CN103023326B - 恒定时间控制方法、控制电路及应用其的开关型调节器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及恒定时间控制方法、控制电路及应用其的开关型调节器。其中恒定时间控制方法包括检测所述开关型调节器的输出电压，以获得表征所述输出电压的电压反馈信号；检测流电感电流，以获得表征所述电感电流的三角波信号；将所述三角波信号和所述电压反馈信号进行叠加，以产生第一控制信号；计算所述电压反馈信号和第一基准电压之间的误差，并对所述误差进行补偿，以获得一补偿信号；所述补偿信号维持基本恒定；将所述第一控制信号和所述补偿信号进行比较，以产生第二控制信号；根据所述第二控制信号和一恒定时间控制信号，控制所述开关型调节器中的功率开关器件的开关动作，以维持所述开关型调节器的输出电信号基本恒定。

Description

恒定时间控制方法、控制电路及应用其的开关型调节器
技术领域
本发明涉及一种电源技术，更具体的说，涉及一种应用于开关型调节器的恒定时间控制方法及其恒定时间控制电路。
背景技术
开关电源由功率级电路和控制电路两部分组成。控制电路的功能是在输入电压、内部参数和外接负载变化时，调节功率级电路中的开关***的导通和关断时间，以使开关电源的输出电压或者输出电流保持恒定。因此，在开关电源的设计中，控制方法的选择和设计对于开关电源的性能来说是十分重要的。采用不同的检测信号和不同的控制电路会有不同的控制效果。
开关电源的控制方式可以分为定频控制和变频控制。定频控制即开关周期恒定不变，通过调整一个周期内开关导通的时间宽度来调节输出电压，即脉冲宽度调制。
变频控制有恒定导通时间、恒定关断时间和迟滞比较控制等几种控制方式。恒定导通时间控制即保持主功率开关的导通时间维持不变，通过改变主功率开关的关断时间来调节占空比；恒定关断时间控制通过保持主功率开关的关断时间维持不变，而改变主功率开关的开通时间来调节占空比。
在实际应用中，恒定时间控制方案实现简单，成本也较低，其稳定性优于定频控制方案。但是，恒定时间控制方案对恒定时间间隔内发生的负载的瞬态响应较慢，需要较长的恢复时间。
参考图1A，所示为采用现有技术的一种采用恒定导通时间谷值电流控制模式的直流-直流变换器。其中，开关器件O1、二极管D0，电感L0和输出电容C0组成一降压型拓扑结构，其输入端接收输入电压VIN，输出端连接一负载16，并且维持输出电压Vout和输出电流iout基本恒定。
以下结合图1B所示的图1A所示的直流-直流变换器的工作波形图来详细说明其工作原理。
如时刻t0至t1时间区间内，所述直流-直流变换器处于正常工作状态时，运算放大器15根据接收到的基准电压VREF和采样得到的输出电压Vout产生电压补偿信号VCOMP；电流比较器14将接收到的表征电感电流的电压信号VSEN和电压补偿信号VCOMP进行比较，以组成一由电流环和电压环构成的双闭环控制***。当所述电感电流iL的谷值电流到达所述电压补偿信号VCOMP时，置位RS触发器12的置位端，输出端Q上输出的控制信号通过驱动器11驱动开关器件Q1导通；在经过所述恒定导通时间电路13确定的一恒定时间tON后，复位所述RS触发器的复位端，从而关断开关器件Q1；周而复始，实现了恒定导通时间控制方案，以维持输出电压Vout和输出电流iout恒定。
在该实现方案中,放大器15用于对输出电压环进行补偿设计。一个优化的补偿网络至少需要一对零极点和一积分器来保证***的稳定性以及保证***具有较快的响应速度。但是这种补偿设计，补偿设计参数取决于电路的实际参数，例如输出电容，以及实际使用条件，例如输出电流，等因素的影响。由于实际使用中的电路参数和使用条件变化很大，一个固定的优化的补偿设计并不能满足开关电源***的要求。
另外，如果在恒定导通时间内，负载16发生一阶跃突变，如由重载到轻载的突变时，如在t2时刻，则使得输出电流iout瞬间下降；而此时，由于恒定时间控制电路的控制，开关器件Q1仍处于导通状态，因此电感电流iL将继续增加直至当前导通时间tON结束。可见，这样的控制方案使得电感电流iL和输出电流iout之间的差值越来越大。并且，输出电压Vout在t2时刻也瞬间上升，并且在导通时间段内，输出电压持续上升，输出电压的波动很大，需要一段很长的时间才能重新达到新的稳定状态，输出恒定的输出电压来满足负载的需要。
可见，采用如图1A所示的恒定导通时间控制方案的直流-直流变换器，***的补偿设计复杂，并且对负载的瞬态变化响应很慢，容易产生输出电压的过冲，对电路中的元器件带来损坏。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种新型的恒定时间控制方法及其恒定时间控制电路，以来解决现有技术中的瞬态响应慢，以及补偿设计复杂的问题。
依据本发明的一种开关型调节器的恒定时间控制方法，包括以下步骤：
检测所述开关型调节器的输出端的输出电压，以获得表征所述输出电压的电压反馈信号；
检测流过所述开关型调节器中的电感的电感电流，以获得表征所述电感电流的三角波信号；
将所述三角波信号和所述电压反馈信号进行叠加，以产生第一控制信号；
计算所述电压反馈信号和第一基准电压之间的误差，并对所述误差进行补偿，以获得一补偿信号；所述补偿信号维持基本恒定；
将所述第一控制信号和所述补偿信号进行比较，以产生第二控制信号；
根据所述第二控制信号和一恒定时间控制信号，控制所述开关型调节器中的功率开关器件的开关动作，以维持所述开关型调节器的输出电信号基本恒定；
并在所述开关型调节器的输出电流发生跳变时，控制所述电感电流连续跟随所述输出电流的变化，从而所述电感电流的平均值快速恢复至与所述输出电流一致，同时减小所述输出电压的纹波。
依据本发明一实施例的恒定时间控制方法，在每一开关周期内，所述第二控制信号用以控制所述功率开关器件的导通时刻，所述恒定时间控制信号用以控制所述功率开关器件的导通时间为一恒定时间。
当所述功率开关器件的导通时间恒定时，当所述输出电流发生由低到高的跳变时，屏蔽所述开关型调节器的最小关断时间。
当所述功率开关器件的导通时间恒定时，当所述输出电流发生由低到高的跳变时，在所述恒定时间后，延长所述功率开关器件的导通时间。
当所述功率开关器件的导通时间恒定时，当在所述功率开关器件的导通时间内，所述输出电流发生由高到低的跳变时，提前关断所述恒定时间控制信号，减小所述功率开关器件的导通时间。
依据本发明另一实施例的恒定时间控制方法，，在每一开关周期内，所述第二控制信号用以控制所述功率开关器件的关断时刻，所述恒定时间控制信号用以控制所述功率开关器件的关断时间为一恒定时间。
当所述功率开关器件的关断时间恒定时，当所述输出电流发生由高到低的跳变时，屏蔽所述开关型调节器的最小导通时间。
当所述功率开关器件的关断时间恒定时，当所述输出电流发生由高到低的跳变时，在所述恒定时间后，延长所述功率开关器件的关断时间。
当所述功率开关器件的关断时间恒定时，当在所述功率开关器件的关断时间内，所述输出电流发生由低到高的跳变时，提前关断所述恒定时间控制信号，减小所述功率开关器件的关断时间。
依据本发明一实施例的所述三角波信号的产生步骤包括，
采样流过所述开关型调节器的电感上的电感电流；
对所述电感电流进行比例运算，以获得所述三角波信号。
依据本发明另一实施例的所述三角波信号的产生步骤包括，
采用DCR检测方法检测流过所述开关型调节器的电感上的电感电流，以获得电感电流信号；
对所述电感电流信号进行隔直处理，以获得所述三角波信号。
其中，采用隔直电容接收所述电感电流信号，并去除所述电感电流信号中的直流部分。
或者，采用交流纹波放大器接收所述电感电流信号，并去除所述电感电流信号中直流部分，以及对所述电感电流信号的交流部分进行放大运算。
依据本发明一实施例的一种恒定时间控制电路，用以控制一开关型调节器，包括，
三角波信号发生电路，用以根据流过所述开关型调节器的电感的电感电流，以获得表征所述电感电流的三角波信号；
第一控制信号发生电路，用以将所述三角波信号和表征所述开关型调节器的输出电压的电压反馈信号进行叠加，以产生第一控制信号；
补偿信号发生电路，用以对所述电压反馈信号和第一基准电压之间的误差进行补偿，以产生一补偿信号；所述补偿信号维持基本恒定；
比较电路，用以比较接收到的所述补偿信号和所述第一控制信号，以产生第二控制信号；
逻辑电路，用以根据接收到的所述第二控制信号和一恒定时间控制信号产生第三控制信号；
在每一开关周期内，所述第三控制信号用以控制所述开关型调节器中的功率开关器件的导通时间或者关断时间为一恒定时间，以维持所述开关型调节器的输出电信号基本恒定；以及
在所述开关型调节器的输出电流发生跳变时，控制所述电感电流连续跟随所述输出电流的变化，以使电感电流的平均值与所述开关型调节器的输出电流一致，并减小所述输出电压的纹波。
进一步的，还包括第一屏蔽电路；
当所述功率开关器件的导通时间为所述恒定时间时，以及所述输出电流发生由低到高的跳变时，屏蔽所述开关型调节器的最小关断时间。
进一步的，还包括第一延长时间电路；
当所述功率开关器件的导通时间为所述恒定时间时，以及所述输出电流发生由低到高的跳变时，在所述恒定时间后，延长所述功率开关器件的导通时间。
进一步的，还包括第一瞬态控制电路，用以控制所述恒定时间发生电路；
当所述功率开关器件的导通时间为所述恒定时间时，当在所述功率开关器件的导通时间内，所述输出电流发生由高到低的跳变时，提前关断所述恒定时间控制信号，减小所述功率开关器件的导通时间。
进一步的，还包括第二屏蔽电路；
当所述功率开关器件的关断时间为所述恒定时间时，以及所述输出电流发生由高到低的跳变时，屏蔽所述开关型调节器的最小导通时间。
进一步的，还包括第二延长时间电路；
当所述功率开关器件的关断时间为所述恒定时间时，以及所述输出电流发生由高到低的跳变时，在所述恒定时间后，延长所述功率开关器件的关断时间。
进一步的，还包括第二瞬态控制电路，用以控制所述恒定时间发生电路；
当所述功率开关器件的关断时间为所述恒定时间时，当在所述功率开关器件的关断时间内，所述输出电流发生由低到高的跳变时，提前关断所述恒定时间控制信号，减小所述功率开关器件的关断时间。
依据本发明一实施例的所述三角波信号发生电路包括，
电感电流采样电路，以采样流过所述开关型调节器的电感上的电感电流；
比例电路，对所述电感电流进行比例运算，以获得所述三角波信号。
依据本发明另一实施例的所述三角波信号发生电路包括，
DCR电流检测电路，检测流过所述开关型调节器的电感上的电感电流，以获得电感电流信号；
隔直电路，对所述电感电流信号进行隔直处理，以获得所述三角波信号。
优选的，所述隔直电路包括隔直电容。
优选的，所述隔直电路包括交流纹波放大器，接收所述电感电流信号，并去除所述电感电流信号中直流部分，以及对所述电感电流信号的交流部分进行放大运算。
依据本发明一实施例的一种开关型调节器，包括上述所述的任一恒定时间控制电路，还包括，功率级电路和驱动电路；
所述功率级电路的输入端接收一输入电压；
所述恒定时间控制电路分别与所述功率级电路和驱动电路，以产生一方波控制信号；
所述驱动电路根据接收到的所述方波控制信号产生相应的驱动信号，来驱动所述功率级电路中的开关器件，以在所述功率级电路的输出端获得一恒定的输出电压。
其中，所述功率级电路为降压型或者升压型或者升降压型拓扑结构或者隔离式拓扑结构。
依据本发明的应用于开关型调节器中的恒定时间控制方法，对于不同的电路参数和使用条件，采用非常简单的补偿设计(例如积分器、补偿电容)即实现了很好的补偿，获得了良好的稳定裕量。
同时，所述恒定时间控制方法在输出电流发生跳变时，所述电感电流能够连续、快速的跟随所述输出电流的变化，以维持电感电流的平均值与所述输出电流一致，减小所述输出电压的纹波。
当发生瞬态变化时，能够通过关断最小关断时间或者最小导通时间，或者在恒定时间结束后，直接延长导通时间或者关断时间，或者提前关断当前具有恒定时间宽度的脉冲，保证电感电流的变化趋势能够最大程度、最快速的跟随输出电流的变化趋势，以最大程度的减小两者之间的差值，实现了对瞬态变化的快速实时响应；同时也减小了输出电压的波动，从而减小输出电压的恢复时间。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1A所示为现有技术中一种恒定导通时间谷值电流控制的直流-直流变换器的原理框图；
图1B所示为图1A所示的直流-直流变换器的工作波形图。
图2A所示为依据本发明第一实施例的可用以控制开关型调节器的恒定时间控制电路的原理框图。
图2B所示为图2A所示的恒定时间控制电路的第一工作状态的工作波形图；
图2C所示为图2A所示的恒定时间控制电路的第二工作状态的工作波形图；
图3A所示为依据本发明的第一实施例的三角波信号发生电路的原理框图；
图3B所示为依据本发明的第二实施例的三角波信号发生电路的原理框图；
图3C所示为依据本发明的第三实施例的三角波信号发生电路的原理框图；
图3D所示为依据本发明的第四实施例的三角波信号发生电路的原理框图；
图3E所示为图3D所示的三角波信号发生电路的交流纹波放大器的一具体实施例；
图4所示为依据本发明第二实施例的可用以控制开关型调节器的恒定时间控制电路的原理框图；
图5所示为依据本发明第三实施例的可用以控制开关型调节器的恒定时间控制电路的原理框图；
图6A所示为图2A所示的恒定时间控制电路中的恒定时间发生电路的原理框图；
图6B所示为采用图6A所示的恒定时间发生电路的恒定时间控制电路的工作波形图；
图7A所示为依据本发明第四实施例的可用以控制开关型调节器的恒定时间控制电路的原理框图；
图7B所示的图7A所示的恒定时间控制电路的工作波形图；
图8所示为依据本发明的一种开关型调节器的恒定时间控制方法的一优选实施例的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的几个优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。
实施例一
参考图2Ａ，所示为依据本发明第一实施例的可用以控制开关型调节器的恒定时间控制电路的原理框图。
为方便说明，在该实施例中，以降压型开关型调节器为例对恒定时间控制电路200的工作原理进行说明。这里，主功率开关器件Q1、二极管D0，电感L0和输出电容C0组成一降压型拓扑结构的功率级电路，其输入端接收输入电压VIN，输出端连接一负载16。
串联连接在输出电压Vout和等电位之间的电阻R1和电阻R2组成的分压电阻网络作为电压反馈电路，接收输出端的输出电压Vout，从而在电阻R1和电阻R2的公共连接端产生一表征输出电压信息的电压反馈信号VFB。
三角波信号发生电路201根据流过电感L0的电感电流iL，产生一表征电感电流信息的三角波信号Stria。这里，三角波信号发生电路201可以通过不同的实施例实现，以准确的获得三角波信号。
然后，三角波信号Stria和电压反馈信号VFB通过第一控制信号发生电路进行叠加，从而产生第一控制信号V1。这里，第一控制信号发生电路包括加法电路203。
包括误差放大器和补偿电路的补偿信号发生电路分别接收电压反馈信号VFB和表征期望输出电压的第一基准电压VREF1，以在输出端产生表征当前输出电压Vout和期望输出电压之间的误差的补偿信号VCOMP。
这里，误差放大器202可以选择为具有低带宽的电路，其同相输入端接收第一基准电压VREF1，反相输入端接收电压反馈信号VFB。因此，在稳态工作状态时，可以保证开关型调节器的稳态误差为零。相应的，简单的补偿电路即能满足电路***的需要。在该实施例中，补偿电路包括连接在误差放大器的输出端和等电位之间的电容CCOMP。通过简单的补偿设计，就能保证补偿信号VCOMP基本不变。
包括比较器204的比较电路分别接收第一控制信号V1和补偿信号VCOMP，并将两者进行比较，输出端的输出信号作为第二控制信号V2。
逻辑电路206接收第二控制信号V2和恒定时间发生电路205产生的恒定时间信号ST，以产生相应的控制信号Vctrl，来控制主功率开关器件Q1的开关动作，从而维持输出端的输出电压或者输出电流恒定。
以恒定导通时间为例，逻辑电路206包括一RS触发器207，其置位端S接收第二控制信号V2，复位端R接收恒定时间控制信号ST。
当第一控制信号V1小于补偿信号VCOMP时，控制信号Vctrl控制主功率开关器件Q1导通，在经过恒定时间控制信号ST表征的一恒定时间段后，关断主功率开关器件Q1。
以下将结合图2B和图2C所示的恒定时间控制电路的工作波形图，来详细说明恒定时间控制电路的工作原理。
在图2B中，在正常工作状态时，即时刻t0至时刻t1以及时刻t3至时刻t4的两个时间区间内，当主功率开关器件Q1导通时，电感电流iL持续上升，第一控制信号V1持续上升，在经过一恒定导通时间ton后，主功率开关器件Q1被关断；然后，电感电流iL持续下降，第一控制信号V1持续下降。当第一控制信号V1下降至补偿信号VCOMP时，主功率开关器件Q1被重新导通。周而复始，通过主功率开关器件周期性的导通和关断控制，电感电流iL周期性的上升和下降，从而维持电感电流的平均值即输出电流iOUT基本恒定，以及维持输出电压Vout基本恒定。
当输出负载发生跳变时，如图2B中，在t2时刻，输出负载由重载变为轻载，使得输出电流iOUT瞬间快速下降，输出电压Vout瞬间快速上升，导致第一控制信号V1瞬间快速上升。由于补偿信号VCOMP基本不变，而第一控制信号V1变大，所以从时刻t2至时刻t3的时间区间内，电感电流iL保持持续下降，因此电感电流数值可以降至一较低值，因此，在该时间区间内，输出电压Vout大体恢复至第一基准电压。当第一控制信号V1再次下降至补偿信号VCOMP时，主功率开关器件Q1被再次导通。可见，在发生负载跳变时，由于电感电流的平均值能够持续处于下降状态，因此，输出电压可以在最短时间内下降到稳态电压，实现了良好的瞬态响应。
参考图2C，所示为图2A所示的恒定时间控制电路的另一工作状态的工作波形图。
在时刻t5，输出负载由轻载变为重载，导致输出电流iOUT向上跳变，输出电流瞬间快速上升，输出电压Vout瞬间快速下降，第一控制信号V1瞬间快速下降。由于补偿信号VCOMP维持基本不变，所以第一控制信号V1小于补偿信号VCOMP，主功率开关器件Q1被开通，电感电流iL开始持续上升直至时刻t6。通常的开关电源***中，都会存在最小关断时间mini_off。电源***中的逻辑电路和驱动电路存在的固有延时使得电源***存在最小关断时间；或者为了对稳态时的最大占空比进行限制，电源***也可以设置最小关断时间。因此，由于最小关断时间mini_off的限制，在时刻t6至时刻t7，主功率开关器件Q1被强制关断，关断状态持续时间为***的最小关断时间。在最小关断时间内，电感电流iL持续下降。在最小关断时间结束后，由于第一控制信号V1仍然小于补偿信号VCOMP，所以主功率开关器件Q1被再次开通，电感电流iL恢复上升状态。通过上述控制方案，输出电压Vout快速恢复至第一基准电压VREF1，电感电流的平均值维持基本恒定。在发生负载跳变时，由于电感电流的平均值能够以最快的速度持续增加，输出电压可以在最短时间内上升到稳态电压，实现了良好的瞬态响应。
可见，采用图2A所示的依据本发明实施例的恒定时间控制电路，在稳定工作状态时，可以保证开关型调节器的稳态误差为零，同时通过简单的补偿设计又能保证控制环路在任何电路参数和应用条件下都有足够的稳定裕量。在发生负载跳变时，能够使电感电流的平均值在最短时间内，以最快的速度上升或者下降，从而使输出电压可以在最短时间内下降到稳态电压，实现了良好的瞬态响应。
图2A所示的恒定时间控制电路中的三角波信号发生电路可以通过不同的实施例来获得。以下结合具体实施例来详细说明生成三角波信号以及第一控制信号的具体实现方式。为方便说明，以下附图仅仅示出了生成三角波信号以及第一控制信号相关的电路结构，***的其余部分在此省略。
参考图3A，所示为依据本发明的第一实施例的三角波信号发生电路的原理框图。在该实施例中，霍尔电流传感器301位于电感LO和电容CO的公共连接点，以采样电感电流iL。电感电流iL经过比例电路302进行比例运算后，获得三角波信号Stria。三角波信号Stria和电压反馈信号VFB经过加法电路303进行叠加，其输出信号作为第一控制信号V1。这里，电感电流的采样也可以通过其他电路结构实现，例如采样电阻等。
参考图3B，所示为依据本发明的第二实施例的三角波信号发生电路的原理框图。在该实施例中，串联连接在电感LO两端的电阻Ra和电容Ca组成一DCR检测电路，以检测流过电感LO的电感电流iL，从而在电阻Ra和电容Ca的公共连接端处产生一表征电感电流信息的检测信号SL。然后，检测信号SL通过隔直电容Cb进行隔直处理后，检测信号SL中的直流信号部分被滤除。剩余的检测信号SL中的交流信号部分与电压反馈信号VFB在连接点A处进行叠加，从而获得了更加精确的第一控制信号V1。
参考图3C，所示为依据本发明的第三实施例的三角波信号发生电路的原理框图。在该实施例中，串联连接在电感LO的输入端和功率级电路的等电位之间的电阻Rb和电容Cc组成一DCR检测电路，以检测流过电感LO的电感电流iL，从而在电阻Rb和电容Cc的公共连接端处产生一表征电感电流信息的检测信号SL。隔直电容Ce和隔直电容Cd串联连接在电阻Ra和电容Ca的公共连接端和功率级电路的输出端（输出电压Vout）之间，以接收检测信号SL，并将检测信号SL中的直流信号部分进行滤除。检测信号SL中的交流信号部分通过隔直电容Cd和隔直电容Ce的公共连接点在连接点B处与电压反馈信号VFB进行的叠加，从而生成第一控制信号V1。
参考图3D，所示为依据本发明的第四实施例的三角波信号发生电路的原理框图。与图3C所示的实施例不同的是，检测信号SL经过一交流纹波放大器304以滤除检测信号SL中的直流信号部分，并对检测信号SL中的交流信号部分进行放大后再与电压反馈信号VFB进行叠加后，生成第一控制信号V1。
参考图3E，所示为图3D所示的三角波信号发生电路的交流纹波放大器的一具体实施例。交流纹波放大器304包括放大器305，电阻Rc和电容Cf。其中，放大器305的同相输入端接收检测信号SL，电阻Rc和电容Cf依次串联连接在电阻Rb和电容Cc的公共连接端和等电位之间，电阻Rc和电容Cf的公共连接点连接至放大器305的反相输入端。放大器305的同相输入端的输入信号为同时包括交流信号部分和直流信号部分的检测信号SL。经过电阻Rc和电容Cf的滤波作用，放大器305的反相输入端的输入信号为检测信号SL中的直流信号部分，因此放大器305的输出端的输出信号为检测信号SL中的交流信号部分。
通过以上对依据本发明实施例的恒定时间控制电路的详细说明，本领域技术人员可以得知，功率级电路可以为任何合适形式的拓扑结构，如降压型、升压型、升降压或者隔离式拓扑结构。恒定时间控制电路可以为恒定导通时间或者恒定关断时间控制方案。恒定时间发生电路可以为任何合适形式的能够产生固定时间的电路结构。
实施例二
在图2A所示的恒定时间控制电路的实施例中，在输出电流由低到高的跳变中，由于最小关断时间mini_off的限制，电感电流不能持续的增加，这一定程度上影响了***的瞬态响应性能。如果能够在瞬态响应过程中，屏蔽最小关断时间，则可以进一步的加快瞬态响应。以下将结合图4所示的依据本发明第二实施例的恒定时间控制电路的具体实施例详细说明其具体实现方式。
在图2A所示的实施例的基础上，恒定时间控制电路400增加了屏蔽电路404，以在瞬态响应过程中屏蔽最小关断时间，进一步的减小瞬态响应时间，提高瞬态响应性能。
具体的，屏蔽电路404包括比较器401，与门402和或门403。比较器401用以比较表征当前的输出电压数值的电压反馈信号VFB和第二基准电压VREF2。这里，第三基准电压VREF3根据***的相关参数进行设置，当输出电压大于第三基准电压时，判断为发生瞬态变化。与门402分别接收比较器401的输出信号和最小关断时间mini_off。当输出电流发生由低到高的跳变，并且电压反馈信号VFB小于第一基准电压VREF1时，比较器401的输出端的输出信号维持为低电平，因此，不论最小关断时间mini_off的状态，与门402的输出信号始终保持为低电平，因此，最小关断时间mini_off不起作用。如图2C中所示的时刻t6至时刻t7的时间区间，在该时间区间内，电感电流iL的状态为持续上升，而不是如图2C所示因为最小关断时间的作用，电感电流经过该时间区间内的下降状态后，再重新上升。
实施例三
参考图5，所示为依据本发明第三实施例的恒定时间控制电路的原理框图。在该实施例中，当输出电流发生跳变时，恒定时间控制电路500直接将功率开关器件的导通时间延长，以最快的完成瞬态响应。
具体的，在图2A所示的实施例的基础上，恒定时间控制电路500增加了延长时间电路505。具体的，延长时间电路505包括瞬态判断电路501，反相器502，与门503和或门504。
瞬态判断电路501根据电压反馈信号VFB和第一基准电压VREF1的大小关系判断瞬态变化的发生。其可以通过不同的实现方式来实现，例如比较器等。当输出电流发生由低到高的跳变，电压反馈信号小于第一基准电压时，并且，第二控制信号V2变为低电平时，与门503的两个输入端的输入信号均为高电平。通过或门504将主功率开关器件Q1开通，直至电压反馈信号重新恢复至第一基准电压，电路***完成瞬态响应。通过这种实现方式，在瞬态过程中，增加了主功率开关器件Q1的导通时间。
以上对图3和图4所示的恒定时间控制电路的实施例的说明，均是以恒定导通时间为例。本领域技术人员可以得知，基于同样的发明原理，同样可以应用于恒定关断时间的恒定时间控制方案。例如，基于图4所公开的实施例的基础上，可以采用相应的屏蔽电路以在输出电流的由高到低的跳变中，屏蔽最小导通时间mini_on，从而在最快的时间内完成瞬态响应。基于图5所公开的实施例的基础上，可以采用相应的延长时间电路以在输出电流的由高到低的跳变中，延长主功率开关器件的关断时间，从而在最快的时间内完成瞬态响应。在此，不再进行赘述。另外，需要说明的是，以上均是在发生瞬态变化状态时，而不是短路或者过流或者启动状态。
实施例四
以下将结合具体实施例，详细说明依据本发明的另一种通过改变恒定时间发生电路的恒定时间的方式来提高瞬态响应的恒定时间控制电路的实现方式。本领域技术人员可以得知，恒定时间发生电路可以通过很多不同的实现方式来实现。仅以以下实施例为例，来说明其实现方式。这些实施例也不限制该发明仅为所述的具体实施例。
以图2A所示的恒定时间控制电路的实施例为例，其恒定时间发生电路205可以为图6A所示的实施例。在该实施例中，恒定时间发生电路600包括由比较器601和单脉冲发生电路602和开关603组成的第一瞬态控制电路，以及由恒流源605，电容606、开关604和比较器607组成的时间发生电路。
这里，恒流源605，电容606依次串联连接在电压源VCC和地之间；开关604连接在恒流源605和电容606的公共连接点和地之间；开关603连接在电压源VCC和恒流源605和电容606的公共连接点之间。
比较器601的同相输入端接收电压反馈信号VFB，反相输入端接收第三基准电压VREF3，输出端连接至单脉冲发生电路602的输入端；单脉冲发生电路602输出的瞬态控制信号VT为一单脉冲信号，来控制开关603的开关状态。
比较器607的同相输入端连接至恒流源605和电容606的公共连接点以及开关604和开关603的公共连接点；反相输入端连接一电压阈值VTH，输出端的输出信号作为恒定时间信号ST。
以下结合图6B所示的包括图6A所示的恒定时间发生电路的恒定时间控制电路的工作波形图，来详细说明其工作过程和工作原理。
在正常工作状态时，图6B所示的时刻t0至时刻t2的时间区间内，在主功率开关器件导通时，电感电流iL持续上升，补偿信号VCOMP维持基本不变，因此第一控制信号V1持续上升。此时，开关604处于关断状态，恒流源605持续对电容606进行充电，恒流源605和电容606的公共连接点处的电压VC持续上升，经过固定的导通时间tON后，电压VC上升至电压阈值VTH。比较器607的输出信号变为高电平，从而将主功率开关器件关断。然后，开关604被闭合，电容606上的电压被快速放电。同时，电感电流iL持续下降，第一控制信号V1持续下降，当第一控制信号下降至补偿信号VCOMP时，主功率开关器件被再次导通。周而复始，电感电流的平均值即输出电流维持基本恒定，输出电压维持基本恒定。
当在主功率开关器件导通时间内，如图6B中的时刻t3，输出电流iOUT发生由高到低的跳变，输出电压瞬间上升，导致第一控制信号V1瞬间上升。此时，由于输出电压Vout已经超出第三基准电压VREF3的数值，比较器601的输出信号变为高电平，从而触发单脉冲发生电路602，瞬态控制信号VT控制开关603闭合，恒流源605和电容606的公共连接点处的电压VC被瞬间抬升。由于电压VC大于电压阈值VTH，所以比较器607的输出信号变为高电平，从而将主功率开关器件提前关断，而不再是固定的导通时间。因此，电感电流iL从时刻t3开始持续下降，第一控制信号V1持续下降，直至时刻t5。而此时，输出电压Vout也已恢复至第一基准电压。当第一控制信号V1再次下降至补偿信号VCOMP时，主功率开关器件被再次导通。从时刻t5开始，电路***恢复至稳态状态。与不采用减小导通时间的控制方案相比较，当在时刻t3发生跳变后，由于主功率开关器件仍然处于导通状态，所以电感电流iL和第一控制信号V1仍然处于上升状态，直至导通时间结束，即时刻t4。由于第一控制信号V1数值较高，因此需要更长的时间，如到时刻t6，第一控制信号V1才下降至补偿信号VCOMP，因此，增加了瞬态响应时间。
这里，第三基准电压VREF3根据***的相关参数进行设置，当输出电压大于第三基准电压时，判断为发生瞬态变化。电压阈值VTH根据***的相关参数，如恒定时间宽度等。
可见，采用图6A所示的恒定时间控制电路，当发生瞬态变化时，提前关断当前具有恒定时间宽度的脉冲，保证电感电流iL的变化趋势跟随输出电流的变化趋势iout，以最大程度的减小两者之间的差值，实现了对瞬态变化的快速实时响应；同时也减小了输出电压的波动，从而减小输出电压的恢复时间。
实施例五
以上实施例以采用恒定导通时间的控制方案为例对依据本发明实施例的恒定时间控制电路进行了详细说明。以下结合具体实施例，对采用恒定关断时间的控制方案的恒定时间控制电路进行说明。
参考图7A，所示为依据本发明第四实施例的恒定时间控制电路的原理框图，以及图7B所示的图7A所示的恒定时间控制电路的工作波形图。在该实施例中，开关型调节器的功率级电路选择为升压型拓扑结构。升压型拓扑结构的功率级电路为本领域公知技术，在此不再进行说明。
三角波信号发生电路701根据电感电流产生三角波信号Stria。
三角波信号Stria和表征输出电压信息的电压反馈信号VFB通过加法电路703进行叠加，以产生第一控制信号V1。
低带宽的放大器702计算电压反馈信号VFB和表征期望输出电压的第一基准电压VREF1之间的误差，并经过电容CCOMP进行补偿后，获得补偿信号VCOMP，并且，补偿信号VCOMP维持基本恒定。
比较器704将第一控制信号V1和补偿信号VCOMP进行比较；第一控制信号V1大于补偿信号VCOMP时，通过RS触发器和驱动器11关断主功率开关器件Q1。
恒定时间发生电路705用以产生一恒定时间信号ST。在主功率开关器件关断状态持续一恒定时间tOFF后，开通主功率开关器件。周而复始，主功率开关器件周期性的导通和关断，以维持输出电压或者输出电流基本恒定。
其中，恒定时间发生电路705包括由比较器707、单脉冲发生电路708和开关709组成的第二瞬态控制电路，串联连接在电压源VCC和地之间的开关709和开关710，以及串联连接在电压源VCC和地之间的恒流源711和电容712；开关709和开关710的公共连接点以及恒流源711和电容712的公共连接点处的电压VC输入至比较器713的同相输入端，反相输入端接收电压阈值VTH，输出端的输出信号作为恒定时间信号ST。
在时刻t1至时刻t2，***处于稳态工作状态。当在主功率开关器件的关断时间内，如在时刻t3，输出电流发生由低到高的跳变。如果此时，仍然维持固定的关断时间tOFF，即至时刻t4，则电感电流会继续下降。同时，输出电压瞬间下降，导致第一控制信号瞬间下降后还让继续下降，直至关断时间结束，主功率开关器件导通，电感电流和第一控制信号才会开始上升，显然这样的控制使得瞬态响应速度非常慢。在该实施例中，在时刻t3，当检测到电压反馈信号VFB小于第四基准电压VREF4时，比较器707的输出信号变为高电平，触发单脉冲发生电路708，以将开关709闭合，此时开关710处于关断状态，电压VC被瞬间拉高，其数值超过电压阈值VTH。比较器713的输出信号变为高电平，从而置位RS触发器706，以开通主功率开关器件。然后，电感电流和第一控制信号持续上升，输出电压Vout已恢复至第一基准值；直至时刻t5，第一控制信号V1上升至补偿信号VCOMP，主功率开关器件再次被关断，关断状态持续时间为恒定时间tOFF，***恢复至稳态状态。
这里，第四基准电压VREF4根据***的相关参数进行设置，当输出电压小于第四基准电压时，判断为发生瞬态变化。电压阈值VTH根据***的相关参数，如恒定时间宽度等。
同样的原理，当发生瞬态变化时，通过提前关断当前具有恒定时间宽度的恒定时间信号，保证电感电流iL跟随输出电流，实现了对瞬态变化的快速实时响应；同时也减小了输出电压的波动，从而减小输出电压的恢复时间。
以下对依据本发明一实施例的恒定时间控制方法进行详细说明，所述恒定时间控制方法用以控制一开关型调节器。参考图8，所示为依据本发明的一优选实施例的恒定时间控制方法的流程图。其具体包括以下步骤：
S801：检测所述开关型调节器的输出端的输出电压，以获得表征所述输出电压的电压反馈信号；
S802：检测流过所述开关型调节器中的电感的电感电流，以获得表征所述电感电流的三角波信号；
S803：将所述三角波信号和所述电压反馈信号进行叠加，以产生第一控制信号；
S804：计算所述电压反馈信号和第一基准电压之间的误差，并对所述误差进行补偿，以获得一补偿信号；所述补偿信号维持基本恒定；
S805：将所述第一控制信号和所述补偿信号进行比较，以产生第二控制信号；
S806：根据所述第二控制信号和一恒定时间控制信号，控制所述开关型调节器中的功率开关器件的开关动作，以维持所述开关型调节器的输出电信号基本恒定。
依据本发明的应用于开关型调节器中的恒定时间控制方法，对于不同的电路参数和使用条件，采用非常简单的补偿设计(例如积分器)即实现了很好的补偿，获得了良好的稳定裕量。
同时，所述恒定时间控制方法在输出电流发生跳变时，所述电感电流能够连续、快速的跟随所述输出电流的变化，从而电感电流的平均值能够快速恢复至与所述输出电流一致，同时，减小所述输出电压的纹波。
其中，所述恒定时间控制方法可以通过以下方式实现：
在每一开关周期内，所述第二控制信号用以控制所述功率开关器件的导通时刻，所述恒定时间控制信号用以控制所述功率开关器件的导通时间为一恒定时间。
当所述输出电流发生由低到高的跳变时，屏蔽所述开关型调节器的最小关断时间。
当所述输出电流发生由低到高的跳变时，在所述恒定时间后，延长所述功率开关器件的导通时间。
当在所述功率开关器件的导通时间内，所述输出电流发生由高到低的跳变时，提前关断所述恒定时间控制信号，减小所述功率开关器件的导通时间。
其中，所述恒定时间控制方法可以通过以下方式实现：
在每一开关周期内，所述第二控制信号用以控制所述功率开关器件的关断时刻，所述恒定时间控制信号用以控制所述功率开关器件的关断时间为一恒定时间。
当所述输出电流发生由高到低的跳变时，屏蔽所述开关型调节器的最小导通时间。
当所述输出电流发生由高到低的跳变时，在所述恒定时间后，延长所述功率开关器件的关断时间。
当在所述功率开关器件的关断时间内，所述输出电流发生由低到高的跳变时，提前关断所述恒定时间控制信号，减小所述功率开关器件的关断时间。
通过以上方法，在输出电流发生跳变时，能够使电感电流最大程度的跟随输出电流的变化，最大程度的减小两者之间的差值，实现了对瞬态变化的快速实时响应；同时也减小了输出电压的波动，从而减小了输出电压的恢复时间。
这里，三角波信号的产生步骤可以通过不同的实现方式来实现。
在第一实施例中，所述三角波信号的产生步骤包括，
采样流过所述开关型调节器的电感上的电感电流；
对所述电感电流进行比例运算，以获得所述三角波信号。
在第二实施例中，所述三角波信号的产生步骤包括，
采用DCR检测方法检测流过所述开关型调节器的电感上的电感电流，以获得电感电流信号；
对所述电感电流信号进行隔直处理，以获得所述三角波信号。
其中，隔直处理可以采用隔直电容接收所述电感电流信号，并去除所述电感电流信号中的直流部分；
或者采用交流纹波放大器接收所述电感电流信号，并去除所述电感电流信号中直流部分，以及对所述电感电流信号的交流部分进行放大运算。
如图2A、图6A和图7A所示，依据本发明的一种开关型调节器，在包括以上所述的任一恒定时间控制电路的基础上，还包括一驱动电路，所述驱动电路根据接收到的所述第三控制信号产生驱动信号VG来驱动所述功率级电路中的功率开关器件。
并且，所述功率级电路可以为任何合适形式的拓扑结构，如降压型或者升压型或者升降压型或者隔离式拓扑结构。
以上对依据本发明的优选实施例的开关型调节器的恒定时间控制电路和恒定时间控制方法进行了详尽描述，本领域普通技术人员据此可以推知其他技术或者结构以及电路布局、元件等均可应用于所述实施例。恒定时间控制电路可以为任何合适形式的能够实现恒定导通时间或者恒定关断时间控制方案的控制电路。
本说明书中的各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
依照本发明的实施例如上文所述，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所述的具体实施例。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。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (26)

1.一种恒定时间控制电路，用以控制一开关型调节器，其特征在于，包括，
三角波信号发生电路，用以根据流过所述开关型调节器的电感的电感电流，以获得表征所述电感电流的三角波信号；
第一控制信号发生电路，用以将所述三角波信号和表征所述开关型调节器的输出电压的电压反馈信号进行叠加，以产生第一控制信号；
补偿信号发生电路，用以对所述电压反馈信号和第一基准电压之间的误差进行补偿，以产生一补偿信号；所述补偿信号维持基本恒定；
比较电路，用以比较接收到的所述补偿信号和所述第一控制信号，以产生第二控制信号；
逻辑电路，用以根据接收到的所述第二控制信号和一恒定时间控制信号产生第三控制信号；
在每一开关周期内，所述第三控制信号用以控制所述开关型调节器中的功率开关器件的导通时间或者关断时间为一恒定时间，以维持所述开关型调节器的输出电信号基本恒定；以及
在所述开关型调节器的输出电流发生跳变时，控制所述电感电流连续跟随所述输出电流的变化，以使电感电流的平均值与所述开关型调节器的输出电流一致，并减小所述输出电压的纹波。
2.根据权利要求1所述的恒定时间控制电路，其特征在于，还包括第一屏蔽电路；
当所述功率开关器件的导通时间为所述恒定时间时，以及所述输出电流发生由低到高的跳变时，屏蔽所述开关型调节器的最小关断时间。
3.根据权利要求1所述的恒定时间控制电路，其特征在于，还包括第一延长时间电路；
当所述功率开关器件的导通时间为所述恒定时间时，以及所述输出电流发生由低到高的跳变时，在所述恒定时间后，延长所述功率开关器件的导通时间。
4.根据权利要求1所述的恒定时间控制电路，其特征在于，还包括第一瞬态控制电路，用以控制所述恒定时间发生电路；
当所述功率开关器件的导通时间为所述恒定时间时，当在所述功率开关器件的导通时间内，所述输出电流发生由高到低的跳变时，提前关断所述恒定时间控制信号，减小所述功率开关器件的导通时间。
5.根据权利要求1所述的恒定时间控制电路，其特征在于，还包括第二屏蔽电路；
当所述功率开关器件的关断时间为所述恒定时间时，以及所述输出电流发生由高到低的跳变时，屏蔽所述开关型调节器的最小导通时间。
6.根据权利要求1所述的恒定时间控制电路，其特征在于，还包括第二延长时间电路；
当所述功率开关器件的关断时间为所述恒定时间时，以及所述输出电流发生由高到低的跳变时，在所述恒定时间后，延长所述功率开关器件的关断时间。
7.根据权利要求1所述的恒定时间控制电路，其特征在于，还包括第二瞬态控制电路，用以控制所述恒定时间发生电路；
当所述功率开关器件的关断时间为所述恒定时间时，当在所述功率开关器件的关断时间内，所述输出电流发生由低到高的跳变时，提前关断所述恒定时间控制信号，减小所述功率开关器件的关断时间。
8.根据权利要求1所述的恒定时间控制电路，其特征在于，所述三角波信号发生电路包括，
电感电流采样电路，以采样流过所述开关型调节器的电感上的电感电流；
比例电路，对所述电感电流进行比例运算，以获得所述三角波信号。
9.根据权利要求1所述的恒定时间控制电路，其特征在于，所述三角波信号发生电路包括，
DCR电流检测电路，检测流过所述开关型调节器的电感上的电感电流，以获得电感电流信号；
隔直电路，对所述电感电流信号进行隔直处理，以获得所述三角波信号。
10.根据权利要求9所述的恒定时间控制电路，其特征在于，其特征在于，所述隔直电路包括隔直电容。
11.根据权利要求10所述的恒定时间控制电路，其特征在于，所述隔直电路包括交流纹波放大器，接收所述电感电流信号，并去除所述电感电流信号中直流部分，以及对所述电感电流信号的交流部分进行放大运算。
12.一种开关型调节器，其特征在于，包括权利要求1-11所述的任一恒定时间控制电路，还包括，功率级电路和驱动电路；
所述功率级电路的输入端接收一输入电压；
所述恒定时间控制电路分别与所述功率级电路和驱动电路，以产生一方波控制信号；
所述驱动电路根据接收到的所述方波控制信号产生相应的驱动信号，来驱动所述功率级电路中的开关器件，以在所述功率级电路的输出端获得一恒定的输出电压。
13.根据权利要求12所述的开关型调节器，其特征在于，所述功率级电路为降压型或者升压型或者升降压型拓扑结构或者隔离式拓扑结构。
14.一种恒定时间控制方法，用于控制一开关型调节器，其特征在于，包括：
检测所述开关型调节器的输出端的输出电压，以获得表征所述输出电压的电压反馈信号；
检测流过所述开关型调节器中的电感的电感电流，以获得表征所述电感电流的三角波信号；
将所述三角波信号和所述电压反馈信号进行叠加，以产生第一控制信号；
计算所述电压反馈信号和第一基准电压之间的误差，并对所述误差进行补偿，以获得一补偿信号；所述补偿信号维持基本恒定；
将所述第一控制信号和所述补偿信号进行比较，以产生第二控制信号；
在每一开关周期内，根据所述第二控制信号和一恒定时间控制信号，控制所述开关型调节器中的功率开关器件的导通时间或者关断时间为一恒定时间，以维持所述开关型调节器的输出电信号基本恒定；
并在所述开关型调节器的输出电流发生跳变时，控制所述电感电流连续跟随所述输出电流的变化，从而所述电感电流的平均值快速恢复至与所述输出电流一致，同时减小所述输出电压的纹波。
15.根据权利要求14所述的恒定时间控制方法，其特征在于，在每一开关周期内，所述第二控制信号用以控制所述功率开关器件的导通时刻，所述恒定时间控制信号用以控制所述功率开关器件的导通时间为一恒定时间。
16.根据权利要求15所述的恒定时间控制方法，其特征在于，当所述输出电流发生由低到高的跳变时，屏蔽所述开关型调节器的最小关断时间。
17.根据权利要求15所述的恒定时间控制方法，其特征在于，当所述输出电流发生由低到高的跳变时，在所述恒定时间后，延长所述功率开关器件的导通时间。
18.根据权利要求15所述的恒定时间控制方法，其特征在于，当在所述功率开关器件的导通时间内，所述输出电流发生由高到低的跳变时，提前关断所述恒定时间控制信号，减小所述功率开关器件的导通时间。
19.根据权利要求14所述的恒定时间控制方法，其特征在于，在每一开关周期内，所述第二控制信号用以控制所述功率开关器件的关断时刻，所述恒定时间控制信号用以控制所述功率开关器件的关断时间为一恒定时间。
20.根据权利要求19所述的恒定时间控制方法，其特征在于，当所述输出电流发生由高到低的跳变时，屏蔽所述开关型调节器的最小导通时间。
21.根据权利要求19所述的恒定时间控制方法，其特征在于，当所述输出电流发生由高到低的跳变时，在所述恒定时间后，延长所述功率开关器件的关断时间。
22.根据权利要求19所述的恒定时间控制方法，其特征在于，当在所述功率开关器件的关断时间内，所述输出电流发生由低到高的跳变时，提前关断所述恒定时间控制信号，减小所述功率开关器件的关断时间。
23.根据权利要求14所述的恒定时间控制方法，其特征在于，所述三角波信号的产生步骤包括，
采样流过所述开关型调节器的电感上的电感电流；
对所述电感电流进行比例运算，以获得所述三角波信号。
24.根据权利要求14所述的恒定时间控制方法，其特征在于，所述三角波信号的产生步骤包括，
采用DCR检测方法检测流过所述开关型调节器的电感上的电感电流，以获得电感电流信号；
对所述电感电流信号进行隔直处理，以获得所述三角波信号。
25.根据权利要求24所述的恒定时间控制方法，其特征在于，采用隔直电容接收所述电感电流信号，并去除所述电感电流信号中的直流部分。
26.根据权利要求24所述的恒定时间控制方法，其特征在于，采用交流纹波放大器接收所述电感电流信号，并去除所述电感电流信号中直流部分，以及对所述电感电流信号的交流部分进行放大运算。
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