CN109617429B - 电压转换集成电路、高压buck变换器及控制方法 - Google Patents

电压转换集成电路、高压buck变换器及控制方法 Download PDF

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Abstract

公开了一种电压转换集成电路、高压BUCK开关变换器以及控制高压BUCK开关变换器的控制方法。该电压转换集成电路集成了功率开关，该功率开关的漏极耦接集成电路的输入管脚，源极耦接集成电路的接地管脚。该集成电路还包括检测管脚。当耦接在集成电路接地管脚外部的续流二极管续流截止流过的电流断续时，集成电路在其检测管脚产生一个钳位电压，当钳位电压值等于续流二极管续流截止时输出电压的值时，浮空检测管脚。当接地管脚上的电压低于钳位电压一个重载阈值时，导通功率开关。该集成电路可用于非隔离高压BUCK开关变换器，可快速检测负载变化，有利于提高***的动态响应速度。

Description

电压转换集成电路、高压BUCK变换器及控制方法
技术领域
本发明涉及电子电路，具体涉及一种集成电路变换器、高压降压变换器及其控制方法。
背景技术
在高压降压运用场合，功率调节器(比如开关模式电压调节器)广泛运用在各种电子设备中。非隔离高压降压开关变换器因其电路简单、***电路元件少、损耗小以及发热低等特点，被广泛运用在小家电控制板电源、工业控制电源供电、LED照明等电路中。
例如，图1示出了一个传统的非隔离AC-DC开关变换器的电路结构示意图。该非隔离AC-DC开关变换器包括整流电路、输入滤波电容CIN和高压BUCK开关电路。其中，高压BUCK开关电路包括集成电路51，二极管D，输出电感LOUT、输出电容COUT和反馈电路52。
通常，集成电路51包括输入管脚IN、反馈管脚FB和接地管脚GND2。集成电路51内部包括一个功率开关管，该功率开关管的漏极耦接输入管脚IN，该功率开关管的源极耦接芯片接地管脚GND2，并通过二极管D电连接至非隔离AC-DC开关变换器的逻辑地GND1。反馈管脚FB接收一个代表输出端OUT的输出电压信号VOUT的反馈信号，并根据反馈信号控制功率开关管的导通和关断，进而将输入电容CIN两端的直流输入电压VDC转换为输出电压信号VOUT。
在图1示出的非隔离AC-DC开关变换器中，由于集成电路51的接地管脚GND2和AC-DC开关变换器的逻辑地GND1是两个不同的电位，因此，很难直接实时采集输出电压信号VOUT送至集成电路51进行控制调节。通常，我们采用一个反馈电路52耦接在输出端OUT和集成电路51接地管脚GND2之间。当集成电路51内的主开关管关断，二极管D续流导通时，集成电路51的接地管脚GND2与逻辑地GND1电连接，此时，接地管脚GND2与逻辑地GND1之间具有一个固定电压差(二极管D的导通压降)，因此，反馈电路51产生的反馈信号可代表输出电压信号VOUT。
但是，当非隔离AC-DC开关变换器工作在轻载或空载时，反馈管脚FB的电压为零，接地管脚GND2的电压与输出电压信号VOUT的值相等，输出电压信号VOUT由输出电容COUT放电维持。与此同时，为了提高效率，***通常会进入频率调节模式，***工作频率很低。一旦***从轻载或空载恢复成重载时，由于反馈管脚FB上接收的反馈信号是上一周期二极管导通期间采集的，不能及时反应负载的变化，同时，由于工作频率很低，下一切换周期不会立刻到来，因此导致***的瞬态响应速度慢。输出电容COUT不足以维持负载的需求，输出电压信号VOUT的值掉电严重，***不能正常工作。因此，对于非隔离AC-DC开关变换器***，通常会连接一个假负载来保证整个***不会工作在非常低的频率条件下，但是，假负载又会增加功耗，导致***效率低下。
因此，我们期望提出一种瞬态响应速度快、功耗低的非隔离AC-DC开关变换器。
发明内容
针对现有技术中的一个或多个问题，提出了一种电压转换集成电路、高压BUCK变换器及控制方法。
本发明一方面提供了一种用于高压BUCK开关变换器的电压转换集成电路，具有输入管脚和接地管脚，其中，该高压BUCK开关变换器包括二极管、输出电感和反馈电路，二极管的阴极耦接接地管脚，二极管的阳极电连接至开关变换器的逻辑地；输出电感耦接接地管脚和开关变换器的输出端之间；反馈电路连接在开关变换器的输出端和接地管脚之间，并在二极管导通期间产生一个代表输出电压信号的反馈信号，所述电压转换集成电路进一步包括：反馈管脚，耦接至反馈电路，接收反馈信号；检测管脚，通过钳位电容电连接至开关变换器的逻辑地；功率开关，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接输入管脚接收输入电压，其第二端耦接接地管脚；续流判定电路，耦接反馈管脚接收反馈信号，并根据反馈信号产生续流判定信号，当二极管续流截止后，续流判定信号有效；以及重载触发电路，耦接检测管脚、接地管脚和续流判定电路，当功率开关关断后，重载触发电路连接检测管脚和接地管脚，并在检测管脚产生一个钳位电压信号后断开检测管脚和接地管脚的连接，其中，钳位电压信号的值等于二极管续流截止时输出电压信号的值，在续流判定信号有效期间，重载触发电路将钳位电压信号和接地管脚上的电压信号比较产生重载触发信号，当接地管脚上电压信号的值低于钳位电压信号的值一个重载阈值时，重载触发信号有效，功率开关导通。
本发明又一方面提供了一种高压BUCK开关变换器，包括：功率开关，具有第一端、第二端和控制端，功率开关的第一端接收输入电压信号，功率开关的第二端通过输出电感耦接至开关变换器的输出端；续流二极管，续流二极管的阴极耦接功率开关的第二端，续流二极管的阳极电连接至逻辑地；反馈电路，连接在功率开关的第二端和开关变换器的输出端，并在二极管导通期间产生一个代表输出电压的反馈信号；续流判定电路，接收反馈信号，并根据反馈信号产生续流判定信号，当二极管续流截止后，续流判定信号有效；以及重载触发电路，耦接功率开关第二端和续流判定电路，在续流判定信号有效期间，重载触发电路产生一个钳位电压信号，其中，钳位电压信号的值等于二极管续流截止时输出电压信号的值，重载触发电路将钳位电压信号和功率开关第二端上的电压信号比较产生重载触发信号，当功率开关第二端上电压信号的值低于钳位电压信号的值一个重载阈值时，重载触发信号有效，功率开关导通。
本发明又一方面提供了一种控制高压BUCK开关变换器的控制方法，该高压BUCK开关变换器包括功率开关、二极管、输出电感、反馈电路和钳位电容，功率开关的漏极耦接开关变换器的输入端接收输入电压，功率开关的源极耦接二极管的阴极，二极管的阳极电连接至逻辑地，输出电感耦接在功率开关的源极和开关变换器的输出端之间，反馈电路连接在开关变换器的输出端和功率开关的源极之间，钳位电容通过一个钳位开关耦接在功率开关的源极和逻辑地之间，所述控制方法包括：当功率开关关断后，导通钳位开关，并对钳位电容充电；当钳位电容上的电压值等于二极管续流截止时输出电压的值时，断开钳位开关；比较钳位电容上的电压和功率开关源极上的电压；以及当功率开关源极上的电压值低于钳位电容上的电压值一个重载阈值时，导通功率开关。
附图说明
在下面所有附图中，相同的标号表示具有相同、相似或相应的特征或功能。
图1示出了一个传统的非隔离AC-DC开关变换器的电路结构示意图；
图2示出了根据本发明一实施例的非隔离AC-DC开关变换器10的示意性框图；
图3示出了根据本发明一实施例的集成电路12内部的示意性框图；
图4示出了根据本发明一实施例的集成电路12内部的电路原理图；
图5示出了根据本发明另一实施例的集成电路12内部的电路原理图；
图6示出了根据本发明一实施例的控制模块的电路原理图；
图7示出了根据本发明另一实施例的控制模块的电路原理图；
图8示出了根据本发明一实施例的一种控制高压BUCK开关变换器的控制方法。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。应当理解，当称“元件”“连接到”或“耦接”到另一元件时，它可以是直接连接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
图2示出了根据本发明一实施例的非隔离AC-DC开关变换器10的示意性框图。如图2所示，非隔离AC-DC开关变换器10包含整流电路11、输入滤波电容CIN和高压BUCK开关电路。整流电路11接收交流电压信号VAC，该交流电压信号VAC通过整流电路11整流和输入电容CIN滤波后得到直流输入电压信号VDC。高压BUCK开关电路包括集成电路12，二极管D，输出电感LOUT、输出电容COUT和反馈电路13。
集成电路12包括输入管脚IN、接地管脚GND2和反馈管脚FB。集成电路12内部包括一个功率开关管，在一个实施例中，该功率开关器件包括金属氧化物半导体场效应管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，MOSFET)、结型场效应管(Junction Field Effect Transistor，JFET)、绝缘栅双极型晶体管(Insulated GateBipolar Transistor，IGBT)等合适的功率器件。该功率开关管的漏极D耦接输入管脚IN，该功率开关管的源极S耦接集成电路12的接地管脚GND2。集成电路外部二极管D的阳极耦接开关变换器10的逻辑地GND1，二极管D的阴极耦接集成电路12的接地管脚GND2。输出电感LOUT耦接在集成电路12的接地管脚GND2和开关变换器10的输出端OUT之间。输出电容COUT耦接在输出端OUT和逻辑地GND1之间。反馈电路13耦接在输出端OUT和接地管脚GND2之间，并在二极管D导通期间产生代表输出电压信号VOUT的反馈信号VFB，并送至集成电路12的反馈管脚FB。在一个实施例中，反馈电路13包括串联连接在输出端OUT和接地管脚GND2之间的第一电阻R1和第二电阻R2，其中第一电阻R1和第二电阻R2的公共端耦接至反馈管脚FB提供反馈信号VFB。在二极管D导通期间，反馈信号VFB与输出电压信号VOUT成正比例关系；当二极管D续流截止时，流过电感LOUT的电流为零，反馈信号VFB等于零，接地管脚GND2的电压与输出电压信号VOUT相等。
集成电路12内部还包括控制电路，控制电路接收反馈信号VFB，并根据反馈信号VFB产生控制信号送至功率开关管的栅极，用于控制功率开关管的导通和关断切换，进而将直流输入电压信号VDC转换为输出电压信号VOUT。
此外，集成电路12还包括检测管脚DET，该检测管脚DET通过钳位电容14连接至逻辑地GND1。在另一个实施例中，检测管脚DET通过串联连接的钳位电容14和电阻15连接至逻辑地GND1。在图2所示的实施例中，当集成电路12内部的功率开关关断后，强制检测管脚DET与接地管脚GND2相连，使得检测管脚DET上的电压和接地管脚GND2上的电压相等。当检测管脚DET上的电压等于二极管D续流截止时输出电压信号VOUT的值时，浮空检测管脚DET。在图2所示实施例中，浮空是指将检测管脚DET与接地管脚GND2断开，检测管脚DET上的电压不再改变。需要说明的是，由于检测管脚DET与接地管脚GND2相连，在二极管D续流截止时，检测管脚DET上的电压与接地管脚GND2上的电压相等，然而由于二极管D续流截止由导通变为关断的过程中，有一个动态过程，接地管脚GND2上的电压有振铃和抖动，当二极管D在关断结束变为稳态后，检测管脚DET上的电压等于接地管脚GND2上的电压等于输出电压VOUT。当负载变化时，输出电压VOUT随之改变，接地管脚GND2上的电压相对于检测管脚DET上的电压也改变。当接地管脚GND2上的电压低于检测管脚DET上的电压一个重载阈值时，导通集成电路12内部的功率开关管。非隔离AC-DC开关变换器10从轻载或空载模式快速恢复进入重载工作模式。在图2所示实施例中，将钳位电容14和电阻15示意在集成电路12的外部，在其他实施例中，也可以根据需求将钳位电容14和电阻15集成到集成的电路12的内部。
在图2所示实施例中，集成电路12还包括供电管脚BST，供电管脚BST通过自举电容16耦接至集成电路12的接地管脚GND2。自举电容16将在供电管脚BST上产生供电电压，用于驱动集成电路12内部的功率开关以及给内部其他电路供电。
图3示出了根据本发明一实施例的集成电路12内部的示意性框图。如图3所示，集成电路12包括控制模块21，续流判断电路22、重载触发电路23、逻辑电路24、功率开关管26和驱动电路。
在图3所示实施例中，控制模块21耦接集成电路12的反馈管脚接收反馈信号VFB，并根据反馈信号VFB产生控制信号PWM。控制信号PWM为一个高低逻辑电平信号。在一个实施例中，控制信号PWM为逻辑高时，功率开关26导通；控制信号PWM为逻辑低时，功率开关26关断。控制模块21可采用多种控制方式，例如脉冲宽度调制(例如电压控制、电流控制、电压电流双环控制等)、脉冲频率调制(恒定时间导通控制、跳频控制等)或脉冲宽度调制或脉冲频率调制相结合的控制方式。例如，在***正常带载的情况下，可采用脉冲宽度调制的控制方法；在***轻载或空载的情况下，可采用脉冲频率的控制方式。
续流判断电路22接收反馈信号VFB，并根据反馈信号VFB产生续流判定信号DTH，当图2所示实施中的二极管D续流截止时，续流判定信号DTH有效。续流判定信号DTH为一个高低逻辑电平信号。在一个实施例中，当续流判定信号DTH为逻辑高时，续流判定信号DTH有效。
重载触发电路23具有第一端、第二端第三端和输出端。重载触发电路23的第一端耦接续流判定电路22接收续流判定信号DTH；重载触发电路23的第二端耦接集成电路12的接地管脚GND2接收接地管脚上的电压信号VGND2；重载触发电路23的第三端耦接集成电路12的检测管脚DET。重载触发电路23根据续流判定信号DTH和接地管脚GND2上的电压信号VGND2在检测管脚DET上产生一个钳位电压信号VDET，其中，钳位电压信号VDET的值等于二极管D续流截止时输出电压信号VOUT的值，也即是二极管D完全截止后接地管脚GND2上的电压值(在二极管D没有完全截止之前，接地管脚GND2上的电压信号具有振铃和抖动)。重载触发电路23还将钳位电压信号VDET和接地管脚上的电压信号VGND2比较产生重载触发信号CH。重载触发信号CH为一个高低逻辑电平信号。在一个实施例中，当接地管脚GND2上的电压信号VGND2的值低于钳位电压信号VDET的值一个重载阈值△VTHH时，重载触发信号CH有效(例如，逻辑高)，功率开关26导通。同样地，在图3所示实施例中，钳位电容14和电阻15被示意在集成电路12的外部，在其他实施例中，也可以根据需求将钳位电容14和电阻15集成到集成的电路12的内部，此时，钳位电容14和电阻15可包含在重载触发电路23中。
逻辑电路24具有第一输入端、第二输入端和输出端。逻辑电路24的第一输入端耦接控制模块21接收控制信号PWM；逻辑电路24的第二输入端耦接重载触发电路23接收重载触发信号CH；逻辑电路24将控制信号PWM和重载触发信号CH做逻辑运算，并产生控制信号SW。控制信号SW为一个高低逻辑电平信号，在一个实施例中，当控制信号PWM和重载触发信号CH任意一个有效时(例如，逻辑高)，控制信号SW有效(例如，逻辑高)，功率开关26导通。
在图3所示实施例中，驱动电路包括驱动器25和自举电压产生电路。驱动器25具有第一供电端、第二供电端、输入端和输出端。驱动器25的第一供电端耦接供电管脚BST；驱动器25的第二供电端耦接集成电路12的接地管脚GND2；驱动器25的输入端接收控制信号SW；驱动器25基于控制信号SW在输出端产生驱动信号Dr，其中，驱动信号Dr用于驱动功率开关26的导通和关断切换。自举电压产生电路包括集成电路12内部的二极管27、线性调节器(Low Dropout Regulator，LDO)28和集成电路12外部的自举电容16。LDO的输入端耦接输入管脚IN接收直流输入电压VDC，LDO的输出端耦接二极管27的阳极，二极管27的阴极耦接供电管脚BST。同时，LDO的输出电压也作为集成电路12内部的供电电压信号VCC。
功率开关管26的漏极D耦接输入管脚IN；功率开关管26的源极S耦接接地管脚GND2；功率开关管26的栅极G耦接驱动器25的输出端接收驱动信号Dr。通过功率开关管26的导通和关断切换，高压BUCK开关电路将直流输入电压VDC转换为输出电压信号VOUT。
图4示出了根据本发明一实施例的集成电路12内部的电路原理图。在图4所示实施例中，主要示意出了图3所示实施例中的续流判断电路22、重载触发电路23和逻辑电路24的具体电路原理图。
在图4所示实施例中，续流判断电路22包括一个电压比较器201。电压比较器201的正相输入端接收续流参考信号VTH，电压比较器201的反相输入端接收反馈信号VFB，电压比较器201将反馈信号VFB和续流参考信号VTH比较，并在输出端输出续流判定信号DTH。当反馈信号VFB降低到续流参考信号VTH的值时，续流判定信号DTH有效(例如逻辑高)。在一个实施例中，续流参考信号VTH包括一个零电压信号。即理想情况下，当二极管D断续后，反馈信号VFB等于0V即表示续流判定信号DTH有效。
在图4所示实施例中，重载触发电路23包括脉冲触发器301、钳位开关302、电压源303和电压比较器304。
脉冲触发器301接收续流判定信号DTH，并根据续流判定信号DTH产生一个脉冲信号，其中，脉冲信号在续流判定信号DTH有效(逻辑高)的起始时刻起的一段时间内有效，即脉冲信号相对于续流判定信号DTH是一个窄脉冲信号，仅在续流判定信号DTH有效期间的一个短时间段内有效。在一个实施例中，脉冲信号的宽度即为将钳位电容14充电到输出电压信号VOUT在二极管D续流截止时的值所需的时间长度，该脉冲信号的宽度与检测管脚DET选取的钳位电容14的容值、电阻15的阻值以及输出电压信号VOUT相关。通常，脉冲信号合理的宽度范围在几十微秒到几百微秒之间。
钳位开关302具有第一端，第二端和控制端。钳位开关302的第一端耦接接地管脚GND2(也即是功率开关26的源极)，钳位开关302的控制端接收脉冲信号，当脉冲信号有效时，钳位开关302被导通。
电压比较器304，具有反相输入端、正相输入端和输出端。电压比较器304的正相输入端耦接钳位开关302的第二端，电压比较器304的反相输入端通过电压源303耦接至接地管脚GND2，接收接地管脚GND2上的电压信号VGND2，其中，电压源304的电压值等于重载阈值△VTHH。当钳位开关302导通期间，接地管脚GND2上的电压信号VGND2通过钳位开关对检测管脚DET上连接的钳位电容14充电，并在检测管脚DET上产生钳位电压信号VDET。当钳位电压信号VDET等于二极管D续流截止时输出电压信号VOUT的值时，钳位开关302关断，检测管脚DET浮空。在一个实施例中，浮空是指将检测管脚DET与接地管脚GND2断开，检测管脚DET上的电压不再改变。电压比较器304将接地管脚GND2上的电压信号VGND2和重载阈值△VTHH的和值与钳位电压信号VDET比较，并在输出端产生重载触发信号CH。本领域技术人员可以理解，在另一个实施例中，也可以将电压源303耦接在电压比较器304的正相输入端和钳位开关302的第二端之间，此时，电压比较器304将接地管脚GND2上的电压信号VGND2与钳位电压信号VDET和重载阈值△VTHH的差值比较，并在输出端产生重载触发信号CH。当接地管脚GND2上的电压信号VGND2的值低于钳位电压信号VDET的值一个重载阈值△VTHH时，重载触发信号CH有效(例如逻辑高)。同样地，在图4所示实施例中，钳位电容14和电阻15被示意在集成电路12的外部，钳位电容14和电阻15通过检测管脚DET连接至内部电压比较器304的反相输入端。在其他实施例中，也可以根据需求将钳位电容14和电阻15集成到集成的电路12的内部，此时，钳位电容14和电阻15可包含在重载触发电路23中。
逻辑电路24包括一个或门401，接收控制信号PWM和重载触发信号CH，并对控制信号PWM和重载触发信号CH做逻辑运算，产生控制信号SW用于控制功率开关26的导通和关断的切换。在一个实施例中，控制信号PWM和重载触发信号CH任意一个有效时(例如，逻辑高)，功率开关26导通。
图5示出了根据本发明另一实施例的集成电路12内部的电路原理图。图5所示的集成电路12的原理图与图4所示的集成电路12的原理图的区别在于重载触发电路23的设计电路不同。
如图5所示，重载触发电路23包括延时电路501、RS触发器502、钳位开关503、电压源504和电压比较器505。
延时电路501接收续流判定信号DTH，并对续流判定信号DTH延时，产生延时信号DLY。在一个实施例中，延时电路501对续流判定信号DTH的延时时间即为将钳位电容14充电到输出电压信号VOUT的在二极管D续流截止时的值的时间长度，该延时时间与检测管脚DET选取的钳位电容14的容值、电阻15的阻值以及输出电压信号VOUT相关。一般地，延时时间合理的宽度范围在几十微秒到几百微秒之间。
RS触发器502，具有置位端S、复位端R和输出端Q，置位端S接收控制功率开关26切换的开关控制信号SW，复位端R接收延时信号DLY，RS触发器对开关控制信号SW和延时信号DLY做逻辑运算并在输出端输出钳位控制信号CLAMP。在一个实施例中，RS触发器502的置位端S在开关控制信号SW的下降沿时刻置位钳位控制信号CLAMP(逻辑高)。即，当控制信号SW从有效变为无效时(功率开关26由导通变为关断时刻)置位钳位控制信号CLAMP。当延时信号DLY有效时(即当反馈信号VFB降低到续流参考信号VTH的值，并延时一段时间后)，复位钳位控制信号CLAMP(逻辑低)。
钳位开关503具有第一端，第二端和控制端。钳位开关503的第一端耦接接地管脚GND2(也即是功率开关26的源极)，钳位开关503的控制端接收钳位控制信号CLAMP，当钳位控制信号CLAMP在被置位期间(逻辑高)，钳位开关503被导通。
电压比较器505，具有反相输入端、正相输入端和输出端。电压比较器505的正相输入端耦接钳位开关503的第二端，电压比较器505的反相输入端通过电压源504耦接至接地管脚GND2，接收接地管脚GND2上的电压信号VGND2，其中，电压源504的电压值等于重载阈值△VTHH。当钳位开关503导通期间，接地管脚GND2上的电压信号VGND2通过钳位开关对检测管脚DET上连接的钳位电容14充电，并在检测管脚DET上产生钳位电压信号VDET。当钳位电压信号VDET等于二极管D续流截止时输出电压信号VOUT的值时，钳位开关503关断，检测管脚DET浮空。在一个实施例中，浮空是指将检测管脚DET与接地管脚GND2断开，检测管脚DET上的电压不再改变。电压比较器505将接地管脚GND2上的电压信号VGND2与钳位电压信号VDET比较，并在输出端产生重载触发信号CH。当接地管脚GND2上的电压信号VGND2的值低于钳位电压信号VDET的值一个重载阈值△VTHH时，重载触发信号CH有效(例如逻辑高)。同样地，在图5所示实施例中，钳位电容14和电阻15被示意在集成电路12的外部，钳位电容14和电阻15通过检测管脚DET连接至内部电压比较器505的反相输入端。在其他实施例中，也可以根据需求将钳位电容14和电阻15集成到集成的电路12的内部，此时，钳位电容14和电阻15可包含在重载触发电路23中。
图6示出了根据本发明一实施例的控制模块的电路原理图。图6示出了一种恒定导通时间(Constant on Time，COT)控制的控制模块21的电路原理图。如图6所示，控制模块21包括反馈电压采样保持电路601、电压比较器602、恒定导通时间产生电路603和RS触发器604。反馈电压采样保持电路601耦接反馈管脚FB接收反馈电压信号VFB，并对反馈电压信号VFB采样并保持进而输出第一反馈电压信号VFB1，其中第一反馈电压信号VFB1代表功率开关26关断、二极管D续流导通期间反馈电压信号VFB的值。电压比较器602的第一输入端接收参考电压信号VREF，电压比较器501的第二输入端接收第一反馈电压信号VFB1，电压比较器602将第一反馈电压信号VFB1和参考电压信号VREF比较，并在输出端输出置位信号TON。恒定导通时间产生电路603产生一个固定导通时间的复位信号TOFF。RS触发器604的置位端S接收置位信号TON，RS触发器503的复位端R接收复位信号TOFF，并在输出端Q输出控制信号PWM。
图7示出了根据本发明另一实施例的控制模块的电路原理图。图7示出了一种电压控制的控制模块21的电路原理图。如图7所示，控制模块包括反馈电压采样保持电路701、误差放大器702、第一电压比较器703、第二电压比较器704和RS触发器705。反馈电压采样保持电路701耦接反馈管脚FB接收反馈电压信号VFB，并对反馈电压信号VFB采样并保持进而输出第一反馈电压信号VFB1，其中第一反馈电压信号VFB1代表功率开关26关断、二极管D续流导通期间反馈电压信号VFB的值。误差放大器702的第一输入端接收参考电压信号VREF，误差放大器702的第二输入端接收第一反馈电压信号VFB1，误差放大器702将第一反馈电压信号VFB1和参考电压信号VREF比较并将误差放大，在输出端输出误差信号EA。第一电压比较器703的第一输入端接收误差信号EA，第一电压比较器703的第二输入端接收斜坡信号RAMP，第一电压比较器703将误差信号EA和斜坡信号RAMP比较，并在输出端输出第一比较信号CS。第二电压比较器704的第一输入端接收电流参考信号VREF_CS，第二电压比较器704的第二输入端接收电流采样信号VCS，第二电压比较器704将电流参考信号VREF_CS和电流采样信号VCS比较，并在输出端输出第二比较信号CR。在一个实施例中，电流采样信号VCS代表流过功率开关26的电流值。RS触发器705的置位端S接收第一比较信号CS，RS触发器503的复位端R接收第二比较信号CR，并在输出端Q输出控制信号PWM。
图8示出了根据本发明一实施例的一种控制高压BUCK开关变换器的控制方法。图8所示控制方法可以运用在前述图2-7所示的高压BUCK开关变换器中。如前述图2-7所示，该高压BUCK开关变换器包括功率开关26、二极管D、输出电感LOUT、反馈电路13和钳位电容14，功率开关26的漏极耦接开关变换器的输入端接收直流输入电压VDC，功率开关的源极耦接二极管D的阴极，二极管D的阳极电连接至逻辑地GND1，输出电感LOUT耦接在功率开关26的源极和开关变换器的输出端OUT之间，反馈电路13连接在开关变换器的输出端OUT和功率开关26的源极之间，并在二极管D导通期间产生一个代表输出电压信号VOUT的反馈信号VFB1，钳位电容14通过一个钳位开关(302或503)耦接在功率开关26的源极和逻辑地GND1之间，该控制方法包括步骤81-85。
步骤81，当功率开关26关断后，导通钳位开关(302或503)，并对钳位电容充电。在一个实施例中，当功率开关26关断后，通过功率开关控制信号SW即刻导通钳位开关(302)。在又一个实施例中，当功率开关26关断后，可以等到二极管D续流截止后再导通钳位开关(503)。
步骤82，当钳位电容14上的电压等于二极管D续流截止时输出电压信号VOUT的值时，断开钳位开关(302或503)。在一个实施例中，当钳位电容14上的电压等于二极管续流截止时输出电压信号VOUT的值时断开钳位开关，是指钳位电容14上的电压被充电上升至输出电压信号VOUT值时就可以关断钳位开关。钳位开关关断后，钳位电容14上的电压不再改变，而输出电压信号VOUT会随负载的变化而继续变化。在一个实施例中，可根据选取的钳位电容14的容值和稳态时输出电压信号VOUT的电压值计算一个钳位电容14的充电时间。
步骤83，比较钳位电容14上的电压和功率开关26源极上的电压，判断功率开关源极上的电压与钳位电容的电压的差值是否大于重载阈值。在一个实施例中，当二极管D续流截止关断后，电感电流LOUT上流过的电流为零，功率开关26源极上的电压在稳态后等于输出端OUT上的输出电压信号VOUT的值。
步骤84，当功率开关源极上的电压与钳位电容上的电压的差值大于重载阈值时，导通功率开关。
以上对根据本发明实施例的控制方法及步骤的描述仅为示例性的，并不用于对本发明进行限定。另外，一些公知的控制步骤及所用控制参数等并未给出或者并未详细描述，以使本发明清楚、简明且便于理解。发明所属技术领域的技术人员应该理解，以上对根据本发明各实施例的控制方法及步骤的描述中所述使用的步骤编号并不用于表示各步骤的绝对先后顺序，这些步骤并不按照步骤编号顺序实现，而可能采用不同的顺序实现，也可能同时并列地实现，并不仅仅局限于所描述的实施例。
虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (13)

1.一种用于高压BUCK开关变换器的电压转换集成电路，具有输入管脚和接地管脚，其中，该高压BUCK开关变换器包括二极管、输出电感和反馈电路，二极管的阴极耦接接地管脚，二极管的阳极电连接至开关变换器的逻辑地；输出电感耦接接地管脚和开关变换器的输出端之间；反馈电路连接在开关变换器的输出端和接地管脚之间，并在二极管导通期间产生一个代表输出电压信号的反馈信号，所述电压转换集成电路包括：
反馈管脚，耦接至反馈电路，接收反馈信号；
检测管脚，通过钳位电容电连接至开关变换器的逻辑地；
功率开关，具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接输入管脚接收输入电压，其第二端耦接接地管脚；
续流判定电路，耦接反馈管脚接收反馈信号，并根据反馈信号产生续流判定信号，当二极管续流截止后，续流判定信号有效；以及
重载触发电路，耦接检测管脚、接地管脚和续流判定电路，当功率开关关断后，重载触发电路连接检测管脚和接地管脚，并在检测管脚产生一个钳位电压信号后断开检测管脚和接地管脚的连接，其中，钳位电压信号的值等于二极管续流截止时输出电压信号的值，在续流判定信号有效期间，重载触发电路将钳位电压信号和接地管脚上的电压信号比较产生重载触发信号，当接地管脚上电压信号的值低于钳位电压信号的值一个重载阈值时，重载触发信号有效，功率开关导通。
2.如权利要求1所述的电压转换集成电路，其中，所述重载触发电路包括：
脉冲触发器，接收续流判定信号，并根据续流判定信号产生脉冲信号，其中，脉冲信号在续流判定信号有效的起始时刻起的一段时间内有效；
钳位开关，具有第一端，第二端和控制端，钳位开关的第一端耦接接地管脚，钳位开关的第二端耦接检测管脚，钳位开关的控制端接收脉冲信号，当脉冲信号有效时，钳位开关导通；以及
电压比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，电压比较器的第一输入端耦接检测管脚接收钳位电压信号，电压比较器的第二输入端通过一个电压源耦接接地管脚接收接地管脚上的电压信号，电压比较器将接地管脚上的电压信号和电压源的和值与钳位电压信号比较，并在电压比较器的输出端输出重载触发信号，其中，电压源的电压值等于重载阈值。
3.如权利要求1所述的电压转换集成电路，其中，所述重载触发电路包括：
延时电路，接收续流判定信号，并对续流判定信号延时，产生延时信号；
RS触发器，具有置位端、复位端和输出端，置位端接收控制功率开关切换的开关控制信号，复位端接收延时信号，RS触发器对开关控制信号和延时信号做逻辑运算并在输出端输出钳位控制信号；
钳位开关，具有第一端，第二端和控制端，钳位开关的第一端耦接接地管脚，钳位开关的第二端耦接检测管脚，钳位开关的控制端接收钳位控制信号；以及
电压比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，电压比较器的第一输入端耦接检测管脚接收钳位电压信号，电压比较器的第二输入端通过一个电压源耦接接地管脚接收接地管脚上的电压信号，电压比较器将接地管脚上的电压信号和电压源的和值与钳位电压信号比较，并在电压比较器的输出端输出重载触发信号，其中，电压源的电压值等于重载阈值。
4.如权利要求1所述的电压转换集成电路，其中，所述续流判定电路包括续流比较器，该续流比较器具有接收反馈信号的第一输入端、接收续流阈值信号的第二输入端和输出端，续流比较器将反馈信号和续流阈值信号比较，并在续流比较器的输出端产生续流判定信号，当反馈信号小于续流阈值信号时，续流判定信号有效。
5.如权利要求1所述的电压转换集成电路，进一步包括：
控制模块，接收反馈信号，并根据反馈信号产生第一控制信号；以及
逻辑电路，接收第一控制信号和重载触发信号，并对第一控制信号和重载触发信号做逻辑运算，产生开关控制信号，其中，当第一控制信号和重载触发信号任意一个有效时，开关控制信号控制功率开关导通。
6.如权利要求1所述的电压转换集成电路，进一步包括供电管脚，其中供电管脚通过自举电容耦接至接地管脚。
7.一种高压BUCK开关变换器，包括：
功率开关，具有第一端、第二端和控制端，功率开关的第一端接收输入电压信号，功率开关的第二端通过输出电感耦接至开关变换器的输出端；
续流二极管，续流二极管的阴极耦接功率开关的第二端，续流二极管的阳极电连接至逻辑地；
反馈电路，连接在功率开关的第二端和开关变换器的输出端，并在二极管导通期间产生一个代表输出电压信号的反馈信号；
续流判定电路，接收反馈信号，并根据反馈信号产生续流判定信号，当二极管续流截止后，续流判定信号有效；以及
重载触发电路，耦接功率开关第二端和续流判定电路，在续流判定信号有效期间，重载触发电路产生一个钳位电压信号，其中，钳位电压信号的值等于二极管续流截止时输出电压信号的值，重载触发电路将钳位电压信号和功率开关第二端上的电压信号比较产生重载触发信号，当功率开关第二端上电压信号的值低于钳位电压信号的值一个重载阈值时，重载触发信号有效，功率开关导通。
8.如权利要求7所述的高压BUCK开关变换器，其中，所述重载触发电路包括：
脉冲触发器，接收续流判定信号，并根据续流判定信号产生脉冲信号，其中，脉冲信号在续流判定信号有效的起始时刻起的一段时间内有效；
钳位开关，具有第一端，第二端和控制端，钳位开关的第一端耦接功率开关第二端，钳位开关的控制端接收脉冲信号，当脉冲信号有效时，钳位开关导通；
钳位电容，连接在钳位开关的第二端和逻辑地之间，其中，钳位电容上的电压信号为钳位电压信号；以及
电压比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，电压比较器的第一输入端耦接钳位开关的第二端接收钳位电压信号，电压比较器的第二输入端通过一个电压源耦接至功率开关的第二端接收功率开关第二端上的电压信号，电压比较器将功率开关第二端上的电压信号和电压源的和值与钳位电压信号比较，并在电压比较器的输出端输出重载触发信号，其中，电压源的电压值等于重载阈值。
9.如权利要求7所述的高压BUCK开关变换器，其中，所述重载触发电路包括：
延时电路，接收续流判定信号，并对续流判定信号延时，产生延时信号；
RS触发器，具有置位端、复位端和输出端，置位端接收控制功率开关切换的开关控制信号，复位端接收延时信号，RS触发器对开关控制信号和延时信号做逻辑运算并在输出端输出钳位控制信号；
钳位开关，具有第一端，第二端和控制端，钳位开关的第一端耦接功率开关第二端，钳位开关的控制端接收钳位控制信号；
钳位电容，连接在钳位开关的第二端和逻辑地之间，其中，钳位电容上的电压信号为钳位电压信号；以及
电压比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，电压比较器的第一输入端耦接钳位开关的第二端接收钳位电压信号，电压比较器的第二输入端通过一个电压源耦接至功率开关的第二端接收功率开关第二端上的电压信号，电压比较器将功率开关第二端上的电压信号和电压源的和值与钳位电压信号比较，并在电压比较器的输出端输出重载触发信号，其中，电压源的电压值等于重载阈值。
10.如权利要求7所述的高压BUCK开关变换器，进一步包括：
控制模块，接收反馈信号，并根据反馈信号产生第一控制信号；以及
逻辑电路，接收第一控制信号和重载触发信号，并对第一控制信号和重载触发信号做逻辑运算，产生开关控制信号，其中，当第一控制信号和重载触发信号任意一个有效时，开关控制信号控制功率开关导通。
11.如权利要求7所述的高压BUCK开关变换器，其中，所述续流判定电路包括续流比较器，该续流比较器具有接收反馈信号的第一输入端、接收续流阈值信号的第二输入端和输出端，续流比较器将反馈信号和续流阈值信号比较，并在续流比较器的输出端产生续流判定信号，当反馈信号小于续流阈值信号时，续流判定信号有效。
12.一种控制高压BUCK开关变换器的控制方法，该高压BUCK开关变换器包括功率开关、二极管、输出电感、反馈电路和钳位电容，功率开关的漏极耦接开关变换器的输入端接收输入电压信号，功率开关的源极耦接二极管的阴极，二极管的阳极电连接至逻辑地，输出电感耦接在功率开关的源极和开关变换器的输出端之间，反馈电路连接在开关变换器的输出端和功率开关的源极之间，钳位电容通过一个钳位开关耦接在功率开关的源极和逻辑地之间，所述控制方法包括：
当功率开关关断后，导通钳位开关，并对钳位电容充电；
当钳位电容上的电压值等于二极管续流截止时输出电压信号的值时，断开钳位开关；
比较钳位电容上的电压和功率开关源极上的电压；以及
当功率开关源极上的电压值低于钳位电容上的电压值一个重载阈值时，导通功率开关。
13.如权利要求12所述的控制方法，其中，上述当功率开关关断后，导通钳位开关的步骤包括当功率开关关断后且二极管续流截止后，导通钳位开关。
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