比较器、应用其的控制电路和电子装置制造方法

比较器、应用其的控制电路和电子装置制造方法
【专利摘要】公开了一种比较器、应用其的控制电路以及电子装置，所述比较器包括：比较电路，用于比较输入信号，输出比较结果；供电电路，用于在第一工作模式下，向所述比较电路提供第一供电电流，在第二工作模式下，向所述比较电路提供第二供电电流，所述第一供电电流大于所述第二供电电流；所述供电电路根据模式指示信号在第一工作模式和第二工作模式间切换。由此，可以使得比较器在负载较大时具有较快的响应速度，在负载较小时减小芯片的静态功耗。
【专利说明】比较器、应用其的控制电路和电子装置

【技术领域】
[0001]本发明涉及电力电子技术，具体涉及一种比较器、应用其的控制电路和电子装置。

【背景技术】
[0002]在消费类电子应用场合，例如智能手表等便携式穿戴产品，医疗健康设备等，对整个系统在省电工作模式下的功耗也称静态功耗有着非常严格的要求。作为广泛使用的电源设备，开关型变换器的静态功耗控制越来越受到重视。
[0003]在开关型变换器的控制电路中，通常会使用比较器。比较器是比较两个输入端的电流或电压的大小，在输出端输出不同比较结果的电子元件。在实际中，比较器的输出存在固定的延迟时间，延迟时间与比较器自身性能以及为比较器供电的供电电流的大小相关。
[0004]为了获得较快的响应速度，需要增大供电电流，这会导致比较器的静态功耗较大，而如果将供电电流设置得较小，则比较器的延迟时间较大，会对器件性能构成负面影响。


【发明内容】

[0005]有鉴于此，提供一种比较器、应用其的控制电路以及电子装置，通过使得比较器的供电电流随开关型变换器的工作模式指示信号变换，使得比较器在负载较大时具有较快的响应速度，在负载较小时减小芯片的静态功耗。
[0006]第一方面，提供一种比较器，包括:
[0007]比较电路，用于比较输入信号，输出比较结果；
[0008]供电电路，用于在第一工作模式下，向所述比较电路提供第一供电电流，在第二工作模式下，向所述比较电路提供第二供电电流，所述第一供电电流大于所述第二供电电流；
[0009]所述供电电路根据模式指示信号在第一工作模式和第二工作模式间切换。
[0010]优选地，所述第二供电电流随所述供电电路进入第二工作模式的时间减小；
[0011]优选地，所述第二供电电流随所述供电电路进入第二工作模式的时间线性减小。
[0012]优选地，所述供电电路包括:
[0013]模式切换开关，连接在电源端和控制端之间，根据所述模式指示信号导通和关断；
[0014]电流源，连接在所述控制端和接地端之间；
[0015]电容，连接在所述控制端和接地端之间；
[0016]电压控制电流源，与所述比较电路的供电电流输入端连接，根据所述控制端的电压输出供电电流。
[0017]优选地，所述第二供电电流随所述供电电路进入第二工作模式的时间分阶段减小。
[0018]优选地，所述供电电路包括:
[0019]N个延时电路，第I个延时电路以所述模式指示信号作为输入信号，第η个延时电路的输出信号作为第η+1个延时电路的输入信号，I n ^ N-1,;每个延时电路用于在输入信号由第一电平切换为第二电平时，延时预定时间后将输出信号由第一电平切换为第二电平，在输入信号由第二电平切换为第一电平时，将输出信号由第二电平切换为第一电平；
[0020]N个供电电流调整电路，分别与N个延时电路对应，用于接收对应的延时电路的输出信号，在对应的延时电路的输出信号为第一电平时向所述比较电路的供电电流输入端输出子供电电流，在输出信号为第二电平时不输出电流；
[0021]电流源；
[0022]所述N个供电电流调整电路与所述电流源并联连接在电源端和所述比较电路的供电电流输入端之间。
[0023]优选地，所述供电电路包括:
[0024]延时电路，所述延时电路以所述模式指示信号作为输入信号，用于在输入信号由第一电平切换为第二电平时，延时预定时间后将输出信号由第一电平切换为第二电平，在输入信号由第二电平切换为第一电平时，将输出信号由第二电平切换为第一电平；
[0025]供电电流调整电路，用于所述延时电路的输出信号，在所述延时电路的输出信号为第一电平时向所述比较电路的供电电流输入端输出子供电电流，在输出信号为第二电平时不输出电流；
[0026]电流源；
[0027]所述供电电流调整电路与所述电流源并联连接在电源端和所述比较电路的供电电流输入端之间。
[0028]优选地，所述延时电路包括:
[0029]第一逻辑电路，接收所述输入信号输出第一开关控制信号和第二开关控制信号；
[0030]延时电流源；
[0031]第一开关，与所述延时电流源串联连接在电源端和中间端之间，根据第一开关控制信号导通和关断；
[0032]延时电容，连接在所述中间端和接地端之间；
[0033]第二开关，与所述延时电容并联，根据第二开关控制信号导通和关断；
[0034]第二逻辑电路，在所述中间端电压为第一电平时输出第二电平，在所述中间端电压为第二电平时输出第一电平；
[0035]其中，在所述输入信号为第一电平时，第一开关控制信号指示关断，第二开关控制信号指示导通；在所述输入信号为第二电平时，第一开关控制信号指示导通，第二开关控制信号指示关断。
[0036]优选地，所述供电电流调整电路包括:
[0037]调整开关,在对应的延时电路的输出信号为第一电平时导通，在对应的延时电路的输出信号为第二电平时关断；
[0038]调整电流源，与所述调整开关串联连接在电源端和所述比较电路的供电电流输入端之间。
[0039]优选地，所述比较器应用于具有第一状态和第二状态的电子装置，所述模式指示信号在所述电子装置处于第一状态时为第一电平，处于第二状态时为第二电平。
[0040]优选地，所述电子装置为开关型变换器，所述开关型变换器的第一状态为正常工作模式，所述第二状态为休眠模式。
[0041]第二方面，提供一种控制电路，用于控制开关型变换器的功率级电路，所述功率级电路包括第一功率开关和第二功率开关，所述控制电路包括:
[0042]电压比较器，用于比较反馈电压和电压参考信号，产生电压比较信号，所述反馈电压用于表征所述开关型变换器的输出电压；
[0043]过零检测电路，用于检测所述功率级电路的电感电流是否过零，产生过零信号；
[0044]导通时间生成电路，用于生成导通时间指示信号；
[0045]逻辑电路，用于接收所述电压比较信号、过零信号和导通时间指示信号，输出脉宽调制信号；
[0046]脉宽调制控制电路，用于接收所述脉宽调制信号和所述过零信号输出功率开关控制信号，所述功率开关控制信号用于控制所述第一功率开关和第二功率开关；
[0047]状态判断电路，用于判断所述开关型变换器功率级电路的状态输出模式指示信号;
[0048]在每一工作周期内，当所述反馈电压小于所述电压参考信号时，所述电压比较信号为有效状态，并且在所述过零信号为有效状态时，所述第一功率开关导通，所述电感电流上升;
[0049]当所述导通时间指示信号为有效时，所述第一功率开关关断、所述第二功率开关导通，所述电感电流信号下降；
[0050]当所述反馈电压大于所述电压参考信号时，所述电压比较信号变为无效状态，直至电感电流下降至零值，所述过零信号变为有效状态，所述第二开关管关断；
[0051 ] 其中，所述电压比较器为如上所述的比较器。
[0052]优选地，所述导通时间生成电路包括:
[0053]电流比较器，用于比较所述电感电流检测信号和电流参考信号，在所述电感电流检测信号上升到所述电流参考信号时输出所述导通时间指示信号，所述电感电流检测信号用于表征所述开关型变换器的电感电流。
[0054]优选地，所述逻辑电路包括:
[0055]与逻辑门，输入所述电压比较信号和过零信号输出置位信号；
[0056]RS触发器，置位端输入所述置位信号，复位端输入所述导通时间指示信号输出所述脉宽调制信号。
[0057]第三方面，提供一种电子装置，具有第一状态和第二状态，电子装置包括:
[0058]状态判断电路，用于判断所述电子装置的状态输出模式指示信号；
[0059]至少一个如上所述的比较器。
[0060]通过在第一工作模式下，向所述比较电路提供第一供电电流，在第二工作模式下，向所述比较电路提供第二供电电流，所述第二供电电流随所述供电电路进入第二工作模式的时间减小，可以使得比较器在负载较大时具有较快的响应速度，在负载较小时减小芯片的静态功耗。

【专利附图】

【附图说明】
[0061]通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中:
[0062]图1是本发明的第一实施例的比较器的电路示意图；
[0063]图2是应用本发明第一实施例的比较器的开关型变换器的电路示意图；
[0064]图3是状态判断电路的一个可选方式的电路示意图；
[0065]图4是图2所示开关型变换器的控制电路的一个可选方式的电路示意图；
[0066]图5是与图4具有相同结构的开关型变换器在使用理想比较器时的工作波形图；
[0067]图6是与图4具有相同结构开关电源在使用具有固定延迟时间的比较器时的工作波形图；
[0068]图7是图2所示开关型变换器在轻载时的工作波形图；
[0069]图8是图2所示开关型变换器在重载时的工作波形图；
[0070]图9是图2所示开关型变换器的控制电路的另一个可选方式的电路示意图；
[0071]图10是本发明第二实施例的比较器的电路示意图。

【具体实施方式】
[0072]以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
[0073]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。
[0074]同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。
[0075]除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
[0076]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0077]图1是本发明第一实施例的比较器的电路示意图。如图1所示，比较器包括比较电路CMP和供电电路SUP。
[0078]比较电路CMP用于比较输入信号，输出比较结果。
[0079]供电电路SUP用于在第一工作模式下，向比较电路CMP提供第一供电电流isupplyl，在第二工作模式下，向比较电路CMP提供第二供电电流isupply2，第二供电电流isupply2随供电电路进入第二工作模式的时间减小。
[0080]同时，供电电路SUP根据模式指不信号Vm在第一工作模式和第二工作模式间切换。模式指示信号Vm用于指示应用比较器的电子装置的状态，例如，在比较器应用于开关型变换器的控制电路时，其可以指示当前开关型变换器处于正常工作模式还是休眠模式。
[0081]供电电路SUP在模式指示信号Vm指示开关型变换器处于正常工作模式时保持在第一工作模式，在模式指示信号Vm指示开关型变换器处于休眠模式时保持在第二工作模式。
[0082]在本实施例中，第二供电电流随供电电路SUP进入第二工作模式的时间线性减小。
[0083]在一个可选实施方式中，供电电路包括模式切换开关Sm、电流源Is、电容Cl和电压控制电流源Ivs。
[0084]其中，模式切换开关Sm连接在电源端vcc和控制端Ct之间，根据模式指示信号Vm导通和关断。
[0085]电流源Is连接在控制端Ct和接地端之间。
[0086]电容Cl连接在控制端Ct和接地端之间。
[0087]电压控制电流源Ivs与比较电路CMP的供电电流输入端连接，根据控制端Ct的电压Vrf输出供电电流。
[0088]在应用比较器的电子装置处于第一状态时，其要求比较器具有较快的响应速度，供电电路SUP根据模式指示信号Vm处于第一工作模式。根据图1，模式指示信号Vm控制模式切换开关Sm导通，电容Cl被充电，其两端电压保持为电源端电压V。。，由此，控制电压控制电流源Ivs保持为输出第一供电电流，第一供电电流为一较高预定值。
[0089]在应用比较器的电子装置处于第二状态时，其要求比较器具有较低的静态功耗，供电电路SUP根据模式指示信号Vm处于第二工作模式。根据图1，模式指示信号Vm控制模式切换开关Sm关断，电容Cl经由电流源Is放电，控制端ct的电压线性下降，由此，控制电压控制电流源Ivs输出第二供电电流，其中，第二供电电流随供电电路进入第二工作模式的时间减小。
[0090]通过在第一工作模式下，向所述比较电路提供第一供电电流，在第二工作模式下，向所述比较电路提供第二供电电流，所述第二供电电流随所述供电电路进入第二工作模式的时间减小，可以使得比较器在负载较大时具有较快的响应速度，在负载较小时减小芯片的静态功耗。
[0091]本实施例的比较器可以适用于任何具有两个状态的电子装置，电子装置在第一状态要求较快的响应速度，在第二状态要求较低的静态功耗，比较器通过在第一工作模式和第二工作模式下切换可以适应电子装置在不同状态下的不同要求。
[0092]图2是应用本发明第一实施例的比较器的开关型变换器的电路示意图。如图2所示，所述开关型变换器包括功率级电路10和控制电路20，功率级电路10包括至少一个功率开关，在图1中，功率级电路10包括第一功率开关S1、第二功率开关S2、电感L和输出电容C。电感L连接在输入端IN和中间端LX之间，第一功率开关SI连接在中间端LX和接地端之间，第二功率开关S2连接在中间端LX和输出端OUT之间，输出电容C连接在输出端和接地端之间。
[0093]应理解，虽然图1所示的开关型变换器的功率级电路10采用升压型拓扑，但是本实施例的原理也适用于采用降压型拓扑的开关型变换器。
[0094]控制电路20包括电压比较器21、过零检测电路22、导通时间生成电路23、逻辑电路24、脉宽调制控制电路25和状态判断电路26。
[0095]电压比较器21用于比较反馈电压Vfb和电压参考信号vMf，产生电压比较信号V。。其中，反馈电压Vfb用于表征所述开关型变换器的输出电压Vwt，即，两者成比例。反馈电压Vfb可以通过连接在开关型变换器10的输出端的分压网络对输出电压Vtjut分压获得。
[0096]在图1中，电压比较器21的反相输入端输入反馈电压vfb，同相输入端输入电压参考信号vMf。在电压比较器21为理想比较器时，在反馈电压Vfb下降到小于输入电压参考信号vMf时，电压比较器21的输出由低电平切换为高电平。
[0097]应理解，以上连接方式并非唯一，本领域技术人员可以根据实际需要设计有效电平为高电平或低电平，这容易通过调换输入端口以及改变电路结构或增加进行电平变换的逻辑电路实现。
[0098]过零检测电路22用于检测开关型变换器的功率级电路10的电感电流k是否过零，产生过零信号vz。在本实施例中，可以通过一采样电路Si对流过开关型变换器10的第二功率开关S2的电流进行采样，利用采样获得的电感电流检测信号Vs表征电感电流k。过零检测电路22可以检测电感电流检测信号Vs是否过零输出对应的过零信号Vz，过零信号vz可以在电感电流k为零时为高电平，大于零时为低电平。
[0099]导通时间生成电路23用于生成导通时间指示信号V()t，导通时间指示信号Vrt用于控制第一功率开关SI的导通时间，在导通时间指示信号由无效切换为有效时，第一功率开关SI关断。
[0100]逻辑电路24，用于接收电压比较信号V。、过零信号Vz和导通时间指示信号Vrt，输出脉宽调制信号PWM。其中，电压比较信号V。可以用于控制脉宽调制信号PWM置位，而导通时间指示信号I用于控制脉宽调制信号PWM复位
[0101]脉宽调制控制电路25用于接收脉宽调制信号PWM输出功率开关控制信号Ql和Q2，分别控制开关型变换器的第一功率开关SI和第二功率开关S2。
[0102]状态判断电路26用于判断开关型变换器的状态，输出模式指示信号vm。其中，状态判断电路26可以根据功率开关控制信号Ql和Q2判断开关型变换器的状态。模式指示信号Vm与开关型变换器的功率级电路10当前的状态相对应，从而使得比较器根据开关型变换器的状态调整自身工作模式。
[0103]在一个可选的实施方式中，状态判断电路26可以为或逻辑门，或逻辑门的输入端输入控制第一功率开关SI和第二功率开关S2的开关控制信号Ql和Q2。在开关控制信号Ql和Q2中任意一个为高电平时，说明开关型变换器处于正常工作模式，模式指示信号Vm为高电平，否则，说明开关型变换器处于休眠模式，模式指示信号Vm为低电平。
[0104]在另一个可选的实施方式中，如图3所示，状态判断电路26可以包括或非逻辑门26a和RS触发器26b。或非逻辑门26a的输入端输入控制第一功率开关SI和第二功率开关S2的功率开关控制信号Ql和Q2，输出端连接到RS触发器26b的复位端。RS触发器26b的置位端输入电压比较信号V。。电压比较信号V。可以用于指示开关型变换器的功率级电路10是否进入正常工作模式。在电压比较信号V。转换为高电平时，说明开关型变换器进入正常工作模式，RS触发器26b被置位，模式指示信号Vm为高电平；在功率开关控制信号Ql和Q2均为低电平时，或非逻辑门26a输出高电平，RS触发器26b被复位，模式指示信号Vm为低电平。
[0105]应理解，状态判断电路26并不限于上述结构，其可以采用各种其它形式实现，只要能够输出与开关型变换器状态对应的模式指示信号即可。
[0106]图4是图2所示开关型变换器的控制电路的一个可选方式的电路示意图。如图4所示，在本可选实施方式中，导通时间生成电路23包括电流比较器。
[0107]电流比较器23用于比较电感电流检测信号Vs和电流参考信号viMf，在电感电流检测信号Vs上升到所述电流参考信号viMf时输出导通时间指示信号V(rt。电流参考信号Viref与参考电流Uf对应，在电感电流检测信号Vs上升到所述电流参考信号viMf时，表明电感电流k上升到参考电流iMf。
[0108]电流比较器23也可以设置为本实施例的比较器。
[0109]逻辑电路24包括与逻辑门24a和RS触发器24b。
[0110]与逻辑门24a输入电压比较信号V。和过零信号Vz输出置位信号set。在电压比较信号V。和过零信号Vz同时为高电平时输出高电平。
[0111]应理解，根据有效电平设置的不同，也可以将与逻辑门24a设置为其它逻辑电路。
[0112]RS触发器24b的置位端输入置位信号set，复位端输入导通时间指示信号V。,，根据置位信号set和复位信号reset交替置位和复位，输出脉宽调制信号PWM。
[0113]上述控制电路可以通过电压比较电路、过零检测电路和电流比较器来实现对开关型变换器进行控制，控制方案简单，模块少。
[0114]图5是与图4具有相同结构的开关型变换器在使用理想比较器时的工作波形图。如图5所示，在一个工作周期的开始时刻，第一功率开关SI和第二功率开关S2均处于断开状态，电感电流k为零，过零信号vz为有效状态，本实施例中以高电平为有效状态，低电平为无效状态，下文中均相同。在tl时刻，反馈电压Vfb下降到小于电压参考信号时，电压比较信号\为高电平有效状态，此时过零信号Vz已经为高，逻辑电路23输出高电平的置位信号set。RS触发器24b被置位，其输出为高电平。相应地，脉宽调制控制电路25输出功率开关控制信号Ql和Q2，控制第一功率开关SI导通，第二功率开关S2保持关断，由此，使得电感电流L持续上升。直至t2时刻，电感电流k上升到参考电流iMf时，电流比较器24a输出的复位信号reset翻转为高电平有效状态，RS触发器24b被复位，输出低电平。相应地，脉宽调制控制电路25输出功率开关控制信号Ql和Q2，控制第一功率开关SI关断、第二功率开关S2导通。在此过程中，反馈电压Vfb上升达到参考电压信号时，电压比较信号V。由高电平翻转为变为低电平无效状态。到t3时刻，电感电流信号k下降至零，过零信号Vz转变为高电平有效状态，而由于电压比较信号V。为零，RS触发器24b保持输出信号不变。脉宽调制控制电路25检测到过零信号Vz转变为高电平有效状态时，控制第二功率开关S2关断以防止负电流产生，而由于脉宽调制控制电路25已经检测到电压比较信号V。变为低电平(脉宽调制控制电路25可以通过不同的方式判断此时电压比较信号V。是否为低电平，例如，判断RS触发器24b的输出信号是否保持不变)，开关型变换器进入休眠模式，一个工作周期完成，此时只有电压比较器需要继续处于工作状态，其它模块停止工作。休眠模式直至t4时刻，随着反馈电压信号Vfb小于电压参考信号时，电压比较信号V。翻转为高电平有效状态，第一功率开关SI重新导通，一个新的工作周期开始，所述功率变换器进入正常工作模式。
[0115]为了降低休眠模式下开关型变换器的静态功耗，通常会将所述电压比较器的供电电流设置得较低，使得所述电压比较器为低功耗比较器。将电压比较器的供电电流设置的越低，所述开关变换器的静态功耗就越低。
[0116]图6是与图4具有相同结构开关电源在使用低功耗比较器作为电压比较器时的工作波形图，对于图4所示电路，所述电压比较器为低功耗比较器，即所述电压比较器的供电电路备设置为一个较低的值，因此所述比较器的输出延迟较大td，则在反馈电压Vfb下降到低于电压参考信号时，电压比较器21输出的电压比较信号并不能立即翻转为高电平，而是在延迟一个延迟时间^后才翻转，具有较慢的反应速度。由此，功率级电路10的第一功率开关SI会在反馈电压Vfb下降到低于电压参考信号后经过延迟时间td才导通。功率级电路10的输出电压Vtjut的跌落幅度与延迟时间td以及负载相关，在延迟时间td—定时，如果负载电流较小，输出电压Vwt下降的斜率较小，其跌落的幅度相应较小，参见图3中时刻tl之前的波形。在负载电流较大时,输出电压vMt下降的斜率较大，其跌落幅度较大，参见图3中时刻tl之后的波形。不同的负载电流使得输出电压Vtjut的跌落值不同会使得开关电源的负载调整率较差，在负载较轻时输出电压偏高，而在负载较重时输出电压偏低，即所述电压比较电路的延迟时间长使得所述功率变换器的响应速度慢这一结果对所述功率变换器影响在负载较重时尤其明显。由此可见，在开关变换器中，为了降低静态功耗，而将所述电压比较器的供电电流设定得比较低，然而所述比较器由于具有较大的延迟时间却又不利于改善负载调整率。因此，现有技术中这种供电电流为固定值的比较器在应用于电子设备中时，很难兼顾低功耗和快响应速度这两个性能要求。
[0117]为了解决以上问题，电压比较器21应用本实施例所述的比较器。由此，在开关型变换器处于正常工作模式时，由于输入到比较电路CMP的供电电流输入端的第一供电电流较大，比较器保持较小的延迟时间，可使所述功率变换器具有较快的响应速度。在开关型变换器进入休眠模式后，由于输入到比较电路CMP的供电电流输入端的第二供电电流随供电电路进入第二工作模式的时间线性减小，也即所述比较器的功耗随进入第二工作模式的时间减小。进入休眠模式的时间越长，对所述比较器的延迟时间要求就越低，因此在此期间将所述比较器的供电电流随进入此时间段的时间减小而使得所述比较器的延迟时间增大不会对所述功率变换器的性能造成影响。休眠时间的长短与开关型变换器的负载状况相关，负载较大时，休眠时间短，在需要比较器的输出翻转时，比较器仍具有相对较小的延迟时间，因此，不会使得输出电压的跌落值过大。而在负载较小时，休眠时间长，在需要比较器翻转时，比较器的延迟时间较大，使得输出电压的跌落值与重载时相当。因此，使所述比较器的供电电流随所述功率变换器进入休眠模式的时间线性减小，不仅可以减小所述功率变换器的静态功耗，又可以改善所述功率变换器的负载调整率。
[0118]图7是图2所示开关型变换器在轻载时的工作波形图。如图7所示，在tl时刻，反馈电压Vfb下降到小于电压参考信号AW。在延迟时间tdl后，在t2时刻，电压比较器21输出的电压比较信号V。翻转，第一功率开关SI被导通，进而使得输出电压Vtjut开始上升，电感电流k由零开始上升。在t3时刻，电感电流k上升到参考电流信号iMf，第一功率开关SI被关断，第二功率开关S2导通，电感电流k开始下降。在t4时刻，电感电流k下降到零，第二功率开关S2被关断，开关型变换器进入休眠模式。对应地，供电电路SUP进入第二工作模式，供应给比较电路CMP的第二供电电流随进入第二工作模式的时间线性减小(图中，供电电流为isup，第一供电电流和第二供电电流为供电电流isup在不同时间段的电流值)。在经过一个较长的休眠时间后，第二供电电流已经降低到最低值，在t5时刻，反馈电压Vfb再次下降到小于电压参考信号vMf，新的工作周期开始。此时延迟时间较长，但是由于负载较轻，因此，输出电压Vrat由于延迟时间而导致的跌落较小。
[0119]图8是图2所示开关型变换器在重载时的工作波形图。如图8所示，在tl时刻，开关型变换器进入休眠模式，由于负载较重，因此休眠时间较短。经过该较短的休眠时间后，反馈电压Vfb再次下降到小于电压参考信号vMf。此时，供电电路SUP输出的第二供电电流下降得较少，因此，电压比较器21仍然具有相对于轻载时更小的延迟时间td2，进而使得电压比较器21输出的电压比较信号V。以较小的延迟时间翻转。由于延迟时间较短，输出电压Vtjut由于延迟时间而导致的跌落保持与轻载时大致相同。
[0120]因此，利用上述结构的比较器作为电压比较器时，控制电路20可以使得开关型变换器的功率级电路10保持较好的负载调节率，同时还具有较低的静态功耗。
[0121]当然，上述比较器并非仅可应用于电压比较器21，其还可以应用电流比较器24a。
[0122]图9是图2所示开关型变换器的控制电路的另一个可选方式的电路示意图。如图9所示，控制电路20还包括消隐电路28。
[0123]消隐电路28接收过零信号Vz，在过零信号Vz的每个上升沿时刻产生具有预定宽度低电平的消隐信号Vb。消隐信号Vb和电压比较信号V。以及过零信号Vz —起输入到与逻辑门24a，在本优选实施方式中，逻辑电路23’为具有三个输入端的与逻辑门。因此，在消隐信号Vb为低电平期间，第一功率开关SI保持关断。由此，可以防止出现纹波。
[0124]同时，可以通过将控制电路20以及开关型变换器10的第一功率开关SI和第二功率开关S2集成形成为集成电路，由此,仅需要添加电感电容电阻等体积较大的外部部件后即可构建如图1所示的开关电源。
[0125]图10是本发明第二实施例的比较器的电路示意图。其同样可以应用于如图2所示的开关型变换器。如图10所示，比较器包括比较电路CMP和供电电路SUP，其中，供电电路SUP包括N个延时电路Dn(η = 1,2,…，N)和N个供电电流调整电路Τη，N个供电电流调整电路Tn与N个延时电路Dn分别对应，N为自然数，在图8中，N取3。
[0126]第I个延时电路D1输入模式指不信号Vm作为输入信号,第η个延时电路的输出信号作为第η+1个延时电路的输入信号，I彡η彡N-1 (在N = I时，仅有I个延时电路D1)；每个延时电路Dn用于在输入信号由第一电平(在本实施例中为高电平)切换为第二电平(在本实施例中为低电平)时，延时预定时间后将输出信号由第一电平切换为第二电平，在输入信号由第二电平切换为第一电平时，将输出信号由第二电平切换为第一电平。
[0127]具体地，在一个可选实施方式中，每个延时电路Dn包括第一逻辑电路LGln、延时电流源Idn、第一开关Sln、延时电容Cdn、第二开关S2n和第二逻辑电路LG2n。
[0128]第一逻辑电路LGln接收输入信号输出第一开关控制信号Qln和第二开关控制信号An。
[0129]其中，第一逻辑电路1^?可以包括反相器inti以及并联的直通通路，由此输出相互互补的第一开关控制信号Qln和第二开关控制信号Q2n。
[0130]第一开关Sln与延时电流源Idn串联连接在电源端vcc和中间端之间，根据第一开关控制信号Qln导通和关断；
[0131]延时电容Cln连接在所述中间端和接地端之间；
[0132]第二开关S2n与延时电容Cln并联，根据第二开关控制信号Q2n导通和关断。
[0133]第一开关控制信号Qln和第二开关控制信号Q2n互补，因此，第一开关Sln导通时，第二开关S2n关断；第一开关Sln关断时，第二开关S2n导通。
[0134]第二逻辑电路LG2n，在中间端电压为第一电平时输出第二电平，在所述中间端电压为第二电平时输出第一电平。
[0135]在一个可选实施方式中，第二逻辑电路LG2nS反相器int2。
[0136]由此，在输入信号为第一电平(高电平)时，第一开关控制信号Qln为第二电平(低电平)，指示关断，第二开关控制信号Q2n为第一电平(高电平)，指示导通。第一开关控制信号Qln和第二开关控制信号Q2n分别控制第一开关Sln关断、第二开关S2n导通，使得中间端被接地，从而使得中间端电压为第二电平(低电平)，对应地，中间端电压被反相后输出，输出信号为第一电平(高电平)。
[0137]在输入信号为第二电平(低电平)时，第一开关控制信号Qln指不导通，第二开关控制信号Q2n指示关断。第一开关控制信号Qln和第二开关控制信号Q2n分别控制第一开关Sln导通、第二开关S2n关断，由此，延时电流源Idn对延时电容Cdn充电，延时电容Cdn两端电压线性上升，在其上升为高电平前，其可以视为第二电平(低电平)，第二逻辑电路LG2n保持输出第一电平(高电平)，在经历预定时间后，延时电容Cdn两端电压上升为第一电平(高电平)，第二逻辑电路LG2n将输出第二电平(低电平)。
[0138]应理解，虽然在上述的可选实施方式中，以高电平为第一电平，低电平为第二电平进行说明，但是本领域技术人员容易通过简单的修改电路结构和连接关系使得在第一电平被定义为低电平，第二电平被定义为高电平的情况下，电路可以实现延时电路的相应功能。
[0139]N个供电电流调整电路Tn分别接收对应的延时电路Dn的输出信号，在对应的延时电路Dn的输出信号为第一电平时向比较电路CMP的供电电流输入端输出子供电电流in，在输出信号为第二电平时不输出电流。
[0140]在一个可选的实施方式中，每个供电电流调整电路Tn包括调整开关Stn和调整电流源Itn。
[0141]调整开关Stn在对应的延时电路Dn的输出信号为第一电平时导通,在对应的延时电路Dn的输出信号为第二电平时关断。
[0142]调整电流源Itn与调整开关Stn串联连接在电源端VCC和比较电路的供电电流输入端之间。
[0143]在延时电路Dn的输出信号为第一电平(高电平)时，调整开关Stn导通，使得与其串联的调整电流源Itn可以对比较电路的供电电流输入端输出子供电电流。
[0144]在延时电路Dn的输出信号为第二电平(低电平)时，调整开关Stn关断，使得与其串联的调整电流源Itn不输出子供电电流。
[0145]应理解，虽然在上述的可选实施方式中，以高电平为第一电平，低电平为第二电平进行说明，但是本领域技术人员容易通过选择调整开关或增加逻辑电路来实现在第一电平被定义为低电平，第二电平被定义为高电平的情况下，类似的或等同的电路可以实现供电电流调整电路的相应功能。
[0146]电流源Is与N个供电电流调整电路Tn并联连接在电源端vcc和比较电路CMP的供电电流输入端之间。电流源Is用于对比较电路CMP提供最低的供电电流，保持其可以以最大的延迟时间工作。
[0147]对于图8所示的电路，模式指示信号Vm作为第一个延时电路D1的输入信号。在模式指示信号Vm为第一电平(高电平)时，开关型变换器10处于正常工作模式，延时电路D1将输出信号由第二电平切换为第一电平，由于延时电路D1的输出信号作为输入信号输入到延时电路D2，因此，延时电路D2也立即将输出信号由第二电平切换为第一电平。类似地，延时电路D3也讲输出信号由第二电平切换为第一电平。由此,延时电路D1、D2、D3均输出第一电平(闻电平)。
[0148]在此前提下，与延时电路Dp D2、D3对应的供电电流调整电路！\、T2、T3分别向比较电路的供电电流输入端输出子供电电流itl、it2、it3。此时输入到供电电流输入端的电流为电流源Is的电流is与子供电电流itl、it2、it3的和，供电电流最大。
[0149]在模式指示信号\为由第一电平切换为第二电平(低电平)时，开关型变换器10进入休眠模式，延时电路D1延迟一预定时间后，再将输出信号由第一电平切换为第二电平。对应地，延时电路D2、D3也均在输入信号由第一电平切换为第二电平延迟预定时间后，再将输出信号由第一电平切换为第二电平。由此，在延时电路D1、D2、D3的延时时间t相同时，如果在时刻h，模式指示信号Vm为由第一电平切换为第二电平(低电平)，则在时刻h至时刻tft的时间段内，输入到供电电流输入端的电流为电流源Is的电流is与子供电电流itl、it2、it3的和；在时刻h+t至时刻的时间段内，延时电路D1的输出信号翻转，供电电流调整电路T1停止输出子供电电流，输入到供电电流输入端的电流为电流源Is的电流is与子供电电流it2、it3的和；在时刻tQ+2t至时刻tQ+3t的时间段内，延时电路D2的输出信号翻转，供电电流调整电路T2停止输出子供电电流，输入到供电电流输入端的电流为电流源Is的电流is与子供电电流it3的和；时刻以后，延时电路D3的输出信号翻转，供电电流调整电路T3停止输出子供电电流，输入到供电电流输入端的电流为电流源Is的电流is，供电电流最小。
[0150]由此，可以实现供电电路在进入第二工作模式后输出分阶段减小的第二供电电流。
[0151]第二供电电流分阶段减小与线性减小类似，可以使得开关型变换器保持较好的负载调节率，同时还具有较低的静态功耗。
[0152]应理解，本实施例的比较器可以适用于图2所示的开关型变换器的控制电路，也可以适用于其它包括比较器的电子装置。
[0153]通过在第一工作模式下，向所述比较电路提供第一供电电流，在第二工作模式下，向所述比较电路提供第二供电电流，所述第二供电电流随所述供电电路进入第二工作模式的时间减小，可以使得比较器在负载较大时具有较快的响应速度，在负载较小时减小芯片的静态功耗。
[0154]以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种比较器，包括: 比较电路，用于比较输入信号，输出比较结果； 供电电路，用于在第一工作模式下，向所述比较电路提供第一供电电流，在第二工作模式下，向所述比较电路提供第二供电电流，所述第一供电电流大于所述第二供电电流； 所述供电电路根据模式指示信号在第一工作模式和第二工作模式间切换。
2.根据权利要求1所述的比较器，其特征在于，所述第二供电电流随所述供电电路进入第二工作模式的时间减小。
3.根据权利要求2所述的比较器，其特征在于，所述第二供电电流随所述供电电路进入第二工作模式的时间线性减小。
4.根据权利要求3所述的比较器，其特征在于，所述供电电路包括: 模式切换开关，连接在电源端和控制端之间，根据所述模式指示信号导通和关断； 电流源，连接在所述控制端和接地端之间； 电各，连接在所述控制端和接地端之间； 电压控制电流源，与所述比较电路的供电电流输入端连接，根据所述控制端的电压输出供电电流。
5.根据权利要求2所述的比较器，其特征在于，所述第二供电电流随所述供电电路进入第二工作模式的时间分阶段减小。
6.根据权利要求5所述的比较器，其特征在于，所述供电电路包括: N个延时电路，第I个延时电路以所述模式指示信号作为输入信号，第η个延时电路的输出信号作为第η+1个延时电路的输入信号，I n ^ N-1 ;每个延时电路用于在输入信号由第一电平切换为第二电平时，延时预定时间后将输出信号由第一电平切换为第二电平，在输入信号由第二电平切换为第一电平时，将输出信号由第二电平切换为第一电平； N个供电电流调整电路，分别与N个延时电路对应，用于接收对应的延时电路的输出信号，在对应的延时电路的输出信号为第一电平时向所述比较电路的供电电流输入端输出子供电电流，在输出信号为第二电平时不输出电流； 电流源； 所述N个供电电流调整电路与所述电流源并联连接在电源端和所述比较电路的供电电流输入端之间。
7.根据权利要求1所述的比较器，其特征在于，所述供电电路包括: 延时电路，所述延时电路以所述模式指不信号作为输入信号，用于在输入信号由第一电平切换为第二电平时，延时预定时间后将输出信号由第一电平切换为第二电平，在输入信号由第二电平切换为第一电平时，将输出信号由第二电平切换为第一电平； 供电电流调整电路，用于所述延时电路的输出信号，在所述延时电路的输出信号为第一电平时向所述比较电路的供电电流输入端输出子供电电流，在输出信号为第二电平时不输出电流； 电流源； 所述供电电流调整电路与所述电流源并联连接在电源端和所述比较电路的供电电流输入端之间。
8.根据权利要求6或7所述的比较器，其特征在于，所述延时电路包括: 第一逻辑电路，接收所述输入信号输出第一开关控制信号和第二开关控制信号； 延时电流源； 第一开关，与所述延时电流源串联连接在电源端和中间端之间，根据所述第一开关控制信号导通和关断； 延时电容，连接在所述中间端和接地端之间； 第二开关，与所述延时电容并联，根据所述第二开关控制信号导通和关断； 第二逻辑电路，在所述中间端电压为第一电平时输出第二电平，在所述中间端电压为第二电平时输出第一电平； 其中，在所述输入信号为第一电平时，第一开关控制信号指示关断，第二开关控制信号指示导通；在所述输入信号为第二电平时，第一开关控制信号指示导通，第二开关控制信号指不关断。
9.根据权利要求6或7所述的比较器，其特征在于，所述供电电流调整电路包括: 调整开关，在对应的延时电路的输出信号为第一电平时导通，在对应的延时电路的输出信号为第二电平时关断； 调整电流源，与所述调整开关串联连接在电源端和所述比较电路的供电电流输入端之间。
10.根据权利要求1所述的比较器，其特征在于，所述比较器应用于具有第一状态和第二状态的电子装置，所述模式指示信号在所述电子装置处于第一状态时为第一电平，处于第二状态时为第二电平。
11.根据权利要求10所述的比较器，其特征在于，所述电子装置为开关型变换器，所述开关型变换器的第一状态为正常工作模式，所述第二状态为休眠模式。
12.—种控制电路，用于控制开关型变换器的功率级电路，所述功率级电路包括第一功率开关和第二功率开关，所述控制电路包括: 电压比较器，用于比较反馈电压和电压参考信号，产生电压比较信号，所述反馈电压用于表征所述开关型变换器的输出电压； 过零检测电路，用于检测所述功率级电路的电感电流是否过零，产生过零信号； 导通时间生成电路，用于生成导通时间指示信号； 逻辑电路，用于接收所述电压比较信号、过零信号和导通时间指示信号，输出脉宽调制信号; 脉宽调制控制电路，用于接收所述脉宽调制信号和所述过零信号输出功率开关控制信号，所述功率开关控制信号用于控制所述第一功率开关和第二功率开关； 状态判断电路，用于判断所述开关型变换器功率级电路的状态输出模式指示信号；在每一工作周期内，当所述反馈电压小于所述电压参考信号时，所述电压比较信号为有效状态，并且在所述过零信号为有效状态时，所述第一功率开关导通，所述电感电流上升; 当所述导通时间指示信号为有效时，所述第一功率开关关断、所述第二功率开关导通，所述电感电流信号下降； 当所述反馈电压大于所述电压参考信号时，所述电压比较信号变为无效状态，直至电感电流下降至零值，所述过零信号变为有效状态，所述第二开关管关断； 其中，所述电压比较器为如权利要求1-11中任一项所述的比较器。
13.根据权利要求12所述的控制电路，其特征在于，所述导通时间生成电路包括: 电流比较器，用于比较所述电感电流检测信号和电流参考信号，在所述电感电流检测信号上升到所述电流参考信号时输出所述导通时间指示信号，所述电感电流检测信号用于表征所述开关型变换器的电感电流。
14.根据权利要求12所述的控制电路，其特征在于，所述逻辑电路包括: 与逻辑门，输入所述电压比较信号和过零信号，输出置位信号； RS触发器，置位端输入所述置位信号，复位端输入所述导通时间指示信号输出所述脉宽调制信号。
15.一种电子装置，具有第一状态和第二状态，电子装置包括: 状态判断电路，用于判断所述电子装置的状态输出模式指示信号； 至少一个如权利要求1-11中任一项所述的比较器。
【文档编号】H03K5/24GK104184440SQ201410385404
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年8月7日 优先权日:2014年8月7日
【发明者】杭开朗, 陈雷 申请人:矽力杰半导体技术(杭州)有限公司