CN114696579A - 功率变换器及其控制电路 - Google Patents

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Abstract

一种开关型功率变换器的控制电路，用于生成控制信号，控制位于功率变换器中的开关晶体管，所述控制电路包括：比较器，斜坡补偿电路，用于产生斜坡补偿信号并施加到所述比较器的第一输入端或第二输入端；导通时间产生电路，产生导通计时信号；控制信号产生电路，根据所述比较信号和所述导通计时信号，生成控制信号，用于控制功率变换器中的开关晶体管；其中，所述斜坡补偿电路在所述功率变换器运行于电感电流连续模式时，在电感电流退磁期间输出具有第一斜率的斜坡补偿信号，在所述功率变换器运行于电感电流断续模式时，在电感电流退磁期间和零电流期间输出具有第二斜率的斜坡补偿信号，所述第一斜率大于所述第二斜率。

Description

功率变换器及其控制电路
技术领域
本申请主要涉及电力电子技术，尤其涉及一种种功率变换器及其控制电路。
背景技术
恒定导通时间控制方式因具有优异的动态响应速度和较高的轻载效率，在功率变换器中得到广泛的应用。
恒定导通时间控制方式具有很好的动态响应速度和轻载效率，但对输出电压纹波的形状有较高要求，然而，较大的电压纹波会对负载造成不利影响。现有技术一般通过在反馈信号或电压基准叠加一个斜率补偿信号来改善上述问题。斜率补偿信号通常由电流源充放电或者RC振荡的方式生成。
同时，为功率变换器使更具适用性，其需要在电感电流连续模式(ContinuousCurrent Mode，CCM)和电感电流断续模式(Discontinuous Current Mode，DCM)下皆能保持稳定工作，然而，在电感电流断续模式下，引入斜率补偿信号进行控制的功率变换器往往会出现误触发情形，影响稳定性。
申请内容
本申请要解决的技术问题是提供一种功率变换器及其控制电路和控制方法，实现功率变换器在电感电流连续模式和电感电流断续模式下皆能实现稳定运行。
为解决上述技术问题，本申请提供了一种开关型功率变换器的控制电路，用于生成控制信号，控制位于功率变换器中的开关晶体管，所述控制电路包括：比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端用于输入参考信号，所述第二输入端用于输入反馈信号，所述输出端用于输出比较信号；所述反馈信号根据所述输出电压得到；斜坡补偿电路，用于产生斜坡补偿信号并施加到所述比较器的第一输入端或第二输入端；导通时间产生电路，根据所述比较信号或所述控制信号开始进行计时，产生导通计时信号；控制信号产生电路，根据所述比较信号和所述导通计时信号，生成控制信号，用于控制功率变换器中的开关晶体管；其中，所述斜坡补偿电路在所述功率变换器运行于电感电流连续模式时，在电感电流退磁期间输出具有第一斜率的斜坡补偿信号，在所述功率变换器运行于电感电流断续模式时，在电感电流退磁期间和零电流期间输出具有第二斜率的斜坡补偿信号，所述第一斜率大于所述第二斜率。
在本申请的一实施例中，所述斜坡补偿电路进一步包括运行模式检测电路，所述运行模式检测电路用于检测当前周期内所述功率变换器的运行模式，并向所述斜坡补偿电路输出模式检测结果信号。
在本申请的一实施例中，所述模式检测电路包括过零检测器，所述过零检测器用于检测所述功率变换器的电感电流在当前周期是否过零，如果所述过零检测器检测到所述功率变换器的电感电流在当前周期已发生过零，则输出所述模式检测结果信号提示所述功率变换器工作于电感电流断续模式，如果所述过零检测器检测到所述功率变换器的电感电流在当前周期内未发生过零，则输出所述模式检测结果信号提示所述功率变换器工作于电感电流连续模式。在本申请的一实施例中，所述过零检测器包括：第一比较器，具有第一端，第二端和输出端，其中，所述第一端接收一个表征所述功率变换器电感电流的感测信号，所述第二端接收一个过零检测阈值，所述输出端输出一个过零提示信号；第一延迟模块，接收所述过零提示信号，并通过延迟所述过零提示信号生成延迟过零提示信号；第一与逻辑门，具有两个输入端和一个输出端，所述两个输入端分别接收所述过零提示信号和所述延迟过零提示信号，所述输出端输出过零检测结果；采样保持模块，在每个工作周期的末尾采样并在其他时刻保持所述过零检测结果，输出所述模式检测结果信号。
在本申请的一实施例中，所述斜坡补偿电路在检测到运行的电流模式发生改变后的下一个工作周期，使所述斜坡补偿信号在所述第一斜率和所述第二斜率之间进行切换。
在本申请的一实施例中，所述斜坡补偿电路包括：补偿电容，具有补偿信号端和接地端，所述接地端连接参考地；第一充电支路，用于可控地向所述补偿电容充入第一电流；第一放电支路，用于可控地从所述补偿电容释放第二电流；第二放电支路，用于可控地从所述补偿电容释放第三电流，其中所述第二放电支路在所述功率变换器运行于电感电流连续模式时工作，在所述功率变换器运行于电感电流断续模式时不工作。
在本申请的一实施例中，控制电路进一步包括使能电路，其中所述使能电路包括一个与逻辑门，具有两个输入端分别接收一个模式检测结果信号和所述控制信号，所述与逻辑门的输出端输出使能信号，所述使能电路用于在所述模式检测结果信号提示所述功率变换器工作于电感电流断续模式时且位于电感电流退磁或零电流期间内不使能所述第二放电支路。
在本申请的另一实施例中，所述斜坡补偿电路包括：补偿电容，具有补偿信号端和接地端，所述接地端连接参考地；第一充电支路，用于可控地向所述补偿电容充入第一电流；第一可调放电支路，其中，所述第一可调放电支路在所述功率变换器运行于电感电流连续模式时以第二放电电流对所述补偿电容进行放电，在所述功率变换器运行于电感电流断续模式时以第三放电电流对所述补偿电容进行放电，所述第二放电电流大于所述第三放电电流。
在本申请的另一实施例中，控制电路进一步包括放电电流调节电路，所述放电电流调节电路包括一个与逻辑门和一个单刀双掷开关，所述与逻辑门具有两个输入端分别接收一个模式检测结果信号和所述控制信号，所述与逻辑门的输出端控制所述单刀双掷开关在第一电流基准和第二电流基准中切换，所述第一电流基准和第二电流基准分别用于设定所述第二放电电流和所述第三放电电流，其中，所述放电电流调节电路用于在所述模式检测结果信号提示所述功率变换器工作于电感电流断续模式时且位于退磁或零电流期间内时选择所述第二电流基准。
本申请还提供一种开关型功率变换器，包括：开关晶体管；控制电路，用于生成控制信号，控制所述开关晶体管，所述控制电路包括：比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端用于输入参考信号，所述第二输入端用于输入反馈信号，所述输出端用于输出比较信号；所述反馈信号根据所述输出电压得到；斜坡补偿电路，用于产生斜坡补偿信号并施加到所述比较器的第一输入端或第二输入端；导通时间产生电路，根据所述比较信号或所述控制信号开始进行计时，产生导通计时信号；控制信号产生电路，根据所述比较信号和所述导通计时信号，生成控制信号，用于控制功率变换器中的功率开关管；其中，所述斜坡补偿电路在所述功率变换器运行于电感电流连续模式时，在电感电流退磁期间输出具有第一斜率的斜坡补偿信号，在所述功率变换器运行于电感电流断续模式时，在电感电流退磁期间和零电流期间输出具有第二斜率的斜坡补偿信号，所述第一斜率大于所述第二斜率。
与现有技术相比，本申请具有以下优点：本申请技术方案的功率变换器通过调整斜坡补偿电路在不同运行状态下的放电斜率，实现功率变换器在电感电流连续模式和电感电流断续模式下皆能实现稳定运行。
附图说明
附图是为提供对本申请进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本申请的实施例，并与本说明书一起起到解释本申请原理的作用。附图中：
图1是本申请一实施例的功率变换器的电路结构示意图。
图2是本申请一实施例的功率变换器在CCM模式下的工作波形图。
图3A是功率变换器在DCM模式下的理想工作状态波形图。
图3B是功率变换器的输出电路中的输出电容存在等效串联电阻和等效串联电感的示意图。
图3C是功率变换器在DCM模式下的出现误触发情形的波形图。
图4是本申请一实施例的斜坡补偿电路的结构示意图。
图5是本申请一实施例的功率变换器的模式检测电路的结构示意图。
图6是本申请一实施例的功率变换器中的使能电路的结构示意图。
图7是本申请一实施例的斜坡补偿电路的结构示意图。
图8是本申请一实施例的功率变换器在DCM模式下斜坡补偿信号的放电斜率可调整情形的电路工作状态波形图。
图9是本申请一实施例的功率变换器在DCM模式下斜坡补偿信号的放电斜率可调整情形的电路工作状态波形图。
图10是本申请一实施例的功率变换器在DCM模式下斜坡补偿信号的放电斜率可调整情形的电路工作状态波形图。
具体实施方式
为让本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本申请的具体实施方式作详细说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是本申请还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。
如本申请所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，尽管本申请中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本申请说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本申请。
应当理解，当一个部件被称为“在另一个部件上”、“连接到另一个部件”、“耦合于另一个部件”或“接触另一个部件”时，它可以直接在该另一个部件之上、连接于或耦合于、或接触该另一个部件，或者可以存在***部件。相比之下，当一个部件被称为“直接在另一个部件上”、“直接连接于”、“直接耦合于”或“直接接触”另一个部件时，不存在***部件。同样的，当第一个部件被称为“电接触”或“电耦合于”第二个部件，在该第一部件和该第二部件之间存在允许电流流动的电路径。该电路径可以包括电容器、耦合的电感器和/或允许电流流动的其它部件，甚至在导电部件之间没有直接接触。
本申请的实施例描述功率变换器及其控制电路和控制方法。
图1是本申请一实施例的功率变换器的电路结构示意图。图1中(a)图为功率变换器包括的开关电路，开关电路包括开关晶体管。图1中(b)图为功率变换器的控制电路。如图1中(a)图所示，开关电路中的开关晶体管具体可包括串联的第一开关管M1和第二开关管M2。具体地，第一开关管M1和第二开关管M2分别具有源极、栅极和漏极。第一开关管M1的源极和第二开关管M2的漏极连接，形成一节点N1。在一实施例中，第一开关管M1和第二开关管M2的串联节点N1连接有输出电感L1和输出电容C1，输出电感L1的第一端耦接至节点N1，L1的第二端与输出电容C1的第一端连接，输出电容C1的第二端接地。
继续参考图1中(a)图，开关电路中的第一开关管M1的漏极接收输入电压VIN。第二开关管的源极接地端。输出电容C1的第一端上的电压即为输出电压VOUT。第一开关管M1和第二开关管M2的栅极分别用于接收第一控制信号HSPWM和第二控制信号LSPWM。第一开关管M1和第二开关管M2的类型可根据需要选择，例如为NMOS开关管。
如图1中(b)图所示，在一实施例中，功率变换器的控制电路包括比较器COM1、斜坡补偿电路、导通时间产生电路和控制信号产生电路。功率变换器的控制电路还可包括最小关断时间产生电路和逻辑电路。
参考图1中(b)图，比较器COM1具有第一输入端、第二输入端和输出端。第一输入端接收参考信号VREF。第二输入端接收反馈信号VFB。
斜坡补偿电路用于产生斜坡补偿信号VRAMP，并施加到比较器的第一输入端或第二输入端。导通时间产生电路，根据所述比较信号或所述控制信号开始进行计时，产生导通计时信号。
在一些实施例中，斜坡补偿电路包括一补偿电容。斜坡补偿电路还可包括电流源和开关。
控制信号产生电路，根据所述比较信号和所述导通计时信号，生成控制信号Gate_on，用于控制功率变换器中的开关晶体管，以控制信号Gate_on为基础，生成一控制信号HSPWM和第二控制信号LSPWM，用于分别控制第一开关管M1和第二开关管M2。
最小关断时间产生电路由于克服控制电路中的元件，例如开关管，本身的寄生电容的影响。避免在功率变换器电路关闭输出时，电路输出电压未关断到零时，就重新开通，从而避免由此带来的电路损耗与传导辐射的干扰，或是电路元件的损坏。
逻辑电路102包括第一输入端、第二输入端和输出端。逻辑电路的第一输入端耦接至比较器COM1的输出端，接收比较信号。逻辑电路的第二输入端耦接至最小关断时间产生电路的输出端，接收最小关断时间信号。逻辑电路的102的输出端耦接至导通时间产生电路的输入端。导通时间产生电路的输出端形成导通时间信号PWM。导通时间信号PWM经过驱动电路产生第一控制信号HSPWM和第二控制信号LSPWM。第一控制信号HSPWM和第二控制信号LSPWM分别控制第一开关管M1和第二开关管M2的开通与关断。反馈信号VFB根据输出电压VOUT得到。例如，输出电压VOUT通过分压电阻网络得到反馈信号VFB。
在一实施例中，逻辑电路102包括与门G1和一RS触发器。与门G1的第一输入端和第二输入端分别耦接至比较器的输出端和最小关断时间产生电路的输出端，以分别接收比较信号和最小关断时间信号。与门G1的输出端与RS触发器中S端口连接。RS触发器的Q端耦接至导通时间产生电路的输入端，以提供激励信号。RS触发器的R端接收复位信号。复位信号可为同步信号，也可为异步信号。
电路运行时，当比较器的第一输入端电压高于第二输入端电压时，比较器的输出置高，即比较信号为高电平。当最小关断时间产生电路的输出亦为高电平时，则与门G1的输出端置为高电平。RS触发器的S端接收到激励信号，在Q端产生输出信号，耦接至导通时间产生电路的输入端，使能导通时间产生电路。导通时间产生电路的输出端形成导通时间信号PWM。导通时间信号PWM再经过驱动电路产生第一控制信号HSPWM和第二控制信号LSPWM，分别控制第一开关管M1和第二开关管M2的开通与关断，以实现功率转换的功能。
在一实施例中，导通时间与输入电压VIN的幅值成反比，与输出电压VOUT的幅值成正比，这样可使得开关电路的开关频率在不同的输入电压VIN和输出电压VOUT条件下基本保持恒定。
比较器的第二输入端电压包括反馈电压VFB和斜坡补偿电压(即斜坡补偿信号)VRAMP。当没有斜坡补偿信号VRAMP时，因恒定导通时间控制方式在具有较好的动态响应速度和轻载效率的同时，对输出电压纹波的形状亦有较高要求。
当输出电容的ESR(Equivalent Series Resistance，等效串联电阻)很小时，由于输出电容C1上的纹波与输出电感L1的电流IL相比，滞后90度相位，因而输出电压不能及时反映电感电流IL的变化。当第一控制信号HSPWM为高电平时(此时导通时间信号PWM也为高电平)，电感电流IL增加。但因前述的相位滞后90°，故输出电压VOUT不能及时建立，导致反馈电压VFB亦无法爬升。因此就可能出现HSPWM信号当前的开通期间经过后，VFB仍然低于VREF，此时就会开启一个实际不必要的额外的PWM，导致PWM信号间隔不均衡，出现不稳定的情况。因此，在反馈信号VFB加上一个斜坡补偿信号VRAMP来改善电路的稳定性，或也可通过在VREF上减去一个斜率补偿信号VRAMP来改善电路的稳定性。
斜率补偿信号VRAMP(也可称为斜坡补偿信号)为周期信号，其周期与PWM信号周期相同。VRAMP信号的幅值可在一固定范围内变化。例如，斜坡补偿信号VRAMP的波形为一周期性的锯齿波。此时的斜坡补偿信号VRAMP如图2中(a)图所示。图2是本申请一实施例的功率变换器在CCM模式下稳态工作时的斜率补偿波形示意图。图2中(b)图是反馈信号VFB叠加斜坡补偿信号VRAMP的波形图。图2中(c)图是导通时间信号PWM的波形图。从图2中(d)图可看到电感电流IL的波形和输出电流IOUT的波形。IOUT是负载电流。IOUT的波形与负载特性相关，例如，负载的运行模式为间断式恒流模式，则当处于恒流模式时，负载电流值亦相对稳定。
前述斜率补偿方式可以很好地补偿功率变换器在CCM模式下稳态工作时的稳定性，但在DCM模式下，前述的斜率补偿方式可能会使电路出现两个甚至多个PWM脉冲聚集的现象，导致输出纹波变大，影响负载输出调整率，甚至带来电磁干扰(ElectromagneticInterference，EMI)和音频噪声问题。
具体地，在DCM模式下，开关电路中的第二开关管M2在电感电流IL过零后关断，此时斜率补偿信号VRAMP刚好也回到零电压，之后一直保持为零，直到下个PWM周期开始。相当于在此间隔期间不再斜率补偿，此时VFB电压可能跟VREF非常接近，理想情况下，这种补偿方式不会导致不稳定问题。图3A是功率变换器在DCM模式下的理想工作状态波形图。
然而实际的电路***中，如图3B所示，输出电容C1会存在等效串联电阻(Equivalent Series Resistance，ESR)和等效串联电感(Equivalent SeriesInductance，ESL)，电感电流IL过零后，也可称为电感电流经过零检测(Zero CurrentDetection，ZCD)后，输出电压VOUT会出现额外的跌落和一些毛刺或震荡。此外，第二开关管M2的漏极电压VDS在ZCD后可出现振荡，这亦可通过开关管的寄生电容耦合到VFB，导致VFB+VRAMP低于VREF，从而误触发一个新的PWM脉冲。如图3C所示，图3C为功率变换器在DCM模式下的出现误触发情形的波形图。图3C中(b)图是反馈信号VFB叠加斜坡补偿信号VRAMP的波形图。图3C中(c)图是导通时间信号PWM的波形图。从图3C中(d)图可看到电感电流IL的波形。
在本申请的一实施例中，为消除前述误触发情形，使功率变换器在DCM模式下亦能保持稳定工作，斜坡补偿电路在所述功率变换器运行于电感电流连续模式时，在电感电流退磁期间输出具有第一斜率的斜坡补偿信号，在所述功率变换器运行于电感电流断续模式时，在电感电流退磁期间和零电流期间输出具有第二斜率的斜坡补偿信号，所述第一斜率大于所述第二斜率。
在一实施例中，如图4所示，斜坡补偿电路包括补偿电容C2、第一充电支路、第一放电支路和第二放电支路。补偿电容C2具有补偿信号端和接地端。第一充电支路由第一恒流源和第一开关S1串联形成，用于可控地向补偿电容C2充入第一电流I1。第一开关S1的控制端用于接收第一控制信号HSPWM，从而实现可控地充电。第一放电支路由第二恒流源和第一开关S2串联形成，用于可控地从补偿电容C2释放第二电流I2。第二开关S2的控制端用于接收一个表征退磁期间和零电流期间(即第一开关管M1关断期间)的关断期间提示信号Gate_off，实现可控地放电。第二放电支路由第三恒流源和第三开关S3串联形成，用于可控地从补偿电容C2释放第二电流I3。其中，第二放电支路在功率变换器运行于电感电流连续模式时工作，在功率变换器运行于电感电流断续模式时不工作。
在一些实施例中，功率变换器的控制电路进一步包括运行模式检测电路，所述运行模式检测电路用于检测当前周期内所述功率变换器的运行模式，并向所述斜坡补偿电路输出模式检测结果信号。
示例性地，模式检测电路可包括过零检测器，过零检测器用于检测功率变换器的电感电流在当前周期是否过零。如果过零检测器检测到功率变换器的电感电流在当前周期已发生过零，则输出模式检测结果信号，提示功率变换器工作于电感电流断续模式；如果过零检测器检测到功率变换器的电感电流在当前周期内未发生过零，则输出模式检测结果信号，提示功率变换器工作于电感电流连续模式。
在一实施例中，如图5所示，过零检测器包括第一比较器COMP、第一延迟模块DELAY、第一与逻辑门AND1和采样保持模块S/H(Sample/Hold)。第一比较器可具有第一端，第二端和输出端。其中，所述第一端接收一个表征所述功率变换器电感的电流IL的感测信号Isense，所述第二端接收一个过零检测阈值THR，所述输出端输出一个过零提示信号Sr。第一延迟模块接收过零提示信号，并通过延迟所述过零提示信号生成延迟过零提示信号Srd。
第一与逻辑门，在图示实施例中为一个与非门NAND1，具有两个输入端和一个输出端，其中，该两个输入端分别接收所述过零提示信号Sr和所述延迟过零提示信号Srd，所述输出端输出过零检测结果ZCD。图示实施例中，过零检测结果ZCD为高电平时，表征电流过零。采样保持模块S/H在每个工作周期的末尾对所述过零检测结果进行采样，并在其他时刻保持所述采样的结果，输出所述模式检测结果信号Mdr。在一可选的实施例中，第一与逻辑门也可替换为与门，设此时输出为过零检测结果ZCD#，ZCD#为低电平表征电流过零。斜坡补偿电路模块接收到模式检测结果信号Mdr，在检测到运行的功率变换器的电流模式发生改变后的下一个工作周期，斜坡补偿电路使斜坡补偿信号在所述第一斜率和所述第二斜率之间进行切换。
为实现在检测到运行的功率变换器的电流模式发生改变后的下一个工作周期，斜坡补偿电路使斜坡补偿信号在所述第一斜率和所述第二斜率之间进行切换，模式检测电路中采样保持模块在一个周期的末尾且下一个周期开始前进行采样操作，在此以外的期间内则可根据需要设定采样操作的时间点，实现对模式检测结果信号Mdr的更新。
在一些情形中，本申请的开关型功率变换器的控制电路进一步包括使能电路。具体地，如图6所示，使能电路包括第二与逻辑门，在图示实施例中，第二与逻辑门为与门AND2，该与逻辑门AND2具有两个输入端。该两个输入端分别接收图5所示实施例中模式检测结果信号ZCD和一个表征第一开关管M1关断的信号Gate_off，具体的，Gate_off可以为第一控制信号HSPWM的反相互补信号。，所述与逻辑门的输出端输出使能信号SCE。使能电路用于在所述模式检测结果信号提示所述功率变换器工作于电感电流断续模式时(即ZCD表征过零期间)且位于电感电流退磁或零电流期间内(即Gate_off提示M1关断期间)时不使能所述第二放电支路。
本领域技术人员能够理解，上述第一与逻辑门需要同Sr与Srd信号进行电平逻辑的匹配，第二与逻辑门需要同模式检测结果信号以及Gate_off信号进行电平逻辑的匹配，以实现在所述模式检测结果信号提示所述功率变换器工作于电感电流断续模式时且位于电感电流退磁或零电流期间内时不使能所述第二放电支路。在其他实施例中，第一与逻辑门和第二与逻辑门可以根据本领域惯常的数字逻辑转换规则而表现为各种形式的逻辑门的组合，只要能够实现相同的逻辑判断结果即可。
在一实施例中，图4所示的斜坡补偿电路中的第三开关S3的控制端，可用于接收使能信号SCE，实现可控地放电。
具体例如在电感电流连续模式下，当功率变换器处于放电状态时，斜坡补偿电路的第二开关S2和第三开关S3，分别在第二控制信号LSPWM和使能信号SCE的控制下，皆处于闭合状态，斜坡补偿信号通过两条电流通路，即第二开关和第二电流源构成的通路与第三开关和第三电流源构成的通路，进行放电。
而在电感电流断续模式下，当开关电路中的第二开关管M2在电感电流IL过零后关断时，如前述因输出电容C1存在等效串联电阻和等效串联电感，在电感电流IL过零后，输出电压VOUT会出现额外的跌落和一些毛刺或震荡。并且开关管M2的漏极电压VDS在ZCD后可出现振荡，这亦可通过开关管的寄生电容耦合到VFB，导致VFB+VRAMP低于VREF，从而误触发一个新的PWM脉冲。为解决此问题，如图8所例示，当模式检测电路在一个周期的末尾且下一个周期开始前进行电流检测操作，检测得到所述功率变换器工作于电感电流断续模式时，则从下一个工作周期开始，当斜坡补偿信号端处于放电状态时，使能电路通过对使能信号SCE的调节，在位于电感电流退磁或零电流期间内不使能所述第二放电支路，则此时斜坡补偿信号端只通过一条放电电流通路，即第二开关和第二电流源构成的通路放电。因而此时的放电斜率变缓，即为第二放电斜率。故实现从下一个工作周期开始的控制逻辑为，通过前述的模式检测结果信号Mdr和信号Gate_off进行与运算生成使能信号SCE，实现对第二放电支路的控制。
图8中，波形501是VRAMP斜坡信号放电斜率降低的示意图。波形802是相应的VFB+VRAMP信号的波形示意图。图8中(e)图为ZCD信号的波形图。图8中(f)图为模式检测结果信号Mdr的波形示意图。如前述，采样保持模块在一个周期的末尾且下一个周期开始前进行采样操作，对模式检测结果信号Mdr进行更新。图8中的虚线805是与波形804的斜率相同的斜线，仅为与波形801对比，以展示放电速率变换后的波形斜率变化，虚线505并非实际的波形值。
当VRAMP斜坡信号放电时的斜率降低，即放电速率变慢之后，在电感电流IL过零的时刻，此时VRAMP并没有放电到零电压，这样VRAMP+VFB电压依然比参考信号VREF高出一些，因而不容易误触发新的PWM脉冲。图8中的VSTART是为斜坡补偿信号VRAMP设定的周期初始值。
ZCD信号在一个新的工作周期开始时会回到低电平，因为此时功率变换器的第一开关管M1重新导通，检测输出电感的电流IL，ZCD信号为低电平。图9中(e)图示出了模式检测电路中采样保持模块除了在一个周期的末尾且下一个周期开始前进行采样操作，还在此以外的期间内根据需要设定采样操作的时间点，实现对模式检测结果信号Mdr的更新时的模式检测结果信号Mdr的示意图。本申请技术方案中，如图10所例示，通过图5所示的模式检测电路中的过零检测器的工作，还可实现当电感电流IL过零后且持续时间大于或等于一个可设定的阈值时间Td(Tduration)之后，则从下一个工作周期开始，降低VRAMP斜坡信号放电时的斜率。如果电感电流IL过零的持续时间在一个工作周期内一直大于或等于阈值时间Td，则VRAMP斜坡信号在放电时一直保持低的放电斜率。如果电感电流IL过零的持续时间在一个工作周期内小于阈值时间Td，则从下一个工作周期开始，VRAMP斜坡信号放电时切换到第一放电斜率。具体可在第一延迟模块DELAY中定义阈值时间Td。
如前述，当VRAMP斜坡信号放电时的斜率降低，即放电速率变慢之后，在ZCD信号为高电平出现的时刻，此时VRAMP并没有放电到零电压，这样VRAMP+VFB电压依然比参考信号VREF高出一些，因而不容易误触发新的PWM脉冲。
在另一些实施例中，开关型功率变换器的控制电路中的斜坡补偿电路，包括补偿电容C3、第一充电支路和第一可调放电支路。如图7所例示，补偿电容C3具有补偿信号端和接地端，所述接地端连接参考地GND。第一充电支路用于可控地向补偿电容C3充入第一电流I1。第一可调放电支路在开关型功率变换器运行于电感电流连续模式时以第二放电电流I2对补偿电容C3进行放电，在所述功率变换器运行于电感电流断续模式时以第三放电电流I3对所述补偿电容进行放电，第二放电电流I2大于所述第三放电电流I3。
在一些情形中，控制电路进一步包括放电电流调节电路。该放电电流调节电路包括一个与逻辑门AND4和一个单刀双掷开关S4。与逻辑门AND4具有两个输入端，该两个输入端分别接收一个模式检测结果信号Mdr和所述表征第一开关管M1关断的信号Gate_off。与逻辑门AND4的输出端控制所述单刀双掷开关S4在第一电流基准REF1和第二电流基准REF2中切换，第一电流基准REF1和第二电流基准REF2分别用于设定所述第二放电电流I2和所述第三放电电流I3，其中，所述放电电流调节电路用于在所述模式检测结果信号提示所述功率变换器工作于电感电流断续模式时且位于退磁或零电流期间内时选择所述第二电流基准REF2。
通过图7所示的斜坡补偿电路与放电电流调节电路的共同作用，亦可实现在所述功率变换器运行于电感电流连续模式时，在电感电流退磁期间输出具有第一斜率的斜坡补偿信号，在所述功率变换器运行于电感电流断续模式时，在电感电流退磁期间和零电流期间输出具有第二斜率的斜坡补偿信号，所述第一斜率大于所述第二斜率。
本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个申请实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。
虽然本申请已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本申请，在没有脱离本申请精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本申请的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (18)

1.一种开关型功率变换器的控制电路，用于生成控制信号，控制位于功率变换器中的开关晶体管，所述控制电路包括：
比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端用于输入参考信号，所述第二输入端用于输入反馈信号，所述输出端用于输出比较信号；所述反馈信号根据所述输出电压得到；
斜坡补偿电路，用于产生斜坡补偿信号并施加到所述比较器的第一输入端或第二输入端；
导通时间产生电路，根据所述比较信号或所述控制信号开始进行计时，产生导通计时信号；
控制信号产生电路，根据所述比较信号和所述导通计时信号，生成控制信号，用于控制功率变换器中的开关晶体管；
其中，所述斜坡补偿电路在所述功率变换器运行于电感电流连续模式时，在电感电流退磁期间输出具有第一斜率的斜坡补偿信号，在所述功率变换器运行于电感电流断续模式时，在电感电流退磁期间和零电流期间输出具有第二斜率的斜坡补偿信号，所述第一斜率大于所述第二斜率。
2.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，进一步包括运行模式检测电路，所述运行模式检测电路用于检测当前周期内所述功率变换器的运行模式，并向所述斜坡补偿电路输出模式检测结果信号。
3.如权利要求2所述的控制电路，其特征在于，其中所述模式检测电路包括过零检测器，所述过零检测器用于检测所述功率变换器的电感电流在当前周期是否过零，如果所述过零检测器检测到所述功率变换器的电感电流在当前周期已发生过零，则输出所述模式检测结果信号提示所述功率变换器工作于电感电流断续模式，如果所述过零检测器检测到所述功率变换器的电感电流在当前周期内未发生过零，则输出所述模式检测结果信号提示所述功率变换器工作于电感电流连续模式。
4.如权利要求3所述的控制电路，其特征在于，其中所述过零检测器包括：
第一比较器，具有第一端，第二端和输出端，其中，所述第一端接收一个表征所述功率变换器电感电流的感测信号，所述第二端接收一个过零检测阈值，所述输出端输出一个过零提示信号；
第一延迟模块，接收所述过零提示信号，并通过延迟所述过零提示信号生成延迟过零提示信号；
第一与逻辑门，具有两个输入端和一个输出端，所述两个输入端分别接收所述过零提示信号和所述延迟过零提示信号，所述输出端输出过零检测结果；
采样保持模块，在每个工作周期的末尾对所述过零检测结果进行采样并在其他时刻保持所述采样的结果，输出所述模式检测结果信号。
5.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述斜坡补偿电路在检测到运行的电流模式发生改变后的下一个工作周期，使所述斜坡补偿信号在所述第一斜率和所述第二斜率之间进行切换。
6.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述斜坡补偿电路包括：
补偿电容，具有补偿信号端和接地端，所述接地端连接参考地；第一充电支路，用于可控地向所述补偿电容充入第一电流；
第一放电支路，用于可控地从所述补偿电容释放第二电流；
第二放电支路，用于可控地从所述补偿电容释放第三电流，其中所述第二放电支路在所述功率变换器运行于电感电流连续模式时工作，在所述功率变换器运行于电感电流断续模式时不工作。
7.如权利要求6所述的控制电路，其特征在于，进一步包括使能电路，其中所述使能电路包括一个与逻辑门，具有两个输入端分别接收一个模式检测结果信号和一个表征电感电流退磁期间和零电流期间的关断期间提示信号，所述与逻辑门的输出端输出使能信号，所述使能电路用于在所述模式检测结果信号提示所述功率变换器工作于电感电流断续模式时且位于电感电流退磁或零电流期间内不使能所述第二放电支路。
8.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述斜坡补偿电路包括：
补偿电容，具有补偿信号端和接地端，所述接地端连接参考地；
第一充电支路，用于可控地向所述补偿电容充入第一电流；
第一可调放电支路，其中，所述第一可调放电支路在所述功率变换器运行于电感电流连续模式时以第二放电电流对所述补偿电容进行放电，在所述功率变换器运行于电感电流断续模式时以第三放电电流对所述补偿电容进行放电，所述第二放电电流大于所述第三放电电流。
9.根据权利要求8所述的控制电路，其特征在于，进一步包括放电电流调节电路，所述放电电流调节电路包括一个与逻辑门和一个单刀双掷开关，所述与逻辑门具有两个输入端分别接收一个模式检测结果信号和所述控制信号，所述与逻辑门的输出端控制所述单刀双掷开关在第一电流基准和第二电流基准中切换，所述第一电流基准和第二电流基准分别用于设定所述第二放电电流和所述第三放电电流，其中，所述放电电流调节电路用于在所述模式检测结果信号提示所述功率变换器工作于电感电流断续模式时且位于退磁或零电流期间内时选择所述第二电流基准。
10.一种开关型功率变换器，包括：
开关晶体管；控制电路，用于生成控制信号，控制所述开关晶体管，所述控制电路包括：
比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端用于输入参考信号，所述第二输入端用于输入反馈信号，所述输出端用于输出比较信号；所述反馈信号根据所述输出电压得到；
斜坡补偿电路，用于产生斜坡补偿信号并施加到所述比较器的第一输入端或第二输入端；
导通时间产生电路，根据所述比较信号或所述控制信号开始进行计时，产生导通计时信号；
控制信号产生电路，根据所述比较信号和所述导通计时信号，生成控制信号，用于控制功率变换器中的功率开关管；
其中，所述斜坡补偿电路在所述功率变换器运行于电感电流连续模式时，在电感电流退磁期间输出具有第一斜率的斜坡补偿信号，在所述功率变换器运行于电感电流断续模式时，在电感电流退磁期间和零电流期间输出具有第二斜率的斜坡补偿信号，所述第一斜率大于所述第二斜率。
11.根据权利要求10所述的开关型功率变换器，其特征在于，进一步包括运行模式检测电路，所述运行模式检测电路用于检测当前周期内所述功率变换器的运行模式，并向所述斜坡补偿电路输出模式检测结果信号。
12.根据权利要求11所述的开关型功率变换器，其中所述模式检测电路包括过零检测器，所述过零检测器用于检测所述功率变换器的电感电流在当前周期是否过零，如果所述过零检测器检测到所述功率变换器的电感电流在当前周期已发生过零，则输出所述模式检测结果信号提示所述功率变换器工作于电感电流断续模式，如果所述过零检测器检测到所述功率变换器的电感电流在当前周期内未发生过零，则输出所述模式检测结果信号提示所述功率变换器工作于电感电流连续模式。
13.根据权利要求12所述的开关型功率变换器，其特征在于，其中所述过零检测器包括：
第一比较器，具有第一端，第二端和输出端，其中，所述第一端接收一个表征所述功率变换器电感电流的感测信号，所述第二端接收一个过零检测阈值，所述输出端输出一个过零提示信号；
第一延迟模块，接收并通过延迟所述过零提示信号生成延迟过零提示信号；
第一与逻辑门，由两输入端分别接收所述过零提示信号和所述延迟过零提示信号，输出端输出过零检测结果；
采样保持模块，在每个工作周期的末尾对所述过零检测结果进行采样并在其他时刻保持所述采样的结果，输出所述模式检测结果信号。
14.根据权利要求10所述的开关型功率变换器，其特征在于，所述斜坡补偿电路在检测到运行的电流模式发生改变后的下一个工作周期，在所述第一斜率和所述第二斜率之间进行切换。
15.根据权利要求10所述的开关型功率变换器，其特征在于，所述斜坡补偿电路包括：
补偿电容，具有补偿信号端和接地端，所述接地端连接参考地；
第一充电支路，用于可控地向所述补偿电容充入第一电流；
第一放电支路，用于可控地从所述补偿电容释放第二电流；
第二放电支路，用于可控地从所述补偿电容释放第三电流，其中所述第二放电支路在所述功率变换器运行于电感电流连续模式时工作，在所述功率变换器运行于电感电流断续模式时不工作。
16.根据权利要求15所述的开关型功率变换器，其特征在于，进一步包括使能电路，其中所述使能电路包括一个与逻辑门，具有两个输入端分别接收一个模式检测结果信号和一个表征电感电流退磁期间和零电流期间的关断期间提示信号，所述与逻辑门的输出端输出使能信号，所述使能电路用于在所述模式检测结果信号提示所述功率变换器工作于电感电流断续模式时且位于退磁或零电流期间内时不使能所述第二放电支路。
17.根据权利要求10所述的开关型功率变换器，其特征在于，所述斜坡补偿电路包括：
补偿电容，具有补偿信号端和接地端，所述接地端连接参考地；
第一充电支路，用于可控地向所述补偿电容充入第一电流；
第一可调放电支路，其中，所述第一可调放电支路在所述功率变换器运行于电感电流连续模式时以第二放电电流对所述补偿电容进行放电，在所述功率变换器运行于电感电流断续模式时以第三放电电流对所述补偿电容进行放电，所述第二放电电流大于所述第三放电电流。
18.根据权利要求17所述的开关型功率变换器，其特征在于，进一步包括放电电流调节电路，所述放电电流调节电路包括一个与逻辑门和一个单刀双掷开关，所述与逻辑门具有两个输入端分别接收一个模式检测结果信号和所述控制信号，所述与逻辑门的输出端控制所述单刀双掷开关在第一电流基准和第二电流基准中切换，所述第一电流基准和第二电流基准分别用于设定所述第二放电电流和所述第三放电电流，其中，所述放电电流调节电路用于在所述模式检测结果信号提示所述功率变换器工作于电感电流断续模式时且位于退磁或零电流期间内选择所述第二电流基准。
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