CN103888011B - 断续模式驱动信号的控制器、控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种断续模式驱动信号的控制器、控制系统及方法，该断续模式驱动信号的控制器包括：第一开关电路，包括第一端和第二端，第一端与断续模式驱动信号连接且通过电阻R1接地，第二端通过电阻R2与电源Vcc相连且通过电容C0接地，用于在断续模式驱动信号为高电平的情况下，导通；以及在断续模式驱动信号为低电平的情况下，断开；以及第二开关电路，包括第三端和第四端，第三端与第一开关电路中的第二端串联，第四端与断续模式驱动信号的反馈端相连，用于在第一开关电路导通的情况下，断开，以及在第一开关电路断开的情况下，导通。通过本发明，达到了使用较低的成本就能够减少输出纹波的技术效果。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种断续模式驱动信号的控制器、控制系统及方法。
背景技术
开关电源的输出纹波电压是影响电源性能的一项重要参数，过高的纹波电压会降低电源的使用寿命，也可能会导致系统工作不稳定。目前，降低纹波电压的方法就是在电压的输出端增加滤波结构。但在某些场合，受电源体积和成本的限制，难以增加过多的滤波元器件。电源进入打嗝模式后，由于电源的打嗝周期和打嗝频率是不可控的，从而容易导致更高的纹波电压。图1是根据相关技术的输出纹波电压的波形示意图，如图1所示，较大的打嗝周期将导致较高的输出纹波电压。
在相关技术中，通常是通过提高输出电流纹波频率来减小输出纹波的。例如，通过增加原边谐振电容、谐振电感和励磁绕组来减少输出纹波。这种方案虽然可以解决半桥或全桥LLC谐振变换器输出电容纹波比较大的问题。但是，此方案需增加三组谐振参数，也就增加了电源的成本、电源的体积也将增大、由于增加了电路的控制器件也就使得对电源的控制更为复杂了。
针对相关技术中减少输出纹波的方法成本大、体积大且控制复杂的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明提供了一种断续模式驱动信号的控制方案，以至少解决相关技术中减少输出纹波的方法成本大、体积大且控制复杂的问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种断续模式驱动信号的控制器，包括：第一开关电路，包括第一端和第二端，第一端与断续模式驱动信号连接且通过电阻R1接地，第二端通过电阻R2与电源Vcc相连且通过电容C0接地，用于在断续模式驱动信号为高电平的情况下，导通；以及在断续模式驱动信号为低电平的情况下，断开；以及第二开关电路，包括第三端和第四端，第三端与第一开关电路中的第二端串联，第四端与断续模式驱动信号的反馈端相连，用于在第一开关电路导通的情况下，断开，以及在第一开关电路断开的情况下，导通。
优选地，上述第一开关电路为一个MOS管，其中，该MOS管的栅极为第一端，该MOS管的漏极为第二端。
优选地，上述第二开关电路为一个晶体三极管，其中，晶体三极管的基极第三端，晶体三极管的集电极为第四端。
优选地，上述第一开关电路或上述第二开关电路包括以下至少之一：二极管、单片机、功率运算放大器。
根据本发明的另一方面，提供了一种断续模式驱动信号的控制系统，包括上述断续模式驱动信号的控制器和功率控制器，其中，功率控制器，包括断续模式驱动信号的输出端、断续模式驱动信号的反馈端以及断续模式驱动信号的检测端，断续模式驱动信号的输出端和断续模式驱动信号的反馈端与断续模式驱动信号的控制器相连，断续模式驱动信号的反馈端经过分压电阻与断续模式驱动信号的检测端相连，用于产生断续模式驱动信号以及根据断续模式驱动信号的检测端检测到的来自断续模式驱动信号的反馈端的信号对产生的断续模式驱动信号进行调整。
优选地，上述功率控制器为能够进入断续模式的控制芯片。
优选地，上述断续模式驱动信号的控制系统还包括：功率变换器，与功率控制器的断续模式驱动信号的输出端相连，用于根据断续模式驱动信号使用互感变压器对原边电压或电流进行变换；以及整流滤波器，与功率变换器相连，用于对来自功率变换器的信号进行整流滤波，将整流滤波后的信号作为开关电源的输出信号。
优选地，功率变换器包括：原边控制电路，与功率控制器中的断续模式驱动信号的输出端相连，用于接收断续模式驱动信号的输出端的信号，并根据断续模式驱动信号对互感变压器进行控制；以及互感变压电路，与原边控制电路和整流滤波器相连，用于将来自原边控制电路的信号经过双电感单电容LLC谐振转换器进行电压变换或电流变换，并向整流滤波器输出变换后的信号。
根据本发明的又一方面，提供了一种使用上述断续模式驱动信号的控制器对断续模式驱动信号的控制方法，包括：断续模式驱动信号为高电平时，第一开关电路导通，第二开关电路断开，断续模式驱动信号的反馈端的电势没有变化；断续模式驱动信号为低电平时，第一开关电路断开，第二开关电路导通，断续模式驱动信号的反馈端的电势降低，并在检测到断续模式驱动信号的反馈端的电势达到阈值时，关断断续模式驱动信号，在检测到断续模式驱动信号的反馈端的电势低于阈值时，再次输出断续模式驱动信号。
优选地，上述断续模式驱动信号来自能够进入断续模式的控制芯片。
通过本发明，采用第一开关电路在断续模式驱动信号为高电平的情况下，控制第二开关电路断开；以及第一开关电路在断续模式驱动信号为低电平的情况下，控制第二开关电路导通，并通过第二开关电路对断续模式驱动信号的反馈信号进行控制的方式，解决了相关技术中减少输出纹波的方法成本大、体积大且控制复杂的问题，达到了使用较低的成本就能够减少输出纹波的技术效果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据相关技术的输出纹波电压的波形示意图；
图2是根据本发明实施例的断续模式驱动信号的控制器的结构框图；
图3是根据本发明实施例的断续模式驱动信号的控制系统的结构框图；
图4是根据本发明优选实施例的断续模式驱动信号的控制系统的结构框图；
图5是根据本发明优选实施例的断续模式驱动信号的控制器对断续模式驱动信号的控制方法的流程图；
图6是根据本发明实施例一的断续模式驱动信号的控制系统的结构框图；
图7是根据本发明实施例二的断续模式驱动信号的控制系统的主功率变换电路的示意图；
图8是根据本发明实施例二的断续模式驱动信号的控制系统的主功率控制芯片的示意图；
图9是根据本发明实施例二的断续模式驱动信号的控制系统的原边驱动信号检测电路的示意图；
图10是根据本发明实施例二的输出纹波电压的波形示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本发明实施例提供了一种断续模式驱动信号的控制器，图2是根据本发明实施例的断续模式驱动信号的控制器的结构框图，如图2所示，该断续模式驱动信号的控制器20包括：第一开关电路22，第二开关电路24，其中，第一开关电路22，包括第一端和第二端，第一端与断续模式驱动信号连接且通过电阻R1接地，第二端通过电阻R2与电源Vcc相连且通过电容C0接地，用于在断续模式驱动信号为高电平的情况下，导通；以及在断续模式驱动信号为低电平的情况下，断开；以及第二开关电路24，包括第三端和第四端，第三端与第一开关电路22中的第二端串联，第四端与断续模式驱动信号的反馈端相连，用于在第一开关电路22导通的情况下，断开，以及在第一开关电路22断开的情况下，导通。
通过如图2所示的断续模式驱动信号的控制器20，采用第一开关电路22在断续模式驱动信号为高电平的情况下，控制第二开关电路24断开；以及第一开关电路22在断续模式驱动信号为低电平的情况下，控制第二开关电路24导通，并通过第二开关电路24对断续模式驱动信号的反馈信号进行控制的方式，解决了相关技术中减少输出纹波的方法成本大、体积大且控制复杂的问题，达到了使用较低的成本就能够减少输出纹波的技术效果。
在实施过程中，第一开关电路22可以为一个金属氧化物半导体（Metal-Oxide-Semiconductor，简称为MOS）管，可以将MOS管的栅极作为上述的第一端，MOS管的漏极作为上述的第二端。例如，当第一开关电路22为增强型N沟道MOS管时，当驱动信号电平值大于MOS管的开启电压时，MOS管导通，其中，源极接地。此外，上述MOS管也可以是由MOS管组成的开关管，只要是能够完成上述功能的开关器件即可，本实施例对此不做限定。由于MOS管的栅极电流几乎为零，采用栅极检测驱动信号的电压的方式，可以在不影响驱动信号的情况下，实现开关电路的功能。
在实施过程中，第二开关电路24可以为一个晶体三极管，可以将晶体三极管的基极作为上述的第三端，将晶体三极管的集电极作为上述的第四端。例如，当第二开关电路24为NPN型晶体管时，当第一开关电路22断开后，电容C0充电，基极的电压高于开启电压时，晶体管导通，其中，发射极接地，而当第一开关电路22导通时，晶体管基极电压低于开启电压，此时晶体管是断路的。可见，采用判断晶体三极管基极电流检测第一开关电路22的状态的方式，能够达到较高的灵敏度。需要说明的是，上述晶体三极管也可以是MOS管，只要是能够完成上述功能的开关器件即可，本实施例对此不做限定。
优选地，第一开关电路22或第二开关电路24可以包括但不限于以下至少之一：二极管、单片机、功率运算放大器。上述元器件都能够实现开关电路的功能，具体选用哪一种元器件，可以按照需要进行选择，本实施例在此并不做限定。
本发明实施例又提供了一种断续模式驱动信号的控制系统，图3是根据本发明实施例的断续模式驱动信号的控制系统的结构框图，如图3所示，该系统包括：断续模式驱动信号的控制器20和功率控制器30，其中，功率控制器30，包括断续模式驱动信号的输出端、断续模式驱动信号的反馈端以及断续模式驱动信号的检测端，断续模式驱动信号的输出端和断续模式驱动信号的反馈端与断续模式驱动信号的控制器20相连，断续模式驱动信号的反馈端经过分压电阻与断续模式驱动信号的检测端相连，用于产生断续模式驱动信号以及根据断续模式驱动信号的检测端检测到的来自断续模式驱动信号的反馈端的信号对产生的断续模式驱动信号进行调整。
在如图3所示的断续模式驱动信号的控制系统中，采用功率控制器30产生断续模式驱动信号以及根据断续模式驱动信号的检测端检测到的来自断续模式驱动信号的反馈端的信号对产生的断续模式驱动信号进行调整，解决了相关技术中减少输出纹波的方法成本大、体积大且控制复杂的问题，达到了使用较低的成本就能够减少输出纹波的技术效果。
优选地，功率控制器30包括能够进入断续模式的控制芯片。在本实施例中给出了几种可供选择的控制芯片，例如：NCP1397A和L6599。
图4是根据本发明优选实施例的断续模式驱动信号的控制系统的结构框图，如图4所示，上述系统还包括：功率变换器42，与功率控制器30的断续模式驱动信号的输出端相连，用于根据断续模式驱动信号使用互感变压器对原边电压或电流进行变换；以及整流滤波器44，与功率变换器42相连，用于对来自功率变换器42的信号进行整流滤波，将整流滤波后的信号作为开关电源的输出信号。例如，由断续模式驱动信号控制金属氧化物场效应管（MOSFET）的开通与关断，通过变压器完成电压和电流的变换（原边电压电流-副边电压电流）。上述断续模式驱动信号的控制器20、功率控制器30、功率变换器42以及整流滤波器44构成了一个更完善的断续模式驱动信号的控制系统，使得系统具有更好的实用性。
在实施过程中，功率变换器42包括：原边控制电路46，与功率控制器30中的断续模式驱动信号的输出端相连，用于接收断续模式驱动信号的输出端的信号，并根据断续模式驱动信号对互感变压器进行控制；以及互感变压电路48，与原边控制电路46和整流滤波器44相连，用于将来自原边控制电路的信号经过双电感单电容LLC谐振转换器进行电压变换或电流变换，并向整流滤波器44输出变换后的信号。该方案采用LLC谐振电路实现功率变换，使得系统具有更好的实用性。
本发明实施例还提供了一种断续模式驱动信号的控制器20对断续模式驱动信号的控制方法，该方法包括如下两种情况：
情况一：断续模式驱动信号为高电平时，第一开关电路22导通，第二开关电路24断开，断续模式驱动信号的反馈端的电势没有变化；
情况二：断续模式驱动信号为低电平时，第一开关电路22断开，第二开关电路24导通，断续模式驱动信号的反馈端的电势降低，即此时断续模式驱动信号的控制器20会影响断续模式驱动信号的反馈端电压。
优选地，断续模式驱动信号是上述功率控制器30所产生的，来自能够进入断续模式的控制芯片。需要说明的是，本发明实施例中的“断续模式”俗称“打嗝模式”。
图5是根据本发明优选实施例的断续模式驱动信号的控制器对断续模式驱动信号的控制方法的流程图，如图5所示，为上述情况二时，断续模式驱动信号的控制器20对断续模式驱动信号的控制方法，包括如下步骤：
步骤S502，在断续模式驱动信号的控制器20的断续模式驱动信号为低电平时，第一开关电路22断开，第二开关电路24导通，功率控制器30中断续模式驱动信号的反馈端的电势降低；
步骤S504，功率控制器30在检测到断续模式驱动信号的反馈端的电势达到阈值时，关断断续模式驱动信号，在检测到断续模式驱动信号的反馈端的电势低于阈值时，再次输出断续模式驱动信号。
通过上述方法，采用断续模式驱动信号为低电平时，断续模式驱动信号的控制器20将功率控制器30中断续模式驱动信号的反馈端的电势拉低，功率控制器30在检测到断续模式驱动信号的反馈端的电势达到阈值时，关断断续模式驱动信号，并在检测到断续模式驱动信号的反馈端的电势低于阈值时，再次输出断续模式驱动信号的方式，解决了相关技术中减少输出纹波的方法成本大、体积大且控制复杂的问题，达到了使用较低的成本就能够减少输出纹波的技术效果。
需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
为了使本发明的技术方案和实现方法更加清楚，下面将结合优选的实施例对其实现过程进行详细描述。
实施例一
本发明优选实施例提供了一种断续模式驱动信号的控制系统。图6是根据本发明实施例一的断续模式驱动信号的控制系统的结构框图，如图6所示，该系统包括：主功率变换模块62、输出整流滤波模块64、主功率控制模块66以及打嗝控制模块68（即断续模式驱动信号的控制器20）。其中，主功率变换模块62，用于完成DC-DC电压转换，经输出整流滤波模块64整流、滤波后得到负载所需的电压和电流；主功率控制模块66，用于根据从输出取样得到的反馈信号，适时地调整主功率变换模块62的工作状态；打嗝控制模块68，用于通过检测主功率变换模块62中的原边驱动信号来影响主功率控制模块66对主功率变换模块62的控制，从而达到减小输出纹波电压的目的。
在上述系统中，通过原边驱动信号来缩短打嗝时间，增加打嗝频率达到了减小输出纹波的目的，与现有技术相比，无需增加数量多、体积大的元器件和复杂的控制逻辑就可以实现减少纹波电压的输出。
实施例二
图7是根据本实施例二的断续模式驱动信号的控制系统的主功率变换模块的示意图，如图7所示，主功率变换模块62可以采用半桥LLC串联谐振变换拓扑。需要说明的是，本实施例所提供的主功率变换模块62的方案不仅适应于LLC串联谐振变换拓扑，还可推广至其它不连续工作的打嗝拓扑。
图8是根据本发明实施例二的断续模式驱动信号的控制系统的主功率控制模块的示意图，如图8所示，主功率控制模块66可以为一个可进入打嗝工作模式的控制芯片，控制芯片根据输出负反馈FB（即断续模式驱动信号的反馈端）的电压VFB来给出原边开关管的开关频率和工作状态。需要说明的是，本实施例所提供的主功率控制模块66方案不仅适用于由外部信号控制打嗝或断续模式工作的控制芯片，还可以用于将增加打嗝频率的功能模块集成于IC内部的控制芯片。
图9是根据本发明实施例二的断续模式驱动信号的控制系统的打嗝控制模块的示意图，如图9所示，打嗝控制模块68可以为一个原边驱动信号检测电路（即断续模式驱动信号的控制器20）采用三极管开关电路，需要说明的是，本实施例所述的检测方案包含但不限于三极管开关电路，可推广至二极管检测，运放检测，单片机检测或其他类似的方式。
如图7和图8所示，电源正常带载工作时，控制芯片根据反馈电压VFB给出驱动信号UDG和DDG分别驱动原边上、下管轮流导通向副边传递能量。设定分压电阻的阻值，使主控芯片PIN8脚的电压VSKIP低于芯片内部设定的关断驱动的阈值。此时，主控芯片给出的驱动为连续状态，原边驱动信号检测电路不影响FB脚电压VFB。
如电源空载或对输出电压幅值进行调低，根据LLC的工作特性，输出反馈电压VFB将上升，主控芯片给出的驱动频率也会随之上升。当频率上升到不能使VFB维持所需的输出电压时，VFB将继续上升。此时，为维持所需的输出电压，根据主控芯片的功能，VSKIP电压达到设定的阈值。此时，芯片关断驱动，输出电压回落，VFB脚电压随之下降；当VSKIP电压低于设定的阈值时，主控芯片又给出驱动。
在上述的打嗝模式中，从芯片关断驱动到重新给出驱动的时间只能由反馈环路的延时和主控芯片来决定。可见，采用本实施例的控制方法，在DDG信号关断的同时，控制电路能迅速将VFB脚电压拉低，从而缩短了打嗝的时间，增加了打嗝的频率，减小了打嗝时纹波电流对输出电容的充放电时间和幅值，降低了电源的输出纹波电压。
图10是根据本发明实施例二的输出纹波电压的波形示意图，实测纹波电压如图10所示，随着打嗝周期的减小，输出纹波电压也将降低。
综上所述，根据本发明的上述实施例，通过检测原边驱动信号来缩短打嗝时间，增加打嗝频率，从而减小输出纹波电压的控制，克服了相关技术中不连续工作模式下打嗝时间由控制芯片决定时外围电路无法控制的缺陷。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种断续模式驱动信号的控制器，其特征在于，包括：
第一开关电路，包括第一端和第二端，所述第一端与所述断续模式驱动信号连接且通过电阻R1接地，所述第二端通过电阻R2与电源Vcc相连且通过电容C0接地，用于在所述断续模式驱动信号为高电平的情况下，导通；以及在所述断续模式驱动信号为低电平的情况下，断开；以及
第二开关电路，包括第三端和第四端，所述第三端与所述第一开关电路中的所述第二端串联，所述第四端与所述断续模式驱动信号的反馈端相连，用于在所述第一开关电路导通的情况下，断开，以及在所述第一开关电路断开的情况下，导通。
2.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述第一开关电路为一个金属氧化物半导体MOS管，其中，所述MOS管的栅极为所述第一端，所述MOS管的漏极为所述第二端。
3.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述第二开关电路为一个晶体三极管，其中，所述晶体三极管的基极所述第三端，所述晶体三极管的集电极为所述第四端。
4.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述第一开关电路或所述第二开关电路包括以下至少之一：
二极管、单片机、功率运算放大器。
5.一种断续模式驱动信号的控制系统，其特征在于，包括权利要求1至4中任一项所述断续模式驱动信号的控制器和功率控制器，其中，
所述功率控制器，包括所述断续模式驱动信号的输出端、所述断续模式驱动信号的反馈端以及所述断续模式驱动信号的检测端，所述断续模式驱动信号的输出端和所述断续模式驱动信号的反馈端与所述断续模式驱动信号的控制器相连，所述断续模式驱动信号的反馈端经过分压电阻与所述断续模式驱动信号的检测端相连，用于产生所述断续模式驱动信号以及根据所述断续模式驱动信号的检测端检测到的来自所述断续模式驱动信号的反馈端的信号对产生的所述断续模式驱动信号进行调整。
6.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于，所述功率控制器为能够进入断续模式的控制芯片。
7.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于，还包括：
功率变换器，与所述功率控制器的所述断续模式驱动信号的输出端相连，用于根据所述断续模式驱动信号使用互感变压器对原边电压或电流进行变换；以及
整流滤波器，与所述功率变换器相连，用于对来自所述功率变换器的信号进行整流滤波，将整流滤波后的信号作为开关电源的输出信号。
8.根据权利要求7所述的控制系统，其特征在于，所述功率变换器包括：
原边控制电路，与所述功率控制器中的所述断续模式驱动信号的输出端相连，用于接收所述断续模式驱动信号的输出端的信号，并根据所述断续模式驱动信号对所述互感变压器进行控制；以及
互感变压电路，与所述原边控制电路和所述整流滤波器相连，用于将来自所述原边控制电路的信号经过双电感单电容LLC谐振转换器进行电压变换或电流变换，并向所述整流滤波器输出变换后的信号。
9.一种使用权利要求1至4中任一项所述断续模式驱动信号的控制器对所述断续模式驱动信号的控制方法，其特征在于，包括：
所述断续模式驱动信号为高电平时，所述第一开关电路导通，所述第二开关电路断开，所述断续模式驱动信号的反馈端的电势没有变化；
所述断续模式驱动信号为低电平时，所述第一开关电路断开，所述第二开关电路导通，所述断续模式驱动信号的反馈端的电势降低，并在检测到所述断续模式驱动信号的反馈端的电势达到阈值时，关断所述断续模式驱动信号，在检测到所述断续模式驱动信号的反馈端的电势低于所述阈值时，再次输出所述断续模式驱动信号。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述断续模式驱动信号来自能够进入断续模式的控制芯片。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |