CN106100342A - 一种输出动态负载快速响应控制电路及具有该电路的主控芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种输出动态负载快速响应控制电路及具有该电路的主控芯片，所述控制电路包括：负载状态检测电路，用于判断所述主控芯片是否处于负载切换状态；屏蔽时间设置电路，用于设置屏蔽时间；在负载检测电路检测到所述主控芯片处于负载切换状态时开始计时，并在计时期间输出CTR信号，当计时时长达到屏蔽时间的长度时结束计时并清除CTR信号；负载切换状态最大关断时间控制电路，用于输出最大关断时间TOFF_MAX1；正常工作状态最大关断时间控制电路，用于输出最大关断时间TOFF_MAX2；逻辑控制电路，在接收到所述CTR信号时，其输出最大关断时间为TOFF_MAX1的信号PWM_ON，否则，其输出最大关断时间为TOFF_MAX2的信号PWM_ON。本发明实现了输出动态负载变化的快速响应。

Description

一种输出动态负载快速响应控制电路及具有该电路的主控 芯片
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域，特别是涉及一种输出动态负载快速响应控制电路及具有该电路的主控芯片。
背景技术
随着开关电源需求量的日益增加，电源主控芯片对于降低成本、增加功能以及优化性能等各方面的要求也更加严格。针对某一些特定应用，比如USB充电设备，在输出动态负载切换状态下，对系统的响应速度以及输出电压变化范围提出了更高的要求，现有技术一般采用系统工作频率快速变化或者变压器初级电感量峰值电流快速变化来实现输出动态负载切换状态的快速响应。但是，如果工作频率或者变压器初级电感量峰值电流变化设置太快，则容易造成系统工作状态不稳定；如果工作频率或者变压器初级电感量峰值电流变化设置太慢，则在一定程度上影响了输出动态负载切换状态的响应速度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种输出动态负载快速响应控制电路及具有该电路的主控芯片，实现了输出动态负载变化的快速响应。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种输出动态负载快速响应控制电路，集成在电源的主控芯片内，所述控制电路包括：负载状态检测电路，用于判断所述主控芯片是否处于负载切换状态；屏蔽时间设置电路，用于设置屏蔽时间；在负载检测电路检测到所述主控芯片处于负载切换状态时开始计时，并在计时期间输出CTR信号，当计时时长达到屏蔽时间的长度时结束计时并清除CTR信号；负载切换状态最大关断时间控制电路，用于输出最大关断时间TOFF_MAX1；正常工作状态最大关断时间控制电路，用于输出最大关断时间TOFF_MAX2；逻辑控制电路，在接收到所述CTR信号时，其输出最大关断时间为TOFF_MAX1的信号PWM_ON，否则，其输出最大关断时间为TOFF_MAX2的信号PWM_ON。
所述负载切换状态包括但不限于满载状态与空载状态之间的切换。
所述负载切换状态的周期包括但不限于5ms或10ms。
所述屏蔽时间大于负载切换状态的周期。
当在屏蔽时间结束之前，负载切换状态已经结束，则屏蔽时间设置电路停止计时并将计时时间清零，逻辑控制电路的输出信号PWM_ON的最大关断时间为最大关断时间TOFF_MAX2。
所述最大关断时间TOFF_MAX1小于最大关断时间TOFF_MAX2。
一种主控芯片，集成有上述的输出动态负载快速响应控制电路。
本发明的有益效果是：本发明在正常工作状态和负载切换状态下，逻辑控制电路的输出信号PWM_ON的最大关断时间由两个不同的最大关断时间控制，分别为正常工作状态最大关断时间控制电路输出的最大关断时间TOFF_MAX2和负载切换状态最大关断时间控制电路输出的最大关断时间TOFF_MAX1。在正常工作状态下，逻辑控制电路的输出信号PWM_ON的最大关断时间为正常工作状态最大关断时间控制电路输出的最大关断时间TOFF_MAX2；负载切换状态时，逻辑控制电路的输出信号PWM_ON的最大关断时间为负载切换状态最大关断时间控制电路输出的最大关断时间TOFF_MAX1。因此在负载切换状态下，逻辑控制电路输出信号PWM_ON的关断时间是从负载切换状态的最大关断时间TOFF_MAX1开始变化到满载工作状态下的满载状态时芯片所对应的关断时间TOFF_MIN，而不是从正常工作状态的最大关断时间TOFF_MAX2开始变化到满载工作状态下的满载状态时芯片所对应的关断时间TOFF_MIN。由于负载切换状态的最大关断时间TOFF_MAX1小于正常工作状态的最大关断时间TOFF_MAX2，在相同的变化速率条件下，从负载切换状态的最大关断时间TOFF_MAX1变化到满载状态时芯片所对应的关断时间TOFF_MIN所需要的时间比从正常工作状态的最大关断时间TOFF_MAX2变化到满载状态时芯片所对应的关断时间TOFF_MIN所需要的时间更短，从而实现输出动态负载变化的快速响应，还可以显著降低输出动态负载变化过程中的输出纹波电压值。
附图说明
图1为本发明输出动态负载快速响应控制电路的电路框图；
图2为的一种具体实施方式的外围元件连接关系图；
图中，101-典型的原边反馈检测反激电源转换器主控电路，102-功率NMOS管，103-初级绕组峰值电流限制电阻，104-辅助绕组分压上端电阻，105-辅助绕组分压下端电阻，106-变压器，107-输出整流二极管，108-VDD整流二极管。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，一种输出动态负载快速响应控制电路，集成在电源的主控芯片内，所述控制电路包括：负载状态检测电路，用于判断所述主控芯片是否处于负载切换状态；屏蔽时间设置电路，用于设置屏蔽时间；在负载检测电路检测到所述主控芯片处于负载切换状态时开始计时，并在计时期间输出CTR信号，当计时时长达到屏蔽时间的长度时结束计时，计时结束以后清除CTR信号，也就是说如果负载切换周期大于屏蔽时间以后，本发明所述的输出动态负载快速响应控制电路有可能将不再被触发；负载切换状态最大关断时间控制电路，用于输出最大关断时间TOFF_MAX1；正常工作状态最大关断时间控制电路，用于输出最大关断时间TOFF_MAX2；逻辑控制电路，在接收到所述CTR信号时，其输出最大关断时间为TOFF_MAX1的信号PWM_ON，否则，其输出最大关断时间为TOFF_MAX2的信号PWM_ON。
所述负载状态检测电路检测负载切换状态，输出负载动态测试通常在切换周期5mS或10mS条件下测试输出满载与空载之间的负载切换。满载状态与空载状态之间的切换只是最恶劣的负载切换状态，本发明并不仅仅限于解决满载状态与空载状态之间的切换的输出动态负载响应。举例说明如下：假如TOFF_MAX1对应芯片20%负载时的关断时间，那么满载状态与小于20%负载之间的切换都将触发本发明所述的一种输出动态负载快速响应控制电路）。5ms或10ms只是本实施例中给出的周期，本发明中只要负载切换状态的周期小于屏蔽时间设置电路所设置屏蔽时间，都能触发本发明所述的一种输出动态负载快速响应控制电路）。
所述屏蔽时间大于负载切换状态的周期。
当在屏蔽时间结束之前，负载切换状态已经结束，则屏蔽时间设置电路停止计时并将计时时间清零，逻辑控制电路的输出信号PWM_ON的最大关断时间为最大关断时间TOFF_MAX2，直到负载状态检测电路检测到下一次负载切换状态并触发屏蔽时间设置电路开始计时，所述的一种输出动态负载快速响应控制电路重复上述的检测过程。
当所述负载状态检测电路检测到负载切换状态并触发负载切换状态最大关断时间控制电路开始工作时，所述负载切换状态最大关断时间控制电路的输出端TOFF_MAX1必须满足如下条件：所述最大关断时间TOFF_MAX1小于最大关断时间TOFF_MAX2。
在输出动态负载状态下，逻辑控制电路输出信号PWM_ON的关断时间是从负载切换状态最大关断时间TOFF_MAX1开始变化到满载工作状态下的满载状态时芯片所对应的关断时间TOFF_MIN，而不是从正常工作状态最大关断时间TOFF_MAX2开始变化到满载工作状态下的满载状态时芯片所对应的关断时间TOFF_MIN。由于TOFF_MAX1 <TOFF_MAX2，在相同的变化速率条件下，从负载切换状态最大关断时间TOFF_MAX1变化到满载状态时芯片所对应的关断时间TOFF_MIN所需要的时间比从正常工作状态的最大关断时间TOFF_MAX2变化到满载状态时芯片所对应的关断时间TOFF_MIN所需要的时间要短，因此输出动态负载响应速度更快，同时输出纹波电压值更小。
所述主控芯片内还包括采样保持电路、误差放大电路、低通滤波器和正常关断时间控制电路，采样保持电路的输入端接主控芯片的FB端（输出负载状态调节端），采样保持电路的输出端接误差放大器的第一输入端，误差放大器的第二输入端接基准电压，误差放大器的输出端接低通滤波器的输入端，低通滤波器的输出端接逻辑控制电路的一输入端，负载状态检测电路的输入端接低通滤波器和正常工作关断时间控制电路的工作端。采样保持电路对反馈到电源转换器主控芯片101的FB电压进行采样和保持，并输出电压FB_SH。误差放大器通过比较采样保持电路的输出电压FB_SH与基准电压的差异，并放大该差异以后输出电压VEA，再经过低通滤波电路以后输出VEA_RC，VEA_RC的电压值变化反映了输出负载状态的变化，并决定正常工作关断时间控制电路的输出信号TOFF的关断时间长短，正常工作关断时间控制电路的输出信号T0FF时间由VEA_RC电压大小决定，正常关断时间控制电路设置一个VEA_RC电压有效范围，在此VEA_RC电压范围内，VEA_RC的电压值与工作关断时间控制电路输出的T0FF信号关断时间是一一对应的，根据不同的设计可以选择VEA_RC电压与T0FF信号关断时间正比例关系，也可以设计为反比例关系。
一种主控芯片，集成有上述的输出动态负载快速响应控制电路。
一种主控芯片，其内部包括采样保持电路、误差放大电路、低通滤波器、正常关断时间控制电路、负载状态检测电路、屏蔽时间设置电路、负载切换状态最大关断时间控制电路、正常工作状态最大关断时间控制电路和逻辑控制电路，采样保持电路的输入端接主控芯片的FB端，采样保持电路的输出端接误差放大器的第一输入端，误差放大器的第二输入端接基准电压，误差放大器的输出端接低通滤波器的输入端，低通滤波器的输出端接逻辑控制电路的第一输入端，负载状态检测电路的输入端接低通滤波器和正常工作关断时间控制电路的工作端，负载状态检测电路的输出端接屏蔽时间设置电路的输入端，屏蔽时间设置电路的输出端接逻辑控制电路的第二输入端，负载切换状态最大关断时间控制电路的输出端接逻辑控制电路的第三输入端，正常工作状态最大关断时间控制电路的输出端接逻辑控制电路的第四输入端，逻辑控制电路的输出端接主控芯片的GATE端。
图2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GATE信号控制功率NMOS管102导通期间，变压器106初级绕组电感和交流输入电压整流后的直流电源电压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CS限流电阻103，并在CS端产生一个固定斜率上升的电压信号，当CS端电压被电源转换器主控芯片101内部所设定的电压值以后，电源转换器主控芯片101输出信号控制关断功率NMOS管102，GATE信号关断时间长短由PWM_ON信号决定，GATE信号导通时间TON长短由变压器初级电感量LP、直流电源电压 ，CS端检测电压VCS和CS端检测电阻RCS一起决定；在功率NMOS管102导通期间，变压器储存能量；在功率NMOS管102关断期间，整流二极管107正向导通，变压器106次级绕组和输出电容109一起对输出提供能量，次级绕组电流按照一定的斜率逐渐减小，当次级绕组电流从最大值下降到0以后，就只剩下输出电容109对输出电压提供能量。输出负载切换状态下的最差情况是：功率管102刚关断，输出负载就从轻载切换到满载。在传统技术中，芯片的最大关断时间将从正常工作状态最大关断时间TOFF_MAX2开始变化到满载工作状态下的满载状态时芯片所对应的关断时间TOFF_MIN，同时CS端的峰值检测电压也从最小值逐渐上升到最大值。在此响应的过程中，系统所提供的能量小于输出所消耗的能量，响应速度越慢，输出电压就降低得越多。而本发明中，在负载切换状态下，逻辑控制电路输出信号PWM_ON的关断时间是从负载切换状态的最大关断时间TOFF_MAX1开始变化到满载工作状态下的满载状态时芯片所对应的关断时间TOFF_MIN，而不是从正常工作状态的最大关断时间TOFF_MAX2开始变化到满载工作状态下的满载状态时芯片所对应的关断时间TOFF_MIN。由于TOFF_MAX1 <TOFF_MAX2，在相同的变化速率条件下，从负载切换状态最大关断时间TOFF_MAX1变化到满载状态时芯片所对应的关断时间TOFF_MIN所需要的时间比从正常工作状态的最大关断时间TOFF_MAX2变化到满载状态时芯片所对应的关断时间TOFF_MIN所需要的时间更短，从而实现输出动态负载变化的快速响应，该技术还可以显著降低输出动态负载变化过程中的输出纹波电压值。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种输出动态负载快速响应控制电路，集成在电源的主控芯片内，其特征在于：所述控制电路包括：
负载状态检测电路，用于判断所述主控芯片是否处于负载切换状态；
屏蔽时间设置电路，用于设置屏蔽时间；在负载检测电路检测到所述主控芯片处于负载切换状态时开始计时，并在计时期间输出CTR信号，当计时时长达到屏蔽时间的长度时结束计时并清除CTR信号；
负载切换状态最大关断时间控制电路，用于输出最大关断时间TOFF_MAX1；
正常工作状态最大关断时间控制电路，用于输出最大关断时间TOFF_MAX2；
逻辑控制电路，在接收到所述CTR信号时，其输出最大关断时间为TOFF_MAX1的信号PWM_ON，否则，其输出最大关断时间为TOFF_MAX2的信号PWM_ON。
2.根据权利要求1所述的一种输出动态负载快速响应控制电路，其特征在于：所述负载切换状态包括但不限于满载状态与空载状态之间的切换。
3.根据权利要求1所述的一种输出动态负载快速响应控制电路，其特征在于：所述负载切换状态的周期包括但不限于5ms或10ms。
4.根据权利要求1所述的一种输出动态负载快速响应控制电路，其特征在于：所述屏蔽时间大于负载切换状态的周期。
5.根据权利要求1所述的一种输出动态负载快速响应控制电路，其特征在于：当在屏蔽时间结束之前，负载切换状态已经结束，则屏蔽时间设置电路停止计时并将计时时间清零，逻辑控制电路的输出信号PWM_ON的最大关断时间为最大关断时间TOFF_MAX2。
6.根据权利要求1所述的一种输出动态负载快速响应控制电路，其特征在于：所述最大关断时间TOFF_MAX1小于最大关断时间TOFF_MAX2。
7.一种主控芯片，其特征在于：集成有如权利要求1～6中任一权利要求所述的输出动态负载快速响应控制电路。
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