CN106230238B - 用于开关电源系统的控制装置、及开关电源系统 - Google Patents

用于开关电源系统的控制装置、及开关电源系统 Download PDF

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Abstract

公开了用于开关电源系统的控制装置、及开关电源系统。该控制装置包括第一至第四引脚、连接在第一引脚与地之间的钳位模块、连接在第一与第二引脚之间的二极管、连接在第二与第三引脚之间的装置功率开关、连接在第二与第四引脚之间的第一开关。第一引脚通过第一电阻与控制装置的输入电压连接、通过第一电容与地连接、并与开关电源系统中的系统功率开关的栅极连接，第二引脚与系统功率开关的源极连接，第三引脚通过第二电阻与地连接，第四引脚通过第二电容与地连接。在第二电容上的电压高于欠压保护电压阈值时，控制装置通过控制装置功率开关导通与关断来控制系统功率开关导通与关断，并且通过控制第一开关闭合与断开来控制第二电容充电与放电。

Description

用于开关电源系统的控制装置、及开关电源系统
技术领域
本发明涉及电路领域，更具体地涉及一种用于开关电源系统的控制装置、及开关电源系统。
背景技术
源极驱动功率开关电源系统因结构简单、系统启动快等特点，被广泛应用于发光二极管(LED)照明、手机充电等领域。
图1是典型的BUCK-BOOST架构的源极驱动功率开关电源系统的电路图。在图1所示的系统中，交流输入电压VAC经过全波整流器BD1整流后，在电容C1上产生电压Vbulk；脉冲宽度调制(PWM)控制器的GATE引脚通过电阻R1与电压Vbulk连接并通过电容C4与地连接，电阻R1与电容C4一起构成RC充电电路；在电压Vbulk通过电阻R1对电容C4进行充电的过程中，PWM控制器的GATE引脚处的电压VGATE逐渐增大；PWM控制器内部存在用以维持电压VGATE处于高电位的钳位电路；当功率开关M1的栅极电压(即，电压VGATE)与源极电压(即，PWM控制器的SW引脚处的电压VSW)之间的电压差值高于功率开关M1的导通阈值时，功率开关M1导通并形成源极跟随器；这时，PWM控制器内部的控制SW引脚到VDD引脚的供电通路的连接与断开的开关闭合，PWM控制器开始对电容C3充电；当PWM控制器的VDD引脚处的电压VDD(即，PWM控制器的供电电压)高于PWM控制器内部设定的欠压保护电压阈值时，PWM控制器开始通过SW引脚控制功率开关M1的导通和关断，同时控制SW引脚到VDD引脚的供电通路的连接与断开的开关断开，电压VDD由辅组绕组L2提供。
在包括图1所示的BUCK-BOOST架构的源极驱动功率开关电源系统在内的各种传统的源极驱动功率开关电源系统中，都需要诸如，辅组绕组L2之类的额外的供电元器件对诸如，PWM控制器之类的控制装置进行供电，所以存在成本高、供电效率低等不足。
发明内容
本发明提供了一种新颖的用于开关电源系统的控制装置、及开关电源系统。
根据本发明实施例的用于开关电源系统的控制装置，包括第一引脚、第二引脚、第三引脚、第四引脚、连接在第一引脚与地之间的钳位模块、连接在第一引脚与第二引脚之间的二极管、连接在第二引脚与第三引脚之间的装置功率开关、以及连接在第二引脚与第四引脚之间的第一开关，其中：第一引脚通过第一电阻与控制装置的输入电压连接、通过第一电容与地连接、并且与开关电源系统中的系统功率开关的栅极连接，第二引脚与系统功率开关的源极连接，第三引脚通过第二电阻与地连接，第四引脚通过第二电容与地连接。在控制装置上电后，第一引脚处的电压逐渐增大，被钳位模块钳位，并且在系统功率开关导通时经由第二引脚和第四引脚对所述第二电容充电；在第二电容上的电压高于控制装置的欠压保护电压阈值时，控制装置通过控制装置功率开关的导通与关断来控制系统功率开关的导通与关断，并且通过控制第一开关的闭合与断开来控制第二电容的充电与放电。
根据本发明实施例的用于开关电源系统的控制装置，包括第一引脚、第二引脚、第三引脚、第四引脚、连接在第一引脚与地之间的钳位模块、连接在第一引脚与第二引脚之间的二极管、连接在第一引脚与第四引脚之间的二极管、连接在第二引脚与第三引脚之间的装置功率开关、以及连接在第二引脚与第四引脚之间的第一开关，其中：第一引脚与开关电源系统中的系统功率开关的栅极连接，第二引脚与系统功率开关的源极连接，第三引脚通过第二电阻与地连接，第四引脚通过第一电阻与控制装置的输入电压连接、并且通过第一电容与地连接。在控制装置上电后，第一引脚处的电压跟随第四引脚处的电压逐渐增大，被钳位模块钳位，并且在系统功率开关导通时经由第二引脚和第四引脚对第一电容充电；在第二电容上的电压高于控制装置的欠压保护电压阈值时，控制装置通过控制装置功率开关的导通与关断来控制系统功率开关的导通与关断，并且通过控制第一开关的闭合与断开来控制第一电容的充电与放电。
根据本发明实施例的开关电源系统，包括如上所述的控制装置。
在包括根据发明实施例的控制装置的开关电源系统中，通过控制系统功率开关的导通与关断来产生对于控制装置的供电电压，因此不需增加额外的外围元器件或变压器绕组。这使得包括根据本发明实施例的控制装置的开关电源系统的系统成本低、电源转换效率高。
附图说明
通过阅读以下参照附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的、和优点将会变得更明显，其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。
图1是典型的BUCK-BOOST架构的源极驱动功率开关电源系统的电路图；
图2是根据本发明实施例的开关电源系统的电路图；
图3是根据本发明第一实施例的用于图2所示的开关电源系统的控制装置的电路图；
图4是图3所示的控制装置中的PWM信号、CS引脚处的电压信号CS、SW引脚处的电压信号、以及开关K1的控制信号K1的时序图；
图5是根据本发明第二实施例的用于图2所示的开关电源系统的控制装置的电路图；以及
图6是根据本发明第三实施例的用于图2所示的开关电源系统的控制装置的电路图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。
此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本发明的主要技术创意。
鉴于上述情况，本发明提出了一种新颖的用于开关电源系统的控制装置和控制方法、及开关电源系统。下面，结合附图详细描述根据本发明实施例的用于开关电源系统的控制装置和控制方法、及开关电源系统。
图2是根据本发明实施例的开关电源系统的电路图。结合图1和图2可以看出，图2所示的开关电源系统与图1所示的开关电源系统的区别在于，PWM控制器的供电电压VDD由PWM控制器内部产生，而不需要额外的变压器绕组。下面将结合图3至图5，详细描述用于图2所示的开关电源系统的控制原理。
需要说明的是，本发明并不拘泥于BUCK-BOOST架构的开关电源系统，以下描述的控制原理同样适用于诸如FLY-BUCK、BUCK、以及BOOST之类架构的开关电源系统。所以，图3和图5中不再示出与开关电源系统的系统架构相关的器件，取而代之的是整流得到的电压Vbulk和功率开关M1的漏极电压Drain。
图3是根据本发明第一实施例的用于图2所示的开关电源系统的控制装置的电路图。如图3所示，控制装置300包括钳位模块U1、驱动模块U2、二极管D2、二极管D3、开关K1、以及功率开关M2；控制装置300的外部连接关系如下：控制装置300的GATE引脚通过电阻R1与电压Vbulk连接并通过电容C4与地连接，电阻R1与电容C4一起构成RC充电电路；控制装置300的GATE引脚还与功率开关M1的栅极连接；控制装置300的SW引脚与功率开关M1的源极连接；控制装置300的CS引脚通过电阻R2与地连接；控制装置300的VDD引脚通过电容C5与地连接。这里，开关K1是控制装置300内部的控制SW引脚到VDD引脚的供电通路的连接与断开的开关，其初始状态是闭合状态。
在包括控制装置300的开关电源系统上电后，电压Vbulk通过电阻R1对电容C4充电，使得控制装置300的GATE引脚处的电压VGATE逐渐增大；控制装置300内部的钳位模块U1维持电压VGATE的高电位不高于钳位电压；当功率开关M1的栅极电压(即，电压VGATE)与源极电压(即，控制装置300的SW引脚处的电压VSW)之间的电压差值高于功率开关M1的导通阈值时，功率开关M1导通并形成源极跟随器；这时，由于控制装置300内部的控制SW引脚到VDD引脚的供电通路的连接与断开的开关K1是闭合的，所以控制装置300开始对电容C5充电；当控制装置300的VDD引脚处的电压VDD(即，控制装置300的供电电压)高于控制装置300内部设定的欠压保护电压阈值时，控制装置300开始产生PWM信号；驱动模块U2基于PWM信号控制功率开关M2的导通与关断，从而控制功率开关M1的导通与关断；开关K1基于PWM信号的反向信号闭合或断开。
这里，当PWM信号为高电平时，功率开关M2导通，开关K1断开；当PWM信号为低电平时，功率开关M2关断，开关K1闭合；当PWM信号从低电平变为高电平时，功率开关M2从关断变为导通，开关K1从闭合变为断开。为了使在功率开关M2从导通变为关断时控制装置300的SW引脚处产生的振铃电压的主要电荷被提供给控制装置300的GATE引脚，在PWM信号从高电平变为低电平时开关K1不会立即从断开变为闭合而是经过一段屏蔽时间之后才会从断开变为闭合。
图4是图3所示的控制装置中的PWM信号、CS引脚处的电压信号CS、SW引脚处的电压信号、以及开关K1的控制信号K1的时序图。结合图3和图4可以看出：
当PWM信号为高电平时，功率开关M2导通，开关K1断开，控制装置300的SW引脚处的电压VSW被功率开关M2下拉至较低电平，即，控制装置300的CS引脚处的电压VCS，二极管D2和二极管D3处于关断状态，控制装置300的VDD引脚处的电压VDD被电容C5保持，控制装置300的GATE引脚处的电压VGATE被电容C4保持。此时，由于功率开关M1的栅极电压VGATE与源极电压VSW之间的电压差值高于功率开关M1的导通阈值，所以功率开关M1是导通的。
当PWM信号从高电平变为低电平时，功率开关M2关断，开关K1仍然断开，控制装置300的SW引脚处存在因LC谐振产生的较高的振铃电压；此时，由于开关K1仍然断开，振铃电压被控制装置300内部的钳位模块U1和SG引脚与GATE引脚之间的二极管D2钳位；振铃电压对应的多余电荷流入与控制装置300的GATE引脚连接的电容C4；振铃电压高于钳位模块U1的钳位电压的部分被钳位模块U1泄放到地，控制装置300的GATE引脚处的电压VGATE维持在钳位模块U1的钳位电压附近。此时，由于功率开关M1的栅极电压VGATE与源极电压VSW之间的电压差值低于功率开关M1的导通阈值，所以功率开关M1是关断的。
当PWM信号从高电平变为低电平一段时间后，功率开关M2仍然关断，开关K1闭合，由于控制装置300的SW引脚处的电压VSW与控制装置300的VDD引脚处的电压VDD之间的电压差值大于二极管D3的导通阈值，所以二极管D3导通，控制装置300的SW引脚处的电压VSW被二极管D3钳位到控制装置300的VDD引脚处的电压VDD附近；当控制装置300的供电电压(即，电压VDD)因为对控制装置300的供电而下降得较低时，功率开关M1的栅极电压VGATE与源极电压VSW之间的电压差值高于功率开关M1的导通阈值，功率开关M1导通并形成源极跟随器；功率开关M1将其栅极电压VGATE输送给控制装置300的VDD引脚，使电压VDD维持在稳定电平。
具体地，控制装置300的VDD引脚处的电压VDD可以由以下等式表示：
VDD＝Vgate-Vgs-Vd3
其中，Vgate是控制装置300的gate引脚处的电压并且等于钳位模块U1的钳位电压，Vgs是功率开关M1的导通阈值，Vd3是二极管D3的导通阈值。
在图3所示的控制装置300中，对控制装置300的供电由控制装置300内部控制实现，而不需要外部的辅组绕组。为了使控制装置300的SW引脚处的、在功率开关M2关断时产生的振铃电压的主要电荷被提供给控制装置300的GATE引脚，在PWM信号从高电平变为低电平时，控制开关K1经过设定的屏蔽时间Tblank后闭合。
图5是根据本发明第二实施例的用于图2所示的开关电源系统的控制装置的电路图。如图5所示，控制装置500除了包括钳位模块U1、驱动模块U2、二极管D2、二极管D3、开关K1、以及功率开关M2以外，还包括开关K2、侦测模块U3、以及比较器U4；控制装置500的外部连接关系如下：控制装置500的GATE引脚通过电阻R1与电压Vbulk连接并通过电容C4与地连接，电阻R1与电容C4一起构成RC充电电路；控制装置500的GATE引脚还与功率开关M1的栅极连接；控制装置500的SW引脚与功率开关M1的源极连接；控制装置500的CS引脚通过电阻R2与地连接；控制装置500的VDD引脚通过电容C5与地连接。这里，开关K1是控制装置500内部的控制SW引脚到VDD引脚的供电通路的连接与断开的开关，其初始状态是闭合状态；开关K2是控制装置500内部的控制GATE引脚到VDD引脚的供电的开关，其初始状态是断开状态。
在包括控制装置500的开关电源系统上电后，电压Vbulk通过电阻R1对电容C4进行充电，使得控制装置500的GATE引脚处的电压VGATE逐渐增大；控制装置500内部的钳位模块U1维持电压VGATE的高电位不高于钳位电压；当功率开关M1的栅极电压(即，电压VGATE)与源极电压(即，即，控制装置500的SW引脚处的电压VSW)之间的电压差值高于功率开关M1的导通阈值时，功率开关M1导通并形成源极跟随器；这时，由于控制装置500内部的控制SW引脚到VDD引脚的供电通路的连接与断开的开关K1是闭合的，所以控制装置500开始对电容C5充电；当控制装置500的VDD引脚处的电压VDD(即，控制装置500的供电电压)高于控制装置500内部设定的欠压保护电压阈值时，控制装置500开始产生PWM信号；驱动模块U2基于PWM信号控制功率开关M2的导通与关断，从而控制功率开关M1的导通与关断；开关K1基于PWM信号的反向信号闭合或断开。
这里，当PWM信号为高电平时，功率开关M2导通，开关K1断开；当PWM信号为低电平时，功率开关M2关断，开关K1闭合；当PWM信号从低电平变为高电平时，功率开关M2从关断变为导通，开关K1从闭合变为断开。为了使在功率开关M2关断时控制装置500的SW引脚处产生的振铃电压的主要电荷被提供给控制装置500的GATE引脚，在PWM信号从高电平变为低电平时开关K1不会立即从断开变为闭合而是经过一段屏蔽时间之后才会从断开变为闭合。
当PWM信号为高电平时，功率开关M2导通，开关K1断开，控制装置500的SW引脚处的电压VSW被功率开关M2下拉至较低电平，即，控制装置500的CS引脚处的电压VCS，所以二极管D2和二极管D3处于关断状态，控制装置500的VDD引脚处的电压VDD被电容C5保持，控制装置500的GATE引脚处的电压VGATE被电容C4保持。此时，由于功率开关M1的栅极电压VGATE与源极电压VSW之间的电压差值高于功率开关M1的导通阈值，所以功率开关M1是导通的。
当PWM信号从高电平变为低电平时，功率开关M2关断，开关K1仍然断开，控制装置500的SW引脚处存在因LC谐振产生的较高的振铃电压；此时，由于开关K1仍然断开，振铃电压被控制装置500内部的钳位模块U1和SW引脚与GATE引脚之间的二极管D2钳位；振铃电压对应的多余电荷流入与控制装置500的GATE引脚连接的电容C4；侦测模块U3侦测控制装置500的GATE引脚处的电压VGATE，并将侦测结果输出到比较模块U4；比较模块U4在电压VGATE高于参考电压Vref时控制与控制装置500的VDD引脚连接的开关K2闭合，并在电压VGATE低于参考电压Vref时控制与控制装置500的VDD引脚连接的开关K2断开，以将振铃电压高于参考电压的部分对应的多余电荷经由控制装置500的引脚VDD提供给电容C5，从而提高供电效率；控制装置500的GATE引脚处的电压VGATE维持在钳位模块U1的钳位电压附近。此时，由于功率开关M1的栅极电压VGATE与源极电压VSW之间的电压差值低于功率开关M1的导通阈值，所以功率开关M1是关断的。这里，参考电压Vref可以是大于控制装置500的VDD引脚处的电压VDD并且小于钳位模块U1的钳位电压的预定电压。
当PWM信号从高电平变为低电平一段时间后，功率开关M2仍然关断，开关K1闭合，由于控制装置500的SW引脚处的电压VSW与控制装置500的VDD引脚处的电压VDD之间的电压差值大于二极管D3的导通阈值，所以二极管D3导通，控制装置500的SW引脚处的电压VSW被二极管D3下拉至控制装置500的VDD引脚处的电压VDD附近；当控制装置500的供电电压(即，电压VDD)因为对控制装置500的供电而下降得较低时，功率开关M1的栅极电压VGATE与源极电压VSW之间的电压差值高于功率开关M1的导通阈值，功率开关M1导通并形成源极跟随器；功率开关M1将其栅极电压VGATE输送给控制装置500的VDD引脚，使电压VDD维持在稳定电平。
可以看出，结合图3至图5描述了这样一种用于开关电源系统的控制装置(例如，控制装置300)，包括第一引脚(例如，GATE引脚)、第二引脚(例如，SW引脚)、第三引脚(例如，CS引脚)、第四引脚(例如，VDD引脚)、连接在第一引脚与地之间的钳位模块(例如，钳位模块U1)、连接在第一引脚与第二引脚之间的二极管(例如，二极管D2)、连接在第二引脚与第三引脚之间的装置功率开关(例如，功率开关M2)、以及连接在第二引脚与第四引脚之间的第一开关(例如，开关K1)，其中：第一引脚通过第一电阻(例如，电阻R1)与控制装置的输入电压(例如，电压Vbulk)连接、通过第一电容(例如，电容C4)与地连接、并且与开关电源系统中的系统功率开关(例如，功率开关M1)的栅极连接，第二引脚与系统功率开关的源极连接，第三引脚通过第二电阻(例如，电阻R2)与地连接，第四引脚通过第二电容(例如，电容C5)与地连接。在控制装置上电后，第一引脚处的电压(例如，电压VGATE)逐渐增大，被钳位模块钳位，并且在系统功率开关导通时经由第二引脚和第四引脚对所述第二电容充电；在第二电容上的电压高于控制装置的欠压保护电压阈值时，控制装置通过控制装置功率开关的导通与关断来控制系统功率开关的导通与关断，并且通过控制第一开关的闭合与断开来控制第二电容的充电与放电。这里，控制装置基于第一控制信号(例如，PWM信号)控制装置功率开关的导通与关断，并且基于第一控制信号的反向信号控制第一开关的闭合与断开。
在一些实施例中，控制装置(例如，控制装置500)还可以包括连接在第一引脚与第四引脚之间的第二开关(例如，开关K2)、侦测第一引脚处的电压的侦测模块(例如，侦测模块U3)、以及基于侦测模块侦测到的电压与预定电压(例如，参考电压Vref)的比较结果生成控制第二开关的闭合与断开的第二控制信号的比较器(例如，比较器U4)。其中，当侦测模块侦测到的电压高于预定电压时，第二控制信号为高电平，第二开关闭合；当侦测模块侦测到的电压低于预定电压时，第二控制信号为低电平，第二开关断开。
图6是根据本发明第三实施例的用于图2所示的开关电源系统的控制装置的电路图。如图6所示，控制装置600除了包括钳位模块U1、驱动模块U2、侦测模块U3、比较器U4、二极管D2、二极管D3、开关K1、开关K2、以及功率开关M2以外还包括二极管D4；并且控制装置600的外部连接关系如下：控制装置600的VDD引脚通过电阻R1与电压Vbulk连接并通过电容C5与地连接，电阻R1与电容C4一起构成RC充电电路；控制装置600的GATE引脚与功率开关M1的栅极连接；控制装置600的SW引脚与功率开关M1的源极连接；控制装置600的CS引脚通过电阻R2与地连接。这里，开关K1是控制装置600内部的控制SW引脚到VDD引脚的供电通路的连接与断开的开关，其初始状态是闭合状态；开关K2是控制装置600内部的控制GATE引脚到VDD引脚的供电的开关，其初始状态是断开状态。
在包括控制装置600的开关电源系统上电后，电压Vbulk通过电阻R1对电容C5进行充电，使得控制装置600的VDD引脚处的电压VDD逐渐增大；当控制装置600的VDD引脚处的电压VDD(即，控制装置600的供电电压)高于控制装置600内部设定的欠压保护电压阈值时，控制装置600开始产生PWM信号；驱动模块U2基于PWM信号控制功率开关M2的导通与关断，从而控制功率开关M1的导通与关断；开关K1基于PWM信号的反向信号闭合或断开。
这里，当PWM信号为高电平时，功率开关M2导通，开关K1断开；当PWM信号为低电平时，功率开关M2关断，开关K1闭合；当PWM信号从低电平变为高电平时，功率开关M2从关断变为导通，开关K1从闭合变为断开。为了使在功率开关M2关断时控制装置600的SW引脚处产生的振铃电压的主要电荷被提供给控制装置600的GATE引脚，在PWM信号从高电平变为低电平时开关K1不会立即从断开变为闭合而是经过一段屏蔽时间之后才会从断开变为闭合。
在控制装置600内部，VDD引脚与GATE引脚通过二极管D4连接，在控制装置600的开机阶段其GATE引脚处的电压VGATE受其VDD引脚处的电压VDD控制。具体地，电压VGATE可以由等式VGATE＝VDD-D4表示，其中D4表示二极管D4的导通阈值。
当PWM信号为高电平时，功率开关M2导通，开关K1断开，控制装置600的SW引脚处的电压VSW被功率开关M2下拉至较低电平，即，控制装置600的CS引脚处的电压VCS。此时，控制装置600的VDD引脚处的电压VDD被电容C5保持，控制装置600的GATE引脚处的电压VGATE被二极管D4钳位到电压VDD附近，二极管D2和D3处于关断状态。由于功率开关M1的栅极电压VGATE与源极电压VSW之间的电压差值大于功率开关M1的导通阈值，所以功率开关M1导通。
当PWM信号从高电平变为低电平时，功率开关M2关断，开关K1仍然断开，控制装置600的SW引脚处存在因LC谐振产生的较高的振铃电压；此时，由于开关K1仍然断开，振铃电压被控制装置600内部的钳位模块U1和SW引脚与GATE引脚之间的二极管D2钳位；振铃电压对应的多余电荷流入与控制装置600的GATE引脚；侦测模块U3侦测控制装置600的GATE引脚处的电压VGATE；比较模块U4在控制装置600的GATE引脚处的电压VGATE低于参考电压Vref时，控制与控制装置600的VDD引脚连接的开关K2断开，控制装置600的GATE引脚处的电压VGATE被二极管D4钳位在控制装置600的VDD引脚处的电压VDD附近，电容C5放电以对控制装置600供电；比较模块U4在控制装置600的GATE引脚处的电压VGATE高于参考电压Vref时，控制与控制装置600的VDD引脚连接的开关K2闭合，以将控制装置600的GATE引脚处的电压VGATE的电荷引导至控制装置600的VDD引脚，对电容C5充电，从而提高供电效率；如果控制装置600的GATE引脚处的电压VGATE继续上升到达更高将被钳位模块U1钳位到其钳位电压附近。此时，由于功率开关M1的栅极电压VGATE与源极电压VSW之间的电压差值低于功率开关M1的导通阈值，所以功率开关M1是关断的。这里，参考电压Vref可以是大于控制装置600的VDD引脚处的电压VDD且小于钳位模块U1的钳位电压的预定电压。
当PWM信号从高电平变为低电平一段时间后，功率开关M2仍然关断，开关K1闭合，当控制装置600的VDD引脚处的电压VDD由于对控制装置600的供电下降得比较低时，控制装置600的SW引脚处的电压VSW与控制装置600的VDD引脚处的电压VDD之间的电压差值大于二极管D3的导通阈值，二极管D3导通，控制装置600的SW引脚处的电压VSW被二极管D3下拉至控制装置600的VDD引脚处的电压VDD附近，功率开关M1的栅极电压VGATE与源极电压VSW之间的电压差值高于功率开关M1的导通阈值，功率开关M1导通并形成源极跟随器；功率开关M1将其栅极电压VGATE输送给控制装置600的VDD引脚，使电压VDD维持在稳定电平。
可以看出，结合图6描述了这样一种控制装置(例如，控制装置600)，包括第一引脚(例如，GATE引脚)、第二引脚(例如，SW引脚)、第三引脚(例如，CS引脚)、第四引脚(例如，VDD引脚)、连接在第一引脚与地之间的钳位模块(例如，钳位模块U1)、连接在第一引脚与第二引脚之间的二极管(例如，二极管D2)、连接在第一引脚与第四引脚之间的二极管(例如，二极管D4)、连接在第二引脚与第三引脚之间的装置功率开关(例如，功率开关M2)、以及连接在第二引脚与第四引脚之间的第一开关(例如，开关K1)，其中：第一引脚与开关电源系统中的系统功率开关(例如，功率开关M1)的栅极连接，第二引脚与系统功率开关的源极连接，第三引脚通过第二电阻(例如，电阻R2)与地连接，第四引脚通过第一电阻(例如，电阻R1)与控制装置的输入电压连接、并且通过第一电容(例如，电容C5)与地连接。在控制装置上电后，第一引脚处的电压跟随第四引脚处的电压逐渐增大，被钳位模块钳位，并且在系统功率开关导通时经由第二引脚和第四引脚对第一电容充电；在第二电容上的电压高于控制装置的欠压保护电压阈值时，控制装置通过控制装置功率开关的导通与关断来控制系统功率开关的导通与关断，并且通过控制第一开关的闭合与断开来控制第一电容的充电与放电。
在一些实施例中，控制装置(例如，控制装置600)还可以包括连接在第一引脚与第四引脚之间的第二开关(例如，开关K2)、侦测第一引脚处的电压的侦测模块(例如，侦测模块U3)、以及基于侦测模块侦测到的电压与预定电压(例如，参考电压Vref)的比较结果生成控制第二开关的闭合与断开的第二控制信号的比较器(例如，比较器U4)。其中，当侦测模块侦测到的电压高于预定电压时，第二控制信号为高电平，第二开关闭合；当侦测模块侦测到的电压低于预定电压时，第二控制信号为低电平，第二开关断开。
在包括图1所示的BUCK-BOOST架构的源极驱动功率开关电源系统在内的各种传统的源极驱动功率开关电源系统中，都需要诸如，辅组绕组L2之类的额外的供电元器件对诸如，PWM控制器之类的控制装置进行供电，所以存在成本高、供电效率低等不足。
根据本发明实施例的控制装置可以广泛适用于采用源极开关控制的电源适配器、手机充电器、以及LED照明等多个开关电源领域。
但是，需要明确，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本发明的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本发明的精神之后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。
本发明可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。例如，特定实施例中所描述的算法可以被修改，而系统体系结构并不脱离本发明的基本精神。因此，当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本发明的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本发明的范围之中。

Claims (7)

1.一种用于开关电源系统的控制装置，包括第一引脚、第二引脚、第三引脚、第四引脚、连接在所述第一引脚与地之间的钳位模块、连接在所述第一引脚与所述第二引脚之间的二极管、连接在所述第二引脚与所述第三引脚之间的装置功率开关、以及连接在所述第二引脚与所述第四引脚之间的第一开关，其中：
所述第一引脚通过第一电阻与所述控制装置的输入电压连接、通过第一电容与地连接、并且与所述开关电源系统中的系统功率开关的栅极连接，所述第二引脚与所述系统功率开关的源极连接，所述第三引脚通过第二电阻与地连接，所述第四引脚通过第二电容与地连接，
在所述控制装置上电后，所述第一引脚处的电压逐渐增大，被所述钳位模块钳位，并且在所述系统功率开关导通时经由所述第二引脚和所述第四引脚对所述第二电容充电，
在所述第二电容上的电压高于所述控制装置的欠压保护电压阈值时，所述控制装置通过控制所述装置功率开关的导通与关断来控制所述系统功率开关的导通与关断，并且通过控制所述第一开关的闭合与断开来控制所述第二电容的充电与放电，其中
所述控制装置基于第一控制信号控制所述装置功率开关的导通与关断，并且基于所述第一控制信号的反向信号控制所述第一开关的闭合与断开，
所述第一开关在所述第一控制信号从低电平变为高电平时从闭合变为断开，并且在所述第一控制信号从高电平变为低电平时经过一段屏蔽时间后从断开变为闭合。
2.如权利要求1所述的控制装置，还包括连接在所述第一引脚与所述第四引脚之间的第二开关、侦测所述第一引脚处的电压的侦测模块、以及基于所述侦测模块侦测到的电压与预定电压的比较结果生成控制所述第二开关的闭合与断开的第二控制信号的比较器，其中
当所述侦测模块侦测到的电压高于所述预定电压时，所述第二控制信号为高电平，所述第二开关闭合，
当所述侦测模块侦测到的电压低于所述预定电压时，所述第二控制信号为低电平，所述第二开关断开。
3.如权利要求2所述的控制装置，其中，所述预定电压大于所述第四引脚处的电压且小于所述钳位模块的钳位电压。
4.一种用于开关电源系统的控制装置，包括第一引脚、第二引脚、第三引脚、第四引脚、连接在所述第一引脚与地之间的钳位模块、连接在所述第一引脚与所述第二引脚之间的二极管、连接在所述第一引脚与所述第四引脚之间的二极管、连接在所述第二引脚与所述第三引脚之间的装置功率开关、以及连接在所述第二引脚与所述第四引脚之间的第一开关，其中：
所述第一引脚与所述开关电源系统中的系统功率开关的栅极连接，所述第二引脚与所述系统功率开关的源极连接，所述第三引脚通过第二电阻与地连接，所述第四引脚通过第一电阻与所述控制装置的输入电压连接、并且通过第一电容与地连接，
在所述控制装置上电后，所述第一引脚处的电压跟随所述第四引脚处的电压逐渐增大，被所述钳位模块钳位，并且在所述系统功率开关导通时经由所述第二引脚和所述第四引脚对所述第一电容充电，
在所述第一电容上的电压高于所述控制装置的欠压保护电压阈值时，所述控制装置通过控制所述装置功率开关的导通与关断来控制所述系统功率开关的导通与关断，并且通过控制所述第一开关的闭合与断开来控制所述第一电容的充电与放电，其中
所述控制装置基于第一控制信号控制所述装置功率开关的导通与关断，并且基于所述第一控制信号的反向信号控制所述第一开关的闭合与断开，
所述第一开关在所述第一控制信号从低电平变为高电平时从闭合变为断开，并且在所述第一控制信号从高电平变为低电平时经过一段屏蔽时间后从断开变为闭合。
5.如权利要求4所述的控制装置，还包括连接在所述第一引脚与所述第四引脚之间的第二开关、侦测所述第一引脚处的电压的侦测模块、以及基于所述侦测模块侦测到的电压与预定电压的比较结果生成控制所述第二开关的闭合与断开的第二控制信号的比较器，其中
当所述侦测模块侦测到的电压高于所述预定电压时，所述第二控制信号为高电平，所述第二开关闭合，
当所述侦测模块侦测到的电压低于所述预定电压时，所述第二控制信号为低电平，所述第二开关断开。
6.如权利要求5所述的控制装置，其中，所述预定电压大于所述第四引脚处的电压且小于所述钳位模块的钳位电压。
7.一种开关电源系统，包括权利要求1至6中任一项所述的控制装置。
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