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恒定導(dǎo)通時(shí)間控制電路及其控制的直流?直流變換器的制作方法

文檔序號:12132336閱讀:524來源:國知局
恒定導(dǎo)通時(shí)間控制電路及其控制的直流?直流變換器的制作方法與工藝

本發(fā)明涉及電子電路,具體但不僅限于涉及一種恒定導(dǎo)通時(shí)間控制電路及其控制的直流-直流變換器。



背景技術(shù):

恒定導(dǎo)通時(shí)間控制(Constant On Time,COT)因其控制環(huán)路簡單、動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快而廣泛的運(yùn)用在直流-直流變換器中。傳統(tǒng)的COT控制方法是一種變頻控制方法,通過設(shè)置固定的開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間、改變系統(tǒng)的開關(guān)頻率進(jìn)而調(diào)節(jié)開關(guān)的導(dǎo)通占空比,進(jìn)而調(diào)節(jié)變換器的輸出電壓。為了系統(tǒng)更穩(wěn)定,在一些改進(jìn)的COT控制方法中,COT控制的直流-直流變換器在工作過程中開關(guān)頻率基本保持不變,根據(jù)直流-直流變換器的輸出電壓和輸入電壓的變化調(diào)節(jié)開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間,進(jìn)而調(diào)節(jié)開關(guān)的導(dǎo)通占空比。

如1圖所示的直流-直流變換器50,其包括一個(gè)COT控制電路。COT控制電路包括比較電路51、導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生電路52和邏輯電路53。其中,導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生電路52根據(jù)直流-直流變換器50的輸出電壓VOUT和輸入電壓VIN產(chǎn)生導(dǎo)通時(shí)間信號Ton,直流-直流變換器50的開關(guān)頻率由導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生電路52中的電阻和電容進(jìn)行設(shè)置。一般地,調(diào)節(jié)導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生電路52中的電阻值和電容值,可改變直流-直流變換器50的開關(guān)頻率。然而,現(xiàn)有技術(shù)中,導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生電路52被集成在一個(gè)單片集成電路上,其用于設(shè)置開關(guān)頻率的電阻和電容也集成在單片集成電路上,因此無法實(shí)現(xiàn)不同的外部運(yùn)用場合靈活地連續(xù)調(diào)節(jié)COT控制的直流-直流變換器的開關(guān)頻率。例如,在一個(gè)直流-直流變換器中,我們希望其工作頻率在300K赫茲到2M赫茲之間連續(xù)可調(diào),如果該直流-直流變換器為峰值電流控制,則可以通過調(diào)節(jié)外部時(shí)鐘信號的頻率進(jìn)而調(diào)節(jié)直流-直流變換器的工作頻率。但是,在現(xiàn)有的COT控制的直流-直流變換器中,我們不能在集成電路外部靈活地連續(xù)調(diào)節(jié)直流-直流變換器的工作頻率。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

為了解決前面描述的一個(gè)問題或者多個(gè)問題,本發(fā)明提出與現(xiàn)有技術(shù)不同的一種恒定導(dǎo)通時(shí)間控制電路和直流-直流變換器。

本發(fā)明一方面提供了一種用于直流-直流開關(guān)變換器的恒定導(dǎo)通時(shí)間控制電路,所述直流-直流開關(guān)變換器包括可控開關(guān),通過控制可控開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷將輸入電壓轉(zhuǎn)換為輸出電壓,其中,所述恒定導(dǎo)通時(shí)間控制電路包括:同步信號產(chǎn)生電路,用于產(chǎn)生同步信號和調(diào)頻電流信號,其中,改變調(diào)頻電流信號的大小可調(diào)節(jié)可控開關(guān)的穩(wěn)態(tài)切換頻率;導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生電路,接收輸出電壓信號、輸入電壓信號、調(diào)頻電流信號和誤差電壓信號,并基于輸出電壓信號、輸入電壓信號、調(diào)頻電流信號和誤差電壓信號產(chǎn)生導(dǎo)通時(shí)間信號,所述導(dǎo)通時(shí)間信號用于控制可控開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間;以及鎖頻電路,接收同步信號和導(dǎo)通時(shí)間信號,并將同步信號的頻率和導(dǎo)通時(shí)間信號的頻率比較,輸出所述誤差電壓信號。

本發(fā)明又一方面提供了一種恒定導(dǎo)通時(shí)間控制的直流-直流開關(guān)變換器,其中,所述直流-直流開關(guān)變換器包括電壓轉(zhuǎn)換芯片,所述電壓轉(zhuǎn)換芯片包括:可控開關(guān),通過控制可控開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷將輸入電壓轉(zhuǎn)換為輸出電壓;同步信號產(chǎn)生電路,用于產(chǎn)生同步信號和調(diào)頻電流信號,其中,改變調(diào)頻電流信號的大小可調(diào)節(jié)可控開關(guān)的穩(wěn)態(tài)切換頻率;導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生電路,接收輸出電壓信號、輸入電壓信號、調(diào)頻電流信號和誤差電壓信號,并基于輸出電壓信號、輸入電壓信號、調(diào)頻電流信號和誤差電壓信號產(chǎn)生導(dǎo)通時(shí)間信號,所述導(dǎo)通時(shí)間信號用于控制可控開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間;以及鎖頻電路,接收同步信號和導(dǎo)通時(shí)間信號,并將同步信號的頻率和導(dǎo)通時(shí)間信號的頻率比較,輸出所述誤差電壓信號。

附圖說明

為了更好的理解本發(fā)明,將根據(jù)以下附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述:

圖1所示為現(xiàn)有的COT控制的直流-直流變換器50的結(jié)構(gòu)示意圖;

圖2所示為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的COT控制的直流-直流變換器100的原理圖;

圖3所示為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的圖2中所示的同步信號產(chǎn)生電路14的電路原理圖;

圖4所示為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的圖2中所示的鎖頻電路15的原理圖;

圖5所示為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的圖2中所示的導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生電路12的原理圖;

圖6所示為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的圖5中所示的誤差電流產(chǎn)生電路21的原理圖;

圖7所示為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的圖5中所示的受控電流產(chǎn)生電路22的原理圖;

圖8所示為根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例的圖5中所示的受控電流產(chǎn)生電路22的原理圖;

圖9所示為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的圖5中所示的受控電壓產(chǎn)生電路23的原理圖;

圖10所示為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的使能信號產(chǎn)生器的電路結(jié)構(gòu)示意圖。

下面將參考附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。貫穿所有附圖相同的附圖標(biāo)記表示相同的或相似的部件或特征。

具體實(shí)施方式

下面將詳細(xì)描述本發(fā)明的具體實(shí)施例,應(yīng)當(dāng)注意,這里描述的實(shí)施例只用于舉例說明,并不用于限制本發(fā)明。在下面對本發(fā)明的詳細(xì)描述中,為了更好地理解本發(fā)明,描述了大量的細(xì)節(jié)。然而,本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解,沒有這些具體細(xì)節(jié),本發(fā)明同樣可以實(shí)施。為了清晰明了地闡述本發(fā)明,本文簡化了一些具體結(jié)構(gòu)和功能的詳細(xì)描述。此外,在一些實(shí)施例中已經(jīng)詳細(xì)描述過的類似的結(jié)構(gòu)和功能,在其它實(shí)施例中不再贅述。盡管本發(fā)明的各項(xiàng)術(shù)語是結(jié)合具體的示范實(shí)施例來一一描述的,但這些術(shù)語不應(yīng)理解為局限于這里闡述的示范實(shí)施方式。

在整個(gè)說明書中,對“一個(gè)實(shí)施例”、“實(shí)施例”、“一個(gè)示例”或“示例”的提及意味著:結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性被包含在本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)施例中。因此,在整個(gè)說明書的各個(gè)地方出現(xiàn)的短語“在一個(gè)實(shí)施例中”、“在實(shí)施例中”、“一個(gè)示例”或“示例”不一定都指同一實(shí)施例或示例。此外,可以以任何適當(dāng)?shù)慕M合和/或子組合將特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性組合在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中。此外,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解,在此提供的附圖都是為了說明的目的,并且附圖不一定是按比例繪制的。應(yīng)當(dāng)理解,當(dāng)稱“元件”“連接到”或“耦接”到另一元件時(shí),它可以是直接連接或耦接到另一元件或者可以存在中間元件。相反,當(dāng)稱元件“直接連接到”或“直接耦接到”另一元件時(shí),不存在中間元件。相同的附圖標(biāo)記指示相同的元件。這里使用的術(shù)語“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)列出的項(xiàng)目的任何和所有組合。

圖2所示為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的COT控制的直流-直流變換器100的原理圖。如圖2所示,直流-直流變換器100包括開關(guān)電路10和控制電路。開關(guān)電路10包括至少一個(gè)可控開關(guān),通過控制電路控制該可控開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷,開關(guān)電路10將一輸入電壓VIN轉(zhuǎn)換為一輸出電壓VOUT。在一個(gè)實(shí)施例中,開關(guān)電路10包括一個(gè)降壓BUCK變換器,在另一個(gè)實(shí)施例中,開關(guān)電路10包括一個(gè)升壓BOOST變換器,可以理解,開關(guān)電路10還可以包括其他適合的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)??刂齐娐钒ū容^電路11、導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生電路12、邏輯電路13、同步信號產(chǎn)生電路14以及鎖頻電路15。

比較電路11接收一個(gè)代表輸出電壓VOUT的反饋電壓信號VFB,并將反饋信號VFB和一參考電壓信號VREF比較,產(chǎn)生一個(gè)比較信號TOFF。比較信號TOFF包括一個(gè)高低邏輯電平信號。在一個(gè)實(shí)施例中,當(dāng)比較信號TOFF從邏輯低變?yōu)檫壿嫺邥r(shí),直流-直流變換器100中的第一開關(guān)(如BUCK變換器中的高側(cè)開關(guān))導(dǎo)通,第二開關(guān)(如BUCK變換器中的低側(cè)開關(guān))關(guān)斷。在一個(gè)實(shí)施例中,比較電路11包括一個(gè)電壓比較器101,具有同相輸入端和反相輸入端,其同相輸入端接收反饋電壓信號VFB,反相輸入端接收參考電壓信號VREF。當(dāng)反饋電壓信號VFB降低到參考電壓信號VREF時(shí),電壓比較器101輸出的比較信號TOFF變高,第一開關(guān)導(dǎo)通,第二開關(guān)關(guān)斷。

導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生電路12接收輸入電壓信號VIN、輸出電壓信號VOUT、誤差信號VCO以及調(diào)頻電流信號ISYN。導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生電路12根據(jù)輸入電壓信號VIN、輸出電壓信號VOUT、誤差信號VCO以及調(diào)頻電流信號ISYN產(chǎn)生一個(gè)導(dǎo)通時(shí)間信號TON。導(dǎo)通時(shí)間信號TON包括一個(gè)高低邏輯電平信號。在一個(gè)實(shí)施例中,當(dāng)導(dǎo)通時(shí)間信號TON從邏輯低變?yōu)檫壿嫺邥r(shí),第一開關(guān)關(guān)斷,第二開關(guān)導(dǎo)通。

邏輯電路13接收比較信號TOFF和導(dǎo)通時(shí)間信號TON,并對比較信號TOFF和導(dǎo)通時(shí)間信號TON做邏輯運(yùn)算,產(chǎn)生控制信號SW控制直流-直流變換器100中的可控開關(guān)。在圖2所示實(shí)施例中,邏輯電路13示意為一個(gè)RS觸發(fā)器103,RS觸發(fā)器103的置位端S接收比較信號TOFF,RS觸發(fā)器103的復(fù)位端R接收導(dǎo)通時(shí)間信號TON,RS觸發(fā)器103在輸出端Q輸出控制信號SW。

同步信號產(chǎn)生電路14產(chǎn)生同步信號SYN和調(diào)頻電流信號ISYN,其中,調(diào)頻電流信號ISYN和同步信號SYN用于調(diào)節(jié)直流-直流變換器100的工作頻率,也即是開關(guān)電路10中可控開關(guān)的穩(wěn)態(tài)切換頻率。其中,調(diào)頻電流信號ISYN用于設(shè)置直流-直流變換器100在穩(wěn)態(tài)工作時(shí)的切換頻率,例如通過調(diào)節(jié)調(diào)頻電流信號ISYN的大小,直流-直流變換器100的穩(wěn)態(tài)工作頻率可以在300K赫茲到2M赫茲之間靈活地連續(xù)調(diào)節(jié)。改變調(diào)頻電流信號ISYN的大小可調(diào)節(jié)可控開關(guān)的穩(wěn)態(tài)切換頻率。同步信號SYN用于進(jìn)一步調(diào)節(jié)直流-直流變換器在動(dòng)態(tài)過程的工作頻率,最終使得直流-直流變換器100的工作頻率與同步信號SYN的頻率完全相等。在一個(gè)實(shí)施例中,同步信號產(chǎn)生電路14包括時(shí)鐘信號產(chǎn)生電路,所述同步信號SYN包括時(shí)鐘信號。

鎖頻電路15接收導(dǎo)通時(shí)間信號TON和同步信號SYN,并比較導(dǎo)通時(shí)間信號TON和同步信號SYN的頻率,產(chǎn)生誤差信號VCO,此時(shí),誤差信號VCO為一個(gè)代表控制信號和同步信號SYN之間頻率差的電壓值。鎖頻電路15調(diào)節(jié)導(dǎo)通時(shí)間信號TON與同步信號SYN的頻率,最終使得導(dǎo)通時(shí)間信號TON與同步信號SYN的頻率相等。在一個(gè)實(shí)施例中,鎖頻電路15包括一個(gè)鎖相環(huán)電路,所述鎖相環(huán)電路除了比較導(dǎo)通時(shí)間信號TON和同步信號SYN的頻率以外,還比較導(dǎo)通時(shí)間信號TON和同步信號SYN的相位,此時(shí),誤差信號VCO為一個(gè)代表控制信號和同步信號SYN之間頻率差以及相位差的電壓值。鎖相環(huán)電路最終調(diào)節(jié)導(dǎo)通時(shí)間信號TON與同步信號SYN的頻率相等,且相位同步。

圖3所示為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的圖2中所示的同步信號產(chǎn)生電路14的電路原理圖。如圖3所示,所述同步信號產(chǎn)生電路14包括:第一運(yùn)算放大器41、晶體管42、鏡像電流源43、電壓比較器44、調(diào)頻電阻RF和調(diào)頻電容CF。

運(yùn)算放大器41,具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端,其第一輸入端接收第一參考電壓VREF1,其第二輸入端耦接至晶體管42的源極,其輸出端耦接至晶體管42的柵極。晶體管42的漏極耦接鏡像電流源43的第一端,晶體管42的源極耦接至調(diào)頻電阻RF的一端,調(diào)頻電阻RF的另一端電連接至地。運(yùn)算放大器41、晶體管42以及調(diào)頻電阻RF用于產(chǎn)生一個(gè)電流信號,鏡像電流源43用于對該電流信號鏡像,并在其第二端提供調(diào)頻電流信號ISYN,其中,調(diào)頻電流信號ISYN的值為下述公式(1)所示:

調(diào)頻電容CF電連接在鏡像電流源43的第二端和地之間,調(diào)頻電流信號ISYN對調(diào)頻電容CF充電,并產(chǎn)生一個(gè)調(diào)頻電壓信號VCF。電壓比較器44具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端,其第一輸入端接收第二參考電壓VREF2,其第二輸入端接收調(diào)頻電壓信號VCF,其輸出端提供同步信號SYN。通常,同步信號產(chǎn)生電路14中的運(yùn)算放大器41、晶體管42、鏡像電流源43、電壓比較器44和調(diào)頻電容CF被集成在單片集成電路中,而調(diào)頻電阻RF保留在集成芯片的外部,通過調(diào)節(jié)調(diào)頻電阻RF的值可調(diào)節(jié)調(diào)頻電流信號ISYN的大小和同步信號SYN的頻率。在圖2所示實(shí)施例中,第一參考電壓VREF1和二參考電壓VREF2的值可根據(jù)應(yīng)用場合設(shè)置為相等或不相等。在一個(gè)實(shí)施例中,例如,當(dāng)調(diào)頻電容CF設(shè)置為5P法拉,第一參考電壓VREF1和二參考電壓VREF2均設(shè)置為1.2V時(shí),產(chǎn)生頻率為500K赫茲的同步信號SYN,需設(shè)置調(diào)頻電阻RF的值為166K歐姆;當(dāng)需要產(chǎn)生頻率為300K赫茲的同步信號SYN,則只需重新設(shè)置調(diào)頻電阻RF的值為278K歐姆。

圖4所示為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的圖2中所示的鎖頻電路15的原理圖。在圖4所示實(shí)施例中,鎖頻電路15被示意為一個(gè)鎖相環(huán)電路,用于將導(dǎo)通時(shí)間信號TON與同步信號SYN同頻同步。鎖相環(huán)電路包括D觸發(fā)器501和D觸發(fā)器502、與門電路503、電流源504和電流源505、第一開關(guān)506和第二開關(guān)507以及充電電容508。D觸發(fā)器501和D觸發(fā)器502分別具有第一輸入端D、第二輸入端C、第三輸入端R、輸出端Q和使能控制端EN。D觸發(fā)器501和D觸發(fā)器502的第一輸入端D均接收供電電壓VCC,D觸發(fā)器501和D觸發(fā)器502的第二輸入端C分別接收同步信號SYN和導(dǎo)通時(shí)間信號TON,D觸發(fā)器501和D觸發(fā)器502的第三輸入端R耦接在一起。D觸發(fā)器501和D觸發(fā)器502的第二輸入端C分別形成鎖相環(huán)電路的第一輸入端和第二輸入端。與門電路503具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端,其中,與門電路503的第一輸入端和第二輸入端分別耦接至D觸發(fā)器501和D觸發(fā)器502的輸出端Q,與門電路503的輸出端耦接至D觸發(fā)器501和D觸發(fā)器502的第三輸入端R。開關(guān)506和開關(guān)507分別具有第一端、第二端和控制端,其中,開關(guān)506和開關(guān)507的控制端分別耦接至D觸發(fā)器501和502的輸出端Q,開關(guān)506和開關(guān)507的第一端耦接在一起。在圖4所示的實(shí)施例中,開關(guān)506和開關(guān)507由晶體管實(shí)現(xiàn),且分別為P管和N管。電流源504耦接至晶體管506的第二端以在晶體管506導(dǎo)通時(shí)向其扇入電流I1,電流源505耦接至晶體管507的第二端以在晶體管507導(dǎo)通時(shí)從其扇出電流I2。充電電容508耦接于晶體管506和507的公共端與參考地之間,充電電容508和晶體管506和507的公共端形成鎖相環(huán)電路的輸出端,而充電電容508兩端的電壓即為誤差信號VCO。在一個(gè)實(shí)施例中,D觸發(fā)器501和D觸發(fā)器502還包括一個(gè)使能控制端EN,用于接收使能控制信號EN,當(dāng)使能控制信號EN有效時(shí),D觸發(fā)器501和D觸發(fā)器502工作。

圖5所示為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的圖2中所示的導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生電路12的原理圖。如圖5所示,導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生電路12包括:誤差電流產(chǎn)生電路21、受控電流產(chǎn)生電路22,受控電壓產(chǎn)生電路23、節(jié)點(diǎn)24、充放電電容25、復(fù)位開關(guān)26和電壓比較器27。誤差電流產(chǎn)生電路21接收誤差電壓信號VCO,誤差電流產(chǎn)生電路21將誤差電壓信號VCO轉(zhuǎn)換為誤差電流信號ICO。受控電流產(chǎn)生電路22和充放電電容25串聯(lián)連接在第一電壓V1和邏輯地之間,受控電流產(chǎn)生電路22和充放電電容25的公共節(jié)點(diǎn)24耦接誤差電流產(chǎn)生電路21的輸出端,其中受控電流產(chǎn)生電路22用于產(chǎn)生充電電流ICH。復(fù)位開關(guān)26電連接在節(jié)點(diǎn)24和邏輯地之間。受控電壓產(chǎn)生電路23接收第二電壓V2,并產(chǎn)生受控電壓信號VD。電壓比較器27,具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端,其第一輸入端接收受控電壓信號VD,其第二輸入端耦接至節(jié)點(diǎn)24接收充放電電容25兩端的電壓,電壓比較器27比較受控電壓信號VD和充放電電容25兩端的電壓,并產(chǎn)生導(dǎo)通時(shí)間信號TON。

第一電壓V1和第二電壓V2跟直流-直流變換器100中的開關(guān)電路10的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇相關(guān)。當(dāng)開關(guān)電路10采用降壓(BUCK)拓?fù)鋾r(shí),導(dǎo)通時(shí)間信號TON與輸出電壓VOUT成正比、且與輸入電壓VIN成反比。在一個(gè)實(shí)施例中,第一電壓V1包括輸入電壓VIN,充電電流ICH與輸入電壓VIN成正比;第二電壓V2包括輸出電壓VOUT,受控電壓信號VD與輸出電壓VOUT成正比。

當(dāng)開關(guān)電路10采用升壓(BOOST)拓?fù)鋾r(shí),導(dǎo)通時(shí)間信號TON與輸出電壓VOUT和輸入電壓VIN之差(VOUT-VIN)成正比、且與輸出電壓VOUT成反比。在一個(gè)實(shí)施例中,第一電壓V1包括輸出電壓VOUT,充電電流ICH與輸出電壓VOUT成正比;第二電壓V2包括輸入電壓VIN和輸出電壓VOUT,受控電壓信號VD與輸出電壓VOUT和輸入電壓VIN之差(VOUT-VIN)成正比。

圖6所示為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的圖5中所示的誤差電流產(chǎn)生電路21的原理圖。如圖6所示,誤差電流產(chǎn)生電路21包括一個(gè)差分跨導(dǎo)放大器,該差分跨導(dǎo)放大器比較誤差信號VCO與第三參考電壓VREF3的電壓差值,并將該電壓差值除以一電阻值,最終輸出誤差電流信號ICO。其中,誤差電流信號ICO與誤差信號VCO成正比。在一個(gè)實(shí)施例中,誤差電流信號ICO代表導(dǎo)通時(shí)間信號TON與同步信號SYN之間的頻率差。在另一個(gè)實(shí)施例中,誤差電流信號ICO代表導(dǎo)通時(shí)間信號TON與同步信號SYN之間的相位差。

圖7所示為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的圖5中所示的受控電流產(chǎn)生電路22的原理圖。如圖7所示,所述受控電流產(chǎn)生電路22包括反饋電流產(chǎn)生電路71和乘法器電路72。

反饋電流產(chǎn)生電路71包括運(yùn)算放大器701、晶體管702、電阻器R1、電阻器R2和電阻器R3。電阻器R1和電阻器R2串聯(lián)連接在受控電流產(chǎn)生電路22的輸入端和邏輯地之間,接收第一電壓信號V1,電阻器R1和電阻器R2對第一電壓信號V1分壓,并在電阻器R1和電阻器R2的公共端提供分壓信號VB1。運(yùn)算放大器701,具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端,其第一輸入端接收分壓信號VB1,其第二輸入端耦接至晶體管702的源極,其輸出端耦接至晶體管702的柵極。晶體管702的源極耦接至電阻器R3的一端,電阻器R3的另一端電連接至地,晶體管702的漏極作為反饋電流產(chǎn)生電路71的輸出端提供反饋電流信號IFB。其中,反饋電流信號IFB的值為下述公式(2)所示:

乘法器電路72接收反饋電流IFB和調(diào)頻電流信號ISYN,并對反饋電流信號IFB和調(diào)頻電流信號ISYN做乘法運(yùn)算,并在輸出端提供充電電流信號ICH。

ICH=km×ISYN×IFB (3)

其中,km為乘法器電路72的比例系數(shù)。因此,充電電流信號ICH與反饋電流信號IFB和調(diào)頻電流信號ISYN成正比,改變調(diào)頻電流信號ISYN即可改變充電電流信號ICH的大小。

結(jié)合公式(2)和公式(3)可得出充電電流ICH與第一電壓信號V1和調(diào)頻電流信號ISYN的關(guān)系:

返回圖5所示實(shí)施例,根據(jù)圖5所示導(dǎo)通時(shí)間產(chǎn)生電路12的電路結(jié)構(gòu),導(dǎo)通時(shí)間TON與充電電流ICH和電壓信號VD的關(guān)系如下:

ICH×TON=C×VD (5)

其中,C為電容25的電容值,還需要說明,相比于充電電流ICH,誤差電流信號ICO值很小,這里忽略誤差電流信號ICO對直流-直流變換器100的開關(guān)頻率的影響。導(dǎo)通時(shí)間TON與開關(guān)周期T的關(guān)系為:

TON=D×T (6)

其中D為直流-直流變換器的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)通占空比,根據(jù)公式(4)-(6),可以推導(dǎo)出開關(guān)周期T的推導(dǎo)公式如下:

當(dāng)開關(guān)電路10為BUCK電路時(shí),第一電壓信號V1與輸入電壓VIN成比例,等于k1×VIN,其中k1為一個(gè)比例系數(shù);電壓信號VD與輸出電壓VOUT成比例,等于k2×VOUT,其中k2為一個(gè)比例系數(shù)。BUCK電路的穩(wěn)態(tài)占空比D等于VOUT/VIN。將上述關(guān)系帶入公式(7)可得:

當(dāng)開關(guān)電路10為BOOST電路時(shí),第一電壓信號V1與輸出電壓VOUT成比例,等于k5×VOUT;電壓信號VD與輸出電壓VOUT和輸入電壓VIN的差(VOUT-VIN)成比例,等于k4×(VOUT-VIN),其中k4為一個(gè)比例系數(shù)。BOOST電路的穩(wěn)態(tài)占空比D等于(VOUT-VIN)/VOUT。將上述關(guān)系帶入公式(7)可得:

根據(jù)公式(8)和(9),可知直流-直流變換器100的開關(guān)周期T與調(diào)頻電流信號ISYN相關(guān)。再結(jié)合公式(1)可知,通過調(diào)節(jié)調(diào)頻電阻RF的大小,就可以改變直流-直流變換器100的開關(guān)頻率。

圖8所示為根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例的圖5中所示的受控電流產(chǎn)生電路22的原理圖。圖8所示為當(dāng)開關(guān)電路10采用BOOST電路時(shí),受控電流產(chǎn)生電路22的電路結(jié)構(gòu)示意圖。如圖8所示,反饋電流產(chǎn)生電路71在輸入端接收輸出電壓VOUT,并在輸出端提供反饋電流信號IFB。乘法器電路72包括一個(gè)吉爾伯特單元電路703和電流鏡電路704。吉爾伯特單元電路703接收反饋電流信號IFB和調(diào)頻電流信號ISYN,并提供電流信號ISET。根據(jù)吉爾伯特單元電路703的電路結(jié)構(gòu)可以計(jì)算出電流信號ISET等于IFB×ISYN/ISYN(MAX),其中ISYN(MAX)為系統(tǒng)可設(shè)置的上限頻率對應(yīng)的調(diào)頻電流信號ISYN的值。電流鏡電路704接收設(shè)置電流ISET,并將電流ISET鏡像后提供充電電流ICH。

圖9所示為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的圖5中所示的受控電壓產(chǎn)生電路23的原理圖。圖9所示為當(dāng)開關(guān)電路采用BOOST電路時(shí),受控電壓產(chǎn)生電路23的電路結(jié)構(gòu)示意圖。在圖9所示實(shí)施例中,所述受控電壓信號產(chǎn)生器23包括:第一上拉電流鏡81,具有輸入端、第一電流端和第二電流端,其輸入端接收輸入電壓VIN,第一電流端耦接電阻值為R4的電阻84;下拉電流鏡82,具有電流入端和電流出端,其電流入端耦接至第一上拉電流鏡81的第二電流端;第二上拉電流鏡83,具有輸入端、第一電流端和第二電流端,其輸入端接收輸出電壓VOUT,其第一電流端耦接至下拉電流鏡82的電流出端和電阻值為R5的電阻85,其第二電流端耦接電阻值為R4的電阻86;其中所述電阻85兩端電壓即為所述受控電壓信號VD。通過計(jì)算,可知VD=(VOUT–VIN)×R5/R4。

圖10所示為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的使能信號產(chǎn)生器900的電路結(jié)構(gòu)示意圖。在一個(gè)實(shí)施例中,圖10所示使能信號產(chǎn)生器900用于產(chǎn)生圖4所示實(shí)施例中的使能信號EN用于設(shè)置鎖頻電路15可以調(diào)節(jié)的頻率范圍。使能信號EN為一個(gè)邏輯高低電平信號,在一個(gè)實(shí)施例中,當(dāng)使能信號EN為邏輯高時(shí),鎖頻電路15使能(工作);當(dāng)使能信號EN為邏輯低時(shí),鎖頻電路15不使能(不工作)。一般地,當(dāng)同步信號SYN和導(dǎo)通時(shí)間信號TON的頻率差大于一個(gè)設(shè)定的頻率閾值時(shí),使能信號EN無效,使能信號EN不使能鎖頻電路15。

在一個(gè)實(shí)施例中,使能信號產(chǎn)生器900包括一個(gè)滯環(huán)比較器901,具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端。滯環(huán)比較器901的第一輸入端接收參考電流信號k5×ICH,其中,ICH為圖5中的充電電流,k5為一個(gè)比例系數(shù),一般地,k5等于0.3。滯環(huán)比較器901的第二輸入端接收誤差電流信號ICO,滯環(huán)比較器901比較參考電流信號k5×ICH和誤差電流信號ICO,并在輸出端輸出使能信號EN。參考電流信號k5k5×ICH用于設(shè)定誤差電流信號ICO上下浮動(dòng)的一個(gè)范圍,當(dāng)誤差電流信號ICO位于參考電流信號+k5×ICH和-k5×ICH之間時(shí),表征同步信號SYN和導(dǎo)通時(shí)間信號TON的頻率差位于頻率閾值內(nèi),使能信號EN有效(邏輯高),鎖頻電路15使能;當(dāng)誤差電流信號ICO超出參考電流信號+k5×ICH和-k5×ICH之間的范圍時(shí),表征同步信號SYN和導(dǎo)通時(shí)間信號TON的頻率差大于頻率閾值,使能信號EN無效(邏輯低),使能信號EN不使能鎖相環(huán)電路15。

在另一個(gè)實(shí)施例中,誤差電流信號ICO上下浮動(dòng)的范圍也可以通過其他方式設(shè)定,例如,在圖6所示的誤差電流產(chǎn)生電路中,可以通過在跨導(dǎo)放大器中增加一個(gè)尾電流源201用于設(shè)置誤差電流信號ICO上下浮動(dòng)的范圍,尾電流源201的值可設(shè)置為k5×ICH,其中,ICH為圖5中的充電電流,k5為一個(gè)比例系數(shù),一般地,k5等于0.3。

雖然已參照幾個(gè)典型實(shí)施例描述了本發(fā)明,但應(yīng)當(dāng)理解,所用的術(shù)語是說明和示例性、而非限制性的術(shù)語。由于本發(fā)明能夠以多種形式具體實(shí)施而不脫離發(fā)明的精神或?qū)嵸|(zhì),所以應(yīng)當(dāng)理解,上述實(shí)施例不限于任何前述的細(xì)節(jié),而應(yīng)在隨附權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)廣泛地解釋,因此落入權(quán)利要求或其等效范圍內(nèi)的全部變化和改型都應(yīng)為隨附權(quán)利要求所涵蓋。

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