CN113037066A - 开关控制电路、开关控制方法和开关电源 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种开关控制电路、开关控制方法和开关电源，开关控制电路设有高压输入端和供电端，高压输入端用以耦接输入电压，开关控制电路通过供电端获得供电从而进行工作，开关控制电路还包括供电检测电路、欠压判断电路和驱动电路。供电检测电路用于获取高压输入端对供电端供电的供电检测信号。欠压判断电路的输入端耦接供电检测电路，欠压判断电路用于根据供电检测信号判断是否触发欠压保护并输出欠压保护信号。驱动电路的输入端耦接欠压判断电路，驱动电路用于根据欠压保护信号输出驱动信号以控制开关管。本发明提出的开关控制电路、开关控制方法和开关电源，可确保开关电源的芯片获得正常供电，并有效避免高压供电时间过长而损坏器件。

Description

开关控制电路、开关控制方法和开关电源

技术领域

本发明属于电力电子领域，涉及开关电源保护技术，特别涉及一种开关控制电路、开关控制方法和开关电源。

背景技术

开关电源一般由脉冲宽度调制(简称PWM)控制电路和开关管构成，通过脉冲宽度调制控制电路生成PWM信号从而控制开关管的开关状态，以实现变压输出。反激式开关电源作为较为常见的一种开关电源，其包括原边电路、副边电路和变压器绕组。如图1所示，原边电路包括原边控制电路和开关管Q，变压器绕组包括原边绕组Np、副边绕组(图中未示出)和辅助绕组Na。该反激式开关电源中，原边控制电路的高压引脚HV通过电阻Rst耦接输入电压Vin，通过高压启动给原边控制电路的供电端VDD供电。此外，还存在另外一路供电电路，辅助绕组Na耦接原边控制电路的供电端VDD，以对供电端VDD进行供电。当辅助绕组Na的供电不足以维持原边控制电路正常工作时，将通过高压引脚HV给供电端VDD供电。由于经高压引脚HV引入的电压较高，该供电过程的损耗较大，若通过高压引脚HV给供电端VDD供电的持续时间较长，则供电电路有过热问题，因此原边控制电路存在损坏风险，导致开关电源无法正常工作。

有鉴于此，需要提供一种新的结构或控制方法，用于解决上述存在的技术问题。

发明内容

为了解决上述至少部分问题，本发明提出了一种开关控制电路、开关控制方法和开关电源，可确保开关控制电路获得正常供电，并有效避免高压供电时间过长而损坏器件。

本发明一实施方式公开了一种开关控制电路，所述开关控制电路设有高压输入端和供电端，所述高压输入端用以耦接输入电压，所述开关控制电路通过所述供电端获得供电，所述开关控制电路还包括：

供电检测电路，用于获取表征所述高压输入端对供电端供电的供电状态的供电检测信号；

欠压判断电路，其输入端耦接所述供电检测电路，用于根据所述供电检测信号判断是否触发欠压保护并输出欠压保护信号；以及

驱动电路，其输入端耦接所述欠压判断电路，用于根据所述欠压保护信号输出驱动信号以控制开关管。

在本发明的一实施方式中，所述供电检测信号为高压输入端对供电端供电的持续供电时间，所述欠压判断电路根据所述持续供电时间和预设时间阈值比较从而判断是否触发欠压保护。

在本发明的一实施方式中，所述供电检测信号为高压输入端对供电端供电的供电回路上的供电电流信号。

在本发明的一实施方式中，所述欠压判断电路包括：

第一复位计时器，其输入端耦接所述供电检测电路，用于当第一时间内所述供电电流信号持续为零或持续低于设定阈值时输出复位信号以复位第二复位计时器；以及

第二复位计时器，其输入端耦接所述第一复位计时器，用于当第二时间内计时溢出时输出第一电平信号以触发欠压保护；所述第二时间的时间长度大于第一时间的时间长度。

在本发明的一实施方式中，所述欠压判断电路还包括：

第一比较电路，其第一输入端耦接第一参考电压，其第二输入端耦接反馈电压信号；以及

或门，其第一输入端耦接第一复位计时器的输出端，其第二输入端耦接所述第一比较电路的输出端，其输出端耦接第二复位计时器。

在本发明的一实施方式中，所述开关控制电路还包括：

电流源，其第一端耦接所述高压输入端，其第二端耦接所述供电端；以及

电流源控制电路，其输入端耦接所述供电端以获取供电端的电压，其输出端耦接所述电流源的使能端。

本发明一实施方式还公开了一种开关电源，所述开关电源包括如上任一所述的开关控制电路和开关管。

本发明一实施方式还公开了一种开关控制方法，所述开关控制方法包括：

获取表征高压输入端对供电端供电的供电状态的供电检测信号；

根据所述供电检测信号判断是否触发欠压保护并输出欠压保护信号；以及

根据所述欠压保护信号输出驱动信号以控制开关管。

在本发明的一实施方式中，所述供电检测信号为高压输入端对供电端供电的持续供电时间，通过所述持续供电时间与预设时间阈值比较从而判断是否触发欠压保护。

在本发明的一实施方式中，所述供电检测信号为高压输入端对供电端供电的供电回路上的供电电流信号。

本发明提出了一种开关控制电路、开关控制方法和开关电源，其中，开关控制电路设有高压输入端和供电端，高压输入端用以耦接输入电压，开关控制电路通过供电端获得供电从而进行工作，开关控制电路还包括供电检测电路、欠压判断电路和驱动电路。供电检测电路用于获取表征高压输入端对供电端供电的供电状态的供电检测信号。欠压判断电路的输入端耦接供电检测电路，欠压判断电路用于根据供电检测信号判断是否触发欠压保护并输出欠压保护信号。驱动电路的输入端耦接欠压判断电路，驱动电路的输出端耦接开关管，驱动电路用于根据欠压保护信号输出驱动信号以控制开关管。本发明提出的开关控制电路、开关控制方法和开关电源，可确保开关电源的芯片获得正常供电以防止意外情况下的开关控制电路掉电，并避免高压供电时间过长而损坏开关控制电路或开关电源。

附图说明

图1示出了一种现有技术的反激式开关电源的电路示意图；

图2示出了根据本发明一实施例的开关控制电路的电路示意图；

图3示出了根据本发明一实施例的开关控制电路中信号的波形示意图；

图4示出了根据本发明一实施例的开关控制方法的步骤示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

该部分的描述只针对几个典型的实施例，本发明并不仅局限于实施例描述的范围。相同或相近的现有技术手段与实施例中的一些技术特征进行相互替换也在本发明描述和保护的范围内。

说明书中的“耦接”或“连接”既包含直接连接，也包含间接连接。间接连接为通过中间媒介进行的连接如通过电传导媒介进行的连接，其可具有寄生电感或寄生电容；间接连接还可包括在实现相同或相似功能目的的基础上通过其他有源器件或无源器件的连接，如通过开关、跟随电路等电路或部件的连接。说明书中所指的“芯片”可以是开关控制电路，也可以是包括开关控制电路的电路结构。

本发明一实施例公开了一种开关控制电路，开关控制电路设有高压输入端和供电端，供电端耦接电容，高压输入端用以耦接输入电压，输入电压经高压输入端向供电端充电，即对开关控制电路进行高压供电，开关控制电路通过供电端获得供电从而进行工作。开关控制电路还包括供电检测电路、欠压判断电路和驱动电路。供电检测电路用于获取表征高压输入端对供电端供电的供电状态的供电检测信号。欠压判断电路的输入端耦接供电检测电路的输出端，欠压判断电路用于根据供电检测信号判断是否触发欠压保护并输出欠压保护信号。驱动电路的输入端耦接欠压判断电路的输出端，驱动电路用于根据欠压保护信号输出驱动信号以控制开关管的开关状态。开关管的开关状态包括导通状态和关断状态。通过控制开关管的开关状态，可调节开关电源的输出电压或输出电流。在一实施例中，当供电端处的电压达到设定值时，开关控制电路进行正常工作并输出驱动信号以控制开关管的开关状态。当供电端处的电压低于设定值时，开关控制电路将控制继续给供电端进行充电，且控制开关管不进行开关动作。在具体的实施例中，当满足触发欠压保护条件时，欠压保护信号为第一电平(比如高电平)，开关控制电路不工作；当未满足触发欠压保护条件时，欠压保护信号为第二电平(比如低电平)，开关控制电路进行正常工作，驱动电路输出驱动信号以控制开关管进行开关动作。在本发明的一实施例中，开关管可以是金属氧化物半导体场效应晶体管(简称MOSFET)、结型场效应晶体管(简称JFET)、绝缘栅双极型晶体管(简称IGBT)中的一种。

在本发明的一实施例中，供电检测信号为高压输入端对供电端供电的持续供电时间，欠压判断电路通过持续供电时间和预设时间阈值的比较，从而判断是否触发欠压保护。当持续供电时间达到预设时间阈值时，则达到触发条件，此时触发欠压保护，开关控制电路停止工作，控制开关管不进行开关动作。

在本发明的一实施例中，结合图1和图2，在本实施例中，开关电源为反激式开关电源，反激式开关电源包括原边电路、副边电路和变压器绕组，原边电路包括开关控制电路和开关管Q，开关控制电路的高压引脚HV耦接输入电压Vin，供电端VDD还耦接电容Cdd，输入电压经高压引脚HV给开关控制电路的供电端VDD进行供电。同时，开关控制电路还存在另一路的供电电路，辅助绕组Na耦接开关控制电路的供电端VDD，以对供电端VDD进行供电。当辅助绕组Na的供电不足以维持开关控制电路正常工作时，将通过高压引脚HV给供电端VDD供电。在本实施例中，供电检测信号为高压输入端对供电端供电的供电回路上的供电电流信号。通过检测供电电流信号以获知是否通过高压供电端向供电端进行供电。在一实施例中，供电检测信号为高压输入端HV对供电端VDD供电的持续供电时间，欠压判断电路根据持续供电时间和预设时间阈值比较从而判断是否触发欠压保护。

在本发明的另一实施例中，如图2所示，开关控制电路包括供电检测电路、欠压判断电路和驱动电路130。其中，供电检测电路用于获取高压输入端对供电端供电的供电检测信号，供电检测信号用以表征高压输入端是否向供电端供电，供电检测信号可以为供电检测电流。欠压判断电路的输入端耦接供电检测电路的输出端，欠压判断电路用于根据供电检测信号判断是否触发欠压保护并输出欠压保护信号。驱动电路130的输入端耦接欠压判断电路的输出端，驱动电路130用于根据欠压保护信号输出驱动信号以控制开关管的开关状态。欠压判断电路包括第一复位计时器110和第二复位计时器120。第一复位计时器110的输入端耦接供电检测电路的输入端，第一复位计时器110用于当第一时间T1内供电电流信号持续为零或持续低于设定阈值时输出复位信号以复位第二复位计时器120。第二复位计时器120的输入端耦接第一复位计时器110的输出端，第二复位计时器120用于当第二时间T2内计时溢出时输出第一电平信号以触发欠压保护。其中，第二时间T2的时间长度大于第一时间T1的时间长度。当高压输入端HV对供电端VDD的持续供电时间超过第二时间T2时，第二复位计时器将输出欠压保护信号VDD_UVP至驱动信号130，开关控制电路将不进行工作，此时开关管不进行开关动作。

在本发明的另一实施例中，欠压判断电路还包括第一比较电路140和或门150，第一比较电路140的第一输入端耦接第一参考电压Vth_reset，第一比较电路140的第二输入端耦接反馈电压信号VFB。或门150的第一输入端耦接第一复位计时器110的输出端，或门150的第二输入端耦接第一比较电路140的输出端，或门150的输出端耦接第二复位计时器120。反馈电压信号VFB表征开关电源的输出电压的大小，反馈电压信号VFB可以等于输出电压值，也可以与输出电压成比例关系。在如图2的实施例中，反馈电压信号VFB与输出电压成比例关系。当反馈电压信号VFB小于第一参考电压Vth_reset时，将复位第二复位计时器120，即在空载条件或其他类似的动态条件下，不会导致第二复位计时器120计时溢出，通过复位第二复位计时器120从而不触发欠压保护。在具体的实施例中，第一比较电路140为第一比较器，第一比较器的同相输入端耦接第一参考电压Vth_reset，第一比较器的反相输入端耦接反馈电压信号VFB，第一比较器的输出端耦接或门。

在本发明的一实施例中，开关控制电路还包括电流源和电流源控制电路，电流源的输入端耦接开关控制电路的高压输入端HV，电流源的输出端耦接开关控制电路的供电端VDD。电流源控制电路的输入端耦接供电端VDD以获取供电端VDD的电压，电流源控制电路的输出端耦接电流源的使能端，电流源控制电路用以根据供电端VDD的电压，当供电端VDD的电压低于阈值时，则控制电流源工作。

如图3所示，在本发明的一实施例中，在开关电源的开机阶段，供电端电压VDD低于开关控制电路的工作电压VDD1，开关控制电路处于欠压保护状态(如图3中初始阶段，欠压保护信号VDD_UVP为高电平)，开关控制电路的高压输入端HV对供电端VDD供电，高压输入端HV对供电端VDD供电的供电电流为Ihv，通过对供电端VDD持续充电，使供电端电压VDD逐渐升高，当供电端电压VDD升至第一预设电压VDD1时，欠压保护信号VDD_UVP跳变为低电平(即不触发欠压保护)，此时开关控制电路进行工作，开关控制电路输出驱动信号从而控制开关管进行开关动作。当高压输入端HV停止对供电端VDD供电时，供电端电压VDD逐渐降低，直至降低至第二预设电压VDD2，第二预设电压VDD2为开关控制电路的最低维持电压，开关控制电路控制供电端电压VDD不低于第二预设电压VDD2，既可以提供开关电源的系统启动或动态条件下必要的供电维持，以避免系统关机，又可以确保高压供电不会长时间持续而导致开关电源发热损坏。当高压输入端HV对供电端VDD供电的持续供电时间小于第二时间T2时，不会触发欠压保护；当高压输入端HV对供电端VDD供电的持续供电时间大于第二时间T2时，将触发欠压保护。欠压保护信号VDD_UVP跳变为高电平时，开关控制电路将停止工作，因供电端电压VDD此时电压仍较低，高压输入端HV将继续给供电端VDD供电。当供电端电压VDD充电至开关控制电路的工作电压VDD1时，开关控制电路继续工作。在长时间进行高压充电的情况下，通过控制开关控制电路停止工作，可以有效降低开关控制电路的热量，避免开关控制电路的损坏，提高了开关电源的鲁棒性。

本发明一实施例还公开了一种开关电源，开关电源包括如上任一所述的开关控制电路和开关管。开关控制电路的输出端耦接开关管的控制端，开关控制电路通过驱动电路控制开关管的开关状态。需要指出的是，本发明适用于各种拓扑的开关电路，比如Buck型开关电源、Boost型开关电源、Buck/Boost型开关电源以及隔离式开关电源等开关电源，具体实施方式在此不再赘述。

本发明一实施方式还公开了一种开关控制方法，如图4所示，开关控制方法包括：

步骤S100、获取高压输入端对供电端供电的供电检测信号；

步骤S200、根据供电检测信号判断是否触发欠压保护并输出欠压保护信号；以及

步骤S300、根据欠压保护信号输出驱动信号以控制开关管。

在本发明的一实施例中，供电检测电路获取高压输入端对供电端供电的供电检测信号。欠压判断电路根据供电检测信号判断是否触发欠压保护并输出欠压保护信号。驱动电路根据欠压保护信号输出驱动信号以控制开关管的开关状态。在本实施例中，欠压保护信号处于第一电平(比如高电平)时，表明触发欠压保护，此时控制开关管不进行开关动作。欠压保护处于第二电平(比如低电平)时，表明未触发欠压保护，此时可控制开关管进行开关动作。

在本发明的一实施例中，供电检测信号为高压输入端对供电端供电的持续供电时间，欠压判断电路通过比较持续供电时间和预设时间阈值，从而判断是否触发欠压保护。当高压输入端对供电端供电的持续供电时间大于预设时间阈值时，判断为已触发欠压保护。当持续供电时间小于预设时间阈值时，判断为未触发欠压保护。

在本发明的一实施例中，供电检测信号为高压输入端对供电端供电的供电回路上的供电电流信号。通过检测供电电流信号以获知是否通过高压供电端向供电端进行供电。

本发明提出了一种开关控制电路、开关控制方法和开关电源，其中，开关控制电路设有高压输入端和供电端，高压输入端用以耦接输入电压，开关控制电路通过供电端获得供电从而进行工作，开关控制电路还包括供电检测电路、欠压判断电路和驱动电路。供电检测电路用于获取高压输入端对供电端供电的供电检测信号。欠压判断电路的输入端耦接供电检测电路，欠压判断电路用于根据供电检测信号判断是否触发欠压保护并输出欠压保护信号。驱动电路的输入端耦接欠压判断电路，驱动电路的输出端耦接开关管，驱动电路用于根据欠压保护信号输出驱动信号以控制开关管。本发明提出的开关控制电路、开关控制方法和开关电源，可确保开关电源的芯片获得正常供电以防止意外情况下的芯片掉电致使系统关机，并避免高压供电时间过长而损坏器件。

上述这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。实施例中所涉及的效果或优点等相关描述可因具体条件参数的不确定而可能在实验例中不能体现，不用于对实施例进行限制。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (10)

1.一种开关控制电路，所述开关控制电路设有高压输入端和供电端，所述高压输入端用以耦接输入电压，所述开关控制电路通过所述供电端获得供电，其特征在于，所述开关控制电路还包括：

供电检测电路，用于获取表征所述高压输入端对供电端供电的供电状态的供电检测信号；

欠压判断电路，其输入端耦接所述供电检测电路，用于根据所述供电检测信号判断是否触发欠压保护并输出欠压保护信号；以及

驱动电路，其输入端耦接所述欠压判断电路，用于根据所述欠压保护信号输出驱动信号以控制开关管。

2.如权利要求1所述的开关控制电路，其特征在于，所述供电检测信号为高压输入端对供电端供电的持续供电时间，所述欠压判断电路根据所述持续供电时间和预设时间阈值比较从而判断是否触发欠压保护。

3.如权利要求1所述的开关控制电路，其特征在于，所述供电检测信号为高压输入端对供电端供电的供电回路上的供电电流信号。

4.如权利要求3所述的开关控制电路，其特征在于，所述欠压判断电路包括：

第一复位计时器，其输入端耦接所述供电检测电路，用于当第一时间内所述供电电流信号持续为零或持续低于设定阈值时输出复位信号以复位第二复位计时器；以及

第二复位计时器，其输入端耦接所述第一复位计时器，用于当第二时间内计时溢出时输出第一电平信号以触发欠压保护；所述第二时间的时间长度大于第一时间的时间长度。

5.如权利要求4所述的开关控制电路，其特征在于，所述欠压判断电路还包括：

第一比较电路，其第一输入端耦接第一参考电压，其第二输入端耦接反馈电压信号；以及

或门，其第一输入端耦接第一复位计时器的输出端，其第二输入端耦接所述第一比较电路的输出端，其输出端耦接第二复位计时器。

6.如权利要求1所述的开关控制电路，其特征在于，所述开关控制电路还包括：

电流源，其第一端耦接所述高压输入端，其第二端耦接所述供电端；以及

电流源控制电路，其输入端耦接所述供电端以获取供电端的电压，其输出端耦接所述电流源的使能端。

7.一种开关电源，其特征在于，所述开关电源包括如权利要求1-6任一所述的开关控制电路和开关管。

8.一种开关控制方法，其特征在于，所述开关控制方法包括：

获取表征高压输入端对供电端供电的供电状态的供电检测信号；

根据所述供电检测信号判断是否触发欠压保护并输出欠压保护信号；以及

根据所述欠压保护信号输出驱动信号以控制开关管。

9.如权利要求8所述的开关控制方法，其特征在于，所述供电检测信号为高压输入端对供电端供电的持续供电时间，通过所述持续供电时间与预设时间阈值比较从而判断是否触发欠压保护。

10.如权利要求8所述的开关控制方法，其特征在于，所述供电检测信号为高压输入端对供电端供电的供电回路上的供电电流信号。

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