CN111585448A - 恒流输出控制电路、开关电源控制器及开关电源系统 - Google Patents

恒流输出控制电路、开关电源控制器及开关电源系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种恒流输出控制电路、开关电源控制器及开关电源系统，能够通过可控的电容充放电电路来实现充电电流和放电电流固定，且放电电流等于(Vcs‑Vref2)/R，充电电流等于Vref2/R，实现了Vcs*Tons/Tsw＝Vref2，继而保证(Vcs*Tons/Tsw)max恒定，即使在开关电源系统的各种输出控制模式下，当系统输出由恒压进入恒流模式时，Vcs不确定，也能保证系统输出的电流最大值恒定不变，从而能够保证开关电源的输出电流保持恒定。

Description

恒流输出控制电路、开关电源控制器及开关电源系统
技术领域
本发明涉及开关电源技术领域，尤其涉及一种恒流输出控制电路、开关电源控制器及开关电源。
背景技术
开关电源产品因其体积小、重量轻、高功率转换效率等特点，已经被广泛应用。例如，该产品应用于工业自动化与控制设备、军事设备、科研设备、LED照明、工业设备、通讯设备、机电设备、仪器仪表设备、医疗设备、半导体制冷和加热设备、空气净化器、电冰箱、液晶显示屏、视听产品、计算机机箱、数码产品等领域中。
开关电源通常主要由开关控制器和功率级电路组成，开关控制器通过控制功率级电路中的主功率管的开关状态，使开关电源输出基本恒定输出信号供给负载，即可以使得开关电源的输出能够达到CV(恒压)/CC(恒流)输出。例如当所述负载为LED灯时，开关电源输出恒流信号，以驱动LED灯正常工作。所述开关控制器通常具有SSR(次边反馈控制)方案和PSR(原边反馈控制)方案，其中，所谓原边反馈控制(PSR)方案，即省去光耦及副边恒压恒流控制器，只采用电源变换器原边的专用集成电路(即专用控制器芯片)就能实现对输出电压的恒压恒流控制，例如当开关电源应用于驱动发光二极管时，恒流输出可以保证发光二极管的亮度保持恒定。
参见图1，该图为现有技术中一种具有恒流输出功能的开关电源系统的示意图。
当变压器103的原边开关(可称为主功率管)Q1导通后，原边峰值电流通过峰值电流检测电阻Rcs转换成电压信号至第一控制器102的CS端。第一控制器102根据CS端的电压控制DRI端停止输出驱动信号，从而控制原边开关Q1关断。
第一控制器102的FB端电压跟随输出电压Vout变化，采样电阻R2上的电压作为Vout的反馈电压输入FB端。FB端电压经过第一控制器102内部电路处理后，产生反映副边开关(可称为副功率管)Q2的导通时间的信号Tons(简称反映副边导通时间的信号Tons)，Tons控制对应比例的充放电电流，该充放电电流可以控制下一次原边开关Q1的控制信号的导通时间，从而调整Tons/Tsw的比值，Tsw是原边开关Q1的开关周期。图1所示的原边控制的开关电源的输出电流Iout的计算方法如下：
Figure BDA0002551033310000021
其中，Vcs为第一控制器102控制的峰值电压；Rcs为原边的峰值电阻；Np为变压器103的原边绕组；Ns为副边绕组；Tons为副边绕组导通时间；Tsw为系统工作周期。
请参考图2，当图1所示的开关电源恒流工作在PFM(脉冲频率调制)模式下的时候，通常会提前预设固定Vcs的和Tons/Tsw，以此来保证系统的输出电流恒定。这是因为，在系统的输出由恒压模式进入恒流模式的过程中，系统的峰值电压Vcs始终不变，维持在CSmax不变，所以，只要限制了(Tons/Tsw)max，就可以保证系统的输出电流最大值恒定不变。
请参考图3，随着开关电源系统的CV(恒压)/CC(恒流)输出的控制方式的更加复杂，出现了AM(幅度调制)、PFM、QR(准谐振)模式等等，所以，系统的输出由恒压进入恒流模式的时候，系统当前的峰值电压Vcs是不确定的，有可能是CSmax，也有可能不是(例如可能是CS4)，因为，为了保证系统的输出电流最大值恒定，就必须保证
Figure BDA0002551033310000022
恒定。
因此，在开关电源系统的各种输出控制模式下，如何使得系统输出由恒压进入恒流模式时，即使Vcs不确定，也能保证系统输出的电流最大值恒定不变，是本领域技术人员需要解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明目的在于提供一种恒流输出控制电路、开关电源控制器及开关电源系统，能够精确控制系统输出电流为一个恒定的电流。
为实现上述目的，本发明提供一种恒流输出控制电路，设置在开关电源的变压器的原边侧，包括：用于产生反映变压器的副边导通时间信号的副边导通时间检测模块；用于根据所述原边侧对应的峰值电压、所述副边导通时间信号以及第一参考电压产生充放电控制信号的电容充放电模块；用于比较第二参考电压和所述充放电控制信号的比较器；用于根据所述充放电控制信号进行充电和放电的充放电电容；以及，用于根据所述比较器的输出产生用于控制所述原边侧的原边开关的恒流驱动控制信号的逻辑控制模块；其中，
所述副边导通时间检测模块的输入端连接用于反馈所述变压器的副边侧的输出电压变化的电压反馈端，所述副边导通时间检测模块的输出端连接所述电容充放电模块的第一输入端，所述电容充放电模块的第二输入端接入所述第一参考电压，所述电容充放电模块的第三输入端接入所述峰值电压，所述电容充放电模块的输出端连接所述比较器的一个输入端和所述充放电电容的一端，所述比较器的另一个输入端接入所述第二参考电压，所述充放电电容的另一端接地；
所述逻辑控制模块的输入端连接所述比较器的输出端，所述逻辑控制模块的输出端连接所述原边开关的控制端。
可选地，所述电容充放电模块包括：跨导放大器，导通和关断受控于所述副边导通时间信号的第一开关，受控于所述副边导通时间信号的互补信号的第二开关，以及，负载电容；其中，所述第一开关的一端接入所述峰值电压，所述第一开关的另一端连接所述第二开关的一端以及所述跨导放大器的一个输入端，所述跨导放大器的另一个输入端接入所述第一参考电压，所述第二开关的另一端接地，所述跨导放大器的输出端连接所述负载电容的一端，所述负载电容的另一端接地，所述跨导放大器的输出端作为所述电容充放电模块的输出端。
可选地，所述电容充放电模块包括：第一放大器，第二放大器，第一至第八晶体管，第一电阻，第二电阻，导通和关断受控于所述副边导通时间信号的主控开关，以及，负载电容；其中，所述第一放大器的一个输入端接入所述峰值电压，所述第一放大器的输出端连接第一晶体管的控制端，所述第一晶体管的开关通路另一端连接第二晶体管的开关通路另一端、所述第二晶体管的控制端以及第三晶体管的控制端，所述第一晶体管的开关通路一端分别连接所述第一放大器的另一个输入端以及所述第一电阻的一端；
所述第二晶体管的开关通路一端、所述第三晶体管的开关通路一端、第六晶体管的开关通路一端以及第七晶体管的开关通路一端均连接一相同的工作电压，所述第三晶体管的开关通路另一端连接第四晶体管的开关通路另一端、所述第四晶体管的控制端和第五晶体管的控制端；
所述第六晶体管的开关通路另一端连接所述主控开关的一端以及所述负载电容的一端以形成所述电容充放电模块的输出端，所述主控开关的另一端连接所述第五晶体管的开关通路另一端；
所述第六晶体管的控制端、所述第七晶体管的控制端和所述第七晶体管的开关通路另一端均连接第八晶体管的开关通路另一端，所述第八晶体管的控制端连接所述第二放大器的输出端；
所述第二放大器的一个输入端接入所述第一参考电压，所述第二放大器的另一个输入端连接所述第八晶体管的开关通路一端以及所述第二电阻的一端；
所述第一电阻的另一端、所述第四晶体管的开关通路一端、所述第五晶体管的开关通路一端、所述负载电容的另一端以及所述第二电阻的另一端均接地。
可选地，所述电容充放电模块包括：第一放大器，第二放大器，串接电阻，第一至第五晶体管，导通和关断受控于所述副边导通时间信号的第一开关和第二开关，以及，导通和关断受控于所述副边导通时间信号的互补信号的第三开关和第四开关；其中，
所述第一开关的一端接入所述峰值电压，所述第三开关的一端接入所述第一参考电压，所述第一开关的另一端和所述第三开关的另一端并接到所述第一放大器的一个输入端，所述第一放大器的输出端连接所述第一晶体管的控制端；
所述第一晶体管的开关通路一端分别连接所述串接电阻的一端以及所述第一放大器的另一输入端，所述第一晶体管的开关通路另一端分别连接所述第三晶体管的开关通路另一端、第三晶体管的控制端、第四晶体管的控制端以及第五晶体管的控制端；所述第三晶体管的开关通路一端、第四晶体管的开关通路一端和第五晶体管的开关通路一端均接入一相同的工作电压，所述第四晶体管的开关通路另一端和所述第五晶体管的开关通路另一端相互连接且连接节点作为所述电容充放电模块的输出端；
所述串接电阻的另一端分别连接所述第二开关的一端和所述第四开关的一端，所述第四开关的另一端接地，所述第二开关的另一端连接所述第二晶体管的开关通路另一端和所述第二放大器的一个输入端，所述第二晶体管的开关通路一端接地，所述第二晶体管的控制端连接所述第二放大器的输出端，所述第二放大器的另一个输入端接入所述第一参考电压。
可选地，所述电容充放电模块中的相应的所述晶体管为三极管或MOS管；当所述晶体管为三极管时，所述晶体管的控制端为所述三极管的基极，所述晶体管的开关通路一端为所述三极管的发射极，所述晶体管的开关通路另一端为所述三极管的集电极；当所述晶体管为MOS管时，所述晶体管的控制端为所述MOS管的栅极，所述晶体管的开关通路一端为所述MOS管的源极，所述晶体管的开关通路另一端为所述MOS管的漏极。
基于同一发明构思，本发明还提供一种开关电源控制器，包括本发明所述恒流输出控制电路。
可选地，所述开关电源控制器的内部或者外围还设置有以下电路中的至少一种：输入电压采样电路、输出电压反馈电路、驱动电路以及峰值检测电路；其中，所述驱动电路连接所述恒流输出控制电路的逻辑控制模块的输出端、所述峰值检测电路的输入端以及变压器的原边绕组，所述输入电压采样电路的输入端接入所述变压器的原边供电的输入电压，所述输入电压采样电路的输出端连接所述输出电压反馈电路的一个输入端，所述输出电压反馈电路的另一个输入端连接所述变压器的原边绕组，所述输出电压反馈电路的输出端为所述电压反馈端并连接所述恒流输出控制电路的副边导通时间检测模块的输入端，所述峰值检测电路的输出端连接所述恒流输出控制电路的电容充放电电路的第三输入端。
可选地，所述输入电压采样电路包括输入采样电阻和采样电容，所述输入采样电阻的一端作为所述输入电压采样电路的输入端并接入所述变压器的原边供电的输入电压，所述输入采样电阻的另一端作为所述输入电压采样电路的输出端并连接所述采样电容的一端以及所述逻辑控制模块的另一个输入端，所述采样电容的另一端接地；所述输出电压反馈电路包括二极管、第一分压电阻和第二分压电阻，所述二极管的阳极连接所述变压器的一原边绕组的一端以及第一分压电阻的一端，所述二极管的阴极连接所述输入采样电阻的另一端，所述第一分压电阻的另一端作为所述电压反馈端并连接所述第二分压电阻的一端，所述变压器的一原边绕组的另一端和所述第二分压电阻的另一端接地；所述驱动电路包括原边开关，所述原边开关的栅极连接所述逻辑控制模块的输出端，所述原边开关的漏极连接所述变压器的另一原边绕组的一端，所述变压器的另一原边绕组的另一端接入所述变压器的原边供电的输入电压；所述峰值检测电路包括峰值检测电阻，所述峰值检测电阻的一端分别连接所述原边开关的源极以及所述电容充放电电路的第三输入端，所述峰值检测电阻的另一端接地。
基于同一发明构思，本发明还提供一种开关电源系统，包括交流电源、整流桥、变压器、本发明所述的开关电源控制器以及负载，所述交流电源、整流桥、变压器以及负载依次连接，所述开关电源控制器连接在变压器的原边绕组上。
可选地，所述的开关电源系统还包括设置在所述变压器的副边绕组上的副边控制器，所述副边控制器通过副边开关与所述负载串联。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：
本发明的恒流输出控制电路，能够利用一电容充放电电路的放电电流
Figure BDA0002551033310000061
以及充电电流
Figure BDA0002551033310000062
来实现
Figure BDA0002551033310000063
进而保证
Figure BDA0002551033310000064
恒定不变，由此，能在开关电源系统的各种输出控制模式下，当系统输出由恒压进入恒流模式时，即使Vcs不确定，也能保证系统输出的电流最大值恒定不变，即能够保证开关电源的输出电流保持恒定。
本发明的开关电源控制器以及开关电源系统由于采用了本发明的恒流输出控制电路，因此其输出电流能够保持恒定。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有的一种具有恒流输出功能的开关电源系统的结构示意图；
图2为现有的一种具有恒流输出功能的开关电源系统的PFM控制模式下的电流输出与系统开关频率和峰值电压之间的曲线示意图；
图3为现有的一种具有恒流输出功能的开关电源系统的其他控制模式下的电流输出与系统开关频率和峰值电压之间的曲线示意图；
图4是本发明具体实施例的恒流输出控制电路的框图；
图5是本发明具体实施例的恒流输出控制电路中的电容充放电电路的等效电路图；
图6是本发明具体实施例的恒流输出控制电路中的电容充放电电路的输出随时间变化的曲线图；
图7是本发明一实施例的电容充放电电路的电路结构图；
图8是本发明另一实施例的电容充放电电路的电路结构图；
图9是本发明又一实施例的电容充放电电路的电路结构图；
图10是本发明具体实施例的开关电源系统的电路结构图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
正如背景技术所述，开关电源系统的输出电流表达式为：
Figure BDA0002551033310000071
其中，Vcs为开关电源系统的原边控制器控制(即恒流输出控制电路所需)的峰值电压；Rcs为原边的峰值电阻；Np为变压器的原边绕组；Ns为副边绕组；Tons为副边绕组导通时间；Tsw为系统工作周期。
从上述的输出电流Iout的表达式，可以看出，要保证开关电源具有恒定的电流输出，也就是上述的Iout恒定，除去系统参数Rcs、Np、Ns以外，就务必保证
Figure BDA0002551033310000072
恒定，此时，可以使得开关电源系统的工作方式以PFM方式为主，也就是此电路输入当前的Vcs数值和当前工作的Tons数值，来计算出当前所需要的系统工作周期Tsw。然后，结合下述的推导过程，就可以推导出所需要的工作方式，也就是通过可控的电容充放电电路来实现对当前Tsw的计算，所述推导过程具体为：
Figure BDA0002551033310000073
结合推导结果可以看出，如果充电电流Ichg和放电电流Idischg均是固定电流，那么Tons/Tsw就是一个固定值，如果放电电流
Figure BDA0002551033310000081
同时充电电流
Figure BDA0002551033310000082
那么就可以实现
Figure BDA0002551033310000083
基于此，本发明一实施例提供一种恒流输出控制电路，用于开关电源系统，以控制开关电源系统恒流工作时候的占空比，来保证系统的电流输出恒定。具体地，请参考图4和图10，本实施例的恒流输出控制电路202，设置在开关电源系统的变压器203的原边侧，包括：逻辑控制模块2021、副边导通时间检测模块2022、电容充放电模块2023、比较器U0以及充放电电容C0。副边导通时间检测模块2022用于产生反映变压器203的副边导通时间信号Tons；电容充放电模块2023于根据所述变压器203的原边侧对应的峰值电压Vcs、所述副边导通时间信号Tons以及第一参考电压Vref1产生充放电控制信号Vramp；比较器U0用于比较第二参考电压Vref2和所述充放电控制信号Vramp的大小；充放电电容C0用于根据所述充放电控制信号Vramp进行充电和放电；逻辑控制模块2021用于根据所述比较器U0的输出CC_Comp，产生用于控制所述原边侧的原边开关Q1导通和关断的恒流驱动控制信号DRI。
所述副边导通时间检测模块2022的输入端连接用于反馈所述变压器203的副边侧的输出电压Vout变化的电压反馈端FB，所述副边导通时间检测模块2022的输出端连接所述电容充放电模块2023的第一输入端(未图示)，所述电容充放电模块2023的第二输入端接入所述第一参考电压Vref1，所述电容充放电模块2023的第三输入端CS接入所述峰值电压Vcs，所述电容充放电模块2023的输出端输出充放电控制信号Vramp，充放电控制信号Vramp被输入到所述比较器U0的负向输入端(-)和所述充放电电容C0的一端，所述比较器U0的正向输入端(+)接入所述第二参考电压Vref2，所述充放电电容C0的另一端接地。
所述逻辑控制模块2021的输入端(未图示)连接所述比较器U0的输出端，所述逻辑控制模块2021的输出端DRI连接所述原边开关Q1的控制端(当Q1为MOS管时，Q1的控制端为栅极)。
请参考图5所示，本实施例的电容充放电模块2023的等效电路包括：一个与副边导通时间信号Tons的互补信号Tons_n有关的充电电流源Ichg@Tons_n和一个与副边导通时间信号Tons有关的放电电流源Idischg@Tons。也就是说，充放电电容C0的放电时间是由Tons控制的，充电时间是由Tons的互补信号Tons_n控制的。如图5和6所示，由于Tons+Tons_n＝Tsw，因此，只要控制Tons即可以控制Tons/Tsw的比值，且CC_Comp信号为比较器U0的输出信号，反映了充放电电容C0上的电压超过第二参考电压Vref2的时间段。CC_Comp信号送至逻辑控制模块2021，逻辑控制模块2021根据CC_Comp信号，可以直接控制下一次原边开关Q1的导通时间，保持
Figure BDA0002551033310000091
固定，即可以保证恒流输出。
请参考图7，本实施例中，所述电容充放电模块2023包括跨导放大器U11、第一开关K_Tons、第二开关K_Tons_n和负载电容C11。其中，第一开关K_Tons的导通和关断受控于所述副边导通时间信号Tons，第二开关K_Tons_n的导通和关断受控于所述副边导通时间信号Tons的互补信号Tons_n，例如当Tons为高时，第一开关K_Tons导通，Tons_n为低，第二开关K_Tons_n关断。其中，第一开关K_Tons和第二开关K_Tons_n可以均为具有控制端、开关通路一端和开关通路另一端的三端开关，第一开关K_Tons的控制端接入副边导通时间信号Tons，第二开关K_Tons_n的控制端接入互补信号Tons_n，所述第一开关K_Tons的开关通路一端接入所述峰值电压Vcs，所述第一开关K_Tons的开关通路另一端连接所述第二开关K_Tons_n的开关通路一端以及所述跨导放大器U11的负向输入端(—)，所述跨导放大器U11的正向输入端(+)接入所述第一参考电压Vref1，所述第二开关K_Tons_n的开关通路另一端接地，所述跨导放大器U11的输出端作为所述电容充放电模块2023的输出端，用于输出Vramp，所述跨导放大器U11的输出端连接所述负载电容C11的一端，所述负载电容C11的另一端接地。第一开关K_Tons和第二开关K_Tons_n交替开关，以向跨导放大器U11的负向输入端(—)输入Vcs或0电压，且当第一开关K_Tons导通时，跨导放大器U11和负载电容C11的配合可以产生放电电流源Idischg@Tons，当K_Tons_n闭合时，跨导放大器U11和负载电容C11的配合可以产生充电电流源Ichg@Tons_n。
需要说明的是，本发明实现上述的充电电流源Ichg@Tons_n和放电电流源Idischg@Tons的方式有很多种，并不仅仅限于图7所示的实施例。
例如，请参考图8，在本发明的另一实施例中，所述电容充放电模块2023包括：第一放大器U21，第二放大器U22，第一至第八晶体管M21～M28，第一电阻R21，第二电阻R22，导通和关断受控于所述副边导通时间信号的主控开关K_Tons，以及，负载电容C21。其中，第一至第八晶体管M21～M28均为MOS管，主控开关K_Tons为具有控制端、开关通路一端和开关通路另一端的三端开关，主控开关K_Tons的控制端接入副边导通时间信号Tons，所述第一放大器U21的一个输入端(+)接入原边侧的峰值电压Vcs，所述第一放大器U21的输出端连接第一晶体管M21的控制端(即栅极)，所述第一晶体管M21的开关通路另一端(即源极)连接第二晶体管M22的开关通路另一端(漏极)、所述第二晶体管M22的控制端(栅极)以及第三晶体管M23的控制端(栅极)，所述第一晶体管M21的开关通路一端(源极)分别连接所述第一放大器U21的另一个输入端(-)以及所述第一电阻R21的一端。所述第二晶体管M22的开关通路一端(源极)、所述第三晶体管M23的开关通路一端(源极)、第六晶体管M26的开关通路一端(源极)以及第七晶体管M27的开关通路一端(源极)均连接一相同的工作电压Vdd，所述第三晶体管M23的开关通路另一端(漏极)连接第四晶体管M24的开关通路另一端(漏极)、所述第四晶体管M24的控制端(栅极)和第五晶体管M25的控制端(栅极)；M22和M23可以是共栅晶体管，M26和M27可以是共栅晶体管，M24和M25可以是共栅晶体管。所述第六晶体管M26的开关通路另一端(漏极)连接所述主控开关K_Tons的一端以及所述负载电容C21的一端，以形成所述电容充放电模块2023的输出端，用于输出Vramp，所述第六晶体管M26的开关通路另一端(漏极)作为充电电流源Ichg@Tons_n。所述主控开关K_Tons的另一端作为放电电流源Idischg@Tons，连接所述第五晶体管M25的开关通路另一端(漏极)。所述第六晶体管M26的控制端(栅极)、所述第七晶体管M27的控制端(栅极)和所述第七晶体管M27的开关通路另一端(漏极)均连接第八晶体管M28的开关通路另一端(漏极)，所述第八晶体管M28的控制端(栅极)连接所述第二放大器U22的输出端。所述第二放大器U22的一个输入端(+)接入所述第一参考电压Vref1，所述第二放大器U22的另一个输入端(+)连接所述第八晶体管M28的开关通路一端(源极)以及所述第二电阻R22的一端。所述第一电阻R21的另一端、所述第四晶体管M24的开关通路一端(源极)、所述第五晶体管M25的开关通路一端(源极)、所述负载电容C21的另一端以及所述第二电阻R22的另一端均接地。在本发明的其他实施例中，第一至第八晶体管M21～M28中的任意晶体管还可以是三极管，所述晶体管的控制端为所述三极管的基极，所述晶体管的开关通路一端为所述三极管的发射极，所述晶体管的开关通路另一端为所述三极管的集电极。
再例如，请参考图9，在本发明的又一实施例中，所述电容充放电模块2023包括：第一放大器U31，第二放大器U32，串接电阻R31，第一至第五晶体管M31～M35，导通和关断受控于所述副边导通时间信号的第一开关K31_Tons和第二开关K32_Tons，以及，导通和关断受控于所述副边导通时间信号的互补信号的第三开关K31_Tons_n和第四开关K32_Tons_n。其中，第一至第五晶体管M31～M35均为MOS管，第一开关K31_Tons、第二开关K32_Tons、第三开关K31_Tons_n和第四开关K32_Tons_n可以均为具有控制端、开关通路一端和开关通路另一端的三端开关，第一开关K31_Tons的控制端和第二开关K32_Tons的控制端均接入副边导通时间信号Tons，第三开关K31_Tons_n的控制端和第四开关K32_Tons_n的控制端均接入互补信号Tons_n。所述第一开关K31_Tons的开关通路一端接入原边侧的峰值电压Vcs，所述第三开关K31_Tons_n的开关通路一端接入所述第一参考电压Vref1，所述第一开关K31_Tons的开关通路另一端和所述第三开关K31_Tons_n的另一端并接到所述第一放大器U31的一个输入端(+)，所述第一放大器U31的输出端连接所述第一晶体管M31的控制端(栅极)。所述第一晶体管M31的开关通路一端(源极)分别连接所述串接电阻R31的一端以及所述第一放大器U31的另一输入端(-)，所述第一晶体管M31的开关通路另一端(漏极)分别连接所述第三晶体管M33的开关通路另一端(漏极)、第三晶体管M33的控制端(栅极)、第四晶体管M34的控制端(栅极)以及第五晶体管M35的控制端(栅极)；所述第三晶体管M33的开关通路一端(源极)、第四晶体管M34的开关通路一端(源极)和第五晶体管M35的开关通路一端(源极)均接入一相同的工作电压Vdd，所述第四晶体管M34的开关通路另一端(漏极)作为充电电流源Ichg@Tons_n，所述第五晶体管M35的开关通路另一端(漏极)作为放电电流源Idischg@Tons，所述第四晶体管M34的开关通路另一端(漏极)和所述第五晶体管M35的开关通路另一端(漏极)相互连接且连接节点作为所述电容充放电模块2023的输出端，用于输出信号Vramp。所述串接电阻R31的另一端分别连接所述第二开关K32_Tons的一端和所述第四开关K32_Tons_n的一端，所述第四开关K32_Tons_n的另一端接地，所述第二开关K32_Tons的另一端连接所述第二晶体管M32的开关通路另一端(漏极)和所述第二放大器U32的一个输入端(-)，所述第二晶体管M32的开关通路一端(源极)接地，所述第二晶体管M32的控制端(栅极)连接所述第二放大器U32的输出端，所述第二放大器U32的另一个输入端(+)接入所述第一参考电压Vref1。
本实施例的恒流输出控制电路，能够利用一电容充放电电路的放电电流
Figure BDA0002551033310000121
以及充电电流
Figure BDA0002551033310000122
来实现
Figure BDA0002551033310000123
进而保证
Figure BDA0002551033310000124
恒定不变，由此，能在开关电源系统的各种输出控制模式下，当系统输出由恒压进入恒流模式时，即使Vcs不确定，也能保证系统输出的电流最大值恒定不变，即能够保证开关电源的输出电流保持恒定。
请参考图4至图10，基于同一发明构思，本发明一实施例还提供一种开关电源控制器，包括本发明所述恒流输出控制电路202。所述开关电源控制器设置在开关电源系统的变压器203的原边侧。本实施例中开关电源控制器为一集成芯片，其外围还设置有输入电压采样电路、输出电压反馈电路、驱动电路以及峰值检测电路。所述输入电压采样电路包括输入采样电阻R1和采样电容C2，所述输入采样电阻R1的一端作为所述输入电压采样电路的输入端并接入所述变压器203的原边供电的输入电压Vin，输入电压Vin通过一交流电源Vac经整流桥202整流以及滤波电容C1滤波后得到，所述输入采样电阻R1的另一端作为所述输入电压采样电路的输出端，并连接所述采样电容C2的一端，以向开关电源控制器提供直流电压VCC，所述采样电容C2的另一端接地。变压器203的原边绕组由第一原边绕组2031和第二原边绕组2032组成，所述输出电压反馈电路包括二极管D1、第一分压电阻R2和第二分压电阻R3，所述二极管D1的阳极连接所述变压器203的第二原边绕组2032的上端以及第一分压电阻R2的一端，所述二极管D1的阴极连接所述输入采样电阻R1的另一端，所述第一分压电阻R2的另一端作为所述电压反馈端FB并连接所述第二分压电阻R2的一端，所述变压器203的第二原边绕组2032的下端和所述第二分压电阻R2的另一端均分别接地。所述驱动电路包括原边开关Q1，所述原边开关Q1的栅极连接所述逻辑控制模块2021的输出端，所述原边开关Q1的漏极连接所述变压器203的第一原边绕组2031的下端，所述第一原边绕组2031的上端连接输入采样电阻R1的一端，以接入输入电压Vin。所述峰值检测电路包括峰值检测电阻Rcs，所述峰值检测电阻Rcs的一端分别连接所述原边开关Q1的源极以及所述电容充放电电路2023的第三输入端CS，所述峰值检测电阻Rcs的另一端接地。
本实施例的开关电源控制器，能够利用本发明的恒流输出控制电路实现
Figure BDA0002551033310000131
进而保证
Figure BDA0002551033310000132
恒定不变，由此，能在开关电源系统的各种输出控制模式下，当系统输出由恒压进入恒流模式时，即使Vcs不确定，也能保证系统输出的电流最大值恒定不变，即能够保证开关电源的输出电流保持恒定。与现有的开关电源控制器相比，本实施例的开关电源控制器具有应用简单、芯片引脚及外围元器件少、成本低、可靠性高及性能优良等特点。
需要说明的是，在本发明的其他实施例中，开关电源控制器的芯片内部中还可以将输入电压采样电路、输出电压反馈电路、驱动电路以及峰值检测电路中的至少一种电路集成在内，由此在将该开关电源控制器用于开关电源系统时，不需再为该开关电源控制器搭建输入电压采样电路、输出电压反馈电路、驱动电路以及峰值检测电路等中的被开关电源控制器的芯片集成在内的。
请参考图10，基于同一发明构思，本发明一实施例还提供一种开关电源系统，包括交流电源Vac、整流桥201、变压器203、本发明所述的开关电源控制器202以及负载204，所述交流电源Vac、整流桥201、变压器203以及负载204依次连接，所述开关电源控制器202连接在变压器的203原边绕组上。
本实施例中，所述的开关电源系统还包括设置在所述变压器203的副边绕组2033上的副边控制器205，所述副边控制器205的输出端连接所述副边开关Q2的栅极，所述副边开关Q2的开关通路一端(即源极)连接所述负载204的下端，所述副边开关Q2的开关通路另一端(即漏极)连接副边绕组2033的下端，负载204的上端连接副边绕组2033的上端，所述负载204可以包括至少一个LED灯。所述的开关电源系统还包括并接在负载204的上下两端之间的滤波电容C3和滤波电阻R4，且负载204的下端、滤波电容C3的下端和滤波电阻R4的下端均接地。
交流电源Vac经过整流桥201产生输入电压Vin，输入电压Vin为变压器203的原边供电。通过输入采样电阻R1、采样电容C连接组成的电路对输入电压Vin采样得到开关电源控制器202所需的直流电压VCC。其中，当变压器203的原边开关Q1导通后，原边峰值电流通过峰值检测电阻Rcs转换成一峰值电压Vcs至恒流输出控制电路202的CS端。开关电源控制器202根据CS端的峰值电压Vcs控制其DRI端(即恒流输出控制电路202的输出端)停止输出驱动信号，从而控制原边开关Q1关断。开关电源控制器202的FB端(即电压反馈端)的电压跟随输出电压Vout变化，第二分压电阻R2上的电压作为反馈Vout变化的电压输入FB端。FB端电压经过恒流输出控制电路202内部电路模块处理后，产生反映副边开关(可称为副功率管)Q2的导通时间的信号Tons(简称反映副边导通时间的信号Tons)，Tons控制对应比例的充放电电流，该充放电电流可以控制下一次原边开关Q1的控制信号的导通时间，从而调整Tons/Tsw的比值，Tsw是原边开关Q1的开关周期。
本发明的开关电源系统，由于采用了具有本发明的恒流输出控制电路的开关电源控制器，因此能在该开关电源系统的各种输出控制模式下，当系统输出由恒压进入恒流模式时，即使Vcs不确定，也能保证系统输出的电流最大值恒定不变，即能够保证系统的输出电流保持恒定。当其中的负载为LED灯时，能够使得LED灯的发光稳定。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种恒流输出控制电路，设置在开关电源的变压器的原边侧，其特征在于，包括：
用于产生反映变压器的副边导通时间信号的副边导通时间检测模块；
用于根据所述原边侧对应的峰值电压、所述副边导通时间信号以及第一参考电压产生充放电控制信号的电容充放电模块；
用于比较第二参考电压和所述充放电控制信号的比较器；
用于根据所述充放电控制信号进行充电和放电的充放电电容；以及，
用于根据所述比较器的输出产生用于控制所述原边侧的原边开关的恒流驱动控制信号的逻辑控制模块；其中，
所述副边导通时间检测模块的输入端连接用于反馈所述变压器的副边侧的输出电压变化的电压反馈端，所述副边导通时间检测模块的输出端连接所述电容充放电模块的第一输入端，所述电容充放电模块的第二输入端接入所述第一参考电压，所述电容充放电模块的第三输入端接入所述峰值电压，所述电容充放电模块的输出端连接所述比较器的一个输入端和所述充放电电容的一端，所述比较器的另一个输入端接入所述第二参考电压，所述充放电电容的另一端接地；
所述逻辑控制模块的输入端连接所述比较器的输出端，所述逻辑控制模块的输出端连接所述原边开关的控制端。
2.如权利要求1所述的恒流输出控制电路，其特征在于，所述电容充放电模块包括：跨导放大器，导通和关断受控于所述副边导通时间信号的第一开关，受控于所述副边导通时间信号的互补信号的第二开关，以及，负载电容；其中，所述第一开关的一端接入所述峰值电压，所述第一开关的另一端连接所述第二开关的一端以及所述跨导放大器的一个输入端，所述跨导放大器的另一个输入端接入所述第一参考电压，所述第二开关的另一端接地，所述跨导放大器的输出端连接所述负载电容的一端，所述负载电容的另一端接地，所述跨导放大器的输出端作为所述电容充放电模块的输出端。
3.如权利要求1所述的恒流输出控制电路，其特征在于，所述电容充放电模块包括：第一放大器，第二放大器，第一至第八晶体管，第一电阻，第二电阻，导通和关断受控于所述副边导通时间信号的主控开关，以及，负载电容；其中，所述第一放大器的一个输入端接入所述峰值电压，所述第一放大器的输出端连接第一晶体管的控制端，所述第一晶体管的开关通路另一端连接第二晶体管的开关通路另一端、所述第二晶体管的控制端以及第三晶体管的控制端，所述第一晶体管的开关通路一端分别连接所述第一放大器的另一个输入端以及所述第一电阻的一端；
所述第二晶体管的开关通路一端、所述第三晶体管的开关通路一端、第六晶体管的开关通路一端以及第七晶体管的开关通路一端均连接一相同的工作电压，所述第三晶体管的开关通路另一端连接第四晶体管的开关通路另一端、所述第四晶体管的控制端和第五晶体管的控制端；
所述第六晶体管的开关通路另一端连接所述主控开关的一端以及所述负载电容的一端以形成所述电容充放电模块的输出端，所述主控开关的另一端连接所述第五晶体管的开关通路另一端；
所述第六晶体管的控制端、所述第七晶体管的控制端和所述第七晶体管的开关通路另一端均连接第八晶体管的开关通路另一端，所述第八晶体管的控制端连接所述第二放大器的输出端；
所述第二放大器的一个输入端接入所述第一参考电压，所述第二放大器的另一个输入端连接所述第八晶体管的开关通路一端以及所述第二电阻的一端；
所述第一电阻的另一端、所述第四晶体管的开关通路一端、所述第五晶体管的开关通路一端、所述负载电容的另一端以及所述第二电阻的另一端均接地。
4.如权利要求1所述的恒流输出控制电路，其特征在于，所述电容充放电模块包括：第一放大器，第二放大器，串接电阻，第一至第五晶体管，导通和关断受控于所述副边导通时间信号的第一开关和第二开关，以及，导通和关断受控于所述副边导通时间信号的互补信号的第三开关和第四开关；其中，
所述第一开关的一端接入所述峰值电压，所述第三开关的一端接入所述第一参考电压，所述第一开关的另一端和所述第三开关的另一端并接到所述第一放大器的一个输入端，所述第一放大器的输出端连接所述第一晶体管的控制端；
所述第一晶体管的开关通路一端分别连接所述串接电阻的一端以及所述第一放大器的另一输入端，所述第一晶体管的开关通路另一端分别连接所述第三晶体管的开关通路另一端、第三晶体管的控制端、第四晶体管的控制端以及第五晶体管的控制端；所述第三晶体管的开关通路一端、第四晶体管的开关通路一端和第五晶体管的开关通路一端均接入一相同的工作电压，所述第四晶体管的开关通路另一端和所述第五晶体管的开关通路另一端相互连接且连接节点作为所述电容充放电模块的输出端；
所述串接电阻的另一端分别连接所述第二开关的一端和所述第四开关的一端，所述第四开关的另一端接地，所述第二开关的另一端连接所述第二晶体管的开关通路另一端和所述第二放大器的一个输入端，所述第二晶体管的开关通路一端接地，所述第二晶体管的控制端连接所述第二放大器的输出端，所述第二放大器的另一个输入端接入所述第一参考电压。
5.如权利要求3或4所述的恒流输出控制电路，其特征在于，所述电容充放电模块中的相应的所述晶体管为三极管或MOS管；当所述晶体管为三极管时，所述晶体管的控制端为所述三极管的基极，所述晶体管的开关通路一端为所述三极管的发射极，所述晶体管的开关通路另一端为所述三极管的集电极；当所述晶体管为MOS管时，所述晶体管的控制端为所述MOS管的栅极，所述晶体管的开关通路一端为所述MOS管的源极，所述晶体管的开关通路另一端为所述MOS管的漏极。
6.一种开关电源控制器，其特征在于，包括权利要求1至5中任一项所述恒流输出控制电路。
7.如权利要求6所述的开关电源控制器，其特征在于，所述开关电源控制器的内部或者外围还设置有以下电路中的至少一种：输入电压采样电路、输出电压反馈电路、驱动电路以及峰值检测电路；其中，所述驱动电路连接所述恒流输出控制电路的逻辑控制模块的输出端、所述峰值检测电路的输入端以及变压器的原边绕组，所述输入电压采样电路的输入端接入所述变压器的原边供电的输入电压，所述输入电压采样电路的输出端连接所述输出电压反馈电路的一个输入端，所述输出电压反馈电路的另一个输入端连接所述变压器的原边绕组，所述输出电压反馈电路的输出端为所述电压反馈端并连接所述恒流输出控制电路的副边导通时间检测模块的输入端，所述峰值检测电路的输出端连接所述恒流输出控制电路的电容充放电电路的第三输入端。
8.如权利要求7所述的开关电源控制器，其特征在于，所述输入电压采样电路包括输入采样电阻和采样电容，所述输入采样电阻的一端作为所述输入电压采样电路的输入端并接入所述变压器的原边供电的输入电压，所述输入采样电阻的另一端作为所述输入电压采样电路的输出端并连接所述采样电容的一端，所述采样电容的另一端接地；所述输出电压反馈电路包括二极管、第一分压电阻和第二分压电阻，所述二极管的阳极连接所述变压器的一原边绕组的一端以及第一分压电阻的一端，所述二极管的阴极连接所述输入采样电阻的另一端，所述第一分压电阻的另一端作为所述电压反馈端并连接所述第二分压电阻的一端，所述变压器的一原边绕组的另一端和所述第二分压电阻的另一端接地；所述驱动电路包括原边开关，所述原边开关的栅极连接所述逻辑控制模块的输出端，所述原边开关的漏极连接所述变压器的另一原边绕组的一端，所述变压器的另一原边绕组的另一端接入所述变压器的原边供电的输入电压；所述峰值检测电路包括峰值检测电阻，所述峰值检测电阻的一端分别连接所述原边开关的源极以及所述电容充放电电路的第三输入端，所述峰值检测电阻的另一端接地。
9.一种开关电源系统，其特征在于，包括交流电源、整流桥、变压器、权利要求6-8中任一项所述的开关电源控制器以及负载，所述交流电源、整流桥、变压器以及负载依次连接，所述开关电源控制器连接在变压器的原边绕组上。
10.如权利要求9所述的开关电源系统，其特征在于，还包括设置在所述变压器的副边绕组上的副边控制器，所述副边控制器通过副边开关与所述负载连接。
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