CN110445355A - 开关电源及其驱动电路和驱动方法 - Google Patents

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Abstract

公开了开关电源及其驱动电路和驱动方法。驱动电路中包括波峰检测电路、延时电路和开关控制电路。波峰检测电路检测开关电源的输入信号的波峰，当检测到波峰时，延时电路将延长一段延时时间，在延时时间结束后，开关控制电路才开启对开关电源中开关的导通与关断操作。本发明的开关电源能够避开在波峰时刻开启对开关电源中开关的导通与关断操作，可以防止误触发开关导通。

Description

开关电源及其驱动电路和驱动方法
技术领域
本发明涉及开关电源，尤其涉及开关电源中开关的误触发。
背景技术
在开关电源中，通过开关的导通与关断，可以将输入信号转换为输出信号。一种常见的导通控制方式是通过检测和开关耦接的原边绕组上流过的电流并基于该电流产生过零检测信号，然后将该过零检测信号与过零阈值信号进行比较，从而决定是否将开关导通。然而，由于过零检测信号通常具有纹波，当过零检测信号的值与过零阈值信号的值较为接近时，受纹波的影响，过零检测信号容易碰到过零阈值信号，从而将开关导通，但这种由纹波引起的导通情形并非真正所期望的导通情形，我们应当避免。一种更为严重的情形是，纹波不停的上下起伏，进而引发开关不断重复地导通与关断，从而使得流过原边绕组上的电流不断增大，电流最终失控。
图1给出会产生上述误导通情形的一种开关电源100。如图1所示，开关电源100包括开关电路11，开关电路11包括原边绕组LP和第一开关S1，开关电路11通过第一开关S1的导通与关断将具有波峰的输入信号转换为输出信号VOUT。更加具体地，开关电路11采用如图1所示的升压型开关变换结构，将开关电路11输入端接收的电压VFIL转换为比该电压VFIL高的输出电压VOUT。开关电源100还包括一过零检测电路14，其包括辅助绕组LA，辅助绕组LA耦接至原边绕组LP以用于检测流过原边绕组LP的电流IL，并根据电流IL产生过零检测信号VZCD。开关电源100利用导通比较器CMP1将过零检测信号VZCD与过零阈值信号VZCD_TH进行比较，当过零检测信号VZCD下降到过零阈值信号VZCD_TH时，将第一开关S1导通。
由开关电源工作原理可知，在第一开关S1导通时，过零检测信号VZCD的值-VFIL/N；当第一开关S1关断时，过零检测信号VZCD的值为(VOUT-VFIL)/N，其中，N为辅助绕组LA与原边绕组LP的匝数比。这样，若VOUT的值与VFIL的值接近，则在第一开关S1关断时，VZCD的值((VOUT-VFIL)/N)较小，其与过零阈值信号VZCD_TH接近。另一方面，由于开关电源100还包括一滤波电路12，其根据输入信号产生的滤波信号VFIL存在纹波，因此，使得VZCD容易碰到过零阈值信号VZCD_TH，从而导致第一开关S1被误导通。
因此，本发明提出一种开关电源及驱动电路和驱动方法，其至少能解决上述问题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供能够避开在波峰时刻开启对开关电源中开关的导通与关断操作，可以防止误触发开关导通。
根据本发明实施例的一种应用于开关电源中的驱动电路，其中，开关电源包括第一开关，开关电源通过第一开关的导通与关断将具有波峰的输入信号转换为输出信号，驱动电路包括：波峰检测电路，检测输入信号的波峰；延时电路，在检测到输入信号的波峰后延长一段延时时间；以及开关控制电路，在延时时间结束之后开启对开关的导通与关断操作。
根据本发明实施例的一种开关电源，包括：第一开关，开关电源通过第一开关的导通与关断将具有波峰的输入信号转换为输出信号；以及驱动电路。开关电源包括第一开关，开关电源通过第一开关的导通与关断将具有波峰的输入信号转换为输出信号，驱动电路包括：波峰检测电路，检测输入信号的波峰；延时电路，在检测到输入信号的波峰后延长一段延时时间；以及开关控制电路，在延时时间结束之后开启对开关的导通与关断操作。
根据本发明实施例的一种用于开关电源的驱动方法，其中，开关电源包括第一开关，开关电源通过第一开关的导通与关断将具有波峰的输入信号转换为输出信号，驱动方法包括：检测输入信号的波峰；在检测到输入信号的波峰后延长一段延时时间；以及在延时时间结束之后开启对第一开关的导通与关断操作。
在本发明的实施例中，开关电源能够避开在波峰时刻开启对开关电源中开关的导通与关断操作，可以防止误触发开关导通。
附图说明
图1给出会产生第一开关误导通情形的一种开关电源100。
图2示出依据本发明一实施例的开关电源200。
图3示出依据本发明另一实施例的开关电源300。
图4示出一以整流信号SREC为输入信号VIN的开关电源实施例。
图5示出依据本发明一实施例的应用于图2～4所示开关电源中的开关控制电路50。
图6示出包括具有另一种电路结构的逻辑电路503的开关电源600。
图7示出将图5中的开关控制电路50应用于图3中的开关电源300中的开关电源700的示意图。
图8示出图7所示开关电源700的工作波形图。
图9示出依据本发明一实施例的用于开关电源的驱动方法。
图10示出依据本发明另一实施例的波峰检测电路的电路结构示意图1000。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。应当理解，当称“元件”“连接到”或“耦接”到另一元件时，它可以是直接连接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
图2示出依据本发明一实施例的开关电源200。如图2所示，开关电源200包括开关电路21，开关电路21包括相互耦接的第一开关S1和原边绕组LP。开关电源200通过原边绕组LP存储和/或释放能量，且通过第一开关S1的导通与关断将具有波峰的输入信号VIN转换为输出信号VOUT。在一个实施例中，输入信号VIN可以为一交流输入信号，例如正弦波交流电信号。在另一个实施例中，输入信号VIN可以为一直流电信号，例如，正弦波交流电信号经过整流后所产生的馒头波信号。在一个实施例中，第一开关S1为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。在另一实施例中，第一开关S1可以为其他合适的开关类型。
开关电源200还包括驱动电路20。驱动电路20包括波峰检测电路201、延时电路202和开关控制电路203。波峰检测电路201用于检测输入信号VIN的波峰，延时电路202用于在检测到输入信号VIN的波峰后延长一段延时时间TD，开关控制电路203用于在延时时间TD结束之后开启对第一开关S1的导通与关断操作。
在一些实施例中，例如，在输入信号VIN为正弦波交流电信号的实施例中，其中一种实施例是延时时间TD不等于输入信号VIN的半周期的整数倍；延时时间TD不等于输入信号VIN的半周期的整数倍的实施例中一种具体实施例是延时时间TD小于输入信号VIN的半周期；延时时间TD小于输入信号VIN的半周期的实施例中一种具体实施例是延时时间TD等于输入信号VIN的四分之一周期；延时时间TD小于输入信号VIN的半周期的实施例中一种具体实施例是延时时间TD小于输入信号VIN的四分之一周期。在另一些实施例中，例如，在输入信号VIN为馒头波信号的实施例中，其中一种实施例是延时时间TD不等于输入信号VIN的周期的整数倍；延时时间TD不等于输入信号VIN的周期的整数倍的实施例中一种具体的实施例是延时时间TD小于输入信号VIN的周期；延时时间TD小于输入信号VIN的周期的实施例中一种具体的实施例是延时时间TD等于输入信号VIN的半周期；延时时间TD小于输入信号VIN的周期的实施例中一种具体的实施例是延时时间TD小于输入信号VIN的半周期。
具体地，波峰检测电路201接收表征输入信号VIN的前馈信号，通过前馈信号来检测输入信号VIN的波峰，并根据检测结果输出波峰检测信号PKD。在一个实施例中，前馈信号为输入信号VIN经过变换后得到的信号；在另一实施例中，前馈信号为输入信号VIN本身。延时电路202耦接至波峰检测电路201以接收波峰检测信号PKD，并根据波峰检测信号PKD产生延时信号DY。开关控制电路203耦接至延时电路202以接收延时信号DY，且基于延时信号DY决定是否开启对第一开关S1的导通与关断操作。
更具体地，当未检测到输入信号VIN的波峰时，波峰检测信号PKD为无效电平(例如，逻辑低“0”)；当检测当输入信号VIN的波峰时，波峰检测信号PKD产生有效脉冲(例如，逻辑高“1”)。在一实施例中，该有效脉冲为一短脉冲。在波峰检测信号PKD的有效脉冲触发下，延时电路202开始计时且延时信号DY由无效电平(例如，逻辑低“0”)转换为有效电平(例如，逻辑高“1”)，在延时时间TD结束时，延时电路202停止计时且延时信号DY由有效电平转换为无效电平。当延时信号DY为有效电平时，开关控制电路203不会开启对第一开关S1的导通和关断操作；而当延时信号DY由有效电平转换为无效电平后，开关控制电路203才开启对第一开关S1的导通与关断操作，开关电源200通过第一开关S1的周期性导通与关断以将输入信号VIN转换为输出信号VOUT。
在一个实施例中，波峰检测电路201为一模数转换电路ADC。ADC不停地采样前馈信号的值，并将后一时刻的采样值与前一时刻的采样值进行比较，若后一时刻的采样值比前一时刻的采样值大，则认为未检测到输入信号VIN的波峰波峰检测信号PKD为无效电平；若后一时刻的采样值比前一时刻的采样值小，则认为前一时刻检测到输入信号VIN的波峰，波峰检测信号PKD产生有效脉冲。
本领域技术人员应当理解，ADC并不用于限制本发明，另一个实施例中，波峰检测电路201还可以具有其他合适的电路结构。例如，图10示出依据本发明另一实施例的波峰检测电路的电路结构示意图1000。如图10所示，波峰检测电路1000包括一放大器PH，其具有第一输入端、第二输入端和输出端，放大器PH的第一输入端接收表征输入信号VIN的前馈信号。波峰检测电路1000还包括一二极管D，其具有阳极和阴极，二极管D的阳极耦接至放大器PH的输出端，二极管D的阴极耦接至放大器PH的第二输入端。这样，根据电路工作原理可知，二极管D的阴极将输出前馈信号的波峰值VPK。波峰检测电路1000还包括一比较器CMP3，其具有第一输入端、第二输入端和输出端，比较器CMP3的第一输入端耦接至二极管D的阴极，比较器CMP3的第二输入端接收前馈信号，比较器基于前馈信号与波峰值VPK进行比较，若采样到的前馈信号小于波峰值VPK，则PKD输出无效电平，表示未检测到输入信号VIN的波峰；若采样到的前馈信号大于波峰值VPK，则PKD输出有效电平，表示检测到输入信号VIN的波峰。在一个实施例中，比较器CMP3中设置有一补偿值，比较器CMP3将前馈信号与补偿值的差值与波峰值VPK进行比较，这样，即使由于输入信号VIN各个周期的波峰不同，导致前馈信号后来用于检测的周期的峰值小于波峰值VPK，也不会漏检测到该输入信号VIN的波峰。在一个实施例中，放大器PH的第一输入端和第二输入端分别为同相输入端和反相输入端。在另一实施例中，比较器CMP3的第一输入端和第二输入端分别为反相输入端和同相输入端。
本领域技术人员应当理解，依据本发明提出的技术方案，延时信号DY并非一定是开关控制电路203开启对第一开关S1的导通与关断操作的唯一条件。换句话说，在一个实施例中，开关控制电路203还可以受其他条件控制，在其他条件得以满足且延时时间TD结束的情况下才开启对第一开关S1的导通与关断操作。当然，在另一个实施例中，延时信号DY也可以是开关控制电路203开启对第一开关S1的导通与关断操作的唯一条件，只要延时时间TD结束，开关控制电路203便会开启对开关电路11中第一开关S1的导通与关断操作。
图3示出依据本发明另一实施例的开关电源300。如图3所示，开关电源300包括第一开关S1，开关电源300通过第一开关S1的导通与关断将具有波峰的输入信号VIN转换为输出信号VOUT。如图3所示，开关电源300包括一整流电路33。整流电路33用于将交流输入信号VAC进行整流以获得整流信号SREC。在一个实施例中，整流电路33可以为全桥整流电路；在另一实施例中，整流电路33可以为半桥整流电路或其它合适类型的整流电路。在一个实施例中，输入信号VIN为整流前的交流输入信号VAC或经整流后的整流信号SREC。
如图3所示，开关电源300还可以包括滤波电路32，其用于对整流信号SREC进行滤波以获得滤波信号VFIL。图3示意性地示出一种滤波电路结构，如图3所示，滤波电路32包括电容CP1、滤波电容CP2以及滤波电感LF。其中，电容CP1具有第一端和第二端，其第一端耦接至整流电路33以接收整流信号SREC，其第二端耦接至参考地GND。滤波电感LF具有第一端和第二端，其第一端耦接至整流电路33以接收整流信号SREC。滤波电容CP2具有第一端和第二端，其第一端耦接至滤波电感LF的第二端且提供滤波信号VFIL，其第二端耦接至参考地GND。本领域技术人员应当理解，在另一实施例中，滤波电路22可以具有其它合适的结构，例如，在一个实施例中，滤波电路可以包括图3所示的滤波电容CP2和滤波电感LF，但不包括电容CP1。在另一个实施例中，滤波电路可以包括图3所示的滤波电容CP2，但不包括电容CP1和滤波电感LF。
如图3所示，开关电源300还可以包括开关电路31，其包括第一开关S1，开关电路31通过第一开关S1的导通与关断将滤波信号VFIL转换为输出信号VOUT。图3示意性地示出一种开关电路结构，如图3所示，开关电路21具有升压型开关变换结构。具体地，开关电路31包括原边绕组LP(即电感LP)，第一开关S1，第二开关S2以及输出电容Co。原边绕组LP具有第一端和第二端，其中，原边绕组LP的第一端耦接至滤波电路32以接收滤波信号VFIL。第一开关S1具有第一端、第二端和控制端，其第一端耦接至原边绕组LP的第二端，且第二端耦接至参考地GND。在图3所示实施例中，第一开关S1采用MOSFET，在其它实施例中，第一开关S1可以采用其他合适的开关结构。第二开关S2具有第一端和第二端，其第一端耦接至原边绕组LP的第二端。输出电容Co具有第一端和第二端，其第一端耦接至第二开关S2的第二端，其第二端耦接至参考地GND。在图3所示实施例中，第二开关S2采用二极管实现，二极管的阳极作为第二开关S2的第一端，二极管的阴极作为第二开关S2的第二端。在另一实施例中，第二开关S2可以采用其它合适的开关结构，例如，MOSFET。本领域技术人员还应当理解，图3中的升压型开关变换结构只是示例性的，在另一实施例中，开关电路21亦可以采用其它合适类型的开关变换结构。
如图3所示，开关电源300还可以包括前馈电路35，其接收输入信号VIN，并根据输入信号VIN产生表征输入信号VIN的前馈信号VFB1，波峰检测电路301耦接至前馈电路35以接收前馈信号VFB1，并通过前馈信号VFB1来检测输入信号VIN的波峰。图3所示实施例以交流输入信号VAC为输入信号VIN为例，前馈电路23接收交流输入信号VAC并根据交流输入信号VAC产生表征交流输入信号VAC的前馈信号VFB1。图3示意性地示出前馈电路35的一种结构，如图3所示，前馈电路35包括前馈二极管DF1、前馈二极管DF2、前馈电阻RF1和前馈电阻RF2，前馈二极管DF1和前馈二极管DF2分别具有阳极和阴极，前馈二极管DF1和前馈二极管DF2的阳极分别耦接至交流输入信号VAC的负端和正端，前馈二极管DF1和前馈二极管DF2的阴极耦接在一起。前馈电阻RF1具有第一端和第二端，其第一端耦接至前馈二极管DF1和前馈二极管DF2的阴极。前馈电阻RF2具有第一端和第二端，其第一端耦接至前馈电阻RF1的第二端，其第二端耦接至参考地GND。前馈电阻RF1的第二端和前馈电阻RF2的第一端作为公共端提供前馈信号VFB1。本领域技术人员还应当理解，上述前馈电路35并不用于限制本发明，在其它实施例中，前馈电路35还可以具有其它合适的结构。例如，在一个实施例中，前馈电路35还包括一前馈电容，其耦接于前馈电阻RF1和前馈电阻RF2的公共端与参考地GND之间。又在一个实施例中，前馈电路35还包括另一电容，其耦接于交流输入信号VAC的正负端之间。又例如，在另一实施例中，前馈电路35还可以包括前馈二极管DF1和前馈二极管DF2中的一个。
图4示出一以整流信号SREC为输入信号VIN的开关电源实施例。图4所示开关电源400与图3所示开关电源300具有类似结构，不同之处在于，在图4所示实施例中，前馈电路35接收整流信号SREC并根据整流信号SREC产生表征整流信号SREC的前馈信号VFB1。在一个具体实施例中，图4中的前馈电路35包括前馈电阻RF1和RF2，它们之间相互串联耦接后再耦接于整流电路33和参考地GND之间，它们的公共端输出前馈信号。
开关电源300还包括驱动电路30。驱动电路30包括波峰检测电路301、延时电路302和开关控制电路303。波峰检测电路301用于检测输入信号VIN的波峰，延时电路302用于在检测到输入信号VIN的波峰后延长一段延时时间TD，开关控制电路303用于在延时时间TD结束之后开启对第一开关S1的导通与关断操作。
在一些实施例中，例如，在输入信号VIN为交流输入信号VAC的实施例中，其中一种实施例是延时时间TD不等于交流输入信号VAC的半周期的整数倍；延时时间TD不等于交流输入信号VAC的半周期的整数倍的实施例中一种具体实施例是延时时间TD小于交流输入信号VAC的半周期；延时时间TD小于交流输入信号VAC的半周期的实施例中一种具体实施例是延时时间TD等于交流输入信号VAC的四分之一周期；延时时间TD小于交流输入信号VAC的半周期的实施例中一种具体实施例是延时时间TD小于交流输入信号VAC的四分之一周期。在另一些实施例中，例如，在输入信号VIN为整流信号SREC的实施例中，其中一种实施例是延时时间TD不等于整流信号SREC的周期的整数倍；延时时间TD不等于整流信号SREC的周期的整数倍的实施例中一种具体的实施例是延时时间TD小于整流信号SREC的周期；延时时间TD小于整流信号SREC的周期的实施例中一种具体的实施例是延时时间TD等于整流信号SREC的半周期；延时时间TD小于整流信号SREC的周期的实施例中一种具体的实施例是延时时间TD小于整流信号SREC的半周期。
具体地，波峰检测电路301接收表征输入信号VIN的前馈信号，通过前馈信号来检测输入信号VIN的波峰，并根据检测结果输出波峰检测信号PKD。在一个实施例中，前馈信号为输入信号VIN经过变换后得到的信号；在另一实施例中，前馈信号为输入信号VIN本身。延时电路302耦接至波峰检测电路301以接收波峰检测信号PKD，并根据波峰检测信号PKD产生延时信号DY。开关控制电路303耦接至延时电路302以接收延时信号DY，且基于延时信号DY决定是否开启对第一开关S1的导通与关断操作。
更具体地，当未检测到输入信号VIN的波峰时，波峰检测信号PKD为无效电平(例如，逻辑低“0”)；当检测当输入信号VIN的波峰时，波峰检测信号PKD产生有效脉冲(例如，逻辑高“1”)。当波峰检测信号PKD产生有效脉冲时，延时电路302开始计时且延时信号DY由无效电平(例如，逻辑低“0”)转换为有效电平(例如，逻辑高“1”)，在延时时间TD结束时，延时电路302停止计时且延时信号DY由有效电平转换为无效电平。当延时信号DY为有效电平时，开关控制电路303不会开启对第一开关S1的导通和关断操作；而当延时信号DY由有效电平转换为无效电平后，开关控制电路303才开启对第一开关S1的导通与关断操作，开关电源300通过第一开关S1的周期性导通与关断以将输入信号VIN转换为输出信号VOUT。
在一个实施例中，波峰检测电路301为一模数转换电路ADC。ADC不停地采样前馈信号的值，并将后一时刻的采样值与前一时刻的采样值进行比较，若后一时刻的采样值比前一时刻的采样值大，则认为未检测到输入信号VIN的波峰，波峰检测信号PKD为无效电平；若后一时刻的采样值比前一时刻的采样值小，则认为前一时刻检测到输入信号VIN的波峰，波峰检测信号PKD产生有效脉冲。本领域技术人员应当理解，在ADC并不用于限制本发明，另一个实施例中，波峰检测电路301还可以具有其他合适的电路结构，例如，图10所示意的波峰检测电路1000。
本领域技术人员应当理解，依据本发明提出的技术方案，延时信号DY并非一定是开关控制电路303开启对第一开关S1的导通与关断操作的唯一条件。换句话说，在一个实施例中，开关控制电路303还可以受其他条件控制，在其他条件得以满足且延时时间TD结束的情况下才开启对第一开关S1的导通与关断操作。当然，在另一个实施例中，延时信号DY也可以是开关控制电路303开启对第一开关S1的导通与关断操作的唯一条件，只要延时时间TD结束，开关控制电路303便会开启对开关电路31中第一开关S1的导通与关断操作。
图5示出依据本发明一实施例的应用于图2～4所示开关电源中的开关控制电路50。如图5所示，开关控制电路50包括导通时刻产生电路501、关断时刻产生电路502以及逻辑电路503。导通时刻产生电路501产生导通信号SON以用于控制第一开关S1的导通时刻。关断时刻产生电路502产生关断信号SOFF以用于控制第一开关S1的关断时刻。逻辑电路503耦接至导通时刻产生电路501、关断时刻产生电路502和延时电路503(未示出)以接收导通信号SON、关断信号SOFF以及延时信号DY，并根据导通信号SON、关断信号SOFF以及延时信号DY产生控制信号CTRL以控制第一开关S1的导通与关断。
在图5所示开关控制电路50所应用的开关电源中，开关电源还包括过零检测电路54，过零检测电路54耦接至原边绕组LP以检测流过原边绕组LP的原边电流IL并产生表征原边电流IL的过零检测信号VZCD。图5示意性地示出一种过零检测电路54的电路结构，如图5所示，过零检测电路54包括辅助绕组LA，其耦合至原边绕组LP以检测流过原边绕组LP的原边电流IL。具体地，辅助绕组LA具有第一端和第二端，其第一端用于提供过零检测信号VZCD，其第二端耦接至参考地GND。
在另一个实施例中，过零检测电路54还可以包括一检测电阻RZCD，其具有第一端和第二端，其第一端耦接至辅助绕组LA的第一端，其第二端用于提供过零检测信号VZCD。
导通时刻产生电路501包括导通比较器CMP1，其具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中，其第一输入端耦接至过零检测电路54以接收过零检测信号VZCD，其第二输入端接收过零阈值信号VZCD_TH，导通比较器CMP1将过零检测信号VZCD与过零阈值信号VZCD_TH进行比较，并根据比较结果产生导通信号SON以控制第一开关S1何时导通。在一个实施例中，导通比较器CMP1的第一输入端为反相输入端，且第二输入端为同相输入端。
关断时刻产生电路502接收表征输出电压VOUT的反馈信号VFBO，并根据反馈信号VFBO的大小产生关断信号SOFF以控制的第一开关S1何时关断。具体地，如图5所示，关断时刻产生电路502包括误差放大器EA和关断比较器CMP2。误差放大器EA具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中，其第一输入端接收反馈信号VFBO，其第二输入端接收参考信号VREF，误差放大器EA对反馈信号VFBO与参考信号VREF的差值进行放大，以在其输出端提供误差放大信号VEAO。关断比较器CMP2具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中，其第一输入端耦接至误差放大器EA的输出端以接收误差放大信号VEAO，其第二输入端接收表征输入信号VIN的瞬时值的斜坡信号VRAMP，关断比较器CMP2将放大信号VEAO与斜坡信号VRAMP进行比较，并根据比较结果产生关断信号SOFF以控制第一开关S1何时关断。在一个实施例中，误差放大器EA的第一输入端为反相输入端，且第二输入端为同相输入端。在另一个实施例中，导通比较器CMP1的第一输入端为反相输入端，且第二输入端为同相输入端。
逻辑电路503接收导通信号SON、关断信号SOFF以及延时信号DY，并根据导通信号SON、关断信号SOFF以及延时信号DY产生控制信号CTRL来控制第一开关S1的导通与关断。具体地，当延时电路在计时时，即当延时信号DY为有效电平(逻辑“1”)时，导通信号SON和关断信号SOFF被延时信号DY覆盖而不起作用，延时信号DY起作用，逻辑电路503输出无效电平(逻辑“0”)，第一开关S1关断；当延时电路停止计时后，即延时信号DY为无效电平(逻辑“0”)时，延时信号DY不再起作用，此时，开关控制电路50基于导通信号SON和关断信号SOFF来控制第一开关S1的导通与关断。若导通信号SON为有效电平，则逻辑电路503输出有效电平以控制第一开关S1导通；若关断信号SOFF为有效电平，则逻辑电路503输出无效电平以控制第一开关S1关断。
图5给出逻辑电路503的一种具体电路结构。逻辑电路503包括或门电路OR，其具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中，第一输入端接收延时信号DY，第二输入端耦接至关断时刻产生电路502以接收关断信号SOFF，或门电路OR根据延时信号DY和关断信号SOFF产生或信号SOR。逻辑电路503还包括RS触发器FF，其具有置位端S、复位端R和输出端Q，其中，置位端S耦接至或门电路OR以接收导通信号SON，复位端R耦接至或门电路OR以接收或信号SOR，RS触发器FF根据导通信号SON和或信号SOR在输出端Q产生控制信号CTRL。
本领域技术人员应当理解，图5所示逻辑电路503只是示意性的，在其他实施例中，逻辑电路503可以具有其他结构。图6示出包括具有另一种电路结构的逻辑电路503的开关电源600。在图6所示的逻辑电路503中，逻辑电路503不包括或门电路OR，而是包括一反相电路INV和一与门电路AND。反相电路INV接收延时信号DY并将延时信号DY反相后输出。与门电路AND具有第一输入端、第二输入端和输出端，与门电路AND的第一输入端耦接至导通时刻产生电路501以接收导通信号SON，其第二输入端接收延时信号DY的反相信号，与门电路AND将导通信号SON和延时信号DY的反相信号作逻辑与运算并在输出端输出与信号SAND。具体地，当延时信号DY为有效电平时，其反相信号为无效电平，其将覆盖掉导通信号SON，即无论导通信号SON为有效电平或无效电平，与信号SAND都为无效电平，不会导通第一开关S1，即开关电源600不会对开关进行导通与关断的操作。而在延时信号DY转变为无效电平时，其反相信号为有效电平，导通信号SON作用于触发器FF，触发器FF根据导通信号SON和关断信号SOFF来生成控制信号CTRL控制第一开关S1的导通与关断。
又在一实施例中，逻辑电路503可以不包括或门电路OR，而是包括一开关，其耦接于触发器FF的输出端和参考地GND之间，并受延时信号DY控制。当延时信号DY为有效电平时，该开关导通，触发器FF的输出被拉低至参考地GND，第一开关S1不会导通，即开关电源不会开启对开关的导通与关断操作。而在延时信号DY转变为无效电平时，该开关关断，触发器FF根据导通信号SON和关断信号SOFF来生成控制信号CTRL控制第一开关S1的导通与关断。
本领域技术人员还应当理解，在另外一些实施例中，延时信号DY并非是开关电源开启对第一开关S1导通和关断操作的唯一条件，或者说，逻辑电路503还接收表征其它状态条件的信号。例如，在一个实施例中，开关电源还检测供电电压是否已满足预设条件，在供电电压已满足预设条件且延时信号DY已满足条件的情况下，才开启对第一开关S1的导通与关断操作；在又一实施例中，开关电源还检测交流输入信号是否已满足预设条件，在交流输入信号已满足预设条件且延时信号DY已满足条件的情况下，才开启对第一开关S1的导通与关断操作；或者在又一实施例中，在供电电压已满足预设条件、交流输入信号已满足预设条件且延时信号DY已满足条件的情况下，才开启对第一开关S1的导通与关断操作。
为了便于工作原理和波形的描述，图7示出了将图5中的开关控制电路50应用于图3中的开关电源300中的开关电源700的示意图。图8示出图7所示开关电源700的工作波形图。图8从上至下依次示出了交流输入信号VAC、波峰检测信号PKD、延时信号DY、控制信号CTRL、输出信号VOUT、原边电流IL、过零检测信号VZCD和导通信号SON。
如图8所示，交流输入信号VAC具有波峰PK，在t0时刻，交流输入信号VAC波峰PK到来，波峰检测电路704检测到交流输入信号VAC的波峰PK，波峰检测信号PKD产生有效脉冲P。在该有效脉冲P的触发下，延时信号DY从无效电平(“0”)跳变至有效电平(“1”)，延时电路705开始计时。在t1时刻，延时时间TD结束，延时电路705停止计时，延时信号DY又从有效电平(“1”)跳变至无效电平(“0”)。此时，开关控制电路70开始控制第一开关S1的导通与关断，通过第一开关S1周期性地导通与关断，开关电源将交流输入信号VAC转换为输出信号VOUT。在t2时刻，交流输入信号VAC的下一个波峰PK到来。
由开关电源700的电路原理可知，当控制信号CTRL为高电平时，第一开关S1导通时，流过第一开关S1的电流IL增大，过零检测信号VZCD的值为-VFIL/N；当第一开关S1断开时，流过第一开关S1的电流IL减小，过零检测信号VZCD的值为(VOUT-VFIL)/N(未考虑纹波的情况下)，其中，N为辅助绕组LA和原边绕组LP之间的匝数比。当电流IL减小到零后，过零检测信号VZCD的值迅速下降至过零阈值信号VZCD_TH，此时，导通信号SON起作用，将第一开关S1导通，直到第一开关S1的关断条件满足时。
如图8所示，由于在时刻t1，滤波信号VFIL的值小于交流输入信号VAC的波峰值VPK，而无论何时，输出信号VOUT的起始值和交流输入信号VAC的波峰值VPK相同，因此，时刻t1以后的第一个周期内，过零检测信号VZCD的值(VOUT-VFIL)/N将较大，即使叠加了纹波，也不会碰到过零阈值信号VZCD_TH而触发第一开关S1导通。而在下一个波峰PK到来的t2时刻，虽然滤波信号VFIL的值为交流输入信号VAC的波峰值VPK，但由于在t1～t2时段中，开关电路70已经经过多个周期的导通与关断操作，使得输出信号VOUT上升，大于滤波信号VFIL(t2时刻为交流输入信号VAC的波峰值VPK)较多，从而进一步使得过零检测信号VZCD的值(VOUT-VFIL)/N即使叠加上纹波，也不会碰到过零阈值信号VZCD_TH而误触发第一开关S1导通。
因此，由本发明提出的技术方案，可以避免开关电源700在输入信号VIN的波峰附近启动对第一开关S1的导通与关断操作，从而避免由于输出信号VOUT和开关电路70所接收到的电压VFIL相接近，而引起过零检测信号VZCD与纹波的叠加值碰到过零阈值信号VZCD_TH而误触发第一开关S1导通。
图9示出依据本发明一实施例的用于开关电源的驱动方法。其中，开关电源包括第一开关S1，开关电源通过第一开关S1的导通与关断将具有波峰的输入信号VIN转换为输出信号VOUT。
如图9所示，驱动方法包括步骤901～903。在步骤901中，检测输入信号VIN的波峰。在检测到输入信号VIN的波峰后，进入步骤902，延长一段延时时间TD。在延时时间TD结束后，进入步骤903，开启对第一开关的导通与关断操作。
在一个实施例中，开关电源接收交流输入信号，并对交流输入信号进行整流，转换为整流信号。在一个实施例中，输入信号为交流输入信号。在输入信号为交流输入信号的实施例中，其中一种实施例是延时时间TD不等于交流输入信号的半周期的整数倍；延时时间TD不等于交流输入信号的半周期的整数倍的实施例中一种具体实施例是延时时间TD小于交流输入信号的半周期；延时时间TD小于交流输入信号的半周期的实施例中一种具体实施例是延时时间TD等于交流输入信号的四分之一周期；延时时间TD小于交流输入信号的半周期的实施例中一种具体实施例是延时时间TD小于交流输入信号的四分之一周期。在另一个实施例中，输入信号为整流信号。在输入信号为整流信号的实施例中，其中一种实施例是延时时间TD不等于整流信号的周期的整数倍；延时时间TD不等于整流信号的周期的整数倍的实施例中一种具体的实施例是延时时间TD小于整流信号的周期；延时时间TD小于整流信号的周期的实施例中一种具体的实施例是延时时间TD等于整流信号的半周期；延时时间TD小于整流信号的周期的实施例中一种具体的实施例是延时时间TD小于整流信号的半周期。
延时时间小于整流信号的周期。虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (19)

1.一种应用于开关电源中的驱动电路，其中，开关电源包括第一开关，开关电源通过第一开关的导通与关断将具有波峰的输入信号转换为输出信号，驱动电路包括：
波峰检测电路，检测输入信号的波峰；
延时电路，在检测到输入信号的波峰后延长一段延时时间；以及
开关控制电路，在延时时间结束之后开启对开关的导通与关断操作。
2.如权利要求1所述的驱动电路，其中，
波峰检测电路接收表征输入信号的前馈信号，通过前馈信号来检测输入信号的波峰，并根据检测结果输出波峰检测信号；
延时电路耦接至波峰检测电路以接收波峰检测信号，并根据波峰检测信号产生延时信号；以及
开关控制电路，耦接至延时电路以接收延时信号，且基于延时信号决定是否开启对第一开关的导通与关断操作。
3.如权利要求2所述的驱动电路，其中，
在波峰检测电路检测到输入信号的波峰时，波峰检测信号由无效电平转换为有效电平；
当波峰检测信号由无效电平转换为有效电平时，延时电路开始计时且延时信号由无效电平转换为有效电平，在延时时间结束时，延时电路停止计时且延时信号由有效电平转换为无效电平；以及
在延时信号由有效电平转换为无效电平之后，开关控制电路才开启对第一开关的导通与关断操作。
4.如权利要求1所述的驱动电路，其中，波峰检测电路为模数转换电路。
5.如权利要求1所述的驱动电路，其中，开关控制电路包括：
导通时刻产生电路，产生导通信号，用于控制第一开关的导通时刻；
关断时刻产生电路，产生关断信号，用于控制第一开关的关断时刻；以及
逻辑电路，耦接至导通时刻产生电路、关断时刻产生电路以及延时电路以分别接收导通信号、关断信号和延时信号，并根据导通信号、关断信号和延时信号产生开关控制信号以控制第一开关的导通与关断。
6.如权利要求5所述的驱动电路，其中，开关电源包括原边绕组和过零检测电路，过零检测电路耦接至原边绕组以检测流过原边绕组的原边电流并产生表征原边电流的过零检测信号，其中，导通时刻产生电路包括导通比较器，具有第一输入端、第二输入端以及输出端，其中，导通时刻产生电路的第一输入端耦接至过零检测电路以接收过零检测信号，第二输入端接收过零阈值电压，导通比较器将过零检测信号与过零阈值电压进行比较以产生导通信号。
7.如权利要求5所述的驱动电路，其中，关断时刻产生电路包括：
误差放大器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中，误差放大器的第一输入端接收表征输出信号的反馈信号，误差放大器的第二输入端接收参考信号，误差放大器将参考信号与反馈信号的差值进行放大，在输出端产生误差放大信号；以及
关断比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中，关断比较器的第一输入端耦接至误差放大器的输出端，关断比较器的第二输入端接收斜坡信号，关断比较器将误差放大信号与斜坡信号进行比较，在输出端产生关断信号。
8.如权利要求1所述的驱动电路，其中，开关电源包括：
整流电路，用于将交流输入信号进行整流以获得整流信号，其中，输入信号为交流输入信号或表征交流输入信号的信号；
滤波电路，用于对整流信号进行滤波以获得滤波信号；以及
开关电路，包括第一开关，开关电路通过第一开关的导通与关断将滤波信号转换为输出信号。
9.如权利要求8所述的驱动电路，其中，开关电路包括：
原边绕组，具有第一端和第二端，其中，原边绕组的第一端接收滤波信号；
第一开关，具有第一端、第二端和控制端，其中，第一开关的第一端耦接至原边绕组的第二端，第一开关的第二端耦接至参考地，第一开关的控制端耦接至开关控制电路且在开关控制电路的控制下导通或关断；
第二开关，具有第一端和第二端，其中，第二开关的第一端耦接至原边绕组的第二端；以及
输出电容，具有第一端和第二端，其中，输出电容的第一端耦接至第二开关的第二端且提出输出信号，输出电容的第二端耦接至参考地。
10.如权利要求8所述的驱动电路，其中，滤波电路包括：
滤波电感，具有第一端和第二端，滤波电感的第一端耦接至整流电路以接收整流信号；以及
滤波电容，滤波电容具有第一端和第二端，其中，滤波电容的第一端耦接至滤波电感的第二端且提供滤波信号，滤波电容的第二端耦接至参考地。
11.如权利要求8所述的驱动电路，其中，开关电源还包括前馈电路，前馈电路接收输入信号并根据输入信号产生表征输入信号的前馈信号，波峰检测电路耦接至前馈电路以接收前馈信号，并通过前馈信号检测输入信号的波峰。
12.如权利要求8所述的驱动电路，其中，输入信号为交流输入信号，延时时间小于交流输入信号的半周期；或者输入信号为整流信号，延时时间小于整流信号的周期。
13.一种开关电源，包括：
第一开关，开关电源通过第一开关的导通与关断将具有波峰的输入信号转换为输出信号；以及
如权利要求1至12中任意一项所述的驱动电路。
14.如权利要求13所述的开关电源，其中，开关电源还包括：
整流电路，用于将交流输入信号进行整流以获得整流信号，其中，输入信号为交流输入信号或表征交流输入信号的信号；
滤波电路，用于对整流信号进行滤波以获得滤波信号；以及
开关电路，包括第一开关，开关电路通过第一开关的导通与关断将滤波信号转换为输出信号。
15.如权利要求14所述的开关电源，其中，开关电路包括：
原边绕组，具有第一端和第二端，其中，原边绕组的第一端接收滤波信号；
第一开关，具有第一端、第二端和控制端，其中，第一开关的第一端耦接至原边绕组的第二端，第一开关的第二端耦接至参考地，第一开关的控制端耦接至开关控制电路且在开关控制电路的控制下导通或关断；
第二开关，具有第一端和第二端，其中，第二开关的第一端耦接至原边绕组的第二端；以及
输出电容，具有第一端和第二端，其中，输出电容的第一端耦接至第二开关的第二端且提出输出信号，输出电容的第二端耦接至参考地。
16.如权利要求14所述的开关电源，其中，滤波电路包括：
滤波电感，具有第一端和第二端，滤波电感的第一端耦接至整流电路以接收整流信号；以及
滤波电容，滤波电容具有第一端和第二端，其中，滤波电容的第一端耦接至滤波电感的第二端且提供滤波信号，滤波电容的第二端耦接至参考地。
17.如权利要求14所述的开关电源，其中，开关电源还包括前馈电路，前馈电路接收输入信号并根据输入信号产生表征输入信号的前馈信号，波峰检测电路耦接至前馈电路以接收前馈信号，并通过前馈信号检测输入信号的波峰。
18.一种用于开关电源的驱动方法，其中，开关电源包括第一开关，开关电源通过第一开关的导通与关断将具有波峰的输入信号转换为输出信号，驱动方法包括：
检测输入信号的波峰；
在检测到输入信号的波峰后延长一段延时时间；以及
在延时时间结束之后开启对第一开关的导通与关断操作。
19.如权利要求18所述的驱动方法，其中，开关电源接收交流输入信号，并对交流输入信号进行整流，转换为整流信号，其中，输入信号为交流输入信号，延时时间小于交流输入信号的半周期；或者输入信号为整流信号，延时时间小于整流信号的周期。
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