一種電源控制電路及應用其的開關電源的製作方法

2024-03-06 06:56:15 1

本發明涉及開關電源領域，更具體地說，涉及一種電源控制電路及應用其的開關電源。

背景技術：

傳統的LED驅動電路的原理框圖如圖1所示，外部交流輸入電壓經過整流橋整流後得到脈動的直流電壓VIN，然後直流電壓VIN經過開關電路轉換處理後產生輸出電壓VO供給負載，控制電路接收直流電壓VIN、輸出電壓VO以及開關電路輸出的採樣信號，以產生控制信號用以控制開關電路中的開關狀態，從而使得開關電路輸出預期的輸出電壓信號。

如圖2所示，控制電路一般包括5個子模塊：供電模塊、採樣電路、補償電路、導通關斷控制電路和驅動電路。供電模塊接收直流電壓VIN和輸出電壓VO以產生供電電壓為其他所有子模塊供電；採樣電路接收開關電路傳輸的採樣信號經過處理後獲得採樣信號傳輸到補償電路；補償電路經過補償處理得到補償信號，補償信號傳輸給開通關斷控制電路得到開關電路的控制信號，控制信號再經過驅動電路最終輸出驅動信號控制開關電路中的開關狀態以調節輸出電壓VO。一般而言，供電模塊的輸入結構如圖3所示，直流電壓VIN通過啟動電阻R0到電容C02，輸出電壓VO通過限流電阻R1和續流二極體D1到電容C02，電容C02的兩端電壓VCC為供電電壓。直流電壓VIN通過啟動電阻R0給電容C02充電，為控制電路提供啟動電流，當晶片開始工作後，輸出電壓VO通過限流電阻和續流二極體開始給電容C02充電，電容C02的供電電壓通過供電電路為整個控制電路供電，保持系統正常運作。

然而，在實際的工作中，為了濾除工頻紋波，補償電路中的補償電容和開關電路中的輸出電容選取往往很大，導致在驅動電路啟動後輸出電壓VO上升很慢，且每個開關周期導通時間很短，因此供電模塊中的輸出電壓VO對電容C02的有效充電能力很弱，從驅動電路開始工作到供電電壓VCC達到供電平衡需要較長的時間，經常會多次重啟才能完成啟動過程，從而使得啟動時間很長，甚至在連續開關機等場合下完成不了啟動過程。

技術實現要素：

有鑑於此，本發明提出了電源控制電路及應用其的開關電源，通過控制補償電路在起始工作狀態時的工作電流，可增強輸出電壓對充電電容的充電能力，從而快速完成啟動到正常工作中的供電電壓需求。

依據本發明的一種電源控制電路，包括補償電路，所述補償電路包括充電電路、放電電路和補償電容，所述充電電路通過上拉電流給所述補償電容充電，所述放電電路通過下拉電流給所述補償電容放電；

其中，在所述電源的啟動階段，分別增大所述上拉電流和下拉電流。

進一步地，所述充電電路包括第一電流源和第二電流源，所述放電電路包括第三電流源和第四電流源，

所述第一電流源的第一端和所述第二電流源的第一端連接於一點並且公共連接端連接到電壓源，第一電流源的第二端通過第一開關連接到所述補償電容，所述第二電流源的第二端連接到所述補償電容；

所述第三電流源的第一端通過第二開關連接到所述補償電容，所述第四電流源的第一端連接到所述補償電容，所述第三電流源的第二端和第四電流源的第二端連接於一點並且公共連接端連接到地端。

優選地，所述第一電流源的大小為所述第二電流源的(K1-1)倍；所述第三電流源的大小為所述第四電流源的(K2-1)倍；K2和K1均為大於1的正數，且K2的值大於等於K1的值。

優選地，在所述電源的啟動階段，控制所述第一開關和所述第二開關導通；

在所述電源啟動工作的第一時間段後，控制所述第一開關和所述第二開關斷開。

進一步地，所述控制電路還包括供電模塊，所述供電模塊根據所述電源的輸出電壓信號產生供電電壓供所述控制電路使用；

在所述電源的啟動階段，所述上拉電流大於所述下拉電流，所述電源中補償電容電壓上升，所述供電模塊輸出的供電電壓快速上升。

進一步地，所述控制電路還包括採樣電路，所述採樣電路接收所述電源的輸出電壓信號或輸出電流信號，以產生表徵輸出電壓信號或輸出電流信號的採樣電流信號傳輸給所述補償電路，所述採樣電流信號作為所述補償電路的第四電流源的電流信號。

進一步地，所述控制電路還包括導通關斷控制電路和驅動電路，

所述導通關斷控制電路接收所述補償電路輸出的補償信號，以據此控制所述電源中功率開關管的導通時間；

所述驅動電路接收所述導通關斷控制電路的輸出信號，以產生驅動信號控制所述功率開關管的開關動作。

優選地，所述的電源控制電路適用於連續開關機的場合。

依據本發明的一種開關電源，包括功率級電路和上述的電源控制電路，

所述電源控制電路接收整流橋輸出的直流電壓和電源的輸出電壓信號或輸出電流信號，以產生開關控制信號控制所述功率級電路中功率開關管的開關動作。

優選地，所述開關電源為LED驅動電路。

綜上所述，依據本發明電源控制電路及應用其的開關電源，通過控制補償電路在起始工作狀態時的工作電流，使得補償電容能快速充電，從而加長功率開關管的導通時間，可增強輸出電壓對充電電容的充電能力，之後，待啟動一段時間後，將補償電容的充放電電流切換到正常工作狀態。

本發明可通過控制補償電容的充電電流，不但增強了輸出電壓對充電電容的充電能力，降低了驅動電路的損耗，同時還可以通過控制充放電電流的大小來減小啟動時對補償電容的依賴，並且對切換時機不敏感，可以有效地規避過衝導致的燈閃爍等風險，同時可以通過編程來控制充放電電流比例大小，以滿足在不同應用下的啟動需求。

附圖說明

圖1為傳統的LED驅動電路的原理框圖；

圖2為圖1中控制電路的模塊圖；

圖3為圖2中供電模塊的輸入結構圖；

圖4為依據本發明的補償電路的電路圖。

具體實施方式

以下將結合附圖詳細說明本發明的一些優選實施例，但本發明不限於此。

在本發明實施例中，所述開關電源以LED驅動電路為例，但本發明的控制電路應用不限於此，所述LED驅動電路的控制電路如圖2所示，控制電路中的供電模塊、採樣電路、導通關斷控制電路和驅動電路的結構和功能與圖2中一致，在此不再贅述。所不同的是，由於存在現有技術中的啟動慢的問題，在本發明中對補償電路進行了改進。

參考圖4所示為依據本發明的補償電路的電路圖，所述補償電路包括充電電路、放電電路和補償電容Cc，所述充電電路包括第一電流源I1和第二電流源I2，所述放電電路包括第三電流源I3和第四電流源I4，所述第一電流源I1的第一端和所述第二電流源I2的第一端連接於一點並且公共連接端連接到電壓源，第一電流源I1的第二端通過第一開關S1連接到所述補償電容Cc，所述第二電流源I2的第二端連接到所述補償電容Cc；其中，所述第一電流源的大小為所述第二電流源的(K1-1)倍，這裡，記第二電流源的大小為Iref，則第一電流源的大小為(K1-1)Iref；所述第三電流源I3的第一端通過第二開關S2連接到所述補償電容Cc，所述第四電流源I4的第一端連接到所述補償電容Cc，所述第三電流源I3的第二端和第四電流源I4的第二端連接於一點並且公共連接端連接到地端，其中，所述第三電流源的大小為所述第四電流源的(K2-1)倍，這裡，記第四電流源的大小為Isen，則，第三電流源的大小為(K2-1)Iref。並且，K1、K2均為大於1的正數，且K2的值大於等於K1的值。

其中，第一開關S1和第二開關S2的開關狀態為：在所述電源的啟動階段，控制所述第一開關S1和第二開關S2導通；在所述電源啟動工作的第一時間段(第一時間段可根據需要設置，一般設置為2至5個工頻周期)後，控制所述第一開關S1和第二開關S2斷開。第一開關S1和第二開關S2例如可通過開關電源功率級電路中的開關信號控制，但不限於此。

通過上述的電路結構可以看出，第一電流源I1和第二電流源I2的電流為所述補償電容Cc的上拉電流(即充電電流)，第三電流源I3和第四電流源I4的電流為所述補償電容Cc的下拉電流(即放電電流)。

需要說明的是，在本發明實施例中，所示第四電流源的電流信號Isen為圖2中所述採樣電路傳輸的採樣電流信號，所述採樣電路接收所述電源的輸出電壓信號或輸出電流信號，以產生表徵輸出電壓信號或輸出電流信號的採樣電流信號傳輸給所述補償電路，所述採樣電流信號作為所述補償電路的第四電流源的電流信號。

根據上述的電路結構闡述本發明實施例的工作過程：在開關電源開始工作後，第一開關S1和第二開關S2導通，此時補償電容Cc的上拉電流為k1*Iref，下拉電流為k2*Isen，在剛開始啟動時，通過設置K1、K2的值以分別增大所述上拉電流和下拉電流，以使補償電容Cc得到快速充電；並且由於功率開關管的導通時間短，採樣電流Isen會小於上拉電流k1*Iref，這裡選取較大的k1值可以快速的增加補償電容兩端電壓，隨著補償電容電壓的快速增加，可以使得開關電源中功率開關管的導通時間加長，這樣大大加強了輸出電壓VO對充電電容VCC的充電能力，從而所述供電模塊輸出的供電電壓得到快速上升，同時採樣電流Isen也會隨之增加，減弱了補償電容的上拉速度，當驅動電路工作第一時間段後，將第一開關S1和第二開關S2關斷，補償電容的上拉電流和下拉電流切換到正常工作狀態，並最終達到穩態。所述的第一時間段為一個合理時間，可根據具體情況設定，一般可設置為1-5個工頻周期。

本實施例中，在穩定工作狀態時，電流Iref和採樣電流Isen的平均值相等。通過上述的過程可以看出，通過本發明實施例的電流控制方案，可以很好的實現在啟動過程中輸出電壓對充電電容快速充電的功能，從而降低啟動時對補償電容的大小依賴。

此外，為了防止在充電過程中，對補償電容充電太快造成過衝的影響，在設計時，設置K2的值大於K1的值，可以有效防止過衝現象，並且，對啟動工作狀態切換到正常電流狀態不敏感，同時又可以加快補償電容穩態電壓的建立，大大加強輸出電壓VO對充電電容的充電能力。

理論上，k1的值和k2的值越大，補償電容穩態電壓的建立越快，啟動對充電電容大小的依賴越小，但實際上用戶可以通過編程來對k1和k2賦值，以滿足在不同應用下的啟動需求。

需要說明的是，本發明實施例中所述的電源控制電路適用於連續開關的場合，以完成啟動過程中的快速充電並達到穩定狀態。

以上以開關電源為LED驅動電路為例，但本發明電源的控制電路還可以應用於交流-直流電壓轉換電路、直流-直流電壓轉換電路等合適的開關電源中。雖然，本發明之實施例為交流輸入，但是本發明之方案同樣適用於直流輸入，根據本發明的教導，這一點可為本領域普通技術人員所知悉。

以上對依據本發明的優選實施例的電源控制電路及應用其的開關電源進行了詳盡描述，但關於該專利的電路和有益效果不應該被認為僅僅局限於上述所述的，公開的實施例和附圖可以更好的理解本發明，因此，上述公開的實施例及說明書附圖內容是為了更好的理解本發明，本發明保護並不限於限定本公開的範圍，本領域普通技術人員對本發明實施例的替換、修改均在本發明的保護範圍之內。