CN102801305B - 峰值电流信号产生电路,开关电源电路及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种峰值电流信号产生电路，开关电源电路及其方法，所述开关电源电路至少包括第一功率管，所述峰值电流信号产生电路包括：第一电流源；峰值电容，与第一电流源并联耦接，所述峰值电容两端的电压信号为峰值电流信号；低通滤波电路，第一端和第二端分别耦接至峰值电容的两端，控制端接收表征第一功率管开关周期的脉冲信号；第一开关，第一端耦接至低通滤波电路的第三端，控制端接收复位信号；以及第一电压源，第一端耦接至第一开关的第二端，第二端耦接至低通滤波电路的第二端。能够实现根据负载情况调整峰值电流信号，使得开关电源电路的频率随着负载的降低而降低，同时避免产生次谐波振荡的目的。

Description

峰值电流信号产生电路,开关电源电路及其方法

技术领域

本发明涉及电压转换电路，更具体地说，本发明涉及电压转换电路中的开关电源电路及其峰值电流信号产生电路和方法。

背景技术

开关电源电路通常在轻载时降低开关频率，以得到较高的效率。但开关频率过低会导致开关电源电路的输出纹波变大，并且会影响电路的其它性能。尤其是在高端降压(High Side Buck)电路中，开关频率的降低会使控制电路不能及时检测输出电压导致电路的瞬态响应受到影响。因此，在具有电流环控制的系统中，通常采用在负载减小时降低峰值电流信号的方法，使得系统的开关频率不会随着负载的减小而降低太多。其中常用的一种手段是根据开关电源电路中的功率管的开关周期、关断时长、或者开通时长来调整峰值电流信号。但采用该手段来调整峰值电流信号可能产生次谐波振荡。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的上述问题，提供一种峰值电流信号产生电路、采用该峰值电流信号产生电路的开关电源电路以及一种产生峰值电流信号的方法。

根据本发明的实施例，提出了一种峰值电流信号产生电路，所述峰值电流信号产生电路用于开关电源电路，所述开关电源电路至少包括第一功率管，所述峰值电流信号产生电路包括：第一电流源；峰值电容，与第一电流源并联耦接，所述峰值电容两端的电压信号为峰值电流信号；低通滤波电路，具有第一端、第二端、第三端和控制端，所述第一端和第二端分别耦接至峰值电容的两端，所述控制端接收表征第一功率管开关周期的脉冲信号；第一开关，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至低通滤波电路的第三端，所述控制端接收复位信号；以及第一电压源，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至第一开关的第二端，所述第二端耦接至低通滤波电路的第二端。

在一个实施例中，所述低通滤波电路包括：第二开关，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至低通滤波电路的第一端，所述第二端耦接至低通滤波电路的第三端，所述控制端接收脉冲信号；以及滤波电容，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至低通滤波电路的第三端，所述第二端耦接至低通滤波电路的第二端。

根据本发明的实施例，提出了一种峰值电流信号产生电路，频率控制电流源，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至供电电源，所述控制端接收频率信号，基于所述频率信号，所述频率控制电流源在第二端提供电流；以及峰值电阻，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至频率控制电流源的第二端，所述第二端接地，所述频率控制电流源提供的电流流过峰值电阻，在峰值电阻上产生的电压信号为峰值电流信号。

在一个实施例中，所述频率控制电流源所提供的电流大小与频率信号成反比。

根据本发明的实施例，提出了一种峰值电流信号产生电路，电容，具有第一端和第二端，所述第一端接地，所述第二端提供峰值电流信号；电阻，与电容并联；第三开关，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至电容的第二端，所述控制端接收方波信号；以及以及第三电流源，具有第一端和第二端，所述第一端接地，所述第二端耦接至第三开关的第二端。

根据本发明的实施例，提出了一种开关电源电路，所述开关电源电路包括上述任何一种峰值电流信号产生电路，还包括：功率模块，包括串联耦接的第二功率管和第一功率管，其中第一功率管接收输入电压；滤波电路，包括电感和输出电容，其中输出电容的两端提供输出电压给负载；反馈比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端接收表征输出电压的反馈电压，所述第二输入端接收基准信号，基于所述反馈电压和所述基准信号，所述反馈比较器在输出端输出置位信号；峰值比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中所述第一输入端接收电流检测信号，所述第二输入端接收峰值电流信号，基于电流检测信号和峰值电流信号，所述峰值比较器输出复位信号；以及逻辑电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端耦接至峰值比较器接收复位信号，所述第二输入端耦接至反馈比较器接收置位信号，基于所述复位信号和置位信号，所述逻辑电路在输出端输出开关信号控制第一功率管通断。

在一个实施例中，所述开关电源电路还包括反馈电路，接收输出电压，基于输出电压产生反馈电压，所述反馈电路包括反馈二极管、反馈电容、第一反馈电阻和第二反馈电阻，其中：第一反馈电阻和第二反馈电阻串联耦接在反馈二极管的阴极和电感的第一端之间；反馈二极管的阳极耦接至电感的第二端；反馈电容的第一端耦接至反馈二极管的阴极，第二端耦接至电感的第一端；反馈电路在第一反馈电阻和第二反馈电阻的连接点输出反映输出电压的反馈电压。

根据本发明的实施例，提出了一种产生峰值电流信号的方法，所述峰值电流信号可用于开关电源电路中，所述开关电源电路包括控制电路和功率器件，所述控制电路通过开关所述功率器件调节从电源提供给输出端的负载的能量，在一个周期中，当功率器件开通时，所述电源向输出端的负载提供能量；当功率器件关闭时，所述电源停止向输出端的负载提供能量，所述方法包括：在功率器件开通瞬间，将滤波电容充电至基准值；将峰值电容和滤波电容耦接，将峰值电容和滤波电容上的电荷平均分配；以及对峰值电容和滤波电容进行放电，其中峰值电容两端的电压为所述峰值电流信号；其中，相邻开关周期的峰值电流信号变化量的增益小于1。

根据本发明上述各方面的开关电源电路、峰值电流信号产生电路及其方法，能够实现根据负载情况调整峰值电流信号，使得开关电源电路的频率随着负载的降低而降低，同时避免产生次谐波振荡的目的。

附图说明

为了更好的理解本发明，将根据以下附图对本发明进行详细描述：

图1示出了现有的高端降压电路的示意图；

图2示出了图1电路中的峰值电流信号Ipeak，电流检测信号Ics，复位信号106和开关信号108的波形示意图；

图3示出了根据本发明一实施例的开关电源电路结构示意图；

图4示出了图1电路中的峰值电流信号Ipeak、图3电路中的峰值电流信号Ipeak’、电流检测信号Ics、复位信号106和开关信号108的波形示意图；

图5示出了根据本发明一实施例的峰值电流信号产生电路505的电路结构；

图6示出了根据本发明一实施例的峰值电流信号产生电路605的电路结构；

图7示出了开关信号108和方波信号TD的波形；

图8示出了根据本发明一实施例的产生峰值电流信号的方法800。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。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。应当理解，当称元件“连接到”或“耦接到”另一元件时，它可以是直接连接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

图1示出了现有的高端降压电路的示意图。该电路包括：功率模块，包括串联耦接的第一功率管M1和第二功率管D1，其中第一功率管M1接收输入电压VIN；滤波电路，包括电感L1和输出电容C1，其中电感L1的第一端耦接至第一功率管M1和第二功率管D1的连接点，输出电容C1的两端提供输出电压VOUT给负载；反馈电路，包括反馈二极管D2、反馈电容C2以及第一反馈电阻R1和第二反馈电阻R2，其中第一反馈电阻R1和第二反馈电阻R2串联耦接在反馈二极管D2的阴极和电感L1的第一端之间，反馈二极管D2的阳极耦接至电感L1的第二端，反馈电容C2的第一端耦接反馈二极管D2的阴极，第二端耦接电感L1的第一端，反馈电路在电阻R1和R2的连接点输出表征输出电压VOUT的反馈电压VFB；控制电路100，具有第一输入端100-1、第二输入端100-2、接地端100-3和输出端100-4，其中所述第一输入端100-1接收表征流过第一功率管M1的电流的电流检测信号Ics，所述第二输入端100-2耦接至反馈电阻R1和R2的连接点接收反馈电压VFB，所述接地端100-3耦接至第一功率管M1和第二功率管D1的连接点，基于电流检测信号Ics和反馈电压VFB，控制电路100在输出端100-4输出开关信号控制第一功率管M1的通断，以调节输出到负载的能量。

图1所示的高端降压电路中，控制电路100包括：峰值比较器103，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中所述第一输入端接收电流检测信号Ics，所述第二输入端接收峰值电流信号Ipeak，基于电流检测信号Ics和峰值电流信号Ipeak，所述峰值比较器103输出复位信号106；峰值电流产生电路105，具有输入端和输出端，其中所述输入端耦接至峰值比较器103的输出端接收复位信号106，基于复位信号106，所述输出端输出峰值电流信号Ipeak；反馈比较器104，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端耦接至反馈电阻R1和R2的连接点接收反馈电压VFB，所述第二输入端接收基准信号VREF，基于所述反馈电压VFB和所述基准信号VREF，所述反馈比较器104在输出端输出置位信号107；RS触发器101，具有置位端S，复位端R和输出端Q，其中所述置位端S耦接至反馈比较器104的输出端接收置位信号107，所述复位端R耦接至峰值比较器103的输出端接收复位信号106，基于所述置位信号107和复位信号106，所述RS触发器101在输出端Q输出开关信号108控制第一功率管M1的通断。

图2示出了图1电路中的峰值电流信号Ipeak，电流检测信号Ics，复位信号106和开关信号108的波形。下面结合图1和图2来说明控制电路100的工作过程。当第一功率管M1开通时，电感电流(即流过第一功率管M1的电流)增大，电流检测信号Ics随之增大。当电流检测信号Ics的值增大至峰值电流信号Ipeak时，峰值比较器103翻转，从而使复位信号106产生脉冲来复位RS触发器101。RS触发器101输出开关信号108来关断第一功率管M1。第一功率管M1关断后，第二功率管D1开通，此时，输出电压VOUT开始下降，反馈电压VFB反映了输出电压VOUT的大小。当反馈电压VFB低于基准信号VREF时，反馈比较器104翻转，使置位信号107产生脉冲，从而置位RS触发器101。RS触发器101输出开关信号108来开通第一功率管M1。

为了在轻载时降低高端降压电路的开关频率，提高轻载效率，图1所示的电路采用了根据第一功率管M1的关断时长来调整峰值电流信号的控制方法。本领域普通技术人员应该明白，第一功率管M1的开通时长或者开关信号108也可以用来调整峰值电流信号。在图1中，所示峰值电流产生电路105包括：第一电流源I1、第一开关M2、峰值电容C3以及第一电压源V1。其中峰值电容C3两端电压为峰值电流信号Ipeak。峰值电流信号Ipeak与第一功率管M1的关断时长成反比。第一功率管M1的关断时长越长，即负载越轻，峰值电流信号Ipeak的值越小。

峰值电流产生电路105的工作过程为：第一开关M2由复位信号106控制，当复位信号106产生脉冲复位RS触发器101时，第一开关M2闭合，峰值电容C3与第一电压源V1连接，使得峰值电流信号Ipeak的值等于第一电压源V1的值。由于复位信号106是个脉冲信号，并且脉冲宽度较窄，所以在脉冲结束后，第一开关M2断开，第一电流源I1对峰值电容C3放电，从而使峰值电流信号Ipeak以一定的斜率下降。峰值电流信号Ipeak的波形如图2所示。可以看到，负载越轻，第一功率管M1的关断时长越长，峰值电容C3被第一电流源I1放电的时间越长，峰值电流信号Ipeak减得越小。本领域普通技术人员应该知道，第一开关M2并不必须由复位信号106控制，也可以由其它在第一功率管M1关断时有脉冲产生的信号来控制。

图1所示的峰值电流产生电路105在电感电流受到扰动时将会使系统产生次谐波振荡。具体如下：假设峰值电流信号Ipeak受到扰动后增大了ΔIpeak1。峰值电流信号Ipeak的增加将导致电感电流的上升时间增加，即会使得输出到负载的能量增大而引起输出电压VOUT的增加。从而控制电路100将需要延长第一功率管M1的关断时长Toff来维持系统的稳定。也即是说，峰值电流信号Ipeak的增加将会延长第一功率管M1的关断时长Toff。而峰值电流产生电路105所产生的峰值电流信号Ipeak与第一功率管M1的关断时长Toff成反比。延长后的关断时长Toff将会导致峰值电流信号Ipeak的减小。假设峰值电流信号Ipeak因为关断时长Toff延长的原因减小了ΔIpeak2。峰值电流信号Ipeak的减小又导致了电感电流的上升时间减少，即会使得输出到负载的能量减少而引起输出电压VOUT的减小。从而控制电路100需要减短第一功率管M1的关断时长Toff来维持系统的稳定。也就是说，峰值电流信号Ipeak的减小导致了第一功率管M1的关断时长Toff的缩短。因为峰值电流产生电路105所产生的峰值电流信号Ipeak与第一功率管M1的关断时长Toff成反比，缩短后的关断时长Toff将会导致峰值电流信号Ipeak的增大。如前所述，增大的峰值电流信号Ipeak又会延长关断时长Toff。如此循环往复，将产生次谐波，影响系统性能。

在上述循环中，当前开关周期的峰值电流信号Ipeak的增量ΔIpeak1导致了下一个开关周期的峰值电流信号Ipeak的减少量ΔIpeak2。两个周期中峰值电流信号Ipeak的变化量的增益为：

$\mathrm{Gain}=\left|\frac{\mathrm{\ΔIpeak}2}{\mathrm{\ΔIpeak}1}\right|=|\frac{\mathrm{\ΔIpeak}2}{\mathrm{\ΔToff}}\×\frac{\mathrm{\ΔToff}}{\mathrm{\ΔIpeak}1}|---\left(1\right)$

在图1所示电路中，峰值电流信号变化量ΔIpeak1引起输出电压VOUT的增量ΔVOUT，因此导致的关断时长Toff的增量ΔToff为：

$\mathrm{\ΔToff}=\frac{\mathrm{\ΔVOUT}}{a}=\frac{\mathrm{\ΔIpeak}1\×(\mathrm{Reqc}+\mathrm{Resr})}{a}\≈\frac{\mathrm{\ΔIpeak}1\×\mathrm{Resr}}{a}---\left(2\right)$

其中Reqc为电容C1的等效电阻，值较小可被忽略，Resr为电容C1的等效寄生电阻，a为电容C2的放电斜率，即：

$a=\left|\frac{\mathrm{Vc}2}{t}\right|---\left(3\right)$

其中Vc2为电容C2两端的电压。则相邻两个周期中峰值电流信号Ipeak的变化量的增益Gain的计算等式如下：

$\mathrm{Gain}=\frac{b\×\mathrm{Resr}}{a}---\left(4\right)$

其中b为第一功率管M1的关断时长Toff的变化量ΔToff引起的峰值电流信号Ipeak的变化量ΔIpeak2，即：

$b=\frac{\mathrm{\ΔIpeak}2}{\mathrm{\ΔToff}}=-\frac{I1}{C3}---\left(5\right)$

在等式(4)中，当|Gain|＞1时，就会导致次谐波的产生。而在现有的根据第一功率管的关断时长或开通时长或开关周期来调整峰值电流信号的电路中，通常Gain都是大于1的。为了避免次谐波的产生，应使|Gain|＜1。可通过增大a，或者减小b或Resc的值来达到该目的。在图1电路中，峰值电流信号Ipeak根据第一功率管的关断时长来调整。本领域普通技术人员应该知道，峰值电流信号Ipeak也可以根据第一功率管的开通时长或者开关电源电路的开关周期来调整。

图3示出了根据本发明一实施例的开关电源电路结构。在该开关电源电路中，相邻周期的峰值电流信号Ipeak的变化量ΔIpeak的增益Gain小于1，从而可以避免产生次谐波。所述开关电源电路包括：功率模块，包括串联耦接的第一功率管M1和第二功率管D1，其中第一功率管M1接收输入电压VIN；滤波电路，包括电感L1和输出电容C1，其中电感L1的第一端耦接至第一功率管M1和第二功率管D1的连接点，输出电容C1的两端提供输出电压VOUT给负载；控制电路300，具有第一输入端300-1、第二输入端300-2、接地端300-3、和输出端300-4，其中所述第一输入端300-1接收表征流过第一功率管M1的电流的电流检测信号Ics，所述第二输入端300-2接收表征输出电压VOUT的反馈电压VFB，所述接地端300-3耦接至第一功率管M1和第二功率管D1的连接点，基于电流检测信号Ics和反馈电压VFB，控制电路300输出开关信号控制第一功率管M1，以调节输出到负载的能量。

图3所示为高端降压电路结构。在该电路中，所述反馈电压VFB由一反馈电路产生，所述反馈电路包括反馈二极管D2、反馈电容C2、第一反馈电阻R1和第二反馈电阻R2，其中第一反馈电阻R1和第二反馈电阻R2串联耦接在反馈二极管D2的阴极和电感L1的第一端之间；反馈二极管D2的阳极耦接至电感L1的第二端；反馈电容C2的第一端耦接至反馈二极管的阴极，第二端耦接至电感L1的第一端；反馈电路在第一反馈电阻R1和第二反馈电阻R2的连接点输出反映输出电压VOUT的反馈电压VFB。本领域普通技术人员应该知道，控制电路300可用于其它拓扑结构的开关电源电路，比如BUCK电路、BOOST电路或者BUCK-BOOST电路等。当控制电路300用于普通BUCK电路中，所述接地端300-3接地。所述反馈电路包括电阻网络，耦接在输出电压VOUT和地之间，将输出电压VOUT分压后生成反馈电压VFB。因此，反馈电路的结构并不局限于图3电路中所示结构。

在图3中，控制电路300包括：峰值比较器103，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中所述第一输入端接收电流检测信号Ics，所述第二输入端接收峰值电流信号Ipeak’，基于电流检测信号Ics和峰值电流信号Ipeak’，所述峰值比较器103输出复位信号106；峰值电流产生电路305，具有输入端，接地端和输出端，其中所述输入端接收表征第一功率管开关周期的脉冲信号，所述接地端耦接至第一功率管M1和第二功率管D1的连接点，基于脉冲信号，所述输出端输出峰值电流信号Ipeak’；反馈比较器104，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端接收反馈电压VFB，所述第二输入端接收基准信号VREF，基于所述反馈电压VFB和所述基准信号VREF，所述反馈比较器104在输出端输出置位信号107；逻辑电路101，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中所述第一输入端耦接至反馈比较器104的输出端接收置位信号107，所述第二输入端耦接至峰值比较器103的输出端接收复位信号106，基于所述置位信号107和复位信号106，所述逻辑电路101在输出端输出开关信号108控制第一功率管M1的通断。

在一个实施例中，所述脉冲信号包括复位信号106。

在一个实施例中，所述逻辑电路101包括RS触发器。所述RS触发器具有置位端S，复位端R和输出端Q，所述置位端S耦接至反馈比较器104的输出端接收置位信号107，所述复位端耦接至峰值比较器103的输出端接收复位信号106，所述输出端Q提供开关信号108。

在图3所示实施例中，所述第二功率管D1由二极管实现。本领域普通技术人员应该知道，所述第一功率管M1和第二功率管D1可以包括MOSFET(金属氧化物半导体场效应管)，三极管等半导体器件。

图3所示的开关电源电路采用了根据第一功率管M1的关断时长来调整峰值电流信号的控制方法。在图3中，所示峰值电流信号产生电路305包括：第二电流源I2；峰值电容C3，与第二电流源I2并联耦接，所述峰值电容C3两端的电压信号为峰值电流信号Ipeak’；低通滤波电路306，具有第一端、第二端、第三端和控制端，所述第一端和第二端分别耦接至峰值电容C3的两端，所述控制端接收复位信号106；第一开关M2，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至低通滤波电路306的第三端，所述控制端接收复位信号106；以及第一电压源V1，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至第一开关M2的第二端，所述第二端耦接至低通滤波电路306的第二端。峰值电流信号Ipeak’与第一功率管M1的关断时长成反比。第一功率管M1的关断时长越长，峰值电流信号Ipeak’的值越小。

在一个实施例中，低通滤波电路306包括：第二开关M3，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至低通滤波电路306的第一端，所述第二端耦接至低通滤波电路306的第三端，所述控制端接收复位信号106；以及滤波电容C4，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至低通滤波电路306的第三端，所述第二端耦接至低通滤波电路306的第二端。

在一个实施例中，低通滤波电路306还包括反相器307，具有输入端和输出端，所述输入端耦接至峰值比较器的输出端接收复位信号106，所述输出端耦接至第二开关M3的控制端，将反相后的复位信号提供给第二开关M3。

图4示出了图1电路中的峰值电流信号Ipeak、图3电路中的峰值电流信号Ipeak’、电流检测信号Ics、复位信号106和开关信号108的波形。峰值电流产生电路305的工作过程如下：第一开关M2由复位信号106控制，当复位信号106复位RS触发器101时，第一开关M2闭合，滤波电容C4与第一电压源V1并联连接，使得滤波电容C4两端的电压值等于第一电压源V1的值。由于复位信号106是个脉冲信号，并且脉冲宽度较窄，所以在脉冲结束后，第一开关M2断开。第二开关M3的控制信号为反相的复位信号106，因此当第一开关M2断开时，第二开关M3闭合，使滤波电容C4上的电荷与峰值电容C3上的电荷相平均。同时第二电流源I2对峰值电容C3和滤波电容C4放电，从而使峰值电流信号Ipeak’以一定的斜率下降。峰值电流信号Ipeak’的波形如图4所示。与图2中所示的峰值电流信号Ipeak相比，峰值电流信号Ipeak’的斜率更小。也即是说，相比于图1的电路，图3的电路中，b的值，也就是第一功率管M1的关断时长Toff的变化量ΔToff引起的峰值电流信号Ipeak’的变化量ΔIpeak’要小得多。为：

$b=\frac{\mathrm{\Δ}{\mathrm{Ipeak}}^{\′}}{\mathrm{\ΔToff}}=-\frac{I2}{C3+C4}---\left(6\right)$

在等式(3)中，可通过调节第二电流源I2、电容C3或者电容C4的值来调节第一功率管M1的关断时长Toff的变化量ΔToff引起的峰值电流信号Ipeak’的变化量ΔIpeak’，从而使Gain＜1。

通过上文可知，避免系统产生次谐波的关键在于使相邻周期间的峰值电流信号变化量的增益小于1。

本领域普通技术人员应该知道，第一开关M2和第二开关M3并不必须由复位信号106控制，也可以由其它在第一功率管M1关断时有脉冲产生的信号来控制。同时，本发明也同样适用于根据第一功率管M1的开通时长Ton或者第一功率管M1的开关周期来产生峰值电流信号的电路。

峰值电流产生电路305可以理解为频率控制电压源，即峰值电流产生电路305基于第一功率管M1的关断时长，开通时长或者开关周期等跟开关电源电路的频率相关的频率信号来产生峰值电流信号。

峰值电流信号产生电路也可以由频率控制电流源电路来实现。图5示出了根据本发明一实施例的峰值电流信号产生电路505的电路结构。峰值电流信号产生电路505包括：频率控制电流源Ifc，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至供电电源，所述控制端接收表征开关电源电路的关断时长Toff的频率信号TF，基于所述频率信号TF，所述频率控制电流源Ifc在第二端提供电流；以及峰值电阻R3，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至频率控制电流源Ifc的第二端，所述第二端接地，所述频率控制电流源Ifc提供的电流流过峰值电阻R3，在峰值电阻R3上产生的电压信号为峰值电流信号Ipeak。频率控制电流源Ifc所提供的电流大小与频率信号TF成反比；频率信号TF越大，频率控制电流源Ifc所提供的电流越小，则峰值电流信号Ipeak也就越小，频率信号TF与峰值电流信号Ipeak的关系如下：

$\mathrm{Ipeak}=\mathrm{Ifc}\×R3=\frac{K1\×R3}{\mathrm{TF}}---\left(7\right)$

在上式中，K1为频率信号TF与频率控制电流源Ifc的电流的比率系数。在该实施例中，可通过控制峰值电阻R3的大小或者比率系数K1来调节峰值电流信号Ipeak与代表关断时长Toff的频率信号TF的关系。即可以通过控制峰值电阻R3的大小或者比率系数K1来调节b的值，即第一功率管M1的关断时长Toff的变化量ΔToff引起的峰值电流信号Ipeak的变化量ΔIpeak，从而使Gain＜1。

图6示出了根据本发明一实施例的峰值电流信号产生电路605的电路结构。所述峰值电流信号产生电路605包括：电容C5，具有第一端和第二端，所述第一端接地，所述第二端提供峰值电流信号Ipeak；电阻R4，与电容C5并联连接；第三开关M4，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至电容C5的第二端，所述控制端接收方波信号TD；以及第三电流源I3，具有第一端和第二端，所述第一端接地，所述第二端耦接至第三开关M4的第二端。

图7示出了开关信号108和方波信号TD的波形。在一个实施例中，当开关信号108为高电平，控制第一功率管M1导通；当开关信号108为低电平时，控制第一功率管M1关断。方波信号与开关信号108同步。当第一功率管M1导通时，方波信号TD跳转为高电平，并保持预设时长ton。时长ton可根据电路的实际应用情况进行调整。

当峰值电流信号产生电路605应用于图3所示的开关电源电路中时，峰值电流信号产生电路605的工作过程如下：当第一功率管M1开通时，第三开关M4闭合，第三电流源I3给电阻R4提供电流，给电容C5充电；第三开关管M4在开通时长达到预设时长ton后断开，电容C5向电阻R供电。由此可见，峰值电流信号Ipeak值由下式决定：

$\mathrm{Ipeak}=I3\×R4\×\frac{\mathrm{ton}}{T}---\left(8\right)$

其中T为开关电源电路的开关周期。当第三电流源I3的值及电阻R4的值确定后，峰值电流信号与开关电源电路的开关周期T相关。在该实施例中，可通过调整第三电流源I3、电阻R4或者方波信号TD的时长ton来调节峰值电流信号Ipeak与电路的开关周期T之间的关系，从而控制相邻周期间峰值电流信号变化量ΔIpeak的增益Gain。例如可通过减小第三电流源I3或者电阻R4的值，使Gain＜1，消除次谐波。

本领域普通技术人员应该知道，峰值电流信号产生电路305、峰值电流信号产生电路505以及峰值电流信号产生电路605可用于BUCK电路，BOOST电路或BUCK-BOOST电路等拓扑结构的开关电源电路。

图8示出了根据本发明一实施例的产生峰值电流信号的方法800。所产生的峰值电流信号可用于开关电源电路中，如BUCK电路，BOOST电路或者BUCK-BOOST电路等，需要用到峰值电流控制的控制电路中。在这些开关电源电路中，控制电路通过开关功率器件调节从电源提供给输出端的负载的能量。在一个周期中，当功率器件开通时，所述电源向输出端的负载提供能量；当功率器件关闭时，所述电源停止向输出端的负载提供能量。所述方法800包括：

步骤801，在功率器件开通瞬间，将滤波电容充电至基准值；

步骤802，将峰值电容和滤波电容耦接，将峰值电容和滤波电容上的电荷平均分配；以及

步骤803，对峰值电容和滤波电容进行放电，其中峰值电容两端的电压为所述峰值电流信号；

其中，相邻开关周期的峰值电流信号变化量的增益小于1。

虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种峰值电流信号产生电路，所述峰值电流信号产生电路用于开关电源电路，所述开关电源电路至少包括第一功率管，所述峰值电流信号产生电路包括：

第一电流源；

峰值电容，与第一电流源并联耦接，所述峰值电容两端的电压信号为峰值电流信号；

低通滤波电路，具有第一端、第二端、第三端和控制端，所述低通滤波电路的第一端和第二端分别耦接至峰值电容的两端，所述低通滤波电路的控制端接收表征第一功率管开关周期的脉冲信号；

第一开关，具有第一端、第二端和控制端，所述第一开关的第一端耦接至低通滤波电路的第三端，所述第一开关的控制端接收复位信号；以及

第一电压源，具有第一端和第二端，所述第一电压源的第一端耦接至第一开关的第二端，所述第一电压源的第二端耦接至低通滤波电路的第二端。

2.如权利要求1所述的峰值电流信号产生电路，其特征在于，所述低通滤波电路包括：

第二开关，具有第一端、第二端和控制端，所述第二开关的第一端耦接至低通滤波电路的第一端，所述第二开关的第二端耦接至低通滤波电路的第三端，所述第二开关的控制端接收脉冲信号；以及

滤波电容，具有第一端和第二端，所述滤波电容的第一端耦接至低通滤波电路的第三端，所述滤波电容的第二端耦接至低通滤波电路的第二端。

3.一种开关电源电路，包括权利要求1或2中任一项所述的峰值电流信号产生电路，其特征在于，还包括：

功率模块，包括串联耦接的第二功率管和所述第一功率管，其中第一功率管接收输入电压；

滤波电路，包括电感和输出电容，其中输出电容的两端提供输出电压给负载；

反馈比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述反馈比较器的第一输入端接收表征输出电压的反馈电压，所述反馈比较器的第二输入端接收基准信号，基于所述反馈电压和所述基准信号，所述反馈比较器在输出端输出置位信号；

峰值比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中所述峰值比较器的第一输入端接收电流检测信号，所述峰值比较器的第二输入端接收峰值电流信号，基于电流检测信号和峰值电流信号，所述峰值比较器输出复位信号；以及

逻辑电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述逻辑电路的第一输入端耦接至峰值比较器接收复位信号，所述逻辑电路的第二输入端耦接至反馈比较器接收置位信号，基于所述复位信号和置位信号，所述逻辑电路在输出端输出开关信号控制第一功率管的通断。

4.如权利要求3所述的开关电源电路，其特征在于，还包括反馈电路，接收输出电压，基于输出电压产生反馈电压，所述反馈电路包括反馈二极管、反馈电容、第一反馈电阻和第二反馈电阻，其中：

第一反馈电阻和第二反馈电阻串联耦接在反馈二极管的阴极和电感的第一端之间；

反馈二极管的阳极耦接至电感的第二端；

反馈电容的第一端耦接至反馈二极管的阴极，第二端耦接至电感的第一端；

反馈电路在第一反馈电阻和第二反馈电阻的连接点输出反映输出电压的反馈电压。

5.一种峰值电流信号产生电路，所述峰值电流信号产生电路可用于开关电源电路，所述开关电源电路至少包括第一功率管，所述峰值电流信号产生电路包括：

电容，具有第一端和第二端，所述电容的第一端接地，所述电容的第二端提供峰值电流信号；

电阻，与电容并联；

第三开关，具有第一端、第二端和控制端，所述第三开关的第一端耦接至电容的第二端，所述第三开关的控制端接收与第一功率管的开关周期相关的方波信号；以及

以及第三电流源，具有第一端和第二端，所述第三电流源的第一端接地，所述第三电流源的第二端耦接至第三开关的第二端；

其中所述峰值电流信号可用作开关电源电路中的电流检测信号的基准信号。

6.一种开关电源电路，包括权利要求5中所述的峰值电流信号产生电路，其特征在于，还包括：

功率模块，包括串联耦接的第一功率管和第二功率管，其中第一功率管接收输入电压；

滤波电路，包括电感和输出电容，其中输出电容的两端提供输出电压给负载；

反馈比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述反馈比较器的第一输入端接收表征输出电压的反馈电压，所述反馈比较器的第二输入端接收基准信号，基于所述反馈电压和所述基准信号，所述反馈比较器在输出端输出置位信号；

峰值比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中所述峰值比较器的第一输入端接收电流检测信号，所述峰值比较器的第二输入端接收峰值电流信号，基于电流检测信号和峰值电流信号，所述峰值比较器输出复位信号；以及

逻辑电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述逻辑电路的第一输入端耦接至峰值比较器接收复位信号，所述逻辑电路的第二输入端耦接至反馈比较器接收置位信号，基于所述复位信号和置位信号，所述逻辑电路在输出端输出开关信号控制第一功率管的通断；

其中，所述方波信号与第一功率管的开关周期相关。

7.如权利要求6所述的开关电源电路，其特征在于，还包括反馈电路，接收输出电压，基于输出电压产生反馈电压，所述反馈电路包括反馈二极管、反馈电容、第一反馈电阻和第二反馈电阻，其中：

第一反馈电阻和第二反馈电阻串联耦接在反馈二极管的阴极和电感的第一端之间；

反馈二极管的阳极耦接至电感的第二端；

反馈电容的第一端耦接至反馈二极管的阴极，第二端耦接至电感的第一端；

反馈电路在第一反馈电阻和第二反馈电阻的连接点输出反映输出电压的反馈电压。

8.一种产生峰值电流信号的方法，所述峰值电流信号可用于开关电源电路中，所述开关电源电路包括控制电路和功率器件，所述控制电路通过开关所述功率器件调节从电源提供给输出端的负载的能量，在一个周期中，当功率器件开通时，所述电源向输出端的负载提供能量；当功率器件关闭时，所述电源停止向输出端的负载提供能量，所述方法包括：

在功率器件开通瞬间，将滤波电容充电至基准值；

将峰值电容和滤波电容耦接，将峰值电容和滤波电容上的电荷平均分配；以及

对峰值电容和滤波电容进行放电,其中峰值电容两端的电压为所述峰值电流信号；

其中，相邻开关周期的峰值电流信号变化量的增益小于1。