CN106849660B - 电源电路及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电源电路及其控制方法，所述电源电路包括：功率级电路和控制电路，所述的控制电路与所述功率级电路的控制端连接，所述控制电路控制功率级电路的电源转换，所述功率级的输出作为所述电源电路的输出；当所述电源电路的输出电流低于限流值Iref，则其输出电压保持恒压状态，输出电压值为V1；当所述电源电路的输出电流Iout超过限流值Iref且小于最大允许值Imax，则其输出电压随着所述输出电流Iout的增大而下降，输出电压值为V2。本发明在供电不足的情况下，既能持续输出电流，又能保持输出功率基本不变以避免发热。

Description

电源电路及其控制方法
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，更具体地说，涉及一种电源电路及其控制方法。
背景技术
在现有技术中，通常采用适配器对电源电路供电或充电。如图1所示，为现有技术的电源电路，包括功率级电路和限流开关，所述限流开关在适配器对所述电源电路充电时作为输入限流。在适配器或充电器断开后，电源电路对终端供电的情况下，当电源电路连接的终端设备拉电流过大或者短路时，电源电路供电能力不足，会出现发热或工作一段时间后关断等问题。如图1所示，示意了现有技术之电源电路的基本电路结构。
当电源电路能够满足终端设备所需电流时，电源电路正常工作，为恒压状态，VOUT＝VREF*(R1+R2)/R2；当电源电路的供电能力不足以维持终端设备所需的电流时，电流钳位电路工作，VCOMP被钳位在最大值，VFB逐渐下降，VOUT下降，电源电路工作在最大电流状态，该设备可能一直工作在这种状态，出现输出功率过大导致电源电路发热或者输出电压VOUT低于预设值，工作一段时间后关断，即停止对终端供电。
在以上现有技术中，由于当电源电路的输出电流达到限流值，或者输出电压低于预设值时，在一段时间后停止工作。因此，存在输出电流能力较低、发热(甚至在限流前就发热严重)等技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种电源电路及其控制方法，根据在输出电流超过限流值后，仍能输出电流，提升输出电流能力，且保持输出功率基本不变，可以避免发热问题。
依据本发明的一种电源电路，包括：功率级电路和控制电路，所述的控制电路与所述功率级电路的控制端连接，所述控制电路控制功率级电路的电源转换，所述功率级的输出作为所述电源电路的输出；
当所述电源电路的输出电流低于限流值Iref，则其输出电压保持恒压状态，输出电压值为V1；当所述电源电路的输出电流Iout超过限流值Iref且小于最大允许值Imax，则其输出电压随着所述输出电流Iout的增大而下降，输出电压值为V2。
进一步地，所述的输出电压随输出电流下降为线性下降，(V1-V2)/(Iout-Iref)保持恒定。从而使得输出功率保持基本不变。
进一步地，当所述电源电路的输出电流Iout达到最大允许值，则使得输出电压低于低阈值，启动输出电流过流保护。
进一步地，所述的控制电路包括输出电压采样电路、输出电流检测电路、调节电路和驱动控制电路，所述输出电压采样电路接收所述电源电路的输出电压，并在其输出端输出电压采样信号，所述的输出电流检测电路检测所述电源电路的输出电流，并将检测得到的表征输出电流的信号与表征限流值的信号作差值处理，得到表征差值电流的信号，在输出电流超过限流值时，将所述表征差值电流的信号加设于输出电压采样电路的输出端，所述的调节电路与所述输出电压采样电路的输出端连接，所述调节电路还接收表征输出电流瞬时值的信号和表征电压值为V1的电压参考信号VREF，所述调节电路的输出端与所述驱动控制电路连接，所述的驱动控制电路与所述功率级电路的控制端连接。
进一步地，所述的调节电路包括第一运放和电流调节电路，所述的第一运放的第一输入端接收所述电压参考信号，其第二输入端与所述输出电流检测电路的输出端连接，所述的电流调节电路的第一输入端与所述第一运放的输出端连接，电流调节电路的第二输入端接收表征电源电路的输出电流瞬时值的信号，电流调节电路的输出端与驱动控制电路连接。
进一步地，所述的输出电压采样电路包括相互串联的第一电阻和第二电阻，第一电阻接高电位端，第二电阻接低电位端，二者的公共端作为输出端，在输出电流超过限流值Iref后的输出电压变化率。
进一步地，所述的控制电路包括输出电压采样电路、输出电流检测电路、调节电路和驱动控制电路，所述输出电压采样电路接收所述电源电路的输出电压，并在其输出端输出电压采样信号，所述的输出电流检测电路检测所述电源电路的输出电流，并将检测得到的表征输出电流的信号与表征限流值的信号作差值处理，得到表征差值电流的信号，所述的调节电路与所述输出电压采样电路的输出端连接，所述调节电路还接收表征输出电流瞬时值的信号和表征电压值为V1的电压参考信号VREF，并在输出电流超过限流值时接收所述表征差值电流的信号，所述调节电路的输出端与所述驱动控制电路连接，所述的驱动控制电路与所述功率级电路的控制端连接。
进一步地，所述的调节电路包括第一运放、电流调节电路和钳位电路，所述的第一运放的第一输入端接收所述电压参考信号，其第二输入端与所述输出电流检测电路的输出端连接，所述的电流调节电路的第一输入端与所述第一运放的输出端连接，电流调节电路的第二输入端接收表征电源电路的输出电流瞬时值的信号，电流调节电路的输出端与驱动控制电路连接；所述钳位电路的输出端连接在第一运放与电流调节电路的公共端，钳位电路的输入端接收所述表征差值电流的信号。
依据本发明的一种电源电路的控制方法，包括以下步骤：
在电源电路对终端放电的过程中，当所述电源电路的输出电流低于限流值Iref，则其输出电压保持恒压状态，输出电压值为V1；当所述电源电路的输出电流Iout超过限流值Iref且小于最大允许值Imax，则其输出电压随着所述输出电流Iout的增大而下降，输出电压值为V2。
进一步地，所述的输出电压随输出电流下降为线性下降，(V1-V2)/(Iout-Iref)保持恒定。从而使得输出功率保持基本不变。
综上所述，依据本发明电源电路及其控制方法，在电源电路对终端正常供电的情况下，输出电压处于恒压状态，当电源电路的供电能力不足以维持终端所需电流时，则输出电流会超过电流值，在小于最大允许值的情况下，则其输出电压随着所述输出电流的增大而下降，以保持输出功率的基本恒定。本发明在供电不足的情况下，既能持续输出电流，又能保持输出功率基本不变以避免发热。
附图说明
图1所示为现有技术中电源电路的结构示意图；
图2所示为本发明电源电路的输出波形示意图；
图3所示为本发明电源电路实施例一的结构示意图；
图4所示为本发明电源电路实施例二的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。
为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。
参考2所示，示意了电源电路的输出波形，该输出波形变化基于图4所示的电源电路，包括：功率级电路和控制电路，所述的控制电路与所述功率级电路的控制端连接，所述控制电路控制功率级电路的电源转换，所述功率级的输出作为所述电源电路的输出。
当所述电源电路的输出电流低于限流值Iref，则其输出电压保持恒压状态，即正常工作的情况，输出电压值为V1，并将其作为参考电压，在图2中由VREF表征；当所述电源电路的输出电流Iout超过限流值Iref且小于最大允许值Imax，则其输出电压随着所述输出电流Iout的增大而下降，输出电压值为V2。所述的输出电压随输出电流上升为线性下降，(V1-V2)/(Iout-Iref)＝C，C为常数。从而使得输出功率保持基本不变。当所述电源电路的输出电流Iout达到最大允许值Imax，则使得输出电压低于低阈值VL，启动输出电流过流保护。
本发明对电源电路向终端供电的输出曲线进行了限定，在电流超过电流值后，并不会直接关断输出，而是采用降低输出电压的方式来保持输出功率基本不变的方式继续输出电流。图3只给了出输出电压线性下降的例子，但非线性下降或者其他规律性地下降也能够实施。
参考3所示，示意了本发明的电源电路实施例一的电路结构。所述电源电路包括：功率级电路和控制电路，所述的控制电路与所述功率级电路的控制端连接，所述控制电路控制功率级电路的电源转换，所述功率级的输出作为所述电源电路的输出。在适配器对电源电路供电的输入端设置有限流开关Q1，用于适配器的输入限流，由于本发明主要考虑电源电路对终端供电的情况，因此限流开关Q1的控制未作详细说明，但本领域技术人员能够知悉限流开关Q1的工作原理和作用。
所述的功率级电路包括开关管Q2、开关管Q3、电感L1和电池，所述的电池与正端与电感L1的一端连接，电感L1的另一端连接在开关管Q2和开关管Q3的公共端。开关管Q2的第一端与开关管Q3的第一端连接，二者的控制端均与驱动控制电路连接。开关管Q2的第二端为高电位端，开关管Q3的第二端为低电位端，所述的高电位端和低电位端作为输出端对终端供电。
所述的控制电路包括输出电压采样电路、输出电流检测电路、调节电路和驱动控制电路，所述输出电压采样电路接收所述电源电路的输出电压，并在其输出端输出电压采样信号，所述的输出电流检测电路检测所述电源电路的输出电流，并将检测得到的表征输出电流的信号与表征限流值的信号作差值处理，得到表征差值电流的信号，在输出电流超过限流值时，将所述表征差值电流的信号加设于输出电压采样电路的输出端，所述的调节电路与所述输出电压采样电路的输出端连接，所述调节电路还接收表征输出电流瞬时值的信号和表征电压值为V1的电压参考信号VREF，所述调节电路的输出端与所述驱动控制电路连接，所述的驱动控制电路与所述功率级电路的控制端连接。
所述的输出电压采样电路由电阻R1和R2串联组成，通过采样输出端Vout电压，在输出电压采样电路的输出端(即电阻R1和R2的公共端)输出电压采样信号VFB。输出电流检测电路包括电流检测模块和差值处理模块，所述的电压检测模块检测输出电流，得到表征输出电流平均值的信号IAVG，与输出电流平均值成比例关系，输出电流的限流值为Iref，用与其成比例关系的IREF来表征，在差值处理模块处理后得到差值电流IAVG-IREF，将所述的差值电流加设于输出电压采样电路的输出端(即电阻R1和R2的公共端)。
所述的调节电路包括运放1(作为第一运放)和电流调节电路，所述的运放1的第一输入端接收所述电压参考信号VREF，其第二输入端与所述输出电流检测电路的输出端连接，所述的电流调节电路的第一输入端与所述运放1的输出端连接，电流调节电路的第二输入端接收电源电路的输出电流瞬时值，电流调节电路的输出端与驱动控制电路连接。运放1起到了电压环的作用，电流调节电路起到了电流环的作用，电流调节电路通过控制Q2和Q3的导通和截止来调节电感电流，从而调节输出电流。本发明将差值电流前馈至VFB，再采用电压环和电流环进行调节。
其中，IAVG用于表征检测到的Q2的平均电流，也就是输出电流的平均值。当输出电流大于表征限流值的IREF时，将两者的电流差送入FB分压电阻R2上，则有
Figure BDA0001232643200000061
通过计算可得到IAVG-IREF＝(V1-Vout)/R1。与需要设置的输出曲线相符。如果电阻分压设置在片外或者在片内可调，还能实现设置输出曲线可调的功能，即设置不同阻值的第一电阻来调节电源电路的输出电压。
参考4所示，示意了本发明的电源电路实施例二的电路结构。与实施例一的区别主要在于调节电路的不同。所述的调节电路包括第一运放(运放1)、电流调节电路和钳位电路，所述的第一运放的第一输入端接收所述电压参考信号VREF，其第二输入端与所述输出电压采样电路的输出端连接，所述的电流调节电路的第一输入端与所述第一运放的输出端连接，电流调节电路的第二输入端接收表征电源电路的输出电流瞬时值的信号，电流调节电路的输出端与驱动控制电路连接；所述钳位电路的输出端连接在第一运放与电流调节电路的公共端，钳位电路的输入端接收所述表征差值电流的信号IAVG-IREF。本实施例也能实现在输出电流超过限流值Iref后，输出电压随着输出电流的增加而降低，但其输出波形与图2的有所不同，根据不同的实施方式，输出波形还存在其他变形。本实施例中与实施例一相同的部分可参考实施例一中的描述。
实施例二在输出电流超过限流值Iref后，就通过钳位电路对运放1的输出端进行钳位，以限制和调节电流的上升，并根据表征差值电流的信号IAVG-IREF来控制钳位电路的钳位电压。
需要说明的是，本发明所描述的输出电流Iout在无特殊说明的情况下为平均电流；Iref为实际的限流值，而IREF为实施例中根据实际的限流值进行比例调整过后的限流值。V1为正常工作情况下的恒压值，图中的参考电压VREF与V1成比例关系。由于参与运算的参数大小与参数的实际大小存在比例关系，图3中所涉及的部分参数，与其所表征的参数成比例关系。
除此之外，虽然以上将实施例分开说明和阐述，但涉及部分共通之技术，在本领域普通技术人员看来，可以在实施例之间进行替换和整合，涉及其中一个实施例未明确记载的内容，则可参考有记载的另一个实施例。
以上对依据本发明的优选实施例进行了详尽描述，但关于该专利的电路和有益效果不应该被认为仅仅局限于上述所述的，公开的实施例和附图可以更好的理解本发明，因此，上述公开的实施例及说明书附图内容是为了更好的理解本发明，本发明保护并不限于实施例公开的范围，本领域普通技术人员对本发明实施例的替换、修改均在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种电源电路，包括：功率级电路和控制电路，所述的控制电路与所述功率级电路的控制端连接，所述控制电路控制功率级电路的电源转换，所述功率级的输出作为所述电源电路的输出；
当所述电源电路的输出电流低于限流值Iref，则其输出电压保持恒压状态，输出电压值为V1；当所述电源电路的输出电流Iout超过限流值Iref且小于最大允许值Imax，则其输出电压随着所述输出电流Iout的增大而下降，输出电压值为V2；
所述的输出电压随输出电流上升为线性下降，(V1-V2)/(Iout-Iref)保持恒定；
当所述电源电路的输出电流Iout达到最大允许值Imax，则使得输出电压低于低阈值，启动输出电流过流保护；
其特征在于，所述的控制电路包括输出电压采样电路、输出电流检测电路、调节电路和驱动控制电路，所述输出电压采样电路接收所述电源电路的输出电压，并在其输出端输出电压采样信号，所述输出电流检测电路包括电流检测模块和差值处理模块，所述电流检测模块检测输出电流，得到表征输出电流平均值的信号IAVG，用与限流值Iref成比例关系的IREF来表征限流值Iref，在所述差值处理模块处理后得到差值电流IAVG-IREF；在输出电流超过限流值时，将所述差值电流IAVG-IREF加设于输出电压采样电路的输出端，所述的调节电路与所述输出电压采样电路的输出端连接，所述调节电路还接收表征输出电流瞬时值的信号和表征电压值为V1的电压参考信号VREF，所述调节电路的输出端与所述驱动控制电路连接，所述的驱动控制电路与所述功率级电路的控制端连接。
2.根据权利要求1所述的电源电路，其特征在于，所述的调节电路包括第一运放和电流调节电路，所述的第一运放的第一输入端接收所述电压参考信号，其第二输入端与所述输出电压采样电路的输出端连接，所述的电流调节电路的第一输入端与所述第一运放的输出端连接，电流调节电路的第二输入端接收表征电源电路的输出电流瞬时值的信号，电流调节电路的输出端与驱动控制电路连接。
3.根据权利要求1所述的电源电路，其特征在于，所述的输出电压采样电路包括相互串联的第一电阻和第二电阻，第一电阻接高电位端，第二电阻接低电位端，二者的公共端作为输出端，设置不同阻值的第一电阻来调节在输出电流超过限流值Iref后的输出电压变化率。
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Address after: Room 901-23, 9 / F, west 4 building, Xigang development center, 298 Zhenhua Road, Sandun Town, Xihu District, Hangzhou City, Zhejiang Province, 310030

Applicant after: Jiehuate Microelectronics Co.,Ltd.

Address before: Room 424, building 1, 1500 Wenyi West Road, Cangqian street, Yuhang District, Hangzhou City, Zhejiang Province

Applicant before: JOULWATT TECHNOLOGY Inc.,Ltd.

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GR01 Patent grant
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