開關電源及其控制電路和控制方法
2023-10-16 18:25:39
專利名稱：開關電源及其控制電路和控制方法
技術領域：
本發明的實施例涉及電子電路，特別地，涉及一種開關電源及其控制電路和控制方法。
背景技術：
如今，開關電源被廣泛地用於為電子設備提供電能。開關電源通常採用變壓器或電感器作為儲能元件。例如在降壓變換器中即採用電感器作為儲能元件，主開關管耦接至電感器，控制電路控制主開關管的導通與關斷，使能量交替地在電感器中被存儲或被傳遞到負載。開關電源的控制方式很多，其中以定頻峰值電流控制最為常用。在定頻峰值電流控制中，開關電源的輸出信號被採樣並用作與參考信號進行比較，以產生與開關電源輸出信號相關的反饋信號。流過主開關管的電流被採樣，以產生電流採樣信號。該電流採樣信號與反饋信號進行比較，當電流採樣信號大於反饋信號時，主開關管被關斷。當固定開關周期到達時，主開關管被導通。眾所周知，在定頻峰值電流控制中，為了使開關電源在佔空比大於50%的情況下保持穩定，需要在電流採樣信號上疊加一斜坡補償信號。為了保證在最惡劣的情況下，例如輸出電壓大、電感值小的情況下，開關電源仍能保持穩定，該斜坡補償信號的斜率常被設計得較大。在大佔空比的情況下，該斜坡補償信號的幅值尤為可觀。一般地，主開關管具有最小關斷時間，該最小關斷時間限制了主開關管的佔空比。 在實際應用中，例如低壓差(輸出電壓接近輸入電壓)的降壓變換器中，為了進一步增大主開關管的佔空比，常常在主開關管的佔空比大於預設佔空比時，對開關電源採用恆定關斷時長控制。在恆定關斷時長控制下，主開關管在電流採樣信號大於反饋信號時被關斷，在關斷時長到達最小關斷時長時被導通。此時開關電源的開關頻率不再是固定，而是變化的。恆定關斷時長控制並不需要斜坡補償信號來維持開關電源穩定。此外，斜坡補償信號在大佔空比下的幅值可能會過大，從而導致開關電源的控制電路無法正常工作。為此， 在進入恆定關斷時長控制後，斜坡補償信號的幅值通常被鉗位至一預設值。然而，在斜坡補償信號被鉗位至預設值後，若電流採樣信號的上升速度過慢，會使得主開關管的控制信號極易受到反饋信號或電流採樣信號上噪聲的幹擾。特別地，在降壓變換器中，電流米樣信號的上升速率僅取決於輸入電壓與輸出電壓的差值以及電感器的電感值。在低壓差的情況下，電流採樣信號的上升速度會過慢，從而導致開關電源的開關頻率由於系統噪聲的幹擾而不穩定。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種穩定性好的開關電源及其控制電路和控制方法。根據本發明實施例的一種用於開關電源的控制電路，該開關電源包括具有主開關管的開關電路，該控制電路包括振蕩電路，產生斜坡補償信號和時鐘信號；第一比較電路，耦接至振蕩電路，根據代表流過主開關管電流的電流採樣信號、斜坡補償信號以及與開關電路輸出信號相關的反饋信號產生第一比較信號；以及邏輯電路，耦接至振蕩電路和第一比較電路，基於時鐘信號和第一比較信號產生控制信號，以控制主開關管的導通與關斷； 其中若主開關管的導通時長大於預設時長，斜坡補償信號在主開關管導通的預設時長內具有第一斜率，在主開關管導通的預設時長外具有第二斜率，主開關管在其關斷時長達到最小關斷時長時被導通；其中第一斜率和第二斜率均大於零，且第二斜率小於第一斜率。根據本發明實施例的一種開關電源，包括如前所述的控制電路。根據本發明實施例的一種用於開關電源的控制電路，該開關電源包括具有主開關管的開關電路，該控制電路包括振蕩電路，產生斜坡補償信號和時鐘信號；第一比較器， 具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端接收代表流過主開關管電流的電流採樣信號與斜坡補償信號之和，第二輸入端接收與開關電路輸出信號相關的反饋信號； 以及第一觸發器，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端I禹接至振蕩電路以接收時鐘信號，第二輸入端耦接至第一比較器的輸出端，輸出端提供控制信號以控制主開關管的導通與關斷；其中在電流採樣信號與斜坡補償信號之和大於反饋信號時，主開關管被關斷；若主開關管的導通時長小於預設時長，斜坡補償信號在主開關管的導通時長內具有第一斜率，主開關管以固定的開關頻率被導通；若主開關管的導通時長大於預設時長， 斜坡補償信號在主開關管導通的預設時長內具有第一斜率，在主開關管導通的預設時長外具有第二斜率，主開關管在其關斷時長達到最小關斷時長時被導通；其中第一斜率和第二斜率均大於零，且第二斜率小於第一斜率。根據本發明實施例的一種開關電源控制方法，該開關電源包括具有主開關管的開關電路，該控制方法包括產生斜坡補償信號和時鐘信號；根據代表流過主開關管電流的電流採樣信號、斜坡補償信號以及與開關電路輸出信號相關的反饋信號，產生比較信號；以及基於時鐘信號和比較信號產生控制信號，以控制主開關管的導通與關斷；其中若主開關管的導通時長大於預設時長，斜坡補償信號在主開關管導通的預設時長內具有第一斜率， 在主開關管導通的預設時長外具有第二斜率，主開關管在其關斷時長達到最小關斷時長時被導通；其中第一斜率和第二斜率均大於零，且第二斜率小於第一斜率。本發明的實施例通過使斜坡補償信號在主開關管導通的預設時長內具有第一斜率，在主開關管導通的預設時長外具有小於第一斜率的第二斜率，在保證開關電源控制電路正常工作的同時，能有效地防止主開關管的控制信號受到反饋信號或電流採樣信號上噪聲的幹擾，增強了開關電源的穩定性。
圖I為根據本發明一實施例的開關電源100的示意性框圖；圖2為根據本發明一實施例的開關電源100的波形圖；圖3為根據本發明一實施例的振蕩電路305的示意性電路圖；圖4為根據本發明一實施例的開關電源400的示意性電路圖；圖5和圖6為根據本發明一實施例的圖4所示開關電源400的波形圖；圖7為根據本發明一實施例的開關電源控制方法的流程圖。
具體實施例方式下面將詳細描述本發明的具體實施例，應當注意，這裡描述的實施例只用於舉例說明，並不用於限制本發明。在以下描述中，為了提供對本發明的透徹理解，闡述了大量特定細節。然而，對於本領域普通技術人員顯而易見的是這些特定細節對於本發明而言不是必需的。在其他實例中，為了避免混淆本發明，未具體描述公知的電路、材料或方法。 在整個說明書中，對「 一個實施例」、「實施例」、「 一個示例」或「示例」的提及意味著結合該實施例或示例描述的特定特徵、結構或特性被包含在本發明至少一個實施例中。 因此，在整個說明書的各個地方出現的短語「在一個實施例中」、「在實施例中」、「一個示例」 或「示例」不一定都指同一實施例或示例。此外，可以以任何適當的組合和、或子組合將特定的特徵、結構或特性組合在一個或多個實施例或示例中。此外，本領域普通技術人員應當理解，在此提供的示圖都是為了說明的目的，並且示圖不一定是按比例繪製的。應當理解， 當稱「元件」 「連接到」或「耦接」到另一元件時，它可以是直接連接或耦接到另一元件或者可以存在中間元件。相反，當稱元件「直接連接到」或「直接耦接到」另一元件時，不存在中間元件。相同的附圖標記指示相同的元件。這裡使用的術語「和/或」包括一個或多個相關列出的項目的任何和所有組合。圖I為根據本發明一實施例的開關電源100的示意性框圖。開關電源100包括開關電路101、電流採樣電路102、反饋電路103和控制電路104。開關電路101包括主開關管，至少通過該主開關管的導通與關斷將輸入信號IN轉換為輸出信號OUT。輸入信號IN和輸出信號OUT可以為電壓、電流或者功率信號。除主開關管外，開關電路101還可括其他一個或多個開關管。開關電路101可採用任何已知的開關變換拓撲結構，例如升壓變換器、降壓變換器、正激變換器、反激變換器等等。開關電路101中的開關管可以為任何可控半導體開關器件，例如金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)、絕緣柵雙極電晶體(IGBT)等。電流採樣電路102耦接至主開關管，採樣流過主開關管的電流，並產生電流採樣信號ISENSE。反饋電路103耦接至開關電路101的輸出端，產生與開關電路輸出信號OUT 相關的反饋信號FB。在一個實施例中，反饋電路103包括輸出採樣電路和誤差放大器。在另一個實施例中，開關電路101採用反激變換器拓撲結構，反饋電路103可以包括電阻器、 三端穩壓器件和光耦元件。控制電路104耦接至開關電路101、電流採樣電路102和反饋電路103，根據電流採樣信號ISENSE和反饋信號FB產生控制信號CTRL，以控制開關電路101 中主開關管的導通與關斷。控制電路104包括振蕩電路105、第一比較電路106和邏輯電路107。振蕩電路 105產生斜坡補償信號SC和時鐘信號CLK。當主開關管的導通時長大於預設時長TTH時， 斜坡補償信號SC在主開關管導通的預設時長TTH內具有第一斜率，在主開關管導通的預設時長TTH外具有第二斜率，其中第一斜率和第二斜率均大於零，且第二斜率小於第一斜率。 第一比較電路106耦接至電流採樣電路102、反饋電路103和振蕩電路105，根據電流採樣信號ISENSE、反饋信號FB和斜坡補償信號SC產生第一比較信號C0M01。例如，第一比較電路106將電流採樣信號ISENSE與斜坡補償信號SC之和與反饋信號FB進行比較來產生第一比較信號C0M01。邏輯電路107耦接至振蕩電路105和第一比較電路106，基於時鐘信號 CLK和第一比較信號C0M01產生控制信號CTRL，以控制開關電路101中主開關管的導通與關斷。在一個實施例中，當電流採樣信號ISENSE與斜坡補償信號SC之和大於反饋信號 FB時，主開關管被關斷。在一個實施例中，當主開關管的佔空比小於預設佔空比，即主開關管的導通時長小於預設時長TTH時，開關電源100採用定頻峰值電流控制，時鐘信號CLK具有固定開關頻率，主開關管以固定的開關頻率被導通。斜坡補償信號SC在主開關管的導通時長內具有第一斜率。當主開關管的佔空比大於預設佔空比，即主開關管的導通時長大於預設時長TTH時，開關電源100採用恆定關斷時長控制，主開關管在其關斷時長達到最小關斷時長TOFF時被導通。斜坡補償信號SC在主開關管導通的預設時長TTH內具有第一斜率， 在主開關管導通的預設時長TTH外具有第二斜率。在另一個實施例中，振蕩電路105耦接至邏輯電路107以接收控制信號CTRL。振蕩電路105基於控制信號CTRL將主開關管的導通時長和預設時長TTH進行比較，並根據比較結果對斜坡補償信號SC和時鐘信號CLK進行調節。圖2為根據本發明一實施例的開關電源100的波形圖。其中主開關管的導通時長大於預設時長TTH，斜坡補償信號SC在主開關管導通的預設時長TTH內具有第一斜率，在主開關管導通的預設時長TTH外具有第二斜率，第一斜率大於第二斜率。開關電源100採用恆定關斷時長控制。當電流採樣信號ISENSE與斜坡補償信號SC之和大於反饋信號FB時， 控制信號CTRL由高電平變為低電平，主開關管被關斷。當主開關管的關斷時長達到最小關斷時長TOFF時，控制信號CTRL由低電平變為高電平，主開關管被導通。由於在恆定關斷時長控制下，斜坡補償信號SC仍具備一定的斜率，因而在確保開關電源控制電路正常工作的同時，避免了控制信號CTRL的下降沿受到反饋信號FB或電流採樣信號ISENSE上噪聲的幹擾，增強了開關電源的穩定性。圖3為根據本發明一實施例的振蕩電路305的示意性電路圖。振蕩電路305包括電容器Cl、開關管SI、充電電路308和第二比較電路309。電容器Cl具有第一端和第二端， 其中第二端接地，該電容器Cl兩端的電壓被用作斜坡補償信號SC。開關管SI與電容器Cl 並聯。充電電路308耦接至電容器Cl的第一端，為電容器Cl提供充電電流。第二比較電路309耦接至電容器Cl和充電電路308，將電容器Cl兩端的電壓與閾值電壓VTH進行比較，並根據比較結果產生第二比較信號C0M02以調節充電電路308的充電電流。當電容器 Cl兩端的電壓小於閾值電壓VTH時，充電電路308提供的充電電流為第一電流。當電容器 CI兩端的電壓大於閾值電壓VTH時，充電電路308提供的充電電流為第二電流，其中第一電流大於第_■電流。在一個實施例中，開關管SI在主開關管關斷的最小關斷時長TOFF內被導通，以將電容器Cl兩端的電壓放電至零。在一個實施例中，充電電路308包括電流源II、12和開關管S2。電流源Il耦接在供電電壓VCC和電容器Cl的第一端之間。開關管S2具有第一端、第二端和門極,其中第一端耦接至供電電壓VCC，門極耦接至第二比較電路309的輸出端。電流源12耦接在開關管 S2的第二端和電容器Cl的第一端之間。開關管S2在電容器Cl兩端的電壓小於閾值電壓 VTH時被導通,在電容器Cl兩端的電壓大於閾值電壓VTH時被關斷。在一個實施例中，第二比較電路309包括比較器COMl。比較器COMl的同相輸入端耦接至電容器Cl的第一端，反相輸入端接收閾值電壓VTH，輸出端提供第二比較信號C0M02，並通過非門NOTl耦接至開關管S2的門極。
本領域技術人員可知，充電電路308還可通過其他的方式實現，例如將開關管S2 和電流源12耦接在電容器Cl的第一端和地之間。開關管S2在電容器Cl兩端的電壓小於閾值電壓VTH時被關斷，在電容器Cl兩端的電壓大於閾值電壓VTH時被導通。在一個實施例中，振蕩電路305進一步包括與門ANDl、非門N0T2、觸發器FFl和單觸發電路310。與門ANDl具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端,其中第一輸入端I禹接至比較器COMl的輸出端以接收第二比較信號C0M02。非門N0T2的輸入端耦接至邏輯電路以接收控制信號CTRL，輸出端耦接至與門ANDl的第二輸入端。觸發器FFl具有置位端R、復位端S和輸出端Q，其中置位端S耦接至與門ANDl的輸出端，輸出端Q耦接至開關管SI的門極。觸發器FFl的置位端S為上升沿觸發，復位端R為下降沿觸發。單觸發電路310的輸入端耦接至觸發器FFl的輸出端Q，輸出端耦接至觸發器FFl的復位端R，並提供時鐘信號 CLK。圖4為根據本發明一實施例的開關電源400的示意性電路圖。開關電路401採用降壓變換器拓撲結構，包括主開關管Ml、二極體Dl、電感器L和輸出電容器C0UT。開關電路401通過主開關管Ml的導通與關斷，將輸入電壓VIN轉換為輸出電壓V0UT。主開關管 Ml具有第一端、第二端和門極，其中第一端接收輸入電壓VIN，第二端耦接至二極體Dl的陰極。二極體Dl的陽極接地。電感器L具有第一端和第二端，其中第一端耦接至主開關管Ml 的第二端和二極體Dl的陰極。輸出電容器COUT耦接在電感器L的第二端端和地之間。輸出電容器COUT兩端的電壓即為輸出電壓V0UT。在一個實施例中，二極體Dl由同步開關管代替。電流採樣電路402耦接至主開關管Ml，採樣流過主開關管Ml的電流並產生電流採樣信號ISENSE。在一個實施例中，電流採樣電路402包括與主開關管Ml串聯耦接的採樣電阻器，以及與該採樣電阻器並聯的採樣放大器。反饋電路包括輸出採樣電路411和誤差放大器EA。輸出採樣電路411耦接至開關電路401的輸出端，採樣輸出電壓VOUT並產生輸出米樣信號OUTSNS。在一個實施例中,輸出米樣電路411包括電阻分壓器。誤差放大器EA的同相輸入端接收參考信號REF，反相輸入端耦接至輸出採樣電路411以接收輸出採樣信號0UTSNS，輸出端提供反饋信號FB。在一個實施例中，誤差放大器EA和控制電路404 被集成在同一半導體晶片中。控制電路404包括振蕩電路405、第一比較電路406和邏輯電路407。振蕩電路405 與圖3所示振蕩電路305的結構基本相同。第一比較電路406包括比較器COM2。比較器 COM2的同相輸入端耦接至電流採樣電路402以及振蕩電路405，接收電流採樣信號ISENSE 與斜坡補償信號SC之和，反相輸入端耦接至誤差放大器EA的輸出端以接收反饋信號FB，輸出端提供第一比較信號C0M01。邏輯電路407包括觸發器FF2。觸發器FF2具有置位端S、 復位端R和輸出端Q,其中置位端S耦接至振蕩電路405以接收時鐘信號CLK，復位端R耦接至比較器COM2的輸出端，輸出端Q耦接至主開關管Ml的門極以提供控制信號CTRL。觸發器FF2的置位端為下降沿觸發，復位端為高電平觸發。復位端的優先級高於置位端的優先級。本領域技術人員可知，非門N0T2可以省略，振蕩電路405中與門ANDl的第二輸入端可以直接耦接至觸發器FF2的反相輸出端/Q。觸發器FF2可以由其他具有類似功能的邏輯門或邏輯門的組合代替。圖5為根據本發明一實施例的圖4所示開關電源400在主開關管Ml的佔空比小於預設佔空比時的波形圖，此時主開關管Ml的導通時長小於預設時長TTH。在時鐘信號CLK 的下降沿，觸發器FFl被復位，觸發器FF2被置位。控制信號CTRL由低電平變為高電平，主開關管Ml被導通，流過主開關管Ml的電流逐漸增大，電流採樣信號ISENSE也逐漸增大。開關管SI被關斷，由於此時斜坡補償信號SC小於閾值電壓VTH，第二比較信號C0M02為低電平，開關管S2導通。電流源Il和電流源12 —起對電容器Cl進行充電，電容器Cl兩端的電壓，即斜坡補償信號SC從零開始線性增大。在斜坡補償信號SC增大至達到閾值電壓VTH 之前，電流採樣信號ISENSE與斜坡補償信號SC之和增大至大於反饋信號FB，第一比較信號C0M01由低電平變為高電平，使觸發器FF2復位。控制信號CTRL由高電平變為低電平， 主開關管Ml被關斷。由於此時斜坡補償信號SC仍小於閾值電壓VTH，第二比較信號C0M02 為低電平，與門ANDl的輸出信號也為低電平。當斜坡補償信號SC增大至大於閾值電壓VTH時，第二比較信號C0M02由低電平變為高電平，與門ANDl的輸出信號也由低電平變為高電平。觸發器FFl被置位，其輸出信號由低電平變為高電平，將開關管SI導通，並觸發單觸發電路410。開關管SI對電容器Cl進行放電，使斜坡補償信號SC被迅速減小至零。單觸發電路410輸出高電平時長為最小關斷時長TOFF的脈衝信號，該脈衝信號即為時鐘信號CLK。在時鐘信號CLK的下降沿，觸發器 FFl被復位，觸發器FF2被置位，開關管SI被關斷，主開關管Ml被導通。以上動作不斷重複。主開關管Ml的開關周期TS等於斜坡信號SC由零增大至VTH所需的時長與最小關斷時長TOFF之和，其值恆定不變。圖6為根據本發明一實施例的圖4所示開關電源400在主開關管Ml的佔空比大於預設佔空比時的波形圖，此時主開關管Ml的導通時長大於預設時長TTH。在時鐘信號CLK 的下降沿，觸發器FFl被復位，觸發器FF2被置位。控制信號CTRL由低電平變為高電平，主開關管Ml被導通，流過主開關管Ml的電流逐漸增大，電流採樣信號ISENSE也逐漸增大。 開關管SI被關斷，由於此時斜坡補償信號SC小於閾值電壓VTH，第二比較信號C0M02為低電平，開關管S2導通。電流源Il和電流源12 —起對電容器Cl進行充電，電容器Cl兩端的電壓，即斜坡補償信號SC從零開始線性增大。當斜坡補償信號SC增大至大於閾值電壓 VTH，第二比較信號C0M02由低電平變為高電平，開關管S2被關斷，電流源12被斷開。電容器Cl的充電電流由11+12變為II。由於此時控制信號CTRL為高電平，與門ANDl的輸出信號為低電平。當電流採樣信號ISENSE與斜坡補償信號SC之和增大至大於反饋信號FB，第一比較信號C0M01由低電平變為高電平，觸發器FF2被復位。控制信號CTRL由高電平變為低電平，主開關管Ml被關斷。與門ANDl的輸出信號由低電平變為高電平，觸發器FFl被置位， 其輸出信號由低電平變為高電平，將開關管SI導通，並觸發單觸發電路410。開關管SI對電容器Cl進行放電，使斜坡補償信號SC被迅速減小至零。單觸發電路410輸出高電平時長為最小關斷時長TOFF的脈衝信號，該脈衝信號即為時鐘信號CLK。在時鐘信號CLK的下降沿，觸發器FFl被復位，觸發器FF2被置位，開關管SI被關斷，主開關管Ml被導通。以上動作不斷重複。主開關管Ml的開關周期TS等於電流採樣信號ISENSE與斜坡補償信號SC 之和增大至大於反饋信號FB所需時長與最小關斷時長TOFF之和，其值隨負載變化而變化。 主開關管Ml的關斷時長恆等於最小關斷時長T0FF。由於在恆定關斷時長控制下，斜坡補償信號SC仍具備一定的斜率(由電流源Il決定)，因而在確保開關電源控制電路正常工作的同時，避免了控制信號CTRL的下降沿受到反饋信號FB或電流採樣信號ISENSE上噪聲的幹擾，增強了開關電源的穩定性。圖7為根據本發明一實施例的開關電源控制方法的流程圖，該開關電源包括具有主開關管的開關電路。該控制方法包括步驟S701 S705。在步驟S701，產生斜坡補償信號和時鐘信號。在步驟S702，根據代表流過主開關管電流的電流採樣信號、斜坡補償信號以及與開關電路輸出信號相關的反饋信號，產生比較信號。在一個實施例中，將電流採樣信號與斜坡補償信號之和同誤差放大信號進行比較，以產生比較信號。在步驟S703，基於時鐘信號和比較信號產生控制信號，以控制主開關管的導通與關斷。若主開關管的導通時長大於預設時長，斜坡補償信號在主開關管導通的預設時長內具有第一斜率，在主開關管導通的預設時長外具有第二斜率，主開關管在其關斷時長達到最小關斷時長時被導通。第一斜率和第二斜率均大於零，且第二斜率小於第一斜率。在一個實施例中，該控制方法還包括步驟S704和S705。在步驟S704，將主開關管的導通時長與預設時長進行比較。在步驟S705，根據比較結果對斜坡補償信號和時鐘信號進行調節。在一個實施例中，開關電源包括具有電容器和第一開關管的振蕩電路，其中第一開關管與電容器並聯，電容器兩端的電壓被用作斜坡補償信號。產生斜坡補償信號和時鐘信號的步驟包括使用充電電流對電容器充電；將電容器兩端的電壓與閾值電壓進行比較；以及根據比較結果調節充電電流；其中當電容器兩端的電壓小於閾值電壓時，充電電流為第一電流，當電容器兩端的電壓大於閾值電壓時，充電電流為第二電流，其中第一電流大於第二電流。在一個實施例中，該步驟還包括在主開關管關斷的最小關斷時長內將第一開關管導通。雖然已參照幾個典型實施例描述了本發明，但應當理解，所用的術語是說明和示例性、而非限制性的術語。由於本發明能夠以多種形式具體實施而不脫離發明的精神或實質，所以應當理解，上述實施例不限於任何前述的細節，而應在隨附權利要求所限定的精神和範圍內廣泛地解釋，因此落入權利要求或其等效範圍內的全部變化和變型都應為隨附權利要求所涵蓋。
1權利要求
1.一種用於開關電源的控制電路，該開關電源包括具有主開關管的開關電路，該控制電路包括振蕩電路，產生斜坡補償信號和時鐘信號；第一比較電路，耦接至振蕩電路，根據代表流過主開關管電流的電流採樣信號、斜坡補償信號以及與開關電路輸出信號相關的反饋信號產生第一比較信號；以及邏輯電路，耦接至振蕩電路和第一比較電路，基於時鐘信號和第一比較信號產生控制信號，以控制主開關管的導通與關斷；其中若主開關管的導通時長大於預設時長，斜坡補償信號在主開關管導通的預設時長內具有第一斜率，在主開關管導通的預設時長外具有第二斜率，主開關管在其關斷時長達到最小關斷時長時被導通；其中第一斜率和第二斜率均大於零，且第二斜率小於第一斜率。
2.如權利要求I所述的控制電路，其中振蕩電路耦接至邏輯電路以接收控制信號，基於控制信號將主開關管的導通時長與預設時長進行比較，並根據比較結果對斜坡補償信號和時鐘信號進行調節。
3.如權利要求I所述的控制電路，其中所述振蕩電路包括電容器，具有第一端和第二端，其中第二端接地，該電容器兩端的電壓被用作斜坡補償信號；第一開關管，與電容器並聯；充電電路，耦接至電容器的第一端，為電容器提供充電電流；以及第二比較電路，耦接至電容器和充電電路，將電容器兩端的電壓與閾值電壓進行比較， 並根據比較結果調節充電電路的充電電流；其中當電容器兩端的電壓小於閾值電壓時，充電電路提供的充電電流為第一電流，當電容器兩端的電壓大於閾值電壓時，充電電路提供的充電電流為第二電流，其中第一電流大於第二電流。
4.如權利要求3所述的控制電路，其中所述第一開關管在主開關管關斷的最小關斷時長內被導通。
5.如權利要求3所述的控制電路，其中所述充電電路包括第一電流源，耦接在供電電壓和電容器的第一端之間；第二開關管，具有第一端、第二端和門極，其中第一端耦接至供電電壓，門極耦接至第二比較電路的輸出端；以及第二電流源，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至第二開關管的第二端，第二端耦接至電容器的第一端；其中第二開關管在電容器兩端的電壓小於閾值電壓時被導通，在電容器兩端的電壓大於閾值電壓時被關斷。
6.如權利要求3所述的控制電路，其中所述振蕩電路進一步包括與門，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端I禹接至第二比較電路的輸出端；非門，其輸入端耦接至邏輯電路以接收控制信號，輸出端耦接至與門的第二輸入端；觸發器，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端I禹接至與門的輸出端，輸出端耦接至第一開關管的門極；以及單觸發電路，其輸入端耦接至觸發器的輸出端，輸出端耦接至觸發器的第二輸入端和邏輯電路以提供時鐘信號。
7.一種開關電源，包括如權利要求I至6中任一項所述的控制電路。
8.一種用於開關電源的控制電路，該開關電源包括具有主開關管的開關電路，該控制電路包括振蕩電路，產生斜坡補償信號和時鐘信號；第一比較器，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端接收代表流過主開關管電流的電流採樣信號與斜坡補償信號之和，第二輸入端接收與開關電路輸出信號相關的反饋信號；以及第一觸發器，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端稱接至振蕩電路以接收時鐘信號，第二輸入端耦接至第一比較器的輸出端，輸出端提供控制信號以控制主開關管的導通與關斷；其中若主開關管的導通時長小於預設時長，斜坡補償信號在主開關管的導通時長內具有第一斜率，主開關管以固定的開關頻率被導通；若主開關管的導通時長大於預設時長，斜坡補償信號在主開關管導通的預設時長內具有第一斜率，在主開關管導通的預設時長外具有第二斜率，主開關管在其關斷時長達到最小關斷時長時被導通；其中第一斜率和第二斜率均大於零，且第二斜率小於第一斜率。
9.如權利要求8所述的控制電路，其中振蕩電路耦接至第一觸發器的輸出端以接收控制信號，基於控制信號將主開關管的導通時長和預設時長進行比較，並根據比較結果對斜坡補償信號和時鐘信號進行調節。
10.如權利要求8所述的控制電路，其中所述振蕩電路包括電容器，具有第一端和第二端，其中第二端接地，該電容器兩端的電壓被用作斜坡補償信號；第一開關管，與電容器並聯；充電電路，耦接至電容器的第一端，為電容器提供充電電流；第二比較器，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端稱接至電容器的第一端，第二輸入端接收閾值電壓，輸出端耦接至充電電路以調節充電電路提供的充電電流；其中當電容器兩端的電壓小於閾值電壓時，充電電路提供的充電電流為第一電流，當電容器兩端的電壓大於閾值電壓時，充電電路提供的充電電流為第二電流，其中第一電流大於第二電流。
11.如權利要求10所述的控制電路，其中所述第一開關管在主開關管關斷的最小關斷時長內被導通。
12.如權利要求10所述的控制電路，其中所述充電電路包括第一電流源，耦接在供電電壓和電容器的第一端之間；第二開關管，具有第一端、第二端和門極，其中第一端耦接至供電電壓，門極耦接至第二比較器的輸出端；以及第二電流源，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至第二開關管的第二端，第二端耦接至電容器的第一端；其中第二開關管在電容器兩端的電壓小於閾值電壓時被導通，在電容器兩端的電壓大於閾值電壓時被關斷。
13.如權利要求10所述的控制電路，其中所述振蕩電路進一步包括與門，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端I禹接至第二比較器的輸出立而；非門，其輸入端耦接至第一觸發器的輸出端以接收控制信號，輸出端耦接至與門的第二輸入端；第二觸發器，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端I禹接至與門的輸出端，輸出端耦接至第一開關管的門極；以及單觸發電路，其輸入端耦接至第二觸發器的輸出端，輸出端耦接至第二觸發器的第二輸入端和第一觸發器的第一輸入端以提供時鐘信號。
14.一種開關電源控制方法，該開關電源包括具有主開關管的開關電路，該控制方法包括產生斜坡補償信號和時鐘信號；根據代表流過主開關管電流的電流採樣信號、斜坡補償信號以及與開關電路輸出信號相關的反饋信號，產生比較信號；以及基於時鐘信號和比較信號產生控制信號，以控制主開關管的導通與關斷；其中若主開關管的導通時長大於預設時長，斜坡補償信號在主開關管導通的預設時長內具有第一斜率，在主開關管導通的預設時長外具有第二斜率，主開關管在其關斷時長達到最小關斷時長時被導通；其中第一斜率和第二斜率均大於零，且第二斜率小於第一斜率。
15.如權利要求14所述的控制方法，還包括將主開關管的導通時長和預設時長進行比較；以及根據比較結果對斜坡補償信號和時鐘信號進行調節。
16.如權利要求14所述的控制方法，其中開關電源包括具有電容器和第一開關管的振蕩電路，其中電容器兩端的電壓被用作斜坡補償信號，第一開關管與電容器並聯，產生斜坡補償信號和時鐘信號的步驟包括使用充電電流對電容器充電；將電容器兩端的電壓與閾值電壓進行比較；以及根據比較結果調節充電電流；其中當電容器兩端的電壓小於閾值電壓時，充電電流為第一電流，當電容器兩端的電壓大於閾值電壓時，充電電流為第二電流，其中第一電流大於第二電流。
17.如權利要求16所述的控制方法，其中產生斜坡補償信號和時鐘信號的步驟還包括在主開關管關斷的最小關斷時長內將第一開關管導通。
全文摘要
公開了開關電源及其控制電路和控制方法。該控制電路包括振蕩電路、第一比較電路和邏輯電路。振蕩電路產生斜坡補償信號和時鐘信號。第一比較電路根據電流採樣信號、斜坡補償信號以及反饋信號產生第一比較信號。邏輯電路基於時鐘信號和第一比較信號產生控制信號，以控制主開關管的導通與關斷。其中若主開關管的導通時長大於預設時長，斜坡補償信號在主開關管導通的預設時長內具有第一斜率，在主開關管導通的預設時長外具有第二斜率，主開關管在其關斷時長達到最小關斷時長時被導通；其中第一斜率和第二斜率均大於零，且第二斜率小於第一斜率。
文檔編號H02M1/06GK102594097SQ201210064490
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月13日 優先權日2012年3月13日
發明者席小玉 申請人:成都芯源系統有限公司