CN108063554B - 一种开关电源的控制电路、控制方法及开关电路 - Google Patents

一种开关电源的控制电路、控制方法及开关电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种开关电源的控制电路、控制方法及开关电路，调节电路接收补偿信号和导通比例信号，输出第一信号，第一比较电路接收主开关管电流采样信号和第一信号，并输出主管第一关断信号到逻辑控制电路，当主开关管电流采样信号大于第一信号时，主管第一关断信号由无效变为有效；逻辑控制电路根据主管第一关断信号和导通时间信号产生开关信号，当主管第一关断信号为有效并且导通时间信号为有效，开关信号由有效变为无效，通过驱动电路控制开关功率电路中主开关管关断，整流管导通。本发明系统的开关频率不受主管和整流管的电流采样比例偏差的影响，提高系统的瞬态响应。

Description

一种开关电源的控制电路、控制方法及开关电路
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种开关电源的控制电路、控制方法及开关电路。
背景技术
参考图1所示，在开关电源中，当开关电路在瞬态响应时，如负载跳变，指令电流VC突然增大，如果在一个恒定导通时间TON内，电感电流iL达不到指令电流VC的大小，则允许开关管的导通时间BON延长，直到电感电流iL达到指令电流VC或者超过指令电流VC一定阈值后，才允许开关管关断。由于开关电路中的开关管(如PMOS管或NMOS管)器件本身的特性，以及受外界条件的影响，使得电感电流采样精度不准，导致电感电流iL并没有实际跟随指令电流VC。参考图2所示，is1为主管采样电流，is2为整流管采样电流，主管电流采样比例小于整流管采样比例，在瞬态时，则需要更长的时间主管的采样电流才会达到指令电流，导致主管导通时间BON偏长。因此，由于主管和整流管的电流采样比例存在偏差，会使得开关频率存在偏差，影响系统的瞬态响应。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种开关电源的控制电路、控制方法及开关电路，用以解决现有技术中的主管和整流管的电流采样比例存在偏差，会使得开关频率存在偏差，影响系统的瞬态响应问题。
本发明的技术解决方案是，提供一种开关电源的控制电路，所述开关电源包括驱动电路和开关功率电路，包括
调节电路、主开关管电流采样电路、第一比较电路和逻辑控制电路，所述主开关管电流采样电路输出主开关管电流采样信号，
所述调节电路接收补偿信号和导通比例信号，输出第一信号，所述导通比例信号为导通时间信号乘以第一比例，
所述第一比较电路接收主开关管电流采样信号和所述第一信号，并输出主管第一关断信号到所述逻辑控制电路，当所述主开关管电流采样信号大于所述第一信号时，所述主管第一关断信号由无效变为有效；
所述逻辑控制电路根据所述主管第一关断信号和所述导通时间信号产生开关信号，
当所述主管第一关断信号为有效并且所述导通时间信号为无效，所述开关信号由有效变为无效，通过所述驱动电路控制所述开关功率电路中主开关管关断，整流管导通。
作为可选，还包括整流管电流采样电路和第二比较电路，
所述整流管电流采样电路输出整流管电流采样信号，
所述第二比较电路接收所述整流管电流采样信号和所述补偿信号，并输出主管导通信号到所述逻辑控制电路，当所述整流管电流采样信号小于所述补偿信号时，所述主管导通信号由无效变有效；
当所述主管导通信号由无效变为有效，所述开关信号由无效变为有效，通过所述驱动电路控制所述开关功率电路中主开关管导通，整流管关断。
作为可选，所述调节电路包括调节器和加法器，
所述调节器接收所述导通比例信号和所述主管第一关断信号，所述调节器通过调节其输出信号使得所述主管第一关断信号由无效变为有效的时刻和所述导通比例信号由有效变为无效的时刻接近，
所述加法器接收所述调节器的输出信号和所述补偿信号，所述加法器的输出信号为所述调节器的输出信号和所述补偿信号之和，所述加法器的输出信号为所述调节电路的输出信号。
作为可选，所述调节器包括边沿比较电路、电流源和电容，所述边沿比较电路比较所述主管第一关断信号由无效变为有效的时刻和所述导通比例信号由有效变为无效的时刻，当所述主管第一关断信号由无效变为有效的时刻早于所述导通比例信号由有效变为无效的时刻，所述边沿比较电路控制所述电流源对所述电容充电；当所述主管第一关断信号由无效变为有效的时刻晚于所述导通比例信号由有效变为无效的时刻，所述边沿比较电路控制所述电流源对所述电容放电，所述电容电压为所述调节器的输出电压。
作为可选，还包括运算放大器，所述运算放大器接收参考信号和开关功率电路的反馈信号，并且对所述参考信号和所述反馈信号进行运算放大，得到所述补偿信号，所述反馈信号为所述开关功率电路的反馈电压或反馈电流或反馈功率。
本发明的另一技术解决方案是，提供一种开关电路控制方法，接收补偿信号和导通比例信号，输出第一信号，所述导通比例信号为导通时间信号乘以第一比例，
比较主开关管电流采样信号和所述第一信号，当所述主开关管电流采样信号大于所述第一信号时，所述主管第一关断信号由无效变为有效；
当所述主管第一关断信号为有效并且所述导通时间信号为无效，所述开关信号由有效变为无效，所述开关功率电路中主开关管关断，整流管导通。
作为可选，比较整流管电流采样信号和所述补偿信号，当所述整流管电流采样信号小于所述补偿信号时，所述主管导通信号由无效变有效；当所述主管导通信号由无效变为有效，所述开关信号由无效变为有效，所述开关功率电路中主开关管导通，整流管关断。
作为可选，调节第二信号使得所述主管第一关断信号由无效变为有效的时刻和所述导通比例信号由有效变为无效的时刻接近，对所述第二信号和所述补偿信号作和，为所述第一信号。
本发明的又一技术解决方案是，提供一种开关电路。
采用本发明的电路结构和方法，与现有技术相比，具有以下优点：系统的开关频率不受主管和整流管的电流采样比例偏差的影响，提高系统的瞬态响应。
附图说明
图1为现有技术中在瞬态时，电感电流iL、指令电流VC、恒定导通时间TON以及主管导通信号BON的波形图；
图2为现有技术中在瞬态时，主管采样电流is1、整流管采样电流is2、指令电流VC、恒定导通时间TON以及主管导通信号BON的波形图；
图3为本发明控制电路的一种实施方式；
图4为本发明调节电路的一种实施方式；
图5为本发明指令信号VC、第一信号VC’、导通时间信号TON、导通比例信号TON’和主管第一关断信号ITOP的波形图；
图6为本发明调节器的一种实施方式；
图7为本发明开关电路为BUCK降压电路时，控制电路的一种实施方式；
图8为本发明逻辑控制电路的一种实施方式。
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。
本发明提供一种开关电源的控制电路100，参考图3所示，所述开关电源包括驱动电路200和开关功率电路300，包括调节电路120、主开关管电流采样电路130、第一比较电路140和逻辑控制电路170，所述主开关管电流采样电路130输出主开关管电流采样信号，所述调节电路120接收补偿信号VC和导通比例信号TON’，输出第一信号VC’，所述导通比例信号TON’为导通时间信号TON乘以第一比例，所述第一比较电路140接收主开关管电流采样信号is1和所述第一信号VC’，并输出主管第一关断信号ITOP到所述逻辑控制电路170，当所述主开关管电流采样信号is1大于所述第一信号VC’时，所述主管第一关断信号ITOP由无效变为有效；
所述逻辑控制电路170根据所述主管第一关断信号ITOP和所述导通时间信号TON产生开关信号BON，当所述主管第一关断信号ITOP为有效并且所述导通时间信号TON为无效，所述开关信号BON由有效变为无效，通过所述驱动电路200控制所述开关功率电路300中主开关管关断，整流管导通。
需要说明的是，在本发明中，以有效为高电平，无效为低电平举例说明，也可以是有效为低电平，无效为高电平。
整流管可以是同步整流管，也可以是续流二极管。
所述第一比例大于等于0小于等于1。
采用本发明的电路结构与现有技术相比，具有以下优点：系统的开关频率不受主管和整流管的电流采样比例偏差的影响，提高系统的瞬态响应。
还包括整流管电流采样电路160和第二比较电路150，所述整流管电流采样电路160输出整流管电流采样信号，
所述第二比较电路150接收所述整流管电流采样信号is2和所述补偿信号VC，并输出主管导通信号IBOT到所述逻辑控制电路170，当所述整流管电流采样信号is2小于所述补偿信号VC时，所述主管导通信号IBOT由无效变有效；当所述主管导通信号IBOT由无效变为有效，所述开关信号BON由无效变为有效，通过所述驱动电路200控制所述开关功率电路300中主开关管导通，整流管关断。
参考图4所示，所述调节电路120包括调节器121和加法器122，
所述调节器120接收所述导通比例信号TON’和所述主管第一关断信号ITOP，所述调节器通过调节其输出信号使得所述主管第一关断信号由无效变为有效的时刻和所述导通比例信号TON’由有效变为无效的时刻接近，参考图5所示，本发明指令信号VC、第一信号VC’、导通时间信号TON、导通比例信号TON’和主管第一关断信号ITOP的波形图，导通比例信号TON’的下降沿和主管第一关断信号ITOP的上升沿接近，主管第一关断信号ITOP的上升沿对应的主管电流采样信号表征第一信号VC’。
所述加法器122接收所述调节器121的输出信号和所述补偿信号VC，所述加法器的输出信号为所述调节器的输出信号和所述补偿信号之和，所述加法器的输出信号为所述调节电路的输出信号。
所述调节器121包括边沿比较电路1211、电流源和电容C1211，所述边沿比较电路1211比较所述主管第一关断信号ITOP由无效变为有效的时刻和所述导通比例信号TON’由有效变为无效的时刻，当所述主管第一关断信号ITOP由无效变为有效的时刻早于所述导通比例信号TON’由有效变为无效的时刻，所述边沿比较电路1211控制所述电流源对所述电容C1211充电；当所述主管第一关断信号ITOP由无效变为有效的时刻晚于所述导通比例信号TON’由有效变为无效的时刻，所述边沿比较电路1211控制所述电流源对所述电容C1211放电，所述电容C1211电压为所述调节器121的输出电压。
所述调节器121还包括电流源I1211、I1212、开关K1211、K1212。边沿比较电路1211有两个输出端UP和DOWN。当所述主管第一关断信号ITOP由无效变为有效的时刻早于所述导通比例信号TON’由有效变为无效的时刻，边沿比较电路1211的输出端UP控制开关K1211导通，DOWN控制开关K1212关断，电流源I1211对电容C1211充电，调节器的输出电压升高；当所述主管第一关断信号ITOP由无效变为有效的时刻晚于所述导通比例信号TON’由有效变为无效的时刻，边沿比较电路1211的输出端UP控制开关K1211关断，DOWN控制开关K1212导通，电流源I1212对电容C1211放电，调节器的输出电压降低。
参考图7所示，还包括运算放大器110，所述运算放大器110接收参考信号VREF和开关功率电路300的反馈信号FB，并且对所述参考信号VREF和所述反馈信号FB进行运算放大，得到所述补偿信号VC，所述反馈信号FB为所述开关功率电路300的反馈电压或反馈电流或反馈功率。
继续参考图7所示，以开关功率电路300为BUCK降压电路，反馈信号FB为反馈输出电压Vout为例进行说明。M31为主管，M32为同步整流管，即为所述的整流管。M31和M32的公共端通过电感L30连接到输出端Vout，输出端经过电容C30连接到参考地。采样电阻R30和R31串联，其公共端为反馈信号，反馈输出电压，并连接到运放110的负输入端，运放110的正输入端接收参考信号VREF，运放110的输出即为补偿信号VC。第一比较电路140为比较器，其正输入端接收主开关管电流采样电路的输出电压，负输入端接收第一信号VC’。第二比较电路150也为比较器，其负输入端接收整流管电流采样电路的输出电压，负输入端接收补偿信号VC。
参考图8所示，为逻辑控制电路170的一种实施方式。以图7的BUCK电路为例进行说明，当BON为高时，主管M31导通，TON为高，计时电路171输出为低，计时电路171计时主管M31的导通时间，当计时到恒导通时间时，则其输出为高，即TON由高变低。计时电路171的输出和主管第一关断信号ITOP信号为与门电路172的输入，当与门电路172的两个输入都为高时，则其输出为高，否则其输出为低。也就是主管采样电流大于第一信号VC’且主管导通时间大于恒导通时间则与门电路712的输出信号OFF为高，否则OFF为低。OFF信号连接到RS触发器173的R(RESET)端。RS触发器173的输出信号为开关信号BON，即OFF信号为高时，则开关信号BON被复位到低；主管导通信号IBOT连接到RS触发器173的S(SET)端，即主管导通信号IBOT为高时，开关信号BON被置为高。
本发明的另一技术解决方案是，提供一种开关电路控制方法，接收补偿信号和导通比例信号TON’，输出第一信号VC’，所述导通比例信号TON’为导通时间信号TON乘以第一比例，
比较主开关管电流采样信号和所述第一信号VC’，当所述主开关管电流采样信号大于所述第一信号VC’时，所述主管第一关断信号ITOP由无效变为有效；
当所述主管第一关断信号ITOP为有效并且所述导通时间信号TON为无效，所述开关信号BON由有效变为无效，所述开关功率电路300中主开关管关断，整流管导通。
比较整流管电流采样信号和所述补偿信号VC，当所述整流管电流采样信号小于所述补偿信号VC时，所述主管导通信号IBOT由无效变有效；当所述主管导通信号IBOT由无效变为有效，所述开关信号BON由无效变为有效，所述开关功率电路300中主开关管导通，整流管关断。
调节第二信号使得所述主管第一关断信号ITOP由无效变为有效的时刻和所述导通比例信号TON’由有效变为无效的时刻接近，对所述第二信号和所述补偿信号VC作和，为所述第一信号VC’。
本发明的又一技术解决方案是，提供一种开关电路。开关电路包括BUCK降压电路、BOOST升压电路、BUCK-BOOST升降压电路等。所述开关电源包含上述的开关电源控制电路。
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 (9)

1.一种开关电源的控制电路，所述开关电源包括驱动电路和开关功率电路，其特征在于：包括
调节电路、主开关管电流采样电路、第一比较电路和逻辑控制电路，
所述主开关管电流采样电路输出主开关管电流采样信号，
所述调节电路接收补偿信号和导通比例信号，输出第一信号，所述导通比例信号为导通时间信号乘以第一比例，
所述第一比较电路接收主开关管电流采样信号和所述第一信号，并输出主开关管第一关断信号到所述逻辑控制电路，当所述主开关管电流采样信号大于所述第一信号时，所述主开关管第一关断信号由无效变为有效；
所述逻辑控制电路根据所述主开关管第一关断信号和所述导通时间信号产生开关信号，
当所述主开关管第一关断信号为有效并且所述导通时间信号为无效，所述开关信号由有效变为无效，通过所述驱动电路控制所述开关功率电路中主开关管关断，整流管导通；所述调节电路通过调节第一信号使得所述主开关管第一关断信号由无效变为有效的时刻和所述导通比例信号由有效变为无效的时刻接近；
所述控制电路对参考信号和反馈信号进行运算放大，得到所述补偿信号，所述反馈信号为开关功率电路的反馈电压或反馈电流或反馈功率；
所述主开关管和所述整流管串联；
所述第一比例大于等于0小于等于1。
2.根据权利要求1所述开关电源的控制电路，其特征在于，还包括整流管电流采样电路和第二比较电路，
所述整流管电流采样电路输出整流管电流采样信号，
所述第二比较电路接收所述整流管电流采样信号和所述补偿信号，并输出主开关管导通信号到所述逻辑控制电路，当所述整流管电流采样信号小于所述补偿信号时，所述主开关管导通信号由无效变有效；
当所述主开关管导通信号由无效变为有效，所述开关信号由无效变为有效，通过所述驱动电路控制所述开关功率电路中主开关管导通，整流管关断。
3.根据权利要求1所述开关电源的控制电路，其特征在于，所述调节电路包括调节器和加法器，
所述调节器接收所述导通比例信号和所述主开关管第一关断信号，所述调节器通过调节其输出信号使得所述主开关管第一关断信号由无效变为有效的时刻和所述导通比例信号由有效变为无效的时刻接近，
所述加法器接收所述调节器的输出信号和所述补偿信号，所述加法器的输出信号为所述调节器的输出信号和所述补偿信号之和，所述加法器的输出信号为所述调节电路的输出信号。
4.根据权利要求3所述开关电源的控制电路，其特征在于，所述调节器包括边沿比较电路、电流源和电容，所述边沿比较电路比较所述主开关管第一关断信号由无效变为有效的时刻和所述导通比例信号由有效变为无效的时刻，当所述主开关管第一关断信号由无效变为有效的时刻早于所述导通比例信号由有效变为无效的时刻，所述边沿比较电路控制所述电流源对所述电容充电；当所述主开关管第一关断信号由无效变为有效的时刻晚于所述导通比例信号由有效变为无效的时刻，所述边沿比较电路控制所述电流源对所述电容放电，所述电容电压为所述调节器的输出电压。
5.根据权利要求1-4任意一项所述开关电源的控制电路，其特征在于，还包括运算放大器，所述运算放大器接收参考信号和开关功率电路的反馈信号，并且对所述参考信号和所述反馈信号进行运算放大，得到所述补偿信号，所述反馈信号为所述开关功率电路的反馈电压或反馈电流或反馈功率。
6.一种开关电源控制方法，其特征在于，接收补偿信号和导通比例信号，输出第一信号，所述导通比例信号为导通时间信号乘以第一比例，
比较主开关管电流采样信号和所述第一信号，当所述主开关管电流采样信号大于所述第一信号时，主开关管第一关断信号由无效变为有效；
当所述主开关管第一关断信号为有效并且所述导通时间信号为无效，开关信号由有效变为无效，主开关管关断，整流管导通；
通过调节第一信号使得所述主开关管第一关断信号由无效变为有效的时刻和所述导通比例信号由有效变为无效的时刻接近；
控制电路对参考信号和反馈信号进行运算放大，得到所述补偿信号，所述反馈信号为开关电源的反馈电压或反馈电流或反馈功率；
所述主开关管和所述整流管串联；
所述第一比例大于等于0小于等于1。
7.根据权利要求6所述开关电源控制方法，其特征在于，
比较整流管电流采样信号和所述补偿信号，当所述整流管电流采样信号小于所述补偿信号时，所述主开关管导通信号由无效变有效；当主开关管导通信号由无效变为有效，所述开关信号由无效变为有效，所述开关电源中主开关管导通，整流管关断。
8.根据权利要求6所述开关电源控制方法，其特征在于，
调节第二信号使得所述主开关管第一关断信号由无效变为有效的时刻和所述导通比例信号由有效变为无效的时刻接近，对所述第二信号和所述补偿信号作和，为所述第一信号。
9.一种开关电路，其特征在于：包括如权利要求1~5任意一项所述控制电路。
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