CN102377342A - 直流到直流变换电路的控制电路和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了DC-DC变换电路的控制电路和控制方法。该控制电路包括误差放大器，用于放大变换电路的输出信号或其反馈信号与参考信号之间的误差，并输出误差信号；至少一个斜坡信号产生器，用于产生至少一个斜坡信号；两个比较器，其中第一比较器对误差信号与至少一个斜坡信号中的一个斜坡信号进行比较，并输出第一比较信号；第二比较器对误差信号与直流偏置电压之和与至少一个斜坡信号中的一个斜坡信号进行比较，并输出第二比较信号；控制信号产生器，用于根据第一比较信号与第二比较信号，产生控制信号，以控制变换电路的开关管的导通和关断。根据本发明，能解决传统恒定导通时间变换电路的稳定性问题，并且使其动态响应性能得到进一步的改进。

Description

直流到直流变换电路的控制电路和控制方法

技术领域

本发明涉及电路领域。更具体地，本发明涉及直流到直流变换电路的控制电路和控制方法。

背景技术

恒定导通时间(COT)的直流到直流变换电路由于其优越的动态响应性能和简单的内部结构，得到了很好的应用。

传统的恒定导通时间的变换电路需要满足一定条件才能稳定工作，例如，要使该变换电路稳定工作，要求反馈纹波电压必须足够大，并且与电感电流同相。这一要求导致不能采用体积小价格低廉的陶瓷电容器作为输出电容器，而需要采用价格相对昂贵的高分子有机半导体固体电容器作为输出电容器。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种直流到直流变换电路的控制方案，以解决传统的恒定导通时间变换电路的稳定性问题，并且使动态响应性能得到进一步的改进。

根据本发明的第一方面，提出了一种直流到直流变换电路的控制电路，包括：误差放大器，用于放大所述变换电路的输出信号或所述变换电路的输出信号的反馈信号与一个参考信号之间的误差，并输出一个误差信号；至少一个斜坡信号产生器，用于产生至少一个斜坡信号；两个比较器，其中第一比较器对所述误差信号与所述至少一个斜坡信号中的一个斜坡信号进行比较，并输出第一比较信号，第二比较器对所述误差信号与一个直流偏置电压之和与所述至少一个斜坡信号中的一个斜坡信号进行比较，并输出第二比较信号；以及控制信号产生器，用于根据所述第一比较信号与所述第二比较信号，产生一个控制信号，以控制所述变换电路的开关管的导通和关断。

根据本发明的另一方面，提出了一种直流到直流变换电路的控制方法，包括步骤：放大所述变换电路的输出信号或所述变换电路的输出信号的反馈信号与一个参考信号之间的误差，以得到一个误差信号；产生至少一个斜坡信号；对所述误差信号与所述至少一个斜坡信号中的一个斜坡信号进行第一比较，以得到第一比较信号；对所述误差信号与一个直流偏置电压之和与所述至少一个斜坡信号中的一个斜坡信号进行第二比较，以得到第二比较信号；以及根据所述第一比较信号与所述第二比较信号，产生一个控制信号，以控制所述变换电路的开关管的导通和关断。

根据本发明的实施方式，由于使用了误差放大器，因此解决传统的恒定导通时间变换电路的稳定性问题，并且在斜坡信号的下降速度和/或上升速度与相关参数有关的情况下，变换电路的动态响应性能得到进一步的改进。

附图说明

通过以下结合附图的说明，并且随着对本发明的更全面了解，本发明的其他目的和效果将变得更加清楚和易于理解，其中：

图1示出了一个传统的具有控制电路的恒定导通时间的直流变换电路50；

图2示出了一个根据本发明的一个实施方式的具有控制电路的直流变换电路60；

图3示意性地示出了斜坡信号产生器RAMP的电路图；

图4相应地示出了斜坡信号Vramp的波形；

图5示意性地示出了斜坡信号Vramp的上升速度与下降速度的改变与控制信号产生器产生导通时间的速度以及导通时间的持续时间之间的关系；

图6示出了一个根据本发明的另一个实施方式的具有控制电路的直流变换电路70；

图7A和图7B分别示意性地示出了第一部分斜坡信号产生器RAMP 1和第二部分斜坡信号产生器RAMP2的电路图；

图8A和图8B分别相应地示出了第一部分斜坡信号Vramp 1和第二部分斜坡信号Vramp2的波形；

图9示出了根据本发明的一个实施方式的控制直流到直流变换电路的方法的流程图。

在所有的上述附图中，相同的标号表示具有相同、相似或相应的特征或功能。

具体实施方式

以下将结合附图详细描述本发明的具体实施方式。

图1示出了一个传统的具有控制电路的恒定导通时间的直流变换电路50。

如图1所示，一个恒定时间计时器U₁通过一个前馈电阻R_feedforward接收电路50的输入V_IN，并且还接收电路50的输出V_OUT。串接在电路50的输出V_OUT和地之间的电阻R₁和电阻R₂组成一个反馈回路，用于从电路50的输出V_OUT得到一个反馈信号V_FB，该反馈信号V_FB被输送至比较器U₂的反相输入端(也可以直接将电路50的输出V_OUT输送至比较器U₂的反相输入端，这样就不需要反馈回路了)。比较器U₂的同相输入端接收参考信号V_REF，并且比较器U₂的输出端连接至与门U₄的一个输入端。与门U₄的输出端连接至RS触发器U₅的置位端S。RS触发器U₅的复位端R接收恒定时间计时器电路U₁的输出，而其输出Q一方面输送至驱动器U₆的输入端，另一方面反馈回恒定时间计时器U₁和最小关断时间电路U₃。最小关断时间电路U₃接收RS触发器U₅的输出Q，并且其输出连接到与门U₄的另一个输入端。驱动器U₆的两个输出信号分别用以驱动变换电路50的上开关管M₁和下开关管M₂(本说明书及其附图中，部分地方为简便表述，将两者分别简称为上管M₁和下管M₂，它们可以是三极管、MOS管等器件，串联在变换电路50的输入V_IN与地之间)，也就是说，驱动器U₆的两个输出信号分别连接到上管M₁和下管M₂的控制端。在上管M₁和下管M₂中间与地之间串联连接输出电感器L、阻抗器ESR、理想输出电容器C_O，其中ESR为输出电容器的实际等效串联阻抗器。在输出电感器L和阻抗器ESR之间得到变换电路50的输出V_OUT。

变换电路50工作时，当变换电路50的反馈信号V_FB低于参考信号V_REF时，比较器U₂输出为高，若此时最小关断时间电路U₃输出也为高，则与门U₄将输送一个高电平信号至RS触发器U₅的S端，从而置位RS触发器U₅，使其输出Q为高。此高的输出Q通过驱动器U₆将变换电路50的上开关管M₁导通、下开关管M₂关断，从而使变换电路50的输出V_OUT升高。当输出V_OUT升高至使得反馈信号V_FB高于参考信号V_REF时，比较器U₂输出为低，进而RS触发器U₅的置位端S为低，其输出Q保持原来的状态。另外，高的输出Q使恒定时间计时器U₁开始计时。当恒定时间计时器U₁计时达到预设值，例如达到N*V_OUT/V_IN时，其输出端O输出一个高电平到RS触发器U5的R端，从而对RS触发器U₅进行复位，使得RS触发器U₅的输出Q变低；此低的输出Q通过驱动器U₆将变换电路50的上开关管M₁关断、下开关管M₂导通，使得变换电路50的输出V_OUT降低。同时此低的输出Q被输送至最小关断时间电路U₃，使U₃输出一个具有最小关断时间持续时间的低电平信号至与门U₄，从而在这段最小关断时间内无效与门U₄的另一个输入，即此时不管比较器U₂的输出为高或者为低，与门U₄的输出均为低。当变换电路50的输出V_OUT的反馈信号V_FB又降低至低于V_REF时，比较器U₂输出又为高，并且经过了最小关断时间后，U₃会输出高电平信号至与门U₄，因此与门U₄输出为高，进而置位RS触发器U₅，变换电路50开始一个新周期。

综上所述，可知恒定时间计时器、最小关断时间电路、与门、RS触发器、比较器共同地组成了该变换电路的控制电路。

本领域的技术人员可以意识到，这里最小关断时间电路U₃的作用为避免由于噪声干扰等其它原因，变换电路50在经过了一个恒定导通时间以后又立刻进入下一个恒定导通时间。

当然，本领域的技术人员可以理解，可以不需要最小关断时间电路U₃。在没有最小关断时间电路U₃的情况下，也不需要与门U₄。此时，比较器U₂的输出直接连接到RS触发器U₅的S端。

图2示出了一个根据本发明的一个实施方式的具有控制电路的直流变换电路60。

该变换电路60的控制电路与图1所示的变换电路50的控制电路不同。

更具体地，该变换电路60的控制电路包括了图1所示的变换电路50的控制电路所不包括的误差放大器EA和斜坡信号产生器RAMP。并且，比较器的数目也从1个变成了2个。另外，恒定导通时间信号产生器只包括RS触发器U₅，并且因此产生的导通时间不再总是恒定的，为了清楚起见，在以下的描述中，将其称为控制信号产生器。当然，本领域的技术人员可以意识到，可以采用其他的逻辑元件来代替RS触发器U₅，以实现控制信号产生器的功能。

更具体地，误差放大器EA的反相输入端接收反馈信号V_FB，同相输入端接收参考信号V_REF，其输出误差信号Comp到加法器ADD的一个输入端和第一比较器U₂₁的同相输入端，该加法器ADD的另一个输入端接一个直流电压源V提供的直流偏置电压VW，而该加法器ADD输出端连接到第二比较器U₂₂的反相输入端。第二比较器U₂₂的同相输入端和第一比较器U₂₁的反相输入端接收斜坡信号产生器RAMP产生的斜坡信号Vramp。也就是说，此时，第二比较器U₂₂比较的是误差信号Comp和直流偏置电压VW之和与斜坡信号Vramp的大小；第一比较器U₂₁比较的是误差信号Comp与斜坡信号Vramp的大小。第一比较器U₂₁的输出端连接到RS触发器U₅的置位端S端，而第二比较器U₂₂的输出端连接到RS触发器U₅的复位端R端。RS触发器U₅的输出Q输送至驱动器U₆的输入端。另外，如本领域的技术人员所知道的，误差放大器EA有一个电阻R_EA，连接在它的反相输入端与它的输出端之间。

在斜坡信号Vramp低于误差信号Comp时，第一比较器U₂₁输出的第一比较信号发生转变，从低电平变成高电平，因此，对RS触发器U₅进行置位，使其输出Q为高。此高的输出Q通过驱动器U₆将变换电路60的上开关管M₁导通、下开关管M₂关断。

在斜坡信号Vramp低于误差信号Comp后，斜坡信号Vramp会慢慢地上升，其上升速度，也就是该斜坡信号Vramp的上升斜率与变换电路60的输入V_IN成正比以及与变换电路60的输出V_OUT成反比。当然，本领域的技术人员可以意识到，该斜坡信号Vramp的上升斜率也可以是与其他的有关参数相关。甚至该斜坡信号Vramp的上升斜率只与变换电路60的输出V_OUT成反比，而与变换电路60的输入V_IN无关。

当随着斜坡信号Vramp上升，变得高于误差信号Comp时，第一比较器U₂₁输出的第一比较信号发生转变，从高电平变成低电平，进而RS触发器U₅的置位端S为低，其输出Q保持原来的状态，即还是高电平，并且因此变换电路60的上开关管M₁继续导通、下开关管M₂继续关断。

当随着斜坡信号Vramp继续上升，变得高于误差信号Comp与直流偏置电压VW之和时，第二比较器U₂₂输出的第二比较信号发生转变，从低电平变成高电平，进而对RS触发器U₅进行复位，从而使得RS触发器U₅的输出Q变低，此低的输出Q通过驱动器U₆将变换电路60的上开关管M₁关断、下开关管M₂导通。

在斜坡信号Vramp高于误差信号Comp与直流偏置电压VW之和后，斜坡信号Vramp会慢慢地下降，其下降速度，也就是该斜坡信号Vramp的下降斜率的绝对值，与误差信号Comp的幅度成正比。

当随着斜坡信号Vramp下降，变得低于误差信号Comp与直流偏置电压VW之和时，第二比较器U₂₂输出的第二比较信号发生转变，从高电平变成低电平，进而RS触发器U₅的复位端R为低，其输出Q保持原来的状态，即还是低电平，并且因此变换电路60的上开关管M₁继续关断、下开关管M₂继续导通。

当随着斜坡信号Vramp继续下降，又低于误差信号Comp时，第一比较器U₂₁输出的第一比较信号又发生转变，又从低电平变成高电平，因此，又对RS触发器U₅进行置位，又使其输出Q为高。此高的输出Q通过驱动器U₆又将变换电路60的上开关管M₁导通、下开关管M₂关断，从而开始一个新的周期。

从上述描述中可知，控制信号产生器产生的控制信号的导通时间TON＝VW/R_UP，其中R_UP为斜坡信号Vramp的上升斜率，如前所述，斜坡信号Vramp的上升斜率与变换电路60的输入V_IN成正比而与其输出V_OUT成反比，因此，导通时间TON应该与输入V_IN成反比而与输出V_OUT成正比。并且，控制信号产生器产生的控制信号的关闭时间TOFF＝VW/R_DOWN，其中R_DOWN为斜坡信号Vramp的下降斜率的绝对值，如前所述，斜坡信号Vramp的下降斜率的绝对值与误差信号Comp的幅度成正比，因此，关闭时间TOFF应该与误差信号Comp的幅度成反比，误差信号Comp的幅度越大，关闭时间TOFF越短。

更具体地，图3示意性地示出了斜坡信号产生器RAMP的电路图，图4相应地示出了斜坡信号Vramp的波形。

如图3所示，斜坡信号产生器RAMP包括：第一电流源I1、第一开关SW1、第一电容器C1、第二开关SW2、第二电流源I2。其中第一电流源I1的流入端接地，流出端连接到第一开关SW1的第一端。第一开关SW1的第二端连接到第二开关SW2的第一端，并且第一开关SW1的控制端连接到第一开关控制信号产生器，在斜坡信号Vramp低于误差信号Comp时，该第一开关控制信号产生器一个使第一开关SW1闭合一段时间，直到该斜坡信号Vramp高于误差信号Comp与直流偏置电压VW之和的信号。例如，第一开关SW1的控制端可以连接到上述RS触发器的输出端Q，在输出端Q为高电平的情况下，第一开关SW1闭合，以及在输出端Q为低电平的情况下，第一开关SW1断开。第二开关SW2的第二端连接到第二电流源I2的流入端，并且第二开关SW2的控制端连接到第二开关控制信号产生器，在斜坡信号Vramp高于误差信号Comp和直流偏置电压VW之和时，该第二开关控制信号产生器产生一个使第二开关SW2闭合一段时间，直到斜坡信号Vramp低于误差信号Comp的信号。例如，第二开关SW1的控制端可以连接到上述RS触发器的输出端Q的非，在输出端Q为低电平的情况下，第二开关SW2闭合，以及在输出端Q为高电平的情况下，第二开关SW2断开。第二电流源I2的输出端接地。第一电容器C1连接到第一开关SW1的第二端与第二开关SW2的第一端的连接点与地之间。并且上述第一开关SW1的第二端与第二开关SW2的第一端的连接点，也就是第一电容器C1的非接地端，为该斜坡信号产生器RAMP的输出端，在此处输出斜坡信号Vramp，其中，第一电流源I1的输出电流与变换电路60的输入V_IN成正比以及与变换电路60的输出V_OUT成反比，而第二电流源I2的输入电流与误差信号Comp的幅度成正比。

当斜坡信号Vramp下降到低于误差信号Comp时，如前所述，RS触发器的输出端Q输出高电平，输出端Q的非输出低电平，第一开关SW1闭合，第二开关SW2断开，此时，第一电流源I1开始给第一电容器C1充电，充电斜率为i1/c1，其中i1为第一电流源I1的输出电流，而c1为第一电容器C的电容值。随着充电的进行，第一电容器C1两端的电压，即斜坡信号Vramp逐渐上升，其上升速度，也就是上升斜率，与充电斜率i1/c1成正比。

由于第一电流源I1的输出电流i1与变换电路60的输入V_IN成正比以及与变换电路60的输出V_OUT成反比，从而斜坡信号Vramp的上升速度也与变换电路60的输入V_IN成正比以及与变换电路60的输出V_OUT成反比。

当斜坡信号Vramp上升到高于误差信号Comp与直流偏置电压VW之和时，如前所述，RS触发器的输出端Q输出低电平，输出端Q的非输出高电平，第一开关SW1断开，第二开关SW2闭合，此时，第二电流源I2开始给第一电容器C1放电，放电斜率为i2/c1，其中i2为第二电流源I2的输出电流，而c1为第一电容器C1的电容值。随着放电的进行，第一电容器C1两端的电压，即斜坡信号Vramp逐渐下降，其下降速度，也就是下降斜率的绝对值，与放电斜率i2/c1成正比。

由于第二电流源I2的输出电流i2正比于误差信号Comp的幅度，从而斜坡信号Vramp的下降速度也是与误差信号Comp的幅度成正比。

如图4所示，斜坡信号Vramp在误差信号Comp与误差信号Comp和直流偏置电压VW之和之间变化，一旦其幅度从误差信号Comp和直流偏置电压VW之和开始逐渐地下降到低于误差信号Comp，其幅度开始逐渐地上升，一旦其幅度逐渐地上升到高于误差信号Comp和直流偏置电压VW之和，其幅度又开始逐渐地下降。

如前所述，斜坡信号Vramp的下降速度与误差信号Comp的幅度成正比，误差信号Comp幅度越大，斜坡信号Vramp下降越快，越早地达到比误差信号Comp小的情形，从而更快地使控制信号产生器产生一个导通时间，更快地使上开关管M₁导通，下开关管M₂关断，从而更快地使反馈信号V_FB增大，并接近于参考信号V_REF。

图5示意性地示出了斜坡信号Vramp的上升速度与下降速度的改变与控制信号产生器产生导通时间的速度以及导通时间的持续时间之间的关系。其中，图5中上面那个图示出了斜坡信号Vramp的上升速度与下降速度的改变，下面那个图示出了控制信号产生器产生导通时间的速度以及导通时间的持续时间。可以明显地看出，误差信号Comp越大，斜坡信号Vramp下降得越快，控制信号产生器产生导通时间的速度也越快。此外，当误差信号Comp变化时，导通时间TON＝(VW+ΔComp)/R_UP。当误差信号Comp增大时，由于ΔComp大于零，因而导通时间TON也增大。

这也说明了根据本发明的变换电路的动态响应性能非常良好。当负载增大时，变换电路的输出V_OUT会下降，从而导致反馈信号V_FB下降，误差信号Comp增大，而误差信号Comp的增大能够缩短上开关管M₁的关断时间，并增加其导通时间，提高开关频率，增大等效占空比，从而抑制变换电路输出V_OUT的进一步跌落，并使得V_OUT能更快地回到其电压设定值。

另外，由于在本发明中，采用了误差放大器，因此解决了传统的恒定导通时间变换电路的稳定性问题，并使得输出V_OUT能准确地被调节至电压设定值。

图6示出了一个根据本发明的另一个实施方式的具有控制电路的直流变换电路70。

该变换电路70的控制电路与图2所示的变换电路60的控制电路不同在于，该变换电路70的控制电路用两个部分斜坡信号产生器RAMP1和RAMP2来代替图2所示的变换电路60的控制电路的斜坡信号产生器RAMP。

其中第一部分斜坡信号产生器RAMP1产生的第一部分斜坡信号Vramp1输入到第一比较器U₂₁的反相输入端，第二部分斜坡信号产生器RAMP2产生的第二部分斜坡信号Vramp2输入到第二比较器U₂₂的同相输入端。

在第一部分斜坡信号Vramp1低于误差信号Comp时，第一比较器U₂₁输出的第一比较信号发生转变，从低电平变成高电平，因此，对RS触发器U₅进行置位，使其输出Q为高。此高的输出Q通过驱动器U₆将变换电路70的上开关管M₁导通、下开关管M₂关断。

在第一部分斜坡信号Vramp1低于误差信号Comp后，第一部分斜坡信号Vramp1被拉伸为具有误差信号Comp与直流偏置电压VW之和的幅度，然后会慢慢地下降，其下降速度与误差信号Comp的幅度成正比。

随着第一部分斜坡信号Vramp1被拉伸，其变得高于误差信号Comp，第一比较器U₂₁输出的第一比较信号发生转变，从高电平变成低电平，进而RS触发器U₅的置位端S为低，其输出Q保持原来的状态，即还是高电平，并且因此变换电路70的上开关管M₁继续导通、下开关管M₂继续关断。

在第一部分斜坡信号Vramp1上升到误差信号Comp与直流偏置电压VW之和的幅度的同时，第二部分斜坡信号Vramp2从误差信号Comp开始慢慢地上升。当随着第二部分斜坡信号Vramp2上升，变得高于误差信号Comp与直流偏置电压VW之和时，第二比较器U₂₂输出的第二比较信号发生转变，从低电平变成高电平，进而对RS触发器U₅进行复位，从而使得RS触发器U₅的输出Q变低，此低的输出Q通过驱动器U₆将变换电路70的上开关管M₁关断、下开关管M₂导通。

在第二部分斜坡信号Vramp2高于误差信号Comp与直流偏置电压VW之和后，第二部分斜坡信号Vramp2被拉低到误差信号Comp，直到下一次第一部分斜坡信号Vramp1被拉伸到具有误差信号Comp与直流偏置电压VW之和的幅度时，才继续慢慢地上升。第二部分斜坡信号Vramp2的上升速度与变换电路70的输入V_IN成正比以及与变换电路70的输出V_OUT成反比。

当第二部分斜坡信号Vramp2被拉低，变得低于误差信号Comp与直流偏置电压VW之和时，第二比较器U₂₂输出的第二比较信号发生转变，从高电平变成低电平，进而RS触发器U₅的复位端R为低，其输出Q保持原来的状态，即还是低电平，并且因此变换电路70的上开关管M₁继续关断、下开关管M₂继续导通。

当随着第一部分斜坡信号Vramp1继续下降，又低于误差信号Comp时，第一比较器U₂₁输出的第一比较信号又发生转变，又从低电平变成高电平，因此，又对RS触发器U₅进行置位，又使其输出Q为高。此高的输出Q通过驱动器U₆又将变换电路70的上开关管M₁导通、下开关管M₂关断，从而开始一个新的周期。

图7A和图7B分别示意性地示出了第一部分斜坡信号产生器RAMP1和第二部分斜坡信号产生器RAMP2的电路图，图8A和图8B分别相应地示出了第一部分斜坡信号Vramp1和第二部分斜坡信号Vramp2的波形。

如图7A所示，第一部分斜坡信号产生器RAMP1包括：直流电压源V、加法器ADD、第三开关SW3、第二电容器C2、第三电流源I3。

其中加法器ADD的输入端连接到误差放大器EA的输出端与提供直流偏置电压VW的直流电压源V的正极端，输出端连接到第三开关SW3的第一端。第三开关SW3的第二端连接到第三电流源I3的流入端。直流电压源V的负极端和第三电流源I3的流出端接地。第二电容器C2连接在第三开关SW3的第二端与地之间。第三开关SW3的控制端连接到第三开关控制信号产生器，在第一部分斜坡信号Vramp1低于误差信号Comp时，该第三开关控制信号产生器产生一个使第三开关SW3闭合一段时间的信号，不过该使第三开关SW3闭合的信号的持续时间很短，例如大约30纳秒。例如，该第三开关控制信号产生器可以类似于上面描述的恒定导通时间信号产生器，不过导通时间很短，例如大约30纳秒。并且第三开关SW3的第二端，也就是第二电容器C2的非接地端，为第一部分斜坡信号产生器RAMP1的输出端，在此处输出第一部分斜坡信号Vramp1，其中第三电流源I3的输出电流正比于误差信号Comp的幅度。

当第一部分斜坡信号Vramp1下降到低于误差信号Comp时，第三开关SW3在控制端输入的第三开关控制信号的控制下闭合，从而第一部分斜坡信号Vramp1被立刻拉伸为具有加法器ADD输出的信号的幅度，即第一部分斜坡信号Vramp1被拉伸到具有误差信号Comp与直流电压源V的电压值VW之和的幅度。也就是说，在第三开关SW3闭合期间，第二电容器C2两端的电压被立刻拉伸为误差信号Comp与直流电压源V的电压值VW之和。

在控制端输入的第三开关控制信号的控制下，在保持闭合一段时间之后，例如30ns之后，第三开关SW3断开，此时第三电流源I3开始给第二电容器C2放电，放电速度，也就是放电斜率为i3/c2，其中i3为第三电流源I3的输出电流，而c2为第二电容器C2的电容值。随着放电的进行，第二电容器C2两端的电压，即第一部分斜坡信号Vramp1也逐渐下降，其下降速度与放电速度i3/c2成正比。

由于第三电流源I3的输出电流i3正比于误差信号Comp的幅度，从而第一部分斜坡信号Vramp1的下降速度也是与误差信号Comp的幅度成正比。

如图7B所示，第二部分斜坡信号产生器RAMP2包括：第四电流源I4、第四开关SW4、第五开关SW5以及第三电容器C3。

其中，第四电流源I4的输出端连接到第五开关SW的第一端、第四开关SW4的第一端以及第三电容器C3的第一端，并且该端也是该第二部分斜坡信号产生器RAMP2的输出端，在此处输出第二部分斜坡信号Vramp2。第四电流源I4的输入端、第四开关的第二端以及第三电容器C3的第二端接地。第五开关的第二端接收误差信号Comp。第五开关SW5的控制端连接到第五开关控制信号产生器，在第二部分斜坡信号Vramp2高于误差信号Comp和直流偏置电压VW之和时，该第五开关控制信号产生器产生一个使所述第五开关SW5闭合一段时间，直到第一部分斜坡信号Vramp1低于误差信号Comp的信号。这里，第四开关SW4用于在某些情况下(例如保护发生时)将第二部分斜坡信号Vramp2直接拉低到0V。其中第四电流源I4的输出电流与变换电路70的输入V_IN成正比以及与变换电路70的输出V_OUT成反比。

在RS触发器输出端Q为高电平的情况下，第四开关SW4和第五开关SW5断开，此时，第四电流源I4开始给第三电容器C3充电，充电速度为i4/c3，其中i4为第四电流源I4的输出电流，而c3为第三电容器C3的电容值。随着充电的进行，第三电容器C3两端的电压，即第二部分斜坡信号Vramp2逐渐上升，其上升速度与充电速度i4/c3成正比。

由于第四电流源I4的输出电流与变换电路70的输入V_IN成正比以及与变换电路70的输出V_OUT成反比，从而第二部分斜坡信号Vramp2的上升速度也与变换电路70的输入V_IN成正比以及与变换电路70的输出V_OUT成反比。

当第二部分斜坡信号Vramp2上升到高于误差信号Comp与直流偏置电压VW之和时，如前所述，第二比较器U₂₂输出一个高电平，RS触发器被置位，即RS触发器的输出端Q输出低电平，从而第五开关SW5闭合，第三电容器C3两端的电压，即第二部分斜坡信号Vramp2被拉低到只有误差信号Comp幅度的大小。只有当RS触发器的输出端Q再次输出高电平，也就是当第一部分斜坡信号Vramp1再次降低到低于误差信号Comp，使得第一比较器U21输出一个高电平信号时，第五开关SW5再次断开，第二部分斜坡信号Vramp2再次从误差信号Comp逐渐上升。

如图8A所示，第一部分斜坡信号Vramp1的幅度从误差信号Comp和直流偏置电压VW之和开始逐渐地下降，一旦其幅度下降到低于误差信号Comp，其幅度被拉伸到误差信号Comp和直流偏置电压VW之和，并且其幅度又开始逐渐地下降，其中第一部分斜坡信号Vramp1的下降速度与误差信号Comp的幅度成正比。

如图8B所示，第二部分斜坡信号Vramp2的幅度从误差信号Comp开始逐渐地上升，一旦其幅度上升到高于误差信号Comp和直流偏置电压VW之和，其幅度被拉低到误差信号Comp，并且维持于该误差信号Comp，直到第一部分斜坡信号Vramp1逐渐地下降到低于误差信号Comp时，其幅度又开始逐渐地上升，其中第二部分斜坡信号Vramp2的上升速度与变换电路70的输入V_IN成正比以及与变换电路70的输出V_OUT成反比。

与图2中所示的变换电路60相比，图6中所示的变换电路70能够取得更好的动态响应性能。在第一部分斜坡信号Vramp1的下降速度与斜坡信号Vramp的下降部分的下降速度相同，以及第二部分斜坡信号Vramp2的上升速度与斜坡信号Vramp的上升部分的上升速度相同的情况下，相比于变换电路60，变换电路70中上开关管M₁断开、下开关管M₂导通的持续时间更短。也就是说，相比于变换电路60，变换电路70能够更快地使上开关管M₁导通，下开关管M₂关断，从而更快地使反馈信号V_FB增大，并接近于参考信号V_REF。变换电路70能够取得这一优势的原因在于，在第二部分斜坡信号Vramp2从误差信号Comp开始上升的同时，第一部分斜坡信号Vramp1已经开始从误差信号Comp与直流偏置电压VW之和下降。即，关闭时间TOFF从变换电路60的VW/R_DOWN变成了变换电路70的VW/R_DOWN-VW/R_UP，减少了VW/R_UP。

图9示出了根据本发明的一个实施方式的控制直流到直流变换电路的方法的流程图。

如图9所示，方法900包括步骤S910，放大所述变换电路的输出信号或所述变换电路的输出信号的反馈信号与一个参考信号之间的误差，以得到一个误差信号；步骤S920产生至少一个斜坡信号；步骤S930，对所述误差信号与所述至少一个斜坡信号中的一个斜坡信号进行第一比较，以得到第一比较信号；步骤S940，对所述误差信号与一个直流偏置电压之和与所述至少一个斜坡信号中的一个斜坡信号进行第二比较，以得到第二比较信号；以及步骤S950根据所述第一比较信号与所述第二比较信号，产生一个控制信号，以控制所述变换电路的开关管的导通和关断。

其中，开关管包括上开关管和下开关管，在第一比较中至少一个斜坡信号中的一个斜坡信号低于误差信号时，第一比较信号发生转变，使得控制信号产生一个导通时间，其中在导通时间期间，上开关管导通，下开关管关断；在第二比较中至少一个斜坡信号中的一个斜坡信号高于误差信号与一个直流偏置电压之和时，第二比较信号发生转变，使得控制信号产生一个关闭时间，其中在关闭时间期间，上开关管关断，下开关管导通。

其中，第一比较所使用的至少一个斜坡信号中的一个斜坡信号与第二比较所使用的至少一个斜坡信号中的一个斜坡信号是相同的斜坡信号。

其中，第一比较和第二比较中使用的相同的斜坡信号具有如下特征：

在误差信号与误差信号和直流偏置电压之和之间变化，一旦其幅度从误差信号和直流偏置电压之和开始逐渐地下降到低于误差信号，其幅度开始逐渐地上升，一旦其幅度逐渐地上升到高于误差信号和直流偏置电压之和，其幅度又开始逐渐地下降，其中下降速度与误差信号的幅度成正比，上升速度与变换电路的输入成正比以及与变换电路的输出成反比。

其中，第一比较所使用的至少一个斜坡信号中的一个斜坡信号与第二比较所使用的至少一个斜坡信号中的一个斜坡信号是不同的第一部分斜坡信号和第二部分斜坡信号。

其中，第一比较中使用的第一部分斜坡信号具有特征：

其幅度从误差信号和直流偏置电压之和开始逐渐地下降，一旦其幅度下降到低于误差信号，其幅度被拉伸到误差信号和直流偏置电压之和，并且其幅度又开始逐渐地下降，其中第一部分斜坡信号的下降速度与误差信号的幅度成正比；

第二比较中使用的第二部分斜坡信号具有特征：

其幅度从误差信号开始逐渐地上升，一旦其幅度上升到高于误差信号和直流偏置电压之和，其幅度被拉低到误差信号，并且维持于该误差信号，直到第一部分斜坡信号逐渐地下降到低于误差信号时，其幅度又开始逐渐地上升，其中第二部分斜坡信号的上升速度与变换电路的输入成正比以及与变换电路的输出成反比。

应当注意，为了使本发明更容易理解，上面的描述省略了对于本领域的技术人员来说是公知的、并且对于本发明的实现可能是必需的更具体的一些技术细节。

本领域的技术人员还应当理解，本发明不限于上面所描述的步骤，本发明也包括对上面所描述的步骤进行的组合、顺序变换等。本发明的最终范围由所附的权利要求限定。

因此，选择并描述实施方式是为了更好地解释本发明的原理及其实际应用，并使本领域普通技术人员明白，在不脱离本发明实质的前提下，所有修改和变更均落入由权利要求所限定的本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种直流到直流变换电路的控制电路，包括：

误差放大器，用于放大所述变换电路的输出信号或所述变换电路的输出信号的反馈信号与一个参考信号之间的误差，并输出一个误差信号；

至少一个斜坡信号产生器，用于产生至少一个斜坡信号；

两个比较器，其中第一比较器对所述误差信号与所述至少一个斜坡信号中的一个斜坡信号进行比较，并输出第一比较信号，第二比较器对所述误差信号与一个直流偏置电压之和与所述至少一个斜坡信号中的一个斜坡信号进行比较，并输出第二比较信号；以及

控制信号产生器，用于根据所述第一比较信号与所述第二比较信号，产生一个控制信号，以控制所述变换电路的开关管的导通和关断。

2.根据权利要求1所述的控制电路，其中所述开关管包括上开关管和下开关管，在所述第一比较器比较的所述至少一个斜坡信号中的一个斜坡信号低于所述误差信号时，所述第一比较器输出的第一比较信号发生转变，使得所述控制信号产生器产生一个导通时间，其中在所述导通时间期间，所述上开关管导通，所述下开关管关断；在所述第二比较器比较的所述至少一个斜坡信号中的一个斜坡信号高于所述误差信号与一个直流偏置电压之和时，所述第二比较器输出的第二比较信号发生转变，使得所述控制信号产生器产生一个关闭时间，其中在所述关闭时间期间，所述上开关管关断，所述下开关管导通。

3.根据权利要求2所述的控制电路，其中所述控制信号产生器是一个RS触发器，其S端接收所述第一比较器输出的第一比较信号，其R端接收所述第二比较器输出的第二比较信号，其输出端Q的输出控制所述上开关管和下开关管的导通和关断。

4.根据权利要求1所述的控制电路，其中第一比较器比较的所述至少一个斜坡信号中的一个斜坡信号与第二比较器比较的所述至少一个斜坡信号中的一个斜坡信号是来自同一个斜坡信号产生器的相同的斜坡信号。

5.根据权利要求4所述的控制电路，其中第一比较器和第二比较器接收的来自同一个斜坡信号产生器的相同的斜坡信号具有如下特征：

在误差信号与误差信号和直流偏置电压之和之间变化，一旦其幅度从误差信号和直流偏置电压之和开始逐渐地下降到低于误差信号，其幅度开始逐渐地上升，一旦其幅度逐渐地上升到高于误差信号和直流偏置电压之和，其幅度又开始逐渐地下降，其中下降速度与误差信号的幅度成正比，上升速度与变换电路的输入成正比以及与变换电路的输出成反比。

6.根据权利要求5所述的控制电路，其中同时向第一比较器和第二比较器提供相同的斜坡信号的斜坡信号产生器包括第一电流源、第一开关、第一电容器、第二开关、第二电流源，

其中第一电流源的流入端接地，流出端连接到第一开关的第一端，第一开关的第二端连接到第二开关的第一端，第一开关的控制端连接到第一开关控制信号产生器，在所述斜坡信号低于所述误差信号时，该第一开关控制信号产生器产生一个使所述第一开关闭合一段时间，直到所述斜坡信号高于误差信号和直流偏置电压之和的信号，第二开关的第二端连接到第二电流源的流入端，并且第二开关的控制端连接到第二开关控制信号产生器，在所述斜坡信号高于误差信号和直流偏置电压之和时，该第二开关控制信号产生器产生一个使所述第二开关闭合一段时间，直到所述斜坡信号低于所述误差信号的信号，第二电流源的输出端接地，第一电容器连接到第一开关的第二端与第二开关的第一端的连接点与地之间，第一电容器的非接地端为该斜坡信号产生器的输出端，其中，第一电流源的输出电流与变换电路的输入成正比以及与变换电路的输出成反比，而第二电流源的输入电流与误差信号的幅度成正比。

7.根据权利要求1所述的控制电路，其中第一比较器比较的所述至少一个斜坡信号中的一个斜坡信号与第二比较器比较的所述至少一个斜坡信号中的一个斜坡信号是来自第一部分斜坡信号产生器和第二部分斜坡信号产生器的不同的第一部分斜坡信号和第二部分斜坡信号。

8.根据权利要求7所述的控制电路，其中第一比较器比较的来自第一部分斜坡信号产生器的第一部分斜坡信号具有特征：

其幅度从误差信号和直流偏置电压之和开始逐渐地下降，一旦其幅度下降到低于误差信号，其幅度被拉伸到误差信号和直流偏置电压之和，并且其幅度又开始逐渐地下降，其中所述第一部分斜坡信号的下降速度与所述误差信号的幅度成正比；

其中第二比较器比较的来自第二部分斜坡信号产生器的第二部分斜坡信号具有特征：

其幅度从误差信号开始逐渐地上升，一旦其幅度上升到高于误差信号和直流偏置电压之和，其幅度被拉低到误差信号，并且维持于该误差信号，直到所述第一部分斜坡信号逐渐地下降到低于误差信号时，其幅度又开始逐渐地上升，其中所述第二部分斜坡信号的上升速度与变换电路的输入成正比以及与变换电路的输出成反比。

9.根据权利要求8所述的控制电路，其中所述第一部分斜坡信号产生器包括直流电压源、加法器、第三开关、第二电容器、第三电流源，

其中加法器的输入端连接到误差放大器的输出端和提供所述直流偏置电压的直流电压源的正极端，输出端连接到第三开关的第一端，第三开关的第二端连接到第三电流源的流入端，直流电压源的负极端和第三电流源的流出端接地，第二电容器连接在第三开关的第二端与地之间，第三开关的控制端连接到第三开关控制信号产生器，在所述第一部分斜坡信号低于所述误差信号时，所述第三开关控制信号产生器产生一个使所述第三开关闭合一段时间的信号，并且第三开关的第二端，也就是第二电容器的非接地端，为第一部分斜坡信号产生器的输出端，在此处输出第一部分斜坡信号，其中第三电流源的输出电流正比于误差信号的幅度；

其中所述第二部分斜坡信号产生器包括第四电流源、第四开关、第五开关以及第三电容器，

其中第四电流源的输出端连接到第五开关的第一端、第四开关的第一端以及第三电容器的第一端，并且该端也是该第二部分斜坡信号产生器的输出端，在此处输出第二部分斜坡信号，第四电流源的输入端、第四开关的第二端以及第三电容器的第二端接地，第五开关的第二端接收误差信号，第五开关的控制端连接到第五开关控制信号产生器，在所述第二部分斜坡信号高于误差信号和直流偏置电压之和时，该第五开关控制信号产生器产生一个使所述第五开关闭合一段时间，直到所述第一部分斜坡信号低于所述误差信号的信号，其中第四电流源的输出电流与变换电路的输入成正比以及与变换电路的输出成反比。

10.一种直流到直流变换电路的控制方法，包括步骤：

放大所述变换电路的输出信号或所述变换电路的输出信号的反馈信号与一个参考信号之间的误差，以得到一个误差信号；

产生至少一个斜坡信号；

对所述误差信号与所述至少一个斜坡信号中的一个斜坡信号进行第一比较，以得到第一比较信号；

对所述误差信号与一个直流偏置电压之和与所述至少一个斜坡信号中的一个斜坡信号进行第二比较，以得到第二比较信号；以及

根据所述第一比较信号与所述第二比较信号，产生一个控制信号，以控制所述变换电路的开关管的导通和关断。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述开关管包括上开关管和下开关管，在所述第一比较中所述至少一个斜坡信号中的一个斜坡信号低于所述误差信号时，所述第一比较信号发生转变，使得所述控制信号产生一个导通时间，其中在所述导通时间期间，所述上开关管导通，所述下开关管关断；在所述第二比较中所述至少一个斜坡信号中的一个斜坡信号高于所述误差信号与一个直流偏置电压之和时，所述第二比较信号发生转变，使得所述控制信号产生一个关闭时间，其中在所述关闭时间期间，所述上开关管关断，所述下开关管导通。

12.根据权利要求10所述的方法，其中第一比较所使用的所述至少一个斜坡信号中的一个斜坡信号与第二比较所使用的所述至少一个斜坡信号中的一个斜坡信号是相同的斜坡信号。

13.根据权利要求12所述的方法，其中第一比较和第二比较中使用的相同的斜坡信号具有如下特征：

在误差信号与误差信号和直流偏置电压之和之间变化，一旦其幅度从误差信号和直流偏置电压之和开始逐渐地下降到低于误差信号，其幅度开始逐渐地上升，一旦其幅度逐渐地上升到高于误差信号和直流偏置电压之和，其幅度又开始逐渐地下降，其中下降速度与误差信号的幅度成正比，上升速度与变换电路的输入成正比以及与变换电路的输出成反比。

14.根据权利要求10所述的方法，其中第一比较所使用的所述至少一个斜坡信号中的一个斜坡信号与第二比较所使用的所述至少一个斜坡信号中的一个斜坡信号是不同的第一部分斜坡信号和第二部分斜坡信号。

15.根据权利要求14所述的方法，其中第一比较中使用的第一部分斜坡信号具有特征：

其幅度从误差信号和直流偏置电压之和开始逐渐地下降，一旦其幅度下降到低于误差信号，其幅度被拉伸到误差信号和直流偏置电压之和，并且其幅度又开始逐渐地下降，其中所述第一部分斜坡信号的下降速度与所述误差信号的幅度成正比；

其中第二比较中使用的第二部分斜坡信号具有特征：

其幅度从误差信号开始逐渐地上升，一旦其幅度上升到高于误差信号和直流偏置电压之和，其幅度被拉低到误差信号，并且维持于该误差信号，直到所述第一部分斜坡信号逐渐地下降到低于误差信号时，其幅度又开始逐渐地上升，其中所述第二部分斜坡信号的上升速度与变换电路的输入成正比以及与变换电路的输出成反比。

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