CN113422524B - 开关电源及其控制电路 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种开关电源及其控制电路，开关电源包括原边绕组和副边绕组，控制电路包括：退磁检测模块，对电压反馈信号进行检测获得开关电源的退磁时间；导通信号产生模块，根据电压反馈信号与基准电压产生误差放大信号以及根据误差放大信号产生导通信号；关断信号产生模块，根据电流采样信号和电流峰值信号产生关断信号；输出电流比例模块，根据退磁时间、电流采样信号以及开关管的驱动信号产生同输出电流成比例的输出电流比例信号；采样时刻调节模块，根据电流采样信号、输出电流比例信号、退磁时间和驱动信号产生采样控制信号以控制输出电压的采样时刻。本申请对采样位置动态调节，实时对输出电压进行调节，可以有效改善输出电压曲线。

Description

开关电源及其控制电路
技术领域
本发明涉及开关电源技术领域，具体地，涉及一种开关电源及其控制电路。
背景技术
原边控制的开关电源可以采用变压器的辅助绕组获得与输出电压相关的反馈信号，因而可以节省用于将反馈信号从副边反馈至原边的光耦及精密电压源等电子元件，简化信号反馈路径。原边控制的开关电源容易形成模块化和小型化的集成电路，已经广泛地用于手机、平板电脑和便携式媒体播放器等电子数码产品的各种充电电源，以及用于驱动发光二极管(LED)的供电电源中。
然而，现有的开关电源控制过程中，采用外置线损补偿电路补偿输出电压，但是只能有效地补偿输出线缆压降误差，但是，由于开关电源在连续模式和非连续模式的工作模式下的输出电压不同，不能补偿不同工作模式下的输出电压，如果利用拐点采样来补偿不同模式下的输出电压，却又不能同时补偿输出线缆压降误差。
发明内容
鉴于上述内容，本发明的目的在于提供一种开关电源及其控制电路，对采样位置动态调节，可以有效改善输出电压曲线，同时简化恒流实现方式。
根据本发明的第一方面，提供一种开关电源的控制电路，所述开关电源包括原边绕组和副边绕组，所述控制电路包括：退磁检测模块，对表征输出电压的电压反馈信号进行检测获得开关电源的退磁时间；导通信号产生模块，接收所述电压反馈信号，根据所述电压反馈信号与基准电压产生误差放大信号，根据所述误差放大信号产生导通信号；关断信号产生模块，根据表征流经开关管电流的电流采样信号和电流峰值信号产生关断信号；输出电流比例模块，根据所述退磁时间、述电流采样信号以及开关管的驱动信号产生输出电流比例信号，所述输出电流比例信号同输出电流成比例；采样时刻调节模块，根据所述电流采样信号、所述输出电流比例信号、所述退磁时间和所述驱动信号产生采样控制信号，其中，所述采样控制信号控制输出电压的采样时刻。
优选地，所述采样控制信号随负载的大小动态调节，使得开关电源在采样时刻副边绕组的电感电流等于输出电流。
优选地，所述采样时刻调节模块包括：峰值分析单元，根据所述电流采样信号和所述驱动信号产生峰值电压和中间电压，其中，所述中间电压小于所述峰值电压；逻辑控制单元，根据所述退磁时间产生充放电控制信号；充电单元，根据所述峰值电压和所述输出电流比例信号产生充电电流；放电单元，根据所述峰值电压和所述中间电压产生放电电流；充放电控制单元，根据所述充放电控制信号控制电容上的起始充电电平和放电结束电平，以及根据电容上的起始充电电平和放电结束电平产生逻辑控制信号；逻辑控制单元还根据所述逻辑控制信号产生所述采样控制信号。
优选地，所述中间电压为所述电流采样信号的初始电压和峰值电压之和的二分之一。
优选地，在连续模式下，所述放电单元根据所述电流采样信号的峰值电压和中间电压产生放电电流。
优选地，在非连续模式的下，所述放电单元根据所述电流采样信号的峰值电压产生放电电流。
优选地，所述输出电流比例模块还产生恒流导通信号，并根据所述退磁时间、所述电流采样信号以及开关管的驱动信号产生电流阈值信号。
优选地，所述电流峰值信号为所述误差放大信号。
优选地，所述电流峰值信号为所述误差放大信号或所述电流阈值信号。
优选地，所述输出电流比例模块包括：导通检测单元，根据所述驱动信号得到所述开关管的中间导通时间，以及根据所述开关管的中间导通时间产生第一控制信号；退磁分析单元，根据所述退磁时间产生第二控制信号和第三控制信号，以及根据中间退磁时间产生第四控制信号；输出电流计算单元，根据所述第一控制信号至所述第四控制信号以及所述电流采样信号产生输出电流比例信号和输出电流比例采样信号。
优选地，所述输出电流比例模块包括：时钟发生器，产生所述恒流导通信号；导通检测单元，根据所述驱动信号得到所述开关管的中间导通时间，以及根据所述开关管的中间导通时间产生第一控制信号；退磁分析单元，根据所述退磁时间产生第二控制信号和第三控制信号，以及根据中间退磁时间产生第四控制信号；输出电流计算单元，根据所述第一控制信号至所述第四控制信号以及所述电流采样信号产生输出电流比例信号和输出电流比例采样信号；峰值产生单元，根据输出电流比例采样信号和第二参考电压产生电流阈值信号。
优选地，所述开关管的中间导通时间为上一周期开关管导通时间二分之一。
优选地，所述开关管的中间退磁时间为上一周期的退磁时间二分之一。
优选地，输出电流计算单元包括第一开关至第四开关、第一电容至第三电容、第二误差放大器、第三电阻至第五电阻；其中，第一开关和第一电容串联连接在电流采样信号和接地端之间；第二误差放大器的正相输入端与第一开关和第一电容之间的节点连接，输出端经由第三电阻和第四电阻与接地端连接，反相输入端与所述第三电阻和第四电阻之间的节点连接，以及经由第二开关、第三开关与接地端连接；第五电阻和第二电容串联连接在第三开关的两端，第五电阻和第二电容之间的节点输出所述输出电流比例信号；第四开关和第三电容串联连接在第二电容的两端，第四开关和第三电容之间的节点输出所述输出电流比例采样信号。
优选地，第一开关由第一控制信号控制其导通与关断，第二开关由第二控制信号控制其导通与关断，第三开关由第三控制信号控制其导通与关断，第二控制信号和第三控制信号相反，第四开关由第四控制信号控制其导通与关断。
优选地，在所述中间导通时间时，第一控制信号控制第一开关导通，输出计算单元采样获取所述中间电压。
优选地，在退磁时间内，第二控制信号控制第二开关导通，第三控制信号控制第三开关关断；在非退磁时间内，第二控制信号控制第二开关关断，第三控制信号控制第三开关导通。
优选地，在所述中间退磁时间，第四控制信号控制第四开关导通。
优选地，所述控制电路还包括：输出电压调节模块，根据输出电流比例信号产生调节电流，并将所述调节电流提供至电压反馈端口。
优选地，所述输出电压调节模块包括：压流转换单元，将输出电流比例信号转换成调节电流；第一电流镜单元和第二电流镜单元，将所述调节电流镜像输出至电压反馈端口。
优选地，所述导通信号产生模块还根据采样控制信号对所述电压反馈信号进行采样得到电压采样信号。
优选地，所述导通信号产生模块根据所述误差放大信号产生所述恒压导通信号。
优选地，所述导通信号产生模块包括：采样保持模块，根据采样控制信号在采样时刻对所述电压反馈信号进行采样得到电压采样信号；第一误差放大器，根据所述电压采样信号和所述基准电压产生所述误差放大信号；频率控制模块，与所述第一误差放大器连接，根据所述误差放大信号产生所述恒压导通信号。
优选地，所述采样保持模块包括采样开关和采样电容，采样开关和所述采样电容串联连接在电压反馈信号和接地端之间，所述采样开关和所述采样电容之间的节点与所述第一误差放大器的输入端连接。
优选地，所述导通信号产生模块还根据采样控制信号对所述误差放大信号进行采样得到误差采样信号。
优选地，所述导通信号产生模块根据所述误差采样信号产生所述恒压导通信号。
优选地，所述导通信号产生模块包括：第一误差放大器，根据所述电压反馈信号和所述基准电压产生所述误差放大信号；采样保持模块，根据采样控制信号在采样时刻对误差放大信号进行采样得到误差采样信号；频率控制模块，与所述采样保持模块连接，根据所述误差采样信号产生所述恒压导通信号。
优选地，采样保持模块包括采样开关和采样电容，采样开关和所述采样电容串联连接在第一误差放大器的输出端和接地端之间，所述采样开关和所述采样电容之间的节点与所述频率控制模块连接。
优选地，所述输出电流比例模块根据所述退磁时间、所述电流采样信号以及所述驱动信号产生恒流导通信号；所述导通信号产生模块根据所述恒压导通信号和所述恒流导通信号产生导通信号。
优选地，所述开关管和控制电路集成在同一芯片上。
根据本发明的另一方面，提供一种开关电源，包括：
主电路，所述主电路包括功率转换电路，用于将交流输入电压转变为直流输出电压，所述功率转换电路包括原边绕组和副边绕组；控制电路；其中，所述控制电路包括：退磁检测模块，对表征输出电压的电压反馈信号进行检测获得开关电源的退磁时间；导通信号产生模块，接收所述电压反馈信号，根据所述电压反馈信号与基准电压产生误差放大信号，根据所述误差放大信号产生导通信号；关断信号产生模块，根据表征流经开关管电流的电流采样信号和电流峰值信号产生关断信号；输出电流比例模块，根据所述退磁时间、所述电流采样信号以及开关管的驱动信号产生输出电流比例信号，所述输出电流比例信号同输出电流成比例；采样时刻调节模块，根据所述电流采样信号、所述输出电流比例信号、所述退磁时间和所述驱动信号产生采样控制信号，其中，所述采样控制信号控制输出电压的采样时刻。
优选地，所述采样控制信号随负载的大小动态调节，使得开关电源的控制电路控制的系统的采样时刻副边绕组的电感电流等于输出电流。
优选地，所述采样时刻调节模块包括：峰值分析单元，根据所述电流采样信号和所述驱动信号产生峰值电压和中间电压，其中，所述中间电压小于所述峰值电压；逻辑控制单元，根据所述退磁时间产生充放电控制信号；充电单元，根据所述峰值电压和所述输出电流比例信号产生充电电流；放电单元，根据所述峰值电压和所述中间电压产生放电电流；充放电控制单元，根据所述充放电控制信号控制电容上的起始充电电平和放电结束电平，以及根据电容上的起始充电电平和放电结束电平产生逻辑控制信号；逻辑控制单元还根据所述逻辑控制信号产生所述采样控制信号。
优选地，所述中间电压为所述电流采样信号的初始电压和峰值电压之和的二分之一。
优选地，在连续模式下，所述放电单元根据所述电流采样信号的峰值电压和中间电压产生放电电流。
优选地，在非连续模式的下，所述放电单元根据所述电流采样信号的峰值电压产生放电电流。
优选地，所述输出电流比例模块还产生恒流导通信号，并根据所述退磁时间、所述电流采样信号以及开关管的驱动信号产生电流阈值信号。
优选地，所述电流峰值信号为所述误差放大信号。
优选地，所述电流峰值信号为所述误差放大信号或所述电流阈值信号。
优选地，所述输出电流比例模块包括：导通检测单元，根据所述驱动信号得到所述开关管的中间导通时间，以及根据所述开关管的中间导通时间产生第一控制信号；退磁分析单元，根据所述退磁时间产生第二控制信号和第三控制信号，以及根据中间退磁时间产生第四控制信号；输出电流计算单元，根据所述第一控制信号至所述第四控制信号以及所述电流采样信号产生输出电流比例信号和输出电流比例采样信号。
优选地，所述输出电流比例模块包括：时钟发生器，产生所述恒流导通信号；导通检测单元，根据所述驱动信号得到所述开关管的中间导通时间，以及根据所述开关管的中间导通时间产生第一控制信号；退磁分析单元，根据所述退磁时间产生第二控制信号和第三控制信号，以及根据中间退磁时间产生第四控制信号；输出电流计算单元，根据所述第一控制信号至所述第四控制信号以及所述电流采样信号产生输出电流比例信号和输出电流比例采样信号；峰值产生单元，根据输出电流比例采样信号和第二参考电压产生电流阈值信号。
优选地，所述开关管的中间导通时间为上一周期开关管导通时间二分之一。
优选地，所述开关管的中间退磁时间为上一周期的退磁时间二分之一。
优选地，输出电流计算单元包括第一开关至第四开关、第一电容至第三电容、第二误差放大器、第三电阻至第五电阻；其中，第一开关和第一电容串联连接在电流采样信号和接地端之间；第二误差放大器的正相输入端与第一开关和第一电容之间的节点连接，输出端经由第三电阻和第四电阻与接地端连接，反相输入端与所述第三电阻和第四电阻之间的节点连接，以及经由第二开关、第三开关与接地端连接；第五电阻和第二电容串联连接在第三开关的两端，第五电阻和第二电容之间的节点输出所述输出电流比例信号；第四开关和第三电容串联连接在第二电容的两端，第四开关和第三电容之间的节点输出所述输出电流比例采样信号。
优选地，第一开关由第一控制信号控制其导通与关断，第二开关由第二控制信号控制其导通与关断，第三开关由第三控制信号控制其导通与关断，第二控制信号和第三控制信号相反，第四开关由第四控制信号控制其导通与关断。
优选地，在所述中间导通时间时，第一控制信号控制第一开关导通，输出计算单元采样获取所述中间电压。
优选地，在退磁时间内，第二控制信号控制第二开关导通，第三控制信号控制第三开关关断；在非退磁时间内，第二控制信号控制第二开关关断，第三控制信号控制第三开关导通。
优选地，在所述中间退磁时间，第四控制信号控制第四开关导通。
优选地，所述控制电路还包括：输出电压调节模块，根据输出电流比例信号产生调节电流，并将所述调节电流提供至电压反馈端口。
优选地，所述输出电压调节模块包括：压流转换单元，将输出电流比例信号转换成调节电流；第一电流镜单元和第二电流镜单元，将所述调节电流镜像输出至电压反馈端口。
优选地，所述导通信号产生模块还根据采样控制信号对所述电压反馈信号进行采样得到电压采样信号。
优选地，所述导通信号产生模块根据所述误差放大信号产生所述恒压导通信号。
优选地，所述导通信号产生模块包括：采样保持模块，根据采样控制信号在采样时刻对所述电压反馈信号进行采样得到电压采样信号；第一误差放大器，根据所述电压采样信号和所述基准电压产生所述误差放大信号；频率控制模块，与所述第一误差放大器连接，根据所述误差放大信号产生所述恒压导通信号。
优选地，所述采样保持模块包括采样开关和采样电容，采样开关和所述采样电容串联连接在电压反馈信号和接地端之间，所述采样开关和所述采样电容之间的节点与所述第一误差放大器的输入端连接。
优选地，所述导通信号产生模块还根据采样控制信号对所述误差放大信号进行采样得到误差采样信号。
优选地，所述导通信号产生模块根据所述误差采样信号产生所述恒压导通信号。
优选地，所述导通信号产生模块包括：第一误差放大器，根据所述电压反馈信号和所述基准电压产生所述误差放大信号；采样保持模块，根据采样控制信号在采样时刻对误差放大信号进行采样得到误差采样信号；频率控制模块，与所述采样保持模块连接，根据所述误差采样信号产生所述恒压导通信号。
优选地，采样保持模块包括采样开关和采样电容，采样开关和所述采样电容串联连接在第一误差放大器的输出端和接地端之间，所述采样开关和所述采样电容之间的节点与所述频率控制模块连接。
优选地，所述输出电流比例模块根据所述退磁时间、所述电流采样信号以及所述驱动信号产生恒流导通信号；所述导通信号产生模块根据所述恒压导通信号和所述恒流导通信号产生导通信号。
优选地，所述开关管和控制电路集成在同一芯片上。
优选地，所述主电路的功率变换电路为选自以下拓扑中的任一种：浮地型Buck-Boost拓扑、实地型Buck-Boost拓扑、浮地型Buck拓扑、实地型Buck拓扑、Boost拓扑以及反激拓扑。
本发明实施例提供的开关电源及其控制电路，对采样位置动态调节，采样控制信号随负载的大小动态调节，使得开关电源的控制电路控制的系统的采样时刻副边绕组的电感电流等于输出电流。
进一步地，控制电压反馈端的电流和输出电流成线性关系，从而有效优化输出电缆电阻、副边变压器、走线电阻以及二极管(或同步整流)的等效电阻上的压降，可以有效改善输出电压曲线，同时简化恒流实现方式，可以适用于CCM，DCM，以及CCM和DCM的混合模式。
进一步地，开关电源的恒流控制模块采用由开关和电容构成的采样保持结构，简化了电路结构。
进一步地，对电压反馈端口的电压反馈信号进行采样保持的采样保持模块放置至误差放大器的输出端，而不是在电压反馈端口，减小了对电压反馈端口的影响，提高抗噪声能力。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。
图1示出现有技术中原边控制的开关电源的原理图。
图2示出现有技术中恒压模式下开关电源的控制电路的示意性电路图。
图3示出现有技术中恒流模式下开关电源的控制电路的示意性电路图。
图4示出根据本发明第一实施例提供的开关电源的控制电路的示意性电路图。
图5示出根据本发明第一实施例提供的开关电源的控制电路中输出电流比例模块的示意性电路图。
图6a和图6b分别示出根据本发明实施例的开关电源在非连续模式下和连续模式下的各信号的波形图。
图7a和图7b示出根据本发明第一实施例提供的开关电源的控制电路中采样时刻调节模块的示意性电路图。
图8a示出根据本发明第一实施例提供的采样时刻调节模块的时序信号图。
图8b示出根据本发明第一实施例提供的采样时刻以及退磁时刻与输出电流的关系图。
图9示出根据本发明第一实施例提供的输出电压调节模块的示意性电路图。
图10示出本发明第二实施例提供的控制电路的示意性电路图。
图11示出本发明第三实施例提供的控制电路的示意性电路图。
图12示出本发明第三实施例提供的控制电路中输出电流比例模块的示意性电路图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。
图1示出现有技术中原边控制的开关电源的原理图。如图1所示，开关电源100包括变压器T1，位于变压器T1原边的开关管M0、电流采样电阻Rs、整流桥101、输入电容Cin、电压反馈电路102、控制电路103，位于变压器T1副边的续流二极管D0、输出电容Co以及输出线缆的等效电阻Req。其中，控制电路103和开关管M0可以集成在一个芯片内，但并不局限于此。
整流桥101包括二极管D1至D4。整流桥101的两个输入端从外部的交流电源接收交流输入电压Vac。输入电容Cin连接在整流桥101的两个输出端之间，从而提供直流输入电压Vin。变压器T1包括原边绕组Np、副边绕组Ns以及辅助绕组Naux，变压器T1的原边绕组Np、开关管M0和电流采样电阻Rs依次串联在输入电容Cin的高电位端和地之间。在开关管M0和电流采样电阻Rs之间的中间节点获得表征流经开关管M0的电流的电流采样信号VCS。变压器T1的辅助绕组Naux与电压反馈电路102相连接，在该实例中，电压反馈电路102包括由第一电阻R1和第二电阻R2构成的分压网络。在第一电阻R1和第二电阻R2之间的中间节点获得表征开关电源100的输出电压Vo的反馈信号VFB。控制电路103的两个输入端分别接收电流采样信号VCS和电压反馈信号VFB，并且在输出端提供开关管M0的驱动信号GD。
在变压器T1的副边，续流二极管D0和输出电容Co串联连接在变压器T1的副边绕组Ns的两端。续流二极管D0的阳极连接至副边绕组Ns的同名端，阴极连接至输出电容Co的一端。在输出电容Co的两端产生输出电压Vo，以向负载供电。
在开关电源100的工作期间，控制电路103根据电流采样信号VCS控制开关管M0的断开时刻，根据电压反馈信号VFB控制开关管M0的开关周期，从而实现恒流和/或恒压输出。在开关管M0的断开期间，变压器T1通过续流二极管D0正向导通将能量传递至输出端。
图2示出现有技术中恒压模式下开关电源的控制电路的示意性电路图。其中，控制电路103例如用于图1所示的开关电源中。
控制电路103具有两个输入端，分别接收电压反馈信号VFB和电流采样信号VCS，以及输出端，用于提供开关管M0的驱动信号GD。进一步地，控制电路103包括导通信号产生模块111、关断信号产生模块112、RS触发器113、驱动模块114以及采样补偿模块107、峰值产生模块116。
其中，所述导通信号产生模块111根据电压反馈信号VFB和基准电压Vref0产生恒压导通信号ONV。具体地，所述导通信号产生模块111包括采样保持模块104、误差放大器105和频率控制模块106。
其中，采样保持模块104对表征开关电源的输出电压的电压反馈信号VFB进行采样并保持，输出端输出采样保持后获得的电压采样信号Vsp；误差放大器105的反相输入端接收电压采样信号Vsp，误差放大器105的同相输入端接收基准电压Vref0，误差放大器105的输出端输出对电压采样信号Vsp和基准电压Vref0之间的误差进行放大后的误差放大信号VEA；频率控制模块106根据误差放大信号VEA产生恒压导通信号ONV提供至RS触发器113的置位端，用于控制开关管M0的导通。
峰值产生模块116根据误差放大信号VEA产生电流峰值信号Vipk，具体地，峰值产生模块116包括第一分压电阻Rc1、第二分压电压Rc2以及第一电容C1，第一分压电阻Rc1和第二分压电阻Rc2串联连接在误差放大器105的输出端和接地端之间，第一电容C1并联连接在第二分压电阻Rc2的两端，第一分压电阻Rc1和第二分压电阻Rc2之间的节点输出电流峰值信号Vipk。
关断信号产生模块112根据电流峰值信号Vipk和电流采样信号VCS产生关断信号OFF输出至RS触发器113的复位端，用于控制开关管M0的关断；RS触发器113的输出端的输出信号经过驱动模块114增强驱动能力后，产生驱动信号GD。
关断信号产生模块112包括前沿消隐模块(LEB)115以及第一比较器117。其中，前沿消隐单元115接收表征流经开关管电流的电流采样信号VCS，并对所述电流采样信号VCS在开关管导通瞬间产生的毛刺进行消隐；第一比较器117，与所述前沿消隐模块115和峰值产生模块116连接，根据所述电流采样信号VCS和所述电流峰值信号Vipk产生关断信号OFF。
采样补偿模块107对电流采样信号VCS进行采样得到初值电压Vini，并根据该初值电压Vini产生补偿电流Icable，该补偿电流Icable通过电压反馈端口FB流出芯片以用于补偿二极管D0的前向电压。
输出电压
Figure GDA0003799198400000121
其中，Ns为副边绕组的匝数，Naux为辅助绕组的匝数，VF为二极管D0上的压降，IS为采样时刻副边绕组上的副边电流，Rd包括二极管D0的动态电阻(或者同步整流导通电阻)、变压器电阻、走线电阻等，Io为输出电流，Req为输出线缆的等效电阻。
由于对输出电压有比较高的要求，采用外置线补方案，用于补偿输出电压Vo。但是传统的补偿方案，只能有效的补偿Rd或者Rreq，为了得到有效的补偿，往往需要非常复杂的补偿曲线。如下为传统拐点时刻的输出电压表示：
Figure GDA0003799198400000122
其中，Iini为原边绕组的初始电流(开关管M0刚导通时，原边绕组上的电流)，Np为原边绕组的匝数。在连续模式(CCM)下，Iini不为0，而在非连续模式(DCM)下，Iini为0。因此，相同的输出电流在非连续模式和连续模式下产生不同的输出电压。虽然可以通过采样初始电流Iini来补偿不同的输出电压，但是在不同输出电流下，不能同时线性补偿掉Rd和Rreq。
图3示出了现有技术中恒流模式下开关电源的控制电路的示意性电路图。其中，控制电路203例如用于图1所示的开关电源中。
控制电路203包括退磁检测模块208、时钟发生器209、关断信号产生模块212、RS触发器213、驱动模块214以及峰值积分模块216、峰值采样转化模块218。
退磁检测模块208根据表征输出电压的电压反馈信号VFB检测开关电源的退磁时间TDS。时钟发生器209产生导通信号ONC提供至RS触发器213的置位端，用于控制开关管M0的导通。峰值积分模块216根据第一参考电压Vref1产生电流峰值信号Vipk。峰值采样转化模块218根据驱动信号GD对电流采样信号VCS采样获取电流采样信号VCS的峰值电压信号VCSpk和谷值电压信号VCSvl，根据峰值电压信号VCSpk和谷值电压信号VCSvl分别产生相应的积分电流ICSpk和ICSv1。
关断信号产生模块212根据电流峰值信号Vipk和电流采样信号VCS产生关断信号OFF并输出至RS触发器213的复位端，用于控制开关管M0的关断；RS触发器213的输出端的输出信号经过驱动模块114增强驱动能力后，产生驱动信号GD。
关断信号产生模块212包括前沿消隐单元215和第二比较器217，其中，前沿消隐单元215接收表征流经开关管的电流的电流采样信号VCS，并对所述电流采样信号VCS在开关管导通瞬间产生的毛刺进行消隐；第二比较器217，与所述前沿消隐模块215和峰值积分模块216连接，根据所述电流采样信号VCS和所述电流峰值信号Vipk产生关断信号OFF。
具体地，峰值采样转化模块218包括第一采样单元S/H1、第二采样单元S/H2、第一压流转换器V/I1、第二压流转换器V/I2以及调节开关SW_TDS，第一采样单元S/H1和第二采样单元S/H2与前沿消隐单元215的输出端连接，根据驱动信号GD分别采样得到峰值电压信号VCSpk和谷值电压信号VCSvl，峰值电压信号VCSpk经过第一压流转换器V/I1转换成相应的峰值电流ICSpk，谷值电压信号VCSvl经过第二压流转换器V/I2转换成相应的谷值电流ICSvl，峰值电流ICSpk和谷值电流ICSvl叠加成放电电流，并经由调节开关SW_TDS控制，输出至峰值积分模块216。
峰值产生模块216包括第三压流转换器V/I3、第一滤波器LPF1、第三分压电阻Rc3、第四分压电阻Rc4以及第二电容C2。第二电容C2连接在第三压流转换器V/I3的输出端和接地端之间。第三分压电阻Rc3和第四分压电阻Rc4串联连接在第一滤波器LPF1和接地端之间，第三压流转换器V/I3将第一参考电压Vref1转换成相应的第一参考电流，向第二电容C2充电。第二电容C2上的电压经由第一滤波器LPF1滤波，之后经由第三分压电阻Rc3和第四分压电阻Rc4分压。第三分压电阻Rc3和第四分压电阻Rc4之间的节点输出电流峰值信号Vipk。
峰值采样转化模块218的峰值电流ICSpk和谷值电流ICSvl经由调节开关SW_TDS提供至峰值产生模块216的第二电容C2，根据退磁时间TDS控制调节开关SW_TDS的导通与关断，以控制第二电容C2上的放电电流，从而调节峰值电流信号Vipk的大小。在整个开关周期内，第一参考电流始终对第二电容C2充电；在退磁时间TDS内，调节开关SW_TDS导通，调节电流对第二电容C2放电，减小第二电容C2上的电压，从而减小电流峰值信号Vipk。
现有技术中恒流模式下开关电源的控制电路通过对原边电流采样，通过压流转换器将电压信号转换成电流信号，通过电容的充放电实现恒流输出，电路比较复杂、电路面积大，一致性差。
图4示出根据本发明第一实施例的开关电源的控制电路的示意性电路图。其中，该控制电路303例如用于图1所示的开关电源中。
如图4所示，所述开关电源的控制电路303包括退磁检测模块308、输出电流比例模块310、采样时刻调节模块307、输出电压调节模块316、导通信号产生模块320、关断信号产生模块312、RS触发器313和驱动模块314。
其中，退磁检测模块308根据表征输出电压的电压反馈信号VFB获得开关电源的退磁时间TDS。
在本实施例中，退磁检测模块308与电压反馈端口FB连接，接收电压反馈信号VFB，并对电压反馈信号VFB进行检测以得到开关电源的退磁时间TDS。
输出电流比例模块310，与所述退磁检测模块308连接，根据退磁时间TDS、电流采样信号VCS以及驱动信号GD输出电流比例信号Vduty，所述输出电流比例信号Vduty同输出电流成比例。
在本实施例中，参加图5，所述输出电流比例模块310包括退磁分析单元330、导通检测单元331、以及输出电流计算单元333，其中，所述退磁分析单元330根据退磁时间TDS产生第二控制信号S2和第三控制信号S3，以及根据1/2的退磁时间TDS/2产生第四控制信号S4；所述导通检测单元331根据驱动信号GD得到1/2的导通时间Ton/2，以及根据1/2的导通时间Ton/2产生第一控制信号S1。输出电流计算单元333用于根据电流采样信号VCS产生输出电流比例信号Vduty和输出电流比例采样信号Vo1。
具体地，输出电流计算单元333包括第一开关至第四开关(SW1-SW4)、第一电容至第三电容(C1-C3)、第二误差放大器335、第三电阻至第五电阻(R3-R5)，其中，第一开关SW1和第一电容C1串联连接在电流采样信号VCS(电流采样端口CS)和接地端之间。第二误差放大器335的正相输入端与第一开关SW1和第一电容C1之间的节点连接，输出端经由第三电阻R3和第四电阻R4与接地端连接，以及经由第二开关SW2、第三开关SW3与接地端连接。第五电阻R5和第二电容C2串联连接在第三开关SW3的两端，第五电阻R5和第二电容C2之间的节点输出输出电流比例信号Vduty。第四开关SW4和第三电容C3串联连接在第二电容C2的两端；第四开关SW4和第三电容C3之间的节点输出输出电流比例采样信号Vo1。第一开关SW1由第一控制信号S1控制其导通与关断，第二开关SW2由第二控制信号S2控制其导通与关断，第三开关SW3由第三控制信号S3控制其导通与关断，第二控制信号S2和第三控制信号S3相反，第四开关SW4由第第四控制信号S4其导通与关断。第一控制信号S1和第四控制信号S4为脉冲信号，第一开关SW1在Ton/2时刻(中间导通时间)瞬间导通以对电流采样信号VCS采样并保持在第一电容C1，之后关断，第四开关SW4在TDS/2时刻瞬间导通以对输出电流比例信号Vduty采样并保持在第三电容C3，之后关断。第二控制信号S2控制第二开关SW2在退磁时间TDS内导通，第三控制信号S3控制第三开关SW3在退磁时间TDS内关断。
输出电流比例模块310在Ton/2时刻，第一控制信号S1控制第一开关SW1导通，将此时的电流采样信号VCS采样保持在第一电容C1上得到电流采样信号VCS的中间电压VCS_mid。第二误差放大器335对中间电压VCS_mid进行放大。在退磁时间TDS内，第二控制信号S2控制第二开关SW2导通，第三控制信号S3控制第三开关SW3关断，对第二电容C2进行充电。在非退磁时间内，第二控制信号S2控制第二开关SW2关断，第三控制信号S3控制第三开关SW3导通，对第二电容C2放电，从而得到输出电流比例信号Vduty。第四开关SW4在TDS/2时刻，对输出电流比例信号Vduty采样，得到输出电流比例采样信号Vo1。其中，Vo1＝A2*VCS_mid*TDS/T，其中，A2为第二误差放大器335的放大倍数，T为开关周期，TDS为退磁时间。
图6a为非连续模式(DCM)下输出电流比例模块310中各个信号的时序图，图6b为连续模式(CCM)下输出电流比例模块310中各个信号的时序图。从图6a和图6b中，可以看出开关电源不管是在非连续模式下还是在连续模式下，都可以采用相同的方式实现恒流，电路简单，一致性好。恒流控制模块采用了由开关和电容构成的采样保持结构，不需要太大电容和电阻，有利于芯片的集成化。
图7a和图7b分别示出根据本发明第一实施例提供的开关电源的控制电路中采样时刻调节模块在非连续模式下和连续模式下的示意性电路图。
如图7a所示，在非连续模式下，采样时刻调节模块307包括峰值分析单元340、逻辑控制单元341、充电单元342、放电单元343以及充放电控制单元344。其中，峰值分析单元340根据电流采样信号VCS和驱动信号GD产生峰值电压VCS_pk和中间电压VCS_mid。逻辑控制单元341根据退磁时间TDS产生第五控制信号至第八控制信号(S5-S8)。充电单元342根据峰值电压VCS_pk和输出电流比例信号Vduty以及供电电压V1产生充电电流Icharge。放电单元343根据峰值电压VCS_pk以及供电电压V1产生放电电流Idischarge。充放电控制单元344根据第五控制信号至第八控制信号(S5-S8)控制控制电容上的起始充电电平和放电结束电平，以及根据电容上的起始充电电平和放电结束电平产生逻辑控制信号。逻辑控制单元341还根据所述逻辑控制信号产生采样控制信号TSHp，所述采样控制信号TSHp随着负载的大小动态调节。如图7b所示，在连续模式下，采样时刻调节模块307包括峰值分析单元340、逻辑控制单元341、充电单元342、放电单元343以及充放电控制单元344。其中，峰值分析单元340根据电流采样信号VCS和驱动信号GD产生峰值电压VCS_pk和中间电压VCS_mid。逻辑控制单元341根据退磁时间TDS产生第五控制信号至第八控制信号(S5-S8)。充电单元342根据峰值电压VCS_pk和输出电流比例信号Vduty以及供电电压V1产生充电电流Icharge。放电单元343根据峰值电压VCS_pk和中间电压VCS_mid以及供电电压V1产生放电电流Idischarge。充放电控制单元344根据第五控制信号至第八控制信号(S5-S8)控制控制电容上的起始充电电平和放电结束电平，以及根据电容上的起始充电电平和放电结束电平产生逻辑控制信号。逻辑控制单元341还根据所述逻辑控制信号产生采样控制信号TSHp，所述采样控制信号TSHp随着负载的大小动态调节。
参见图7a和图7b，为了使得在采样时刻TSH，副边绕组的电感电流等于输出电流(也可以是一定倍数)，每个周期内采样时刻TSH与导通结束时刻之间的时间Tx需要满足以下公式：
Figure GDA0003799198400000171
其中，Ipk为原边绕组的峰值电流，Iini为原边绕组的初值电流，D为副边绕组的占空比，即D＝TDS/T，A3为比例系数(采样时刻电流和输出电流之间的比例)。其中，Iini＝2Imid-Ipk，Imid为原边绕组的中间电流，即为Ton/2时刻的电流。
因此，
Figure GDA0003799198400000172
充电单元342包括PMOS管P1-P6、NMOS管M1-M5以及第八电阻R8。放电单元343包括PMOS管P7-P10、NMOS管M6-M10以及第九电阻R9。其中，第八电阻R8连接在PMOS管P3的漏极和P4的漏极之间。第九电阻R9连接在PMOS管P9的漏极和P10的漏极之间。
充放电控制单元344包括第五开关至第八开关(SW5-SW8)以及第三比较器345、第四比较器346，其中，第五开关SW5和第四电容C4串联连接在充电单元342的输出端和接地端之间，第六开关SW6和第五电容C5串联连接在充电单元342的输出端和接地端之间；第七开关SW7和第四电容C4串联连接至放电单元343的输出端和接地端之间，第八开关SW8和第五电容C5串联连接至放电单元343的输出端和接地端之间。第五开关SW5和第四电容C4之间的节点与第三比较器345的正相输入端连接，反相输入端接收第三参考电压Vref3。第六开关SW6和第五电容C5之间的节点与第四比较器346的正相输入端连接，反相输入端接收第三参考电压Vref3。第三比较器345的输出端输出起始充电电平和放电结束电平的比较信号，第四比较器346的输出端输出起始充电电平和放电结束电平的比较信号。
第三比较器345和第四比较器346用来控制电容起始充电电平和放电结束电平，使得第四电容C4或者第五电容C5上的起始充电电平和放电电平相同，等于第三参考电压Vref3。
其中，充电电流
Figure GDA0003799198400000181
放电电流
Figure GDA0003799198400000182
对第四电容C4或者第五电容C5充电后电压等于放电后电压，可以得到Icharge*TDS＝Idischarge*Tx。由此可以得到原边采样时刻信息。
参见图8a，第五开关SW5和第六开关SW6分别在不同周期的退磁时间TDS导通，非退磁时间内关断，即，第五控制信号S5控制第五开关SW5在奇数周期的的退磁时间内导通，例如1TDS、3TDS、(2n-1)TDS内导通，第六控制信号S6控制第六开关SW6在偶数周期的退磁时间内导通，例如2TDS、4TDS、2n*TDS内导通。通过控制第五开关SW5和第六开关SW6的导通与关断，分别给第五电容C5和第四电容C4充电。在退磁时间TDS内，第五开关SW5导通，以充电电流Icharge给第四电容C4充电，退磁时间TDS结束后，第四电容C4上存储的电荷Q1为Icharge*TDS。在Tx时间内(即从退磁开始到采样时刻TSH之间的时间内)，第八开关SW8导通，以放电电流Idischarge给第五电容C5放电，放电电荷Q2为Idischarge*TSH。通过电容上的电荷保持不变，可以得到采样控制信号TSHp。采样控制信号TShp为脉冲信号，在采样时刻TSH后形成一个很小的脉宽(100ns左右)。
参见图8b，随着输出电流的减少，每个周期内采样时刻TSH与导通结束时刻之间的时间Tx和退磁时间TDS的比值越来越大。当输出电流越来越小，每个周期内采样时刻TSH与导通结束时刻之间的时间Tx越来越接近TDS，当输出电流为0的时候，采样时刻Tx＝TDS。
输出电压调节模块316根据输出电流比例信号Vduty产生调节电流Iadd，并将所述调节电流Iadd提供至电压反馈端口FB，以补偿二极管D0以及输出线缆Req上的压降。
参见图9，所述输出电压调节模块316包括压流转换单元350、第一电流镜单元351和第二电流镜单元352。其中，压流转换单元350将输出电流比例信号Vduty转换成调节电流Iadd，并通过第一电流镜单元351和第二电流镜单元352输出。压流转换单元350包括第四误差放大器354、开关管M11和第十电阻R10，第四误差放大器350的正相输入端接收输出电流比例信号Vduty，反相输入端经由第十电阻R10与接地端连接，输出端与开关管M11的控制端连接，开关管M11与第十电阻R10串联连接在第一电流镜单元351的输入端和接地端之间。
导通信号产生模块320对接收表征输出电压的电压反馈信号VFB进行采样得到电压采样信号Vsp，根据所述电压采样信号Vsp与基准电压Vref0产生误差放大信号VEA，以及根据误差放大信号VEA产生导通信号ON。
在本实施例中，导通信号产生模块320包括采样保持模块309、第一误差放大器305、频率控制模块306，其中，采样保持模块309根据该采样控制信号TSHp对电压反馈信号VFB进行采样得到电压采样信号Vsp。第一误差放大器305与采样保持模块309连接，根据所述电压采样信号Vsp和基准电压Vref0产生误差放大信号VEA；频率控制模块306与所述第一误差放大器305连接，根据所述误差放大信号VEA产生导通信号ON。
其中，第一误差放大器305的正相输入端接收基准电压Vref0，反相输入端接收电压采样信号Vsp，输出端输出误差放大信号VEA。
在本实施例中，采样保持模块309包括采样开关K和采样电容Cc，其中，所述采样开关K和所述采样电容Cc串联连接在电压反馈端口FB和接地端之间，所述采样开关K和所述采样电容Cc之间的节点与所述第一误差放大器305连接。所述采样开关K由采样控制信号TSHp控制其导通与关断，以对所述电压反馈信号VFB进行采样保持得到电压采样信号Vsp。
关断信号产生模块312根据表征流经变压器T1的原边绕组Np的电流的电流采样信号VCS和电流峰值信号Vipk产生关断信号OFF，用于关断开关管M0。
在本实施例中，关断信号产生模块312与电流采样端口CS、第一误差放大器305以及输出电流比例模块310连接。关断信号产生模块312包括前沿消隐模块315以及第五比较器317，前沿消隐模块315接收电流采样信号VCS，并对所述电流采样信号VCS在开关管导通瞬间产生的毛刺进行消隐；第五比较器317，与所述前沿消隐模块315和输出电流比例模块310连接，根据所述电流采样信号VCS和所述电流峰值信号Vipk产生关断信号OFF。
在本实施例中，所述电流峰值信号Vipk为误差放大信号VEA。
在开关管M0导通时，原边绕组Np开始存储能量，原边电流以一定斜率上升，即电流采样信号VCS以一定斜率上升。当电流采样信号VCS大于电流峰值信号Vipk时，第五比较器317输出的关断信号OFF变为逻辑高电平，通过RS触发器313和驱动模块314产生控制开关管M0关断的驱动信号GD，使开关管M0关断。
RS触发器313根据所述导通信号ON和所述关断信号OFF产生开关控制信号。
驱动模块314根据所述开关控制信号产生驱动信号GD。
本实施例提供的开关电源的控制电路，对采样位置动态调节，实时对输出电压进行调节，可以有效改善输出电压曲线。
进一步地，开关电源的恒流控制模块采用由开关和电容构成的采样保持结构，简化了电路结构。
图10示出了根据本发明第二实施例提供的开关电源的控制电路的示意电路图。与第一实施例相比，本实施例中的导电信号产生模块420中的采样保持模块409位于第一误差放大器405和频率控制模块406之间。
在本实施例中，第一误差放大器405与电压反馈端口FB连接，根据所述电压反馈信号VFB和基准电压Vref0产生误差放大信号VEA。采样保持模块409根据该采样控制信号TSHp对误差放大信号VEA进行采样得到误差采样信号。频率控制406与所述采样保持模块409连接，根据所述误差采样信号产生导通信号ON。
其中，采样保持模块409包括采样开关K和采样电容Cc。所述采样开关K和所述采样电容Cc串联连接在第一误差放大器405的输出端和接地端之间，所述采样开关K和所述采样电容Cc之间的节点与所述频率控制模块406连接。所述采样开关K由采样控制信号TSHp控制其导通与关断，以对所述误差放大信号VEA进行采样保持得到误差采样信号。
本实施例提供的开关电源的控制电路将对电压反馈端口的电压反馈信号进行采样保持的采样保持模块放置至误差放大器的输出端，而不是在电压反馈端口FB，减小了对电压反馈端口FB的影响，提高抗噪声能力。
图11示出了根据本发明第三实施例提供的开关电源的控制电路的示意电路图。与第二实施例相比，所述输出电流比例模块510还产生恒流导通信号，并根据所述退磁时间TDS、所述电流采样信号VCS以及开关管的驱动信号GD产生电流阈值信号Vthcc。
参见图12，所述输出电流比例模块310包括退磁分析单元530、导通检测单元531、时钟发生器532、输出电流计算单元533以及峰值产生单元534，其中，所述时钟发生器532产生恒流导通信号ONC；所述退磁分析单元530根据退磁时间TDS产生第二控制信号S2和第三控制信号S3，以及根据1/2的退磁时间TDS/2产生第四控制信号S4；所述导通检测单元531根据驱动信号GD得到1/2的导通时间Ton/2，以及根据1/2的导通时间Ton/2产生第一控制信号S1。输出电流计算单元533用于根据电流采样信号VCS产生输出电流比例信号Vduty和输出电流比例采样信号Vo1。峰值产生单元534根据输出电流比例采样信号Vo1和第二参考电压Vref2产生电流阈值信号Vthcc。
峰值产生单元534包括第三误差放大器536、第六电阻R6和第七电阻R7以及第二滤波器LPF2。其中，第三误差放大器536的正相输入端接收第二参考电压Vref2，反相输入端接收输出电流比例采样信号Vo1，输出端经由第六电阻R6和第七电阻R7与接地端连接。第六电阻R6和第七电阻R7之间的节点与第二滤波器LPF2连接，输出电流比例采样信号Vo1和第二参考电压Vref2之间的误差放大信号经由第二滤波器LPF2滤波后产生电流阈值信号Vthcc输出。
在本实施例中，导通信号产生模块520接收表征输出电压的电压反馈信号VFB，根据所述电压反馈信号VFB与基准电压Vref0产生误差放大信号VEA，以及根据误差放大信号VEA产生恒压导通信号ONV，并根据所述恒压导通信号ONV和恒流导通信号ONC产生导通信号ON。
在本实施例中，导通信号产生模块320包括第一误差放大器505、采样保持模块509、频率控制模块506和与门511，其中，第一误差放大器505与电压反馈端口FB连接，接收电压反馈信号VFB，并根据所述电压反馈信号VFB和基准电压Vref0产生误差放大信号VEA；采样保持模块509根据该采样控制信号TSHp对误差放大信号VEA进行采样得到误差采样信号；频率控制模块506与所述采样保持模块509连接，根据所述误差采样信号产生恒压导通信号ONV；恒流导通信号ONC由输出电流比例模块510产生。与门511根据恒压导通信号ONV和恒流导通信号ONC产生导通信号ON。
其中，第一误差放大器505的正相输入端接收基准电压Vref0，反相输入端接收电压反馈信号VFB，输出端输出误差放大信号VEA。
在本实施例中，采样保持模块509包括采样开关K和采样电容Cc，其中，所述采样开关K和所述采样电容Cc串联连接在第一误差放大器505的输出端和接地端之间，所述采样开关K和所述采样电容Cc之间的节点与所述频率控制模块506连接。所述采样开关K由采样控制信号TSHp控制其导通与关断，以对所述误差放大信号VEA进行采样保持得到误差采样信号。所述频率控制模块506根据所述误差采样信号产生恒压导通信号ONV。
关断信号产生模块512与电流采样端口CS、误差放大器305以及输出电流比例模块510连接。关断信号产生模块512包括前沿消隐模块515、第五比较器517以及选择模块518，前沿消隐模块515接收电流采样信号VCS，并对所述电流采样信号VCS在开关管导通瞬间产生的毛刺进行消隐；选择模块518将电流阈值信号Vthcc和误差放大信号VEA其中之一作为电流峰值信号Vipk，在恒压模式下，Vipk＝VEA，在恒流模式下，Vipk＝Vthcc；第五比较器517，与所述前沿消隐模块515和输出电流比例模块510连接，根据所述电流采样信号VCS和所述电流峰值信号Vipk产生关断信号OFF。
本实施例提供的开关电源的控制电路，对采样位置动态调节，实时对输出电压进行调节，可以有效改善输出电压曲线。
进一步地，开关电源的恒流控制模块采用由开关和电容构成的采样保持结构，简化了电路结构。
进一步地，将对电压反馈端口的电压反馈信号进行采样保持的采样保持模块放置至误差放大器的输出端，而不是在电压反馈端口FB，减小了对电压反馈端口FB的影响，提高抗噪声能力。
本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (59)

1.一种开关电源的控制电路，所述开关电源包括原边绕组和副边绕组，其特征在于，所述控制电路包括：
退磁检测模块，对表征输出电压的电压反馈信号进行检测获得开关电源的退磁时间；
导通信号产生模块，接收所述电压反馈信号，根据所述电压反馈信号与基准电压产生误差放大信号以及根据所述误差放大信号产生导通信号；
关断信号产生模块，根据表征流经开关管电流的电流采样信号和电流峰值信号产生关断信号；
输出电流比例模块，根据所述退磁时间、所述电流采样信号以及开关管的驱动信号产生输出电流比例信号，所述输出电流比例信号同输出电流成比例；
采样时刻调节模块，根据所述电流采样信号、所述输出电流比例信号、所述退磁时间和所述驱动信号产生采样控制信号，其中，所述采样控制信号用于控制输出电压的采样时刻；
其中，所述采样控制信号随负载的大小动态调节，使得开关电源的控制电路控制的系统的采样时刻副边绕组的电感电流等于输出电流。
2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述采样时刻调节模块包括：
峰值分析单元，根据所述电流采样信号和所述驱动信号产生峰值电压和中间电压，其中，所述中间电压小于所述峰值电压；
逻辑控制单元，根据所述退磁时间产生充放电控制信号；
充电单元，根据所述峰值电压和所述输出电流比例信号产生充电电流；
放电单元，根据所述峰值电压和所述中间电压产生放电电流；
充放电控制单元，根据所述充放电控制信号控制电容上的起始充电电平和放电结束电平，以及根据电容上的起始充电电平和放电结束电平产生逻辑控制信号；
逻辑控制单元还根据所述逻辑控制信号产生所述采样控制信号。
3.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述中间电压为所述电流采样信号的初始电压和峰值电压之和的二分之一。
4.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，在连续模式下，所述放电单元根据所述电流采样信号的峰值电压和中间电压产生放电电流。
5.根据权利要求4所述的控制电路，其特征在于，在非连续模式的下，所述放电单元根据所述电流采样信号的峰值电压产生放电电流。
6.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述输出电流比例模块还产生恒流导通信号，并根据所述退磁时间、所述电流采样信号以及开关管的驱动信号产生电流阈值信号。
7.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述电流峰值信号为所述误差放大信号。
8.根据权利要求6所述的控制电路，其特征在于，所述电流峰值信号为所述误差放大信号或所述电流阈值信号。
9.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述输出电流比例模块包括：
导通检测单元，根据所述驱动信号得到所述开关管的中间导通时间，以及根据所述开关管的中间导通时间产生第一控制信号；
退磁分析单元，根据所述退磁时间产生第二控制信号和第三控制信号，以及根据中间退磁时间产生第四控制信号；
输出电流计算单元，根据所述第一控制信号至所述第四控制信号以及所述电流采样信号产生输出电流比例信号和输出电流比例采样信号。
10.根据权利要求6所述的控制电路，其特征在于，所述输出电流比例模块包括：
时钟发生器，产生所述恒流导通信号；
导通检测单元，根据所述驱动信号得到所述开关管的中间导通时间，以及根据所述开关管的中间导通时间产生第一控制信号；
退磁分析单元，根据所述退磁时间产生第二控制信号和第三控制信号，以及根据中间退磁时间产生第四控制信号；
输出电流计算单元，根据所述第一控制信号至所述第四控制信号以及所述电流采样信号产生输出电流比例信号和输出电流比例采样信号；
峰值产生单元，根据输出电流比例采样信号和第二参考电压产生电流阈值信号。
11.根据权利要求9或10所述的控制电路，其特征在于，所述开关管的中间导通时间为上一周期开关管导通时间二分之一。
12.根据权利要求9或10所述的控制电路，其特征在于，所述开关管的中间退磁时间为上一周期的退磁时间二分之一。
13.根据权利要求9或10所述的控制电路，其特征在于，输出电流计算单元包括第一开关至第四开关、第一电容至第三电容、第二误差放大器、第三电阻至第五电阻；
其中，第一开关和第一电容串联连接在电流采样信号和接地端之间；
第二误差放大器的正相输入端与第一开关和第一电容之间的节点连接，输出端经由第三电阻和第四电阻与接地端连接，反相输入端与所述第三电阻和第四电阻之间的节点连接，以及经由第二开关、第三开关与接地端连接；
第五电阻和第二电容串联连接在第三开关的两端，第五电阻和第二电容之间的节点输出所述输出电流比例信号；
第四开关和第三电容串联连接在第二电容的两端，第四开关和第三电容之间的节点输出所述输出电流比例采样信号。
14.根据权利要求13所述的控制电路，其特征在于，第一开关由第一控制信号控制其导通与关断，第二开关由第二控制信号控制其导通与关断，第三开关由第三控制信号控制其导通与关断，第二控制信号和第三控制信号相反，第四开关由第四控制信号控制其导通与关断。
15.根据权利要求14所述的控制电路，其特征在于，在所述中间导通时间时，第一控制信号控制第一开关导通，输出计算单元采样获取所述电流采样信号的中间电压。
16.根据权利要求15所述的控制电路，其特征在于，在退磁时间内，第二控制信号控制第二开关导通，第三控制信号控制第三开关关断；在非退磁时间内，第二控制信号控制第二开关关断，第三控制信号控制第三开关导通。
17.根据权利要求16所述的控制电路，其特征在于，在所述中间退磁时间，第四控制信号控制第四开关导通。
18.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，还包括：
输出电压调节模块，根据输出电流比例信号产生调节电流，并将所述调节电流提供至电压反馈端口。
19.根据权利要求18所述的控制电路，其特征在于，所述输出电压调节模块包括：
压流转换单元，将输出电流比例信号转换成调节电流；
第一电流镜单元和第二电流镜单元，将所述调节电流镜像输出至电压反馈端口。
20.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述导通信号产生模块还根据采样控制信号对所述电压反馈信号进行采样得到电压采样信号。
21.根据权利要求20所述的控制电路，其特征在于，所述导通信号产生模块根据所述误差放大信号产生恒压导通信号。
22.根据权利要求20所述的控制电路，其特征在于，所述导通信号产生模块包括：
采样保持模块，根据采样控制信号在采样时刻对所述电压反馈信号进行采样得到电压采样信号；
第一误差放大器，根据所述电压采样信号和所述基准电压产生所述误差放大信号；
频率控制模块，与所述第一误差放大器连接，根据所述误差放大信号产生恒压导通信号。
23.根据权利要求22所述的控制电路，其特征在于，所述采样保持模块包括采样开关和采样电容，采样开关和所述采样电容串联连接在电压反馈信号和接地端之间，所述采样开关和所述采样电容之间的节点与所述第一误差放大器的输入端连接。
24.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述导通信号产生模块还根据采样控制信号对所述误差放大信号进行采样得到误差采样信号。
25.根据权利要求24所述的控制电路，其特征在于，所述导通信号产生模块根据所述误差采样信号产生恒压导通信号。
26.根据权利要求24所述的控制电路，其特征在于，所述导通信号产生模块包括：
第一误差放大器，根据所述电压反馈信号和所述基准电压产生所述误差放大信号；
采样保持模块，根据采样控制信号在采样时刻对误差放大信号进行采样得到误差采样信号；
频率控制模块，与所述采样保持模块连接，根据所述误差采样信号产生恒压导通信号。
27.根据权利要求26所述的控制电路，其特征在于，采样保持模块包括采样开关和采样电容，采样开关和所述采样电容串联连接在第一误差放大器的输出端和接地端之间，所述采样开关和所述采样电容之间的节点与所述频率控制模块连接。
28.根据权利要求21或25所述的控制电路，其特征在于，所述输出电流比例模块根据所述退磁时间、所述电流采样信号以及所述驱动信号产生恒流导通信号；所述导通信号产生模块根据所述恒压导通信号和所述恒流导通信号产生导通信号。
29.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述开关管和控制电路集成在同一芯片上。
30.一种开关电源，其特征在于，包括：
主电路，所述主电路包括功率转换电路，用于将交流输入电压转变为直流输出电压，所述功率转换电路包括原边绕组和副边绕组；
控制电路；
其中，所述控制电路包括：
退磁检测模块，对表征输出电压的电压反馈信号进行检测获得开关电源的退磁时间；
导通信号产生模块，接收所述电压反馈信号，根据所述电压反馈信号与基准电压产生误差放大信号，根据所述误差放大信号产生导通信号；
关断信号产生模块，根据表征流经开关管电流的电流采样信号和电流峰值信号产生关断信号；
输出电流比例模块，根据所述退磁时间、所述电流采样信号以及开关管的驱动信号产生输出电流比例信号，所述输出电流比例信号同输出电流成比例；
采样时刻调节模块，根据所述电流采样信号、所述输出电流比例信号、所述退磁时间和所述驱动信号产生采样控制信号，其中，所述采样控制信号用于控制输出电压的采样时刻；
其中，所述采样控制信号随负载的大小动态调节，使得开关电源的控制电路控制的系统的采样时刻副边绕组的电感电流等于输出电流。
31.根据权利要求30所述的开关电源，其特征在于，所述采样时刻调节模块包括：
峰值分析单元，根据所述电流采样信号和所述驱动信号产生峰值电压和中间电压，其中，所述中间电压小于所述峰值电压；
逻辑控制单元，根据所述退磁时间产生充放电控制信号；
充电单元，根据所述峰值电压和所述输出电流比例信号产生充电电流；
放电单元，根据所述峰值电压和所述中间电压产生放电电流；
充放电控制单元，根据所述充放电控制信号控制电容上的起始充电电平和放电结束电平，以及根据电容上的起始充电电平和放电结束电平产生逻辑控制信号；
逻辑控制单元还根据所述逻辑控制信号产生所述采样控制信号。
32.根据权利要求31所述的开关电源，其特征在于，所述中间电压为所述电流采样信号的初始电压和峰值电压之和的二分之一。
33.根据权利要求31所述的开关电源，其特征在于，在连续模式下，所述放电单元根据所述电流采样信号的峰值电压和中间电压产生放电电流。
34.根据权利要求33所述的开关电源，其特征在于，在非连续模式的下，所述放电单元根据所述电流采样信号的峰值电压产生放电电流。
35.根据权利要求30所述的开关电源，其特征在于，所述输出电流比例模块还产生恒流导通信号，并根据所述退磁时间、所述电流采样信号以及开关管的驱动信号产生电流阈值信号。
36.根据权利要求30所述的开关电源，其特征在于，所述电流峰值信号为所述误差放大信号。
37.根据权利要求35所述的开关电源，其特征在于，所述电流峰值信号为所述误差放大信号或所述电流阈值信号。
38.根据权利要求30所述的开关电源，其特征在于，所述输出电流比例模块包括：
导通检测单元，根据所述驱动信号得到所述开关管的中间导通时间，以及根据所述开关管的中间导通时间产生第一控制信号；
退磁分析单元，根据所述退磁时间产生第二控制信号和第三控制信号，以及根据中间退磁时间产生第四控制信号；
输出电流计算单元，根据所述第一控制信号至所述第四控制信号以及所述电流采样信号产生输出电流比例信号和输出电流比例采样信号。
39.根据权利要求35所述的开关电源，其特征在于，所述输出电流比例模块包括：
时钟发生器，产生所述恒流导通信号；
导通检测单元，根据所述驱动信号得到所述开关管的中间导通时间，以及根据所述开关管的中间导通时间产生第一控制信号；
退磁分析单元，根据所述退磁时间产生第二控制信号和第三控制信号，以及根据中间退磁时间产生第四控制信号；
输出电流计算单元，根据所述第一控制信号至所述第四控制信号以及所述电流采样信号产生输出电流比例信号和输出电流比例采样信号；
峰值产生单元，根据输出电流比例采样信号和第二参考电压产生电流阈值信号。
40.根据权利要求38或39所述的开关电源，其特征在于，所述开关管的中间导通时间为上一周期开关管导通时间二分之一。
41.根据权利要求38或39所述的开关电源，其特征在于，所述开关管的中间退磁时间为上一周期的退磁时间二分之一。
42.根据权利要求38或39所述的开关电源，其特征在于，输出电流计算单元包括第一开关至第四开关、第一电容至第三电容、第二误差放大器、第三电阻至第五电阻；
其中，第一开关和第一电容串联连接在电流采样信号和接地端之间；
第二误差放大器的正相输入端与第一开关和第一电容之间的节点连接，输出端经由第三电阻和第四电阻与接地端连接，反相输入端与所述第三电阻和第四电阻之间的节点连接，以及经由第二开关、第三开关与接地端连接；
第五电阻和第二电容串联连接在第三开关的两端，第五电阻和第二电容之间的节点输出所述输出电流比例信号；
第四开关和第三电容串联连接在第二电容的两端，第四开关和第三电容之间的节点输出所述输出电流比例采样信号。
43.根据权利要求42所述的开关电源，其特征在于，第一开关由第一控制信号控制其导通与关断，第二开关由第二控制信号控制其导通与关断，第三开关由第三控制信号控制其导通与关断，第二控制信号和第三控制信号相反，第四开关由第四控制信号控制其导通与关断。
44.根据权利要求43所述的开关电源，其特征在于，在所述中间导通时间时，第一控制信号控制第一开关导通，输出计算单元采样获取所述电流采样信号的中间电压。
45.根据权利要求44所述的开关电源，其特征在于，在退磁时间内，第二控制信号控制第二开关导通，第三控制信号控制第三开关关断；在非退磁时间内，第二控制信号控制第二开关关断，第三控制信号控制第三开关导通。
46.根据权利要求44所述的开关电源，其特征在于，在所述中间退磁时间，第四控制信号控制第四开关导通。
47.根据权利要求30所述的开关电源，其特征在于，所述控制电路还包括：
输出电压调节模块，根据输出电流比例信号产生调节电流，并将所述调节电流提供至电压反馈端口。
48.根据权利要求47所述的开关电源，其特征在于，所述输出电压调节模块包括：
压流转换单元，将输出电流比例信号转换成调节电流；
第一电流镜单元和第二电流镜单元，将所述调节电流镜像输出至电压反馈端口。
49.根据权利要求30所述的开关电源，其特征在于，所述导通信号产生模块还根据采样控制信号对所述电压反馈信号进行采样得到电压采样信号。
50.根据权利要求49所述的开关电源，其特征在于，所述导通信号产生模块根据所述误差放大信号产生恒压导通信号。
51.根据权利要求49所述的开关电源，其特征在于，所述导通信号产生模块包括：
采样保持模块，根据采样控制信号在采样时刻对所述电压反馈信号进行采样得到电压采样信号；
第一误差放大器，根据所述电压采样信号和所述基准电压产生所述误差放大信号；
频率控制模块，与所述第一误差放大器连接，根据所述误差放大信号产生恒压导通信号。
52.根据权利要求51所述的开关电源，其特征在于，所述采样保持模块包括采样开关和采样电容，采样开关和所述采样电容串联连接在电压反馈信号和接地端之间，所述采样开关和所述采样电容之间的节点与所述第一误差放大器的输入端连接。
53.根据权利要求30所述的开关电源，其特征在于，所述导通信号产生模块还根据采样控制信号对所述误差放大信号进行采样得到误差采样信号。
54.根据权利要求53所述的开关电源，其特征在于，所述导通信号产生模块根据所述误差采样信号产生恒压导通信号。
55.根据权利要求53所述的开关电源，其特征在于，所述导通信号产生模块包括：
第一误差放大器，根据所述电压反馈信号和所述基准电压产生所述误差放大信号；
采样保持模块，根据采样控制信号在采样时刻对误差放大信号进行采样得到误差采样信号；
频率控制模块，与所述采样保持模块连接，根据所述误差采样信号产生恒压导通信号。
56.根据权利要求55所述的开关电源，其特征在于，采样保持模块包括采样开关和采样电容，采样开关和所述采样电容串联连接在第一误差放大器的输出端和接地端之间，所述采样开关和所述采样电容之间的节点与所述频率控制模块连接。
57.根据权利要求50或54所述的开关电源，其特征在于，所述输出电流比例模块根据所述退磁时间、所述电流采样信号以及所述驱动信号产生恒流导通信号；所述导通信号产生模块根据所述恒压导通信号和所述恒流导通信号产生导通信号。
58.根据权利要求30所述的开关电源，其特征在于，所述开关管和控制电路集成在同一芯片上。
59.根据权利要求30所述的开关电源，其特征在于，所述主电路的功率变换电路为选自以下拓扑中的任一种：浮地型Buck-Boost拓扑、实地型Buck-Boost拓扑、浮地型Buck拓扑、实地型Buck拓扑、Boost拓扑以及反激拓扑。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114726190B (zh) * 2022-05-19 2023-01-17 无锡市晶源微电子股份有限公司 Psr控制电路及反激式开关电源
CN115800767A (zh) * 2023-01-31 2023-03-14 深圳市芯茂微电子有限公司 一种开关电源的控制方法及开关电源

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7817447B2 (en) * 2008-08-30 2010-10-19 Active-Semi, Inc. Accurate voltage regulation of a primary-side regulation power supply in continuous conduction mode operation
CN104853493B (zh) * 2015-05-15 2017-12-08 昂宝电子（上海）有限公司 用于电源转换系统中的输出电流调节的系统和方法
CN106533214B (zh) * 2016-12-21 2023-03-14 无锡硅动力微电子股份有限公司 开关电源变换器的控制电路及控制方法
CN206498339U (zh) * 2017-03-09 2017-09-15 南京邮电大学 一种超低待机功耗的原边反馈ac‑dc转换器
CN106849675B (zh) * 2017-03-28 2019-07-05 无锡芯朋微电子股份有限公司 开关电源的控制电路及其方法
CN108738201B (zh) * 2018-06-21 2024-04-30 上海晶丰明源半导体股份有限公司 控制电路、led驱动芯片、led驱动系统及led驱动方法

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