第13項所述的控制方法，其中對斜坡補償信號進行調節的步驟包括：若檢測到負載電流下降，將斜坡補償信號的斜率減小。
  16. 如申請專利範圍第13項所述的控制方法，其中對斜坡補償信號進行調節的步驟包括：若檢測到負載電流下降，將斜坡補償信號重設並將斜坡補償信號的斜率減小。
  17. 如申請專利範圍第13項所述的控制方法，其中檢測負載狀態的步驟包括：將當前開關週期與穩態下的開關週期進行比較，若當前開關週期比穩態下開關週期長一定比例或數值，則視為檢測到負載電流下降。
  18. 如申請專利範圍第13項所述的控制方法，其中檢測負載狀態的步驟包括：檢測負載電流，若負載電流下降一預設值，則視為檢測到負載電流下降。
  19. 如申請專利範圍第13項所述的控制方法，其中檢測負載狀態的步驟包括：檢測開關電路的輸出電壓，若輸出電壓上升至一預設值，則視為檢測到負載電流下降。
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