CN110957909A - 开关电源控制电路及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种开关电源控制电路及控制方法，对反馈信号和参考信号的误差进行补偿，得到补偿信号；当所述补偿信号大于阈值电压时，检测主功率管导通时间；若主功率管的导通时间大于第一阈值时间，则判断开关电源工作模式；若开关电源工作于断续导通模式，则检测开关电源的电感值；当所述电感值小于第一阈值时，允许主功率管的开关频率与所述补偿信号相同趋势变化。本发明可以准确检测出强磁场状态，并提供足够的输出功率。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子领域，特别涉及一种开关电源控制电路及控制方法。
背景技术
在电表应用中，会有暂态的强磁场环境。在外部强磁场条件下，由于变压器饱和，导致电感量变小，因此输出功率下降，以至输出电压无法维持。为了克服这个问题，峰值电流维持不变(不加剧变压器饱和)，需要提高开关频率以维持输出电压。通常的技术方案是在输出电压变低时，即电感峰值电流达到最大设定值时，提高开关频率。这带来的问题是无法区分是正常的过功率输出条件还是强磁场条件，在正常情况下会导致过功率点提高，影响系统的可靠性。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以准确检测出强磁场状态，并提供足够的输出功率的开关电源控制电路及控制方法，用于解决现有技术存在的无法区分正常过功率输出条件还是强磁场条件的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种开关电源控制电路，对反馈信号和参考信号的误差进行补偿，得到补偿信号，其特征在于：当所述补偿信号大于阈值电压时，检测主功率管导通时间；
若主功率管的导通时间大于第一阈值时间，则判断开关电源工作模式；
若开关电源工作于断续导通模式，则检测开关电源的电感值；当所述电感值小于第一阈值时，允许主功率管的开关频率与所述补偿信号相同趋势变化。
可选的，若主功率管的导通时间小于第一阈值时间，则开关电源以正常开关频率每工作N个周期之后，进入一个调整周期，在调整周期内延长主功率管的关断时间，使得开关电源工作于断续导通模式，并在下个开关周期检测开关电源的电感值；当所述电感值小于第一阈值时，允许主功率管的开关频率与所述补偿信号相同趋势变化；
根据主功率管的导通时间调整调整周期内主功率管的关断时间，调整周期内主功率管的关断时间不随导通时间的变化而变化，或者随导通时间的变化而线性变化或者分段变化。
可选的，若主功率管的导通时间大于第一阈值时间，则检测电感电流上升到第一基准时所用的时间，作为第一时间；主功率管的导通时间与所述第一时间的比值为第一比值，电感电流峰值和第一基准的比值为第二比值，若第一比值与第二比值的差值大于第一差值，则判断开关电源工作于连续导通模式；若第一比值与第二比值的差值小于第一差值，则判断开关电源工作于断续导通模式。
可选的，若主功率管的导通时间大于第一阈值时间，则检测主功率管导通时间达到第二时间时对应的电感电流，作为第一检测值；主功率管的导通时间与所述第二时间的比值为第一比值，电感电流峰值和第一检测值的比值为第二比值，若第一比值与第二比值的差值大于第一差值，则判断开关电源工作于连续导通模式；若第一比值与第二比值的差值小于第一差值，则判断开关电源工作于断续导通模式。
一种开关电源控制电路，包括运算放大电路，对反馈信号和参考信号的误差进行补偿得到补偿信号，还包括：
检测电路，当所述补偿信号大于阈值电压时，所述检测电路检测主功率管导通时间；
模式识别电路，若主功率管的导通时间大于第一阈值时间，则判断开关电源工作模式，输出模式识别信号；若模式识别信号表征开关电源工作于断续导通模式，则检测电路检测开关电源的电感值；
第一控制电路，若主功率管的导通时间小于第一阈值时间，则开关电源以正常开关频率每工作N个周期之后，进入一个调整周期，在调整周期内，所述第一控制电路控制主功率管的关断时间延长，使得开关电源工作于断续导通模式；下个开关周期，所述检测电路检测开关电源的电感值；根据主功率管的导通时间调整调整周期内主功率管的关断时间，调整周期内主功率管的关断时间不随导通时间的变化而变化，或者随导通时间的变化而线性变化或者分段变化；
当所述电感值小于第一阈值时，允许主功率管的开关频率与所述补偿信号相同趋势变化。
可选的，所述模式判断电路包括计时电路和第一运算电路；若主功率管的导通时间大于第一阈值时间，所述计时电路从主开关管导通时刻开始计时，当电感电流上升到第一基准时，计时结束，输出第一时间；所述运算电路接收主功率管导通时间、第一时间、电感电流峰值和第一基准，输出模式识别信号；所述运算电路计算主功率管导通时间和第一时间的比值，作为第一比值；所述运算电路计算电感电流峰值和第一基准的比值，作为第二比值；若第一比值与第二比值的差值大于第一差值，所述模式识别信号表征开关电源工作于连续导通模式；若所述第一比值接近于所述第二比值，所述模式识别信号表征开关电源工作于断续导通模式。
可选的，所述模式判断电路包括电流检测电路和第二运算电路，若主功率管的导通时间大于第一阈值时间，所述电流检测电路检测主功率管导通时间达到第二时间时对应的电感电流，输出第一检测值；所述第二运算电路接收主功率管导通时间、第二时间、电感电流峰值和第一检测值，输出模式识别信号；所述第二运算电路计算主功率管导通时间和第二时间的比值，作为第一比值；所述第二运算电路计算电感电流峰值和第一检测值的比值，作为第二比值；若所述第一比值与所述第二比值的差值大于第一差值，所述模式识别信号表征开关电源工作于连续导通模式；若所述第一比值接近于所述第二比值，所述模式识别信号表征开关电源工作于断续导通模式。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：对反馈信号和参考信号的误差进行补偿，得到补偿信号，当所述补偿信号大于阈值电压时，检测主功率管导通时间；若主功率管的导通时间大于第一阈值时间，则判断开关电源工作模式；若开关电源工作于断续导通模式，则检测开关电源的电感值；当所述电感值小于第一阈值时，允许主功率管的开关频率与所述补偿信号同趋势变化。本发明能够准确区分强磁场条件下的输出还是过功率条件下的输出，并在强磁场条件下提供足够的输出功率。
附图说明
图1为本发明开关电源控制电路工作流程图；
图2为本发明开关电源连续到断续导通模式的波形示意图；
图3为本发明判断开关电源工作模式的波形示意图；
图4为本发明开关电源控制电路原理图；
图5为本发明模式识别电路实施例一原理图；
图6为本发明模式识别电路实施例二原理图；
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，用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
在开关电源中，补偿电压COMP通常由输出反馈电路产生，即需要被控的输出量(如输出电压，本文中以输出电压反馈为例进行说明)与参考信号比较，产生的误差信号(成为补偿电压或者误差电压)。通常，如输出电压低于参考信号时，补偿电压COMP变高，使得更多的能量传送到输出，使得输出电压维持在设定值。通常补偿电压COMP可用来指示输出的状况。
如图1所示，示意了本发明开关电源控制电路工作流程图，其步骤如下：判断补偿电压COMP是否大于阈值电压VREF，当补偿电压COMP大于阈值电压VREF时，说明输出电压已经小于设定值，此时电路处于过载状态或者，由于外部影响导致的输出功率不足。此时，判断原边主功率管的导通时间是否大于一个预设值T0，如1us。如果原边主功率管的导通时间大于设定阈值T0，判断开关电源是否工作于断续导通模式DCM；若开关电源工作于断续导通模式DCM，则根据电感电压VL、主功率管导通时间Ton和峰值电流Ipk计算电感，公式为：Lp＝VL*Ton/Lpk；若电感Lp小于设定的电感值L1，说明为非正常过载情况，则允许开关电源升频工作。补偿电压COMP在阈值电压VREF的基础上继续上升，开关频率随着COMP的电压的上升而上升，电感的峰值电流维持在设定的最大值Ipk，当输出电压达到设定值时，补偿电压COMP将不再上升，电路维持在一个较高的频率工作。若开关电源工作于连续导通模式CCM，或者电感L不小于设定的电感值L1，则启动过载保护计时器，若补偿电压COMP大于阈值电压VREF的状态(电感峰值电流达到第一阈值电流的状态)持续时间Tp大于设定时间T1，则开关电源进入过载保护。
如果原边主功率管的导通时间小于或等于设定阈值T0，控制电路在较短的时间内无法准确判断开关电源工作于CCM或者DCM模式。这样，需要每隔N个周期，进入一个调整周期，在调整周期内，当主开关管关断后，等待一个设定的时间，这个时间一般比原先的开关周期长，使得电感电流在这个时间内可以下降到零，如200us。这样，在下一个开关周期，与DCM完全类似，可以基于检测到的电感电压，导通时间，最大峰值电流，计算得到电感量。基于检测到的电感量，与设定的电感量进行比较，决定是否进行升频操作。
当外部异常影响撤除后，如外部强磁场撤除，开关电源电感恢复到正常值，由于原先电路工作在升频模式，此时会导致输出功率过多，补偿电压COMP会恢复到阈值电压VREF以下，此时开关频率恢复到原先的设定值继续运行。
如图2所示，示意了本发明开关电源连续到断续导通模式的波形示意图，在调整周期内延长主功率管的关断时间T_delay，以使得主功率电路电感电流工作于断续导通模式。
如图3所示，示意了本发明判断开关电源工作模式的波形示意图，iL1和iL2分别为电感电流连续和电感电流断续时的波形，理想情况下，电感电流上升到峰值电流一半时，iL1对应的主功率管导通时间小于一个开关周期中主功率管导通时间的一半，iL2对应的主功率管导通时间等于一个开关周期中主功率管导通时间的一半。假定电感电流上升到Ix，对应的主功率关导通时间为Tx，则iL1对应Ipk/Ix<Ton/Tx，iL2对应Ipk/Ix＝Ton/Tx，Ipk为峰值电流，Ton为一个开关周期中主功率管导通时间，由此可判断开关电源的工作模式。
如图4所示，示意了本发明开关电源控制电路原理图，包括检测电路U01、模式识别电路U02、第一控制电路U03和运放U04。运放U04对反馈信号FB和参考信号VREF的误差进行补偿，得到补偿信号COMP。当补偿信号COMP大于阈值电压VREF，若主功率管的导通时间Ton大于第一阈值时间Ton0，则模式识别电路U02判断开关电源工作模式，输出模式识别信号PAT。若模式识别信号PAT表征开关电源工作于断续导通模式DCM，则检测电路U01检测开关电源的电感值Lp。若主功率管的导通时间Ton小于第一阈值时间T0，则开关电源以正常开关频率每工作N个周期之后，进入一个调整周期，在调整周期内，所述第一控制电路控制U05主功率管的关断时间延长，使得开关电源进入断续导通模式DCM，下个开关周期，检测电路U01检测电感值Lp；根据主功率管的导通时间Ton调整调整周期内主功率管的关断时间Toff，调整周期内主功率管的关断时间Toff不随导通时间Ton的变化而变化，或者随导通时间Ton的变化而线性变化或者分段变化。当所述电感值Lp小于第一阈值L1时，允许主功率管的开关频率随着补偿信号COMP的增加而增加，直至补偿信号COMP稳定。
如图5所示，示意了为本发明模式识别电路实施例一原理图，包括计时电路U101和第一运算电路U102。若主功率管的导通时间Ton大于第一阈值时间Tth，所述计时电路从主开关管导通时刻开始计时，当电感电流IL上升到第一基准Iref1时，计时结束，输出第一时间T1；所述第一运算电路U102接收主功率管导通时间Ton、第一时间T1、电感电流峰值Ipk和第一基准Iref1，输出模式识别信号；所述第一运算电路U102计算主功率管导通时间Ton和第一时间T1的比值，记为第一比值；所述第一运算电路U102计算电感电流峰值Ipk和第一基准Iref1的比值，记为第二比值；所述第一运算电路U102计算第一比值和第二比值的差值，与若所述第一比值与所述第二比值的差值大于第一差值，所述模式识别信号PAT表征开关电源工作于连续导通模式；若所述第一比值与所述第二比值的差值小于第一差值，所述模式识别信号PAT表征开关电源工作于断续导通模式。本实施例对应图3的波形图。
如图6所示，示意了为本发明模式识别电路实施例二原理图，包括电流检测电路U201和第二运算电路U202，若主功率管的导通时间Ton大于第一阈值时间Tth，所述电流检测电路U201检测主功率管导通时间Ton达到第二时间T2时对应的电感电流，输出第一检测值IL1；所述第二运算电路U202接收主功率管导通时间Ton、第二时间T2、电感电流峰值Ipk和第一检测值IL1，输出模式识别信号PAT；所述第二运算电路U202计算主功率管导通时间Ton和第二时间T2的比值，记为第一比值；所述第二运算电路U202计算电感电流峰值Ipk和第一检测值IL1的比值，记为第二比值；所述第二运算电路U202计算第一比值和第二比值的差值，与若所述第一比值与所述第二比值的差值大于第一差值，所述模式识别信号PAT表征开关电源工作于连续导通模式；若所述第一比值与所述第二比值的差值小于第一差值，所述模式识别信号PAT表征开关电源工作于断续导通模式。本实施例对应图3的波形图。
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 (7)
1.一种开关电源控制方法，对反馈信号和参考信号的误差进行补偿，得到补偿信号，其特征在于：当所述补偿信号大于阈值电压时，检测主功率管导通时间；
若主功率管的导通时间大于第一阈值时间，则判断开关电源工作模式；
若开关电源工作于断续导通模式，则检测开关电源的电感值；当所述电感值小于第一阈值时，允许主功率管的开关频率与所述补偿信号相同趋势变化。
2.根据权利要求1所述的开关电源控制方法，其特征在于：若主功率管的导通时间小于第一阈值时间，则开关电源以正常开关频率每工作N个周期之后，进入一个调整周期，在调整周期内延长主功率管的关断时间，使得开关电源工作于断续导通模式，并在下个开关周期检测开关电源的电感值；当所述电感值小于第一阈值时，允许主功率管的开关频率与所述补偿信号相同趋势变化；
根据主功率管的导通时间调整调整周期内主功率管的关断时间，调整周期内主功率管的关断时间不随导通时间的变化而变化，或者随导通时间的变化而线性变化或者分段变化。
3.根据权利要求1或2所述的开关电源控制方法，其特征在于：若主功率管的导通时间大于第一阈值时间，则检测电感电流上升到第一基准时所用的时间，作为第一时间；主功率管的导通时间与所述第一时间的比值为第一比值，电感电流峰值和第一基准的比值为第二比值，若第一比值与第二比值的差值大于第一差值，则判断开关电源工作于连续导通模式；若第一比值与第二比值的差值小于第一差值，则判断开关电源工作于断续导通模式。
4.根据权利要求1或2所述的开关电源控制方法，其特征在于：若主功率管的导通时间大于第一阈值时间，则检测主功率管导通时间达到第二时间时对应的电感电流，作为第一检测值；主功率管的导通时间与所述第二时间的比值为第一比值，电感电流峰值和第一检测值的比值为第二比值，若第一比值与第二比值的差值大于第一差值，则判断开关电源工作于连续导通模式；若第一比值与第二比值的差值小于第一差值，则判断开关电源工作于断续导通模式。
5.一种开关电源控制电路，包括运算放大电路，对反馈信号和参考信号的误差进行补偿得到补偿信号，其特征在于：还包括
检测电路，当所述补偿信号大于阈值电压时，所述检测电路检测主功率管导通时间；
模式识别电路，若主功率管的导通时间大于第一阈值时间，则判断开关电源工作模式，输出模式识别信号；若模式识别信号表征开关电源工作于断续导通模式，则检测电路检测开关电源的电感值；
第一控制电路，若主功率管的导通时间小于第一阈值时间，则开关电源以正常开关频率每工作N个周期之后，进入一个调整周期，在调整周期内，所述第一控制电路控制主功率管的关断时间延长，使得开关电源工作于断续导通模式；下个开关周期，所述检测电路检测开关电源的电感值；根据主功率管的导通时间调整调整周期内主功率管的关断时间，调整周期内主功率管的关断时间不随导通时间的变化而变化，或者随导通时间的变化而线性变化或者分段变化；
当所述电感值小于第一阈值时，允许主功率管的开关频率与所述补偿信号相同趋势变化。
6.根据权利要求5所述的开关电源控制电路，其特征在于：所述模式判断电路包括计时电路和第一运算电路；若主功率管的导通时间大于第一阈值时间，所述计时电路从主开关管导通时刻开始计时，当电感电流上升到第一基准时，计时结束，输出第一时间；所述运算电路接收主功率管导通时间、第一时间、电感电流峰值和第一基准，输出模式识别信号；所述运算电路计算主功率管导通时间和第一时间的比值，作为第一比值；所述运算电路计算电感电流峰值和第一基准的比值，作为第二比值；若第一比值与第二比值的差值大于第一差值，所述模式识别信号表征开关电源工作于连续导通模式；若第一比值与第二比值的差值小于第一差值，所述模式识别信号表征开关电源工作于断续导通模式。
7.据权利要求5所述的开关电源控制电路，其特征在于：所述模式判断电路包括电流检测电路和第二运算电路，若主功率管的导通时间大于第一阈值时间，所述电流检测电路检测主功率管导通时间达到第二时间时对应的电感电流，输出第一检测值；所述第二运算电路接收主功率管导通时间、第二时间、电感电流峰值和第一检测值，输出模式识别信号；所述第二运算电路计算主功率管导通时间和第二时间的比值，作为第一比值；所述第二运算电路计算电感电流峰值和第一检测值的比值，作为第二比值；若所述第一比值与所述第二比值的差值大于第一差值，所述模式识别信号表征开关电源工作于连续导通模式；若第一比值与第二比值的差值小于第一差值，所述模式识别信号表征开关电源工作于断续导通模式。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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