CN109067213A - 准谐振模式的开关电源控制器及控制方法 - Google Patents

准谐振模式的开关电源控制器及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明揭示了一种准谐振模式的开关电源控制器及控制方法，控制器包括：过零检测电路，采样过零点并生成过零信号；谷底导通逻辑电路，接收过零信号及最大频率信号，生成谷底开启信号，并依据预设判断逻辑决定是否选择新的谷底进行锁存；PWM逻辑控制电路，接收谷底开启信号和最小频率信号、以此控制PWM信号导通，依据FB电压信号和CS电压信号控制PWM信号关断；时间设定电路，接收PWM信号和FB电压信号，产生最大频率信号及最小频率信号，并以此控制PWM工作的最大频率、最小频率。本发明既可以消除准谐振模式工作时相邻谷底不停切换带来的音频噪声，又能够改善EMI，具有很高的使用及推广价值。

Description

准谐振模式的开关电源控制器及控制方法
技术领域
本发明涉及一种控制器及控制方法，具体而言，涉及一种准谐振模式的开关电源控制器及控制方法，属于开关电源技术领域。
背景技术
准谐振模式是开关电源工作方式的一种，其通过控制功率开关管在源漏电压达到最小值时导通，可以将开关损耗控制在最小，对于重载情况的效率改善尤其明显。随着负载的减轻，励磁时间和消磁时间都得到了缩短，始终在第一谷底导通会使开关频率不断上升。出于EMI的考量，一般都会设置一个最高频率，并通常控制在150kHz以下。而随着负载进一步的减轻，通常通过降低开关频率的方法以进一步减轻开关损耗。这样准谐振变换器在工作过程中便会出现谷底跳频的问题，即在某些负载条件下，功率开关管会在两个相邻的谷底之间交替导通，当周期性的交替导通处于人耳听力范围之内时，便会出现音频噪声。
图1为依据现有技术的谷底导通逻辑结构框图，其中数字1和2为两种不同的锁存谷底数的给出方式。
其中，通道1是根据谷底运算电路的结果对锁存谷底数进更新，锁存谷底数可在现已锁存谷底数的基础上进行加一、减一或者保持的操作，这种技术方案的缺点是，当负载稳定频率刚好介于两个相邻谷底之间时，系统可能锁定某个谷底若干周期，又切换到另一谷底锁定若干周期，切换频率依然有可能处于人耳可听范围之内，音频噪声一定程度上被减弱但不能完全消除。
通道2是通过输出电压或者输出电流的反馈信号来锁定功率开关管导通时的谷底，即将输出电压或者输出电流的采样信号划分成若干个区间，每个区间对应一个固定的谷底来导通功率开关管。这种技术方案的缺点是，对于输出电压和输出功率档位可变的系统，例如快充方案以及USB PD方案的系统，根据电池电量情况而使用不同的输出电压和输出功率档位进行充电。不同输出电压档位之间，相同的输出电压反馈信号或者输出电流反馈信号对应的负载情况不同，其工作频率也会不同，因此，在某一固定的谷底导通并不适用于所有的输出档位。
正因现有技术中存在着上述诸多不足，因此，如何依据目前现有的研究基础，提供一种全新的开关电源控制器及控制方法，以克服上述诸多问题，也就成为了目前行业内技术人员亟待解决的问题。
发明内容
鉴于现有技术存在上述缺陷，本发明的目的是提出一种准谐振模式的开关电源控制器，包括：
过零检测电路，用于采样过零点并生成过零信号；
谷底导通逻辑电路，用于接收过零信号及最大频率信号，生成谷底开启信号，并依据预设判断逻辑决定是否选择新的谷底进行锁存；
PWM逻辑控制电路，用于接收谷底开启信号和最小频率信号，并依据所述谷底开启信号和最小频率信号控制PWM信号导通、依据FB电压信号和CS电压信号控制PWM信号关断；
时间设定电路，用于接收PWM信号和FB电压信号，产生最大频率信号及最小频率信号，并依据所述最大频率信号控制PWM工作的最大频率、依据所述最小频率信号控制PWM工作的最小频率；
所述过零检测电路的信号输入端与芯片消磁引脚DMG电性连接，所述谷底导通逻辑电路的信号输入端与所述过零检测电路的信号输出端电性连接，所述PWM逻辑控制电路的信号输入端与所述谷底导通逻辑电路的信号输出端电性连接，所述时间设定电路的信号输入端与所述PWM逻辑控制电路的信号输出端电性连接。
优选地，所述谷底导通逻辑电路包括：
谷底计数电路，用于接收过零信号，并记录当前周期谐振谷底数；
谷底比较电路，用于接收当前周期谐振谷底数以及锁存谷底数，并输出谷底比较结果；
谷底锁定及单向切换电路，用于接收最大频率信号、谷底比较结果以及谷底锁定解除信号，并生成谷底导通使能信号；
第一门电路，用于接收谷底比较结果以及谷底锁定解除信号，并生成谷底锁存更新信号；
自适应谷底锁存电路，用于选定导通谷底并对该谷底进行锁存，同时记录锁存谷底数,当谷底锁存更新信号有效时选择新的谷底进行锁存并对所述锁存谷底数进行更新；
谷底锁定计时电路，用于接收谷底锁存更新信号,并生成谷底锁定解除信号，在谷底锁存更新信号有效时开始计时，计满预设时间后将谷底锁定解除信号变为有效信号，指示谷底锁定状态解除；
延时抖动电路，用于接收过零信号，进行延时操作，延时时间可变且周期性抖动，并生成谷底信号；
第二门电路，用于接收谷底信号以及谷底导通使能信号，并产生谷底导通信号。
优选地，所述过零检测电路的信号输出端分别与所述谷底计数电路的信号输入端以及延时抖动电路的信号输入端电性连接；
所述谷底计数电路的信号输出端分别与所述谷底比较电路的信号输入端以及所述自适应谷底锁存电路的信号输入端电性连接；
所述谷底比较电路的信号输出端分别与所述谷底锁定及单向切换电路的信号输入端以及所述第一门电路的信号输入端电性连接；
所述谷底锁定及单向切换电路的信号输出端与所述第二门电路的信号输入端电性连接；
所述第一门电路的信号输出端分别与所述自适应谷底锁存电路的信号输入端以及所述谷底锁定计时电路的信号输入端电性连接；
所述自适应谷底锁存电路的信号输出端与所述谷底比较电路的信号输入端电性连接；
所述谷底锁定计时电路的信号输出端分别与所述谷底锁定及单向切换电路的信号输入端以及所述第一门电路的信号输入端电性连接；
所述延时抖动电路的信号输出端与所述第二门电路的信号输入端电性连接；
所述第二门电路的信号输出端与所述PWM逻辑控制电路电性连接。
优选地，所述谷底计数电路用于记录当前周期谐振谷底数，所述当前周期谐振谷底数为自然数、且每次PWM信号导通后重置为0。
优选地，所述自适应谷底锁存电路接收谷底锁存更新信号，当所述谷底锁存更新信号有效时，将锁存谷底数更新为本次PWM导通时检测到的当前周期谐振谷底数。
优选地，所述第一门电路生成的谷底锁存更新信号，其有效条件为：当前周期谐振谷底数大于锁存谷底数，或谷底锁定解除信号有效。
优选地，所述谷底锁定计时电路自每次谷底锁存更新信号有效时开始计时，在计满预设参考时间前，本周期的导通谷底为当前已锁定的谷底或已锁定谷底之后的谷底。
优选地，所述预设参考时间限制了两个相邻谷底交替导通的切换频率，对于任一时刻导通谷底由第N个谷底切换成第N+1个谷底的情况，再次出现第N个谷底导通的时刻应在预设参考时间之后，其中，N为正整数。
优选地，所述PWM逻辑控制电路包括：
第三门电路，用于接收谷底开启信号和最小频率信号，并生成导通信号以控制PWM信号导通；
峰值限流电路，用于接收FB电压信号和CS电压电压，并生成关断信号以控制PWM信号关断；
驱动脉冲产生模块，用于接收导通信号及关断信号，并生成PWM控制信号；
所述驱动脉冲产生模块的信号输入端分别与所述第三门电路的信号输出端及所述峰值限流电路的信号输出端电性连接。
本发明还揭示了一种准谐振模式的开关电源控制方法，包括如下步骤：
S1、使用过零检测电路采样过零点，检测并生成过零信号；
S2、使用谷底计数电路计算当前周期谐振谷底数；
S3、接收最大频率信号，并判断是否已达到最大频率，
若已经达到最大频率，则继续执行S4步骤，
若尚未达到最大频率,则跳转至S2步骤；
S4、接收最小频率信号，并判断是否已达到最小频率，
如果尚未达到最小频率，则继续执行S5步骤，
如果已经达到最小频率,则跳转至S8步骤；
S5、判断谷底锁定计时电路是否已经计满预设计时时间，
若已经计满，则在下一个谷底处开启PWM信号，将谷底锁存数的值更新为该谷底对应的当前周期谐振谷底数的值，谷底锁定计时电路清零并重新计时，则跳转至S9步骤；
若尚未计满，则继续执行S6步骤；
S6、比较当前周期谐振谷底数的值与谷底锁存数的值，
若当前周期谐振谷底数大于等于谷底锁存数，则谷底开启信号使能，继续执行S7步骤，
若当前周期谐振谷底数小于谷底锁存数，则跳转至S2步骤；
S7、比较当前周期谐振谷底数的值是否与谷底锁存数的值相等，
若当前周期谐振谷底数等于谷底锁存数，则谷底锁存数保持上一周期的锁存值不变，继续执行S8步骤；
如果当前周期谐振谷底数不等于谷底锁存数，则将谷底锁存数的值更新为当前周期谐振谷底数的值，谷底锁定计时电路重新计时，继续执行S8步骤；
S8、 将PWM信号导通；
S9、结束当前周期的检测，等待PWM信号关闭，随即开启下一周期的检测。
优选地，S5中所述预设计时时间设置为贴近人耳可识别音频的最低频率所对应的周期。
优选地，所述PWM信号的工作周期介于最大频率信号所限定的最大频率以及最小频率信号所限定的最小频率之间，
当最大频率信号有效时，谷底导通使能信号以及谷底脉冲信号可控制PWM信号导通；
当最小频率信号到来且谷底开启信号还未发出时、或者最大频率信号到来且谷底脉冲信号已检测不到时，则PWM信号在最小频率信号到来时直接导通。
优选地，所述谷底计数电路所记录的当前周期谐振谷底数可设置最大数，当计至最大数时，谷底锁存数保持最大计数值不变。
与现有技术相比，本发明的优点主要体现在以下几个方面：
本发明中的导通谷底在进行由低数目谷底向高数目谷底的切换时，可随时完成单向切换，而在进行由高数目谷底向低数目谷底的切换时，则需要导通谷底维持在高数目谷底一段时间即Tlock的计时时间，才可切换。如此一来，相邻谷底之间来回切换的时间至少为Tlock，从而消除了准谐振模式时相邻谷底之间来回切换造成的音频噪声。同时，本发明的谷底位置会周期性地发生抖动，从而在锁定了谷底的同时拓展了频谱，有效地改善了系统的EMI。本发明还依据负载情况，由系统自行选择合适的谷底进行锁定，克服了现有技术中锁定在某一固定谷底的局限，摆脱了诸如输出电压或者额定输出电流等系统条件的限制，进一步增强了本发明适用的普遍性。此外，本发明也为同领域内的其他相关问题提供了参考，可以以此为依据进行拓展延伸，运用于领域内其他开关电源控制技术的相关方案中，具有十分广阔的应用前景。
综上所述，本发明既可以消除准谐振模式工作时相邻谷底不停切换带来的音频噪声，又可以改善EMI，还能够兼容多输出电压、多输出功率模式的系统，具有很高的使用及推广价值。
以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握。
附图说明
图1为依据现有技术的谷底导通逻辑结构框图；
图2为依据本发明一实施实例的准谐振模式的开关电源控制器的结构框图；
图3为依据本发明一实施实例的准谐振模式的开关电源原理图；
图4为依据本发明一实施实例的准谐振模式的开关电源控制器的谷底锁定计时电路的具体实现示意图；
图5为依据本发明一实施实例的准谐振模式的工作波形图；
图6为依据本发明一实施实例的准谐振模式的开关电源控制方法的流程图。
具体实施方式
图2为依据本发明一实施实例的准谐振模式的开关电源控制器的结构框图，可应用于图3所示依据本发明一实施实例的准谐振模式的开关电源中，本领域的技术人员可以理解，控制器可应用于其它形式的变换器当中，而不仅限于图3所示的具体实施方式。为便于理解，此处将结合图2和图3进行具体的描述。
一种准谐振模式的开关电源控制器，包括：
过零检测电路11，用于通过消磁引脚DMG采样功率开关管两端电压谐振时的过零点，检测到过零点之后输出过零信号（Z_cross）。
谷底导通逻辑电路12，用于接收过零信号及最大频率信号（FMAX），生成谷底开启信号，并依据预设判断逻辑决定是否选择新的谷底进行锁存。
PWM（脉冲宽度调制）逻辑控制电路13，用于接收谷底开启信号（QR_on）和最小频率信号（FMIN），并依据所述谷底开启信号和最小频率信号控制PWM信号导通、依据FB电压信号和CS电压信号控制PWM信号关断。
时间设定电路14，用于接收PWM信号和FB电压信号，产生最大频率信号及最小频率信号，并依据所述最大频率信号控制PWM工作的最大频率、依据所述最小频率信号控制PWM工作的最小频率。
所述过零检测电路11的信号输入端与芯片消磁引脚DMG电性连接，所述谷底导通逻辑电路12的信号输入端与所述过零检测电路11的信号输出端电性连接，所述PWM逻辑控制电路13的信号输入端与所述谷底导通逻辑电路12的信号输出端电性连接，所述时间设定电路14的信号输入端与所述PWM逻辑控制电路13的信号输出端电性连接。
所述谷底导通逻辑电路12包括：
谷底计数电路121，用于接收过零信号，并记录当前周期谐振谷底数（Cnum）。
谷底比较电路122，用于接收当前周期谐振谷底数以及锁存谷底数（Pnum），并谷底输出比较结果。
谷底锁定及单向切换电路123，用于接收最大频率信号、谷底比较结果以及谷底锁定解除信号（UNLOCK），并生成谷底导通使能信号（QR_en）。
第一门电路124，用于谷底接收比较结果以及谷底锁定解除信号，并生成谷底锁存更新信号（Update）。
自适应谷底锁存电路125，用于选定导通并对该谷底进行锁存，同时记录锁存谷底数,当谷底锁存更新信号有效时选择新的谷底进行锁存并对所述锁存谷底数进行更新，其中所述导通谷底由系统自行选定。
谷底锁定计时电路126，用于接收谷底锁存更新信号,并生成谷底锁定解除信号，在谷底锁存更新信号有效时开始计时，计满预设时间后将谷底锁定解除信号变为有效信号，指示谷底锁定状态解除。
延时抖动电路127，用于接收过零信号，进行延时操作，延时时间可变且周期性抖动，并生成谷底信号（Valley）。
第二门电路128，用于接收谷底信号以及谷底导通使能信号，并产生谷底导通信号。
所述过零检测电路11的信号输出端分别与所述谷底计数电路121的信号输入端以及延时抖动电路127的信号输入端电性连接。
所述谷底计数电路121的信号输出端分别与所述谷底比较电路122的信号输入端以及所述自适应谷底锁存电路125的信号输入端电性连接。
所述谷底比较电路122的信号输出端分别与所述谷底锁定及单向切换电路123的信号输入端以及所述第一门电路124的信号输入端电性连接。
所述谷底锁定及单向切换电路123的信号输出端与所述第二门电路128的信号输入端电性连接。
所述第一门电路124的信号输出端分别与所述自适应谷底锁存电路125的信号输入端以及所述谷底锁定计时电路126的信号输入端电性连接。
所述自适应谷底锁存电路125的信号输出端与所述谷底比较电路122的信号输入端电性连接。
所述谷底锁定计时电路126的信号输出端分别与所述谷底锁定及单向切换电路123的信号输入端以及所述第一门电路124的信号输入端电性连接。
所述延时抖动电路127的信号输出端与所述第二门电路128的信号输入端电性连接。
所述第二门电路128的信号输出端与所述PWM逻辑控制电路13电性连接。
所述谷底计数电路121用于记录当前周期谐振谷底数，所述当前周期谐振谷底数为自然数，且在每次PWM信号导通后重置为0。
所述自适应谷底锁存电路125接收谷底锁存更新信号，当所述谷底锁存更新信号有效时，将锁存谷底数更新为本次PWM导通时检测到的当前周期谐振谷底数。
所述第一门电路124生成的谷底锁存更新信号，其有效条件为：当前周期谐振谷底数大于锁存谷底数，或谷底锁定解除信号有效。
所述谷底锁定计时电路126自每次谷底锁存更新信号有效时开始计时，在计满预设参考时间前，本周期的导通谷底为当前已锁定的谷底或已锁定谷底之后的谷底。
所述预设参考时间限制了两个相邻谷底交替导通的切换频率，对于任一时刻导通谷底由第N个谷底切换成第N+1个谷底的情况，再次出现第N个谷底导通的时刻应在预设参考时间之后，消除或者减弱了准谐振模式工作时不同谷底来回切换所带来的音频噪声，其中，N为正整数。
所述PWM逻辑控制电路13包括：
第三门电路131，用于接收谷底开启信号和最小频率信号，并生成导通信号以控制PWM信号导通。
峰值限流电路132，用于接收FB电压信号和CS电压电压，并生成关断信号以控制PWM信号关断。
驱动脉冲产生模块133，用于接收导通信号及关断信号，并生成PWM控制信号。
所述驱动脉冲产生模块133的信号输入端分别与所述第三门电路131的信号输出端及所述峰值限流电路132的信号输出端电性连接。
过零检测电路11通过图3中的DMG引脚采样功率开关管M1关断之后的漏端电压，消磁阶段结束，检测到其电压值低于某一阈值时发出过零信号。
该过零信号经谷底计数电路121，记录当前周期谐振谷底数，并且经谷底比较电路122与自适应谷底锁存电路12锁存的锁存谷底数进行比较，其中当前周期谐振谷底数、锁存谷底数都为自然数，初始值为0。当当前周期谐振谷底数大于等于锁存谷底数时，并且最大频率信号有效时，谷底导通使能信号输出有效信号，指示当前周期可在锁存谷底数的谷底及其之后的谷底导通。
第二门电路128接收谷底信号和谷底导通使能信号，两个信号同时有效时，谷底开启信号变为有效信号。最大频率信号是为了限制最高工作频率以应对EMI和提高轻载效率，其大小可跟随FB电压信号的变化而变动。例如，当负载减轻时，励磁时间和消磁时间都将减小，此时无论最大频率信号处于固定的最高频率段还是处于降频段，其使能时对应的谷底个数应大于前一周期导通时的谷底数，当前周期谐振谷底数大于谷底锁存数，故谷底导通使能信号在最大频率信号使能之后有效，且在之后的第一个谷底位置导通，即负载减轻的情况下，PWM信号的导通谷底可以随时向更靠后的谷底单向切换。
当负载加重时，励磁时间和消磁时间都将增加，最大频率信号使能时对应的谷底个数应小于前一周期导通时的谷底数，当前周期谐振谷底数小于谷底锁存数，谷底导通使能信号无效，必须要等到当前周期谐振谷底数等于谷底锁存数，即等到上一周期锁存的谷底，PWM信号才能导通。当谷底锁定计时电路计满预设计时时间，例如1.25ms，谷底解除信号变为有效信号，方可解除此谷底锁定状态，待最大频率信号使能之后，选择下一个谷底进行导通，该谷底一般小于之前锁存的谷底锁存数。同时谷底锁存数的值更新为该谷底的值，谷底锁定计时电路重新计时。即负载加重的情况下，PWM信号的导通谷底需保持较高谷底一段预设计时时间方可向低谷底切换。本发明不限制预设计时时间，并且可按需求设定计时时间。
第一门电路生接收谷底比较电路的比较结果和谷底锁定解除信号，生成谷底锁定更新信号，当导通谷底向更高谷底处切换或者谷底锁定计时电路计满预设计时时间之后，谷底锁定更新信号有效，例如为脉冲信号，谷底锁定电路更新锁定谷底的谷底锁存数的值。
本实例中第一门电路124和第二门电路128为与门，第三门电路131为或门，在其它实现中，其分别可以用其它逻辑门实现。
图4所示为依据本发明一实施实例的准谐振模式的开关电源控制器的谷底锁定计时电路的具体实现示意图，电流源I1对电容C1进行充电，当电容两端电压VCH达到预设阈值VREF时，输出谷底锁定解除信号有效，例如脉冲信号。当谷底锁定更新信号有效时，开关K1打开，电容C1完成放电，谷底锁定计时电路重新计时。
图5所示为依据本发明一实施实例的准谐振模式的工作波形图，VAUX为图3中辅助绕组AUX端的电压，当消磁结束之后，其电压跟随功率开关管漏端电压谐振，以t1时刻为例，最大频率信号为高电平有效，此时当前周期谐振谷底数已计到的谷底数为4，而上一周期自适应谷底锁存电路锁存的谷底锁存数为5，谷底导通使能信号为低电平无效状态，等到当前周期谐振谷底数计到5时，谷底导通使能信号变为高电平有效状态，而此前最大频率信号已经到来，故PWM信号在底5谷底处导通翻转为高电平，由于当前周期开启的谷底数与上一周期锁存的谷底数相同，并且谷底锁定解除信号还未有效，故谷底锁定更新信号为低电平无效状态。
在t2时刻，最大频率信号高电平有效信号到来时，当前周期谐振谷底数计到第3个谷底，同样需等到第5谷底才能开启。在t3时刻，最大频率信号有效时当前周期谐振谷底数已经计到第5个谷底，谷底导通使能信号为高电平有效，等到下一谷底即第6个谷底PWM信号导通，由于当前导通谷底大于之前锁存谷底，谷底锁定更新信号输出脉冲有效信号，自适应谷底锁存电路锁存的谷底数更新为6，并且谷底锁定计时电路中电容两端电压VCH清零，重新开始计时。
在t4时刻，最大频率信号有效时计到当前谷底为1，虽然之前锁存的谷底数为6，但由于谷底锁定解除信号已经有效，故谷底导通使能信号有效，PWM信号在下一个谷底即第2个谷底导通；同时谷底锁定更新信号有效，谷底锁存数更新为2，谷底锁定计时电路重新计时。而t5时刻也保持上一周期锁存的谷底，即第2谷底处导通PWM信号。
如图6所示，本发明还揭示了一种准谐振模式的开关电源控制方法，包括如下步骤：
S1、使用过零检测电路11采样过零点，检测并生成过零信号。
S2、使用谷底计数电路121计算当前周期谐振谷底数。
S3、接收最大频率信号，并判断是否已达到最大频率，
若已经达到最大频率，则继续执行S4步骤，
若尚未达到最大频率,则跳转至S2步骤。
S4、接收最小频率信号，并判断是否已达到最小频率，
如果尚未达到最小频率，则继续执行S5步骤，
如果已经达到最小频率,则跳转至S8步骤。
S5、判断谷底锁定计时电路126是否已经计满预设计时时间（Tlock），
若已经计满，则在下一个谷底处开启PWM信号，将谷底锁存数的值更新为该谷底对应的当前周期谐振谷底数的值，谷底锁定计时电路126清零并重新计时，则跳转至S9步骤。
若尚未计满，则继续执行S6步骤。
S6、比较当前周期谐振谷底数的值与谷底锁存数的值，
若当前周期谐振谷底数大于等于谷底锁存数，则谷底开启信号使能，继续执行S7步骤，
若当前周期谐振谷底数小于谷底锁存数，则跳转至S2步骤。
S7、比较当前周期谐振谷底数的值是否与谷底锁存数的值相等，
若当前周期谐振谷底数等于谷底锁存数，则谷底锁存数保持上一周期的锁存值不变，继续执行S8步骤。
如果当前周期谐振谷底数不等于谷底锁存数，则将谷底锁存数的值更新为当前周期谐振谷底数的值，谷底锁定计时电路126重新计时，继续执行S8步骤。
S8、 将PWM信号导通。
S9、结束当前周期的检测，等待PWM信号关闭，随即开启下一周期的检测。
具体而言，在本控制方法的使用过程中，先获取谷底锁定电路126的锁存谷底数，在谷底锁定计时电路计满预设参考时间之内，检测当前周期谐振谷底数并与锁存谷底数作比较，当当前周期谐振谷底数大于等于锁存谷底数时，谷底开启信号变为高电平有效状态，如果此前最大频率信号已经到来，则PWM信号在谷底导通使能信号有效时的第一个谷底导通，锁存谷底数不变。
如果最大频率信号在谷底导通使能信号为高电平之后到来，则PWM在最大频率信号到来之后的第一个谷底导通， 锁存谷底数更新为当前周期导通时的谷底数，同时谷底锁定计时电路清零，重新开始计时。
当导通谷底始终为锁存谷底数，谷底锁定计时电路计满预设参考时间，谷底导通信号谷底导通使能信号有效，则下一个PWM导通的谷底为最大频率信号到来之后的第一个谷底，锁存谷底数更新为其导通时刻的谷底数，同时谷底锁存计时电路重新计时。
S5中所述预设计时时间Tlock设置为尽量贴近人耳可识别音频的最低频率所对应的周期。例如可将预设计时时间设置为1.25ms,对应频率为800Hz，此时谷底切换带来的噪声已经无法听见或者小到可以忽略。
所述PWM信号的工作周期介于最大频率信号所限定的最大频率以及最小频率信号所限定的最小频率之间，
当最大频率信号有效时，谷底导通使能信号以及谷底脉冲信号可控制PWM信号导通。
当最小频率信号到来且谷底开启信号还未发出时、或者最大频率信号到来且谷底脉冲信号已检测不到时，则PWM信号在最小频率信号到来时直接导通。
所述谷底计数电路121所记录的当前周期谐振谷底数可设置最大数，当计至最大数时，谷底锁存数保持最大计数值不变。
本发明中的导通谷底在进行由低数目谷底向高数目谷底的切换时，可随时完成单向切换，而在进行由高数目谷底向低数目谷底的切换时，则需要导通谷底维持在高数目谷底一段时间即预设计时时间的计时时间，才可切换。如此一来，相邻谷底之间来回切换的时间至少为预设计时时间，从而消除了准谐振模式时相邻谷底之间来回切换造成的音频噪声。
同时，本发明的谷底位置会周期性地发生抖动，从而在锁定了谷底的同时拓展了频谱，有效地改善了系统的EMI。本发明还依据负载情况，由系统自行选择合适的谷底进行锁定，克服了现有技术中锁定在某一固定谷底的局限，摆脱了诸如输出电压或者额定输出电流等系统条件的限制，进一步增强了本发明适用的普遍性。
此外，本发明也为同领域内的其他相关问题提供了参考，可以以此为依据进行拓展延伸，运用于领域内其他开关电源控制技术的相关方案中，具有十分广阔的应用前景。
综上所述，本发明的准谐振模式的开关电源控制器和控制方法，通过设定谷底锁定的计时时间，将两个不同谷底切换的频率控制在一定范围之内，可以消除准谐振模式工作时不同谷底切换带来的音频噪声。同时，谷底位置的抖动可以改善系统的EMI特性。此外，本发明的谷底锁存数与输出电压和输出电路的反馈信号不存在对应关系，适用于输出电压和输出功率档位可变的应用。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神和基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (13)

1.一种准谐振模式的开关电源控制器，其特征在于，包括：
过零检测电路（11），用于采样过零点并生成过零信号；
谷底导通逻辑电路（12），用于接收过零信号及最大频率信号，生成谷底开启信号，并依据预设判断逻辑决定是否选择新的谷底进行锁存；
PWM逻辑控制电路（13），用于接收谷底开启信号和最小频率信号，并依据所述谷底开启信号和最小频率信号控制PWM信号导通、依据FB电压信号和CS电压信号控制PWM信号关断；
时间设定电路（14），用于接收PWM信号和FB电压信号，产生最大频率信号及最小频率信号，并依据所述最大频率信号控制PWM工作的最大频率、依据所述最小频率信号控制PWM工作的最小频率；
所述过零检测电路（11）的信号输入端与芯片消磁引脚DMG电性连接，所述谷底导通逻辑电路（12）的信号输入端与所述过零检测电路（11）的信号输出端电性连接，所述PWM逻辑控制电路（13）的信号输入端与所述谷底导通逻辑电路（12）的信号输出端电性连接，所述时间设定电路（14）的信号输入端与所述PWM逻辑控制电路（13）的信号输出端电性连接。
2.根据权利要求1所述的准谐振模式的开关电源控制器，其特征在于，所述谷底导通逻辑电路（12）包括：
谷底计数电路（121），用于接收过零信号，并记录当前周期谐振谷底数；
谷底比较电路（122），用于接收当前周期谐振谷底数以及锁存谷底数，并输出谷底比较结果；
谷底锁定及单向切换电路（123），用于接收最大频率信号、谷底比较结果以及谷底锁定解除信号，并生成谷底导通使能信号；
第一门电路（124），用于接收谷底比较结果以及谷底锁定解除信号，并生成谷底锁存更新信号；
自适应谷底锁存电路（125），用于选定导通谷底并对该谷底进行锁存、同时记录锁存谷底数,当谷底锁存更新信号有效时选择新的谷底进行锁存并对所述锁存谷底数进行更新；
谷底锁定计时电路（126），用于接收谷底锁存更新信号,并生成谷底锁定解除信号，在谷底锁存更新信号有效时开始计时，计满预设时间后将谷底锁定解除信号变为有效信号，指示谷底锁定状态解除；
延时抖动电路（127），用于接收过零信号，进行延时操作，延时时间可变且周期性抖动，并生成谷底信号；
第二门电路（128），用于接收谷底信号以及谷底导通使能信号，并产生谷底导通信号。
3.根据权利要求2所述的准谐振模式的开关电源控制器，其特征在于：
所述过零检测电路（11）的信号输出端分别与所述谷底计数电路（121）的信号输入端以及延时抖动电路（127）的信号输入端电性连接；
所述谷底计数电路（121）的信号输出端分别与所述谷底比较电路（122）的信号输入端以及所述自适应谷底锁存电路（125）的信号输入端电性连接；
所述谷底比较电路（122）的信号输出端分别与所述谷底锁定及单向切换电路（123）的信号输入端以及所述第一门电路（124）的信号输入端电性连接；
所述谷底锁定及单向切换电路（123）的信号输出端与所述第二门电路（128）的信号输入端电性连接；
所述第一门电路（124）的信号输出端分别与所述自适应谷底锁存电路（125）的信号输入端以及所述谷底锁定计时电路（126）的信号输入端电性连接；
所述自适应谷底锁存电路（125）的信号输出端与所述谷底比较电路（122）的信号输入端电性连接；
所述谷底锁定计时电路（126）的信号输出端分别与所述谷底锁定及单向切换电路（123）的信号输入端以及所述第一门电路（124）的信号输入端电性连接；
所述延时抖动电路（127）的信号输出端与所述第二门电路（128）的信号输入端电性连接；
所述第二门电路（128）的信号输出端与所述PWM逻辑控制电路（13）电性连接。
4.根据权利要求2所述的准谐振模式的开关电源控制器，其特征在于：所述谷底计数电路（121）用于记录当前周期谐振谷底数，所述当前周期谐振谷底数为自然数、且在每次PWM信号导通后重置为0。
5.根据权利要求2所述的准谐振模式的开关电源控制器，其特征在于：所述自适应谷底锁存电路（125）接收谷底锁存更新信号，当所述谷底锁存更新信号有效时，将锁存谷底数更新为本次PWM导通时检测到的当前周期谐振谷底数。
6.根据权利要求2所述的准谐振模式的开关电源控制器，其特征在于，所述第一门电路（124）生成的谷底锁存更新信号，其有效条件为：当前周期谐振谷底数大于锁存谷底数，或谷底锁定解除信号有效。
7.根据权利要求2所述的准谐振模式的开关电源控制器，其特征在于：所述谷底锁定计时电路（126）自每次谷底锁存更新信号有效时开始计时，在计满预设参考时间前，本周期的导通谷底为当前已锁定的谷底或已锁定谷底之后的谷底。
8.根据权利要求7所述的准谐振模式的开关电源控制器，其特征在于：
所述预设参考时间限制了两个相邻谷底交替导通的切换频率，对于任一时刻导通谷底由第N个谷底切换成第N+1个谷底的情况，再次出现第N个谷底导通的时刻应在预设参考时间之后，其中，N为正整数。
9.根据权利要求1所述的准谐振模式的开关电源控制器，其特征在于，所述PWM逻辑控制电路（13）包括：
第三门电路（131），用于接收谷底开启信号和最小频率信号，并生成导通信号以控制PWM信号导通；
峰值限流电路（132），用于接收FB电压信号和CS电压电压，并生成关断信号以控制PWM信号关断；
驱动脉冲产生模块（133），用于接收导通信号及关断信号，并生成PWM控制信号；
所述驱动脉冲产生模块（133）的信号输入端分别与所述第三门电路（131）的信号输出端及所述峰值限流电路（132）的信号输出端电性连接。
10.一种准谐振模式的开关电源控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、使用过零检测电路（11）采样过零点，检测并生成过零信号；
S2、使用谷底计数电路（121）计算当前周期谐振谷底数；
S3、接收最大频率信号，并判断是否已达到最大频率，
若已经达到最大频率，则继续执行S4步骤，
若尚未达到最大频率,则跳转至S2步骤；
S4、接收最小频率信号，并判断是否已达到最小频率，
如果尚未达到最小频率，则继续执行S5步骤，
如果已经达到最小频率,则跳转至S8步骤；
S5、判断谷底锁定计时电路（126）是否已经计满预设计时时间，
若已经计满，则在下一个谷底处开启PWM信号，将谷底锁存数的值更新为该谷底对应的当前周期谐振谷底数的值，谷底锁定计时电路（126）清零并重新计时，则跳转至S9步骤；
若尚未计满，则继续执行S6步骤；
S6、比较当前周期谐振谷底数的值与谷底锁存数的值，
若当前周期谐振谷底数大于等于谷底锁存数，则谷底开启信号使能，继续执行S7步骤，
若当前周期谐振谷底数小于谷底锁存数，则跳转至S2步骤；
S7、比较当前周期谐振谷底数的值是否与谷底锁存数的值相等，
若当前周期谐振谷底数等于谷底锁存数，则谷底锁存数保持上一周期的锁存值不变，继续执行S8步骤；
如果当前周期谐振谷底数不等于谷底锁存数，则将谷底锁存数的值更新为当前周期谐振谷底数的值，谷底锁定计时电路（126）重新计时，继续执行S8步骤；
S8、 将PWM信号导通；
S9、结束当前周期的检测，等待PWM信号关闭，随即开启下一周期的检测。
11.根据权利要求10所述的准谐振模式的开关电源控制方法，其特征在于，S5中所述预设计时时间设置为贴近人耳可识别音频的最低频率所对应的周期。
12.根据权利要求10所述的准谐振模式的开关电源控制方法，其特征在于：所述PWM信号的工作周期介于最大频率信号所限定的最大频率以及最小频率信号所限定的最小频率之间，
当最大频率信号有效时，谷底导通使能信号以及谷底脉冲信号可控制PWM信号导通；
当最小频率信号到来且谷底开启信号还未发出时、或者最大频率信号到来且谷底脉冲信号已检测不到时，则PWM信号在最小频率信号到来时直接导通。
13.根据权利要求10所述的准谐振模式的开关电源控制方法，其特征在于：所述谷底计数电路（121）所记录的当前周期谐振谷底数可设置最大数，当计至最大数时，谷底锁存数保持最大计数值不变。
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