CN110677018B - 控制电路、控制方法和开关变换器 - Google Patents

控制电路、控制方法和开关变换器 Download PDF

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Abstract

公开了一种控制电路、控制方法和开关变换器。通过生成断续时间参考信号，进而根据断续时间参考信号锁定合适的谷底作为下一周期的导通谷底，在导通谷底生成开启信号触发功率开关导通。由此，可以较为准确地锁定导通谷底，减小开关频率对锁定导通谷底的影响。

Description

控制电路、控制方法和开关变换器
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种控制电路、控制方法和开关变换器。
背景技术
反激式开关变换器广泛应用于小功率的直流/直流电源变换领域，当反激式开关电源工作于准谐振模式时，由于功率开关管在漏极电压到达谷底位置时开通，所以具有较高的转换效率和较低的EMI(Electromagnetic Interference，电磁干扰)，因此该控制模式得到了广泛的应用。由于反激式开关电源一般采用频率控制，使得在断续导通时，会出现频率控制点与谐振谷底时刻不对应，造成开通时刻抖动，也就是功率开关在两个相邻的谷底轮流导通，当这个谷底交替导通的频率处于听觉频率范围之内时，就会产生明显的音频噪声，影响变换器的使用。
现有技术中的一种防止谷底开通点抖动的方式是通过检测设定时间范围内的开关频率，来选定后续设定时间范围内功率开关锁定在某个谷底导通，以使得在一定时间范围内将开关频率限定在某个谷底导通。由此，可以避免功率开关轮流在两个谷底导通，在一定时间范围内锁定在某个谷底导通。
然而，现有技术的防止谷底开通点抖动的方式仍然受限于开关频率，在输入电压纹波较大时，频率波动仍然很大，不能准确地锁定合适的导通谷底。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种控制电路、控制方法和开关变换器，可以较为准确地锁定导通谷底，减小开关频率对锁定导通谷底的影响。
第一方面，本发明实施例的提供了一种控制电路，用于控制开关变换器的功率级电路，所述功率级电路包括磁性元件和用于控制电流流入所述磁性元件的功率开关，所述控制电路包括：
断续时间确定电路，被配置为产生断续时间参考信号；
谷底检测电路，被配置为检测所述磁性元件消磁后功率开关两端的振荡波形的谷底，并输出谷底检测信号；以及
谷底导通电路，被配置为根据所述断续时间参考信号和所述谷底检测信号确定导通谷底，在所述导通谷底生成开启信号，所述开启信号用于触发所述功率开关导通。
优选地，所述断续时间确定电路被配置为根据补偿信号和预定的对应关系曲线确定所述断续时间参考信号，其中所述补偿信号表征所述开关变换器输出电压反馈信号和输出电压参考值之间的误差。
优选地，所述断续时间参考信号与所述补偿信号具有相反的变化趋势。
优选地，当所述补偿信号逐渐减小时，所述断续时间参考信号变化速率逐渐增大。
优选地，所述谷底导通电路包括：
第一计数电路，被配置为根据所述断续时间参考信号获取当前周期的谷底选定值；
第二计数电路，被配置为根据所述谷底检测信号获取当前谷底值；以及
开启信号生成电路，被配置为根据所述当前谷底值和所述当前周期的谷底选定值生成所述开启信号。
优选地，所述第一计数电路被配置为在当前周期的导通谷底对应的时间信号位于所述断续时间参考信号的设定范围内时，控制所述当前周期的谷底选定值为上一周期的谷底选定值。
优选地，所述第一计数电路被配置为在当前周期的导通谷底对应的时间信号小于所述断续时间参考信号的低限值时，输出当前周期的谷底选定值为上一周期的谷底选定值加一；在当前周期的导通谷底对应的时间信号大于所述断续时间参考信号的高限值时，输出当前周期的谷底选定值为上一周期的谷底选定值减一。
优选地，所述开启信号生成电路在当前周期的导通谷底对应的时间信号小于所述低限值时，根据所述功率开关的断续时间生成所述开启信号，其中所述断续时间为所述磁性元件消磁后的时间段。
优选地，所述第一计数电路包括：
第一比较器，被配置为根据所述断续时间参考信号和第一基准信号获取第一比较信号；
第二比较器，被配置为根据所述断续时间参考信号和第二基准信号获取第二比较信号；以及
双向计数器，被配置为根据所述第一比较信号和所述第二比较信号输出当前周期的谷底选定值，其中所述第一基准信号为当前周期的锁定时间信号与第一迟滞信号之和，所述第二基准信号为当前周期锁定时间信号与第二迟滞信号之差。
优选地，所述开启信号生成电路包括：
第三比较器，被配置为根据所述断续时间参考信号和断续时间对应的电信号生成第三比较信号，所述断续时间为所述磁性元件消磁后的时间段；
触发信号生成电路，被配置为根据所述第二比较信号、所述当前周期的谷底选定值和所述当前谷底值生成触发信号；以及
逻辑电路，被配置为根据所述第三比较信号、所述谷底检测信号和所述触发信号生成开启信号。
优选地，所述第三比较器被配置为在所述断续时间参考信号小于所述断续时间对应的电信号与第一迟滞信号之和时，输出所述第三比较信号为高电平。
优选地，所述触发信号生成电路包括：
第一门电路，被配置为根据所述当前谷底值和所述当前周期的谷底选定值输出当前周期的锁定时间信号；
第二门电路，被配置为根据所述第二比较信号和所述锁定时间信号输出置位信号；以及
触发器，被配置为根据所述置位信号输出触发信号。
第二方面，本发明实施例提供了一种控制方法，用于控制开关变换器的功率级电路，所述功率级电路包括磁性元件和用于控制电流流入所述磁性元件的功率开关，所述控制方法包括：
产生断续时间参考信号；
检测所述磁性元件消磁后功率开关两端的振荡波形的谷底，并输出谷底检测信号；以及
根据所述断续时间参考信号和所述谷底检测信号确定导通谷底，在所述导通谷底生成开启信号，所述开启信号用于触发所述功率开关导通。
优选地，产生断续时间参考信号为根据补偿信号和预定的对应关系曲线确定所述断续时间参考信号，其中所述补偿信号表征所述开关变换器输出电压反馈信号和输出电压参考值之间的误差。
优选地，所述断续时间参考信号与所述补偿信号具有相反的变化趋势。
优选地，当所述补偿信号逐渐减小时，所述断续时间参考信号变化速率逐渐增大。
优选地，根据所述断续时间参考信号和所述谷底检测信号确定导通谷底，在所述导通谷底生成开启信号包括：
根据所述断续时间参考信号获取当前周期的谷底选定值；
根据所述谷底检测信号获取当前谷底值；以及
根据所述当前谷底值和所述当前周期的谷底选定值生成所述开启信号。
优选地，根据所述断续时间参考信号获取当前周期的谷底选定值为在当前周期的导通谷底对应的时间信号位于所述断续时间参考信号的设定范围内时，控制所述当前周期的谷底选定值为上一周期的谷底选定值。
优选地，根据所述断续时间参考信号获取当前周期的谷底选定值为在当前周期的导通谷底对应的时间信号小于所述断续时间参考信号的低限值时，输出当前周期的谷底选定值为上一周期的谷底选定值加一；在当前周期的导通谷底对应的时间信号大于所述断续时间参考信号的高限值时，输出当前周期的谷底选定值为上一周期的谷底选定值减一。
优选地，根据所述当前谷底值和所述当前周期的谷底选定值生成所述开启信号为在当前周期的导通谷底对应的时间信号小于所述低限值时，根据所述功率开关的断续时间生成所述开启信号，其中所述断续时间为所述磁性元件消磁后的时间段。
优选地，根据所述断续时间参考信号获取当前周期的谷底选定值包括：
根据所述断续时间参考信号和第一基准信号获取第一比较信号；
根据所述断续时间参考信号和第二基准信号获取第二比较信号；以及
根据所述第一比较信号和所述第二比较信号输出当前周期的谷底选定值，其中所述第一基准信号为当前周期的锁定时间信号与第一迟滞信号之和，所述第二基准信号为当前周期锁定时间信号与第二迟滞信号之差。
优选地，根据所述当前谷底值和所述当前周期的谷底选定值生成所述开启信号包括：
根据所述断续时间参考信号和断续时间对应的电信号生成第三比较信号，所述断续时间为所述磁性元件消磁后的时间段；
根据所述第二比较信号、所述当前周期的谷底选定值和所述当前谷底值生成触发信号；以及
根据所述第三比较信号、所述谷底检测信号和所述触发信号生成开启信号。
优选地，根据所述断续时间参考信号和断续时间对应的电信号生成第三比较信号为在所述断续时间参考信号小于所述断续时间对应的电信号与第一迟滞信号之和时，输出所述第三比较信号为高电平。
优选地，根据所述第二比较信号、所述当前周期的谷底选定值和所述当前谷底值生成触发信号包括：
根据所述当前谷底值和所述当前周期的谷底选定值输出当前周期的锁定时间信号；
根据所述第二比较信号和所述锁定时间信号输出置位信号；以及
根据所述置位信号输出触发信号。
第三方面，本发明实施例提供了一种开关变换器，所述开关变换器包括：
如第一方面所述的控制电路；以及
功率级电路，包括磁性元件和用于控制电流流入所述磁性元件的功率开关；
其中，所述控制电路被配置为在导通谷底生成控制信号控制所述功率开关导通。
本发明实施例的技术方案通过生成断续时间参考信号，进而根据断续时间参考信号锁定合适的谷底作为下一周期的导通谷底，在导通谷底生成开启信号触发功率开关导通。由此，可以较为准确地锁定导通谷底，减小开关频率对锁定导通谷底的影响。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1是本发明实施例的开关变换器的电路图；
图2是本发明实施例的开关变换器的工作波形图；
图3是本发明实施例的控制电路的结构示意图；
图4是本发明实施例的预定的对应关系曲线图；
图5是本发明实施例的谷底导通电路的电路图；
图6是本发明实施例的第一计数电路的输出信号的二进制与谷底选定值的对照图；
图7是本发明实施例的第二计数电路的输出信号的二进制与当前谷底值的对照图；
图8是本发明实施例的第一门电路的电路图；
图9是本发明实施例的开关变换器的工作波形图；
图10是本发明实施例的开关变换器的工作波形图；
图11是本发明实施例的开关变换器的工作波形图；
图12是本发明实施例的控制方法的流程图。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。
除非上下文明确要求，否则整个申请文件中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
图1是本发明实施例的开关变换器的电路图。如图1所示，本发明实施例的开关变换器为反激式开关变换器，包括整流电路1、变压器2、误差放大电路3、控制电路4和功率开关Q。其中，整流电路1被配置为将输入交流电压Vac转换为直流电压输出。变压器2被配置为将所述整流电路1输出的直流电压变压后输出到输出端。误差放大电路3被配置为根据输出电压反馈信号获取误差信号，所述误差信号用于表征开关变换器的输出电压反馈信号和输出电压参考值之间的误差。
在本实施例中，整流电路1为全桥整流电路，包括四个二极管。应理解，图示整流电路仅为本发明的一种实施例，具有其它结构的整流电路(例如半桥整流)也同样适用。还应理解，本发明以二极管整流方式为例进行说明，应理解，整流电路1也可以采用同步整流方式，通过多个受控开关实现对输入交流电压Vac进行整流。
在本实施例中，开关变换器还包括电容C1，并联在所述整流电路1的输出端，用于对整流电路的输出电压进行滤波。
在本实施例中，变压器2包括原边绕组L1和副边绕组L2，将所述整流电路1输出的直流电压变压后输出到输出端。进一步地，磁性元件为变压器的原边绕组L1。
在本实施例中，功率开关Q可以采用各种现有的可控电开关器件，例如，金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、双极结型晶体管(BJT)，或者，绝缘栅双极晶体管(IGBT)。
在本实施例中，二极管D2与功率开关Q并联。应理解，二极管D2可以是单独设置的与功率开关Q并联的二极管，也可以是功率开关Q的体二极管。
在本实施例中，开关变换器还包括电阻R1，连接在功率开关Q和接地端。
在本实施例中，功率开关Q与所述原边绕组L1连接，当功率开关Q导通，原边绕组L1会有电流流过，能量就会储存在其中，由于变压器2的原边绕组L1与副边绕组L2的线圈极性是相反的，因此二极管D1不会导通，输出功率则由C2来提供。当功率开关Q关断时，变压器2的原边绕组L1和副边绕组L2的电压极性将会反转，二极管D1导通，存储在原边绕组L1中的能量会经二极管D1传递到电容C2和负载。
在本实施例中，输出信号采样电路包括电阻R2和R3，用于采样输出电压以获取输出电压反馈信号Vfb。
在本实施例中，误差放大电路3被配置为将输出电压反馈信号Vfb和输出电压参考值之间的误差经误差放大器输出误差信号Vcs，并通过光耦将所述误差信号从变压器副边传输至原边。
在本实施例中，控制电路4被配置为产生断续时间参考信号，并检测变压器2消磁后功率开关Q两端的振荡波形的谷底以产生谷底检测信号，从而根据断续时间参考信号和谷底检测信号确定导通谷底，在所述导通谷底控制功率开关Q导通，同时通过闭环、负反馈调节在操作条件(例如输入电压和/或输出电流)发生变化时调节开关变换器的输出功率满足期望的输出功率。
在本实施例中，控制电路4被配置为根据误差信号生成补偿信号，根据所述补偿信号确定断续时间参考信号，根据所述断续时间参考信号确定导通谷底，在所述导通谷底生成开启信号，所述开启信号用于触发所述功率开关Q导通。其中，所述断续时间参考信号为表征时间的电信号，具体地，断续时间参考信号用于表征参考时间Tref，所述参考时间Tref为功率开关Q期望的断续时间，其中断续时间为流过变压器副边绕组的电流下降到零之后的时间段。
图2是本发明实施例的开关变换器的工作波形图。如图2所示，横坐标为时间t，纵坐标为功率开关Q的漏极电压Vdrain。t0-t1时间段为功率开关Q的导通时间，t1-t2时间段为变压器2中储存能量的释放时间，也即二极管D1导通的时间，t2-t5时间段功率开关Q的断续时间，也即流过变压器副边绕组的电流下降到零之后的时间段。对于反激式开关变换器来说，在t2时刻，当副边放电结束后，也即变压器消磁后，由于功率开关的寄生电容与电路中的电阻、电感发生谐振，功率开关Q的漏极电压发生振荡，波形如图2所示，因此，当功率开关管再次导通时，选择在谐振波的谷底导通会大大降低开关损耗。图中，t3为第一谷底，t4为第二谷底，t5为第三谷底。如图2中功率开关在漏极电压的第三谷底导通。但由于负载会存在变化，例如负载从重载变为轻载时，需要调节导通时的谷底，以调整功率开关管的工作频率，从而有效的提高效率。现有技术通常通过控制开关频率来控制功率开关在谷底导通，但在输入电压纹波较大时，频率波动仍然很大，使得当前周期的导通谷底与上一周期的导通谷底不同，也即会出现开关变换器在谷底开通点抖动的现象。本发明实施例的控制电路根据断续时间参考信号通过控制在断续导通模式(Discontinous Conducion Mode，DCM)下的功率开关Q的断续时间(t2-t5)来控制功率开关导通，由此，可以减小开关频率对锁定导通谷底的影响，能够较为准确地锁定导通谷底，减小开通点抖动的现象，同时避免产生音频噪声。
具体地，图3是本发明实施例的控制电路的结构示意图。如图3所示，控制电路4包括补偿网络41、断续时间确定电路42、谷底检测电路43、谷底导通电路44和控制信号生成电路45。其中，补偿网络41被配置为根据误差信号Vcs生成补偿信号Vcp。断续时间确定电路42被配置为根据所述补偿信号Vcp和预定的对应关系曲线确定断续时间参考信号Vref。谷底检测电路43被配置为检测所述磁性元件消磁后功率开关两端的振荡波形的谷底，在检测到谐振波形的谷底或接近谷底的时刻输出谷底检测信号Dqr。谷底导通电路44被配置为根据所述断续时间参考信号Vref和所述谷底检测信号Dqr确定导通谷底，在所述导通谷底生成开启信号Don，所述开启信号Don用于触发所述功率开关导通。控制信号生成电路45被配置为根据所述开启信号Don生成控制信号Vg控制所述功率开关Q导通，使开关变换器进入下一周期。
在本实施例中，补偿网络41可以是具有恰当值的电阻和电容的电抗网络，用于根据误差信号Vcs生成补偿信号Vcp，所述输出电压反馈信号Vfb用于表征输出电压Vout。误差信号Vcs用于表征输出电压Vout和输出电压参考值之间的误差。
在本实施例中，断续时间确定电路42被配置为根据所述补偿信号Vcp确定断续时间参考信号Vref。
进一步地，所述断续时间确定电路42被配置为根据所述补偿信号Vcp和预定的对应关系曲线确定断续时间参考信号Vref。其中，断续时间参考信号用于表征参考时间Tref，所述参考时间Tref为功率开关Q期望的断续时间，其中断续时间为流过变压器副边绕组的电流下降到零之后的时间段。
进一步地，补偿信号Vcp与预定的对应关系曲线如图4所示。图4示出补偿信号Vcp与断续时间参考信号Vref的关系曲线图。其中，断续时间参考信号Vref表征功率开关Q在变压器消磁后的工作时间，也即功率开关Q的断续时间。由于在重载状态下时，断续时间变化对输出功率影响较大，而在轻载状态下，断续时间变化对功率变化影响小，由此，在本实施例中，断续时间参考信号Vref与补偿信号Vcp具有相反的变化趋势，同时随补偿信号Vcp下降而增加，而且斜率是从小到大。在一种实现方式中，开关变换器采用峰值电流控制模式，控制电路通过控制流过功率开关的电流峰值以调节功率开关的导通时间，从而使得变压器原边储存的能量满足期望的输出功率。图4示出了补偿信号Vcp与峰值采样电压Vpk的关系曲线图，其中，峰值采样电压Vpk表征流过功率开关Q的电流峰值。在另一种实现方式中，开关变换器采用导通时间控制，根据补偿信号Vcp直接设置功率开关的导通时间长度，以使得变压器原边储存的能量满足期望的输出功率。
进一步地，补偿信号Vcp与断续时间参考信号Vref的关系曲线图可以根据实际情况预先设置。
在本实施例中。谷底检测电路43被配置为检测所述磁性元件消磁后功率开关两端的振荡波形的谷底，在检测到谐振波形的谷底或接近谷底的时刻输出谷底检测信号Dqr。进一步地，谷底检测电路43用来检测磁性元件消磁后功率开关两端的振荡波形的谷底，在谷底时刻或接近谷底时刻输出一个脉冲信号。
进一步地，谷底导通电路44被配置为根据所述断续时间参考信号Vref和所述谷底检测信号Dqr确定导通谷底，在所述导通谷底生成开启信号Don，所述开启信号Don用于触发所述功率开关导通。
图5是本发明实施例的谷底导通电路的电路图。如图5所示，本发明实施例的谷底导通电路包括第一计数电路451、第二计数电路452和开启信号生成电路453。其中，第一计数电路451被配置为根据所述断续时间参考信号Vref获取当前周期的谷底选定值Dr。第二计数电路452被配置为根据所述谷底检测信号Dqr获取当前谷底值Df。开启信号生成电路453被配置为根据所述当前谷底值Df和所述当前周期的谷底选定值Dr生成所述开启信号Don。
在本实施例中，所述第一计数电路451被配置为在当前周期的导通谷底对应的时间信号位于所述断续时间参考信号的设定范围内时，控制所述当前周期的谷底选定值为上一周期的谷底选定值。进一步地，在当前周期的导通谷底对应的时间信号小于所述断续时间参考信号的低限值时，输出当前周期的谷底选定值为上一周期的谷底选定值加一；在当前周期的导通谷底对应的时间信号大于所述断续时间参考信号的高限值时，输出当前周期的谷底选定值为上一周期的谷底选定值减一。其中，所述断续时间参考信号的低限值为断续时间参考信号Vref与第一迟滞信号Vh1之差，所述断续时间参考信号的高限值为断续时间参考信号Vref与第二迟滞信号Vh2之和。
在本实施例中，所述第一计数电路451包括第一比较器cmp1、第二比较器cmp2和双向计数器451a。其中，第一比较器cmp1被配置为根据所述断续时间参考信号Vref和第一基准信号获取第一比较信号Ring1。第二比较器cmp2被配置为根据所述断续时间参考信号Vref和第二基准信号获取第二比较信号Ring2。双向计数器被配置为根据所述第一比较信号Ring1和所述第二比较信号Ring2输出当前周期的谷底选定值Dr。
在本实施例中，第一计数电路451被配置为在所述断续时间参考信号Vref大于第一基准信号时，输出当前周期的谷底选定值Dr为上一周期的谷底选定值加一。在所述断续时间参考信号Vref小于第二基准信号时，输出当前周期的谷底选定值Dr为上一周期的谷底选定值减一。在所述断续时间参考信号Vref在第一基准信号和第二基准信号之间时，输出当前周期的谷底选定值Dr为上一周期的谷底选定值。
进一步地，所述第一基准信号为当前周期的锁定时间信号Vk与第一迟滞信号Vh1之和。所述第二基准信号为当前周期的锁定时间信号Vk与第二迟滞信号Vh2之差。其中，当前周期的锁定时间信号Vk为当前周期的导通谷底对应的时间Tk。
进一步地，所述第一迟滞信号Vh1为第一迟滞时间Th1对应的电信号，所述第二迟滞信号Vh2为第二迟滞时间Th2对应的电信号，所述第一迟滞时间Th1和所述第二迟滞时间Th2为预先设置，用于表征导通谷底对应的时间Tk在(Tref-Th1，Tref+Th2)之间时，保持导通谷底不变。
优选地，在重载时，输入电压纹波大，但是断续时间参考信号Vref斜率很小，所以断续时间参考信号Vref变化很小；而在轻载时输入电压纹波小，断续时间参考信号Vref也变化小，因此可以将第一迟滞时间和第二迟滞时间设置较小，有利于负载变动时工作点的统一。
进一步地，第一比较器cmp1的同相输入端输入断续时间参考信号Vref，反相输入端输入第一基准信号，当断续时间参考信号Vref大于第一基准信号时，第一比较器cmp1输出的第一比较信号Ring1为高电平。第二比较器cmp2的同相输入端输入第二基准信号，反相输入端输入断续时间参考信号Vref，当断续时间参考信号Vref小于第二基准信号时，第二比较器cmp2输出的第二比较信号Ring2为高电平。
进一步地，双向计数器包括Down引脚和UP引脚，在Down引脚为高电平时，输出值加一；在UP引脚为高电平时，输出值减一。也即，所述双向计数器被配置为在所述第一比较信号Ring1为高电平时，输出当前周期的谷底选定值为上一周期的谷底选定值加一。在所述第二比较信号Ring2为高电平时，输出当前周期的谷底选定值为上一周期的谷底选定值减一。在所述第一比较信号和第二比较信号为低电平时，输出当前周期的谷底选定值为上一周期的谷底选定值。
进一步地，双向计数器也称为向上/向下计数器，能够通过任何给定的计数序列在任一方向上进行计数，并且可以在计数序列中的任何点进行反转。可选地，本发明实施例以双向计数器的输出信号为n+1位为例进行说明，其输出信号的二进制与谷底选定值如图6所示。由此，双向计数器451a可将当前周期的谷底选定值以二进制的方式输出。例如，假设当前周期的谷底选定值为3，则输出信号(Drn…Dr2 Dr1 Dr0)应为(0…0 1 1)。
可选地，本发明实施例的双向计数器可以选用现有的双向计数器芯片，也可以通过使用触发器和其它门电路设计而成。由此，可以使得当锁定时间信号Vk在(Vref-Vh1，Vref+Vh2)范围内时，当前周期的导通谷底与上一周期的导通谷底相同。也即，当输出电压变化在一定范围内时，当前周期的导通谷底与上一周期的导通谷底相同，以防止开关变换器的开通点抖动。
在本实施例中，第二计数电路452为向上计数器，包括CLK引脚和UP引脚，UP引脚每给一个脉冲信号，计数器的输出信号加一。具体地，谷底检测电路43在检测所述磁性元件消磁后功率开关两端的振荡波形的谷底时刻或接近谷底时刻输出一个脉冲信号Dqr，在Dqr为高电平时，计数器输出值加一，由此，第二计数电路452可输出当前谷底值。可选地，本发明实施例以第二计数电路的输出信号为n+1位为例进行说明，其输出信号的二进制与当前谷底值如图7所示。由此，第二计数电路452可将当前谷底值以二进制的方式输出。例如，假设当前谷底值为3，则输出信号(Dfn…Df2 Df1 Df0)应为(0…0 1 1)。
在本实施例中，所述开启信号生成电路在当前周期的导通谷底对应的时间信号小于所述低限值时，根据所述功率开关的断续时间生成所述开启信号，其中所述断续时间为所述磁性元件消磁后的时间段。
在本实施例中，所述开启信号生成电路包括第三比较器cmp3、触发信号生成电路和逻辑电路。第三比较器cmp3被配置为根据所述断续时间参考信号Vref和断续时间输出第三比较信号，以判断当前的断续时间是否大于Vref-Vh1。触发信号生成电路被配置为根据所述第二比较信号Ring2、所述当前周期的谷底选定值Dr和所述当前谷底值Df生成触发信号。逻辑电路被配置为根据所述第三比较信号、所述谷底检测信号Dqr和所述触发信号生成开启信号Don。
在本实施例中，第三比较器cmp3的同相输入端输入表征当前的断续时间Td的电信号Vd与第一迟滞信号Vh1之和，反相输入端输入断续时间参考信号Vref，在所述断续时间参考信号小于所述信号Vd与第一迟滞信号Vh1之和时，输出第三比较信号为高电平。其中，断续时间为当前周期流过变压器副边绕组的电流到零之后的时间段，也即变压器消磁后的时间段。
在本实施例中，所述触发信号生成电路包括：第一门电路453a、第二门电路和触发器453b。其中，第一门电路被配置为根据所述当前谷底值和所述当前周期的谷底选定值输出当前周期的锁定信号。第二门电路包括或门，被配置为根据所述第二比较信号和所述锁定信号输出置位信号。触发器被配置为根据所述置位信号输出触发信号。
在本实施例中，第一门电路被配置为在当前谷底值和所述当前周期的谷底选定值相同时，输出的锁定信号为高电平。
在一个可选的实现方式中，图8是本发明实施例的第一门电路的电路图。如图8所示，以第一计数电路和第二计数电路的输出信号为n+1位为例进行说明，第一门电路包括多个同或门和一个与门。其中，第i个同或门的输入信号为Dri和Dfi，与门的输入信号为多个同或门的输出信号。可知，只有当所有的同或门的输出信号全部为高电平时，与门的输出信号Dk为高电平。也就是说，第一计数电路的输出信号与第二计数器的输出信号完全相等时，输出信号Dk为高电平。也即，当前谷底值和当前周期的谷底选定值相等时，第一门电路输出锁定信号Dk，以锁定当前周期的谷底为导通谷底。
可选地，控制电路还包括计时电路，被配置为在变压器消磁后功率开关两端的电压进入振荡时开始计时，在所述信号Dk为高电平时结束计时，以生成当前周期的锁定时间信号。所述计时电路可以采用现有的各种计时电路。
应理解，当前周期的锁定信号Dk对应的时间信号为当前周期的导通谷底对应的时间信号Tk。
还应理解，第一门电路在输出信号Dk后，计时电路根据信号Dk生成对应的信号Vk作用到第一比较器和第二比较器，以作为下一周期的控制变量。也就是说，当前周期的信号Vk实际上是上一周期的导通谷底对应的信号，但由于并未对信号Dk进行寄存，使得对应的Vk是实时变化的，由此，将信号Vk认为是当前周期的锁定时间信号Vk。
在本实施例中，第二门电路为或门，输入信号为第二比较信号Ring2和信号Dk。在所述第二比较信号Ring2和/或信号Dk为高电平时，输出置位信号为高电平。
在本实施例中，触发器为RS触发器，包括置位端S和复位端R。其中置位端输入所述置位信号，复位端输入功率开关的驱动信号Vg，在所述置位信号为高电平时，输出的触发信号为高电平。在驱动信号Vg为高电平时，使RS触发器复位，输出触发信号为低电平。
在本实施例中，逻辑电路为与门，输入信号为第三比较信号、谷底检测信号Dqr和触发信号。在第三比较信号、谷底检测信号Dqr和触发信号全部为高电平时，输出开启信号Don为高电平。
在本实施例中，控制信号生成电路45被配置为在所述开启信号Don为高电平时，生成驱动信号Vg控制所述功率开关Q导通。
具体地，图9-11是本发明实施例的开关变换器的工作波形图。如图9-图11所示，Vdrain为功率开关Q的漏极电压，Td表征断续时间，Th1为第一迟滞时间，Th2为第二迟滞时间，Tref为断续时间参考信号Vref对应的时间，Dr为当前周期的谷底选定值，Df为当前谷底值。
在本实施例中，断续时间Td为流过变压器原边绕组的电流下降到零之后的时间段。第一迟滞时间Th1和第二迟滞时间Th2分别为第一迟滞信号Vh1和第二迟滞信号Vh2对应的时间。应理解，上述时间信号和电信号可以通过计时电路实现转化。
具体地，第一计数电路451和第二计数电路452的工作原理如图5所述，在此不再赘述。
本实施例以第一计数电路451确定上一周期的导通谷底为第三谷底为例进行说明。
进一步地，本发明实施例根据断续时间参考信号对应的时间信号Tref在不同的区域分为三种情况进行说明。
情况一，如图9所示，其中，上一周期的导通谷底为第三谷底，且当前周期的导通谷底对应的时间信号Tk在(Tref-Th1，Tref+Th2)范围内，控制电路的具体工作过程如下：
根据上述第一计数电路451的工作原理可知，此时，第一比较信号Ring1为低电平，第二比较信号Ring2为低电平。由于，在每个谷底处，谷底检测信号Dqr为高电平。同时，由图9可知，第三比较器在t7时刻开始，输出信号为高电平。同时，由于第二比较信号Ring2为低电平，使得触发器的输出信号由第一门电路的输出信号Dk决定。具体地，在t6时刻，到达第一谷底，此时当前谷底值Df与当前周期谷底选定值Dr不相同，第一门电路的输出信号Dk为低电平，进而使得触发信号为低电平，与门的输出信号Don为低电平，控制功率开关Q不导通。在t8时刻，到达第二谷底，此时当前谷底值Df与当前周期谷底选定值Dr不相同，第一门电路的输出信号Dk为低电平，进而使得触发信号为低电平，与门的输出信号Don为低电平，控制功率开关Q不导通。在t9时刻，到达第三谷底，此时当前谷底值Df与当前周期谷底选定值Dr相同，第一门电路的输出信号Dk为高电平，进而使得触发信号为高电平，与门的输出信号Don为高电平，控制功率开关Q导通。
本实施例通过当锁定的导通谷底对应的时间信号在断续时间参考信号的设定范围内变化时，控制导通谷底不变，以减小开关变换器的开通抖动的现象。
情况二，如图10所示，其中，上一周期的导通谷底为第三谷底，且当前周期锁定导通谷底对应的时间信号Tk大于(晚于)断续时间参考信号对应的时间信号Tref超过Th2，控制电路的具体工作过程如下：
根据上述第一计数电路451的工作原理可知，此时，第二比较信号Ring2为高电平，由此使得或门的输出信号始终为高电平，进而使得触发器的输出信号也为高电平，与信号Dk无关。同时，在每个谷底处，谷底检测信号Dqr也为高电平。当第二比较信号Ring2为高电平时，Td+Th1大于Tref，第三比较器的输出信号为高电平，因此与门的输出信号由Ring2决定，在Ring2为高电平后的第一个谷底导通生成开启信号Don，以触发功率开关导通，开启下一周期。具体地，由图10可知，在t6时刻，到达第一谷底，此时Td+Th1小于Tref，第三比较器的输出信号为低电平，与门的输出信号Don为低电平，控制功率开关Q不导通。在t7时刻，时间信号Tk晚于(大于)断续时间参考信号对应的时间信号Tref超过Th2，第二比较信号Ring2为高电平。在t8时刻，到达第二谷底，此时谷底检测信号Dqr为高电平，与门的输出信号Don为高电平，控制功率开关Q导通。
本实施例通过当锁定的导通谷底对应的时间信号大于断续时间参考信号的高限值(超出断续时间参考信号设定的范围)时，直接由断续时间参考信号控制导通谷底，以使得开关变换器能够快速响应。
情况三，如图11所示，其中，上一周期的导通谷底为第三谷底，且当前周期的导通谷底对应的时间信号Tk小于(早于)断续时间参考信号对应的时间信号Tref超过Th1，控制电路的具体工作过程如下：
根据上述第一计数电路451的工作原理可知，此时，第一比较器的输出信号为高电平，使得当前周期的谷底选定值为4。第二比较信号Ring2为低电平，使得触发器的输出信号由第一门电路的输出信号决定。由于，在每个谷底处，谷底检测信号Dqr为高电平。因此与门的输出信号Don由信号Dk和第三比较器的输出信号共同决定。具体地，在t6时刻，到达第一谷底，此时当前谷底值Df与当前周期谷底选定值Dr不相同，第一门电路的输出信号为低电平，进而使得触发信号为低电平，与门的输出信号Don为低电平，控制功率开关Q不导通。在t7时刻，到达第二谷底，此时当前谷底值Df与当前周期谷底选定值Dr不相同，第一门电路的输出信号为低电平，进而使得触发信号为低电平，与门的输出信号Don为低电平，控制功率开关Q不导通。在t8时刻，到达第三谷底，此时当前谷底值Df与当前周期谷底选定值Dr不相同，第一门电路的输出信号为低电平，进而使得触发信号为低电平，与门的输出信号Don为低电平，控制功率开关Q不导通。由图11可知，第三比较器在t9时刻开始，输出信号为高电平。在t10时刻，到达第四谷底，此时当前谷底值Df与当前周期谷底选定值Dr相同，第一门电路输出为高电平，进而使得触发信号为高电平，与门的输出信号Don为高电平，控制功率开关Q导通。
本实施例通过当锁定的导通谷底对应的时间信号小于断续时间参考信号的低限值时，控制导通谷底值增加，以使得开关变换器能够快速响应。
本发明实施例通过生成断续时间参考信号，进而根据断续时间参考信号锁定合适的谷底作为下一周期的导通谷底，在导通谷底生成开启信号触发功率开关导通。由此，可以较为准确地锁定导通谷底，减小开关频率对锁定导通谷底的影响。
图12是本发明实施例的控制方法的流程图。如图12所示，本发明实施例的控制方法用于控制开关变换器的功率级电路，所述功率级电路包括磁性元件和用于控制电流流入所述磁性元件的功率开关，所述控制方法包括如下步骤：
步骤S100、产生断续时间参考信号。
步骤S200、检测所述磁性元件消磁后功率开关两端的振荡波形的谷底，并输出谷底检测信号。
步骤S300、根据所述断续时间参考信号和所述谷底检测信号确定导通谷底，在所述导通谷底生成开启信号，所述开启信号用于触发所述功率开关导通。
优选地，产生断续时间参考信号为根据补偿信号和预定的对应关系曲线确定所述断续时间参考信号，其中所述补偿信号表征所述开关变换器输出电压反馈信号和输出电压参考值之间的误差。
优选地，所述断续时间参考信号与所述补偿信号具有相反的变化趋势。
优选地，当所述补偿信号逐渐减小时，所述断续时间参考信号变化速率逐渐增大。
优选地，根据所述断续时间参考信号和所述谷底检测信号确定导通谷底，在所述导通谷底生成开启信号包括：
根据所述断续时间参考信号获取当前周期的谷底选定值；
根据所述谷底检测信号获取当前谷底值；以及
根据所述当前谷底值和所述当前周期的谷底选定值生成所述开启信号。
优选地，根据所述断续时间参考信号获取当前周期的谷底选定值为在当前周期的导通谷底对应的时间信号位于所述断续时间参考信号的设定范围内时，控制所述当前周期的谷底选定值为上一周期的谷底选定值。
优选地，根据所述断续时间参考信号获取当前周期的谷底选定值为在当前周期的导通谷底对应的时间信号小于所述断续时间参考信号的低限值时，输出当前周期的谷底选定值为上一周期的谷底选定值加一；在当前周期的导通谷底对应的时间信号大于所述断续时间参考信号的高限值时，输出当前周期的谷底选定值为上一周期的谷底选定值减一。
优选地，根据所述当前谷底值和所述当前周期的谷底选定值生成所述开启信号为在当前周期的导通谷底对应的时间信号小于所述低限值时，根据所述功率开关的断续时间生成所述开启信号，其中所述断续时间为所述磁性元件消磁后的时间段。
优选地，根据所述断续时间参考信号获取当前周期的谷底选定值包括：
根据所述断续时间参考信号和第一基准信号获取第一比较信号；
根据所述断续时间参考信号和第二基准信号获取第二比较信号；以及
根据所述第一比较信号和所述第二比较信号输出当前周期的谷底选定值，其中所述第一基准信号为当前周期的锁定时间信号与第一迟滞信号之和，所述第二基准信号为当前周期锁定时间信号与第二迟滞信号之差。
优选地，根据所述当前谷底值和所述当前周期的谷底选定值生成所述开启信号包括：
根据所述断续时间参考信号和断续时间对应的电信号生成第三比较信号，所述断续时间为所述磁性元件消磁后的时间段；
根据所述第二比较信号、所述当前周期的谷底选定值和所述当前谷底值生成触发信号；以及
根据所述第三比较信号、所述谷底检测信号和所述触发信号生成开启信号。
优选地，根据所述断续时间参考信号和断续时间对应的电信号生成第三比较信号为在所述断续时间参考信号小于所述断续时间对应的电信号与第一迟滞信号之和时，输出所述第三比较信号为高电平。
优选地，根据所述第二比较信号、所述当前周期的谷底选定值和所述当前谷底值生成触发信号包括：
根据所述当前谷底值和所述当前周期的谷底选定值输出当前周期的锁定时间信号；
根据所述第二比较信号和所述锁定时间信号输出置位信号；以及
根据所述置位信号输出触发信号。
本发明实施例通过生成断续时间参考信号，进而根据断续时间参考信号锁定合适的谷底作为下一周期的导通谷底，在导通谷底生成开启信号触发功率开关导通。由此，可以较为准确地锁定导通谷底，减小开关频率对锁定导通谷底的影响。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (23)

1.一种控制电路，用于控制开关变换器的功率级电路，所述功率级电路包括磁性元件和用于控制电流流入所述磁性元件的功率开关，其特征在于，所述控制电路包括：
断续时间确定电路，被配置为产生断续时间参考信号；
谷底检测电路，被配置为检测所述磁性元件消磁后功率开关两端的振荡波形的谷底，并输出谷底检测信号；以及
谷底导通电路，被配置为根据所述断续时间参考信号和所述谷底检测信号确定导通谷底，在所述导通谷底生成开启信号，所述开启信号用于触发所述功率开关导通；
其中，所述断续时间确定电路被配置为根据补偿信号和预定的对应关系曲线确定所述断续时间参考信号，其中所述补偿信号表征所述开关变换器输出电压反馈信号和输出电压参考值之间的误差。
2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述断续时间参考信号与所述补偿信号具有相反的变化趋势。
3.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，当所述补偿信号逐渐减小时，所述断续时间参考信号变化速率逐渐增大。
4.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述谷底导通电路包括：
第一计数电路，被配置为根据所述断续时间参考信号获取当前周期的谷底选定值；
第二计数电路，被配置为根据所述谷底检测信号获取当前谷底值；以及
开启信号生成电路，被配置为根据所述当前谷底值和所述当前周期的谷底选定值生成所述开启信号。
5.根据权利要求4所述的控制电路，其特征在于，所述第一计数电路被配置为在当前周期的导通谷底对应的时间信号位于所述断续时间参考信号的设定范围内时，控制所述当前周期的谷底选定值为上一周期的谷底选定值。
6.根据权利要求4所述的控制电路，其特征在于，所述第一计数电路被配置为在当前周期的导通谷底对应的时间信号小于所述断续时间参考信号的低限值时，输出当前周期的谷底选定值为上一周期的谷底选定值加一；在当前周期的导通谷底对应的时间信号大于所述断续时间参考信号的高限值时，输出当前周期的谷底选定值为上一周期的谷底选定值减一。
7.根据权利要求6所述的控制电路，其特征在于，所述开启信号生成电路在当前周期的导通谷底对应的时间信号小于所述低限值时，根据所述功率开关的断续时间生成所述开启信号，其中所述断续时间为所述磁性元件消磁后的时间段。
8.根据权利要求4所述的控制电路，其特征在于，所述第一计数电路包括：
第一比较器，被配置为根据所述断续时间参考信号和第一基准信号获取第一比较信号；
第二比较器，被配置为根据所述断续时间参考信号和第二基准信号获取第二比较信号；以及
双向计数器，被配置为根据所述第一比较信号和所述第二比较信号输出当前周期的谷底选定值，其中所述第一基准信号为当前周期的锁定时间信号与第一迟滞信号之和，所述第二基准信号为当前周期锁定时间信号与第二迟滞信号之差。
9.根据权利要求8所述的控制电路，其特征在于，所述开启信号生成电路包括：
第三比较器，被配置为根据所述断续时间参考信号和断续时间对应的电信号生成第三比较信号，所述断续时间为所述磁性元件消磁后的时间段；
触发信号生成电路，被配置为根据所述第二比较信号、所述当前周期的谷底选定值和所述当前谷底值生成触发信号；以及
逻辑电路，被配置为根据所述第三比较信号、所述谷底检测信号和所述触发信号生成开启信号。
10.根据权利要求9所述的控制电路，其特征在于，所述第三比较器被配置为在所述断续时间参考信号小于所述断续时间对应的电信号与第一迟滞信号之和时，输出所述第三比较信号为高电平。
11.根据权利要求9所述的控制电路，其特征在于，所述触发信号生成电路包括：
第一门电路，被配置为根据所述当前谷底值和所述当前周期的谷底选定值输出当前周期的锁定时间信号；
第二门电路，被配置为根据所述第二比较信号和所述锁定时间信号输出置位信号；以及
触发器，被配置为根据所述置位信号输出触发信号。
12.一种控制方法，用于控制开关变换器的功率级电路，所述功率级电路包括磁性元件和用于控制电流流入所述磁性元件的功率开关，其特征在于，所述控制方法包括：
产生断续时间参考信号；
检测所述磁性元件消磁后功率开关两端的振荡波形的谷底，并输出谷底检测信号；以及
根据所述断续时间参考信号和所述谷底检测信号确定导通谷底，在所述导通谷底生成开启信号，所述开启信号用于触发所述功率开关导通；
其中，产生断续时间参考信号为根据补偿信号和预定的对应关系曲线确定所述断续时间参考信号，其中所述补偿信号表征所述开关变换器输出电压反馈信号和输出电压参考值之间的误差。
13.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于，所述断续时间参考信号与所述补偿信号具有相反的变化趋势。
14.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于，当所述补偿信号逐渐减小时，所述断续时间参考信号变化速率逐渐增大。
15.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于，根据所述断续时间参考信号和所述谷底检测信号确定导通谷底，在所述导通谷底生成开启信号包括：
根据所述断续时间参考信号获取当前周期的谷底选定值；
根据所述谷底检测信号获取当前谷底值；以及
根据所述当前谷底值和所述当前周期的谷底选定值生成所述开启信号。
16.根据权利要求15所述的控制方法，其特征在于，根据所述断续时间参考信号获取当前周期的谷底选定值为在当前周期的导通谷底对应的时间信号位于所述断续时间参考信号的设定范围内时，控制所述当前周期的谷底选定值为上一周期的谷底选定值。
17.根据权利要求15所述的控制方法，其特征在于，根据所述断续时间参考信号获取当前周期的谷底选定值为在当前周期的导通谷底对应的时间信号小于所述断续时间参考信号的低限值时，输出当前周期的谷底选定值为上一周期的谷底选定值加一；在当前周期的导通谷底对应的时间信号大于所述断续时间参考信号的高限值时，输出当前周期的谷底选定值为上一周期的谷底选定值减一。
18.根据权利要求17所述的控制方法，其特征在于，根据所述当前谷底值和所述当前周期的谷底选定值生成所述开启信号为在当前周期的导通谷底对应的时间信号小于所述低限值时，根据所述功率开关的断续时间生成所述开启信号，其中所述断续时间为所述磁性元件消磁后的时间段。
19.根据权利要求15所述的控制方法，其特征在于，根据所述断续时间参考信号获取当前周期的谷底选定值包括：
根据所述断续时间参考信号和第一基准信号获取第一比较信号；
根据所述断续时间参考信号和第二基准信号获取第二比较信号；以及
根据所述第一比较信号和所述第二比较信号输出当前周期的谷底选定值，其中所述第一基准信号为当前周期的锁定时间信号与第一迟滞信号之和，所述第二基准信号为当前周期锁定时间信号与第二迟滞信号之差。
20.根据权利要求19所述的控制方法，其特征在于，根据所述当前谷底值和所述当前周期的谷底选定值生成所述开启信号包括：
根据所述断续时间参考信号和断续时间对应的电信号生成第三比较信号，所述断续时间为所述磁性元件消磁后的时间段；
根据所述第二比较信号、所述当前周期的谷底选定值和所述当前谷底值生成触发信号；以及
根据所述第三比较信号、所述谷底检测信号和所述触发信号生成开启信号。
21.根据权利要求20所述的控制方法，其特征在于，根据所述断续时间参考信号和断续时间对应的电信号生成第三比较信号为在所述断续时间参考信号小于所述断续时间对应的电信号与第一迟滞信号之和时，输出所述第三比较信号为高电平。
22.根据权利要求20所述的控制方法，其特征在于，根据所述第二比较信号、所述当前周期的谷底选定值和所述当前谷底值生成触发信号包括：
根据所述当前谷底值和所述当前周期的谷底选定值输出当前周期的锁定时间信号；
根据所述第二比较信号和所述锁定时间信号输出置位信号；以及
根据所述置位信号输出触发信号。
23.一种开关变换器，其特征在于，所述开关变换器包括：
如权利要求1-11中任一项所述的控制电路；以及
功率级电路，包括磁性元件和用于控制电流流入所述磁性元件的功率开关；
其中，所述控制电路被配置为在导通谷底生成控制信号控制所述功率开关导通。
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