一种电压转换电路及其控制电路和控制方法

技术领域

本发明涉及一种电子电路，特别地，涉及电压转换电路中的控制电路。

背景技术

图1示出了现有的电压转换电路10，包括反馈电路101、误差放大电路102、开关控制电路103和功率电路104。所述反馈电路101接收开关电路10的输出电压Vout，并基于输出电压Vout产生与输出电压Vout成比例的反馈电压Vfb。所述误差放大电路102将反馈电压Vfb与基准电压Vref相比较，得到两者之间的反馈调整信号Vcomp。该反馈调整信号Vcomp代表目标输出电压与实际输出电压之间的误差。所述开关控制电路103接收反馈调整信号Vcomp，并且基于反馈调整信号Vcomp生成开关控制信号G1来控制功率电路104中的功率开关的导通和关断，进而控制电压转换电路10的输出功率Pout。

图2示出了现有的电压转换电路10的反馈调整信号Vcomp与输出功率Pout 之间的关系示意图。通常来讲，反馈调整信号Vcomp反映了输出功率Pout的大小，即输出功率Pout越大，反馈调整信号Vcomp越大。在部分应用中，为了提高电压转换电路10的轻载效率，电压转换电路10根据输出功率Pout来判断负载状态，并且在轻载时，使电路工作在打嗝模式(Burst模式)。

发明内容

本发明的目的在于调整电压转换电路中的反馈调整信号在超轻载模式下的值，从而进一步提高电压转换电路的轻载效率。

依据本发明一实施例的一种电压转换电路的控制电路，包括：反馈调整信号产生电路，接收表征电压转换电路的输出电压的反馈电压，并且基于反馈电压，输出反馈调整信号；迟滞比较电路，接收电压转换电路的输出功率信号、进入超轻载功率阈值和退出超轻载功率阈值，并且基于输出功率信号与进入超轻载功率阈值、退出超轻载功率阈值的比较，输出选择信号；选择电路，接收反馈调整信号、超轻载反馈表征值和选择信号，并且基于选择信号，输出反馈调整信号或超轻载反馈表征值作为选定反馈调整信号；以及开关控制电路，接收选定反馈调整信号，并且基于选定反馈调整信号，输出开关控制信号；其中所述退出超轻载功率阈值大于所述进入超轻载功率阈值，并且所述超轻载反馈表征值大于输出功率信号等于退出超轻载功率阈值时的反馈调整信号。

在一个实施例中，所述电压转换电路的输出功率信号用反馈调整信号来替代，所述进入超轻载功率阈值和退出超轻载功率阈值分别用进入超轻载反馈阈值和退出超轻载反馈阈值来替代，并且所述进入超轻载反馈阈值小于所述退出超轻载反馈阈值；以及所述迟滞比较电路，接收反馈调整信号、进入超轻载反馈阈值和退出超轻载反馈阈值，并且基于反馈调整信号与进入超轻载反馈阈值、退出超轻载反馈阈值的比较，输出选择信号。

依据本发明一实施例的一种电压转换电路，包括前述控制电路，还包括反馈电路，接收电压转换电路的输出电压，并且基于所述输出电压输出反馈电压。

依据本发明一实施例的一种电压转换电路的控制方法，包括：基于电压转换电路的输出电压生成反馈调整信号；将电压转换电路的输出功率信号与进入超轻载功率阈值和退出超轻载功率阈值相比较，在输出功率信号小于进入超轻载功率阈值时，基于超轻载反馈表征值来调节开关控制信号，进而控制电压转换电路的功率电路的通断，在输出功率信号大于退出超轻载功率阈值时，基于反馈调整信号来调节开关控制信号，进而控制电压转换电路的功率电路的通断；其中，所述退出超轻载功率阈值大于所述进入超轻载功率阈值，所述超轻载反馈表征值大于当所述输出功率信号等于退出超轻载功率阈值时对应的反馈调整信号。

在一个实施例中，将电压转换电路的输出功率信号与进入超轻载功率阈值和退出超轻载功率阈值相比较包括：采用反馈调整信号来表征输出功率信号，同时采用进入超轻载反馈阈值来表征进入超轻载功率阈值，采用退出超轻载反馈阈值来表征退出超轻载功率阈值。

附图说明

图1示出了现有的电压转换电路10；

图2示出了现有的电压转换电路10的反馈调整信号Vcomp与输出功率Pout 之间的关系示意图；

图3示出了根据本发明一实施例的电压转换电路的反馈调整信号Vcomp与输出功率Pout之间的关系示意图；

图4示出了根据本发明一实施例的电压转换电路40的电路结构示意图；

图5示出了根据本发明一实施例的电压转换电路50的电路结构示意图；

图6示出了根据本发明一实施例的电压转换电路的控制方法60的流程示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，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发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，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发明至少一个实施例中。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3示出了根据本发明一实施例的电压转换电路的反馈调整信号Vcomp与输出功率Pout之间的关系示意图。在本发明实施例中，当电压转换电路的输出功率Pout减小至进入超轻载功率阈值P1时，所述电压转换电路进入超轻载模式，此时，预设的超轻载反馈表征值Vcomp_con用于替代表征输出功率Pout的反馈调整信号Vcomp来调节开关控制信号G1。当电压转换电路的输出功率Pout 增大至退出超轻载功率阈值P2时，所述电压转换电路退出超轻载模式，此时，表征输出功率Pout的反馈调整信号Vcomp用于调节开关控制信号G1。在一个实施例中，所述进入超轻载功率阈值P1小于退出超轻载功率阈值P2。

在一个实施例中，所述超轻载模式为打嗝模式，即Burst模式。在该模式下，间隔一段时长，功率电路才开通一次，给负载提供能量。

在一个实施例中，所述电压转换电路包括三种工作模式，连续开关模式、跳跃开关模式和打嗝模式。在连续开关模式下，所述电压转换电路根据负载来控制功率电路的通断。在跳跃开关模式下，所述电压转换电路在每连续N个开关周期后插入一段闲置时长，即功率电路关断的时长。打嗝模式与跳跃开关模式相似，区别点在于打嗝模式下插入的闲置时长更长。所述功率电路的导通即是指功率电路使电压转换电路的输入和输出之间形成通路，关断则是指电压转换电路的输入和输出之间没有通路。

在部分实施例中，所述电压转换电路包括两种工作模式，即连续开关模式和打嗝模式。而在部分实施例中，所述电压转换电路包括跳跃开关模式和打嗝模式这两种工作模式。

在一个实施例中，所述电压转换电路的输出功率Pout在打嗝模式下的计算方式如下：

其中T

在一个实施例中，所述电压转换电路的输出功率Pout在连续开关模式下的计算方式如下：

其中T

应当理解，电压转换电路的工作模式是根据应用的需要而选择的，并且通常是根据负载的轻重，即输出功率Pout的大小，来决定进入不同的工作模式。负载的轻重为相对概念，本领域普通技术人员可以根据应用的需要而决定负载的轻重阈值，也就是说进入超轻载功率阈值P1和退出超轻载功率阈值P2的值是根据应用需要来选择的。

在图3中，当输出功率Pout小于进入超轻载功率阈值P1时，所述电压转换电路进入第一工作模式，即打嗝模式，当输出功率Pout大于退出超轻载功率阈值P2时，所述电压转换电路进入第二工作模式。所述第二工作模式可以是连续开关模式，也可以是跳跃开关模式。

在一个实施例中，所述超轻载反馈表征值Vcomp_con为一常数，且其值大于当输出功率Pout等于退出超轻载功率阈值P2时的反馈调整信号Vcomp。所述超轻载反馈表征值Vcomp_con越大，电压转换电路的效率越高，输出电压纹波越大，反之，则电压转换电路的效率越低，输出电压纹波越小。在部分实施例中，所述超轻载反馈表征值Vcomp_con也可以是与表征输出电压Vout的反馈电压Vfb相关的可变值，且其值大于当输出功率Pout等于退出超轻载功率阈值 P2时的反馈调整信号Vcomp，例如Vcomp_con的值可以是Vfb×A+B，所述A和B为常数，且可以根据应用的具体参数来选择。

应当理解，电压转换电路的输出功率Pout是提供给其负载的功率。在本发明实施例的具体电路中，所述电压转换电路的输出功率Pout表现为输出功率信号Po。所述输出功率信号Po可以根据前述公式(1)和(2)，或其他适用的计算方式，采用Verilog或VHDL等数字描述语言生成数字电路来计算得到。并且，所述输出功率信号Po可以以电压或电流等任何信号形式来表征输出功率 Pout，在数值上也可以是与前述公式(1)和(2)计算得到的输出功率Pout为相同或成比例关系，或是其他任何已知的可以反映输出功率Pout的信号关系形式。当输出功率信号Po与输出功率Pout成比例关系时，所述进入超轻载功率阈值P1和退出超轻载功率阈值P2也相应地按比例调整。应当理解，进入超轻载功率阈值P1和退出超轻载功率阈值P2是用于区分电压转换电路的负载状态，以便决定与负载状态相对应的工作模式，其信号形式和取值可以对应于输出功率Pout，也可以对应于表征了输出功率Pout的输出功率信号Po。

图4示出了根据本发明一实施例的电压转换电路40的电路结构示意图。如图4所示，所述电压转换电路40包括控制电路400和功率电路406。所述控制电路400包括：反馈调整信号产生电路402，接收反馈电压Vfb，并且基于反馈电压Vfb，输出反馈调整信号Vcomp；迟滞比较电路403，接收输出功率信号Po、进入超轻载功率阈值P1和退出超轻载功率阈值P2，并且基于输出功率信号Po 分别与进入超轻载功率阈值P1和退出超轻载功率阈值P2的比较，输出选择信号S1；选择电路404，接收反馈调整信号Vcomp、超轻载反馈表征值Vcomp_con 和选择信号S1，并且基于选择信号S1，输出反馈调整信号Vcomp或超轻载反馈表征值Vcomp_con作为选定反馈调整信号Vadj；以及开关控制电路405，接收选定反馈调整信号Vadj，并且基于选定反馈调整信号Vadj，输出开关控制信号G1。

所述功率电路406包括至少一个主功率开关。所述开关控制信号G1用于控制功率电路406中的主功率开关。所述功率电路406可以包括现有的任意开关拓扑，例如BUCK、BOOST、BUCK-BOOST和FLYBACK等。所述功率电路 406还可以包括功率驱动电路。以BUCK电路为例，所述开关控制信号G1经过功率驱动电路放大功率后，用于控制BUCK电路的上拉功率开关和下拉功率开关交替通断。当BUCK电路的上拉功率开关导通，下拉功率开关关断时，电压转换电路的输入和输出通过上拉功率开关形成通路，此时功率电路406为导通状态，反之则功率电路406为关断状态。

在一个实施例中，所述电压转换电路40还包括反馈电路401，接收输出电压Vout，基于输出电压Vout，输出表征输出电压Vout的反馈电压Vfb。在一个实施例中，所述反馈电路401包括电阻分压网络，所述反馈电压Vfb与输出电压Vout成正比例。在其他实施例中，所述反馈电路401也可能包括电阻电容网络或TL431器件等。所述反馈电路401可与控制电路400集成于同一模块或同一芯片，也可以是分立元器件。

在一个实施例中，所述反馈调整信号产生电路402包括误差放大器。所述误差放大器接收反馈电压Vfb和基准电压Vref(未在图中示出)，并且对反馈电压Vfb与基准电压Vref之间的误差进行放大，得到反馈调整信号Vcomp。

在部分实施例中，所述反馈调整信号产生电路402包括其他计算电路。在一个实施例中，所述反馈调整信号Vcomp与反馈电压Vfb成线性关系，即： Vcomp＝K1×Vfb+K2，其中所述K1和K2为常数，且K1大于0。在一个实施例中，所述反馈调整信号Vcomp与反馈电压Vfb之间具有如下关系：Vcomp＝Vfb- K3，所述K3为大于0的常数。本领域普通技术人员可根据系统应用参数来选择K1、K2和K3的值。所述反馈调整信号产生电路402可通过传统的模拟电路来实现，也可以采用VHDL，Verilog等数字描述语言，用数字电路来实现。

在一个实施例中，所述迟滞比较电路403包括迟滞比较器，接收输出功率信号Po、进入超轻载功率阈值P1和退出超轻载功率阈值P2，输出选择信号S1。在输出功率信号Po小于进入超轻载功率阈值P1时，所述选择信号S1具有第一电平，表征电压转换电路40工作于第一工作模式，在输出功率信号Po大于退出超轻载功率阈值P2时，所述选择信号S1具有第二电平，表征电压转换电路 40工作于第二工作模式。在一个实施例中，所述第一电平为高电平，所述第二电平为低电平。应当理解，选择信号S1的电平形式可以根据应用需要选择，或者通过信号的其他状态，例如上升沿下降沿等，来区分选择信号的不同状态也可以适用。在一个实施例中，所述进入超轻载功率阈值P1小于退出超轻载功率阈值P2。

在一个实施例中，所述选择电路404包括多路选择器，接收反馈调整信号 Vcomp、超轻载反馈表征值Vcomp_con和选择信号S1。当所述选择信号S1表征输出功率信号Po小于进入超轻载功率阈值P1时，所述选择信号S1选择输出超轻载反馈表征值Vcomp_con作为选定反馈调整信号Vadj，提供给开关控制电路405。当所述选择信号S1表征输出功率信号Po大于退出超轻载功率阈值P2 时，所述选择信号选择输出反馈调整信号Vcomp作为选定反馈调整信号Vadj，提供给开关控制电路405。

在一个实施例中，所述开关控制电路405包括任意基于反馈调整信号Vcomp 产生开关控制信号G1的电路，例如PWM控制电路、PFM控制电路或PWM/PFM 控制电路。所述开关控制电路405也可以采用任意控制模式，如电压控制模式，峰值电流控制模式，平均电流控制模式等。任意基于反馈调整信号Vcomp来产生开关控制信号G1的开关控制电路均可以用于本发明。

图5示出了根据本发明一实施例的电压转换电路50的电路结构示意图。如图5所示，所述电压转换电路50包括控制电路500和功率电路406。所述控制电路500包括：反馈调整信号产生电路402，接收反馈电压Vfb，并且基于反馈电压Vfb，输出反馈调整信号Vcomp；迟滞比较电路503，接收反馈调整信号 Vcomp、进入超轻载反馈阈值VL和退出超轻载反馈阈值VH，并且基于反馈调整信号Vcomp与进入超轻载反馈阈值VL、退出超轻载反馈阈值VH的比较，输出选择信号S1；选择电路404，接收反馈调整信号Vcomp、超轻载反馈表征值Vcomp_con和选择信号S1，并且基于选择信号S1，输出反馈调整信号Vcomp 或超轻载反馈表征值Vcomp_con作为选定反馈调整信号Vadj；以及开关控制电路405，接收选定反馈调整信号Vadj，并且基于选定反馈调整信号Vadj，输出开关控制信号G1。

在一个实施例中，所述迟滞比较电路503包括迟滞比较器，接收反馈调整信号Vcomp、进入超轻载反馈阈值VL和退出超轻载反馈阈值VH，输出选择信号S1。在所述反馈调整信号Vcomp小于进入超轻载反馈阈值VL时，所述选择信号S1具有第一电平，表征电压转换电路50工作于第一工作模式，在所述反馈调整信号Vcomp大于退出超轻载反馈阈值VH时，所述选择信号S1具有第二电平，表征电压转换电路50工作于第二工作模式。在一个实施例中，所述进入超轻载反馈阈值VL小于所述退出超轻载反馈阈值VH。

在图5实施例中，所述反馈调整信号Vcomp用于表征电压转换电路的输出功率Pout。所述进入超轻载反馈阈值VL对应于输出功率Pout等于进入超轻载功率阈值P1时的Vcomp的值，所述退出超轻载反馈阈值VH对应于输出功率 Pout等于退出超轻载功率阈值P2时的Vcomp的值。应当理解，在其他实施例中，电压转换电路的其他参数，例如负载电流、开关频率等也可以用于表征输出功率Pout来判断电压转换电路的工作模式。

图6示出了根据本发明一实施例的电压转换电路的控制方法60的流程示意图。所述控制方法60包括：

步骤601：基于电压转换电路的输出电压Vout生成反馈调整信号Vcomp；

步骤602：将电压转换电路的输出功率信号Po与进入超轻载功率阈值P1和退出超轻载功率阈值P2相比较，在输出功率信号Po小于进入超轻载功率阈值 P1时，跳转到步骤603，在输出功率信号Po大于退出超轻载功率阈值P2时，跳转到步骤604；

步骤603：基于超轻载反馈表征值Vcomp_con来调节开关控制信号G1，进而控制电压转换电路的功率电路的通断；以及

步骤604：基于反馈调整信号Vcomp来调节开关控制信号G1，进而控制电压转换电路的功率电路的通断；

其中，所述退出超轻载功率阈值P2大于所述进入超轻载功率阈值P1，所述超转换反馈表征值Vcomp_con的值大于当输出功率信号Po等于进入超轻载功率阈值P1时的反馈调整信号Vcomp，并大于当输出功率信号Po等于退出超轻载功率阈值P2的反馈调整信号Vcomp。

在一个实施例中，所述超轻载反馈表征值Vcomp_con为恒定值。

在一个实施例中，所述超轻载反馈表征值Vcomp_con与表征电压转换电路的输出电压Vout的反馈电压Vfb成线性关系。

在一个实施例中，所述反馈调整信号Vcomp表征电压转换电路的输出功率信号Po，所述步骤602中，所述反馈调整信号Vcomp与进入超轻载反馈阈值 VL和退出超轻载反馈阈值VH相比较，在反馈调整信号Vcomp小于进入超轻载反馈阈值VL时，跳转到步骤603，在反馈调整信号Vcomp大于退出超轻载反馈阈值VH时，跳转到步骤604。所述进入超轻载反馈阈值VL对应于输出功率信号Po等于进入超轻载功率阈值P1时的Vcomp的值，所述退出超轻载反馈阈值VH对应于输出功率信号Po等于退出超轻载功率阈值P2时的Vcomp的值。

虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，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。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，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。