CN106026618A - 开关电源的控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种开关电源的控制电路，其包括软启动电压产生电路、第一比较器、电压选择电路、开关电路、第二比较器、误差放大电路、脉冲信号控制电路。本发明提供的开关电源的控制电路，在软启动阶段和正常工作阶段通过电压选择电路选择不同的叠加电压与控制电压进行叠加得到钳位电压，从而使得开关电源的控制电路在软启动阶段和正常工作阶段具有不同的钳位电压，提升了整个系统的稳定性；而且在开关电路的输出端的电压值大于参考电压的电压值时，第二比较器输出第一高电平信号至时钟信号发生器，使得时钟信号发生器停止工作，从而使得开关电源的控制电路处于睡眠状态，提高了开关电源的效率。

Description

开关电源的控制电路
技术领域
本发明涉及电源控制技术领域，尤其涉及一种开关电源的控制电路。
背景技术
开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET构成，通过控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。开关电源具有小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于电子设备中。开关电源在启动过程中会产生浪涌电，造成输出过冲。因此，为了避免过冲而毁坏芯片或系统，通常在开关电源中设置开关电源的控制电路，现有开关电源的控制电路在软启动阶段和正常工作阶段的钳位电压相同，这样将会导致在软启动阶段，钳位电压设置太低而出现输出建立缓慢的现象，导致系统不稳定；同时，在正常工作阶段，钳位电压设置太高而使得系统无法进入睡眠状态，导致开关电源的效率变差。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提出了一种开关电源的控制电路，能够提升系统稳定性、提高电源的效率。
本发明提出的具体技术方案为：提供一种开关电源的控制电路，包括软启动电压产生电路、第一比较器、电压选择电路、开关电路、第二比较器、误差放大电路、脉冲信号控制电路；所述第一比较器用于在比较所述软启动电压产生电路的输出端的电压与阈值电压的大小后输出选择电平信号至所述电压选择电路；所述误差放大电路用于根据所述软启动电压产生电路的输出端的电压对所述开关电源电路的输出端的电压进行误差放大后输出控制电压至所述电压选择电路；所述电压选择电路用于根据所述选择电平信号的电平高低选择对应的叠加电压与所述控制电压进行叠加而得到钳位电压并输出所述钳位电压至所述开关电路；所述开关电路用于在比较所述钳位电压的电压值大于参考电压的电压值后经由所述开关电路的输出端连通辅助电压源及所述第二比较器，所述辅助电压源的电压值大于所述参考电压的电压值，所述开关电路的输出端还分别连接所述误差放大电路及所述脉冲信号控制电路；所述第二比较器用于在比较所述开关电路的输出端的电压值大于所述参考电压的电压值后输出第一高电平信号至所述脉冲信号控制电路；所述脉冲信号控制电路用于根据所述第一高电平信号输出第一低电平信号至所述开关电源的脉冲信号发生器。
进一步地，所述电压选择电路包括拨码开关、第一电压源、第二电压源；所述拨码开关分别连接所述第一比较器、所述开关电路、所述第一电压源的正极以及所述第二电压源的正极；所述第一电压源的负极及所述第二电压源的负极分别连接所述误差放大电路及所述开关电路的输出端，所述拨码开关用于根据所述选择电平信号的电平的高低选择所述第一电压源及所述第二电压源其中之一作为所述叠加电压。
进一步地，所述电压选择电路还包括RC电路，所述第一电压源的负极及所述第二电压源的负极通过所述RC电路接地。
进一步地，所述开关电路包括第三比较器和晶体管；所述第三比较器的同相输入端连接所述拨码开关，所述第三比较器的反相输入端用于接收所述参考电压，所述第三比较器的输出端连接所述晶体管的栅极，所述晶体管的漏极连接所述辅助电压源，所述晶体管的源极作为所述开关电路的输出端。
进一步地，所述脉冲信号控制电路包括第四比较器、加法器、波形发生器、时钟信号发生器；所述第四比较器的同相输入端连接所述加法器，所述第四比较器的反相输入端连接所述开关电路的输出端，所述第四比较器的输出端连接所述脉冲信号发生器的第一输入端；所述波形发生器连接于所述加法器与所述时钟信号发生器之间，所述加法器还连接所述开关电源电路的输入端，所述时钟信号发生器还分别连接所述第二比较器及所述脉冲信号发生器的第二输入端。
进一步地，所述软启动电压产生电路包括电压源、电流发生器以及电容；所述电流发生器连接所述电压源，所述电流发生器通过所述电容接地，所述软启动电压产生电路的输出端连接于所述电流发生器与所述电容之间。
进一步地，所述第一比较器的同相输入端用于接收所述阈值电压，所述比较器的反相输入端连接所述软启动电压产生电路的输出端，所述第一比较器的输出端连接所述拨码开关；所述第二比较器的同相输入端连接所述开关电路的输出端，所述第二比较器的反相输入端用于接收所述参考电压，所述第二比较器的输出端连接所述时钟信号发生器。
进一步地，所述第一比较器用于在比较所述软启动电压产生电路的输出端的电压值小于所述阈值电压后输出第二高电平信号至所述拨码开关，所述拨码开关用于在接收到所述第二高电平信号后连通所述第一电压源及所述第三比较器的同相输入端。
进一步地，所述第一比较器用于在比较所述软启动电压产生电路的输出端的电压值大于所述阈值电压后输出第二低电平信号至所述拨码开关，所述拨码开关用于在接收到所述第二低电平信号后连通所述第二电压源及所述第三比较器的同相输入端。
本发明提供的开关电源的控制电路，在软启动阶段和正常工作阶段通过电压选择电路选择不同的叠加电压与控制电压进行叠加得到钳位电压，从而使得开关电源的控制电路在软启动阶段和正常工作阶段具有不同的钳位电压，提升了整个系统的稳定性；而且在开关电路的输出端的电压值大于参考电压的电压值时，第二比较器输出第一高电平信号至时钟信号发生器，使得时钟信号发生器停止工作，从而使得开关电源的控制电路处于睡眠状态，提高了开关电源的效率。
附图说明
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其它有益效果显而易见。
图1为本发明开关电源的控制电路的结构示意图；
图2为本发明开关电源的控制电路的具体电路结构示意图。
具体实施方式
以下，将参照附图来详细描述本发明的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。在附图中，相同的标号将始终被用于表示相同的元件。
参照图1，本实施例提供的开关电源的控制电路包括软启动电压产生电路10、第一比较器20、电压选择电路30、误差放大电路40、开关电路50、第二比较器60以及脉冲信号控制电路70，其中，开关电源的控制电路的控制模式为峰值电流控制模式。
第一比较器20的同相输入端连接阈值电压源V1，第一比较器20的反相输入端连接软启动电压产生电路10的输出端VSS，第一比较器20的输出端连接电压选择电路30。误差放大电路40分别连接软启动电压产生电路10的输出端VSS、电压选择电路30及开关电路50的输出端Vo，开关电路50还分别连接电压选择电路30及参考电压源V2。第二比较器60的同相输入端连接开关电路50的输出端Vo，第二比较器60的反相输入端连接参考电压源V2，第二比较器60的输出端连接脉冲信号控制电路70，脉冲信号控制电路70还连接开关电路50的输出端Vo及开关电源的脉冲信号发生器80。此外，误差放大电路40还分别连接开关电源电路的输出端Vout及基准电压源Vref，开关电路50还连接辅助电压源V3。
第一比较器20用于在比较软启动电压产生电路10的输出端VSS的电压与阈值电压的大小后输出选择电平信号至电压选择电路30；误差放大电路用于根据软启动电压产生电路10的输出端VSS的电压对开关电源电路的输出端Vout的电压进行误差放大后输出控制电压至电压选择电路30；电压选择电路30用于根据选择电平信号的电平高低选择对应的叠加电压与控制电压进行叠加而得到钳位电压并输出钳位电压至开关电路50；开关电路50用于在比较钳位电压的电压值大于参考电压的电压值后经由开关电路50的输出端Vo连通辅助电压源V3及第二比较器60，其中，辅助电压源V3的电压值大于参考电压源V2的电压值；第二比较器60用于在比较开关电路50的输出端Vo的电压值大于参考电压源V2的电压值后输出第一高电平信号Vsleep至脉冲信号控制电路70；脉冲信号控制电路70用于根据第一高电平信号Vsleep输出第一低电平信号至开关电源的脉冲信号发生器80。
具体的，参照图2，电压选择电路30包括拨码开关310、第一电压源320、第二电压源330、RC电路340。拨码开关310分别连接第一比较器20的输出端、第一电压源320的正极、第二电压源330的正极及开关电路50。第一电压源320的负极及第二电压源330的负极分别连接RC电路340、误差放大电路50，第一电压源320的负极及第二电压源330的负极分别通过RC电路340接地，拨码开关310用于根据选择电平信号的电平的高低选择第一电压源320及第二电压源330其中之一作为叠加电压。
具体的，开关电路50包括第三比较器510以及晶体管520。第三比较器510的同相输入端连接拨码开关310，第三比较器510的反相输入端连接参考电压源V2，第三比较器510的输出端连接晶体管520的栅极，晶体管520的漏极连接辅助电压源V3，晶体管520的源极作为开关电路50的输出端Vo，优选的，晶体管520为NMOS。
具体的，脉冲信号控制电路70包括第四比较器710、加法器720、波形发生器730、时钟信号发生器740。第四比较器710的同相输入端连接加法器720，第四比较器710的反相输入端连接开关电路50的输出端Vo，第四比较器710的输出端连接脉冲信号发生器80的第一输入端；波形发生器730连接于加法器720与时钟信号发生器740之间，加法器720还连接开关电源电路的输入端Vin，其中，波形发生器730输出的波形为三角波，用于对开关电源电路的输入端Vin进行斜坡补偿。时钟信号发生器740还分别连接第二比较器60的输出端及脉冲信号发生器80的第二输入端，脉冲信号发生器80可以为能够产生脉冲信号的不同类型的触发器，在本实施例中，脉冲信号发生器80为斯密特触发器。时钟信号发生器740输出时钟信号至波形发生器730，波形发生器730在时钟信号的触发下输出三角波至加法器720，加法器720将开关电源电路的输入端Vin的电压叠加三角波后输出至第四比较器710的同相输入端，第四比较器710比较开关电源电路的输入端Vin的电压叠加三角波后的电压值与开关电路50的输出端Vo的电压值的大小后输出比较电平信号至脉冲信号发生器80的第一输入端，脉冲信号发生器80根据比较电平信号以及时钟信号输出控制电平信号至开关电源。
软启动电压产生电路10包括电压源110、电流发生器120以及电容130；电流发生器120连接电压源110，电流发生器120通过电容130接地，软启动电压产生电路10的输出端VSS连接于电流发生器120与电容130之间。软启动电压产生电路10的输出端VSS的电压值随着电容130的充放电逐渐增加，从而实现开关电源的软启动。这里定义软启动电压产生电路10的输出端VSS的电压值小于阈值电压源V1的电压值时，开关电源的控制电路处于软启动阶段；软启动电压产生电路10的输出端VSS的电压值大于阈值电压源V1的电压值时，开关电源的控制电路处于正常工作阶段。
误差放大电路40包括类比多工器410及误差放大器420。类比多工器410的第一输入端连接软启动电压产生电路10的输出端VSS，类比多工器410的第二输入端连接基准电压源Vref，类比多工器410的输出端连接误差放大器420的第一输入端，误差放大器420的第二输入端连接开关电源电路的输出端Vout，误差放大器420的输出端分别连接第一电压源320的负极、第二电压源330的负极及开关电路50的输出端Vo。类比多工器410用于比较软启动电压产生电路10的输出端VSS的电压值与基准电压源Vref的电压值的大小并输出电压值较小的电压至误差放大器420，误差放大器420根据软启动电压产生电路10的输出端VSS与基准电压源Vref中电压值较小的电压对开关电源电路的输出端Vout的电压进行误差放大。在软启动阶段，软启动电压产生电路10的输出端VSS的电压值小于基准电压源Vref的电压值，类比多工器410输出软启动电压产生电路10的输出端VSS的电压至误差放大器420，误差放大器420根据软启动电压产生电路10的输出端VSS的电压对开关电源电路的输出端Vout的电压进行误差放大。在正常工作阶段，软启动电压产生电路10的输出端VSS的电压值大于基准电压源Vref的电压值，类比多工器410输出基准电压源Vref的电压至误差放大器420，误差放大器420根据基准电压源Vref的电压对开关电源电路的输出端Vout的电压进行误差放大。
下面我们将对本实施例中开关电源的控制电路的工作原理进行详细描述。在软启动阶段，软启动电压产生电路10的输出端VSS的电压值小于阈值电压源V1的电压值，第一比较器20的输出端输出第二高电平信号至拨码开关310即选择电平信号为第二高电平信号，拨码开关310连通第一电压源320及第三比较器510。第三比较器510的同相输入端的电压值即钳位电压等于第一电压源320的电压值加上误差放大器420的输出端的电压值即控制电压的电压值，若第三比较器510的同相输入端的电压值大于参考电压源V2的电压值，第三比较器510的输出端输出第三高电平信号至晶体管520的栅极，晶体管520导通，第二比较器60的同相输入端的电压值等于辅助电压源V3的电压值，由于辅助电压源V3的电压值大于参考电压源V2的电压值，所以，第二比较器60输出第一高电平信号Vsleep至时钟信号发生器740，时钟信号发生器740关闭并输出第一低电平信号至脉冲信号发生器80，脉冲信号发生器80输出第三低电平信号至开关电源，开关电源停止供电。由于时钟信号发生器740关闭，此时，开关电源的控制电路处于睡眠状态。在开关电源停止供电后，开关电源电路的输出端Vout的电压值开始下降，误差放大器420的输出端的电压值也随之下降，直到第三比较器510的同相输入端的电压值小于参考电压源V2的电压值，开关电源的控制电路进入工作状态，再重复上述过程。从上述过程中我们可以看出，在软启动阶段，第三比较器510的同相输入端的电压值即钳位电压的电压阈值Vc1等于参考电压源V2的电压值减去第一电压源320的电压值，当误差放大器420的输出端的电压值小于Vc1时，开关电源的控制电路处于工作状态；当误差放大器420的输出端的电压值大于Vc1时，开关电源的控制电路处于睡眠状态。
在正常工作阶段，软启动电压产生电路10的输出端VSS的电压值大于阈值电压源V1的电压值，第一比较器20的输出端输出第二低电平信号至拨码开关310，拨码开关310连通第二电压源330及第三比较器510。第三比较器510的同相输入端的电压值等于第二电压源330的电压值加上误差放大器420的的输出端的电压值，若第三比较器510的同相输入端的电压值大于参考电压源V2的电压值，第三比较器510的输出端输出第三高电平信号至晶体管520的栅极，晶体管520导通，第二比较器60的同相输入端的电压值等于辅助电压源V3的电压值，由于辅助电压源V3的电压值大于参考电压源V2的电压值，所以，第二比较器60输出第一高电平信号Vsleep至时钟信号发生器740，时钟信号发生器740关闭并输出第一低电平信号至脉冲信号发生器80，脉冲信号发生器80输出第三低电平信号至开关电源，开关电源停止供电。由于时钟信号发生器740关闭，此时，开关电源的控制电路处于睡眠状态。在开关电源停止供电后，开关电源电路的输出端Vout的电压值开始下降，误差放大器420的输出端的电压值也随之下降，直到第三比较器510的同相输入端的电压值小于参考电压源V2的电压值，开关电源的控制电路进入工作状态，再重复上述过程。在正常工作阶段，第三比较器510的同相输入端的电压值即钳位电压的电压阈值Vc2等于参考电压源V2的电压值减去第二电压源330的电压值，当误差放大器420的输出端的电压值小于Vc2时，开关电源的控制电路处于工作状态；当误差放大器420的输出端的电压值大于Vc2时，开关电源的控制电路处于睡眠状态。
本发明提供的开关电源的控制电路，在软启动阶段通过拨码开关310连通第一电压源320和第三比较器510，在正常工作阶段通过拨码开关310连通第二电压源330和第三比较器510，从而为电源在软启动阶段和正常工作阶段下的钳位电压设定不同的电压阈值，提升了整个系统的稳定性；而且在误差放大电路40的输出电压大于钳位电压的电压阈值时，第二比较器60输出第一高电平信号Vsleep至时钟信号发生器540，使得时钟信号发生器540停止工作，从而使得所述开关电源的控制电路处于睡眠状态，提高了电源的效率。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (9)

1.一种开关电源的控制电路，其特征在于，包括软启动电压产生电路、第一比较器、电压选择电路、开关电路、第二比较器、误差放大电路、脉冲信号控制电路；
所述第一比较器用于在比较所述软启动电压产生电路的输出端的电压与阈值电压的大小后输出选择电平信号至所述电压选择电路；
所述误差放大电路用于根据所述软启动电压产生电路的输出端的电压对所述开关电源电路的输出端的电压进行误差放大后输出控制电压至所述电压选择电路；
所述电压选择电路用于根据所述选择电平信号的电平高低选择对应的叠加电压与所述控制电压进行叠加而得到钳位电压并输出所述钳位电压至所述开关电路；
所述开关电路用于在比较所述钳位电压的电压值大于参考电压的电压值后经由所述开关电路的输出端连通辅助电压源及所述第二比较器，所述辅助电压源的电压值大于所述参考电压的电压值，所述开关电路的输出端还分别连接所述误差放大电路及所述脉冲信号控制电路；
所述第二比较器用于在比较所述开关电路的输出端的电压值大于所述参考电压的电压值后输出第一高电平信号至所述脉冲信号控制电路；
所述脉冲信号控制电路用于根据所述第一高电平信号输出第一低电平信号至所述开关电源的脉冲信号发生器。
2.根据权利要求1所述的开关电源的控制电路，其特征在于，所述电压选择电路包括拨码开关、第一电压源、第二电压源；
所述拨码开关分别连接所述第一比较器、所述开关电路、所述第一电压源的正极以及所述第二电压源的正极；
所述第一电压源的负极及所述第二电压源的负极分别连接所述误差放大电路及所述开关电路的输出端，所述拨码开关用于根据所述选择电平信号的电平的高低选择所述第一电压源及所述第二电压源其中之一作为所述叠加电压。
3.根据权利要求2所述的开关电源的控制电路，其特征在于，所述电压选择电路还包括RC电路，所述第一电压源的负极及所述第二电压源的负极通过所述RC电路接地。
4.根据权利要求2所述的开关电源的控制电路，其特征在于，所述开关电路包括第三比较器和晶体管；所述第三比较器的同相输入端连接所述拨码开关，所述第三比较器的反相输入端用于接收所述参考电压，所述第三比较器的输出端连接所述晶体管的栅极，所述晶体管的漏极连接所述辅助电压源，所述晶体管的源极作为所述开关电路的输出端。
5.根据权利要求4所述的开关电源的控制电路，其特征在于，所述脉冲信号控制电路包括第四比较器、加法器、波形发生器、时钟信号发生器；所述第四比较器的同相输入端连接所述加法器，所述第四比较器的反相输入端连接所述开关电路的输出端，所述第四比较器的输出端连接所述脉冲信号发生器的第一输入端；所述波形发生器连接于所述加法器与所述时钟信号发生器之间，所述加法器还连接所述开关电源电路的输入端，所述时钟信号发生器还分别连接所述第二比较器及所述脉冲信号发生器的第二输入端。
6.根据权利要求5所述的开关电源的控制电路，其特征在于，所述软启动电压产生电路包括电压源、电流发生器以及电容；所述电流发生器连接所述电压源，所述电流发生器通过所述电容接地，所述软启动电压产生电路的输出端连接于所述电流发生器与所述电容之间。
7.根据权利要求5所述的开关电源的控制电路，其特征在于，所述第一比较器的同相输入端用于接收所述阈值电压，所述比较器的反相输入端连接所述软启动电压产生电路的输出端，所述第一比较器的输出端连接所述拨码开关；
所述第二比较器的同相输入端连接所述开关电路的输出端，所述第二比较器的反相输入端用于接收所述参考电压，所述第二比较器的输出端连接所述时钟信号发生器。
8.根据权利要求7所述的开关电源的控制电路，其特征在于，所述第一比较器用于在比较所述软启动电压产生电路的输出端的电压值小于所述阈值电压后输出第二高电平信号至所述拨码开关，所述拨码开关用于在接收到所述第二高电平信号后连通所述第一电压源及所述第三比较器的同相输入端。
9.根据权利要求7所述的开关电源的控制电路，其特征在于，所述第一比较器用于在比较所述软启动电压产生电路的输出端的电压值大于所述阈值电压后输出第二低电平信号至所述拨码开关，所述拨码开关用于在接收到所述第二低电平信号后连通所述第二电压源及所述第三比较器的同相输入端。
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