CN114499127A - 降压型恒定导通时间稳压直流转换器 - Google Patents

降压型恒定导通时间稳压直流转换器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种降压型恒定导通时间稳压直流转换器，包括：数字逻辑控制模块，分别控制同步管和整流管的导通状态，以基于输入电压产生输出电压；电流镜单元产生计时电流，并通过第二输出支路传输给计时单元，以改变高电位端的对地电压；变流单元的第一端连接至电流镜单元的输入端，用于接收输入电压；变流单元的控制端用于接收控制电压；变流单元的第一端和第二端之间的导通程度随着控制电压的变化而变化；当对地电压升至输出电压时，比较器的输出端向数字逻辑控制模块输出关断信号，以使同步管关断。使得在直流转换器在从一个负载状态切换到另一个负载状态时，可以逐渐地进行切换，减小了状态切换所引起的振荡。

Description

降压型恒定导通时间稳压直流转换器
技术领域
本发明涉及直流转换器技术领域，具体涉及一种降压型恒定导通时间稳压直流转换器。
背景技术
ACOT BUCK DCDC作为一种具有快速瞬态响应的降压型稳压直流转换器，应用到各个需要快速瞬态响应的电源供电***中，在这些电源供电***中往往还需要DCDC所提供的电源具有较小的输出电压纹波，以利于下级应用的稳定：例如给蓝牙模块供电电源。
DCDC的输出负载不同，其输出纹波也不同，现有技术中，为了减小DCDC的输出纹波，在DCDC内部配置两个电阻，其中一个电阻长时接入DCDC的控制电路，当处于重载情况下，会并联另一个电阻，从而通过分时并联或不并联电阻来分别抑制重、轻负载的输出纹波。
然而，虽然控制两种阻值的等效电阻分时接入电路，能够基于两种负载状态来分别调整工作频率，以及减小输出纹波，但是，直流转换器在两种负载状态之间来回切换时，出现了难以消除的输出振荡，导致无法为下级应用（例如为蓝牙模块提供电源）提供稳定的输出电压，尤其是当下级应用对电源稳定性较高时，如果接收的输出电压振荡较大，甚至会导致下级应用被损坏。
因此，对于降压型稳压直流转换器，在两种负载状态之间进行切换时如何减小输出振荡成为亟待解决的技术问题。
发明内容
基于上述现状，本发明的主要目的在于提供一种快速瞬态响应的降压型恒定导通时间稳压直流转换器，以在两种负载状态之间进行切换时减小输出振荡。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种降压型恒定导通时间稳压直流转换器，包括：
依次连接的同步管和整流管，同步管和整流管的连接点经LRC电路后得到输出电压；
数字逻辑控制模块，分别控制同步管和整流管的导通状态，以基于输入电压产生输出电压；
导通时间控制模块，包括：计时单元、比较器、变流单元和电流镜单元，其中：
电流镜单元的第一输出支路接地，电流镜单元的第二输出支路连接至计时单元的高电位端；电流镜单元的输入端接收输入电压，使电流镜单元产生计时电流，并通过第二输出支路传输给计时单元，以改变高电位端的对地电压；
比较器的第一输入端连接至高电位端，用于接收对地电压；比较器的第二输入端用于接收输出电压；
变流单元的第一端连接至电流镜单元的输入端，用于接收输入电压；变流单元的第二端连接至高电位端；变流单元的控制端用于接收控制电压；
变流单元的第一端和第二端之间的导通程度随着控制电压的变化而变化，以使对地电压的变化速率跟随控制电压的变化而变化，其中，控制电压与降压直流转换器的输出负载电流相关；
当对地电压升至输出电压时，比较器的输出端向数字逻辑控制模块输出关断信号，以使同步管关断，从而控制同步管导通时间的长短。
可选地，变流单元包括：第一变流晶体管和第二变流晶体管，其中，第一变流晶体管为P型晶体管；
第一变流晶体管的第一极为变流单元的第一端；第二变流晶体管的第二极为变流单元的第二端；第二变流晶体管的控制极为变流单元的控制端；
第一变流晶体管的控制极与第一P型晶体管的控制极和第二P型晶体管的控制极相连；第一变流晶体管的第二极连接至第二变流晶体管的第一极；第一P型晶体管和第二P型晶体管构成电流镜单元；
第二变流晶体管在控制电压的控制下工作在可变电阻区，以使第一变流晶体管也工作在可变电阻区，以使变流单元的第一端和第二端之间的导通程度随着控制电压的变化而变化。
可选地，第二变流晶体管为N型晶体管，控制电压与降压直流转换器的输出负载电流负相关。
可选地，第二变流晶体管为P型晶体管，控制电压与降压直流转换器的输出负载电流正相关。
可选地，计时单元包括：
计时电容，计时电容的一端为计时单元的高电位端，计时电容的另一端接地；
计时电流流入计时电容，以使计时单元的高电位端产生对地电压。
可选地，计时单元还包括：
释放晶体管，释放晶体管的第一极和第二极分别连接至储能电容的一端和另一端；
释放晶体管在同步管导通期间响应控制信号（hson_n）断开释放晶体管的第一极和第二极，以使计时电流流入计时电容；
释放晶体管在同步管关断期间导通释放晶体管的第一极和第二极，以使计时电容对地放电。
可选地，还包括：N型晶体管和外接电阻；
N型晶体管的第一极连接在电流镜的第一输出支路，N型晶体管的第二极连接在外接电阻一端；外接电阻另一端接地；
N型晶体管的控制极用于接收开关信号导通或断开电流镜的第一输出支路和地的连接。
可选地，还包括：
运放单元，运放单元的第一输入端用于接收预设的电压，运放单元的第二输入端连接至外接电阻一端，用于接收外接电阻一端的对地电压；运放单元的输出端连接至N型晶体管的控制极，用于向N型晶体管提供开关信号。
可选地，还包括：第一分压电阻和第二分压电阻；
第一分压电阻的一端用于接收输入电压；
第一分压电阻的另一端连接至第二分压电阻的一端；
第二分压电阻的另一端接地；
第一分压电阻和第二分压电阻的连接端连接至运放单元的第一输入端，用于提供预设的电压。
可选地，电流镜单元包括：第一P型晶体管和第二P型晶体管，其中：
第一P型晶体管的第一极和第二P型晶体管的第一极并联作为流镜的输入端，用于接收输入电压；
第一P型晶体管的控制极和第二P型晶体管的控制极相连；
第一P型晶体管的控制极连接至第一P型晶体管的第一极作为第一输出支路；
第二P型晶体管的第二极作为第二输出支路。
【有益效果】
依据本发明实施例公开的一种降压型恒定导通时间稳压直流转换器，电流镜单元的第一输出支路接地，电流镜单元的第二输出支路连接至计时单元的高电位端；电流镜单元用于基于输入电压产生计时电流，并传输给计时单元，以改变高电位端的对地电压；比较器的第一输入端连接至高电位端，用于接收对地电压；比较器的第二输入端用于接收输出电压；当对地电压升至输出电压时，比较器的输出端向数字逻辑控制模块输出关断信号以使同步管保持关断状态，以控制导通时间的长短。变流单元的第一端连接至电流镜单元的输入端，第二端连接至高电位端，由于变流单元的第一端和第二端之间的导通程度随着控制电压的变化而变化，只需要提供逐渐变化的控制电压，即可使变流单元的导通程度控制电压的逐渐变化而逐渐变化，从而使得流入计时单元高电位端的电流大小也会逐渐变化，继而使得计时单元高电位端对地电压的变化速率跟随控制电压的逐渐变化而逐渐变化，从而同步管的导通时间会逐渐变长或逐渐变短，使得在直流转换器在从一个负载状态切换到另一个负载状态时，可以逐渐地进行切换，减小了状态切换所引起的振荡。
本发明的其他有益效果，将在具体实施方式中通过具体技术特征和技术方案的介绍来阐述，本领域技术人员通过这些技术特征和技术方案的介绍，应能理解所述技术特征和技术方案带来的有益技术效果。
附图说明
以下将参照附图对本发明实施例进行描述。图中：
图1为一种降压直流转换器电路结构原理示意图；
图2为一种导通时间控制电路结构原理示意图；
图3为本实施例公开的一种降压恒定导通时间稳压直流转换器电路原理示意图；
图4为本实施例公开的另一种降压型稳压直流转换器电路原理示意图。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分，为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件并没有详细叙述。
此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
本申请中，如果没有特别明确晶体管的第一极（或第二极）为源极（或漏极）时，第一极、第二极与源极、漏极的对应关系可以互换。
请参考图1，为一种降压直流转换器电路结构原理示意图，图1中的导通时间控制部分即要实现周期固定的作用，导通时间控制部分的工作原理，即产生一个与输出电压VOUT与输入电压VIN相关的同步管导通时间。同步管MP1的导通时间ton主要由输入电压VIN，以及设定的输出电压VOUT来计算，根据占空比的关系，可以确定固定的周期：
ton=VOUT/VIN*T
其中，VOUT为设定输出电压；VIN为输入电压，T为设定周期。
需要说明的是，接下来，重点描述图1中同步管MP1的导通时间控制部分，图1中其余未展开描述的附图标记，在此不再赘述，具体可以自行查阅相关的资料来确定各个器件模块的作用，例如纹波补偿模块、跨导放大器EA及其参考电压Vref、环路补偿电容Cea1及Cea、反馈信号FB等等；同步管MP1的输出电压也可以经由LRC电路之后输出，反馈信号FB也可以通过分压电阻R1、R2分压得到。
请参考图2，为一种导通时间控制电路结构原理示意图，主要包括运放OP、比较器、N型晶体管N1、N型晶体管N2及其控制信号hson_n、P型晶体管P1和P2、分压电阻R1和R2（与图1的分压电阻为不同的器件）、电阻R0、电容C1等，具体连接关系见图2所示，在此不再赘述。图2所示的导通时间控制电路工作原理如下：
P型晶体管P1和P2构成电流镜，同步管导通时，N型晶体管N2的控制信号hson_n为低电平，产生一个与输入电压VIN相关的充电电流I1对电容C1充电，当电容C1的电压V1等于Vout时，产生关断信号ton_rst，关断同步管，即产生了同步管的导通时间ton，如下公式：
Figure 688009DEST_PATH_IMAGE001
可见，调节VIN分压比例，R1与R2的比值，R0的值，P1的宽长比（w1/l1）与MP2的宽长比（w2/l2）的比值，即可以得到需要的固定周期T。
在周期固定，以及外部元器件固定（输出电容C，输出电感L）的情况下，由于现在采用的电容均为陶瓷贴片电容，ESR很小，基本忽略，在连续模式下其输出纹波为：
Figure 162898DEST_PATH_IMAGE002
其中，Ipeak为峰-峰值电流，T为周期，C为输出电容，L为输出电感，ton为同步管的导通时间。
可见，在输入电压、输出电压确定时，连续模式的输出纹波固定，所以在应用条件固定的条件下，即外部元器件、周期确定时，连续模式的输出纹波固定，与输出负载无关。
当输出负载比较小的时候，DCDC进入非连续模式，此时DCDC的开关周期为：
Figure 830639DEST_PATH_IMAGE003
其中T非为非连续模式下的周期，Io为输出负载电流
此时的输出纹波为
Figure 233939DEST_PATH_IMAGE004
其中，Io为输出负载电流。
由上式可知，在输入电压、输出电压确定时，在应用条件固定的条件下，即外部元器件(电容C 与电感L)固定的条件下，在非连续模式下，DCDC的周期已经不再固定，所以轻载下的纹波主要决定于同步管的开启时间ton与负载电流Io，当负载电流越来越小的情况，开关周期将越来越大，纹波会越来越大，减小非连续模式下纹波的方法，需要减小同步管的导通时间ton。
在切换时纹波变化较大，且DCDC的开关频率也变化很大，在不同的负载时，将导致DCDC在不同负载之间来回切换引起振荡。
为了降压型稳压直流转换器在两种负载状态之间进行切换时，减小输出振荡，本发明实施例公开了一种降压恒定导通时间稳压直流转换器，请参考图3，为本实施例公开的一种降压恒定导通时间稳压直流转换器电路原理示意图，该降压恒定导通时间稳压直流转换器包括：同步管MP1、整流管MN1、数字逻辑控制模块100、导通时间控制模块200和环路控制模块300，其中：
同步管MP1和整流管MN1依次连接，同步管MP1和整流管MN1的连接点经LRC电路后得到输出电压VOUT；数字逻辑控制模块100分别控制同步管MP1和整流管MN1的导通状态，以基于输入电压VIN产生输出电压VOUT。导通时间控制模块200连接至数字逻辑控制模块100，导通时间控制模块200用于控制同步管MP1的导通时间ton的长短。环路控制模块300的输出端连接至数字逻辑控制模块100，环路控制模块300的输入端用于接收输出电压VOUT的反馈信号FB；环路控制模块300用于基于反馈信号FB向数字逻辑控制模块100输出开关频率控制信号，以使数字逻辑控制模块100根据开关频率控制信号控制同步管MP1和整流管MN1的导通关断状态，以稳定输出输出电压VOUT。
在具体实施例中，环路控制模块300可以通过现有的稳定输出电压VOUT的功能模块来实现，作为示例，环路控制模块300可以包括例如纹波补偿单元、跨导放大器EA及其参考电压Vref、环路补偿电容Cea1及Cea、反馈信号FB等等；反馈信号FB也可以通过分压电阻R1、R2分压得到。在此不再赘述，具体可以自行查阅相关的资料来确定各个器件模块的实现方式。
具体地，这些模块的大致功能及实现方式请参见上文描述，在此不再赘述。
请参考图3，本实施例中，导通时间控制模块200，包括：计时单元1、比较器2、变流单元3和电流镜单元4，其中：
电流镜单元4的第一输出支路接地，电流镜单元4的第二输出支路连接至计时单元1的高电位端Q；电流镜单元4的输入端接收输入电压VIN，使电流镜单元4产生计时电流I1，并通过第二输出支路传输给计时单元1，以改变高电位端Q的对地电压V1。
比较器2的第一输入端连接至高电位端Q，用于接收对地电压V1；比较器2的第二输入端用于接收输出电压VOUT。当对地电压V1升至输出电压VOUT时，比较器2的输出端向数字逻辑控制模块100输出关断信号ton_rst，以使同步管MP1关断，从而控制同步管MP1导通时间ton的长短。本实施例中，当比较器2的第一输入端输入的电压例如超过（等同实施例中也可以小于）第二输入端输入的电压时，比较器2的输出端输出关断信号ton_rst，关断同步管MP1，关断信号ton_rst可以是高电平，也可以是低电平，具体地以数字逻辑控制模块100的控制逻辑来确定；反之，当比较器2的第一输入端输入的电压例如小于（等同实施例中也可以大于）第二输入端输入的电压时，比较器2的输出端输出导通信号，以控制同步管MP1维持在导通状态，本实施例中，同步管MP1持续导通的时间为导通时间ton。
变流单元3的第一端K1连接至电流镜单元4的输入端，用于接收输入电压VIN；变流单元3的第二端K2连接至高电位端Q；变流单元3的控制端用于接收控制电压Vset。
本实施例中，变流单元3的第一端K1和第二端K2之间的导通程度随着控制电压Vset的变化而变化，以使对地电压V1的变化速率跟随控制电压Vset的变化而变化，只需要提供逐渐变化的控制电压Vset即可使对地电压V1的变化速率逐渐变化。具体地，本实施例中，变流单元3的导通程度可变，且从关断到完全导通（或从完全导通到关断）需要经过若干次变化。控制电压Vset可以是逐渐变大，也可以是逐渐变小：例如，控制电压Vset越小（或越大），从而导通程度越小（或越大）；反之，控制电压Vset越大，从而导通程度越大（或越小）；当控制电压Vset变化时，变流单元3的第一端K1和第二端K2之间的导通程度也会跟着变化，从而使得流入高电位端的电流除了计时电流I1之外，还有变流单元3变化的电流流入高电位端Q，继而改变了对地电压V1的变化速度，于是，可以改变比较器2输出关断信号ton_rst的时间，于是控制了同步管MP1导通时间ton的长短。
对于不同负载模式的切换，变流单元3应当采用逐渐改变导通程度的方式来过渡，以减小输出振荡。
请参考图3，在具体实施例中，变流单元3由第一变流晶体管P3和第二变流晶体管M0构成，变流单元3包括：第一变流晶体管P3和第二变流晶体管M0，其中，第一变流晶体管P3为P型晶体管；第一变流晶体管P3的第一极为变流单元3的第一端K1；第二变流晶体管M0的第二极为变流单元3的第二端K2；第二变流晶体管M0的控制极为变流单元3的控制端；第一变流晶体管P3的控制极与第一P型晶体管P1的控制极和第二P型晶体管P2的控制极相连；第一变流晶体管P3的第二极连接至第二变流晶体管M0的第一极；第二变流晶体管M0在控制电压Vset的控制下工作在可变电阻区，以使第一变流晶体管P3也工作在可变电阻区，以使变流单元3的第一端K1和第二端K2之间的导通程度随着控制电压Vset的变化而变化。具体地，以控制电压Vset逐渐增大为例，在控制电压Vset的控制下，第二变流晶体管M0工作在可变电阻区，当控制电压Vset逐渐增大时，第二变流晶体管M0开始逐渐导通，流过第二变流晶体管M0的电流会逐渐变大，由此，流过第一变流晶体管P3的电流也会逐渐增大，因此，第一变流晶体管P3也从截止区进入了可变电阻区，从而在计时电流I1的基础上叠加了逐渐增大的电流流入高电位端Q，继而增大了对地电压V1的变化速度；于是，比较器2尽早输出了关断信号ton_rst的时间，使得同步管MP1导通时间ton变短。
在一种实施例中，第二变流晶体管M0为N型晶体管，控制电压Vset与降压直流转换器的输出负载电流负相关，也就是，输出负载电流较小时，控制电压Vset逐渐变大。
对于图3的实施例，当输出负载电流较小时，控制电压Vset开始增大，第二变流晶体管M0 开始逐渐导通，第一变流晶体管P3的电流逐渐增大，从可变电阻区逐渐进入饱和区；当第二变流晶体管M0达到深线性区，第一变流晶体管P3达到饱和区，此时为最大电流，也是同步管MP1导通时间ton减小到最小了；反之，当输出负载电流超过一定阈值时，控制电压Vset降到低于第二变流晶体管M0的例如栅源电压时，第二变流晶体管M0不导通。
对于图3的实施例中，其改变流入高电位端Q电流的比例（在计时电流I1的基础上），其能改变的最小ton为连续模式下的：
Figure 430565DEST_PATH_IMAGE005
其中为W2/L2为晶体管P2的宽长比；W3/L3为第一变流晶体管P3的宽长比，ton为连续模式下的同步管导通时间；在该实施例中，第二变流晶体管M0工作在可变电阻区时，第一变流晶体管P3也工作在可变电阻区，由此线性改变了流入高电位端Q电流的比例（在计时电流I1的基础上），也就是，改变V1斜率。从而，能小步长地调整高电位端Q的对地电压V1。
该实施例的不足在于，由于对地电压V1是不断变化的，在应用过程中会导致第一变流晶体管P3支路的电流也在不断变化，所以此时对计时电容C0的充电电流也是不断变化。
在另一种实施例中，请参考图4，为本实施例公开的另一种降压恒定导通时间稳压直流转换器电路原理示意图，与图3的不同之处在于，第二变流晶体管M0为P型晶体管，控制电压Vset与降压直流转换器的输出负载电流正相关，也就是，输出负载电流较小时，控制电压Vset逐渐变小。
当输出负载电流较小时，控制电压Vset开始减小，第二变流晶体管M0 开始逐渐导通，第一变流晶体管P3的电流逐渐增大，从线性区逐渐进入饱和区；当第二变流晶体管M0达到深线性区，第一变流晶体管P3达到饱和区，此时为最大电流，也是ton减小到最小了；当输出电流较大时，第二变流晶体管M0不导通。
该实施例相对于图3的优点在于，第二变流晶体管M0的源极电压基本固定, 不像图3中源极电压在一直变化，所以在负载固定的情况下，对计时电容C0的充电电流不会变化。
请参考图3，在具体实施例中，计时单元1包括：计时电容C0，计时电容C0的一端为计时单元1的高电位端Q，计时电容C0的另一端接地；计时电流I1流入计时电容C0，以使计时单元1的高电位端Q产生对地电压V1。在具体实施过程中，第二输出支路连接至高电位端Q，从而使得计时电流I1可以通过高电位端Q流入计时电容C0，于是，计时单元1的高电位端Q产生对地电压V1。
为了便于对计时电容C0的计时控制，在可选的实施例中，计时单元1还包括：释放晶体管N2，释放晶体管N2的第一极和第二极分别连接至储能电容C0的一端和另一端；释放晶体管N2在同步管MP1导通期间响应控制信号hson_n断开释放晶体管N2的第一极和第二极，以使计时电流I1流入计时电容C0；释放晶体管N2在同步管MP1关断期间导通释放晶体管N2的第一极和第二极，以使计时电容C0对地放电。在具体实施例中，释放晶体管N2可以为N型晶体管，当同步管MP响应高电平导通期间，控制信号hson_n为低电平，反之，当同步管MP响应低电平导通期间，控制信号hson_n为高电平。在其它实施例中，释放晶体管N2也可以是P型晶体管，此时，导通、断开信号与N型晶体管的导通、断开信号正好相反。
本实施例中，通过释放晶体管N2的断开控制，可以使得在电流镜单元4向计时电容C0提供充电电流I1期间，计时电容C0能够被顺利充电。
本实施例中，通过释放晶体管N2的导通、断开控制，可以同步直流转换器的开关周期，也就是，释放晶体管N2的导通、断开控制的一个周期，即为直流转换器的一个开关周期，从而无需单独设置计时周期。
请参考图3，在具体实施例中，还包括：N型晶体管N1和外接电阻R10；N型晶体管N1的第一极连接在电流镜的第一输出支路，N型晶体管N1的第二极连接在外接电阻R10一端；外接电阻R10另一端接地；N型晶体管N1的控制极用于接收开关信号导通或断开电流镜的第一输出支路和地的连接。
本实施例中，通过N型晶体管N1实现了电流镜单元4的第一输出支路与外接电阻R10可通断地连接。
请参考图3，为了便于实现外接电阻R10自动接入工作，在可选的实施例中，自适应恒定导通时间降压直流转换器还包括：运放单元OP，运放单元OP的第一输入端用于接收预设的电压，运放单元OP的第二输入端连接至外接电阻R10一端，用于接收外接电阻R10一端的对地电压；运放单元OP的输出端连接至N型晶体管N1的控制极，用于向N型晶体管N1提供开关信号。
预设的电压可以通过分压电阻来实现，具体地，请参考图3，自适应恒定导通时间降压直流转换器还包括：第一分压电阻R01和第二分压电阻R02；第一分压电阻R01的一端用于接收输入电压VIN；第一分压电阻R01的另一端连接至第二分压电阻R02的一端；第二分压电阻R02的另一端接地；第一分压电阻R01和第二分压电阻R02的连接端连接至运放单元OP的第一输入端，用于提供预设的电压。
本实施例中，通过设置N型晶体管N1，当直流转换器有输入电压时，可以连通电流镜单元4的第一输出支路和外接电阻R10，从而使得外接电阻R10参与直流转换的工作；当直流转换器没有输入电压时，可以断开第一输出支路和外接电阻R10，从而使得外接电阻R10退出工作。由此实现了外接电阻R10自动接入工作。
请参考图3，在具体实施例中，电流镜单元4包括：第一P型晶体管P1和第二P型晶体管P2，其中：第一P型晶体管P1的第一极和第二P型晶体管P2的第一极并联作为流镜的输入端，用于接收输入电压VIN；第一P型晶体管P1的控制极和第二P型晶体管P2的控制极相连；第一P型晶体管P1的控制极连接至第一P型晶体管P1的第二极作为第一输出支路；第二P型晶体管P2的第二极作为第二输出支路。
本实施例还公开了一种降压型恒定导通时间稳压直流转换芯片，包括：
上述实施例公开的降压型恒定导通时间稳压直流转换器。
本实施例还公开了一种可穿戴蓝牙设备，可穿戴蓝牙设备可以是例如手表、手环、蓝牙耳机等，这些蓝牙设备在低功耗状态下也能建立蓝牙连接的这类产品，通常追求供电电源纹波比较小。可穿戴蓝牙设备包括：蓝牙模块；
上述实施例公开的降压型恒定导通时间稳压直流转换器，用于向蓝牙模块供电；或者上述实施例公开的直流转换芯片，用于向蓝牙模块供电。依据本发明实施例公开的一种快速瞬态响应的降压型稳压直流转换器，电流镜单元的第一输出支路接地，电流镜单元的第二输出支路连接至计时单元的高电位端；电流镜单元用于基于输入电压产生计时电流，并传输给计时单元，以改变高电位端的对地电压；比较器的第一输入端连接至高电位端，用于接收对地电压；比较器的第二输入端用于接收输出电压；当对地电压升至输出电压时，比较器的输出端向数字逻辑控制模块输出关断信号以使同步管保持关断状态，以控制导通时间的长短。变流单元的第一端连接至电流镜单元的输入端，第二端连接至高电位端，由于变流单元的第一端和第二端之间的导通程度随着控制电压的变化而变化，只需要提供逐渐变化的控制电压，即可使变流单元的导通程度控制电压的逐渐变化而逐渐变化，从而使得流入计时单元高电位端的电流大小也会逐渐变化，继而使得计时单元高电位端对地电压的变化速率跟随控制电压的逐渐变化而逐渐变化，从而同步管的导通时间会逐渐变长或逐渐变短，使得在直流转换器在从一个负载状态切换到另一个负载状态时，可以逐渐地进行切换，减小了状态切换所引起的振荡。
本领域的技术人员能够理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。
应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本发明的权利要求范围内。

Claims (12)

1.一种降压型恒定导通时间稳压直流转换器，其特征在于，包括：
依次连接的同步管（MP1）和整流管（MN1），所述同步管（MP1）和所述整流管（MN1）的连接点经LRC电路后得到输出电压（VOUT）；
数字逻辑控制模块（100），分别控制所述同步管（MP1）和所述整流管（MN1）的导通状态，以基于输入电压（VIN）产生所述输出电压（VOUT）；
导通时间控制模块（200），包括：计时单元（1）、比较器（2）、变流单元（3）和电流镜单元（4），其中：
所述电流镜单元（4）的第一输出支路接地，所述电流镜单元（4）的第二输出支路连接至所述计时单元（1）的高电位端（Q）；所述电流镜单元（4）的输入端接收所述输入电压（VIN），使所述电流镜单元（4）产生计时电流（I1），并通过所述第二输出支路传输给所述计时单元（1），以改变所述高电位端（Q）的对地电压（V1）；
所述比较器（2）的第一输入端连接至所述高电位端（Q），用于接收所述对地电压（V1）；所述比较器（2）的第二输入端用于接收所述输出电压（VOUT）；
所述变流单元（3）的第一端（K1）连接至所述电流镜单元（4）的输入端，用于接收所述输入电压（VIN）；所述变流单元（3）的第二端（K2）连接至所述高电位端（Q）；所述变流单元（3）的控制端用于接收控制电压（Vset）；
所述变流单元（3）的第一端（K1）和第二端（K2）之间的导通程度随着所述控制电压（Vset）的变化而变化，以使所述对地电压（V1）的变化速率跟随所述控制电压（Vset）的变化而变化，其中，所述控制电压（Vset）与所述降压型恒定导通时间稳压直流转换器的输出负载电流相关；
当所述对地电压（V1）升至所述输出电压（VOUT）时，所述比较器（2）的输出端向所述数字逻辑控制模块（100）输出关断信号（ton_rst），以使所述同步管（MP1）关断，从而控制所述同步管（MP1）导通时间（ton）的长短。
2.如权利要求1所述的降压型恒定导通时间稳压直流转换器，其特征在于，所述变流单元（3）包括：第一变流晶体管（P3）和第二变流晶体管（M0），其中，所述第一变流晶体管（P3）为P型晶体管；
所述第一变流晶体管（P3）的第一极为所述变流单元（3）的第一端（K1）；所述第二变流晶体管（M0）的第二极为所述变流单元（3）的第二端（K2）；所述第二变流晶体管（M0）的控制极为所述变流单元（3）的控制端；
所述第一变流晶体管（P3）的控制极与第一P型晶体管（P1）的控制极和第二P型晶体管（P2）的控制极相连；所述第一变流晶体管（P3）的第二极连接至所述第二变流晶体管（M0）的第一极；所述第一P型晶体管（P1）和所述第二P型晶体管（P2）构成所述电流镜单元（4）；
所述第二变流晶体管（M0）在所述控制电压（Vset）的控制下工作在可变电阻区，以使所述第一变流晶体管（P3）也工作在可变电阻区，以使所述变流单元（3）的第一端（K1）和第二端（K2）之间的导通程度随着所述控制电压（Vset）的变化而变化。
3.如权利要求2所述的降压型恒定导通时间稳压直流转换器，其特征在于，所述第二变流晶体管（M0）为N型晶体管，所述控制电压（Vset）与所述降压直流转换器的输出负载电流负相关。
4.如权利要求2所述的降压型恒定导通时间稳压直流转换器，其特征在于，所述第二变流晶体管（M0）为P型晶体管，所述控制电压（Vset）与所述降压直流转换器的输出负载电流正相关。
5.如权利要求1所述的降压型恒定导通时间稳压直流转换器，其特征在于，所述计时单元（1）包括：
计时电容（C0），所述计时电容（C0）的一端为所述计时单元（1）的高电位端（Q），所述计时电容（C0）的另一端接地；
所述计时电流（I1）流入所述计时电容（C0），以使所述计时单元（1）的高电位端（Q）产生所述对地电压（V1）。
6.如权利要求5所述的降压型恒定导通时间稳压直流转换器，其特征在于，所述计时单元（1）还包括：
释放晶体管（N2），所述释放晶体管（N2）的第一极和第二极分别连接至储能电容（C0）的一端和另一端；
所述释放晶体管（N2）在所述同步管（MP1）导通期间响应控制信号（hson_n）断开所述释放晶体管（N2）的第一极和第二极，以使所述计时电流（I1）流入所述计时电容（C0）；
所述释放晶体管（N2）在所述同步管（MP1）关断期间导通所述释放晶体管（N2）的第一极和第二极，以使所述计时电容（C0）对地放电。
7.如权利要求1所述的降压型恒定导通时间稳压直流转换器，其特征在于，还包括：N型晶体管（N1）和外接电阻（R10）；
所述N型晶体管（N1）的第一极连接在所述电流镜的第一输出支路，所述N型晶体管（N1）的第二极连接在所述外接电阻（R10）一端；所述外接电阻（R10）另一端接地；
所述N型晶体管（N1）的控制极用于接收开关信号导通或断开所述电流镜的第一输出支路和地的连接。
8.如权利要求7所述的降压型恒定导通时间稳压直流转换器，其特征在于，还包括：
运放单元（OP），所述运放单元（OP）的第一输入端用于接收预设的电压，所述运放单元（OP）的第二输入端连接至所述外接电阻（R10）一端，用于接收所述外接电阻（R10）一端的对地电压；所述运放单元（OP）的输出端连接至所述N型晶体管（N1）的控制极，用于向所述N型晶体管（N1）提供开关信号。
9.如权利要求8所述的降压型恒定导通时间稳压直流转换器，其特征在于，还包括：第一分压电阻（R01）和第二分压电阻（R02）；
所述第一分压电阻（R01）的一端用于接收所述输入电压（VIN）；
所述第一分压电阻（R01）的另一端连接至所述第二分压电阻（R02）的一端；
所述第二分压电阻（R02）的另一端接地；
第一分压电阻（R01）和第二分压电阻（R02）的连接端连接至所述运放单元（OP）的第一输入端，用于提供所述预设的电压。
10.如权利要求1-9任意一项所述的降压型恒定导通时间稳压直流转换器，其特征在于，所述电流镜单元（4）包括：第一P型晶体管（P1）和第二P型晶体管（P2），其中：
所述第一P型晶体管（P1）的第一极和所述第二P型晶体管（P2）的第一极并联作为流镜的输入端，用于接收所述输入电压（VIN）；
所述第一P型晶体管（P1）的控制极和所述第二P型晶体管（P2）的控制极相连；
所述第一P型晶体管（P1）的控制极连接至所述第一P型晶体管（P1）的第一极作为所述第一输出支路；
所述第二P型晶体管（P2）的第二极作为所述第二输出支路。
11.一种降压型恒定导通时间稳压直流转换芯片，其特征在于，包括：
如权利要求1-10任意一项所述的降压型恒定导通时间稳压直流转换器。
12.一种可穿戴蓝牙设备，其特征在于，包括：
蓝牙模块；
如权利要求10所述的降压型恒定导通时间稳压直流转换器；或者如权利要求11所述的降压型恒定导通时间稳压直流转换芯片，用于向所述蓝牙模块供电。
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