一种ACOT模式开关电源的Ton发生器及开关电源

本发明涉及集成电路，具体涉及一种acot模式开关电源的ton发生器及开关电源。

背景技术：

1、随着电子技术的发展，在工作期间，开关电源可采用多种控制方式，例如电压模式控制、电流模式控制或者恒定导通时间控制等。其中，恒定导通时间控制由于无需额外的环路补偿网络和更快速的瞬态响应特性被广泛用于高性能的开关电源转换器中，并且可以通过引入输入电压前馈和输出电压反馈消除输入电压和输出电压对开关频率的影响，从而实现自适应恒定导通时间控制(adaptive constant on-time,acot)。

2、acot控制在引入反馈电压用作环路控制的同时还需要引入输出电压实现伪定频，而传统的固定开关频率的降压变换器通常只需要引入反馈电压用作环路控制即可。这就导致acot控制方式需要多一个输出端的芯片引脚，从而带来更高的成本，并且，这个引脚也需要加静电保护等电路，该引脚如果输出可能电压比较高，还需要高压的静电保护，占地面积较大，成本较高。

3、与此同时，acot的控制非常依赖于纹波的控制，通常需要反馈端纹波是输出电容上的等效级联电阻(esr)导致的纹波占据主导，从而能够使得纹波能够与电感电流同相位，这样才不会发生次谐波振荡的现象。但现在为了减小输出纹波以及增加功率密度，通常用的输出电容都是esr很小的陶瓷电容或者钽电容，于是往往需要在外部使用外部电容电阻将电流纹波注入到反馈端，或者就需要在芯片内部做一个纹波注入模块，以此来使得芯片稳定工作，不发生次谐波振荡。

技术实现思路

1、本发明主要解决的技术问题是：提供一种不需要引入额外引脚的情况下实现开关频率稳定的acot模式开关电源的ton发生器及开关电源。

2、根据第一方面，一种实施例中提供一种acot模式开关电源的ton发生器,所述开关电源包括第一开关管和第二开关管，包括：

3、电流输出模块，所述电流输出模块包括第一输出端和第二输出端，所述第一输出端用于输出输入电流，所述第二输出端用于输出基准电流；

4、比较模块，所述比较模块包括：

5、第一电路，所述第一电路的第一端连接所述第一输出端，所述第一电路的第二端用于接地；所述第一电路用于生成第一电压；

6、第二电路，所述第二电路的第一端连接所述第二输出端，所述第二电路的第二端用于接地；响应于所述第一开关管的导通信号，所述第二电路用于生成第二电压；

7、比较器，所述比较器的同相输入端获取所述第一电压，所述比较器的反相输入端获取所述第二电压；当所述第一电压小于所述第二电压时，所述比较器输出第一信号，以使所述第一开关管导通且第二开关管闭合；当所述第一电压大于所述第二电压时，所述比较器输出第二信号，以使所述第一开关管闭合且第二开关管导通。

8、一种实施例中，所述第一电路包括电容c和开关s1；

9、所述电容c的第一端连接所述第一输出端，所述电容c的第二端用于接地；所述开关s1的第一端连接电容c的第一端，所述开关s1的第二端连接电容c的第二端；所述电容c的第一端还连接所述比较器的同相输入端；

10、所述输入电流对所述电容c进行充电，以生成所述第一电压，当第一电压大于所述第二电压时，所述开关s1闭合。

11、一种实施例中，所述第二电路包括开关s2、开关s3、电阻r1、电容c1和低通滤波器；

12、所述开关s2的第一端连接所述第二输出端，所述开关s2的第二端连接开关s3的第一端，所述开关s3的第二端连接电阻r1的第一端，所述电阻r1的第二端连接第二电路的第二端，所述电容c1的第一端连接开关s3的第一端，所述电容c1的第二端连接电阻r1的第二端，所述低通滤波器的第一端连接所述电容c1的第一端，所述低通滤波器的第二端连接所述比较器的反相输入端；

13、响应于所述第一开关管的导通信号，所述开关s2闭合，以使所述基准电流对电容c1充电；响应于所述第一开关管的关断信号，所述开关s3闭合，所述电容c1对电阻r1放电；响应于所述第一开关管和第二开关管的关断信号，所述开关s3断开，保持所述电容c1的电荷恒定，以生成第二电压，所述第二电压经所述低通滤波器生成第二电压的平均值。

14、一种实施例中，根据对所述电容c的充电确定如下公式：

15、ion×t_on＝cc×v2

16、根据所述电容c1的电荷守恒确定如下公式：

17、

18、联立两式确定t_on：

19、

20、其中，t_on表示控制第一开关管产生导通信号的时间，cc表示电容c的容值，iref表示基准电流，t_hon表示第一开关管的导通信号的实际时间，t_hoff第一开关管的关断信号的实际时间，表示电阻r1的阻值，ion表示输入电流，v2表示第二电压的平均值。

21、一种实施例中，根据所述t_hon和t_hoff确定实际占空比的计算公式：

22、

23、实际占空比的计算公式又通过如下计算公式表达：

24、

25、联立占空比的计算公式以及输入电流和基准电流的关系对t_on进行改写；

26、其中，输入电流和基准电流的关系为：

27、iref＝b×ion

28、以此将t_on改写为：

29、

30、其中，d_real表示实际占空比，t_hon表示第一开关管的导通信号的实际时间，t_hoff第一开关管的关断信号的实际时间，vout表示所述开关电源的输出电压，vin表示所述开关电源的输入电压，e1表示与效率有关的常数，iref表示基准电流，b为常数，ion表示输入电流，t_on表示控制第一开关管产生导通信号的时间，表示电阻r1的阻值，cc表示电容c的容值。

31、一种实施例中，利用改写后的t_on对所述开关电源的周期计算公式进行改写，以实现开关电源的伪定频；

32、其中，开关电源的周期计算公式为：

33、

34、将改写后的t_on代入得：

35、

36、其中，tsw表示开关电源的周期，t_on表示控制第一开关管产生导通信号的时间，vout表示所述开关电源的输出电压，vin表示所述开关电源的输入电压，e1表示与效率有关的常数，b为常数，表示电阻r1的阻值，cc表示电容c的容值。

37、一种实施例中，所述电流输出模块包括电流产生器或电流镜；

38、所述电流产生器产生与所述开关电源的输入电压成正比的电流，以生成所述输入电流。

39、所述电流镜产生恒定偏置电流，以生成所述输入电流。

40、一种实施例中，所述电流输出模块包括电压电流转换器，所述电压电流转换器获取所述开关电源的输入电压，根据所述输入电压确实所述输入电流。

41、一种实施例中，所述比较模块还包括限制模块，所述限制模块连接所述比较器，当所述第一电压小于第二电压的时间小于设定时间，所述限制模块禁止所述第一信号的输出。

42、根据第二方面，一种实施例中提供一种开关电源，包括：

43、电网输入端，用于获取电网电流以生成输入电压；

44、开关模块，所述开关模块包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管的第一端连接于所述电网输入端的正极，所述第一开关管的第二端连接所述第二开关管的第一端，所述第二开关管的第二端连接所述电网输入端的负极；

45、电压输出模块，连接于所述开关模块，用于根据所述第一开关管和第二开关管的通断生成输出电压；

46、过零检测模块，连接于所述开关模块，用于判断所述开关电源的工作模式；

47、ton发生器，所述ton发生器采用上述任意一个实施例中的acot模式开关电源的ton发生器；

48、控制模块，连接于所述第一开关管和第二开关管的控制端；所述控制模块获取所述过零检测模块输出的开关电源的工作模式和所述ton发生器输出的第一信号或第二信号，以控制第一开关管和第二开关管的通断。

49、根据上述实施例的一种acot模式开关电源的ton发生器及开关电源，该ton发生器包括电流输出模块和比较模块，比较模块包括第一电路、第二电路和比较器，利用第一电路生成第一电压，响应于开关电源的第一开关管的导通信号，第二电路生成第二电压，比较器对第一电压和第二电压进行比较，从而产生第一信号和第二信号，以对应控制第一开关管和第二开关管的通断。本技术在不需要额外引入电压引脚的情况下，使得第一开关管和第二开关管通断的开关频率不随着开关电源的负载进行变化。