[发明专利]一种Boost控制器及Boost变换器

说明书

技术领域

本发明属于电源技术领域，具体涉及一种Boost控制器及Boost变换器。

背景技术

Boost变换器作为基本的DC/DC变换器之一，能够实现从低电压电源变换到高电压电源，该变换器具有体积小、结构简单、变换效率高等优点，因而得到广泛的应用。Boost变换器由开关器件构成的功率级和控制电路两部分组成，控制电路一般需要在Boost变换器上增加负反馈构成闭环系统以提高输出精度和动态响应性能。所以，控制方法的选择和设计实现对开关电源的性能十分重要。

传统的电压控制型Boost变换器对输出电压进行采样，并作为反馈信号实现闭环控制，是一种单环控制系统。如图1所示，Boost变换器的输出电压vout经由电阻R1和R2构成的分压网络后生成采样信号vfb输入到误差放大器的反相端，其与参考电压vref之间的差值经误差放大器放大后最终产生误差信号ea，在变换器处于稳态时，ea小信号分量与差值“vref-vfb”成正比。误差信号ea和一个锯齿波信号比较后产生与ea信号电平相关的脉冲宽度信号，即晶体管M的栅极驱动信号的宽度受误差信号ea的电平调制。该反馈机制保证了变换器输出电压vout的稳定。值得注意的是，锯齿波信号ramp的频率可以固定，也可以根据情况是变动的，那么就分别对应着PWM或PFM两种控制机制，甚至可以是同时支持在PWM和PFM间切换。

从图1可知，Boost变换器的控制系统是一个负反馈控制系统，而负反馈电路要求反馈到输入端的输出信号变化量与原输入信号同相。但由于开关延迟和电路中电抗性元件的存在，不可避免的引入了随频率变化的附加相移，当这一相移增大到180°且此时系统的增益大于1时负反馈就变成了正反馈，系统将变得不稳定。此外，噪声干扰下的各分量经过输出滤波器、误差放大器和驱动产生等各环节后，增益和相位都会发生变化。所以，开关变换器稳定工作的条件就是避免电路出现振荡，即在附加相移为（2n+1）×180°的情况下，满足环路增益小于0dB。这一条件的满足必须依赖精心设计的环路补偿电路。如图2所示，电抗元件Z1和Z2构成补偿环节。实际中补偿网络的确定是比较复杂的，一般分两个步骤完成：1）推导出不含补偿网络情况下控制输出到反馈输入的传递函数并画出Bode图；2）确定补偿网络类型及其参数，最终，由实验来验证或者修正该参数。上述工作复杂繁琐。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种全新而简洁的Boost控制器和Boost变换器，Boost控制器根据负载变化情况动态调整环路的调制类型，在脉冲宽度调制和脉冲频率调制这两种调制方式间自动切换，在满足环路输出相应速度要求的同时最大程度降低了变换器整体的功耗水平。

本发明实施例是这样实现的，一种Boost控制器，包括第一脉冲信号发生单元、第一比较单元、选择单元、软启动单元、第二脉冲信号发生单元、第二比较单元、触发单元和缓冲单元，其中第一脉冲信号发生单元根据自身内部寄存器设置输出重载下开关脉冲控制信号和轻载下开关脉冲控制信号给选择单元，以及输出软启动开关脉冲控制信号至软启动单元；第一比较单元根据输出电压的采样反馈信号和内部参考电压的比较结果控制选择单元选择性输出重载下开关脉冲控制信号和轻载下开关脉冲控制信号；选择单元接收第一信号产生单元输出的重载下开关脉冲控制信号和轻载下开关脉冲控制信号，然后根据第一比较单元输出的控制信号类型对应输出重载下开关脉冲控制信号或者轻载下开关脉冲控制信号给触发单元；软启动单元根据第一信号产生单元输出的软启动开关脉冲控制信号输出软启动控制电压信号给第二比较单元；第二脉冲信号发生单元产生预设斜率的锯齿波信号，然后发送给第二比较单元；第二比较单元根据软启动控制电压信号和锯齿波信号的大小比较结果，输出固定频率的脉冲信号给触发单元；触发单元，其置位端接收选择单元输出的重载下开关脉冲控制信号或者轻载下开关脉冲控制信号给触发单元，其复位端接收第二比较单元输出的固定频率的脉冲信号，输出信号给缓冲单元；缓冲单元用于放大触发单元输出的信号然后输出。

一实施例中，当输出电压的采样反馈信号的幅值大于内部参考电压的幅值时，第一比较单元发送输出轻载下开关脉冲控制信号给选择单元；当输出电压的采样反馈信号的幅值小于内部参考电压的幅值但是大于内部参考电压的幅值减去预设电压阈值之差时，第一比较单元发送输出轻载下开关脉冲控制信号给选择单元；当输出电压的采样反馈信号的幅值小于内部参考电压的幅值减去预设电压阈值之差时，第一比较单元发送输出重载下开关脉冲控制信号给选择单元。