CN107086767B - 驱动控制电路及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种驱动控制电路及方法，驱动控制电路的供电端连接供电电路，在启动过程中，所述供电端电压达到启动电压时，则所述驱动控制电路启动；包括：PWM信号发生电路，产生PWM信号，以确定导通时间和关断时间，并作为开关的控制信号；辅助启动电路，在所述驱动控制电路启动后，将表征输出电压的采样信号与第一参考电压进行比较，在所述的采样信号低于所述第一参考信号时，则进入辅助启动模式；在所述辅助启动模式下，延长所述PWM信号所表征的关断时间，以降低开关频率，或者，延长所述PWM信号所表征的导通时间，以加快输出电压上升速度。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力电子技术领域，特别涉及一种驱动控制电路及方法。
背景技术
如图1所示，对于高PF(power factor)LED驱动或恒压电源，稳态工作时，为了减小系统成本，提高控制电路的供电效率和可靠性，一般利用主功率开关关断时电感的辅助绕组或输出电压给控制电路供电。初始上电时，由于控制电路还未获得足够的供电电压，无法驱动主功率电路正常工作，常用的方法是在输入母线和控制电路供电端VCC处的电容C2之间加阻值较大的限流电阻，当VCC被充到启动电压(VCC_ON)时，电路启动。
为了兼顾系统效率和EMI特性，电感电流零界导通模式被广泛采用，即主功率MOS在电感电流续流到0时导通，系统的工作频率不固定。对于高PF应用，需要控制环路的带宽足够低，那么在启动时控制电路给出的驱动信号占空比在很长的一段时间内都比较小，电感电流峰值较小，工作频率很高，导致控制电路的驱动损耗很大，而输出电压上升缓慢，不足以提供控制电路供电，此时VCC电压会不断下降，有可能导致控制电路掉电重启，增加系统启动时间，并引起LED闪烁的情况。
通过减小输入母线端限流电阻R1的阻值可以提高供电可靠性，但会大大降低稳态时的供电效率。增加启动电压值或VCC电容也能达到类似效果，但会增加系统成本，同时还会增加系统启动时间。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种实现低功耗启动的驱动控制电路及方法，用于解决现有技术存在的易发生掉电重启、启动时间长的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种驱动控制电路，其供电端连接供电电路，在启动过程中，所述供电端电压达到启动电压时，则所述驱动控制电路启动；包括：
PWM信号发生电路，产生PWM信号，以确定导通时间和关断时间，并作为开关的控制信号；
辅助启动电路，在所述驱动控制电路启动后，将表征输出电压的采样信号与第一参考电压进行比较，在所述的采样信号低于所述第一参考信号时，则进入辅助启动模式；
在所述辅助启动模式下，延长所述PWM信号所表征的关断时间，以降低开关频率，或者，延长所述PWM信号所表征的导通时间，以加快输出电压上升速度。
可选的，所述辅助启动电路包括模式判断电路和第一延迟电路，所述模式判断电路分别接收所述输出电压的采样信号和所述第一参考电压，对二者进行比较，产生模式判断信号；所述模式判断信号表征正常工作模式时，则所述第一延迟电路不对关断时间进行延时；所述模式判断信号表征辅助启动模式时，则由所述第一延迟电路对关断时间进行延时。
可选的，所述的第一延迟电路包括计时器，在辅助启动模式下，所述计时器进行计时，所述PWM信号发生电路接收到表征开通时刻的信号，此时所述PWM信号仍表征为关断，待所述计时器计时结束时，该时刻为实际开通时刻，使得PWM信号发生电路的输出发生跳变，关断时间结束。
可选的，所述PWM信号发生电路包括过零检测电路，所述过零检测电路用于检测电感电流是否过零，在正常工作模式下，当所述电感电流过零时，则所述PWM信号发生电路所输出的PWM信号表征开通时刻。
可选的，将基准电压与斜坡信号进行比较，当所述斜坡信号达到所述基准电压时，则表征关断时刻到来，导通时间结束。
可选的，所述辅助启动电路包括模式判断电路和第二延迟电路，所述模式判断电路分别接收所述输出电压的采样信号和所述第一参考电压，对二者进行比较，产生模式判断信号；所述模式判断信号表征正常工作模式时，则所述第二延迟电路不对导通时间进行延时；所述模式判断信号表征辅助启动模式时，则由所述第二延迟电路对导通时间进行延时。
可选的，所述的第二延迟电路包括基准切换电路，在辅助启动模式下，所述基准切换电路切换至第一基准电压，所述第一基准电压与斜坡信号进行比较，当所述斜坡信号达到所述第一基准电压时，则表征关断时刻到来，使得PWM信号发生电路的输出发生跳变，导通时间结束；所述第一基准电压大于正常工作模式下的基准电压。
可选的，在正常工作模式下，所述基准切换电路切换至第二基准电压，所述第二基准电压小于正常工作模式下的基准电压；当所述斜坡信号达到所述正常工作模式下的基准电压时，则表征关断时刻到来，导通时间结束。
可选的，所述PWM信号发生电路包括过零检测电路，所述过零检测电路用于检测电感电流是否过零，当所述电感电流过零时，则所述PWM信号发生电路所输出的PWM信号表征开通时刻。
本发明还提供一种驱动控制方法，包括以下步骤：
在启动过程中，所述供电端电压达到启动电压时，则驱动控制电路启动；
在所述驱动控制电路启动后，将表征输出电压的采样信号与第一参考电压进行比较，在所述的采样信号低于所述第一参考信号时，则进入辅助启动模式；
在所述辅助启动模式下，延长PWM信号所表征的关断时间，以降低开关频率，或者，延长所述PWM信号所表征的导通时间，以加快输出电压上升速度。
与现有技术相比，本发明之技术方案具有以下优点：在启动时，由于输出电压较低，所述电路工作于辅助启动模式，延长关断时间以降低开关频率，并处于低频开关状态，驱动控制电路的驱动损耗小，足够小的充电电流即可保证供电端VCC电压的稳定，有助于提高系统供电稳定性和效率，降低系统成本；或者在启动时延长主功率开关管导通时间，电感电流峰值高，输出电压能够以较快的速度上升以保证控制电路供电，有助于提高系统供电稳定性和效率，降低系统成本。
附图说明
图1为现有技术带有驱动控制电路的开关电源的结构示意图；
图2为本发明驱动控制电路实施例一的原理框图；
图3为现有技术与实施例一的工作波形对比图；
图4为图2中实施例一的具体电路图；
图5为本发明驱动控制电路实施例二的原理框图；
图6为现有技术与实施例二的工作波形对比图；
图7为图5中实施例二的具体电路图。
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。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图2所示，示意了本发明驱动控制电路实施例一的原理结构，包括PWM信号产生电路101和辅助启动电路102，所述辅助启动电路102接收输出电压的采样信号VFB和第一参考电压VREF1，在所述的采样信号VFB低于所述第一参考信号VREF1时，则进入辅助启动模式；在所述辅助启动模式下，延长所述PWM信号所表征的关断时间Toff，以降低开关频率。所述的辅助启动电路102包括模式判断电路1021和第一延迟电路1022，所述模式判断电路1021分别接收所述输出电压的采样信号VFB和所述第一参考电压VREF1，对二者进行比较，产生模式判断信号；所述模式判断信号表征正常工作模式时，则所述第一延迟电路1022不对关断时间进行延时；所述模式判断信号表征辅助启动模式时，则由所述第一延迟电路1022对关断时间进行延时。通过延长关断时间以降低开关频率，并处于低频开关状态，驱动控制电路的驱动损耗小，足够小的充电电流即可保证供电端VCC电压的稳定，有助于提高系统供电稳定性和效率，降低系统成本。
如图3所示，示意了现有技术与实施例一的工作波形，左侧为现有技术的工作波形，右侧为实施例一的工作波形，并对此进行比较分析。以输出电压对驱动控制电路供电端VCC充电方式为例，由于控制环路的带宽低，在启动的很长一段时间内，主功率开关管的导通时间很小，电感电流峰值低，导致关断时间也很小，现有技术的控制方式在启动时开关频率很高，控制电路损耗较大，VCC电压下降速度快。而本发明在启动时加入辅助启动电路102，实现了限频，开关频率较低，控制电路损耗小，VCC电压下降速度慢，完成启动后退出辅助启动模式，即本发明的控制策略避免了系统启动时的高频工作状态，这样VCC电压跌落更小。相对现有技术的控制策略，可以使用容值较小，耐压更低的VCC电容，有助于减少系统成本。
如图4所示，示意了图2实施例一的具体电路结构，驱动控制电路通过由电阻R1和R2组成的分压电路检测输出电压Vo，将其与第一参考电压VREF1在比较器U5中进行比较，从而决定电路工作于辅助启动模式还是正常工作模式，通过RS触发器U4输出至第一延迟电路。所述的分压电路、比较器U5和RS触发器U4作为模式判断电路。
ZCD检测单元为过零检测电路，用来检测电感电流过零信号，使电路工作于临界导通模式。RUN信号为系统启动信号，取反后接入RS触发器U4的复位端。闭环控制输出COMP信号决定PWM信号所表征的导通时间。当输出电压较低时，RS触发器U4输出低电平，则U2的输入R由计时器U1的输出Q决定，如果U1未输出有效高电平，即使电感电流过零，MOS也不会立即开通(MOS为开关电源中的开关管)，直到计时器输出高电平，则U3输出高电平BON信号，将计时器U1复位，计时器重新计数，同时让Gate输出高电平驱动信号触发MOS导通。即此时MOS的开关频率由计时器的来决定，如果定时时间较长，则系统处于低频开关状态。所述计时器及相关的逻辑电路作为所述的第一延迟电路。当输出电压变高时，U4输出高电平，U2输出为低，只要ZCD单元输出高电平，MOS就开始导通，此时电路工作在BCM状态，即正常工作模式。其中，PWM信号产生电路包括ZCD检测单元、比较器U6和RS触发器U3。
如图5所示，示意了本发明驱动控制电路实施例二的原理结构，包括PWM信号产生电路101和辅助启动电路102，所述辅助启动电路102接收输出电压的采样信号VFB和第一参考电压VREF1，在所述的采样信号VFB低于所述第一参考信号VREF1时，则进入辅助启动模式；在所述辅助启动模式下，延长所述PWM信号所表征的导通时间Ton，使得电感电流续流时间延长，以降低开关频率。所述的辅助启动电路102包括模式判断电路1021和第二延迟电路1023，所述模式判断电路1021分别接收所述输出电压的采样信号VFB和所述第一参考电压VREF1，对二者进行比较，产生模式判断信号；所述模式判断信号表征正常工作模式时，则所述第二延迟电路1023不对导通时间进行延时；所述模式判断信号表征辅助启动模式时，则由所述第二延迟电路1023对导通时间进行延时。由于主功率开关管的导通时间较大，此时电感电流峰值较高，加快了输出电压上升速度，从而缩短了系统的启动时间。如图6所示，示意了现有技术与实施例二的工作波形，左侧为现有技术的工作波形，右侧为实施例二的工作波形，并对此进行比较分析。以BUCK电路，输出电压对供电端VCC充电方式为例。很明显，由于现有技术的控制策略启动时电感电流平均值小，输出电压上升缓慢，不能及时对VCC充电，所以VCC电压会有较多的跌落。而本发明实施例二的控制策略启动时电感电流平均值大，即输出电容充电电流大，输出电压上升速度快，能够及时对VCC充电，这样VCC的电压跌落小。
如图7所示，示意了图5中实施例二的具体电路结构，驱动控制电路通过由电阻R1和R2组成的分压电路检测输出电压Vo，将其与第一参考电压VREF1在比较器U9中进行比较，从而决定电路工作于辅助启动模式还是正常工作模式，通过RS触发器U7输出至第二延迟电路。所述的分压电路、比较器U9和RS触发器U7作为模式判断电路。
ZCD检测单元用来检测电感电流过零信号，使得电路工作于临界导通模式。RUN信号为系统启动信号，闭环控制输出COMP信号决定MOS的开通时间。当输出电压较低时，RS触发器U1输出低电平，传输门T2使能，T1关闭，MOS的Ton时间由第一基准电压VREF2和COMP之间较高者来决定，由于系统刚启动时，COMP电压较低，而VREF2值较高，所以MOS的Ton时间基本由VREF2决定。当输出电压较高时，传输门T2关闭，T1使能，而第二基准电压VREF3电压较低，此时Ton时间由COMP电压决定，所以系统工作于闭环工作状态，退出辅助启动模式。通过第一基准电压VREF2、第二基准电压VREF3之间的切换实现了导通时间的延迟，因此在本实施例中，所述的第二延迟电路包括上述基准切换电路。
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。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种驱动控制电路，其供电端连接供电电路，在启动过程中，所述供电端电压达到启动电压时，则所述驱动控制电路启动；包括：
PWM信号发生电路，产生PWM信号，以确定导通时间和关断时间，并作为开关的控制信号；
辅助启动电路，包括模式判断电路，在所述驱动控制电路启动后，所述模式判断电路将表征输出电压的采样信号与第一参考信号进行比较并输出模式判断信号，当所述的采样信号低于所述第一参考信号时，所述模式判断信号表征则辅助启动模式；
在所述辅助启动模式下，延长所述PWM信号所表征的关断时间，以降低开关频率；或者，延长所述PWM信号所表征的导通时间，以加快输出电压上升速度。
2.根据权利要求1所述的驱动控制电路，其特征在于：所述辅助启动电路还包括第一延迟电路，所述模式判断信号表征正常工作模式时，则所述第一延迟电路不对关断时间进行延时；所述模式判断信号表征辅助启动模式时，则由所述第一延迟电路对关断时间进行延时。
3.根据权利要求2所述的驱动控制电路，其特征在于：所述的第一延迟电路包括计时器，在辅助启动模式下，所述计时器进行计时，所述PWM信号发生电路接收到表征开通时刻的信号，此时所述PWM信号仍表征为关断，待所述计时器计时结束时，该时刻为实际开通时刻，使得PWM信号发生电路的输出发生跳变，关断时间结束。
4.根据权利要求2所述的驱动控制电路，其特征在于：所述PWM信号发生电路包括过零检测电路，所述过零检测电路用于检测电感电流是否过零，在正常工作模式下，当所述电感电流过零时，则所述PWM信号发生电路所输出的PWM信号表征开通时刻。
5.根据权利要求4所述的驱动控制电路，其特征在于：将基准电压与斜坡信号进行比较，当所述斜坡信号达到所述基准电压时，则表征关断时刻到来，导通时间结束。
6.根据权利要求1所述的驱动控制电路，其特征在于：所述辅助启动电路还包括第二延迟电路，所述模式判断信号表征正常工作模式时，则所述第二延迟电路不对导通时间进行延时；所述模式判断信号表征辅助启动模式时，则由所述第二延迟电路对导通时间进行延时。
7.根据权利要求6所述的驱动控制电路，其特征在于：所述的第二延迟电路包括基准切换电路，在辅助启动模式下，所述基准切换电路切换至第一基准电压，所述第一基准电压与斜坡信号进行比较，当所述斜坡信号达到所述第一基准电压时，则表征关断时刻到来，使得PWM信号发生电路的输出发生跳变，导通时间结束；所述第一基准电压大于正常工作模式下的基准电压。
8.根据权利要求7所述的驱动控制电路，其特征在于：在正常工作模式下，所述基准切换电路切换至第二基准电压，所述第二基准电压小于正常工作模式下的基准电压；当所述斜坡信号达到所述正常工作模式下的基准电压时，则表征关断时刻到来，导通时间结束。
9.根据权利要求6所述的驱动控制电路，其特征在于：所述PWM信号发生电路包括过零检测电路，所述过零检测电路用于检测电感电流是否过零，当所述电感电流过零时，则所述PWM信号发生电路所输出的PWM信号表征开通时刻。
10.一种驱动控制方法，包括以下步骤：
在启动过程中，供电端电压达到启动电压时，则驱动控制电路启动；
在所述驱动控制电路启动后，所述驱动控制电路中的模式判断电路将表征输出电压的采样信号与第一参考信号进行比较并输出模式判断信号，当所述的采样信号低于所述第一参考信号时，所述模式判断信号表征辅助启动模式；
在所述辅助启动模式下，延长PWM信号所表征的关断时间，以降低开关频率；或者，延长所述PWM信号所表征的导通时间，以加快输出电压上升速度。
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 215600 west side of Guotai North Road, Zhangjiagang Economic and Technological Development Zone, Suzhou City, Jiangsu Province Applicant after: JOULWATT TECHNOLOGY (HANGZHOU) CO.,LTD. Address before: 215600, 5th Floor, Building A, Shazhouhu Science and Technology Innovation Park, Yangshe Town, Zhangjiagang, Suzhou City, Jiangsu Province Applicant before: JOULWATT TECHNOLOGY (HANGZHOU) CO.,LTD. |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |