CN103780064A - 具备副边反馈电流检测的开关电源控制电路 - Google Patents
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Abstract
具备副边反馈电流检测的开关电源控制电路，包括电流检测引脚、功率管控制引脚、输入端与电流检测引脚连接的电流比较器；还包括电流信号逻辑电路、第一延时电路、第二延时电路；还包括两个输入端分别与第一延时电路和第二延时电路输出端连接的或逻辑电路；还包括计数器，所述计数器的复位端与或逻辑电路输出端连接，计数输入端与电流信号逻辑电路输入端连接；所述计数器在计数值达到设定值时，关闭开关电源功率管；所述D1大于D2。本发明采用计数周期判断功率管过流状态，参考功率管开关信号避免误判，同时在利用本发明测试时，可以避免退出测试模式时芯片重新上电启动过程，节约测试时间，降低测试成本。
Description
技术领域
本发明属于集成电路设计领域，涉及一种开关电源控制电路，特别是一种具备副边反馈电流检测的开关电源控制电路。
背景技术
随着消费电子产品强劲的需求以及各种电子产品的更新换代，对电源模块的要求也越来越高。电源模块通常为功能模块提供恒定的电压或恒定的电流，以保证它们稳定的工作。
根据控制环路的采样方式，开关电源可以分为电流型开关电源和电压型开关电源，电压型仅对输出电压进行采样，采样后的信号输入到误差放大器中，误差放大器通过对输出电压的误差放大，产生COMP信号，利用COMP模拟电压调节脉冲宽度调制信号（PWM），从而控制功率开关管的开关占空比。电流型开关电源除对输出电压采样得到COMP信号外，还通过对电感电流的采样与COMP信号一起调节脉冲宽度调制信号（PWM），从而对功率开关管的开关占空比进行调节，实现方式通常是将这两个信号一起输入到PWM比较器中，PWM比较器输出PWM信号。电流采样方式对控制环路的调节更加迅速，但稳定性不足。
对电感电流的采样方式可以为从功率开关管取样，如图1所示，为典型的反激原边反馈检测电源转换器系统应用结构框图。在PWM信号控制功率NMOS管102导通期间，变压器104初级绕组电感和交流输入电压整流后的直流电源电压Vdc一起控制流过变压器初级绕组的电流上升斜率，该电流流过采样电阻103，并在CS端产生一个固定斜率上升的电压信号，当CS端电压上升到电流型开关电源控制电路101内部所设定的电压值以后，PWM输出信号控制关断功率NMOS管102；在PWM信号控制功率NMOS管102关断期间，变压器104次级绕组和与之相连的输出整流二极管105一起对输出电压提供能量。
在功率NMOS 管102的源极到地之间串联有采样电阻103，功率NMOS管102的电流流过采样电阻103产生电压信号CS输入到控制电路中，图1中VDD、GND分别表示电流型开关电源控制电路101的电源端和地端，INV表示输出电压反馈端，COMP表示误差放大器的误差信号输出端，PWM表示功率开关管的栅极信号输出端，PWM端直接控制功率开关管的开关占空比。
现有的 电流检测技术对电感电流的检测采用比较器检测方式，检测方法单一，对CS脚上的杂波干扰无法识别，且不能利用CS脚采用外置电压进行测试。
发明内容
为克服现有开关电源控制电路电流检测方式单一，不能识别干扰，且不能利用CS脚采用外置电压进行测试的技术缺陷，本发明公开了一种具备副边反馈电流检测的开关电源控制电路。
本发明所述
采用本发明所述的具备副边反馈电流检测的开关电源控制电路，采用计数周期判断功率管过流状态，参考功率管开关信号避免误判，同时在利用本发明测试时，可以避免退出测试模式时芯片重新上电启动过程，节约测试时间，降低测试成本。
附图说明
图1现有技术中典型电流型开关电源控制电路的信号采样示意图；
图2示出本发明一种具体实施方式结构示意图；
图3示出本发明检测到过流关断的一种具体状态各节点波形图；
图4示出利用本发明进行检测时各节点波形图；
图中附图标记名称为：1-电流检测逻辑电路 2-第一延时电路 3-第二延时电路 4-计时器 5-或逻辑电路 6-第三延时电路 7-电流比较器。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
本发明所述的具备副边反馈电流检测的开关电源控制电路，包括电流检测引脚、功率管控制引脚、输入端与电流检测引脚连接的电流比较器；其特征在于，还包括输入端与电流比较器输出端连接的电流信号逻辑电路、输入端与电流信号逻辑电路输出端连接的第一延时电路；所述电流信号逻辑电路将电流比较器的输出信号逻辑不变的传递到第一延时电路；
所述第一延时电路实现如下功能：当输入信号发生表征电流检测引脚电压大于电流比较器预设的基准值的边沿跳变时， 第一延时电路输出以该边沿为起点，宽度为D1的低电平，其余时刻均输出高电平；
还包括输入端与功率管控制引脚连接的第二延时电路；所述第二延时电路实现如下功能：当功率管控制引脚表征关闭功率管的边沿到达时， 第二延时电路输出以该边沿为起点，宽度为D2的高电平，其余时刻均输出低电平；
还包括两个输入端分别与第一延时电路和第二延时电路输出端连接的或逻辑电路；
还包括计数器，所述计数器的复位端与或逻辑电路输出端连接，计数输入端与电流信号逻辑电路输入端连接；
所述计数器在计数值达到设定值时，关闭开关电源功率管；
所述D1大于D2。
电流比较器7检测电流检测引脚CS上电压是否高于一预设电压值V1，并输出比较信号A1到电流信号逻辑电路1，电流信号逻辑电路将A1传递到第一延时电路2，不需要其他逻辑运算的电流信号逻辑电路通常由偶数个反向器级联而成，保证逻辑不变的同时增大驱动能力。
当CS高于预设电压值V1时，以图3为例，CS高于V1时，第一延时电路输出的信号从高电平变为低电平，并将该低电平保持时间D1之后恢复为默认状态的高电平。
仍以图3为例，功率管控制信号GATE高电平状态表示功率管开启，低电平状态表示功率管关闭，当GATE信号从高电平变为低电平时，第二延时电路3以GATE下降沿为起点，从低电平变为高电平，并将该高电平保持时间D2后恢复低电平。
第一延时电路和第二延时电路为本领域常见的边沿延时电路，实现方式可以采用模拟或数字方式实现，在本领域公知技术中有多种实现方式，例如使用边沿触发器判断延时开始，开始后利用电容充电或数字电路计时，计时达到预设值时将延时时间终止。
第一延时电路和第二延时电路的输出信号Signal_1 和Signal_2输入到或逻辑电路5中进行或运算后，产生复位信号Reset，如图3和图4所示，当第二延时电路的输出信号Signal_2的低电平完全被第一延时电路输出信号Signal_1包容时，复位信号将保持高电平，反之，复位信号将产生如图4所示的波形。
复位信号输入到计数器4中，计数器对电流信号逻辑电路输出信号进行计数，每当出现一次CS上升沿，即该周期内出现过流状态时，计数一次，计数依据可以为电流信号逻辑电路输出信号的上升沿或下降沿，当计数周期满时，输出信号OUT将翻转。对使用多个触发器串联而成的计数器，容易得到2的N次方个时钟周期长度的计数周期，通常N 可取2-10的整数，取得4到1024个时钟周期。计数器输出信号用于关闭功率管或整个控制环路，由于在开关电源输入电压波动、负载变化或干扰下，过流状态不可避免，仅凭一个或数个周期过流即关闭功率管，并非过流保护的目的，采用计数器预设过流时间长度检测，当过流状态持续一定长度时才认为开关电源超负荷或出现过流异常，减少了误判。
过流检测的目的在于检测功率管在开启状态下的电流状态，复位信号综合考虑CS脚电压和功率管控制信号GATE上的电压，实际判断在功率管开启状态下CS是否过流，屏蔽了功率管关闭时CS脚上电压波动影响。
直接利用功率管开启信号作为过流状态输出的使能信号只能在闭环应用时对过载保护，如果对CS脚加高电压进入测试模式会导致芯片上电后GATE信号关闭，必须等芯片重新上电GATE继续关闭，不能通过测试GATE频率来达到测试频率的目的。如果采用Signal_1 和Signal_2的D1和D2延时设计，可以让芯片在正常的应用和必须对CS脚加电压进入测试模式两者之间自动切换。
如图3所示，当在正常工作时，检测Signal_1的低电平状态是否与Signal_2的高电平状态发生重合，进而判断是否出现过流状态。进入测试模式下，CS脚外加高电平，使每周期Signal_1 低电平状态均位于Signal_2的高电平状态之外，从而可以屏蔽掉过流保护功能没，实现通过测试模式来测试芯片内部震荡频率等参数。上述正常过流检测和测试状态下切换是传统的电流过流比较即时检测方式无法实现的。
为进一步提高过流检测准确性，一种优选实施方式为，还包括第三延时电路，所述第三延时电路实现如下功能：当功率管控制引脚表征开启功率管的边沿到达时， 第二延时电路输出以该边沿为起点，宽度为D3的低电平，其余时刻均输出高电平，所述D3宽度小于开关电源工作周期的5%；
所述第三延时电路的输出信号与电流比较器输出信号进行与运算后再输入到电流信号逻辑电路。
功率管在开启初期，由于连接导线以功率管自身寄生电感作用，在功率管源级，即CS脚容易产生尖峰脉冲或较高幅值的正弦振荡信号，该电压常常高于预设的过流电压比较值V1，但此时功率管并未进入过流状态，为避免上述误判，如图2所示，第三延时电路6产生一前沿消隐信号LEB，维持低电平状态在功率管开启初期的D3宽度内，通过与门进行与运算屏蔽功率管开启初期的高压信号，避免上述过流误判发生。
另一种优选实施方式为，所述电流信号逻辑电路包括位于信号输出末端的D触发器，所述D触发器的时钟输入端作为信号输入端，Q端连接第一延时电路，QN端与D端连接，复位端连接或逻辑电路的输出端。
从图2可见，D触发器引入RESET信号和作用在于：当正常应用时RESET信号保持高电平，不能对计数器清零，开关电源运行时，每周期对功率管电流进行电流检测，一旦检测到CS过流状态的周期数大于设定值，例如连续8个周期均过流，就会关闭GATE并锁死，此时通常必须等待到芯片重新上电，GATE信号才会解除锁定，功率管开始正常工作。但在测试模式下，由于人为在CS端加高压，使每周期均被误判过流， 此时RESET信号每次均产生低电平和下降沿，使每次均控制D触发器输出信号输出跳变沿，对计数器清零，导致计数器一直不能连续计数，不会将GATE信号关闭，可以正常进行测试模式。
前文所述的为本发明的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.具备副边反馈电流检测的开关电源控制电路，包括电流检测引脚、功率管控制引脚、输入端与电流检测引脚连接的电流比较器；其特征在于，还包括输入端与电流比较器输出端连接的电流信号逻辑电路、输入端与电流信号逻辑电路输出端连接的第一延时电路；所述电流信号逻辑电路将电流比较器的输出信号逻辑不变的传递到第一延时电路；
所述第一延时电路实现如下功能：当输入信号发生表征电流检测引脚电压大于电流比较器预设的基准值的边沿跳变时， 第一延时电路输出以该边沿为起点，宽度为D1的低电平，其余时刻均输出高电平；
还包括输入端与功率管控制引脚连接的第二延时电路；所述第二延时电路实现如下功能：当功率管控制引脚表征关闭功率管的边沿到达时， 第二延时电路输出以该边沿为起点，宽度为D2的高电平，其余时刻均输出低电平；
还包括两个输入端分别与第一延时电路和第二延时电路输出端连接的或逻辑电路；
还包括计数器，所述计数器的复位端与或逻辑电路输出端连接，计数输入端与电流信号逻辑电路输入端连接；
所述计数器在计数值达到设定值时，关闭开关电源功率管；
所述D1大于D2。
2.如权利要求1所述的具备副边反馈电流检测的开关电源控制电路，其特征在于，还包括第三延时电路，所述第三延时电路实现如下功能：当功率管控制引脚表征开启功率管的边沿到达时， 第二延时电路输出以该边沿为起点，宽度为D3的低电平，其余时刻均输出高电平，所述D3宽度小于开关电源工作周期的5%；
所述第三延时电路的输出信号与电流比较器输出信号进行与运算后再输入到电流信号逻辑电路。
3.如权利要求1所述的具备副边反馈电流检测的开关电源控制电路，其特征在于，所述电流信号逻辑电路包括位于信号输出末端的D触发器，所述D触发器的时钟输入端作为信号输入端，Q端连接第一延时电路，QN端与D端连接，复位端连接或逻辑电路的输出端。
4.如权利要求1所述的具备副边反馈电流检测的开关电源控制电路，其特征在于，所述计数器的计数值为2的N次方，其中N为2到10的整数。
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