CN105449995B - 驱动控制电路和驱动控制方法以及开关电源 - Google Patents

驱动控制电路和驱动控制方法以及开关电源 Download PDF

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CN105449995B CN201511023012.7A CN201511023012A CN105449995B CN 105449995 B CN105449995 B CN 105449995B CN 201511023012 A CN201511023012 A CN 201511023012A CN 105449995 B CN105449995 B CN 105449995B
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Abstract

本发明提供了驱动控制电路和驱动控制方法以及开关电源。所述驱动控制电路用于控制补偿电容和开关管,所述驱动控制电路包括:采样保持模块,其在所述开关管的一个或多个初始开关周期中生成并保持与功率转换电路的输入电压成反比的参考信号;以及第一比较器,其接收由所述采样保持模块生成的所述参考信号以及与所述补偿电容两端的补偿电压成正比的检测信号,在所述检测信号小于所述参考信号时输出置位信号以对所述补偿电容进行充电,并在所述检测信号大于或等于所述参考信号时输出解除置位信号以停止对所述补偿电容进行充电。

Description

驱动控制电路和驱动控制方法以及开关电源
技术领域
本发明涉及开关电源领域,尤其涉及驱动控制电路和驱动控制方法以及开关电源。
背景技术
高功率因数驱动系统是通过PFC(功率因数校正)控制电路控制开关管(例如晶体管、场效应管、可控硅闸流管等)的导通和关断来维持稳定电压或电流输出的一种电源,也被称为PFC控制系统,例如开关电源、LED照明驱动电源等。
目前对于高PFC的恒流驱动电路,无论是降压结构、升降压结构、或者是反激式结构等,为了获得高PFC,一般采用固定导通时间控制,同时为了获得较好的恒流精度一般采用闭环控制。因此这些电源的共同点就是需要在驱动芯片COMP脚外加一个补偿电容CCOMP来滤除输入电压Vin的工频分量,从而实现在输入电压Vin半周期内导通时间TON是恒定的。
这些电源结构在正常工作时的导通时间TON是由COMP端的电压决定的:
TON=K1×VCOMP (1)
由于补偿电容CCOMP比较大,系统的环路响应速度很慢,因此这些电源存在的一个共同问题就是系统启动时补偿电容CCOMP置位的问题。
一般在系统开机的时候,需要对补偿电容CCOMP预先充电置位,如果不对补偿电容CCOMP充电置位而只是靠环路控制,则系统会出现无法启动或者多次重复启动的问题。但是如果对补偿电容CCOMP置位过高的话,系统会出现启动过冲的问题。因此一般电源电路中具有补偿电容CCOMP置位电路,如图1所示。其原理是在启动时,COMP端电压VCOMP小于预定基准电压V0,比较器101输出置位信号使开关S1断开,电流源102通过三极管Q1对COMP端电容CCOMP进行充电置位。当COMP端电压VCOMP达到预设值V0之后,比较器101的输出信号翻转(变为解除置位信号),使开关S1闭合,从而将三极管Q1关断,结束对COMP端电容CCOMP的充电置位。由于V0是固定值,因此COMP端置位电压VCOMP是固定的。
对于高PFC恒定导通时间的LED恒流驱动电路,由于不同的输入电压Vin对应的正常工作补偿电压VCOMP是不一样的,输入电压Vin低时,补偿电压VCOMP高;输入电压Vin高时,补偿电压VCOMP低。这样就会出现当输入电压Vin高时,电容CCOMP置位合适,而输入电压Vin低时,系统会无法启动或者多次重复启动的情况;或者输入电压Vin低时,电容CCOMP置位合适,而输入电压Vin高时系统会启动过冲的情况。
另外对于不同的开关电源系统,由于变压器的电感量L和采样电阻RS不同,正常工作时补偿电压也是不一样的,上述固定的补偿电容CCOMP置位难以适应不同的系统。
因此,本发明需要改进的驱动控制电路和驱动控制方法。
发明内容
针对以上需要,本发明提出了一种驱动控制电路和驱动控制方法,能够自动适应不同输入电压Vin和不同系统要求来对补偿电容CCOMP进行置位,以促进不同系统在不同输入电压Vin情况下都能正常启动,不会出现无法启动或者多次重复启动、或者启动过冲的问题。
根据本发明的一个实施例,提供了一种驱动控制电路,所述驱动控制电路用于控制补偿电容和开关管,所述驱动控制电路包括:采样保持模块,其在所述开关管的一个或多个初始开关周期中生成并保持与功率转换电路的输入电压成反比的参考信号;以及第一比较器,其接收由所述采样保持模块生成的所述参考信号以及与所述补偿电容两端的补偿电压成正比的检测信号,在所述检测信号小于所述参考信号时输出置位信号以对所述补偿电容进行充电,并在所述检测信号大于或等于所述参考信号时输出解除置位信号以停止对所述补偿电容进行充电。
在一个方面,所述驱动控制电路还包括:第一电流源,其连接至所述补偿电容;以及第一开关,其连接在所述电流源与接地之间,所述第一开关在所述第一比较器输出置位信号时断开以使所述第一电流源对所述补偿电容充电,并且所述第一开关在所述第一比较器输出解除置位信号时闭合以使所述第一电流源停止对所述补偿电容充电。
在一个方面,所述驱动控制电路还包括:连接在所述第一电流源与所述补偿电容之间的三极管。
在一个方面,所述驱动控制电路还包括:第二比较器,其在所述开关管的一个或多个初始开关周期中接收所述功率转换电路的采样电压和预设峰值,并在所述采样电压大于或等于所述预设峰值时输出第一关断信号以关断所述开关管;以及导通时间控制模块,其在所述一个或多个初始开关周期之后的后续工作周期中接收所述补偿电容两端的补偿电压以及锯齿波信号,并在所述锯齿波信号大于或等于所述补偿电压时输出第二关断信号以关断所述开关管。
在一个方面,所述导通时间控制模块包括:锯齿波发生器,其生成具有预定周期的锯齿波;第三比较器,其接收所述补偿电容两端的补偿电压以及所述锯齿波,并在所述锯齿波大于或等于所述补偿电压时输出所述第二关断信号。
在一个方面,所述导通时间控制模块包括:第二电流源;以及连接至所述第二电流源的充放电电容,所述充放电电容在所述开关管导通时由所述第二电流源充电,并在所述开关管关断时放电,其中所述锯齿波为所述充放电电容两端的电压。
在一个方面,所述驱动控制电路还包括:驱动模块,其输出驱动信号以导通或关断所述开关管;以及第二开关,其在所述开关管的一个或多个初始开关周期中将所述第二比较器的输出连接至所述驱动模块,并在所述一个或多个初始开关周期之后的后续工作周期中将所述导通时间控制模块的输出连接至所述驱动模块。
在一个方面,所述驱动控制电路还包括:RS触发器,其连接在所述第二开关与所述驱动模块之间,所述RS触发器经由所述第二开关接收由所述第二比较器或所述导通时间控制模块输出的第一或第二关断信号并向所述驱动模块提供关断信号以关断所述开关管。
在一个方面,所述驱动控制电路还包括:第四比较器,其接收所述功率转换电路的反馈电压信号,并在所述反馈电压信号低于预设阈值电压时输出导通信号,所述RS触发器接收所述导通信号并将所述导通信号提供给所述驱动模块以导通所述开关管。
在一个方面,所述采样保持模块在所述一个或多个初始开关周期中连接至所述RS触发器以采样并保持所述RS触发器输出导通信号的时间长度作为所述参考信号。
在一个方面,所述驱动控制电路还包括:导通时间检测模块,其在所述一个或多个初始开关周期之后的后续工作周期中连接至所述RS触发器以检测所述RS触发器输出导通信号的时间长度作为所述检测信号。
根据本发明的一个实施例,提供了一种开关电源,包括:如上所述的驱动控制电路;所述功率转换电路,用于将输入电压转换成输出电压;连接至所述功率转换电路的所述开关管;以及连接至所述驱动控制电路的所述补偿电容。
在一个方面,所述开关电源还包括连接至所述功率转换电路的输出的反馈电阻网络以提供所述功率转换电路的反馈电压信号。
在一个方面,所述开关电源还包括与所述开关管串联的采样电阻以提供所述功率转换电路的采样电压。
在一个方面,所述开关电源包括反激式开关电源、升降压式开关电源、或降压式开关电源中的至少一者。
根据本发明的一个实施例,提供了一种驱动控制方法,所述驱动控制方法用于控制补偿电容和开关管,所述驱动控制方法包括:在所述开关管的一个或多个初始开关周期中生成并保持与功率转换电路的输入电压成反比的参考信号;以及接收所述参考信号以及与所述补偿电容两端的补偿电压成正比的检测信号,在所述检测信号小于所述参考信号时输出置位信号以对所述补偿电容进行充电,并在所述检测信号大于或等于所述参考信号时输出解除置位信号以停止对所述补偿电容进行充电。
在一个方面,所述驱动控制方法还包括:在所述开关管的一个或多个初始开关周期中接收所述功率转换电路的采样电压和预设峰值,并在所述采样电压大于或等于所述预设峰值时输出第一关断信号以关断所述开关管;以及在所述一个或多个初始开关周期之后的后续工作周期中接收所述补偿电容两端的补偿电压以及锯齿波信号,并在所述锯齿波信号大于或等于所述补偿电压时输出第二关断信号以关断所述开关管。
在一个方面,所述驱动控制方法还包括:在所述开关管导通时对充放电电容进行充电,并在所述开关管关断时对所述充放电电容进行放电,其中所述锯齿波为所述充放电电容两端的电压。
在一个方面,所述驱动控制方法还包括:在所述开关管的一个或多个初始开关周期中使用所述第一关断信号来关断所述开关管;以及在所述一个或多个初始开关周期之后的后续工作周期中使用所述第二关断信号来关断所述开关管。
在一个方面,所述驱动控制方法还包括:接收所述功率转换电路的反馈电压信号,并在所述反馈电压信号低于预设阈值电压时输出导通信号以导通所述开关管。
在一个方面,所述驱动控制方法还包括:在所述一个或多个初始开关周期中采样并保持所述导通信号的时间长度作为所述参考信号。
在一个方面,所述驱动控制方法还包括:在所述一个或多个初始开关周期之后的后续工作周期中检测所述导通信号的时间长度作为所述检测信号。
附图说明
图1是根据现有技术的用于补偿电容置位的电路示意图。
图2是根据本发明一个实施例的开关电源系统的电路示意图。
图3A是根据本发明一个实施例的驱动控制电路的电路示意图。
图3B是根据本发明另一个实施例的驱动控制电路的电路示意图。
图4是根据本发明一个实施例的反激式开关电源的电路示意图。
图5是根据本发明一个实施例的升降压式开关电源的电路示意图。
图6是根据本发明一个实施例的降压式开关电源的电路示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明,但不应以此限制本发明的保护范围。
图2是根据本发明一个实施例的开关电源系统的电路示意图,其包括功率转换电路210、驱动控制电路220、开关管(例如MOS管)M1、采样电阻Rs、反馈电阻网络R2和R3、以及补偿电容CCOMP。功率转换电路210可以是可用于将输入电流/电压Vin转换成所需的目标电流/电压Vout的任何适当的功率转换电路,例如变压器、电感等。Vout可以向负载(如LED灯或其它负载)供电。驱动控制电路220可在Vcc管脚由输入电压Vin或其他芯片电压提供启动电压。驱动控制电路220在DR管脚上输出驱动信号以控制开关管M1的导通和关断,从而控制功率转换电路210的工作状态。驱动控制电路220通过CS管脚(即,采样端)检测采样电阻Rs的电压值来确定流经开关管M1的电流信号,从而在正常工作时可以通过采样端检测来达到限流或者取电流的目的。驱动控制电路220的COMP脚连接补偿电容CCOMP以滤除输入电压Vin的工频分量,从而实现正常工作中在输入电压Vin半周期内开关管M1的导通时间TON是恒定的。
根据本发明的一个实施例,在开关电源系统启动的一个或多个初始开关周期中,当开关管M1导通时采样信号CS逐渐增大,当采样信号CS增大到预定阈值时,驱动控制电路220输出用于指示关断开关管M1的关断信号。当开关管M1关断时,反馈信号FB逐渐减小,当反馈信号FB低于阈值时(例如,过零时),驱动控制电路220输出用于指示导通开关管M1的导通信号。在开关电源系统启动期间,补偿电容CCOMP将被充电。在初始开关周期之后的后续工作周期中,驱动控制电路220内部生成的锯齿波信号与补偿电容电压VCOMP作比较,当锯齿波信号达到补偿电压VCOMP时,驱动控制电路220输出用于指示关断开关管M1的关断信号。同样,当开关管M1关断时,反馈信号FB逐渐减小,当反馈信号FB低于阈值时,驱动控制电路220输出用于指示导通开关管M1的导通信号。以此方式,开关电源系统启动并进入正常工作,开关管M1周期性地导通和关断,将适量的输入电压Vin转换成所需的输出电流/电压Vout。
图3A是根据本发明一个实施例的驱动控制电路的电路示意图。图3A仅示出了图2的驱动控制电路220中与自适应补偿电容置位相关的一些组件。驱动控制电路220包括第一比较器301、第二比较器302、导通时间控制模块310(其可包括第三比较器303和锯齿波发生器312)、第四比较器304、第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、RS触发器305、驱动模块306、采样保持模块307、电流源308、三极管Q1。
根据本发明的一个实施例,在开关电源系统启动的一个或多个初始开关周期中,采样保持模块307在开关管M1的一个或多个初始开关周期中生成并保持与功率转换电路210的输入电压Vin成反比的参考信号Vref1。例如,在一个或多个初始开关周期中,开关S3可在初始开关周期控制信号CTRL的控制下将采样保持模块307连接至输入电压Vin。例如参见图2,在初始开关周期中,输入电压Vin对电容器C1进行充电,从而电容器C1将保持输入电压Vin的峰值电压信号Vinpk。相应地,采样保持模块307可生成并保持与输入电压Vin成反比的参考信号Vref1。初始开关周期控制信号CTRL可通过计数器来实现设定的初始开关周期计数,例如在所设定的一个或多个(例如,3个、5个等)开关管M1初始开关周期中输出第一电平,并在到达计数值之后输出第二电平,从而开关S3在设定的初始开关周期中将采样保持模块307连接至输入电压Vin以生成与Vin成反比的参考信号Vref1,并且开关S3在设定数目的初始开关周期结束后断开,从而采样保持模块307保持并输出参考信号Vref1。采样保持模块307也可按其他方式生成并保持与输入电压Vin成反比的参考信号Vref1。
第一比较器301可接收由采样保持模块307生成的参考信号Vref1以及与补偿电容两端的补偿电压Vcomp成正比的检测信号Vdet(在一个实施例中,检测信号Vdet可以是Vcomp本身)。在检测信号Vdet小于参考信号Vref1时,第一比较器301输出置位信号以对补偿电容CCOMP进行充电,而在检测信号Vdet大于或等于参考信号Vref1时,第一比较器301输出解除置位信号以停止对补偿电容CCOMP进行充电。
此外,在开关电源系统启动的一个或多个初始开关周期中,初始开关周期控制信号CTRL使开关S2闭合到B,第二比较器302起作用,导通时间控制模块310被屏蔽。第二比较器302的两个输入端分别接收采样电压Vcs和预设峰值(例如,预设峰值电流阈值)。在使用固定导通时间TON控制的开关电源电路中,预设峰值可以是初始设定的一个固定电感电流峰值K*VCSCC,可由这个电感电流峰值确定需要置位的导通时间TON所对应的VCOMP。当开关管M1导通时采样信号CS逐渐增大,当采样信号CS增大到预定阈值K*VCSCC时,第二比较器302的输出翻转,经RS触发器305使驱动模块306输出用于指示关断开关管M1的关断信号。在开关管M1关断时,反馈信号FB逐渐减小,当反馈信号FB低于阈值Vref2(例如,0值)时,第四比较器304翻转,经RS触发器305使驱动模块306输出用于指示导通开关管M1的导通信号。即,在开关电源系统启动的一个或多个初始开关周期中,可使用峰值电流来关断功率开关管M1,同时采样保持模块307可在初始开关周期中检测输入电压Vin的峰值电压信号Vinpk,生成并保持与输入电压Vin成反比的参考信号Vref1。
在一个或多个初始开关周期结束之后的后续工作周期中,开关S2闭合到A,第二比较器302被屏蔽,导通时间控制模块310起作用,从而使用由VCOMP决定的导通时间TON来控制关断功率开关M1。如图所示,导通时间控制模块310可包括锯齿波发生器312,其生成具有预定周期的锯齿波。导通时间控制模块310还可包括第三比较器303,其接收补偿电容两端的补偿电压VCOMP以及锯齿波发生器312生成的锯齿波,并在锯齿波大于或等于补偿电压VCOMP时输出关断信号,经RS触发器305使驱动模块306输出用于指示关断开关管M1的关断驱动信号。在开关管M1关断时,反馈信号FB逐渐减小,当反馈信号FB低于阈值Vref2(例如,0值)时,第四比较器304翻转,经RS触发器305使驱动模块306输出用于指示导通开关管M1的导通驱动信号。在后续工作周期中,第一比较器301继续将检测信号Vdet与参考信号Vref1进行比较,并在检测信号Vdet小于参考信号Vref1时,输出置位信号使开关S1断开,电流源308通过三极管Q1对COMP端电容CCOMP进行充电置位,而在检测信号Vdet大于或等于参考信号Vref1时输出解除置位信号使开关S1闭合,电流源308接地,结束对COMP端电容CCOMP进行充电。
在系统刚启动时VCOMP为0或非常小,因此Vdet总是小于Vref1,Q1一直对补偿电容CCOMP进行充电置位,VCOMP逐渐上升,导通时间控制模块310中的锯齿波信号上升更久才会输出关断信号,从而开关管M1的导通时间TON也逐渐变大。当Vdet≥Vref1时,第一比较器301输出解除置位信号使开关S1闭合,从而将三极管Q1关断,结束对COMP端电容CCOMP的充电置位。在COMP端置位结束后,CCOMP不再充电,VCOMP保持恒定,从而TON也保持恒定,实现了高PFC恒流驱动电路的恒定导通时间TON
由于参考信号Vref1与输入电压Vin(或输入电压峰值Vinpk)成反比,由此决定了COMP端置位电压VCOMP也将输入电压Vin(或输入电压峰值Vinpk)成反比,不同的输入电压Vin对应不同的COMP置位电压,从而会对应不同的导通时间TON。例如,输入电压Vin越高,置位点越低,从而能够自动适应不同的输入电压Vin。
图3B是根据本发明另一个实施例的驱动控制电路的电路示意图。图3B可包括与以上描述的图3A相似的一些组件。驱动控制电路220包括第一比较器301、第二比较器302、导通时间控制模块310(其可包括第三比较器303、电流源Is和电容C0)、第四比较器304、第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4、RS触发器305、驱动模块306、采样保持模块307、电流源308、三极管Q1、以及导通时间检测模块309。
类似于关于图3A所描述的,在开关电源系统启动的一个或多个初始开关周期中,初始开关周期控制信号CTRL使开关S2闭合到B,第二比较器302起作用,导通时间控制模块310被屏蔽。第二比较器302的两个输入端分别接收采样电压Vcs和预设峰值(例如,预设峰值电流阈值)。当开关管M1导通时采样信号CS逐渐增大,当采样信号CS增大到预定阈值K*VCSCC时,第二比较器302的输出翻转,经RS触发器305使驱动模块306输出用于指示关断开关管M1的关断信号。在开关管M1关断时,反馈信号FB逐渐减小,当反馈信号FB低于阈值Vref2(例如,0值)时,第四比较器304翻转,经RS触发器305使驱动模块306输出用于指示导通开关管M1的导通信号。即,在开关电源系统启动的一个或多个初始开关周期中,使用峰值电流来关断功率开关管M1。
同时,在开关电源系统启动的一个或多个初始开关周期中,开关S3可在初始开关周期控制信号CTRL的控制下将采样保持模块307连接至RS触发器305以采样并保持RS触发器305输出导通信号的时间长度作为参考信号Vref1,从而采样保持模块307可检测出在初始开关周期中由设定的固定电感电流峰值所产生的初始导通时间(开关管M1处于导通状态的时间)并保持这个导通时间,假设这个初始导通时间为TON(FST)。另外,开关S4可由CTRL的逆信号控制,由此在初始开关周期中将导通时间检测模块309断开,导通时间检测模块309输出的检测信号Vdet为0值或其他无效信号,第一比较器301将检测信号Vdet与参考信号Vref1作比较,且由于检测信号Vdet将小于参考信号Vref1而输出置位信号使开关S1断开,电流源308通过三极管Q1对COMP端电容CCOMP进行充电置位。
如上,在系统启动的初始开关周期中(例如,在第一个初始开关周期中),输入电容C1(参见图2)被输入电压Vin充电并保持输入电压Vin的峰值电压信号Vinpk,因此初始导通时间TON(FST)为:
其中K*VCSCC是预设的电感电流峰值,RS是采样电阻,L是功率转换电路210(例如,变压器)中的储能电感,Vinpk是输入电压Vin的峰值电压信号。
在一个或多个初始开关周期结束之后的后续工作周期中,开关S2闭合到A,第二比较器302被屏蔽,导通时间控制模块310起作用,从而使用由VCOMP决定的导通时间TON来控制关断功率开关M1。如图所示,当开关管M1导通时,导通时间控制模块310中的电流源Is对电容C0进行充电,当电容C0两端的充电电压V0高于VCOMP时,第三比较器303的输出翻转,经RS触发器305使驱动模块306输出用于指示关断开关管M1的关断信号。当开关管M1关断时,例如驱动信号DR的逆信号控制开关S5闭合,电容C0接地并放电清零。同时在开关管M1关断时,反馈信号FB逐渐减小,当反馈信号FB低于阈值Vref2(例如,0值)时,第四比较器304翻转,经RS触发器305使驱动模块306输出用于指示导通开关管M1的导通信号。
在后续工作周期中,控制将导通时间检测模块309连接至RS触发器305以检测RS触发器305输出导通信号的时间长度TON作为检测信号Vdet。即,开关管M1的导通时间TON(例如,检测信号Vdet)被输入至第一比较器301。第一比较器301将检测信号Vdet(其反映导通时间TON)与参考信号Vref1(其反映初始导通时间为TON(FST))作比较,并在TON小于TON(FST)时输出置位信号使开关S1断开,电流源308通过三极管Q1对COMP端电容CCOMP进行充电置位,而在TON大于或等于TON(FST)时输出解除置位信号使开关S1闭合,电流源308接地,结束对COMP端电容CCOMP进行充电。
在系统刚启动时VCOMP为0或非常小,因此TON总是小于TON(FST),Q1一直对补偿电容CCOMP进行充电置位,VCOMP逐渐上升,导通时间控制模块310中的充放电电容C0需要充电更久才会输出关断信号,从而开关管M1的导通时间TON也逐渐变大。当TON≥TON(FST)时,第一比较器301输出解除置位信号使开关S1闭合,从而将三极管Q1关断,结束对COMP端电容CCOMP的充电置位。在COMP端置位结束后,CCOMP不再充电,VCOMP保持恒定,从而TON也保持恒定,实现了高PFC恒流驱动电路的恒定导通时间TON
因此,VCOMP值由公式(3)给出
从公式(3)可以看出,COMP端置位电压VCOMP与输入电压Vin(或输入电压峰值Vinpk)成反比,不同的输入电压Vin对应不同的COMP置位电压,从而会对应不同的导通时间TON。例如,输入电压Vin越高,置位点越低,从而能够自动适应不同的输入电压Vin。
同时从公式(3)可以看出,COMP端置位电压VCOMP与功率转换电路210(例如,变压器)的电感量L成正比并且与采样电阻RS成反比,因此对于不同的开关电源系统,由于L和RS不同,COMP端置位电压VCOMP也会有所不同,因此可以自动适应不同的开关电源系统所需的TON
图4是根据本发明一个实施例的可以应用自适应补偿电容置位的反激式开关电源的电路示意图。以上提到的功率转换电路210可以是变压器T1,其原边绕组可以是上述电感L,其经由整流桥BD1接收输入电压Vac,将输入电压Vac转换成副边绕组上的输出电压并经由二极管D3和RC滤波电路R5和C4对负载(例如,LED灯)供电。交流输入Vac还对输入电容器C1充电。该系统在电阻R1与电容器C2之间提供启动信号Vcc,启动信号Vcc可以向驱动控制电路220供电。例如,在系统启动时,电容器C2充电直至启动信号VCC高于某一阈值之后使驱动控制电路220进入正常工作以经由DR端子来控制开关管M1的导通和关断。另外,该系统在采样电阻Rs的一端提供采样电压信号CS,在变压器T1的辅助绕组上通过二极管D1协同电阻R1与电容器C2一起向驱动控制电路220的电源端Vcc供电,并在反馈电阻R2与R3之间提供反馈电压信号FB。如上所述,在开关电源系统启动的一个或多个初始开关周期中,使用峰值电流来关断功率开关管M1,即当开关管M1导通时采样信号CS逐渐增大,当采样信号CS增大到预定阈值时,驱动控制电路220输出用于指示关断开关管M1的关断信号。在初始开关周期之后的后续工作周期中,导通时间控制模块310起作用,从而由VCOMP决定的导通时间TON来控制关断功率开关M1。当开关管M1关断时,反馈信号FB逐渐减小,当反馈信号FB低于阈值时(例如,过零时),驱动控制电路220输出用于指示导通开关管M1的导通信号。
在一个实施例中,在开关管M1的一个或多个初始开关周期中,采样保持模块307生成并保持与输入电压Vin成反比的参考信号Vref1。第一比较器301接收Vref1以及与补偿电压Vcomp成正比的检测信号Vdet,并在检测信号Vdet小于参考信号Vref1时输出置位信号以对补偿电容CCOMP进行充电,并在检测信号Vdet大于或等于参考信号Vref1时输出解除置位信号以停止对补偿电容CCOMP进行充电。
在另一个实施例中,在开关管M1的一个或多个初始开关周期中,采样保持模块307检测初始导通时间TON(FST)并相应地生成参考信号Vref1。在初始开关周期之后的后续工作周期中,导通时间检测模块309检测开关管M1的导通时间TON作为检测信号Vdet。第一比较器301将检测信号Vdet(其反映导通时间TON)与参考信号Vref1(其反映初始导通时间为TON(FST))作比较,并在TON小于TON(FST)时输出置位信号使开关S1断开,电流源308通过三极管Q1对COMP端电容CCOMP进行充电置位,而在TON大于或等于TON(FST)时输出解除置位信号使开关S1闭合,电流源308接地,结束对COMP端电容CCOMP进行充电。在刚启动时VCOMP为0或非常小,因此TON总是小于TON(FST),从而一直对补偿电容CCOMP进行充电置位,VCOMP逐渐上升,从而使导通时间TON也逐渐变大。当TON≥TON(FST)时,结束对COMP端电容CCOMP的置位,CCOMP不再充电,VCOMP保持恒定,从而TON也保持恒定,实现了恒定导通时间TON
图5是根据本发明一个实施例的可以应用自适应补偿电容置位的升降压式开关电源的电路示意图。变压器T1的原边绕组可以是上述电感L,其经由整流桥BD1接收输入电压Vac并经由二极管D2和RC滤波电路R5和C4对负载(例如,LED灯)供电。交流输入Vac还对输入电容器C1充电。该系统在电阻R1与电容器C2之间提供启动信号Vcc,启动信号Vcc可以向驱动控制电路220供电。另外,该系统在采样电阻Rs的一端提供采样电压信号CS,在变压器T1的副边绕组上通过二极管D1协同电阻R1与电容器C2一起向驱动控制电路220的电源端Vcc供电,并在反馈电阻R2与R3之间提供反馈电压信号FB。如上所述,在开关电源系统启动的一个或多个初始开关周期中,使用峰值电流来关断功率开关管M1,即当开关管M1导通时采样信号CS逐渐增大,当采样信号CS增大到预定阈值时,驱动控制电路220输出用于指示关断开关管M1的关断信号。在初始开关周期之后的后续工作周期中,导通时间控制模块310起作用,从而由VCOMP决定的导通时间TON来控制关断功率开关M1。当开关管M1关断时,反馈信号FB逐渐减小,当反馈信号FB低于阈值时(例如,过零时),驱动控制电路220输出用于指示导通开关管M1的导通信号。
在一个实施例中,在开关管M1的一个或多个初始开关周期中,采样保持模块307生成并保持与输入电压Vin成反比的参考信号Vref1。第一比较器301接收Vref1以及与补偿电压Vcomp成正比的检测信号Vdet,并在检测信号Vdet小于参考信号Vref1时输出置位信号以对补偿电容CCOMP进行充电,并在检测信号Vdet大于或等于参考信号Vref1时输出解除置位信号以停止对补偿电容CCOMP进行充电。
在另一个实施例中,在开关管M1的一个或多个初始开关周期中,采样保持模块307检测初始导通时间TON(FST)并相应地生成参考信号Vref1。在初始开关周期之后的后续工作周期中,导通时间检测模块309检测开关管M1的导通时间TON作为检测信号Vdet。第一比较器301将检测信号Vdet(其反映导通时间TON)与参考信号Vref1(其反映初始导通时间为TON(FST))作比较,并在TON小于TON(FST)时输出置位信号使开关S1断开,电流源308通过三极管Q1对COMP端电容CCOMP进行充电置位,而在TON大于或等于TON(FST)时输出解除置位信号使开关S1闭合,电流源308接地,结束对COMP端电容CCOMP进行充电。在刚启动时VCOMP为0或非常小,因此TON总是小于TON(FST),从而一直对补偿电容CCOMP进行充电置位,VCOMP逐渐上升,使得导通时间TON也逐渐变大。当TON≥TON(FST)时,结束对COMP端电容CCOMP的置位,CCOMP不再充电,VCOMP保持恒定,从而TON也保持恒定,实现了恒定导通时间TON
图6是根据本发明一个实施例的可以应用自适应补偿电容置位的降压式开关电源的电路示意图。变压器的原边绕组L1a可以是上述电感L,其经由整流桥BD1接收输入电压Vac并经由RC滤波电路R7和C4对负载(例如,LED灯)供电。交流输入Vac还对输入电容器C1充电。该系统在电阻R1、R2与电容器C3之间提供启动信号Vcc,启动信号Vcc可以向驱动控制电路220供电。另外,该系统在采样电阻Rs的一端提供采样电压信号CS,在变压器副边绕组L1b上通过二极管D1协同电阻R1、R2与电容器C3一起向驱动控制电路220的电源端Vcc供电,并在反馈电阻R5与R6之间提供反馈电压信号FB。如上所述,在开关电源系统启动的一个或多个初始开关周期中,使用峰值电流来关断功率开关管M1,在初始开关周期之后的后续工作周期中,由VCOMP决定的导通时间TON来控制关断功率开关M1。
在一个实施例中,在开关管M1的一个或多个初始开关周期中,采样保持模块307生成并保持与输入电压Vin成反比的参考信号Vref1。第一比较器301接收Vref1以及与补偿电压Vcomp成正比的检测信号Vdet,并在检测信号Vdet小于参考信号Vref1时输出置位信号以对补偿电容CCOMP进行充电,并在检测信号Vdet大于或等于参考信号Vref1时输出解除置位信号以停止对补偿电容CCOMP进行充电。
在另一个实施例中,在开关管M1的一个或多个初始开关周期中,采样保持模块307检测初始导通时间TON(FST)并相应地生成参考信号Vref1。在初始开关周期之后的后续工作周期中,导通时间检测模块309检测开关管M1的导通时间TON作为检测信号Vdet。第一比较器301将检测信号Vdet(其反映导通时间TON)与参考信号Vref1(其反映初始导通时间为TON(FST))作比较,并在TON小于TON(FST)时输出置位信号使开关S1断开,电流源308通过三极管Q1对COMP端电容CCOMP进行充电置位,而在TON大于或等于TON(FST)时输出解除置位信号使开关S1闭合,电流源308接地,结束对COMP端电容CCOMP进行充电。随着对补偿电容CCOMP进行充电置位,VCOMP逐渐上升,导通时间TON也逐渐变大,当TON≥TON(FST)时,结束对COMP端电容CCOMP的置位,VCOMP保持恒定,从而TON也保持恒定,实现了恒定导通时间TON
本发明公开了驱动控制电路和驱动控制方法以及开关电源,并且参照附图描述了本发明的具体实施方式和效果。应该理解的是,上述实施例只是对本发明的示例性说明,而不是对本发明的限制,任何不超出本发明实质精神范围内的发明创造,包括各种开关电源驱动系统的应用、对电路的局部构造的变更、在本发明提供的自适应补偿电容置位的精神下对电路实现方法的变更,对元器件的类型或型号的替换,各种信号电平的其它变型、以及其他非实质性的替换或修改等,均落入本发明保护范围之内。

Claims (22)

1.一种驱动控制电路,所述驱动控制电路用于控制补偿电容和开关管,所述驱动控制电路包括:
采样保持模块,其在所述开关管的一个或多个初始开关周期中生成并保持与功率转换电路的输入电压峰值成反比的参考信号;以及
第一比较器,其接收由所述采样保持模块生成的所述参考信号以及与所述补偿电容两端的补偿电压成正比的检测信号,在所述检测信号小于所述参考信号时输出置位信号以对所述补偿电容进行充电,并在所述检测信号大于或等于所述参考信号时输出解除置位信号以停止对所述补偿电容进行充电。
2.如权利要求1所述的驱动控制电路,其特征在于,所述驱动控制电路还包括:
第一电流源,其连接至所述补偿电容;以及
第一开关,其连接在所述第一电流源与接地之间,所述第一开关在所述第一比较器输出置位信号时断开以使所述第一电流源对所述补偿电容充电,并且所述第一开关在所述第一比较器输出解除置位信号时闭合以使所述第一电流源停止对所述补偿电容充电。
3.如权利要求2所述的驱动控制电路,其特征在于,所述驱动控制电路还包括:
连接在所述第一电流源与所述补偿电容之间的三极管。
4.如权利要求1所述的驱动控制电路,其特征在于,所述驱动控制电路还包括:
第二比较器,其在所述开关管的一个或多个初始开关周期中接收所述功率转换电路的采样电压和预设峰值,并在所述采样电压大于或等于所述预设峰值时输出第一关断信号以关断所述开关管;以及
导通时间控制模块,其在所述一个或多个初始开关周期之后的后续工作周期中接收所述补偿电容两端的补偿电压以及锯齿波信号,并在所述锯齿波信号大于或等于所述补偿电压时输出第二关断信号以关断所述开关管。
5.如权利要求4所述的驱动控制电路,其特征在于,所述导通时间控制模块包括:
锯齿波发生器,其生成具有预定周期的锯齿波;
第三比较器,其接收所述补偿电容两端的补偿电压以及所述锯齿波,并在所述锯齿波大于或等于所述补偿电压时输出所述第二关断信号。
6.如权利要求4所述的驱动控制电路,其特征在于,所述导通时间控制模块包括:
第二电流源;以及
连接至所述第二电流源的充放电电容,所述充放电电容在所述开关管导通时由所述第二电流源充电,并在所述开关管关断时放电,其中所述锯齿波为所述充放电电容两端的电压。
7.如权利要求4至6中任一项所述的驱动控制电路,其特征在于,所述驱动控制电路还包括:
驱动模块,其输出驱动信号以导通或关断所述开关管;以及
第二开关,其在所述开关管的一个或多个初始开关周期中将所述第二比较器的输出连接至所述驱动模块,并在所述一个或多个初始开关周期之后的后续工作周期中将所述导通时间控制模块的输出连接至所述驱动模块。
8.如权利要求7所述的驱动控制电路,其特征在于,所述驱动控制电路还包括:
RS触发器,其连接在所述第二开关与所述驱动模块之间,所述RS触发器经由所述第二开关接收由所述第二比较器或所述导通时间控制模块输出的第一或第二关断信号并向所述驱动模块提供关断信号以关断所述开关管。
9.如权利要求8所述的驱动控制电路,其特征在于,所述驱动控制电路还包括:
第四比较器,其接收所述功率转换电路的反馈电压信号,并在所述反馈电压信号低于预设阈值电压时输出导通信号,所述RS触发器接收所述导通信号并将所述导通信号提供给所述驱动模块以导通所述开关管。
10.如权利要求9所述的驱动控制电路,其特征在于,所述采样保持模块在所述一个或多个初始开关周期中连接至所述RS触发器以采样并保持所述RS触发器输出导通信号的时间长度作为所述参考信号。
11.如权利要求9所述的驱动控制电路,其特征在于,所述驱动控制电路还包括:
导通时间检测模块,其在所述一个或多个初始开关周期之后的后续工作周期中连接至所述RS触发器以检测所述RS触发器输出导通信号的时间长度作为所述检测信号。
12.一种开关电源,包括:
如权利要求1-11中任一项所述的驱动控制电路;
所述功率转换电路,用于将输入电压转换成输出电压;
连接至所述功率转换电路的所述开关管;以及
连接至所述驱动控制电路的所述补偿电容。
13.如权利要求12所述的开关电源,其特征在于,所述开关电源还包括连接至所述功率转换电路的输出的反馈电阻网络以提供所述功率转换电路的反馈电压信号。
14.如权利要求12所述的开关电源,其特征在于,所述开关电源还包括与所述开关管串联的采样电阻以提供所述功率转换电路的采样电压。
15.如权利要求12所述的开关电源,其特征在于,所述开关电源包括反激式开关电源、升降压式开关电源、或降压式开关电源中的至少一者。
16.一种驱动控制方法,所述驱动控制方法用于控制补偿电容和开关管,所述驱动控制方法包括:
在所述开关管的一个或多个初始开关周期中生成并保持与功率转换电路的输入电压峰值成反比的参考信号;以及
接收所述参考信号以及与所述补偿电容两端的补偿电压成正比的检测信号,在所述检测信号小于所述参考信号时输出置位信号以对所述补偿电容进行充电,并在所述检测信号大于或等于所述参考信号时输出解除置位信号以停止对所述补偿电容进行充电。
17.如权利要求16所述的驱动控制方法,其特征在于,所述驱动控制方法还包括:
在所述开关管的一个或多个初始开关周期中接收所述功率转换电路的采样电压和预设峰值,并在所述采样电压大于或等于所述预设峰值时输出第一关断信号以关断所述开关管;以及
在所述一个或多个初始开关周期之后的后续工作周期中接收所述补偿电容两端的补偿电压以及锯齿波信号,并在所述锯齿波信号大于或等于所述补偿电压时输出第二关断信号以关断所述开关管。
18.如权利要求17所述的驱动控制方法,其特征在于,所述驱动控制方法还包括:
在所述开关管导通时对充放电电容进行充电,并在所述开关管关断时对所述充放电电容进行放电,其中所述锯齿波为所述充放电电容两端的电压。
19.如权利要求17至18中任一项所述的驱动控制方法,其特征在于,所述驱动控制方法还包括:
在所述开关管的一个或多个初始开关周期中使用所述第一关断信号来关断所述开关管;以及
在所述一个或多个初始开关周期之后的后续工作周期中使用所述第二关断信号来关断所述开关管。
20.如权利要求19所述的驱动控制方法,其特征在于,所述驱动控制方法还包括:
接收所述功率转换电路的反馈电压信号,并在所述反馈电压信号低于预设阈值电压时输出导通信号以导通所述开关管。
21.如权利要求20所述的驱动控制方法,其特征在于,所述驱动控制方法还包括:
在所述一个或多个初始开关周期中采样并保持所述导通信号的时间长度作为所述参考信号。
22.如权利要求21所述的驱动控制方法,其特征在于,所述驱动控制方法还包括:
在所述一个或多个初始开关周期之后的后续工作周期中检测所述导通信号的时间长度作为所述检测信号。
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