[发明专利]一种DC-DC转换器的环路控制系统及控制方法

说明书

本发明公开了一种DC‑DC转换器的环路控制系统及控制方法，该系统包括依次连接的分压反馈网络、误差放大器、PWM产生电路、逻辑控制电路和功率输出级，所述误差放大器的输出端和逻辑控制电路的输入端之间连接有振荡器控制电路，所述功率输出级的输出端连接分压反馈网络，所述逻辑控制电路的输入端还连接有轻载占空比控制模块。本环路控制系统有效解决了DC‑DC转换器在轻载下功率损耗高、效率低的问题，使CCM连续导通模式进入到DCM非连续导通模式的过程更加平滑，并且进入DCM后，系统的稳定性亦更好，有效减小了轻载的输出纹波。

技术领域

本发明涉及DC-DC电压转换器，尤其涉及一种DC-DC转换器的环路控制系统及控制方法。

背景技术

DC-DC转换器已经大规模的应用在各个领域，成为人们生活必不可少的一部分。其中，固定频率控制方式由于纹波小，稳定性好，广泛的应用在各类电子产品中，如电压模式和电流模式。

电压模式和电流模式DC-DC转换器作为固定工作频率的一类产品，往往在重载下采用PWM(pulse width modulation)控制方式，可以实现很好的稳定性和较高效率。但是随着负载变轻，PWM固定频率的控制方式会产生较大的功率损耗，导致轻负载电流的状况下效率很低。随着节能理念的不断进步，电子产品中对于整个负载范围的效率要求日益提高，轻负载下的效率问题逐渐凸显。于是，业界涌现不少关于改善轻负载电流状况下效率的控制方式，如PFM(pulse frequency modulation)模式就是固定工作频率的DC-DC转换器中常见的轻载控制方式。

但是传统的PFM模式存在几个显著的问题，首先输入电压至输出电压不同转换比例时，系统由CCM连续导通模式进入到DCM非连续导通模式的负载电流点并不一致，并导致在某些过渡区间的效率并未达到最佳；另外，CCM进入DCM的过程并不能较为平滑的过渡，进入DCM后，系统的稳定性并不好，容易出现双脉冲pulse或者多脉冲pulse，导致VOUT输出电压在DCM工作下的纹波过大。

如图1所示，系统为一个固定频率控制的DC-DC BUCK转换器。其中，具有一个EA误差放大器，一个PWM产生电路输出一个PWM信号，一个振荡器控制电路通过将误差放大器的输出信号COMP和一个基准电压VREF2进行比较器控制振荡器输出系统的振荡信号OSC，逻辑控制电路产生驱动信号DRV，以及驱动电路接受逻辑控制电路的DRV信号输出驱动上臂MOS和下臂MOS的驱动信号UG，LG和功率级模块通过上臂MOS和下臂MOS切换通过LC网络产生系统所需要的输出电压VOUT。系统的重载模式下，系统的duty(占空比信号)信号由EA误差放大器，PWM产生电路，以及OSC模块共同控制产生；而在系统进入轻载的节能模式下，系统为了降低损耗，提高效率，会去降低系统的等效工作频率。透过轻载判断电路比较器产生PFM信号来判断系统是否进入了轻载模式。PFM信号通过控制系统OSC信号产生或者停止工作来实现等效工作频率的降低。

如图2所示，为工作时序图，在重载下，系统工作的PWM模式下，可以拥有定频所具有的一些优点：稳定性，效率高；系统检测到轻载变轻后，将会进入PFM模式。在PFM模式下，由于只有COMP信号和VREF2比较产生一个PFM信号来控制系统是否输出驱动信号。因为COMP信号一般为由补偿网络构成的等效低通滤波器的输出，故COMP对VOUT的变化会有很大延迟响应，COMP电压震荡幅度较大，故轻载下的duty控制有一定的随机性，提供给输出端的能量亦不确定，比较容易出现double pulse以及多pulse，VOUT的纹波较大，系统的稳定性不好，并且系统的频率并不是稳定逐步随着负载变化而变化。

发明内容

本发明为了解决现有DC-DC转换器在轻载下功率损耗高、效率低、输出纹波大和系统稳定性差的问题，提供了一种DC-DC转换器的环路控制系统及控制方法，有效解决了DC-DC转换器在轻载下功率损耗高、效率低的问题，使CCM连续导通模式进入到DCM非连续导通模式的过程更加平滑，并且进入DCM后，系统的稳定性更好，有效减小了轻载的输出纹波。