一種低待機損耗控制方法及控制電路的製作方法

2023-06-17 15:57:56

專利名稱：一種低待機損耗控制方法及控制電路的製作方法
技術領域：
本發明屬於開關電源領域，更具體地說，涉及一種應用於反激式開關電源中的低待機損耗控制方法及控制電路。
背景技術：
隨著能量的進ー步緊缺，開關電源的輕載或空載損耗(均稱為待機損耗)也得到了越來越多的關注，各國政府針對待機損耗也都出臺了相關的標準以進行強制性要求，例如美國的「能源之星」中要求交/直流開關電源的最大空載待機損耗在0. 5W以下。但是，隨著開關電源的快速發展，待機損耗水平早已能滿足於規定的限值，電源製造商致力於將待機損耗減小到比標準要求更低甚至接近於零，因此需要對開關電源的控制電路和技術作進ー步優化。

反激式開關電源在工作過程中，當其負載減小時，工作模式會從連續電流模式(CCM)進入到非連續電流模式(DCM)，這時為了維持輸出電壓的調節，其功率開關管的導通時間將會減小，當負載進一歩減小時，功率開關管的導通時間就會到達系統的最小導通時間，最後以固定的最小導通時間進行工作。但是，如果負載進ー步減小或是進入空載狀態，如果開關電源仍以固定的最小導通時間工作，則其開關損耗就會很大，造成電源工作效率降低。在現有技術中，在輕載或空載狀態下，為了降低電源的損耗，在功率開關管達到最小導通時間後，一般採取省略脈衝或屏蔽脈衝的方法來減小開關管的開關次數，降低開關損耗，也即是通常所說的通過降低頻率的方法來減小損耗，以提高輕載效率。但是，現有的待機控制方案改善輕載效率，一方面往往需要較大規模改變控制電路，控制過程複雜，並且這種控制方案紋波也較大；另一方面現有技術在高輸入電壓情況下的待機損耗控制也不是很理想，在高輸入電壓的情況下，如果系統工作在固定的最小導通時間，固定的最小導通時間使得輸入能量不會隨著負載的減小而減小，造成多餘能量的浪費，電源效率低。

發明內容
有鑑於此，本發明提供了一種低待機損耗控制方法及控制電路，其用以在反激式開關電源的待機狀態下根據輸入電壓的不同自適應調節功率開關管的最小導通時間，以使得無論在高輸入電壓或是低輸入電壓情況下均能將反激式開關電源的損耗降到最小，有效提高了電源的利用效率。依據本發明的一種低待機損耗控制方法，應用於反激式開關電源中，所述反激式開關電源中包括有控制能量傳輸的功率開關管，在所述反激式開關電源待機狀態時，所述功率開關管的導通時間工作於最小導通時間；且根據所述反激式開關電源的輸入電壓的高低來控制所述功率開關管的最小導通時間，以使所述功率開關管的最小導通時間與所述輸入電壓成反比例變化關係。進ー步的，還包括以下步驟在所述功率開關管的導通時間區間內，接收所述反激式開關電源的輸入電壓作為第一電壓信號，以產生所述第一電流信號，且所述第一電流信號與所述輸入電壓成正比例關係;接收所述第一電流信號，進行充放電處理，產生第一斜坡電壓信號；接收所述第一斜坡電壓信號和ー閾值電壓，所述閾值電壓作為第二電壓信號，以產生第一控制信號，所述第一控制信號用以控制所述功率開關管的關斷，以使所述功率開關管的最小導通時間與所述輸入電壓成反比例變化關係。進ー步的，還包括以下步驟接收一外部電壓信號和所述功率開關管的關斷信號，以形成一表徵所述功率開關管的關斷時間的第一電壓信號；在所述功率開關管的導通時間區間內，接收所述第一電壓信號，以產生與所述第ー電壓信號成正比例關係的第一電流信號；
·
所述接收所述第一電流信號，進行充放電處理後，產生第一斜坡電壓信號；接收ー限值電壓和所述功率開關管的導通信號，以形成一表徵所述功率開關管的導通時間的第二電壓信號；接收所述第一斜坡電壓信號和所述第二電壓信號，產生所述第一控制信號用以控制所述功率開關管的關斷，以使所述功率開關管的最小導通時間與所述輸入電壓成反比例變化關係。依據本發明的一種低待機損耗控制電路，應用於反激式開關電源中，所述反激式開關電源中包括有控制能量傳輸的功率開關管，還包括最小導通時間控制電路，所述最小導通時間控制電路用於在所述反激式開關電源待機狀態時，根據所述反激式開關電源的輸入電壓的高低來控制所述功率開關管的最小導通時間，以使所述功率開關管的最小導通時間與所述輸入電壓成反比例變化關係。進ー步的，所述最小導通時間控制電路包括第一電流形成電路，一充放電電路和第一控制電路，其中，在所述功率開關管的導通時間區間內，所述第一電流形成電路接收ー第一電壓信號，以產生一第一電流信號，所述第一電流信號與所述第一電壓信號成正比例關係；所述充放電電路接收所述第一電流信號，進行充放電處理，以產生第一斜坡電壓信號;所述第一控制電路接收所述第一斜坡電壓信號和一第二電壓信號，以產生第一控制信號，所述第一控制信號用以控制所述功率開關管的關斷。優選的，所述第一電壓信號為所述反激式開關電源的輸入電壓；所述第二電壓信號為ー預先設置的閾值電壓。優選的，還包括第一電壓生成電路和第二電壓生成電路，其中所述第一電壓生成電路接收一外部電壓信號和所述功率開關管的關斷信號，以形成一表徵所述功率開關管的關斷時間的電壓信號，並以此作為所述第一電壓信號傳輸給所述第一電流形成電路；所述第二電壓生成電路接收ー限值電壓和所述功率開關管的導通信號，以形成一表徵所述功率開關管的導通時間的電壓信號，並以此作為所述第二電壓信號傳輸給所述第ー控制電路。
通過上述的一種低待機損耗控制電路，其通過最小導通時間控制電路來調節功率開關管的最小導通時間，以使得所述功率開關管的最小導通時間隨著輸入電壓的變化而自適應調節，從而使得無論在高輸入電壓或是低輸入電壓情況下反激式開關電源都能以最佳的最小導通時間工作，從而將開關電源的能耗降至最小，提高了電源的利用效率。並且本發明的控制電路結構簡單，利於集成、成本低。


圖I所示為依據本發明的一種低待機損耗控制電路第一實施例的電路圖；圖2所示為依據本發明的一種低待機損耗控制電路第二實施例的電路圖；圖3所示為依據本發明的一種低待機損耗控制電路第三實施例的電路圖；圖4所示為依據本發明的一種低待機損耗控制方法的第一實施例的流程圖；
圖5所示為依據本發明的一種低待機損耗控制方法的第二實施例的流程具體實施例方式以下結合附圖對本發明的幾個優選實施例進行詳細描述，但本發明並不僅僅限於這些實施例。本發明涵蓋任何在本發明的精髄和範圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。為了使公眾對本發明有徹底的了解，在以下本發明優選實施例中詳細說明了具體的細節，而對本領域技術人員來說沒有這些細節的描述也可以完全理解本發明。正如在背景技術中提到，當反激式開關電源的負載減小到一定程度時，其功率開關管的導通時間就會以系統的最小導通時間進行工作，這時，在不同的輸入電壓的情況下，如果系統以固定的最小導通時間工作，則其電源效率低，輸入電壓高時，會造成多餘能量的浪費；輸入電壓低時，會使功率開關管的開關次數多而造成開關損耗增加。因此，發明人考慮，在待機狀態時，對於不同的輸入電壓，可根據輸入電壓的高低來自適應地調節功率開關管的最小導通時間，以此控制能量的傳輸大小或是功率開關管的開關次數，達到在待機狀態時，對於不同的輸入電壓開關電源的工作效率均得到提高的目的。參考圖1，所示為依據本發明的一種低待機損耗控制電路第一實施例的電路圖。該電路應用於反激式開關電源中，用以減小所述反激式開關電源在待機狀態下的損耗以提高開關電源的效率。本發明實施例所述的低待機損耗控制電路是在現有的反激式開關電源的控制晶片中增加最小導通時間控制電路101來實現的，如圖I所示，所述控制晶片至少還包含有輸出電壓反饋電路102、驅動控制電路103、以及邏輯電路104，其具體電路結構和工作原理與現有的反激式開關電源相同，例如中國專利申請號為201110137256. 3、專利申請號為201210140876. 7中均公開了反激式開關電源中輸出電壓反饋電路、所述驅動控制電路和所述邏輯電路的一種實現方式，在此不重複敘述。具體的，所述反激式開關電源包括有控制能量由原邊向副邊傳輸的功率開關管Q，在待機狀態下所述功率開關管的導通時間工作於最小導通時間。根據圖I所示，所述反激式開關電源在待機狀態時，所述最小導通時間控制電路開始工作，並且所述最小導通時間控制電路根據所述反激式開關電源的輸入電壓的高低來控制所述功率開關管的最小導通時間，以使所述功率開關管的最小導通時間與所述輸入電壓成反比例變化關係。需要說明的是，本發明實施例中的最小導通時間控制電路可以根據控制晶片的管腳要求選擇接收輸入電壓或是不接收輸入電壓，具體控制過程將在以下段落中詳細描述。由此可見，依據本發明的低待機損耗控制電路無論是在高輸入電壓還是低輸入電壓的情況下，均能自適應調節所述功率開關管的最小導通時間。相對於現有技術，在待機狀態下負載端需要的能量較少的情形下，高輸入電壓時本發明可減小功率開關管的導通時間以減少能量的傳輸，避免多餘能量的浪費，從而提高所述反激式開關電源的效率，在低輸入電壓時延長功率開關管的導通時間以減少開關次數，減小開關損耗從而提高反激式開關電源的效率。參考圖2，所示為依據本發明的一種低待機損耗控制電路第二實施例的電路圖。本實施例具體闡述了所述最小導通時間控制電路的電路結構以及工作過程。本發明實施例的最小導通時間控制電路包含有一第一電流形成電路201、充放電電路202和第一控制電路203。其中，所述第一電流形成電路201通過ー第一開關SI接收ー第一電壓信號V1,本 實施例中，所述第一電壓信號'為所述反激式開關電源的輸入電壓Vin，經處理後輸出一與所述輸入電壓Vin成正比例的第一電流信號Itl ;所述充放電電路202接收所述第一電流信號1(1，經充放電處理後，輸出第一斜坡電壓信號V。,所述第一控制電路203接收所述第一斜坡電壓信號V。和ー閾值電壓Vth,本實施例中所述閾值電壓Vth為ー預先設置的固定值,其值為根據負載大小確定；所述第一控制電路203輸出第一控制信號Vrtrt，所述第一控制信號Vrfrt用以控制所述功率開關管Q關斷，以此控制所述功率開關管的最小導通時間。其中，所述第ー開關SI與所述反激式開關電源的功率開關管Q的開關狀態相同。具體的，在本實施例中，所述第一電流形成電路201包括一第一電阻R1、第二電阻
R2和由第一電晶體Ml和第二電晶體M2組成的電流鏡電路，所述第一電晶體和所述第二晶
體管為同一類型的電晶體，本實施例中均為雙極型電晶體，其寬長比之比為1:M。其中，所述
第一電晶體Ml的集電極通過所述第一電阻Rl接收所述輸入電壓Vin，其發射極接地，所述
第一電晶體Ml的基極與其集電極相連接。所述第二電晶體M2的集電極通過所述第二電阻
R2接收所述輸入電壓Vin，其基極與所述第一電晶體Ml的基極相連接，所述第二電晶體M2
的發射極與所述充放電電路202連接以為其提供充電電流。在所述功率開關管導通時刻，
所述第一開關SI導通，所述輸入電壓Vin經所述第一電阻Rl形成電流信號I1，也即是所述
第一電晶體Ml的集電極電流I1，則有
V.Ii = —.........................(I)
x Rlw則由電流鏡原理可以得到，所述第二電晶體M2的集電極電流為I0 = I1 X M = M X ...................(2)又由於所述第二電晶體的發射極電流與其集電極電流為近似相等，所述發射極電流作為所述第一電流信號，因此，可得到所述第一電流信號為Itl,從(2)式可以看出所述第一電流信號Itl是與所述反激式開關電源的輸入電壓Vin成正比例關係。本領域技術人員可知，本實施例中的第一電流形成電路不限於本實施例中的採用電流鏡的表現方式，其可以採用具有相同功能的電路或結構等同替換，如採用壓控電流源同樣可以實現相同的功能，所述壓控電流源第一端接收所述第一電壓信號(本實施例中即是輸入電壓Vin),第二端接地,其輸出端輸出與所述第一電壓信號成正比例的第一電流信號1(1°進ー步的，所述充放電電路202具體包括一第一電容Cl和一放電電路202-1，所述第一電容Cl的第一端與所述第二電晶體的發射極連接以接收所述第一電流信號Itl，其第二端接地；所述放電電路202-1的第一端與所述第一電容Cl的第一端連接，其第二端接地。所述第一電容接收所述第一電流信號I。，並進行充電，其兩端電壓持續上升以形成第一斜坡電壓信號V。。其中，所述放電電路為所述第一電容提供放電迴路。所述第一控制電路203具體包括第一比較器Wl，所述第一比較器Wl的反相輸入端接收所述第一斜坡電壓信號\，同相輸入端接收所述閾值電壓Vth，當所述第一斜坡電壓信號\達到所述閾值電壓Vth時,所述第一比較器輸出第一控制信號Vetal,以控制所述功率開關管Q關斷。從上述過程可以看出，所述功率開關管Q的最小導通時間為所述第一電容充電至閾值電壓Vth的時間，其值為
權利要求
1.一種低待機損耗控制方法，應用於反激式開關電源中，所述反激式開關電源中包括有控制能量傳輸的功率開關管，其特徵在幹， 在所述反激式開關電源待機狀態時，所述功率開關管的導通時間工作於最小導通時間；且 根據所述反激式開關電源的輸入電壓的高低來控制所述功率開關管的最小導通時間，以使所述功率開關管的最小導通時間與所述輸入電壓成反比例變化關係。
2.根據權利要求I所述的低待機損耗控制方法，其特徵在於，包括以下步驟 在所述功率開關管的導通時間區間內，接收所述反激式開關電源的輸入電壓作為第ー電壓信號，以產生所述第一電流信號，且所述第一電流信號與所述輸入電壓成正比例關係; 接收所述第一電流信號，進行充放電處理，產生第一斜坡電壓信號； 接收所述第一斜坡電壓信號和ー閾值電壓，所述閾值電壓作為第二電壓信號，以產生第一控制信號，所述第一控制信號用以控制所述功率開關管的關斷，以使所述功率開關管的最小導通時間與所述輸入電壓成反比例變化關係。
3.根據權利要求I所述的低待機損耗控制方法，其特徵在於，包括以下步驟 接收一外部電壓信號和所述功率開關管的關斷信號，以形成一表徵所述功率開關管的關斷時間的第一電壓信號； 在所述功率開關管的導通時間區間內，接收所述第一電壓信號，以產生與所述第一電壓信號成正比例關係的第一電流信號； 所述接收所述第一電流信號，進行充放電處理後，產生第一斜坡電壓信號； 接收ー限值電壓和所述功率開關管的導通信號，以形成一表徵所述功率開關管的導通時間的第二電壓信號； 接收所述第一斜坡電壓信號和所述第二電壓信號，產生所述第一控制信號用以控制所述功率開關管的關斷，以使所述功率開關管的最小導通時間與所述輸入電壓成反比例變化關係。
4.一種低待機損耗控制電路，應用於反激式開關電源中，所述反激式開關電源中包括有控制能量傳輸的功率開關管，其特徵在於，還包括最小導通時間控制電路， 所述最小導通時間控制電路用於在所述反激式開關電源待機狀態時，根據所述反激式開關電源的輸入電壓的高低來控制所述功率開關管的最小導通時間，以使所述功率開關管的最小導通時間與所述輸入電壓成反比例變化關係。
5.根據權利要求4所述的低待機損耗控制電路，其特徵在於，所述最小導通時間控制電路包括第一電流形成電路，一充放電電路和第一控制電路，其中， 在所述功率開關管的導通時間區間內，所述第一電流形成電路接收ー第一電壓信號，以產生一第一電流信號，所述第一電流信號與所述第一電壓信號成正比例關係； 所述充放電電路接收所述第一電流信號，進行充放電處理，以產生第一斜坡電壓信號; 所述第一控制電路接收所述第一斜坡電壓信號和一第二電壓信號，以產生第一控制信號，所述第一控制信號用以控制所述功率開關管的關斷。
6.根據權利要求5所述的低待機損耗控制電路，其特徵在於，所述第一電壓信號為所述反激式開關電源的輸入電壓； 所述第二電壓信號為ー預先設置的閾值電壓。
7.根據權利要求5所述的低待機損耗控制電路，其特徵在幹，進ー步包括第一電壓生成電路和第二電壓生成電路，其中 所述第一電壓生成電路接收一外部電壓信號和所述功率開關管的關斷信號，以形成一表徵所述功率開關管的關斷時間的電壓信號，並以此作為所述第一電壓信號傳輸給所述第ー電流形成電路； 所述第二電壓生成電路接收ー限值電壓和所述功率開關管的導通信號，以形成一表徵所述功率開關管的導通時間的電壓信號，並以此作為所述第二電壓信號傳輸給所述第一控制電路。
全文摘要
本發明公開了一種低待機損耗控制方法及控制電路，用以提高所述反激式開關電源在待機狀態下的工作效率。其根據輸入電壓的大小自適應調整功率開關管的最小導通時間，使得在輸入電壓高時其最小導通時間減小從而減小能量的傳輸，避免多餘能量的浪費以提高電源效率，而在輸入電壓低時其最小導通時間延長從而減少功率開關管的開關次數，減小開了關損耗從而提高電源效率。實現在輸入電壓為高、低等不同情況下均能提高開關電源的待機效率。本發明可以應用在輸入電壓有管腳引出和無管腳引出等不同場合，成本低，並且利於集成。
文檔編號H02M3/335GK102801330SQ20121028818
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月7日 優先權日2012年8月7日
發明者羅穎鵬 申請人:矽力傑半導體技術(杭州)有限公司