用于DC-DC变换器的续流管开启时间控制电路以及DC-DC变换器

技术领域

本公开的实施例涉及集成电路技术领域，具体地，涉及用于DC-DC变换器的续流管开启时间控制电路以及DC-DC变换器。

背景技术

DC-DC(直流-直流)变换器常被用于在各种电子设备中进行直流电压的转换。在DC-DC变换器中设置有续流管限流电路，用于在续流管开启期间检测流过续流管的电流(即，电感电流)。续流管限流电路可输出限流指示信号。当电感电流降低到设定值时限流指示信号可翻转为有效电平。PWM信号控制电路在接收到处于有效电平的限流指示信号后才允许PWM信号翻转为高电平，从而控制续流管关闭和功率管开启。为提供续流管限流电路的消隐时间，需要在续流管限流电路中设置延时电路以延迟输出对电感电流的检测结果。另一方面，为避免电感电流的纹波过小及提供PWM信号的逻辑控制时间，需要保持续流管至少开启一段时间，该段时间可被称为最短续流管开启时间。为节省DC-DC变换器的芯片面积，可以通过在续流管开启时间控制电路中复用续流管限流电路内的延时电路的方式来实现最短续流管开启时间的设置。

发明内容

本文中描述的实施例提供了一种用于DC-DC变换器的续流管开启时间控制电路以及DC-DC变换器。

根据本公开的第一方面，提供了一种用于DC-DC变换器的续流管开启时间控制电路。该续流管开启时间控制电路包括：延时信号复用控制电路、续流管开启时间计算电路、输出电路、以及复位电路。其中，延时信号复用控制电路被配置为：根据从DC-DC变换器的续流管限流电路输出的限流指示信号和来自复位电路的复位信号生成第一指示信号。其中，第一指示信号在延时信号复用控制电路检测到限流指示信号的第一跳变沿时翻转为有效电平。第一指示信号在复位信号处于有效电平的情况下复位成无效电平。续流管开启时间计算电路被配置为：根据DC-DC变换器的输入电压和输出电压来计算DC-DC变换器的续流管开启时间，并根据续流管开启时间来生成第二指示信号。输出电路被配置为：根据第一指示信号和第二指示信号来生成续流管开启时间控制信号。复位电路被配置为：根据续流管开启时间控制信号来生成复位信号。

在本公开的一些实施例中，在续流管开启时间计满时第二指示信号翻转为有效电平。

在本公开的一些实施例中，延时信号复用控制电路包括：第一反相器、以及D触发器。其中，第一反相器的输入端被提供限流指示信号。第一反相器的输出端耦接D触发器的时钟信号端。D触发器的数据输入端耦接D触发器的反相输出端。D触发器的复位端被提供复位信号。从D触发器的同相输出端输出第一指示信号。

在本公开的一些实施例中，D触发器是上升沿触发的D触发器。

在本公开的一些实施例中，延时信号复用控制电路包括：D触发器。其中，D触发器的时钟信号端被提供限流指示信号。D触发器的数据输入端耦接D触发器的反相输出端。D触发器的复位端被提供复位信号。从D触发器的输出端输出第一指示信号。

在本公开的一些实施例中，D触发器是下降沿触发的D触发器。

在本公开的一些实施例中，输出电路包括：与门。其中，与门的第一输入端被提供第一指示信号。与门的第二输入端被提供第二指示信号。从与门的输出端输出续流管开启时间控制信号。

在本公开的一些实施例中，复位电路包括：第二反相器。其中，第二反相器的输入端被提供续流管开启时间控制信号。从第二反相器的输出端输出复位信号。

根据本公开的第二方面，提供了一种用于DC-DC变换器的续流管开启时间控制电路。该续流管开启时间控制电路包括：第一反相器、第二反相器、D触发器、与门、以及续流管开启时间计算电路。其中，第一反相器的输入端被提供从DC-DC变换器的续流管限流电路输出的限流指示信号。第一反相器的输出端耦接D触发器的时钟信号端。D触发器的数据输入端耦接D触发器的反相输出端。D触发器的复位端耦接第二反相器的输出端。D触发器的同相输出端耦接与门的第一输入端。与门的第二输入端耦接续流管开启时间计算电路的输出端。从与门的输出端输出续流管开启时间控制信号。第二反相器的输入端耦接与门的输出端。续流管开启时间计算电路被配置为：根据DC-DC变换器的输入电压和输出电压来计算DC-DC变换器的续流管开启时间，根据续流管开启时间来生成第二指示信号，并从续流管开启时间计算电路的输出端输出第二指示信号。

根据本公开的第三方面，提供了一种DC-DC变换器。该DC-DC变换器包括根据本公开的第一方面或者第二方面所述的续流管开启时间控制电路。

附图说明

为了更清楚地说明本公开的实施例的技术方案，下面将对实施例的附图进行简要说明，应当知道，以下描述的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制，其中：

图1示出了一种用于DC-DC变换器的续流管开启时间控制电路的示例性电路图；

图2示出了用于图1所示的续流管开启时间控制电路的一些信号的时序图；

图3示出了根据本公开的实施例的用于DC-DC变换器的续流管开启时间控制电路的示例性框图；

图4示出了根据本公开的实施例的用于DC-DC变换器的续流管开启时间控制电路的示例性电路图；

图5示出了根据本公开的实施例的用于DC-DC变换器的续流管开启时间控制电路的另一示例性电路图；以及

图6示出了用于图4所示的续流管开启时间控制电路的一些信号的时序图。

需要注意的是，附图中的元素是示意性的，没有按比例绘制。

具体实施方式

为了使本公开的实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本公开的实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，也都属于本公开保护的范围。

除非另外定义，否则在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本公开主题所属领域的技术人员所通常理解的相同含义。进一步将理解的是，诸如在通常使用的词典中定义的那些的术语应解释为具有与说明书上下文和相关技术中它们的含义一致的含义，并且将不以理想化或过于正式的形式来解释，除非在此另外明确定义。如在此所使用的，将两个或更多部分“连接”或“耦接”到一起的陈述应指这些部分直接结合到一起或通过一个或多个中间部件结合。另外，诸如“第一”和“第二”的术语仅用于将一个部件(或部件的一部分)与另一个部件(或部件的另一部分)区分开。

图1示出了一种用于DC-DC变换器的续流管开启时间控制电路200的示例性电路图。在图1中还示出了DC-DC变换器中的续流管限流电路100。续流管开启时间控制电路200耦接续流管限流电路100。续流管限流电路100包括：电流比较电路110、延时电路120、以及或门I0。电流比较电路110输出信号A。在流过续流管的电流(即，电感电流)降低到设定值时信号A翻转为低电平。延时电路输出信号B。在续流管开启时间达到最短续流管开启时间后输出信号B翻转为低电平，即延时电路的延时时长为最短续流管开启时间。信号A和信号B被提供给或门I0的两个输入端。在信号A和信号B都翻转为低电平的情况下，或门I0输出的限流指示信号LS_CL才翻转为低电平。换句话说，限流指示信号LS_CL翻转为低电平的时刻取决于信号A和信号B中更迟翻转为低电平的信号。如图2所示，可以用min_toff来表示最短续流管开启时间。

续流管开启时间控制电路200包括：续流管开启时间计算电路210、反相器I1和与门I2。续流管开启时间计算电路210用于根据DC-DC变换器的输入电压Vin和输出电压Vout来计算续流管开启时间。在续流管开启时间计满后，续流管开启时间计算电路210输出的第二指示信号Y翻转为高电平。限流指示信号LS_CL经过反相器I1取反后得到第一指示信号X。第一指示信号X与第二指示信号Y被提供给与门I2的两个输入端。在第一指示信号X与第二指示信号Y都处于高电平的情况下，与门I2输出的续流管开启时间控制信号P翻转为高电平。如果第一指示信号X处于低电平，则即使第二指示信号Y翻转为高电平，该高电平信号也将被屏蔽，直至第一指示信号X翻转为高电平才能使续流管开启时间控制信号P翻转为高电平。续流管开启时间控制信号P被用于控制DC-DC变换器的PWM信号。当续流管开启时间控制信号P翻转为高电平时，PWM信号才允许翻转为高电平，从而关闭续流管并开启功率管。这样，通过在续流管开启时间控制电路200中引入续流管限流电路100输出的限流指示信号LS_CL，可实现续流管开启时间控制电路200复用续流管限流电路100中的延时电路，从而节省DC-DC变换器的芯片面积。

本公开的发明人发现图1的方案存在如下缺点：续流管开启时间控制电路200复用了续流管限流电路100中的延时电路。由于两者不属于同一模块，限流指示信号LS_CL在版图上跨模块走线不可避免会带来延迟。参考图2，限流指示信号LS_CL在时刻T1出现上升沿，而第一指示信号X的下降沿比限流指示信号LS_CL的上升沿延迟了一个时间段td。在DC-DC变换器工作在大占空比的情况下，第二指示信号Y可能在这个时间段td内翻转为高电平。也就是说，第二指示信号Y翻转为高电平的时刻T2可能早于第一指示信号X翻转为低电平的时刻T3。在这种情况下，续流管开启时间控制信号P在时刻T2就提前翻转为高电平(实际设计是希望续流管开启时间控制信号P在时刻T4之后再翻转为高电平，以保证续流管至少开启时长达到min_toff)，导致PWM信号也提前翻转为高电平，从而提前关闭续流管。故续流管实际开启时间toff_real(时刻T1至时刻T2之间的时间段)远低于通过复用延时电路设置的最短续流管开启时间min_toff(时刻T1至时刻T4之间的时间段)，使最短续流管开启时间的设置失效，从而导致DC-DC变换器工作异常。

为此，本公开的实施例提出了一种用于DC-DC变换器的续流管开启时间控制电路。图3示出了根据本公开的实施例的用于DC-DC变换器的续流管开启时间控制电路300的示例性框图。续流管开启时间控制电路300可包括：延时信号复用控制电路320、续流管开启时间计算电路310、输出电路330、以及复位电路340。

延时信号复用控制电路320可耦接DC-DC变换器的续流管限流电路100的输出端，并接收从续流管限流电路100输出的限流指示信号LS_CL。延时信号复用控制电路320还可耦接输出电路330和复位电路340。延时信号复用控制电路320可被配置为：根据从DC-DC变换器的续流管限流电路100输出的限流指示信号LS_CL和来自复位电路340的复位信号Rst生成第一指示信号X。其中，第一指示信号X在延时信号复用控制电路320检测到限流指示信号LS_CL的第一跳变沿时翻转为有效电平。第一指示信号X在复位信号Rst处于有效电平的情况下复位成无效电平。在本公开的一些实施例中，第一跳变沿是下降沿。延时信号复用控制电路320检测到限流指示信号LS_CL的第一跳变沿的时间可能晚于限流指示信号LS_CL的第一跳变沿实际出现的时间。

续流管开启时间计算电路310可耦接延时信号复用控制电路320和输出电路330。续流管开启时间计算电路310可被配置为：根据DC-DC变换器的输入电压和输出电压来计算DC-DC变换器的续流管开启时间，并根据续流管开启时间来生成第二指示信号Y。在本公开的一些实施例中，续流管开启时间计算电路310可在DC-DC变换器的续流管开启时开始计时，在计时达到所计算的续流管开启时间(即，续流管开启时间计满)时第二指示信号Y翻转为有效电平，以指示达到计时时间。

输出电路330可耦接延时信号复用控制电路320、续流管开启时间计算电路310和复位电路340。输出电路330可被配置为：根据第一指示信号X和第二指示信号Y来生成续流管开启时间控制信号P。在本公开的一些实施例中，在第一指示信号X和第二指示信号Y都处于有效电平的情况下，续流管开启时间控制信号P处于有效电平。在第一指示信号X和第二指示信号Y中的任一者处于无效电平的情况下，续流管开启时间控制信号P处于无效电平。在本公开的一些实施例中，第一指示信号X、第二指示信号Y和续流管开启时间控制信号P的有效电平都是高电平。第一指示信号X、第二指示信号Y和续流管开启时间控制信号P的无效电平都是低电平。

复位电路340可耦接输出电路330和延时信号复用控制电路320。复位电路340可被配置为：根据续流管开启时间控制信号P来生成复位信号Rst。在本公开的一些实施例中，在续流管开启时间控制信号P处于有效电平的情况下，复位信号Rst处于有效电平。在续流管开启时间控制信号P处于无效电平的情况下，复位信号Rst处于无效电平。在本公开的一些实施例中，复位信号Rst的有效电平是低电平。复位信号Rst的无效电平是高电平。

图4示出了根据本公开的实施例的用于DC-DC变换器的续流管开启时间控制电路400的示例性电路图。延时信号复用控制电路420可包括：第一反相器I1、以及D触发器I4。其中，第一反相器I1的输入端可耦接续流管限流电路100的输出端，从而被提供限流指示信号LS_CL。第一反相器I1的输出端耦接D触发器I4的时钟信号端CLK。D触发器I4的数据输入端D耦接D触发器I4的反相输出端QN。D触发器I4的复位端RN耦接复位电路440的输出端，从而被提供复位信号Rst。从D触发器I4的同相输出端Q输出第一指示信号X。在本公开的一些实施例中，D触发器I4是上升沿触发的D触发器。

输出电路430可包括与门I2。其中，与门I2的第一输入端耦接D触发器I4的同相输出端Q，从而被提供第一指示信号X。与门I2的第二输入端耦接续流管开启时间计算电路310，从而被提供第二指示信号Y。从与门I2的输出端输出续流管开启时间控制信号P。续流管开启时间控制信号P可用于生成PWM信号，从而控制续流管的开启时间。

复位电路440可包括：第二反相器I3。其中，第二反相器I3的输入端耦接输出电路430的输出端，从而被提供续流管开启时间控制信号P。从第二反相器I3的输出端输出复位信号Rst。

本领域技术人员应理解，图4中的延时信号复用控制电路420的内部结构是示例性的，还可以通过其他电路来实现延时信号复用控制电路420。本公开的实施例不限制延时信号复用控制电路420的具体实现方式。图5示出了根据本公开的实施例的用于DC-DC变换器的续流管开启时间控制电路500的另一示例性电路图。在图4的示例的基础上，延时信号复用控制电路520可以只包括D触发器I4。其中，D触发器I4的时钟信号端CLK直接被提供限流指示信号LS_CL。D触发器I4的数据输入端D耦接D触发器I4的反相输出端QN。D触发器I4的复位端被提供复位信号Rst。从D触发器I4的输出端输出第一指示信号X。在图5的示例中，D触发器I4是下降沿触发的D触发器I4。

下面结合图6的时序图来说明根据本公开的实施例的续流管开启时间控制电路400的工作过程。

在T1时刻，限流指示信号LS_CL翻转为高电平。限流指示信号LS_CL由于跨模块传输，因此在其到达续流管开启时间控制电路400中的第一反相器I1的输入端时存在延时td。如图6所示，在T3时刻D触发器I4才检测到第一反相器I1输出的时钟信号CLK的下降沿。T3时刻与T1时刻之间的时间差为td。由于图4所示的D触发器I4是上升沿触发的，因此，在td时间段内，D触发器I4的同相输出端Q输出的第一指示信号X保持为低电平。在时钟信号CLK翻转为高电平之前，第二指示信号Y的高电平一直被屏蔽，不会使得续流管开启时间控制信号P翻转为高电平。

在T5时刻，时钟信号CLK翻转为高电平(D触发器I4检测到时钟信号CLK的上升沿)，D触发器I4被触发。由于D触发器I4的数据输入端D与D触发器I4的反相输出端QN相连，因此反相输出端QN在复位状态下被赋的高电平通过数据输入端D传输到同相输出端Q。这样D触发器I4从同相输出端Q输出的第一指示信号X翻转为高电平。在该时刻，第一指示信号X和第二指示信号Y都处于高电平，使得续流管开启时间控制信号P也翻转为高电平，从而允许PWM信号翻转为高电平以关闭续流管并开启功率管。高电平的续流管开启时间控制信号P经过第二反相器I3后向D触发器I4的复位端RN提供低电平，D触发器I4被复位。因此，第一指示信号X翻转为低电平，从而使得续流管开启时间控制信号P也翻转为低电平，D触发器I4的复位端RN被提供高电平，D触发器I4重新进入工作状态。等待下一次续流管开启期间内时钟信号CLK的上升沿到来时D触发器I4才再次被触发。

在这种情况下，续流管实际开启时间toff_real(时刻T1至时刻T5之间的时间段)不会低于通过复用延时电路设置的最短续流管开启时间min_toff(时刻T1至时刻T4之间的时间段)，因此，最短续流管开启时间的设置是有效的，不会提前关闭续流管。

根据本公开实施例的用于DC-DC变换器的续流管开启时间控制电路采用边沿触发的方式复用续流管限流电路内的延时电路，能够避免在DC-DC变换器工作在大占空比的情况下续流管开启时间控制电路通过电平触发的方式复用续流管限流电路内的延时电路所引起的续流管提前关闭的风险。根据本公开实施例的用于DC-DC变换器的续流管开启时间控制电路能够在节省DC-DC变换器的芯片面积的同时保持DC-DC变换器的稳定性。

除非上下文中另外明确地指出，否则在本文和所附权利要求中所使用的词语的单数形式包括复数，反之亦然。因而，当提及单数时，通常包括相应术语的复数。相似地，措辞“包含”和“包括”将解释为包含在内而不是独占性地。同样地，术语“包括”和“或”应当解释为包括在内的，除非本文中明确禁止这样的解释。在本文中使用术语“示例”之处，特别是当其位于一组术语之后时，所述“示例”仅仅是示例性的和阐述性的，且不应当被认为是独占性的或广泛性的。

适应性的进一步的方面和范围从本文中提供的描述变得明显。应当理解，本申请的各个方面可以单独或者与一个或多个其它方面组合实施。还应当理解，本文中的描述和特定实施例旨在仅说明的目的并不旨在限制本申请的范围。

以上对本公开的若干实施例进行了详细描述，但显然，本领域技术人员可以在不脱离本公开的精神和范围的情况下对本公开的实施例进行各种修改和变型。本公开的保护范围由所附的权利要求限定。