CN113315343B - 开关电源的控制电路及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种开关电源的控制电路及控制方法，通过设置接收输出电压反馈信号和参考电压信号的比较器，比较器复用误差放大器的部分电路结构，在开关电源的负载切换时，首先通过比较器的输出信号快速控制主开关管的开关状态，以达到快速调节输出电压的目的，然后再通过误差放大器的输出信号控制输出电压维持稳定，本发明的开关电源动态响应快。

Description

开关电源的控制电路及控制方法
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，更具体地说，涉及一种开关电源的控制电路及控制方法。
背景技术
当开关电源的负载进行切换时，需要开关电源的输出电压能够快速做出响应以对负载进行有效供电，而开关电源的输出电压调整的响应速度依赖于开关电源的主开关管的开关控制。
在开关电源从轻载进入到满载的过程中，开关电源的主开关管的开关控制信号需要从低电平无效状态快速切入到高电平有效状态，以控制主开关管快速导通，从而提高输出电压的大小，但是常规开关电源主开关管的开关控制是通过误差放大器根据输出电压反馈信号和参考信号的误差信号进行开关动作控制，而由于误差放大器本身的器件属性，其响应速度较慢，无法快速达到控制主开关管的目的。
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及控制方法，用以解决现有技术存在的误差放大器响应速度慢，输出电压无法根据负载快速调整大小的技术问题。
本发明的技术解决方案是，提供一种开关电源的控制电路，包括误差放大器，所述误差放大器接收所述开关电源的输出电压反馈信号和基准电压信号，以产生误差信号，包括比较器，所述比较器接收所述输出电压反馈信号和参考电压信号，以产生比较输出信号，所述参考电压信号设置为与所述基准电压信号的差值绝对值在预定范围内，所述误差放大器包括用于信号比较的第一信号比较电路和用于信号输出的误差信号输出电路，所述比较器包括所述第一信号比较电路和用于信号输出的比较信号产生电路，所述控制电路根据所述比较输出信号和所述误差信号的其中之一控制所述开关电源中主开关管的开关动作。
优选地，所述预定范围为大于零小于等于所述基准电压信号的5％。
优选地，所述控制电路根据所述开关电源的负载状态选择所述比较输出信号和所述误差信号的其中之一以控制所述开关电源中主开关管的开关动作。
优选地，当所述开关电源的负载发生变化时，所述比较输出信号跳变为有效状态，所述控制电路根据所述比较输出信号控制所述开关电源中主开关管的开关动作；当所述误差信号控制的开关控制信号跳变为有效状态，所述控制电路根据所述误差信号控制所述开关电源中主开关管的开关动作。
优选地，所述控制电路还包括补偿电路、第一检测电路和逻辑控制电路，所述补偿电路接收所述误差信号，以输出误差补偿信号，所述第一检测电路接收所述开关电源中的电感电流信号和所述误差补偿信号，以产生第一检测信号，所述逻辑控制电路接收所述第一检测信号和所述比较输出信号，并根据所述比较输出信号和所述第一检测信号的其中之一产生开关控制信号控制所述主开关管的开关动作。
优选地，所述逻辑控制电路在接收到所述第一检测信号为有效状态后，控制所述比较输出信号不使能或者是切断所述比较输出信号的传输路径。
优选地，所述比较器包括第一比较器，所述第一比较器包括所述第一信号比较电路和用于信号输出的第一比较信号产生电路，所述第一信号比较电路接收所述输出电压反馈信号和所述基准电压信号，输出第一控制信号，所述第一比较信号产生电路接收所述第一控制信号和第一偏置电流信号，以产生第一比较信号，所述第一比较信号作为比较输出信号，其中，所述基准电压信号和所述第一偏置电流信号对应的电压信号之差或之和作为第一参考电压信号。
优选地，所述比较器包括第二比较器，所述第二比较器包括所述第一信号比较电路和用于信号输出的第二比较信号产生电路，所述第二比较信号产生电路接收所述第一控制信号和第二偏置电流信号，以产生第二比较信号，所述第二比较信号和所述第一比较信号作为比较输出信号，其中，所述基准电压信号和所述第二偏置电流信号对应的电压信号之差或之和作为则作为第二参考电压信号。
第二方面，本发明公开了一种开关电源的控制方法，包括：根据开关电源的输出电压反馈信号和基准电压信号，产生第一控制信号；根据所述第一控制信号产生误差信号；根据所述第一控制信号和偏置电流信号产生比较输出信号；根据所述开关电源的负载状态选择所述比较输出信号和所述误差信号的其中之一以控制所述开关电源中主开关管的开关动作。
优选地，所述偏置电流信号设置为所述偏置电流信号对应的电压信号为所述基准电压信号的5％以内。
优选地，接收所述误差信号，以输出误差补偿信号，接收所述开关电源中的电感电流信号和所述误差补偿信号，以产生第一检测信号，接收所述第一检测信号和所述比较输出信号，并根据所述比较输出信号和所述第一检测信号的其中之一产生开关控制信号控制所述主开关管的开关动作。
优选地，当所述开关电源的负载发生变化时，所述比较输出信号跳变为有效状态，根据所述比较输出信号控制所述开关电源中主开关管的开关动作；当所述误差信号控制的所述开关控制信号跳变为有效状态，根据所述误差信号控制所述开关电源中主开关管的开关动作，并且控制所述比较输出信号不使能。
采用本发明的电路结构，通过设置比较器复用误差放大器的部分电路结构，在开关电源的负载切换之后，首先通过比较器的输出信号快速控制主开关管的开关状态，以达到快速调节输出电压的目的，然后再通过误差放大器的输出信号控制输出电压维持稳定，本发明的开关电源动态响应快。
附图说明
图1为依据本发明的开关电源控制电路的电路框图。
图2为依据本发明的控制电路的具体实施图。
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，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
参考图1为依据本发明的开关电源控制电路的电路框图，图2为依据本发明的控制电路的具体实施图。本发明实施例的开关电源可以是Buck开关电源、Boost开关电源或Buck-Boost开关电源等合适的拓扑结构开关电源，在图中未示出，开关电源中包括主开关管，本发明的控制电路用于控制主开关管的开关状态，以调节开关电源的输出电压。如图1所示，控制电路包括误差放大器EA，所述误差放大器EA接收所述开关电源的输出电压反馈信号Vfb和基准电压信号Vref，以产生误差信号Vc。
参考图1，在一个实施例中，控制电路包括第一比较器comp1，所述第一比较器comp1接收所述输出电压反馈信号Vref和参考电压信号，以产生比较输出信号，所述参考电压信号设置为与所述基准电压信号的差值绝对值在预定范围内，实施例中，参考电压信号记为第一参考电压信号。参加图2具体结构图，所述误差放大器包括用于信号比较的第一信号比较电路1和用于信号输出的误差信号输出电路2，所述第一比较器包括所述第一信号比较电路1和用于信号输出的比较信号产生电路3，所述控制电路根据所述比较输出信号和所述误差信号的其中之一控制所述开关电源中主开关管的开关动作。这里，即所述第一比较器复用所述误差放大器的第一信号比较电路。如图2所示，第一信号比较电路1、误差信号输出电路2和比较信号产生电路3由开关管器件组成，也可以为其他可以实现该功能的电路结构组成，在这里不作限制。
参考图2，所述第一比较信号产生电路3接收所述第一控制信号和第一偏置电流信号IOS1，以产生第一比较信号VCB，所述第一比较信号作为比较输出信号，其中，所述基准电压信号Vref和所述第一偏置电流信号对应的电压信号之差或之和作为第一参考电压信号，例如，图2中所述基准电压信号Vref和所述第一偏置电流信号对应的电压信号之差作为所述第一参考电压信号。本领域技术人员可知，在图2中，所述第一信号比较电路1输出的第一控制信号为电流信号，该电流信号和第一偏置电流信号均通过一个小电阻(图2中未示出)获得对应的电压信号。
一个实施例中，所述参考电压信号设置为与所述基准电压信号的差值绝对值在预定范围内，所述预定范围为大于零小于等于所述基准电压信号的5％。也即是上述第一偏置电流信号对应的电压信号的大小为大于零小于等于所述基准电压信号的5％。本实施例中，具体第一偏置电流信号考虑了比较器本身的误差进行选择计算合适的大小，如第一偏置电流信号对应的电压信号的大小为大于零小于等于所述基准电压信号的5％，以防止在正常稳定态工作中出现误差信号Vc低而比较输出信号VCB高的情况，优选地，可以是1％。
继续参考图1，所述控制电路还包括补偿电路、第一检测电路和逻辑控制电路，所述补偿电路包括电阻和电容构成的电路，其接收所述误差信号，以输出误差补偿信号Vcomp，所述第一检测电路接收所述开关电源中的电感电流信号ICS和所述误差补偿信号，以产生第一检测信号，所述逻辑控制电路接收所述第一检测信号和所述比较输出信号，并根据所述比较输出信号和所述第一检测信号的其中之一产生开关控制信号控制所述主开关管的开关动作。这里，第一检测电路包括比较器comp3或包括比较器comp3和比较器comp4，当开关电源采用峰值控制模式时，第一检测电路包括比较器comp3；当开关电源采用I2控制模式时，第一检测电路包括比较器comp3和比较器comp4。以第一检测电路包括比较器comp3为例，其接受误差补偿信号Vcomp1(这里与Vcomp相同)所述第一检测信号为Vc3；在开关电源采用I2控制模式时，第一检测信号包括比较器comp3输出的检测信号Vc3和比较器comp4输出的检测信号Vc4。
在一个实施例中，所述控制电路根据所述开关电源的负载状态选择所述比较输出信号和所述误差信号的其中之一以控制所述开关电源中主开关管的开关动作。当所述开关电源的负载发生变化时，所述比较输出信号跳变为有效状态，所述控制电路根据所述比较输出信号控制所述开关电源中主开关管的开关动作；当所述误差信号控制的开关控制信号跳变为有效状态，所述控制电路根据所述误差信号控制所述开关电源中主开关管的开关动作。根据本申请的电路结构，当所述开关电源的负载发生变化时，比较器comp1的输出信号先发生跳变，其跳变为有效状态，这时逻辑控制电路根据比较器comp1的输出信号控制开关电源中的主开关管进行开关动作，如当负载从重载跳变到轻载时，则逻辑控制电路根据比较器comp1的输出信号控制开关电源中的主开关管迅速关断，以使得输出电压快速减小，之后当误差信号控制的第一检测信号(或是开关控制信号)跳变为有效状态，则第一检测电路的输出信号控制开关电源中的主开关管进行开关动作，以维持输出电压在期望的电压值。
需要说明的是，所述逻辑控制电路在接收到所述第一检测信号为有效状态后，控制所述比较输出信号不使能或者是切断所述比较输出信号的传输路径，之后，所述逻辑控制电路均根据误差信号维持输出电压在期望的电压值。
在上述实施例中，通过第一比较器复用误差放大器的部分电路结构，在负载发生变化时，可迅速响应反馈信号，快速控制主开关管的开关动作，以快速调整输出电压的大小，当输出电压调整到预期值后，则通过误差放大器的输出信号维持输出电压稳定，电路结构简单、节约了成本而且瞬态反应快。
在另一个实施例中，参考图2，控制电路还包括第二比较器comp2，所述第二比较器comp2包括所述第一信号比较电路1和用于信号输出的第二比较信号产生电路4，这里，第二比较器comp2的第一信号比较电路1复用误差放大器的第一信号比较电路1。第二比较信号产生电路4可以由开关管或类似功能的电路器件构成。所述第二比较信号产生电路接收所述第一控制信号和第二偏置电流信号IOS2，以产生第二比较信号VCB，所述第二比较信号和所述第一比较信号作为比较输出信号，其中，所述基准电压信号和所述第二偏置电流信号对应的电压信号之差或之和作为则作为所述第二参考电压信号。例如，图2中所述基准电压信号Vref和所述第二偏置电流信号对应的电压信号之和作为第二参考电压信号，这里比较器的参考电压信号记为第二参考电压信号。在图2中，同理，第二偏置电流信号均通过一个设置的小电阻(图2中未示出)获得对应的电压信号。这里，实施例中所述基准电压信号Vref和所述第一偏置电流信号或所述第二偏置电流信号对应的电压信号之差或之和也可以互换，但是两者分别是差或和，不能均是和或均是差。所述第一偏置电流信号和所述第二偏置电流信号的大小可以是相等或者是不等。
在本实施例中，当负载从轻载跳变到重载时，则逻辑控制电路根据比较器comp2的输出信号控制开关电源中的主开关管迅速导通，以使得输出电压快速增加，之后当误差信号控制的第一检测信号(或是开关控制信号)跳变为有效状态，则第一检测电路的输出信号控制开关电源中的主开关管进行开关动作，以维持输出电压在期望的电压值。
传统的方案仅通过误差放大器反馈调整输出电压的大小，但由于误差放大器有一个比较大的RC补偿电路，会使得电路响应时间比较长。本发明实施例通过快速跳变的比较器先控制主开关管进行开关动作，之后等到输出电压快速达到期望的大小后再通过误差放大器维持输出电压的稳定，电路成本低，效果好。
最后，本发明公开了一种开关电源的控制方法，包括：
根据开关电源的输出电压反馈信号和基准电压信号，产生第一控制信号；
根据所述第一控制信号产生误差信号；
根据所述第一控制信号和偏置电流信号产生比较输出信号；
根据所述开关电源的负载状态选择所述比较输出信号和所述误差信号的其中之一以控制所述开关电源中主开关管的开关动作。
其中所述偏置电流信号设置为所述偏置电流信号对应的电压信号为所述基准电压信号的5％以内。
进一步地，接收所述误差信号，以输出误差补偿信号，
接收所述开关电源中的电感电流信号和所述误差补偿信号，以产生第一检测信号，
接收所述第一检测信号和所述比较输出信号，并根据所述比较输出信号和所述第一检测信号的其中之一产生开关控制信号控制所述主开关管的开关动作。
进一步地，当所述开关电源的负载发生变化时，所述比较输出信号跳变为有效状态，根据所述比较输出信号控制所述开关电源中主开关管的开关动作；
当所述误差信号跳变为有效状态，根据所述误差信号控制所述开关电源中主开关管的开关动作，并且控制所述比较输出信号不使能。
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 (12)

1.一种开关电源的控制电路，包括误差放大器，所述误差放大器接收所述开关电源的输出电压反馈信号和基准电压信号，以产生误差信号，其特征在于，包括：
比较器，所述比较器接收所述输出电压反馈信号和参考电压信号，以产生比较输出信号，所述参考电压信号设置为与所述基准电压信号的差值绝对值在预定范围内，
所述误差放大器包括用于信号比较的第一信号比较电路和用于信号输出的误差信号输出电路，
所述比较器包括所述第一信号比较电路和用于信号输出的比较信号产生电路，
所述控制电路根据所述比较输出信号和所述误差信号的其中之一控制所述开关电源中主开关管的开关动作，
当所述开关电源的负载发生变化时，根据比较器的比较输出信号先控制主开关管进行开关动作，之后再通过误差放大器的输出信号控制主开关管的开关动作。
2.根据权利要求1所述的开关电源的控制电路，其特征在于，所述预定范围为大于零小于等于所述基准电压信号的5%。
3.根据权利要求1所述开关电源的控制电路，其特征在于，所述控制电路根据所述开关电源的负载状态选择所述比较输出信号和所述误差信号的其中之一以控制所述开关电源中主开关管的开关动作。
4.根据权利要求3所述开关电源的控制电路，其特征在于，当所述开关电源的负载发生变化时，所述比较输出信号跳变为有效状态，所述控制电路根据所述比较输出信号控制所述开关电源中主开关管的开关动作；
当所述误差信号控制的开关控制信号跳变为有效状态，所述控制电路根据所述误差信号控制所述开关电源中主开关管的开关动作。
5.根据权利要求1所述开关电源的控制电路，其特征在于，所述控制电路还包括补偿电路、第一检测电路和逻辑控制电路，
所述补偿电路接收所述误差信号，以输出误差补偿信号，
所述第一检测电路接收所述开关电源中的电感电流信号和所述误差补偿信号，以产生第一检测信号，
所述逻辑控制电路接收所述第一检测信号和所述比较输出信号，并根据所述比较输出信号和所述第一检测信号的其中之一产生开关控制信号控制所述主开关管的开关动作。
6.根据权利要求5所述开关电源的控制电路，其特征在于，所述逻辑控制电路在接收到所述第一检测信号为有效状态后，控制所述比较输出信号不使能或者是切断所述比较输出信号的传输路径。
7.根据权利要求2所述开关电源的控制电路，其特征在于，所述比较器包括第一比较器，所述第一比较器包括所述第一信号比较电路和用于信号输出的第一比较信号产生电路，
所述第一信号比较电路接收所述输出电压反馈信号和所述基准电压信号，输出第一控制信号，
所述第一比较信号产生电路接收所述第一控制信号和第一偏置电流信号，以产生第一比较信号，所述第一比较信号作为比较输出信号，
其中，所述基准电压信号和所述第一偏置电流信号对应的电压信号之差或之和作为第一参考电压信号。
8.根据权利要求7所述开关电源的控制电路，其特征在于，所述比较器包括第二比较器，所述第二比较器包括所述第一信号比较电路和用于信号输出的第二比较信号产生电路，
所述第二比较信号产生电路接收所述第一控制信号和第二偏置电流信号，以产生第二比较信号，所述第二比较信号和所述第一比较信号作为比较输出信号，
其中，所述基准电压信号和所述第二偏置电流信号对应的电压信号之差或之和作为则作为第二参考电压信号。
9.一种开关电源的控制方法，其特征在于，包括：
根据开关电源的输出电压反馈信号和基准电压信号，产生第一控制信号；
根据所述第一控制信号产生误差信号；
根据所述第一控制信号和偏置电流信号产生比较输出信号；
根据所述开关电源的负载状态选择所述比较输出信号和所述误差信号的其中之一以控制所述开关电源中主开关管的开关动作，
当所述开关电源的负载发生变化时，根据比较器的比较输出信号先控制主开关管进行开关动作，之后再通过误差放大器的输出信号控制主开关管的开关动作。
10.根据权利要求9所述开关电源的控制方法，其特征在于，所述偏置电流信号设置为所述偏置电流信号对应的电压信号为所述基准电压信号的5%以内。
11.根据权利要求9所述开关电源的控制方法，其特征在于，
接收所述误差信号，以输出误差补偿信号，
接收所述开关电源中的电感电流信号和所述误差补偿信号，以产生第一检测信号，
接收所述第一检测信号和所述比较输出信号，并根据所述比较输出信号和所述第一检测信号的其中之一产生开关控制信号控制所述主开关管的开关动作。
12.根据权利要求11所述开关电源的控制方法，其特征在于，当所述开关电源的负载发生变化时，所述比较输出信号跳变为有效状态，根据所述比较输出信号控制所述开关电源中主开关管的开关动作；
当所述误差信号控制的所述开关控制信号跳变为有效状态，根据所述误差信号控制所述开关电源中主开关管的开关动作，并且控制所述比较输出信号不使能。
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