CN111900861A - 一种开关电源的控制电路、控制方法及开关电源 - Google Patents

一种开关电源的控制电路、控制方法及开关电源 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种开关电源的控制电路、控制方法及开关电源，根据开关电源的拓扑结构构建与输入电压和/或输出电压相关联的斜坡电压信号，再与导通时间段或关断时间段内采样到的电感电流信号相运算，由此可构建获得一个开关周期内的电感电流信息；并且根据主开关管的开关时间选择是采用构建的电感电流信息还是采用采样的电感电流信息以对主开关管进行控制。本申请适用于双电感电流控制方式的开关电源，根据主开关管的开关时间选择电感电流信息的获得方式，不受限于主开关管的开关时间影响，开关电源可拓宽输入电压或输出电压的使用范围，适用范围广。

Description

一种开关电源的控制电路、控制方法及开关电源
技术领域
本发明涉及开关电源领域，更具体地说，涉及一种开关电源的控制电路、控制方法及开关电源。
背景技术
在开关电源的使用中，通常需要提供稳定的输出信号给负载，现有技术一般是通过控制开关电源中的主开关管的导通/关断来控制输出信号的大小。传统的双电流控制方法是通过采样开关电源中电感电流信息，根据采样电感电流信号与第一参考信号的误差比较控制主开关管的关断，根据采样的电感电流信号与第二参考信号的误差比较控制主开关管的导通，由此控制输出信号为预期的需求值。
但是在上述的控制方案中，如果主开关管的开关时间如导通时间或关断时间比较短的话，又因为主开关管自身噪声的影响，在主开关管导通或关断后需要设置一定的消隐时间，然后再进行采样，如此一来，采样的电感电流信息就会不准确，因此，开关电源输入信号或输出信号的调节宽度受到限制，影响了开关电源的应用范围。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种开关电源的控制电路、控制方法及开关电源，用以解决现有技术输入信号或者输出信号调节宽度受限制的技术问题。
本发明的技术解决方案是，提供一种开关电源的控制电路，所述开关电源包括相互连接的主开关管和电感，包括：
电感电流采样电路，采样所述电感的电流信息，以获得所述主开关管在导通时间段的第一电感电流采样信号以及在关断时间段的第二电感电流采样信号；
电流信号选择电路，接收所述第一电感电流采样信号，并在所述主开关管关断时间内，根据所述第一电感电流采样信号和所述功率开关管的输出电压以获得第二电感电流检测信号；
以及接收所述第二电感电流采样信号，并在所述主开关管在导通时间内根据所述所述第二电感电流采样信号与所述主开关管的输入电压或输入电压和输出电压的运算以获得第一电感电流检测信号；
所述电流信号选择电路根据所述主开关管的导通时间与预设的第一阈值时间比较结果决定将第一电感电流采样信号和第一电感电流检测信号二者之一作为输出信号输出至后级电路，
以及，所述电流信号选择电路根据所述主开关管的关断时间与预设的第二阈值时间比较结果决定将第二电感电流采样信号和第二电感电流检测信号二者之一作为输出信号输出至后级电路。
进一步地，所述电流信号选择电路包括第一电感电流重构电路、第二电感电流重构电路和开关时间检测电路，
所述第一电感电流重构电路接收所述第二电感电流采样信号，并构建与所述主开关管的输入电压或输入电压和输出电压的运算成比例的第一斜坡电流信号，所述第二电感电流采样信号和第一斜坡电流信号进行运算后获得所述第一电感电流检测信号；
所述第二电感电流重构电路接收所述第一电感电流采样信号，并构建与所述主开关管的输出电压成比例的第二斜坡电流信号，所述第一电感电流采样信号和所述第二斜坡电流信号进行运算后获得所述第二电感电流检测信号，
所述开关时间检测电路检测所述主开关管的开关时间，并接收所述第一电感电流采样信号、所述第二电感电流采样信号、所述第一电感电流检测信号以及所述第二电感电流检测信号，以根据所述开关时间选择输出的信号。
进一步地，所述第一电感电流重构电路包括上坡电流重构电路和叠加电路，
所述上坡电流构建电路基于所述开关电源的功率级电路拓扑结构构建与所述功率级电路的输入电压或者输入电压和输出电压差值成正比例关系的所述第一斜坡电流信号，
所述叠加电路接收所述第二电感电流采样信号和所述第一斜坡电流信号，进行叠加处理以获得所述第一电感电流检测信号。
进一步地，括第一电流源、第一充电电容以及与所述第一充电电容并联的第一开关，
所述第一电流源用于给所述第一充电电容充电，所述第一充电电容的两端电压信号为表征所述第一斜坡电流信号的第一斜坡电压信号，
其中，所述第一电流源的大小设置为基于所述功率级电路的拓扑结构与所述功率转换器的输入电压或者输入电压和输出电压的差值成正比例关系，所述第一开关的开关状态与所述主开关管的开关状态相反。
进一步地，在所述主开关管的导通时间段内，所述第一充电电容被所述第一电流源充电直至导通时间结束；
在所述主开关管的关断时间段内，所述第一充电电容被放电归零。
进一步地，所述第二电感电流重构电路包括下坡电流重构电路和减法电路，
所述下坡电流重构电路基于所述开关电源的功率级电路拓扑结构构建与所述开关电源的输出电压成正比例关系的所述第二斜坡电流信号；
所述减法电路接收所述第一电感电流采样信号和所述第二斜坡电流信号，进行减法处理以获得所述第二电感电流检测信号。
进一步地，所述下坡电流重构电路包括第二电流源、第二充电电容以及与所述第二充电电容并联的第二开关，
所述第二电流源用于给所述第二充电电容充电，所述第二充电电容的两端电压信号为表征所述第二斜坡电流信号的第二斜坡电压信号，
其中，所述电流源的大小设置与所述功率级电路的输出电压成正比例关系，所述第二开关的开关状态与所述主开关管的开关状态相同。
进一步地，在所述主开关管关断时间内，所述第二电流源给所述第二充电电容充电直至关断时间结束，在所述主开关管导通时间内，所述第二充电电容放电归零。
进一步地，所述开关时间检测电路包括开关时间获取电路、比较电路和选择电路，所述开关时间获取电路接收所述主开关管的开关控制信号，以根据开关控制信号获得所述主开关管的导通时间和关断时间；
所述比较电路接收所述导通时间和预设的第一阈值时间，进行比较以获得第一比较信号；接收所述关断时间和预设的第二阈值时间，进行比较以获得第二比较信号；
所述选择电路接收所述第一比较信号、第二比较信号，同时还接收所述第一电感电流采样信号、所述第二电感电流采样信号、所述第一电感电流检测信号以及所述第二电感电流检测信号，
所述选择电路根据所述第一比较信号将所述第一电感电流采样信号和所述第一电感电流检测信号的其中之一输出；根据所述第二比较信号将所述第二电感电流采样信号和所述第二电感电流检测信号的其中之一输出。
本发明公开了一种开关电源的控制电路，所述开关电源包括相互连接的主开关管和电感，包括：
电感电流采样电路，采样所述电感的电流信息，以获得所述主开关管在导通时间的第一电感电流采样信号以及在关断时间的第二电感电流采样信号；
电流信号选择电路，接收所述第一电感电流采样信号和所述第二电感电流采样信号，并检测所述主开关管的开关时间，
当检测到所述主开关管的导通时间小于第一阈值时间，则在所述主开关管的导通时间内，根据所述第二电感电流采样信号和所述主开关管的输入电压或输入电压和输出电压以获得第一电感电流检测信号，并将所述第一电感电流检测信号和所述第二电感电流采样信号作为输出信号输出，
当检测到所述主开关管的关断时间小于第二阈值时间，则在所述主开关管的关断时间内，根据所述第一电感电流采样信号和所述主开关管的输出电压以获得第二电感电流检测信号，并将所述第二电感电流检测信号和所述第一电感电流采样信号作为输出信号输出，
当检测到所述主开关管的导通时间大于第一阈值时间且关断时间大于第二阈值时间，则将所述第一电感电流采样信号和第二电感电流采样信号输出。
进一步地，所述电流信号选择电路包括开关时间检测电路、第一电感电流重构电路、第二电感电流重构电路以及选择电路，
所述开关时间检测电路检测所述主开关管的开关时间，并接收所述第一电感电流采样信号和所述第二电感电流采样信号，以根据所述开关时间选择是否输出所述第一电感电流采样信号或所述第二电感电流采样信号至后级电路，
当所述第一电感电流重构电路接收到所述开关时间检测电路输出的所述第二电感电流采样信号，则根据所述主开关管的输出电压构建第一斜坡电压信号，所述第二电感电流采样信号和第一斜坡电压信号进行运算后获得所述第一电感电流检测信号；
当所述第二电感电流重构电路接收到所述开关时间检测电路输出的所述第一电感电流采样信号，则根据根据所述主开关管的输入电压或输入电压和输出电压的运算构建第二斜坡电压信号，所述第一电感电流采样信号和第二斜坡电压信号进行运算后获得所述第二电感电流检测信号；
所述选择电路根据所述开关时间检测电路的开关时间检测结果将第一电感电流检测信号和第二电感电流采样信号输出，或者，选择将第二电感电流检测信号和第一电感电流采样信号输出，或者，将所述第一电感电流采样信号和第二电感电流采样信号输出。
进一步地，所述第一电感电流重构电路包括上坡电流重构电路和叠加电路，所述上坡电流构建电路基于所述开关电源的功率级电路拓扑结构构建与所述功率级电路的输入电压或者输入电压和输出电压差值成正比例关系的所述第一斜坡电流信号，
所述叠加电路接收所述第二电感电流采样信号和所述第一斜坡电流信号，进行叠加处理以获得所述第一电感电流检测信号。
进一步地，所述上坡电流构建电路包括第一电流源、第一充电电容以及与所述第一充电电容并联的第一开关，
所述第一电流源用于给所述第一充电电容充电，所述第一充电电容的两端电压信号为表征所述第一斜坡电流信号的第一斜坡电压信号，
其中，所述第一电流源的大小设置为基于所述功率级电路的拓扑结构与所述功率转换器的输入电压或者输入电压和输出电压的差值成正比例关系，所述第一开关的开关状态与所述主开关管的开关状态相反。
进一步地，在所述主开关管的导通时间段内，所述第一充电电容被所述第一电流源充电直至导通时间结束；
在所述主开关管的关断时间段内，所述第一充电电容被放电归零。
进一步地，所述第二电感电流重构电路包括下坡电流重构电路和减法电路，
所述下坡电流重构电路基于所述开关电源的功率级电路拓扑结构构建与所述开关电源的输出电压成正比例关系的所述第二斜坡电流信号；
所述减法电路接收所述第一电感电流采样信号和所述第二斜坡电流信号，进行减法处理以获得所述第二电感电流检测信号。
进一步地，所述下坡电流重构电路包括第二电流源、第二充电电容以及与所述第二充电电容并联的第二开关，
所述第二电流源用于给所述第二充电电容充电，所述第二充电电容的两端电压信号为表征所述第二斜坡电流信号的第二斜坡电压信号，
其中，所述电流源的大小设置与所述功率级电路的输出电压成正比例关系，所述第二开关的开关状态与所述主开关管的开关状态相同。
进一步地，在所述主开关管关断时间内，所述第二电流源给所述第二充电电容充电，在所述主开关管导通时间内，所述第二充电电容放电归零。
进一步地，所述开关时间检测电路包括开关时间获取电路、比较电路和开关电路，
所述开关时间获取电路接收所述主开关管的开关控制信号，以根据开关控制信号获得所述主开关管的导通时间和关断时间；
所述比较电路接收所述导通时间和预设的第一阈值时间，进行比较以获得第一比较信号；接收所述关断时间和预设的第二阈值时间，进行比较以获得第二比较信号；
所述开关电路接收所述第一比较信号、第二比较信号，同时还接收所述第一电感电流采样信号和所述第二电感电流采样信号，
所述开关电路根据所述第一比较信号决定是否将所述第一电感电流采样信号输出至后级电路；根据所述第二比较信号决定是否将所述第二电感电流采样信号输出至后级电路。
本发明公开了一种开关电源的控制方法，所述开关电源包括相互连接的主开关管和电感，包括步骤：
S1：采样所述电感的电流信息，以获得所述主开关管在导通时间的第一电感电流采样信号以及在关断时间的第二电感电流采样信号；；
S2：接收所述第一电感电流采样信号，并在所述主开关管关断时间内，根据所述第一电感电流采样信号和所述主开关管的输出电压以获得第二电感电流检测信号；
以及接收所述第二电感电流采样信号，并在所述主开关管在导通时间内根据所述第二电感电流采样信号和所述主开关管的输入电压或输入电压和输出电压的运算以获得第一电感电流检测信号；
S3：根据所述主开关管的导通时间与预设的第一阈值时间比较结果决定将第一电感电流采样信号和第一电感电流检测信号二者之一作为输出信号输出至后级电路，
以及，所述电流信号选择电路根据所述主开关管的关断时间与预设的第二阈值时间比较结果决定将第二电感电流采样信号和第二电感电流检测信号二者之一作为输出信号输出至后级电路。
进一步包括，接收所述第二电感电流采样信号，并构建所述主开关管的输入电压或输入电压和输出电压的运算成正比例的第一斜坡电流信号，所述第二电感电流采样信号和第一斜坡电流信号进行运算后获得所述第一电感电流检测信号；
接收所述第一电感电流采样信号，并构建所述主开关管的输出电压成正比例的第二斜坡电流信号，所述第一电感电流采样信号和第二斜坡电流信号进行运算后获得所述第二电感电流检测信号，
检测所述主开关管的开关时间，并接收所述第一电感电流采样信号、所述第二电感电流采样信号、所述第一电感电流检测信号以及所述第二电感电流检测信号，以根据所述开关时间选择输出的信号。
本发明公开了一种开关电源的控制方法，所述开关电源包括相互连接的主开关管和电感，
S1：采样所述电感的电流信息，以获得所述主开关管在导通时间的第一电感电流采样信号以及在关断时间的第二电感电流采样信号；
S2：接收所述第一电感电流采样信号和所述第二电感电流采样信号，并检测所述主开关管的开关时间，
当检测到所述主开关管的导通时间小于第一阈值时间，则在所述主开关管的导通时间内根据所述第二电感电流采样信号与所述主开关管的输入电压或输入电压和输出电压的运算以获得第一电感电流检测信号，并将第一电感电流检测信号和第二电感电流采样信号作为输出信号输出，
当检测到所述主开关管的关断时间小于第二阈值时间，则在所述主开关管的关断时间内，根据所述第一电感电流采样信号与所述主开关管的输出电压以获得第二电感电流检测信号，并将第二电感电流检测信号和第一电感电流采样信号作为输出信号输出，
当检测到所述主开关管的导通时间大于第一阈值时间且关断时间大于第二阈值时间，则将所述第一电感电流采样信号和第二电感电流采样信号输出。
进一步包括步骤，检测所述主开关管的开关时间，并接收所述第一电感电流采样信号和所述第二电感电流采样信号，以根据所述开关时间选择是否输出所述第一电感电流采样信号或所述第二电感电流采样信号至后级电路，
当接收到所述第二电感电流采样信号，则构建与所述主开关管的输出电压成正比例的第一斜坡电压信号，所述第二电感电流采样信号和第一斜坡电压信号进行运算后获得所述第一电感电流检测信号；
当接收到所述第一电感电流采样信号，则构建与所述主开关管的输入电压或输入电压和输出电压的运算成正比例的第二斜坡电压信号，所述第一电感电流采样信号和第二斜坡电压信号进行运算后获得所述第二电感电流检测信号；
根据所述开关时间检测电路的开关时间检测结果将第一电感电流检测信号和第一电感电流采样信号输出，或者，选择将第二电感电流检测信号和第二电感电流检测信号输出，或者，将所述第一电感电流采样信号和第二电感电流采样信号输出。
本发明公开了一种开关电源，包括上述的控制电路，还包括比较电路以及逻辑和驱动电路，
所述比较电路包括第一比较器和第二比较器，所述第一比较器接收所述控制电路传输的所述第一电感电流检测信号或第一电感电流采样信号，以与第一参考电压信号比较，以获得第一比较信号；
所述第二比较器接收所述控制电路传输的第二电感电流检测信号或第二电感电流采样信号，以与第二参考电压信号比较，以获得第二比较信号；
所述逻辑和驱动电路接收所述第一比较信号和所述第二比较信号，并据此产生开关控制信号用于控制所述开关电源中主开关管的开关状态。采用本发明的开关电源的控制电路、控制方法及开关电源，根据开关电源的拓扑结构构建与输入电压和/或输出电压成相关联的斜坡电压信号，再与导通时间段或关断时间段内采样到的电感电流信号进行加或减运算，由此可构建获得一个开关周期内的电感电流信息；并且根据主开关管的开关时间选择是采用构建的电感电流信息还是采用采样的电感电流信息以对主开关管进行控制。本申请适用于双电感电流控制方式的开关电源，根据主开关管的开关时间选择电感电流信息的获得方式，不受限于主开关管的开关时间影响，开关电源可拓宽输入电压或输出电压的使用范围，适用范围广。
附图说明
图1为本发明的开关电源的控制电路的电路框图；
图2为本发明中的控制电路第一种实施方式的电路框图；
图2-1为图2中开关时间检测电路的一种实现方式；
图2-2为图2中上坡电流构建电路的一种实现方式；
图3为本发明中的控制电路第二种实施方式的电路框图；
图3-1为图3中开关时间检测电路的一种实现方式。
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，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图1所示为依据本发明的开关电源的控制电路的电路框图，本实施方式开关电源的功率级电路采用降压拓扑结构为例，该拓扑结构包括主开关管Q1、与主开关管Q1连接的电感L、同步整流管Q2以及输出电容Co。功率级电路接收输入信号Vin，经主开关管Q1的开关转换，输出直流输出信号Vout供给负载，输出电容Co两端的电压记为输出电压信号Vo。
如图1所示，本发明实施例的控制电路包括电感电流采样电路1、电流信号选择电路2、比较电路3以及逻辑和驱动电路4，这里控制电路还包括一些实现输入输出功能的其他电路结构，因与本发明技术方案无直接关联，在图1中未示出。
参考图1，电感电流采样电路1采样所述电感的电流信息，以获得所述主开关管在导通时间的第一电感电流采样信号IPK1(图1中以对应的第一电感电压采样信号VIPK1表征)以及在关断时间的第二电感电流采样信号IBot1(图1中以对应的第一电感电压采样信号VIBot1表征)。
结合图2，本实施方式中电流信号选择电路2包括第一电感电流重构电路2-1、第二电感电流重构电路2-2和开关时间检测电路2-3：
所述第一电感电流重构电路2-1接收所述第二电感电流采样信号IBot1，并构建与所述主开关管的输入电压或输入电压和输出电压的运算成比例的第一斜坡电流信号ICOMP1(图2中以对应的第一斜坡电压信号VCOMP1表征)，所述第二电感电流采样信号和第一斜坡电流信号进行运算后获得第一电感电流检测信号IPK2(图2中以对应的第一电感电压检测信号VIPK2表征)。
具体地，所述第一电感电流重构电路包括上坡电流重构电路2-1-1和叠加电路2-1-2，所述上坡电流构建电路2-1-1基于所述开关电源的功率级电路拓扑结构构建与所述功率级电路的输入电压或者输入电压和输出电压差值成正比例关系的所述第一斜坡电流信号ICOMP1；所述叠加电路2-1-2接收所述第二电感电流采样信号IBot1和所述第一斜坡电流信号ICOMP1，进行叠加处理以获得第一电感电流检测信号IPK2(图2中以对应的第一电感电压检测信号VIPK2表征)。叠加电路可为加法器。
结合图2-2，所述上坡电流构建电路2-1-1包括第一电流源I1、第一充电电容C1以及与所述第一充电电容并联的第一开关S1，所述第一电流源用于给所述第一充电电容充电，所述第一充电电容的两端电压信号为表征所述第一斜坡电流信号的第一斜坡电压信号VCOMP1。其中，所述第一电流源的大小设置为基于所述功率级电路的拓扑结构与所述功率转换器的输入电压或者输入电压和输出电压的差值成正比例关系，所述第一开关的开关状态与所述主开关管的开关状态相反，在所述主开关管的导通时间段内，所述第一充电电容被所述第一电流源充电直至导通时间结束；在所述主开关管的关断时间段内，所述第一充电电容被放电归零。
根据上述的上坡电流构建电路可推知，对于buck功率电路结构，电感L的电流波形为三角波，在主开关管的导通时间段Ton内，主开关管Q1电流上升，在关断时间段Toff内，同步开关管Q2电流下降。对于在导通时间段内，电感电流与主开关管Q1的电流相等，呈线性上升，且根据buck电路的工作伏秒积原理可知，电感电流上升的大小△I为(Vin-Vo)/L对导通时间的积分。本实施例中将电流源的电流I设置为I∝K*(Vin-Vo)，当主开关管Q1导通时，则第一开关S断开，电流源I给充电电容充电，则所述第一斜坡电压信号相应地为：VCOMP1∝K*(Vin-Vo)，在理想情况下，比例系数K＝1/L，在实际电路中，电感L会有稍微变动，一般选择一段合适感值范围内的平均值，对所述第一斜坡电压信号的斜率影响较小。因此，通过上述上坡电流构建电路构建的第一斜坡电流信号VCOMP1可以表征电感电流上升的电流大小△I。
在连续导通工作模式下，在主开关管关断时间内，通过采样可以获得电感电流的信息，当达到关断时间的终点，可以获得关断时间到达时刻的电感电流大小IBot1，然后在导通时间段内，通过本发明实施例的斜坡电流构建电路构建输出第一斜坡电流信号ICOMP1(对应电压表示为VCOMP1)，则在导通时间结束时将第一斜坡电流信号ICOMP1叠加在电感电流大小IBot1可获得电感电流在主开关管导通时间段内的大小情况。如此，通过上述方式可获得整个开关周期内的电感电流信息。
继续参考图2，所述第二电感电流重构电路2-2接收所述第一电感电流采样信号IPK1，并根据所述主开关管的输出电压构建第二斜坡电流信号ICOMP2(图2中以对应的第二斜坡电压信号VCOMP2表征)，所述第一电感电流采样信号和第二斜坡电流信号进行运算后获得第二电感电流检测信号IBot2(图2中以对应的第二电感电压检测信号VIBot2表征)。具体地，所述第二电感电流重构电路包括下坡电流重构电路2-2-1和减法电路2-2-2，
所述下坡电流重构电路2-2-1基于所述开关电源的功率级电路拓扑结构构建与所述开关电源的输出电压成正比例关系的所述第二斜坡电流信号ICOMP2(图2中以对应的第二斜坡电压信号VCOMP2表征)；所述减法电路接收所述第一电感电流采样信号和所述第二斜坡电流信号，进行减法处理以获得所述第二电感电流检测信号IBot2(图2中以对应的第二电感电压检测信号VIBot2表征)。类似地，本实施例中，所述下坡电流重构电路包括第二电流源、第二充电电容以及与所述第二充电电容并联的第二开关，所述第二电流源用于给所述第二充电电容充电，所述第二充电电容的两端电压信号为表征所述第二斜坡电流信号的第二斜坡电压信号，其中，所述电流源的大小设置与所述功率级电路的输出电压成正比例关系，所述第二开关的开关状态与所述主开关管的开关状态相同。在所述主开关管关断时间内，所述第二电流源给所述第二充电电容充电直至关断时间结束，在所述主开关管导通时间内，所述第二充电电容放电归零。
下坡电流构建电路的工作原理与上坡电流构建电路的工作原理相类似，所不同的是，在导通时间段内进行采样，可获得导通时间到达时刻的电感电流信号IPK1，然后在关断时间段内，对于Buck拓扑结构，电感电流与输出电压成正比例关系，通过本发明实施例的斜坡电流构建电路构建输出与输出电压成正比例关系的第二斜坡电流信号ICOMP2(对应电压表示为VCOMP2)，第二斜坡电流信号ICOMP2可表征在关断时间内电感电流的变化大小，则在关断时间结束时将电感电流大小IBot2减去第二斜坡电流信号ICOMP2在可获得电感电流在主开关管关断时间段内的大小情况。如此，结合导通时间的采样方式和关断时间的构建方式可准确获得整个开关周期内的电感电流信息。
开关时间检测电路2-3检测所述主开关管的开关时间，并接收所述第一电感电流采样信号、所述第二电感电流采样信号IBot1、所述第一电感电流检测信号IPK1以及所述第二电感电流检测信号IBot2，以根据所述开关时间选择输出的信号IPK2。
具体地，所述开关时间检测电路包括开关时间获取电路2-3-1、比较电路2-3-2和选择电路2-3-3，所述开关时间获取电路2-3-1接收所述主开关管的开关控制信号VQ，以根据开关控制信号获得所述主开关管的导通时间Ton和关断时间Toff；所述比较电路2-3-2接收所述导通时间Ton和预设的第一阈值时间Ton_min，进行比较以获得第一比较信号Vc1；接收所述关断时间Toff和预设的第二阈值时间Toff_min，进行比较以获得第二比较信号Vc2。
所述选择电路2-3-3接收所述第一比较信号、第二比较信号，同时还接收所述第一电感电流采样信号、所述第二电感电流采样信号、所述第一电感电流检测信号以及所述第二电感电流检测信号，所述选择电路根据所述第一比较信号将所述第一电感电流采样信号和所述第一电感电流检测信号的其中之一输出；根据所述第二比较信号将所述第二电感电流采样信号和所述第二电感电流检测信号的其中之一输出。
本实施例中，当所述导通时间Ton小于等于预设的第一阈值时间Ton_min，则选择将第一电感电流检测信号输出，否则，选择第一电感电流采样信号输出；当关断时间Toff小于等于预设的第二阈值时间Toff_min，则选择将第二电感电流检测信号输出，否则，选择将第二电感电流采样信号输出。如此设置，在开关电源的工作过程中，当导通时间或关断时间比较短的情况下，采样的信息存在不准确的情况，通过将构建的电感电流信号作为输出信号传输给后级比较电路，可获得准确的电感电流信息，控制更准确，当导通或关断时间较长的情况下，则通过采样的电感电流信息进行后级电路的控制。这里需要说明的是，由于开关电源本身的频率设计，不会存在导通时间和关断时间均小于预设的时间情况，即不会出现在导通时间阶段和关断时间阶段均是构建的电感电流信息情况。
本领域技术人员可以理解，本方案实施例中的开关时间获得电路、比较电路、选择电路可由开关管、比较器以及相同功能的器件实现，在此对电路结构不作具体限制。
在开关电源中，比较电路3包括第一比较器CMP1和第二比较器CMP2，所述第一比较器接收所述控制电路传输的所述第一电感电流检测信号或第一电感电流采样信号，以与第一参考电压信号Vref1比较，以获得第一比较信号；
所述第二比较器接收所述控制电路传输的第二电感电流检测信号或第二电感电流采样信号，以与第二参考电压信号Vref2比较，以获得第二比较信号；
所述逻辑和驱动电路4接收所述第一比较信号和所述第二比较信号，并据此产生开关控制信号VQ用于控制所述开关电源中主开关管的开关状态。
参考图3为本发明中的控制电路第二种实施方式的电路框图；图3-1为图3中开关时间检测电路的一种实现方式。结合图1，电感电流采样电路1采样所述电感的电流信息，以获得所述主开关管在导通时间的第一电感电流采样信号IPK1(图3中以对应的第一电感电压采样信号VIPK1表征)以及在关断时间的第二电感电流采样信号IBot1(图3中以对应的第一电感电压采样信号VIBot1表征)。以下均相同，在图3中均以电流对应的电压信号作为控制对象进行标识。
继续参考图3，本实施方式中电流信号选择电路2包括开关时间检测电路2-1、第一电感电流重构电路2-2、第二电感电流重构电路2-3以及选择电路2-4。
具体地，所述开关时间检测电路检测所述主开关管的开关时间，并接收所述第一电感电流采样信号IPK1和所述第二电感电流采样信号IBot1，以根据所述开关时间选择是否输出所述第一电感电流采样信号或所述第二电感电流采样信号至后级电路。参考图3-1，所述开关时间检测电路包括开关时间获取电路2-1-1，比较电路2-1-2和开关电路2-1-3，所述开关时间获取电路2-1-1接收所述主开关管的开关控制信号VQ，以根据开关控制信号获得所述主开关管的导通时间Ton和关断时间Toff；
所述比较电路2-1-2接收所述导通时间Ton和预设的第一阈值时间Ton_min，进行比较以获得第一比较信号Vc1；接收所述关断时间Toff和预设的第二阈值时间Toff_min，进行比较以获得第二比较信号Vc2；
所述开关电路接收所述第一比较信号、第二比较信号，同时还接收所述第一电感电流采样信号IPK1和所述第二电感电流采样信号IBot1，所述开关电路根据所述第一比较信号决定是否将所述第二电感电流采样信号输出至后级电路；根据所述第二比较信号决定是否将所述第一电感电流采样信号输出至后级电路。这里的开关电路可由开关管实现。本实施方案中，当所述导通时间Ton小于等于预设的第一阈值时间Ton_min时，则将所述第一电感电流采样信号输出至后级电路，当所述关断时间Toff和预设的第二阈值时间Toff_min时，则将所述第一电感电流采样信号输出至后级电路。
具体地，第一电感电流重构电路2-2接收到所述开关时间检测电路输出的所述第二电感电流采样信号(对应电压信号记为VIBot1)，则根据所述主开关管的输出电压构建第一斜坡电压信号VCOMP1，所述第二电感电流采样信号和第一斜坡电压信号进行运算后获得所述第一电感电流检测信号IPK1；具体地，所述第一电感电流重构电路包括上坡电流重构电路2-2-1和叠加电路2-2-2，所述上坡电流构建电路基于所述开关电源的功率级电路拓扑结构构建与所述功率级电路的输入电压或者输入电压和输出电压差值成正比例关系的所述第一斜坡电流信号ICOMP1，所述叠加电路接收所述第二电感电流采样信号和所述第一斜坡电流信号，进行叠加处理以获得所述第一电感电流检测信号IPK2，叠加电路可为加法器。
具体地，本实施例中的所述上坡电流构建电路包括第一电流源、第一充电电容以及与所述第一充电电容并联的第一开关，所述第一电流源用于给所述第一充电电容充电，所述第一充电电容的两端电压信号为表征所述第一斜坡电流信号的第一斜坡电压信号，其中，所述第一电流源的大小设置为基于所述功率级电路的拓扑结构与所述功率转换器的输入电压或者输入电压和输出电压的差值成正比例关系，所述第一开关的开关状态与所述主开关管的开关状态相反。在所述主开关管的导通时间段内，所述第一充电电容被所述第一电流源充电直至导通时间结束；在所述主开关管的关断时间段内，所述第一充电电容被放电归零。
同理，本实施例中的上坡电流构建电路工作原理与上一实施例相同，通过构建的斜坡电流信号可以表征到导通时间内电感电流上升的信息。通过采样电感电流在主开关管关断时间内的电感电流信息，当达到关断时间的终点，可以获得关断时间到达时刻的电感电流大小IBot1，然后在导通时间段内，通过构建产生第一斜坡电流信号ICOMP1(对应电压表示为VCOMP1)，则在导通时间结束时将第一斜坡电流信号ICOMP1叠加在电感电流大小IBot1可获得电感电流在主开关管导通时间段内的大小情况。如此，通过上述方式可获得整个开关周期内的电感电流信息。
并且，本实施方案通过先检测导通时间(比如上一周期内的导通时间)是否比预设的导通时间小，如果小于预设的导通时间，则表示采样时间不够，获得采样电感电流信号会不准确，因此，在下一周期中，则通过构建的电感电流信息可获得一个开关周期内的电感电流信息，控制准确，精度高。
具体地，第二电感电流重构电路2-3接收到所述开关时间检测电路输出的所述第一电感电流采样信号IPK1，则根据根据所述主开关管的输入电压或输入电压和输出电压的运算构建第二斜坡电压信号VCOMP2，所述第一电感电流采样信号和第二斜坡电压信号进行运算后获得第二电感电流检测信号IBot2；具体地所述第二电感电流重构电路2-3包括下坡电流重构电路2-3-1和减法电路2-3-2，所述下坡电流重构电路基于所述开关电源的功率级电路拓扑结构构建与所述开关电源的输出电压成正比例关系的所述第二斜坡电流信号；所述减法电路接收所述第一电感电流采样信号和所述第二斜坡电流信号，进行减法处理以获得所述第二电感电流检测信号IBot2(如图3中对应的VIBot2)。所述减法电路可为减法器。
具体地，所述下坡电流重构电路2-3-1包括第二电流源、第二充电电容以及与所述第二充电电容并联的第二开关，所述第二电流源用于给所述第二充电电容充电，所述第二充电电容的两端电压信号为表征所述第二斜坡电流信号的第二斜坡电压信号，其中，所述电流源的大小设置与所述功率级电路的输出电压成正比例关系，所述第二开关的开关状态与所述主开关管的开关状态相同。在所述主开关管关断时间内，所述第二电流源给所述第二充电电容充电，在所述主开关管导通时间内，所述第二充电电容放电归零。
同理，本实施例中的下坡电流重构电路原理与上一实施例相同，因此，通过将导通时间结束时刻的电感电流大小减去构建的斜坡电流大小，可获得关断时间段内的电感电流信息，通过与导通时间段内采样的电感电流信息相结合，可获得一个开关周期内准确的电感电流信息。
具体的，选择电路2-4包括两个部分，如图3中选择电路2-4-1和2-4-2，选择电路根据所述开关时间检测电路的开关时间检测结果将第一电感电流检测信号和第二电感电流采样信号输出，或者，选择将第二电感电流检测信号和第一电感电流采样信号输出，或者，将所述第一电感电流采样信号和第二电感电流采样信号输出。具体地，当接收到第一电感电流重构电路输出的第一电感电流检测信号时，则选择将第一电感电流检测信号和第二电感电流采样信号输出，当接收到第二电感电流检测信号时，则选择将第二电感电流检测信号和第一电感电流采样信号输出，如没有接收到第一电感电流检测信号和第二电感电流检测信号，则选择将所述第一电感电流采样信号和第二电感电流采样信号输出。这里需要说明的是，由于开关电源本身的频率设计，不会存在导通时间和关断时间均小于预设的时间情况，即不会出现在导通时间阶段和关断时间阶段均是构建的电感电流信息情况。
本实施方式，通过对开关时间的检测情况，当发现导通时间或关断时间很短的情况，则通过构建的方式获得导通或关断时间内的电感电流信息，控制方式准确，精度好。
第二方面，本发明公开了一种开关电源的控制方法，所述开关电源包括相互连接的主开关管和电感，包括步骤：
S1：采样所述电感的电流信息，以获得所述主开关管在导通时间的第一电感电流采样信号以及在关断时间的第二电感电流采样信号；；
S2：接收所述第一电感电流采样信号，并在所述主开关管关断时间内，根据所述开关电源的功率拓扑结构构建与所述主开关管的输出电压成比例的第二电感电流检测信号；
以及接收所述第二电感电流采样信号，并在所述主开关管在导通时间内根据所述开关电源的功率拓扑结构构建与所述主开关管的输入电压或输入电压和输出电压的运算成比例的第一电感电流检测信号；
S3：根据所述主开关管的导通时间与预设的第一阈值时间比较结果决定将第一电感电流采样信号和第一电感电流检测信号二者之一作为输出信号输出至后级电路，
以及，所述电流信号选择电路根据所述主开关管的关断时间与预设的第二阈值时间比较结果决定将第二电感电流采样信号和第二电感电流检测信号二者之一作为输出信号输出至后级电路。
进一步包括，接收所述第二电感电流采样信号，并构建所述主开关管的输入电压或输入电压和输出电压的运算成正比例的第一斜坡电流信号，所述第二电感电流采样信号和第一斜坡电流信号进行运算后获得第一电感电流检测信号；
接收所述第一电感电流采样信号，并构建所述主开关管的输出电压成正比例的第二斜坡电流信号，所述第一电感电流采样信号和第二斜坡电流信号进行运算后获得第二电感电流检测信号，
检测所述主开关管的开关时间，并接收所述第一电感电流采样信号、所述第二电感电流采样信号、所述第一电感电流检测信号以及所述第二电感电流检测信号，以根据所述开关时间选择输出的信号。
第三方面，本发明公开了一种开关电源的控制方法，所述开关电源包括相互连接的主开关管和电感，包括步骤：
S1：采样所述电感的电流信息，以获得所述主开关管在导通时间的第一电感电流采样信号以及在关断时间的第二电感电流采样信号；
S2：接收所述第一电感电流采样信号和所述第二电感电流采样信号，并检测所述主开关管的开关时间，
当检测到所述主开关管的导通时间小于第一阈值时间，则在所述主开关管的导通时间内根据所述开关电源的功率拓扑结构构建与所述主开关管的输入电压或输入电压和输出电压的运算成比例的第一电感电流检测信号，并将第一电感电流检测信号和第二电感电流采样信号作为输出信号输出，
当检测到所述主开关管的关断时间小于第二阈值时间，则在所述主开关管的关断时间内，根据所述开关电源的功率拓扑结构构建与所述主开关管的输出电压成比例的第二电感电流检测信号，并将第二电感电流检测信号和第一电感电流采样信号作为输出信号输出，
当检测到所述主开关管的导通时间大于第一阈值时间且关断时间大于第二阈值时间，则将所述第一电感电流采样信号和第二电感电流采样信号输出。
进一步包括步骤，检测所述主开关管的开关时间，并接收所述第一电感电流采样信号和所述第二电感电流采样信号，以根据所述开关时间选择是否输出所述第一电感电流采样信号或所述第二电感电流采样信号至后级电路，
当所述第一电感电流重构电路接收到所述开关时间检测电路输出的所述第二电感电流采样信号，则根据所述主开关管的输出电压构建第一斜坡电压信号，所述第二电感电流采样信号和第一斜坡电压信号进行运算后获得所述第一电感电流检测信号；
当所述第二电感电流重构电路接收到所述开关时间检测电路输出的所述第一电感电流采样信号，则根据根据所述主开关管的输入电压或输入电压和输出电压的运算构建第二斜坡电压信号，所述第一电感电流采样信号和第二斜坡电压信号进行运算后获得第二电感电流检测信号；
根据所述开关时间检测电路的开关时间检测结果将第一电感电流检测信号和第一电感电流采样信号输出，或者，选择将第二电感电流检测信号和第二电感电流检测信号输出，或者，将所述第一电感电流采样信号和第二电感电流采样信号输出。
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)

1.一种开关电源的控制电路，所述开关电源包括相互连接的主开关管和电感，其特征在于，包括：
电感电流采样电路，采样所述电感的电流信息，以获得所述主开关管在导通时间段的第一电感电流采样信号以及在关断时间段的第二电感电流采样信号；
电流信号选择电路，接收所述第一电感电流采样信号，并在所述主开关管关断时间内，根据所述第一电感电流采样信号和所述功率开关管的输出电压以获得第二电感电流检测信号；
以及接收所述第二电感电流采样信号，并在所述主开关管在导通时间内根据所述所述第二电感电流采样信号与所述主开关管的输入电压或输入电压和输出电压的运算以获得第一电感电流检测信号；
所述电流信号选择电路根据所述主开关管的导通时间与预设的第一阈值时间比较结果决定将第一电感电流采样信号和第一电感电流检测信号二者之一作为输出信号输出至后级电路，
以及，所述电流信号选择电路根据所述主开关管的关断时间与预设的第二阈值时间比较结果决定将第二电感电流采样信号和第二电感电流检测信号二者之一作为输出信号输出至后级电路。
2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述电流信号选择电路包括第一电感电流重构电路、第二电感电流重构电路和开关时间检测电路，
所述第一电感电流重构电路接收所述第二电感电流采样信号，并构建与所述主开关管的输入电压或输入电压和输出电压的运算成比例的第一斜坡电流信号，所述第二电感电流采样信号和第一斜坡电流信号进行运算后获得所述第一电感电流检测信号；
所述第二电感电流重构电路接收所述第一电感电流采样信号，并构建与所述主开关管的输出电压成比例的第二斜坡电流信号，所述第一电感电流采样信号和所述第二斜坡电流信号进行运算后获得所述第二电感电流检测信号，
所述开关时间检测电路检测所述主开关管的开关时间，并接收所述第一电感电流采样信号、所述第二电感电流采样信号、所述第一电感电流检测信号以及所述第二电感电流检测信号，以根据所述开关时间选择输出的信号。
3.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述第一电感电流重构电路包括上坡电流重构电路和叠加电路，
所述上坡电流构建电路基于所述开关电源的功率级电路拓扑结构构建与所述功率级电路的输入电压或者输入电压和输出电压差值成正比例关系的所述第一斜坡电流信号，
所述叠加电路接收所述第二电感电流采样信号和所述第一斜坡电流信号，进行叠加处理以获得所述第一电感电流检测信号。
4.根据权利要求3所述的控制电路，其特征在于，所述上坡电流构建电路包括第一电流源、第一充电电容以及与所述第一充电电容并联的第一开关，
所述第一电流源用于给所述第一充电电容充电，所述第一充电电容的两端电压信号为表征所述第一斜坡电流信号的第一斜坡电压信号，
其中，所述第一电流源的大小设置为基于所述功率级电路的拓扑结构与所述功率转换器的输入电压或者输入电压和输出电压的差值成正比例关系，所述第一开关的开关状态与所述主开关管的开关状态相反。
5.根据权利要求4所述的控制电路，其特征在于，在所述主开关管的导通时间段内，所述第一充电电容被所述第一电流源充电直至导通时间结束；
在所述主开关管的关断时间段内，所述第一充电电容被放电归零。
6.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述第二电感电流重构电路包括下坡电流重构电路和减法电路，
所述下坡电流重构电路基于所述开关电源的功率级电路拓扑结构构建与所述开关电源的输出电压成正比例关系的所述第二斜坡电流信号；
所述减法电路接收所述第一电感电流采样信号和所述第二斜坡电流信号，进行减法处理以获得所述第二电感电流检测信号。
7.根据权利要求6所述的控制电路，其特征在于，
所述下坡电流重构电路包括第二电流源、第二充电电容以及与所述第二充电电容并联的第二开关，
所述第二电流源用于给所述第二充电电容充电，所述第二充电电容的两端电压信号为表征所述第二斜坡电流信号的第二斜坡电压信号，
其中，所述电流源的大小设置与所述功率级电路的输出电压成正比例关系，所述第二开关的开关状态与所述主开关管的开关状态相同。
8.根据权利要求7所述的控制电路，其特征在于，
在所述主开关管关断时间内，所述第二电流源给所述第二充电电容充电直至关断时间结束，在所述主开关管导通时间内，所述第二充电电容放电归零。
9.根据权利要求2-8任一所述的控制电路，其特征在于，所述开关时间检测电路包括开关时间获取电路、比较电路和选择电路，
所述开关时间获取电路接收所述主开关管的开关控制信号，以根据开关控制信号获得所述主开关管的导通时间和关断时间；
所述比较电路接收所述导通时间和预设的第一阈值时间，进行比较以获得第一比较信号；接收所述关断时间和预设的第二阈值时间，进行比较以获得第二比较信号；
所述选择电路接收所述第一比较信号、第二比较信号，同时还接收所述第一电感电流采样信号、所述第二电感电流采样信号、所述第一电感电流检测信号以及所述第二电感电流检测信号，
所述选择电路根据所述第一比较信号将所述第一电感电流采样信号和所述第一电感电流检测信号的其中之一输出；根据所述第二比较信号将所述第二电感电流采样信号和所述第二电感电流检测信号的其中之一输出。
10.一种开关电源的控制电路，所述开关电源包括相互连接的主开关管和电感，其特征在于，包括：
电感电流采样电路，采样所述电感的电流信息，以获得所述主开关管在导通时间的第一电感电流采样信号以及在关断时间的第二电感电流采样信号；
电流信号选择电路，接收所述第一电感电流采样信号和所述第二电感电流采样信号，并检测所述主开关管的开关时间，
当检测到所述主开关管的导通时间小于第一阈值时间，则在所述主开关管的导通时间内，根据所述第二电感电流采样信号和所述主开关管的输入电压或输入电压和输出电压以获得第一电感电流检测信号，并将所述第一电感电流检测信号和所述第二电感电流采样信号作为输出信号输出，
当检测到所述主开关管的关断时间小于第二阈值时间，则在所述主开关管的关断时间内，根据所述第一电感电流采样信号和所述主开关管的输出电压以获得第二电感电流检测信号，并将所述第二电感电流检测信号和所述第一电感电流采样信号作为输出信号输出，
当检测到所述主开关管的导通时间大于第一阈值时间且关断时间大于第二阈值时间，则将所述第一电感电流采样信号和第二电感电流采样信号输出。
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