CN205105092U - 恒定导通时间控制的开关变换器及其控制器 - Google Patents
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Abstract
公开了恒定导通时间控制的开关变换器及其控制器，其中该开关变换器包括主晶体管和耦接至主晶体管的电感器。该控制器包括：导通计时器，产生导通时间控制信号；斜坡发生器，产生斜坡信号，其中斜坡发生器在主晶体管由关断变为导通时，将斜坡信号调节至与共模电压相等；比较电路，耦接至反馈电路和斜坡发生器，基于斜坡信号、共模电压、参考信号和反馈信号产生比较信号；以及逻辑电路，耦接至导通计时器和比较电路，基于导通时间控制信号和比较信号产生控制信号。
Description
技术领域
本实用新型涉及电子电路，尤其涉及恒定导通时间控制的开关变换器及其控制器。
背景技术
恒定导通时间控制(constanton-timecontrol，COTcontrol)由于其优异的瞬态响应和简单的结构，被广泛应用于电源领域。然而，对于采用恒定导通时间控制的开关变换器而言，若其输出电容器的等效串联阻抗(estimatedserialresistance，ESR)不够大，其输出电压上可能会出现次谐波振荡。
为了消除上述次谐波振荡，常用的方法是采取纹波注入。如图1所示，电阻器Rr1和电容器Cr1产生一与流过电感器L的电流同相的斜坡信号。通过电容器Cr2，该斜坡信号被耦接至代表输出电压VOUT的反馈信号FB，以消除次谐波振荡。
在图1所示的现有开关变换器中，电阻器Rr1和电容器Cr1、Cr2的取值由输入电压VIN、输出电压VOUT和开关频率共同决定。这意味着，一旦应用场合发生改变，电阻器Rr1和电容器Cr1、Cr2的取值也需要随之改变，这无疑使电路设计变得繁复。此外，图1所示的斜坡信号极易受到噪声干扰，因而降低了开关变换器的输入调整率和负载调整率。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供结构简单、设计容易且具有较高输入调整率和负载调整率的恒定导通时间控制开关变换器及其控制器。
根据本实用新型实施例的一种开关变换器的控制器，其中该开关变换器包括主晶体管和耦接至主晶体管的电感器，该控制器包括：导通计时器，产生导通时间控制信号；斜坡发生器，产生斜坡信号；比较电路，耦接至斜坡发生器，基于斜坡信号、共模电压、参考信号和代表开变换器输出电压的反馈信号产生比较信号；以及逻辑电路，耦接至导通计时器和比较电路，基于导通时间控制信号和比较信号产生控制信号以控制主晶体管。其中斜坡发生器包括：自适应电流锁存电路，具有第一输入端、第二输入端、第三输入端和输出端，其中第一输入端接收共模电压，第二输入端耦接至逻辑电路以接收控制信号，第三输入端接收斜坡信号，自适应电流锁存电路基于共模电压、控制信号和斜坡信号，在输出端产生电流控制信号；第一单触发电路，具有输入端和输出端，其中输入端耦接至逻辑电路以接收控制信号；可控电流源，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端接收供电电压，控制端耦接至自适应电流锁存电路的输出端以接收电流控制信号；第一电容器，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至可控电流源的第二端并提供斜坡信号，第二端耦接至参考地；第一电阻器，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至第一电容器的第一端；以及第一晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至第一电阻器的第二端，第二端耦接至参考地，控制端耦接至第一单触发电路的输出端。
在一个实施例中，控制器还包括：过零检测电路，检测流过电感器的电流是否过零并产生过零检测信号。其中斜坡发生器还包括具有第一输入端、第二输入端和输出端的门电路，其中第一输入端耦接至过零检测电路以接收过零检测信号，第二输入端耦接至逻辑电路以接收控制信号，输出端耦接至自适应电流锁存电路的第二输入端。
在一个实施例中，斜坡发生器还包括：钳位电路，耦接至第一电容器的第一端，将斜坡信号的最大值限制至钳位电压。
在一个实施例中，自适应电流锁存电路包括：第一比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至第一电容器的第一端以接收斜坡信号，第二输入端接收共模电压；第二单触发电路，具有输入端和输出端，其中输入端耦接至逻辑电路以接收控制信号；非门，具有输入端和输出端，其中输入端耦接至第二单触发电路的输出端；第一电流源，具有第一端和第二端，其中第一端接收供电电压；第二晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至第一电流源的第二端，控制端耦接至非门的输出端；第三晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至第二晶体管的第二端，控制端耦接至第一比较器的输出端；第四晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至第三晶体管的第二端，控制端耦接至第一比较器的输出端；第五晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至第四晶体管的第二端，控制端耦接至第二单触发电路的输出端；第二电流源，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至第五晶体管的第二端，第二端耦接至参考地；第二电容器，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至第三晶体管的第二端和第四晶体管的第一端，第二端耦接至参考地；以及电压电流转换器，具有输入端和输出端，其中输入端耦接至第二电容器的第一端，电压电流转换器基于第二电容器两端的电压在输出端产生电流控制信号。
在一个实施例中，斜坡发生器还包括钳位电路。该钳位电路包括：电压源，具有正极和负极，其中正极耦接至第一电容器的第一端以接收斜坡信号；误差放大器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端接收共模电压，第二输入端耦接至电压源的负极；以及第六晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至第一电容器的第一端，第二端耦接至参考地，控制端耦接至误差放大器的输出端。
在一个实施例中，比较电路包括：第三电流源，具有第一端和第二端，其中第一端接收供电电压；第七晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至第三电流源的第二端，控制端接收参考信号；第八晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至第三电流源的第二端，控制端接收反馈信号；第四电流源，具有第一端和第二端，其中第一端接收供电电压；第五电流源，具有第一端和第二端，其中第一端接收供电电压；第二电阻器，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至第四电流源的第二端，第二端耦接至第五电流源的第二端；第九晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至第四电流源的第二端，控制端耦接至第一电容器的第一端以接收斜坡信号；第十晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至第五电流源的第二端，控制端接收共模电压；第二比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至第八和第十晶体管的第二端，第二输入端耦接至第七和第九晶体管的第二端，输出端提供比较信号；第三电阻器，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至第二比较器的第一输入端，第二端耦接至参考地；以及第四电阻器，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至第二比较器的第二输入端，第二端耦接至参考地；
在一个实施例中，斜坡发生器还包括：第十一晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至可控电流源的第二端，第二端耦接至第一电容器的第一端，控制端耦接至自适应电流锁存电路的第二输入端。
根据本实用新型实施例的一种开关变换器，包括：主晶体管；电感器，耦接至主晶体管；反馈电路，产生代表开关变换器输出电压的反馈信号；以及如前所述的控制器。
根据本实用新型的一种开关变换器，包括：主晶体管；电感器，耦接至主晶体管；反馈电路，产生代表开关变换器输出电压的反馈信号；以及控制器，产生控制信号以控制主晶体管；其中控制器包括：导通计时器，产生导通时间控制信号；斜坡发生器，产生斜坡信号，其中斜坡发生器在主晶体管由关断变为导通时，将斜坡信号调节至与共模电压相等；比较电路，耦接至反馈电路和斜坡发生器，基于斜坡信号、共模电压、参考信号和反馈信号产生比较信号；以及逻辑电路，耦接至导通计时器和比较电路，基于导通时间控制信号和比较信号产生控制信号。
在一个实施例中，控制器还包括：过零检测电路，检测流过电感器的电流是否过零，产生过零检测信号并将其提供至斜坡发生器；其中斜坡发生器在流过电感器的电流过零时，将斜坡信号调节至与共模电压相等。
本实用新型的实施例采用位于控制器之内的内部斜坡补偿，无需外部器件且易于使用。此外，其斜坡信号在不同输入电压、输出电压或开关频率下均能保持稳定，且不易受噪声影响，因此简化了电路设计并改善了开关变换器的输入调整率和负载调整率。
附图说明
图1为现有恒定导通时间控制的开关变换器的原理性框图；
图2为根据本实用新型实施例的开关变换器200的原理性框图；
图3为根据本实用新型实施例的斜坡发生器203A的电路原理图；
图4为根据本实用新型实施例的斜坡发生器203B的电路原理图；
图5为根据本实用新型实施例的图4所示斜坡发生器203B在电流连续模式下的工作波形图；
图6为根据本实用新型实施例的开关变换器300的原理性框图；
图7为根据本实用新型实施例的斜坡发生器303A的电路原理图；
图8为根据本实用新型实施例的斜坡发生器303B的电路原理图；
图9为根据本实用新型实施例的图8所示斜坡发生器303B在电流断续模式下的工作波形图；
图10为根据本实用新型实施例的比较电路204A的电路原理图；
图11为根据本实用新型实施例的比较电路204B的电路原理图；
图12A为根据本实用新型实施例的图11所示斜坡发生器204B在电流连续模式下的工作波形图；
图12B为根据本实用新型实施例的图11所示斜坡发生器204B在电流断续模式下的工作波形图；
图13A～13C为根据本实用新型实施例的图11所示斜坡发生器204B在负载跳变下的工作波形图；
图14为根据本实用新型实施例的比较电路204C的电路原理图；
图15为根据本实用新型实施例的比较电路204D的电路原理图；
图16为根据本实用新型实施例的不具备直流误差校正功能的开关变换器的工作波形图；
图17为根据本实用新型实施例的具备直流误差校正功能的开关变换器的工作波形图。
具体实施方式
下面将详细描述本实用新型的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本实用新型。在以下描述中，为了提供对本实用新型的透彻理解，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实用新型。在其他实例中，为了避免混淆本实用新型，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实用新型至少一个实施例中。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。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为根据本实用新型实施例的开关变换器200的原理性框图。该开关变换器200将输入电压VIN转换为输出电压VOUT，包括主晶体管M1、续流晶体管M2、电感器L、输出电容器COUT、反馈电路201以及控制器202，具体连接如图所示。晶体管M1和M2可以为任何可控半导体器件，例如MOSFET、IGBT等。如图2所示的开关变换器200采用了同步降压拓扑，但本领域技术人员可知，续流晶体管M2可以被替换为二极管以形成非同步降压变换器。此外，开关变换器200也可采用其他合适的拓扑结构，例如升降压变换拓扑等。
反馈电路201耦接至输出电容器COUT，接收输出电压VOUT并产生反馈信号FB。反馈电路201可以由图2所示的电阻分压器构成。在一些实施例中，反馈电路201仅为一段导线，此时反馈信号FB与输出电压VOUT相等。
控制器202耦接至反馈电路201并基于反馈信号FB控制晶体管M1和M2。控制器202包括斜坡发生器203、比较电路204、导通计时器205、逻辑电路206以及驱动电路207。斜坡发生器203产生斜坡信号RAMP，其中在主晶体管M1由关断变为导通时，斜坡信号RAMP被调节至与共模电压VCM相等。在一些实施例中，在主晶体管M1由导通变为关断时，斜坡信号RAMP在一预设时间段内通过电阻器进行放电。随后，斜坡信号RAMP被充电以持续上升，并在主晶体管M1由关断变为导通时达到共模电压VCM。由此，斜坡信号RAMP的上升斜率会随主晶体管M1的占空比变化，并在占空比增大时也随之增大。
比较电路204耦接至反馈电路201和斜坡发生器203，基于斜坡信号RAMP、共模电压VCM、参考信号VREF和反馈信号FB产生比较信号SET。一般而言，比较电路204可以将参考信号VREF与斜坡信号RAMP之和同反馈信号FB与共模电压VCM之和进行比较。
导通计时器205产生导通时间控制信号COT以控制主晶体管M1的导通时间。该导通时间可以为恒定值，也可以为与输入电压VIN和输出电压VOUT有关的可变值。逻辑电路206耦接至导通计时器205和比较电路204，基于导通时间控制信号COT和比较信号SET产生控制信号PWM，以通过驱动电路207控制晶体管M1和M2。在一些实施例中，逻辑电路206包括如图2所示的最小关断计时器、与门以及RS触发器。
与图1所示的现有技术相比，开关变换器200采用位于控制器之内的内部斜坡补偿，无需外部器件且易于使用。此外，斜坡信号RAMP在不同输入电压、输出电压或开关频率下均能保持稳定，且不易受噪声影响，因而简化了电路设计并改善了开关变换器的输入调整率和负载调整率。
图3为根据本实用新型实施例的斜坡发生器203A的电路原理图。斜坡发生器203A包括自适应电流锁存电路331A、单触发电路332A、可控电流源333A、电容器C1、电阻器R1以及晶体管M3、M19。自适应电流锁存电路331A具有第一输入端、第二输入端、第三输入端和输出端，其中第一输入端接收共模电压VCM，第二输入端耦接至逻辑电路以接收控制信号PWM，第三输入端接收斜坡信号RAMP。自适应电流锁存电路331A基于共模电压VCM、控制信号PWM和斜坡信号RAMP，在输出端产生电流控制信号CCS。
单触发电路332A具有输入端和输出端，其中输入端耦接至逻辑电路以接收控制信号PWM。单触发电路332A基于控制信号PWM，在输出端产生信号RESET。可控电流源333A具有第一端、第二端和控制端，其中第一端接收供电电压VCC，控制端耦接至自适应电流锁存电路331A的输出端以接收电流控制信号CCS。
电容器C1具有第一端和第二端，其中第一端提供斜坡信号RAMP，第二端耦接至参考地。电阻器R1具有第一端和第二端，其中第一端耦接至电容器C1的第一端。晶体管M3具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至电阻器R1的第二端，第二端耦接至参考地，控制端耦接至单触发电路332A的输出端以接收信号RESET。
晶体管M19具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至可控电流源333A的第二端，第二端耦接至电容器C1的第一端，控制端耦接至逻辑电路以接收控制信号PWM。当主晶体管M1导通时，晶体管M19被关断以维持斜坡信号RAMP不变。
在一个实施例中，单触发电路332A为下降沿触发，它在控制信号PWM的下降沿被触发以产生脉冲。然而，只要能在主晶体管M1由导通变为关断时将晶体管M3导通一预设时长以对电容器C1进行放电，单触发电路332A也可以采用上升沿触发电路。
在一个实施例中，斜坡发生器203A还包括耦接至电容器C1第一端的钳位电路334A。在钳位电路334A的作用下，斜坡信号RAMP的最大值被限制至钳位电压VCLAMP。
当主晶体管M1由导通变为关断，晶体管M19导通。晶体管M3被导通一预设时长以使电容器C1通过电阻器R1放电，斜坡信号RAMP下降。其后，晶体管M3关断，可控电流源333A对电容器C1充电，斜坡信号RAMP上升。当主晶体管M1由关断变为导通，晶体管M19关断。对电容器C1的充电停止，斜坡信号RAMP因而保持不变，直至主晶体管M1再次由导通变为关断。
可控电流源333A提供的电流Iramp受自适应电流锁存电路331A调节，从而使斜坡信号RAMP在主晶体管M1由关断变为导通时等于共模电压VCM。若斜坡信号RAMP在上述时刻大于共模电压VCM，自适应电流锁存电路331A将减小电流Iramp，反之亦然。
图4为根据本实用新型实施例的斜坡发生器203B的电路原理图。在图4所示的实施例中，自适应电流锁存电路331B包括比较器COM1、单触发电路4311、非门NOT1、电流源IS1、IS2、晶体管M4～M7、电容器C2以及电压电流转换器4312。比较器COM1具有同相输入端、反相输入端和输出端，其中同相输入端耦接至电容器C1的第一端以接收斜坡信号RAMP，反相输入端接收共模电压VCM。单触发电路4311具有输入端和输出端，其中输入端耦接至逻辑电路以接收控制信号PWM，其中基于控制信号PWM，单触发电路4311在输出端产生信号SAMPL。非门NOT1具有输入端和输出端，其中输入端耦接至单触发电路4311的输出端以接收信号SAMPL。
电流源IS1具有第一端和第二端，其中第一端接收供电电压VCC。晶体管M4具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至电流源IS1的第二端，控制端耦接至非门NOT1的输出端。晶体管M5具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至晶体管M4的第二端，控制端耦接至比较器COM1的输出端。晶体管M6具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至晶体管M5的第二端，控制端耦接至比较器COM1的输出端。晶体管M7具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至晶体管M6的第二端，控制端耦接至单触发电路4311的输出端以接收信号SAMPL。电流源IS2具有第一端和第二端，其中第一端耦接至晶体管M7的第二端，第二端耦接至参考地。
电容器C2具有第一端和第二端，其中第一端耦接至晶体管M5的第二端和晶体管M6的第一端，第二端耦接至参考地。电压电流转换器4312具有输入端和输出端，其中输入端耦接至电容器C2的第一端。电压电流转换器4312基于电容器C2两端的电压，在输出端产生电流控制信号CCS。
在一个实施例中，单触发电路4311为上升沿触发，它在控制信号PWM的上升沿被触发以产生脉冲。然而，只要能在主晶体管M1由关断变为导通时将晶体管M4和M7导通预设时长，单触发电路4311也可以采用下降沿触发电路。
可控电流源333B包括由晶体管M9和M10组成的电流镜。该电流镜具有输入端和输出端，其中输入端接收电流控制信号CCS与电流源IS3提供的最小电流Imin之和，输出端耦接至电容器C1的第一端以提供电流Iramp。
钳位电路334B包括电压源VS1、误差放大器AMP1和晶体管M8。电压源VS1具有正极和负极，其中正极耦接至电容器C1的第一端以接收斜坡信号RAMP。误差放大器AMP1具有同相输入端、反相输入端和输出端，其中第一输入端接收共模电压VCM，反相输入端耦接至电压源VS1的负极。晶体管M8具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至电容器C1的第一端，第二端耦接至参考地，控制端耦接至误差放大器AMP1的输出端。
以下将结合图5对图4所示斜坡发生器203B的工作原理作进一步介绍。图5为斜坡发生器203B在电流连续模式下的工作波形图，其中D代表主晶体管M1的占空比，Ts代表开关变换器的开关周期。
如图5所示，当控制信号PWM由高电平变为低电平，晶体管M19导通，单触发电路332A被触发以产生一脉冲，使晶体管M3导通第一预设时长。电容器C1通过电阻器R1进行放电，斜坡信号RAMP下降。在第一预设时长后，晶体管M3关断。可控电流源333B产生的电流Iramp对电容器C1进行充电，斜坡信号RAMP上升。
当控制信号PWM由低电平变为高电平，晶体管M19关断，单触发电路4311被触发以产生一脉冲，使晶体管M4和M7导通第二预设时长。在此预设时长内，若斜坡信号RAMP大于共模电压VCM，晶体管M5将关断而晶体管M6将导通。电容器C2通过电流源IS2放电，电容器C2两端的电压以及电流控制信号CCS均降低，以减小电流Iramp。反之，若斜坡信号RAMP小于共模电压VCM，晶体管M5将导通而晶体管M6将关断。电流源IS1对电容器C2进行充电，电容器C2两端的电压以及电流控制信号CCS均上升，以增大电流Iramp。在单触发电路4311设定的第二预设时长后，晶体管M4和M7均关断。
特别地，斜坡信号RAMP的最大值受钳位电路334B限制。若斜坡信号RAMP大于钳位电压VCLAMP(共模电压VCM与电压源VS1所提供电压之和)，误差放大器AMP1将改变晶体管M8的导通电阻，以将信号RAMP调节至等于钳位电压VCLAMP。
图6为根据本实用新型实施例的开关变换器300的原理性框图。与图2所示电路相比，开关变换器300进一步包括过零检测电路308。过零检测电路308检测流过电感器L的电流是否过零(例如在电流断续模式或跳跃模式下)并产生过零检测信号ZCD。斜坡发生器303基于过零检测信号ZCD、共模电压VCM以及控制信号PWM产生斜坡信号RAMP，在主晶体管M1由关断变为导通或流过电感器L的电流过零时，将斜坡信号RAMP调节至与共模电压VCM相等。
图7为根据本实用新型实施例的斜坡发生器303A的电路原理图。与图3所示电路相比，斜坡发生器303A还包括具有第一输入端、第二输入端和输出端的门电路735A，其中第一输入端耦接至过零检测电路以接收过零检测信号ZCD，第二输入端耦接至逻辑电路以接收控制信号PWM，输出端耦接至自适应电流锁存电路331A的第二输入端和晶体管M19的控制端。门电路735A基于过零检测信号ZCD和控制信号PWM，在输出端产生门输出信号GOUT。自适应电流锁存电路331A基于共模电压VCM、斜坡信号RAMP和门输出信号GOUT产生电流控制信号CCS，通过调节可控电流源333A产生的电流Iramp，使斜坡信号RAMP在主晶体管M1由关断变为导通或流过电感器L的电流过零时与共模电压VCM相等。
图8为根据本实用新型实施例的斜坡发生器303B的电路原理图。图8所示的门电路735B包括具有第一输入端、第二输入端和输出端的或门OR1，其中第一输入端耦接至过零检测电路以接收过零检测信号ZCD，第二输入端耦接至逻辑电路以接收控制信号PWM，输出端耦接至单触发电路4311的输入端和晶体管M19的控制端。
当控制信号PWM或过零检测信号ZCD由低电平变为高电平时，单触发电路4311被触发以将晶体管M4和M7导通第二预设时长，使得电流控制信号CCS能被改变以调节斜坡信号RAMP。
虽然如图3、4、7和8所示的实施例均包括晶体管M19，但本领域普通技术人员可以理解，晶体管M19并非是必需而可以被省略，且所有这些变形均未超出本实用新型所要保护的范围。
图9为根据本实用新型实施例的图8所示斜坡发生器303B在电流断续模式下的工作波形图。如图9所示，斜坡信号RAMP在信号SAMPL为高电平时被调节至等于共模电压VCM，并在主晶体管M1导通(PWM＝”1”)，或电感电流为零且续流晶体管M2关断(ZCD＝“1”)时保持不变。
图10为根据本实用新型实施例的比较电路204A的电路原理图。比较电路204A包括具有同相输入端、反相输入端和输出端的比较器COM2，其中同相输入端接收参考信号VREF与斜坡信号RAMP之和，反相输入端接收反馈信号FB与共模电压VCM之和，输出端提供比较信号SET。
在一些实施例中，为了使开关变换器更为稳定，上述信号在乘以一定系数后方被送入比较器COM2。如图10所示，参考信号VREF与反馈信号FB均被乘以系数k，而斜坡信号RAMP与共模电压VCM均被乘以一小于系数k的系数m。
图11为根据本实用新型实施例的比较电路204B的电路原理图。比较器204B包括反馈采样电路1141、补偿电路1142、比较器COM3以及电阻器R3、R4。反馈采样电路1141包括电流源IS4和晶体管M11、M12。电流源IS4具有第一端和第二端，其中第一端接收供电电压VCC。晶体管M11具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至电流源IS4的第二端，控制端接收参考信号VREF。晶体管M12具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至电流源IS4的第二端，控制端耦接至反馈电路以接收反馈信号FB。
补偿电路1142包括电流源IS5、IS6、电阻器R2以及晶体管M13、M14。电流源IS5具有第一端和第二端，其中第一端接收供电电压VCC。电流源IS6具有第一端和第二端，其中第一端接收供电电压VCC。电阻器R2具有第一端和第二端，其中第一端耦接至电流源IS5的第二端，第二端耦接至电流源IS6的第二端。晶体管M13具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至电流源IS5的第二端，控制端耦接至斜坡发生器以接收斜坡信号RAMP。晶体管M14具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至电流源IS6的第二端，控制端接收共模电压VCM。
比较器COM3具有同相输入端、反相输入端和输出端，其中同相输入端耦接至晶体管M12和M14的第二端，反相输入端耦接至晶体管M11和M13的第二端，输出端提供比较信号SET。电阻器R3具有第一端和第二端，其中第一端耦接至比较器COM3的同相输入端，第二端耦接至参考地。电阻器R4具有第一端和第二端，其中第一端耦接至比较器COM3的反相输入端，第二端耦接至参考地。
图12A和12B分别为根据本实用新型实施例的图11所示斜坡发生器204B在电流连续模式和电流断续模式下的工作波形图，其中Vpos代表比较器COM3同相输入端的电压，而Vneg代表比较器COM3反相输入端的电压。
图13A～13C为根据本实用新型实施例的图11所示斜坡发生器204B在负载跳变下的工作波形图，其中图13B与13C为图13A的局部放大图。如图所示，在正常工作状态下，斜坡信号RAMP在主晶体管由导通变为关断时被放电。其后，斜坡信号RAMP被充电以持续增大，直至主晶体管再次变为导通。斜坡信号在关断时间的末尾被调节至与共模电压VCM相等。
当负载突然增大，如图13B所示，由于主晶体管的关断时间减小，斜坡信号RAMP被拉低。此外，在斜坡信号RAMP逐渐降低并接近零的过程中，斜坡信号RAMP的幅值也被压缩。这是因为本实用新型的实施例采用了电阻器，而非电流源，来对斜坡信号RAMP进行放电。更低的斜坡信号提供了更快的瞬态响应。在负载稳定后，斜坡信号RAMP会回到其初始幅值。
当负载突然减小，如图13C所示，由于主晶体管的关断时间增大，斜坡信号RAMP被拉高直至达到钳位电压VCLAMP。
图14为根据本实用新型实施例的比较电路204C的电路原理图。比较电路204C包括误差放大器AMP2和比较器COM4。误差放大器AMP2具有同相输入端、反相输入端和输出端，其中同相输入端接收参考信号VREF，反相输入端耦接至反馈电路以接收反馈信号FB。误差放大器AMP2基于参考信号VREF和反馈信号FB，在输出端产生补偿信号COMP。比较器COM4具有同相输入端、反相输入端和输出端，其中同相输入端接收参考信号VREF、斜坡信号RAMP与补偿信号COMP之和，反相输入端接收反馈信号FB与共模电压VCM之和，输出端提供比较信号SET。
在一些实施例中，为了使开关变换器更为稳定，上述信号在乘以一定系数后方被送入比较器COM4。如图14所示，参考信号VREF与反馈信号FB均被乘以系数k，斜坡信号RAMP与共模电压VCM均被乘以系数m，补偿信号COMP被乘以系数n。
图15为根据本实用新型实施例的比较电路204D的电路原理图。与图11所示电路相比，比较电路204D还包括反馈直流采样电路1543，通过误差校正来消除斜坡补偿引起的直流误差。
反馈直流采样电路1543包括误差放大器AMP2、晶体管M15～M18、电流源IS7、IS8、电容器C3、电阻器R5和电压源VS2。电流源IS7和IS8均具有第一端和第二端，其中第一端接收供电电压VCC。晶体管M15具有第一端、第二端和控制端，其中第一端接收供电电压VCC，第二端耦接至误差放大器AMP2的输出端，控制端耦接至电流源IS7的第二端。电容器C3具有第一端和第二端，其中第一端耦接至误差放大器AMP2的输出端，第二端耦接至参考地。
晶体管M16具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至电流源IS7的第二端，控制端耦接至误差放大器AMP2的输出端以接收补偿信号COMP。电阻器R5具有第一端和第二端，其中第一端耦接至晶体管M16的第二端。电阻器R6具有第一端和第二端，其中第一端耦接至电阻器R5的第二端，第二端耦接至参考地。晶体管M17具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至电流源IS8的第二端，第二端耦接至比较器COM3的反相输入端，控制端耦接至电阻器R5的第二端和电阻器R6的第一端。晶体管M18具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至电流源IS8的第二端，第二端耦接至比较器COM3的同相输入端。电流源VS2具有正极和负极，其中正极耦接至晶体管M18的控制端，负极耦接至参考地。
误差放大器AMP2产生的补偿信号COMP被电阻器R5和R6削弱，因而电容器C3的选值可以较小。由于斜坡信号RAMP的幅值基本上恒定而不会随输入电压VIN、输出电压VOUT和开关频率变化，补偿信号COMP的校正范围比较小。在跳跃模式下，补偿信号COMP可能被设计为接近零或被钳位至零。晶体管M15能有效防止补偿信号COMP在跳跃模式下变为负值。
图16为根据本实用新型实施例的不具备直流误差校正功能的开关变换器的工作波形图，而图17为根据本实用新型实施例的具备直流误差校正功能的开关变换器的工作波形图。比较两图可知，输出电压VOUT上的直流误差通过误差校正可以被消除。
虽然已参照几个典型实施例描述了本实用新型，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。由于本实用新型能够以多种形式具体实施而不脱离实用新型的精神或实质，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 (10)
1.一种开关变换器的控制器，其中该开关变换器包括主晶体管和耦接至主晶体管的电感器，其特征在于，该控制器包括：
导通计时器，产生导通时间控制信号；
斜坡发生器，产生斜坡信号；
比较电路，耦接至斜坡发生器，基于斜坡信号、共模电压、参考信号和代表开变换器输出电压的反馈信号产生比较信号；以及
逻辑电路，耦接至导通计时器和比较电路，基于导通时间控制信号和比较信号产生控制信号以控制主晶体管；
其中斜坡发生器包括：
自适应电流锁存电路，具有第一输入端、第二输入端、第三输入端和输出端，其中第一输入端接收共模电压，第二输入端耦接至逻辑电路以接收控制信号，第三输入端接收斜坡信号，自适应电流锁存电路基于共模电压、控制信号和斜坡信号，在输出端产生电流控制信号；
第一单触发电路，具有输入端和输出端，其中输入端耦接至逻辑电路以接收控制信号；
可控电流源，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端接收供电电压，控制端耦接至自适应电流锁存电路的输出端以接收电流控制信号；
第一电容器，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至可控电流源的第二端并提供斜坡信号，第二端耦接至参考地；
第一电阻器，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至第一电容器的第一端；以及
第一晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至第一电阻器的第二端，第二端耦接至参考地，控制端耦接至第一单触发电路的输出端。
2.如权利要求1所述的控制器，其特征在于，还包括：
过零检测电路，检测流过电感器的电流是否过零并产生过零检测信号；
其中斜坡发生器还包括具有第一输入端、第二输入端和输出端的门电路，其中第一输入端耦接至过零检测电路以接收过零检测信号，第二输入端耦接至逻辑电路以接收控制信号，输出端耦接至自适应电流锁存电路的第二输入端。
3.如权利要求1所述的控制器，其特征在于，斜坡发生器还包括：
钳位电路，耦接至第一电容器的第一端，将斜坡信号的最大值限制至钳位电压。
4.如权利要求1所述的控制器，其特征在于，自适应电流锁存电路包括：
第一比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至第一电容器的第一端以接收斜坡信号，第二输入端接收共模电压；
第二单触发电路，具有输入端和输出端，其中输入端耦接至逻辑电路以接收控制信号；
非门，具有输入端和输出端，其中输入端耦接至第二单触发电路的输出端；
第一电流源，具有第一端和第二端，其中第一端接收供电电压；
第二晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至第一电流源的第二端，控制端耦接至非门的输出端；
第三晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至第二晶体管的第二端，控制端耦接至第一比较器的输出端；
第四晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至第三晶体管的第二端，控制端耦接至第一比较器的输出端；
第五晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至第四晶体管的第二端，控制端耦接至第二单触发电路的输出端；
第二电流源，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至第五晶体管的第二端，第二端耦接至参考地；
第二电容器，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至第三晶体管的第二端和第四晶体管的第一端，第二端耦接至参考地；以及
电压电流转换器，具有输入端和输出端，其中输入端耦接至第二电容器的第一端，电压电流转换器基于第二电容器两端的电压在输出端产生电流控制信号。
5.如权利要求4所述的控制器，其特征在于，斜坡发生器还包括钳位电路，该钳位电路包括：
电压源，具有正极和负极，其中正极耦接至第一电容器的第一端以接收斜坡信号；
误差放大器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端接收共模电压，第二输入端耦接至电压源的负极；以及
第六晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至第一电容器的第一端，第二端耦接至参考地，控制端耦接至误差放大器的输出端。
6.如权利要求1所述的控制器，其特征在于，比较电路包括：
第三电流源，具有第一端和第二端，其中第一端接收供电电压；
第七晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至第三电流源的第二端，控制端接收参考信号；
第八晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至第三电流源的第二端，控制端接收反馈信号；
第四电流源，具有第一端和第二端，其中第一端接收供电电压；
第五电流源，具有第一端和第二端，其中第一端接收供电电压；
第二电阻器，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至第四电流源的第二端，第二端耦接至第五电流源的第二端；
第九晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至第四电流源的第二端，控制端耦接至第一电容器的第一端以接收斜坡信号；
第十晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至第五电流源的第二端，控制端接收共模电压；
第二比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至第八和第十晶体管的第二端，第二输入端耦接至第七和第九晶体管的第二端，输出端提供比较信号；
第三电阻器，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至第二比较器的第一输入端，第二端耦接至参考地；以及
第四电阻器，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至第二比较器的第二输入端，第二端耦接至参考地。
7.如权利要求1所述的控制器，其特征在于，斜坡发生器还包括：
第十一晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至可控电流源的第二端，第二端耦接至第一电容器的第一端，控制端耦接至自适应电流锁存电路的第二输入端。
8.一种开关变换器，其特征在于，包括：
主晶体管；
电感器，耦接至主晶体管；
反馈电路，产生代表开关变换器输出电压的反馈信号；以及
如权利要求1至7中任一项所述的控制器。
9.一种开关变换器，其特征在于，包括：
主晶体管；
电感器，耦接至主晶体管；
反馈电路，产生代表开关变换器输出电压的反馈信号；以及
控制器，产生控制信号以控制主晶体管；
其中控制器包括：
导通计时器，产生导通时间控制信号；
斜坡发生器，产生斜坡信号，其中斜坡发生器在主晶体管由关断变为导通时，将斜坡信号调节至与共模电压相等；
比较电路，耦接至反馈电路和斜坡发生器，基于斜坡信号、共模电压、参考信号和反馈信号产生比较信号；以及
逻辑电路，耦接至导通计时器和比较电路，基于导通时间控制信号和比较信号产生控制信号。
10.如权利要求9所述的开关变换器，其特征在于，控制器还包括：
过零检测电路，检测流过电感器的电流是否过零，产生过零检测信号并将其提供至斜坡发生器；
其中斜坡发生器在流过电感器的电流过零时，将斜坡信号调节至与共模电压相等。
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