CN111030453A - 开关电源控制方法及控制电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种开关电源控制方法及控制电路，对反馈信号和参考信号的误差进行补偿，得到补偿信号；当所述补偿信号大于第一基准时，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；若开关电源工作于连续导通模式，则延长主功率管的关断时间使开关电源工作于断续导通模式，并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增加直至补偿信号小于第一基准。本发明在电感量减小的情况下，仍然能够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方法及控制电路。
背景技术
开关电源可以采用多种拓扑结构，包括Buck电路、Boost电路、Flyback电路，等等。通过控制开关电路中的开关频率、峰值电流等信息，来调节开关电源的输出功率。
现有技术中，开关电源的应用场合可能存在外部强磁场干扰的问题，外部的磁场干扰会使得电感较容易达到饱和，降低开关电源中电感的电感量，使得最大峰值电流降低，从而降低了开关电源的最大输出功率，影响开关电源的正常工作。现有技术在设计开关电源中的电感等磁性元件时，考虑到磁场干扰的问题，往往留有较大的余量，这样既增大了开关电源体积，同时又增加了成本。此外，即使不存在磁干扰的场合，若能扩大电感的适用范围，也有利于降低成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高电感适用范围、保持最大输出功率稳定的开关电源控制方法及控制电路，用以解决现有技术存在的电感量减下的情况下输出功率不足的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了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；当所述补偿信号大于第一基准时，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；若开关电源工作于连续导通模式，则延长主功率管的关断时间使开关电源工作于断续导通模式，并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增加直至补偿信号小于第一基准。
可选的，当所述补偿信号大于第一基准时，将主功率管的关断时间延长；在主功率管的关断时间延长之前及关断时间延长之后，分别检测主功率管的导通时间，记为第一导通时间和第二导通时间；若所述第一导通时间大于所述第二导通时间，则判断开关电源工作于连续导通模式；若所述第一导通时间接近所述第二导通时间时，则判断开关电源工作于断续导通模式。
可选的，当所述补偿信号大于第一基准时，开关电源以正常开关频率每工作N个周期之后，进入一个检测周期，在检测周期内延长主功率管的关断时间；在主功率管的关断时间延长之前及关断时间延长之后，分别检测主功率管的导通时间，记为第一导通时间和第二导通时间；若所述第一导通时间大于所述第二导通时间，则判断开关电源工作于连续导通模式；若所述第一导通时间接近所述第二导通时间时，则判断开关电源工作于断续导通模式。
可选的，当所述补偿信号大于第一基准时，检测电感电流上升到第二基准时所用的时间，记为第一时间；若一个开关周期中，主功率管的导通时间与所述第一时间的比值大于电感电流峰值和第二基准的比值，则判断开关电源工作于连续导通模式；若一个开关周期中，主功率管的导通时间与所述第一时间的比值等于电感电流峰值和第二基准的比值，则判断开关电源工作于断续导通模式。
可选的，当所述补偿信号大于第一基准时，检测主功率管导通时间达到第二时间时对应的电感电流，记为第一检测值；若一个开关周期中，主功率管的导通时间与所述第二时间的比值大于电感电流峰值和第一检测值的比值，则判断开关电源工作于连续导通模式；若一个开关周期中，主功率管的导通时间与所述第二时间的比值等于电感电流峰值和第一检测值的比值，则判断开关电源工作于断续导通模式。
可选的，主功率管的导通时间小于第一阈值时间。
可选的，主功率管的导通时间大于第一阈值时间。
本发明还挺一种开关电源控制方法，当所述补偿信号大于第一基准时，开关电源以正常开关频率每工作N个周期之后，进入一个检测周期，在检测周期内延长主功率管的关断时间，使得开关电源进入断续导通模式，并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增加直至补偿信号小于第一基准；
根据主功率管的导通时间调整检测周期内主功率管的关断时间，检测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，主功率管的导通时间小于第一阈值时间。
本发明还提供一种开关电源控制电路，包括：
运算放大电路，接收反馈信号和参考信号，对所述反馈信号和所述参考信号的误差进行补偿得到补偿信号；
模式识别电路，接收所述补偿信号，当所述补偿信号大于第一基准时，判断开关电源工作模式，输出模式识别信号；
第一控制电路和检测电路，分别接收所述模式识别信号；若所述模式识别信号表征开关电源工作于断续导通模式，则所述检测电路检测开关电源的电感值；若所述模式识别信号表征开关电源工作于连续导通模式，则所述第一控制电路控制主功率管的关断时间延长，使开关电源工作于断续导通模式后，所述检测电路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增加直至补偿信号小于第一基准。
可选的，所述模式判断电路包括关断延时电路和比较电路；所述关断延时电路接收所述补偿信号，输出关断延时信号；当所述补偿信号大于第一基准时，开关电源以正常开关频率每工作N个周期之后，进入一个检测周期，在检测周期内，所述关断延时信号控制主功率管的关断时间延长；在主功率管的关断时间延长之前及关断时间延长之后，所述检测电路分别检测主功率管的导通时间，记为第一导通时间和第二导通时间；所述比较电路接收所述第一导通时间和所述第二导通时间，输出所述模式识别信号；当所述第一导通时间大于所述第二导通时间时，所述模式识别信号表征开关电源工作于连续导通模式；当所述第一导通时间接近所述第二导通时间时，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计时电路和第一运算电路；所述计时电路接收所述补偿信号，当所述补偿信号达到第一基准时，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二基准时，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、电感电流峰值和第二基准，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，记为第一比值；所述运算电路计算电感电流峰值和第二基准的比值，记为第二比值；若所述第一比值大于所述第二比值，所述模式识别信号表征开关电源工作于连续导通模式；若所述第一比值等于所述第二比值，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，所述电流检测电路接收所述补偿信号；当所述补偿信号达到第一基准时，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，记为第一比值；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，记为第二比值；若所述第一比值大于所述第二比值，所述模式识别信号表征开关电源工作于连续导通模式；若所述第一比值等于所述第二比值，所述模式识别信号表征开关电源工作于断续导通模式。
本发明还提供一种开关电源控制电路，包括：
运算放大电路，接收反馈信号和参考信号，对所述反馈信号和所述参考信号的误差进行补偿得到补偿信号；
第一控制电路，当所述补偿信号大于第一基准时，开关电源以正常开关频率每工作N个周期之后，进入一个检测周期，在检测周期内，所述第一控制电路控制主功率管的关断时间延长，使得开关电源进入断续导通模式；所述第一控制电路根据主功率管的导通时间调整检测周期内主功率管的关断时间，检测周期内主功率管的关断时间不变，或者线性变化，或者分段变化；
检测电路，主功率管的关断时间延长之后，所述检测电路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增加直至补偿信号小于第一基准。
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第一基准时，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；若开关电源工作于连续导通模式，则延长主功率管的关断时间使开关电源工作于断续导通模式，并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增加直至补偿信号小于第一基准。本发明在电感量减小的情况下，仍然能够提供足够的输出功率。
附图说明
图1为本发明判断开关电源工作模式实施例一的波形示意图；
图2为本发明判断开关电源工作模式实施例二的波形示意图；
图3为本发明开关电源连续到断续导通模式的波形示意图；
图4本发明为开关电源控制电路的实施例一原理图；
图5为本发明为开关电源控制电路的实施例二原理图；
图6为本发明为开关电源控制电路的实施例三原理图；
图7为本发明为开关电源控制电路的实施例四原理图；
图8为本发明为开关电源控制电路工作波形示意图；
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。
如图1所示，示意了本发明判断开关电源工作模式实施例一的波形示意图，图中iL0波形为开关电源正常工作情况下的电感电流波形；iL1波形为开关电源负载过流时的电感电流波形，对应开关电源工作于连续导通模式(CCM)模式，电流上升斜率增加、下降斜率减小，主功率管导通时间减小、关断时间增加；iL2波形为磁干扰影响下电感量L变小后电感电流的波形，对应开关电源工作于断续导通模式(DCM)模式，电流上升斜率和下降斜率增加，主功率管导通时间减小、关断时间增加。非正常情况下，图中，将主功率管延长关断时间T_delay后，iL1对应的主功率管导通时间变大，对应图中Ton1；iL2对应的主功率管导通时间不变，对应图中Ton0。由此，可根据主功率管关断时间延长前后，主功率管导通时间的变化来判断开关电源的工作模式。
如图2所示，示意了本发明判断开关电源工作模式实施例二的波形示意图，图中iL0波形为开关电源正常工作情况下的电感电流波形；iL1波形为开关电源负载过流时的电感电流波形；iL2波形为磁干扰影响下电感量L变小后电感电流的波形。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，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3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，开关电源连续导通模式时，将主功率管关断时间延长，使开关电源工作于断续导通模式。断续导通模式下，可根据峰值电流Ipk，主功率管导通时间Ton和电感上电压VL来计算出电感量，具体的L＝VL*Ton/Ipk，对于不同的开关电源，电感电压VL不同，例如，降压电路中，电感电压为输入电压和输出电压的差值；升压电路或者升降压电路中，电感电压为输入电压。
如图4所示，示意了本发明开关电源控制电路的实施例一原理图，包括模式识别电路U01、运算放大电路U02、第一控制电路U03和检测电路U04，所述运算放大电路U02接收反馈信号FB和参考信号VREF，对所述反馈信号FB和所述参考信号VREF的误差进行补偿，输出补偿信号COMP，所述补偿信号COMP为电感电流参考信号，所述反馈信号FB为开关电源输出电压或者输出电流的反馈。所述模式识别电路U01接收所述补偿信号COMP，当所述补偿信号COMP大于第一基准时，判断开关电源工作模式，输出模式识别信号PAT。所述第一控制电路U03和所述检测电路U04分别接收所述模式识别信号PAT；若所述模式识别信号PAT表征开关电源工作于断续导通模式DCM，则所述检测电路U05检测主功率管导通时间Ton；若所述模式识别信号表征开关电源工作于连续导通模式CCM，则所述第一控制电路U03控制主功率管的关断时间延长，使开关电源工作于断续导通模式，然后所述检测电路检测主功率管导通时间Ton。检测电路U04根据电感电压VL、主功率管导通时间Ton和电感电流峰值Ipk计算电感值，所述电感电压VL通过输入电压VIN，或者通过输入电压VIN和输出电压VOUT得到。当所述电感值L小于第一阈值L0时，允许主功率管的开关频率fs增加直至补偿信号COMP小于第一基准COMP1。本实施例中，模式识别电路U01具体包括：关断延时电路U101和比较电路U102，所述关断延时电路U101接收所述补偿信号COMP，输出关断延时信号T_delay，当所述补偿信号COMP大于第一基准COMP1时，正常开关频率下每N个开关周期之后进入一个检测周期，在检测周期内，所述关断延时信号T_delay控制主功率管的关断时间延长；在主功率管的关断时间延长之前及关断时间延长之后，所述检测电路U05分别检测主功率管的导通时间，记为第一导通时间Ton1和第二导通时间Ton2；所述比较电路接收所述第一导通时间Ton1和所述第二导通时间Ton2，输出所述模式识别信号PAT；当所述第一导通时间Ton1大于所述第二导通时间Ton2时，所述模式识别信号PAT表征开关电源工作于连续导通模式CCM；当所述第一导通时间Ton1等于所述第二导通时间Ton2时，所述模式识别信号PAT表征开关电源工作于断续导通模式DCM。
如图5所示，示意了本发明开关电源控制电路的实施例二原理图，与图四中实施例一的具体区别在于模式识别电路U01的不同，本实施例中，模式识别电路U01具体包括：计时电路U102和第一运算电路U101；所述计时电路U102接收所述补偿信号COMP，当所述补偿信号达到第一基准COMP1时，所述计时电路U102从主开关管导通时刻开始计时，当电感电流上升到第二基准CS1时，计时结束，输出第一时间T1；所述运算电路接收主功率管导通时间Ton、第一时间T1、电感电流峰值Ipk和第二基准CS1，输出模式识别信号PAT；所述运算电路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；所述运算电路计算电感电流峰值Ipk和第二基准CS1的比值，记为第二比值；若所述第一比值大于所述第二比值，所述模式识别信号PAT表征开关电源工作于连续导通模式CCM；若所述第一比值等于所述第二比值，所述模式识别信号PAT表征开关电源工作于断续导通模式DCM。
如图6所示，示意了本发明开关电源控制电路的实施例三原理图，与图四中实施例一的具体区别在于模式识别电路U01的不同，本实施例中，模式识别电路U01具体包括：电流检测电路U102和第二运算电路U101，所述电流检测电路U102接收所述补偿信号COMP；当所述补偿信号COMP达到第一基准时COMP1，所述电流检测电路U101检测主功率管导通时间达到第二时间T1时对应的电感电流，输出第一检测值CS1；所述第二运算电路U102接收主功率管导通时间Ton0、第二时间T1、电感电流峰值Ipk和第一检测值CS1，输出模式识别信号PAT；所述第二运算电路U102计算主功率管导通时间Ton0和第二时间T1的比值，记为第一比值；所述第二运算电路计算电感电流峰值Ipk和第一检测值CS1的比值，记为第二比值；若所述第一比值大于所述第二比值，所述模式识别信号PAT表征开关电源工作于连续导通模式CCM；若所述第一比值等于所述第二比值，所述模式识别信号PAT表征开关电源工作于断续导通模式DCM。
如图7所示，示意了本发明开关电源控制电路的实施例四原理图，包括第一控制电路U01、运算放大电路U02和检测电路U03。所述运算放大电路U02接收反馈信号FB和参考信号VREF，对所述反馈信号FB和所述参考信号VREF的误差进行补偿，输出补偿信号COMP，所述补偿信号COMP为电感电流参考信号，所述反馈信号FB为开关电源输出电压或者输出电流的反馈。当所述补偿信号COMP大于第一基准COMP1时，开关电源以正常开关频率每工作N个周期之后，进入一个检测周期，在检测周期内，所述第一控制电路控制主功率管的关断时间延长，使得开关电源进入断续导通模式；所述第一控制电路根据主功率管的导通时间调整检测周期内主功率管的关断时间，根据主功率管导通时间的变化，检测周期内主功率管的关断时间不变，或者线性变化，或者分段变化；在主功率管的关断时间延长之后，所述检测电路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增加直至补偿信号小于第一基准。
图8示意了本发明开关电源控制电路工作波形，补偿信号大于第一基准COMP1时，检测电感量L，当电感量L小于第一阈值L0时，允许开关频率fs增加直至补偿信号COMP小于第一基准COMP1。
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 (10)
1.一种开关电源控制方法，其特征在于：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第一基准时，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；若开关电源工作于连续导通模式，则延长主功率管的关断时间使开关电源工作于断续导通模式，并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增加直至补偿信号小于第一基准。
2.根据权利要求1所述的开关电源控制方法，其特征在于：当所述补偿信号大于第一基准时，将主功率管的关断时间延长；在主功率管的关断时间延长之前及关断时间延长之后，分别检测主功率管的导通时间，记为第一导通时间和第二导通时间；若所述第一导通时间大于所述第二导通时间，则判断开关电源工作于连续导通模式；若所述第一导通时间接近所述第二导通时间时，则判断开关电源工作于断续导通模式。
3.根据权利要求1所述的开关电源控制方法，其特征在于：当所述补偿信号大于第一基准时，开关电源以正常开关频率每工作N个周期之后，进入一个检测周期，在检测周期内延长主功率管的关断时间；在主功率管的关断时间延长之前及关断时间延长之后，分别检测主功率管的导通时间，记为第一导通时间和第二导通时间；若所述第一导通时间大于所述第二导通时间，则判断开关电源工作于连续导通模式；若所述第一导通时间接近所述第二导通时间时，则判断开关电源工作于断续导通模式。
4.根据权利要求1所述的开关电源控制方法，其特征在于：当所述补偿信号大于第一基准时，检测电感电流上升到第二基准时所用的时间，记为第一时间；若一个开关周期中，主功率管的导通时间与所述第一时间的比值大于电感电流峰值和第二基准的比值，则判断开关电源工作于连续导通模式；若一个开关周期中，主功率管的导通时间与所述第一时间的比值等于电感电流峰值和第二基准的比值，则判断开关电源工作于断续导通模式。
5.根据权利要求1所述的开关电源控制方法，其特征在于：当所述补偿信号大于第一基准时，检测主功率管导通时间达到第二时间时对应的电感电流，记为第一检测值；若一个开关周期中，主功率管的导通时间与所述第二时间的比值大于电感电流峰值和第一检测值的比值，则判断开关电源工作于连续导通模式；若一个开关周期中，主功率管的导通时间与所述第二时间的比值等于电感电流峰值和第一检测值的比值，则判断开关电源工作于断续导通模式。
6.根据权利要求2或3所述的开关电源控制方法，其特征在于：主功率管的导通时间小于第一阈值时间。
7.根据权利要求4或5所述的开关电源控制方法，其特征在于：主功率管的导通时间大于第一阈值时间。
8.一种开关电源控制方法，其特征在于：当所述补偿信号大于第一基准时，开关电源以正常开关频率每工作N个周期之后，进入一个检测周期，在检测周期内延长主功率管的关断时间，使得开关电源进入断续导通模式，并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增加直至补偿信号小于第一基准；
根据主功率管的导通时间调整检测周期内主功率管的关断时间，检测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。
9.据权利要求8所述的开关电源控制方法，其特征在于：主功率管的导通时间小于第一阈值时间。
10.一种开关电源控制电路，其特征在于：包括：
运算放大电路，接收反馈信号和参考信号，对所述反馈信号和所述参考信号的误差进行补偿得到补偿信号；
模式识别电路，接收所述补偿信号，当所述补偿信号大于第一基准时，判断开关电源工作模式，输出模式识别信号；
第一控制电路和检测电路，分别接收所述模式识别信号；若所述模式识别信号表征开关电源工作于断续导通模式，则所述检测电路检测开关电源的电感值；若所述模式识别信号表征开关电源工作于连续导通模式，则所述第一控制电路控制主功率管的关断时间延长，使开关电源工作于断续导通模式后，所述检测电路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增加直至补偿信号小于第一基准。
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