[发明专利]一种开关变换器的恒频固定关断时间控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及采用基于输出电压纹波控制的开关电源，特别涉及使用固定关断时间控制的开关电源及其装置。 

背景技术

随着电力电子技术的大力发展，开关电源的应用领域越来越广泛，种类繁多的电子设备对电源的要求也越来越高。开关电源能满足各种应用场合的需求，与控制方式的选取密切相关。在电力电子技术快速发展的时代下，开关DC-DC变换器的控制技术也取得了丰富的成果。根据不同的应用场合，开关变换器可以采用不同的控制方式，以使开关电源获得最佳的工作性能。开关变换器的输出控制是通过控制电路调节功率开关器件的导通时间来实现的。按照占空比的实现方式，开关变换器的控制方式主要有固定频率控制和可变频率控制。固定频率控制也即传统的脉冲宽度调制（PWM）技术，传统的PWM控制技术轻载效率低，动态响应速度慢。而可变频率控制开关变换器虽然具有良好的瞬态响应速度，也克服了轻载效率低的缺点，但是稳压精度差，可变的开关频率也给滤波器的设计带来了很大的困难。因此，若能够改善可变频率控制开关变换器开关频率可变的不足将会极大的拓展可变频控制技术的应用范围，同时也有利于可变频控制芯片的集成与推广。

固定关断时间(Fixed off time, FOT)控制方法是一种变频、非线性调制方法。其工作原理为：当开关变换器输出电压瞬时值vo(t)到达参考电压Vref时，比较器输出VS为高电平窄脉冲电压，RS触发器/Q端输出VD为低电平电压，开关管S关断，vo开始下降。S的关断时间由关断定时器决定，当固定关断时间TOFF后，关断定时器输出VR为一个高电平窄脉冲电压，使RS触发器/Q端VD为高电平电压，S转为导通状态，vo上升。当vo上升到Vref时，S再次关断，进入下一个开关控制周期。固定关断时间(Fixed off-time, FOT)控制技术属于脉冲频率调制(PFM)技术的一种。它与PWM电压型控制技术相比，稳压精度稍差，但具有更快的瞬态响应速度和更高的轻载效率。FOT控制器的结构简单，不需要环路补偿，在负载较轻情况下效率高，稳定性好，因此固定关断时间(FOT)控制技术比较适用于中小功率LED电源驱动IC。

然而，目前使用基于固定关断时间控制的开关变换装置还存在如下不足：FOT控制技术属于变频控制的范畴，其变化的开关频率会影响到开关电源的损耗，且不利于开关电源EMI滤波器的综合设计，此外由开关电源引入的噪声频率也会随之变化，若不加以控制，严重的甚至会导致开关频率进入音频范围。因而在很大程度上限制了FOT控制电路的集成与推广。

发明内容

本发明的目的是通过在FOT控制方法中加入输入输出电压反馈调节环路，解决开关电源工作频率随输入输出电压变化的问题。

本发明的为解决其技术方法是： 

一种开关变换器的恒频固定关断时间控制装置，包括功率电路和控制电路，所述功率电路包括输入、开关装置、滤波装置和输出，输入连接到开关装置，经过开关装置后传输到滤波装置，经过滤波装置的作用后进入输出，所述控制电路包括输出电压检测装置、基准电压、比较器、RS触发器、可调关断定时器和驱动电路，输出连接至输出电压检测装置，输出电压检测装置和基准电压都连接到比较器，后传输到RS触发器，再经过驱动电路连接至开关装置。所述控制电路还包括输入输出电压反馈调节回路，所述输入输出电压反馈调节回路包括输入电压检测装置、输出电压检测装置、减法电路以及除法器，输入连接至输入电压检测装置，输出连接至输出电压检测装置，输入电压检测装置和输出电压检测装置都连接至减法电路，同时输入电压检测装置和减法电路连接到除法器，除法器输出以及RS触发器输出连接至可调关断定时器，可调关断定时器的输出连接至RS触发器的输入端。

作为本发明的进一步改进，所述功率电路具体包括开关管S、二极管D、电容C、负载R、电感L，输入电压的正极与开关管S的漏极相接，负极与二极管D的阳极、电容C的一端和负载R的一端相接，与负载R连接的一端输出负极，开关管S的源极与二极管D的阴极和电感L的一端相接，电感L的另一端与电容C的一端和负载R的一端相接，与负载R连接的一端输出正极。

作为本发明的进一步改进，所述控制电路具体包括比较器、RS触发器、可调关断定时器、减法电路、除法器，所述输出正极与比较器的正端相连，比较器的负端连接基准电压，比较器的输出端与RS触发器的S端相连，RS触发器的                                               端通过驱动电路与开关管S的栅极连接，R端和Q端都与可调关断定时器连接。