CN114499121A - 开关电源的控制器及开关电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开关电源的控制器及开关电源，应用于电源领域。跨导放大器的输出端与开关电源控制器外与COMP引脚连接的第一电容的第一端连接，控制模块根据电压检测模块输出的第二电压或电流检测模块输出的第四电压生成开关管的控制信号，对开关管进行控制，进而控制开关电源工作在恒压输出模式或恒流输出模式。此外，第一电容使得第二电压或第四电压的变化较为缓慢，在一个工频半波的周期内，可以认为是恒定的，进而控制开关管的控制信号变化较为缓慢，使得初级线圈的导通时间变化缓慢近似固定，可以实现较高的PF（Power Factor，功率因数）。在实现较高的PF的条件下兼容恒压输出模式及恒流输出模式，满足更多系统需要。

Description

开关电源的控制器及开关电源

技术领域

本发明涉及电源领域，特别是涉及一种开关电源的控制器及开关电源。

背景技术

PFC（Power Factor Correction，功率因数调制）通过固定变压器的初级线圈的导通时间来实现较高的PF（Power Factor，功率因数）。现有技术中往往在开关电源的控制器的外部接一个较大的电容，控制器根据电容与控制器连接的引脚的电压调整变压器的初级线圈的导通时间，变压器的初级线圈的导通时间即为开关电源的开关管的导通时间。通过电容使得引脚的电压变化较为缓慢，在一个工频半波的周期内，引脚的电压可以看做是恒定的，进而初级线圈的导通时间是恒定的，以实现较高的PF。但引脚的电压仅仅能反应变压器的副边的输出电压或变压器的原边电流中的一种，即控制器仅能根据输出电压或原边电流调整初级线圈的导通时间，实现恒压输出控制或恒流输出控制的一种，无法兼容恒压输出控制及恒流输出控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种开关电源的控制器及开关电源，在实现较高的PF的条件下兼容恒压输出模式及恒流输出模式，满足更多系统需要。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种开关电源的控制器，包括电压检测模块、电流检测模块、跨导放大器及控制模块；

所述电压检测模块用于采集表征所述开关电源中的变压器的副边的输出电压的第一电压，得到第二电压；

所述电流检测模块用于采集表征所述变压器的原边电流的第三电压，得到第四电压，所述第三电压与所述原边电流呈正相关；

所述跨导放大器的正向输入端与所述电压检测模块的输出端或所述电流检测模块的输出端连接，所述跨导放大器的反相输入端与第一基准电压连接，所述跨导放大器的输出端与所述控制器的COMP引脚连接；所述控制器的COMP引脚与设置在所述控制器外部的第一电容的第一端连接，所述第一电容的第二端接地；所述跨导放大器用于在正向输入端不小于反相输入端时不输出电流，在正向输入端小于反相输入端时从所述第一电容上拉入电流；

所述控制模块用于根据所述第二电压或所述第四电压生成原边回路中的开关管的控制信号，以对所述开关管进行控制，进而控制所述开关电源的工作模式，所述工作模式包括恒压输出模式或者恒流输出模式。

优选的，所述电压检测模块包括第一误差放大器；

所述第一误差放大器的第一输入端与第一电阻的第二端及第二电阻的第一端连接的公共端连接；

所述第一电阻的第一端与所述开关电源中的变压器的辅助绕组的第一端连接，所述辅助绕组的第二端接地，所述第二电阻的第二端接地；

所述第一误差放大器的第二输入端接第二基准电压，所述第一误差放大器的输出端作为所述电压检测模块的输出端；

所述第一误差放大器用于将所述第一电压与所述第二基准电压的差值进行放大，输出所述第二电压至控制模块。

优选的，所述电流检测模块包括第二误差放大器；

所述第二误差放大器的第一输入端与第三电阻的第一端连接；

所述开关电源的变压器的原边绕组的第一端与电源连接，所述开关电源的变压器的原边绕组的第二端与所述开关管的第一端连接，所述开关管的第二端与所述第三电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端接地；

所述第二误差放大器的第二输入端接第三基准电压，所述第二误差放大器的输出端作为所述电流检测模块的输出端；

所述第二误差放大器用于将所述第三电压与所述第三基准电压的差值进行放大，输出所述第四电压至控制模块。

优选的，还包括采样模块，所述采样模块的输入端接入第三电压，所述采样模块的输出端与所述电流检测模块的第一输入端连接；

所述采样模块用于对所述第三电压采样，并保持稳定值输入至所述电流检测模块。

优选的，在所述跨导放大器的第一输入端与所述电流检测模块的输出端连接时，所述控制模块包括还包括第二电容；

所述电流检测模块的输出端及所述跨导放大器的正向输入端连接的公共端与所述第二电容的第一端连接，所述第二电容的第二端接地；

所述第二电容用于对所述电流检测模块输出的所述第四电压进行滤波。

优选的，在所述跨导放大器的第一输入端与所述电压检测模块的输出端连接时，所述控制模块包括还包括第三电容；

所述电压检测模块的输出端及所述跨导放大器的正向输入端连接的公共端与所述第三电容的第一端连接，所述第三电容的第二端接地；

所述第三电容用于对所述电压检测模块输出的第三电压进行滤波。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种开关电源，包括开关电源本体，还包括上述的开关电源的控制器。

本申请提供了一种开关电源的控制器及开关电源，应用于电源领域。跨导放大器的输出端与开关电源控制器外与COMP引脚连接的第一电容的第一端连接，通过跨导放大器的特性，实现了控制模块可以根据电压检测模块输出的第二电压和电流检测模块输出的第四电压生成开关管的控制信号，对开关管进行控制，进而控制开关电源工作在恒压输出模式或恒流输出模式。此外，第一电容使得第二电压或第四电压的变化较为缓慢，在一个工频半波的周期内，可以认为是恒定的，进而控制开关管的控制信号变化较为缓慢，可以实现较高的PF。在实现较高的PF的条件下兼容恒压输出模式及恒流输出模式，满足更多系统需要。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例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发明的一些实施例，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为本发明提供的一种开关电源的控制器的结构示意图；

图2为本发明提供的另一种开关电源的控制器的结构示意图；

图3为本发明提供的另一种开关电源的控制器的结构示意图；

图4为本发明提供的另一种开关电源的控制器的结构示意图；

图5为本发明提供的另一种开关电源的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种开关电源的控制器及开关电源，在实现较高的PF的条件下兼容恒压输出模式及恒流输出模式，满足更多系统需要。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明提供的一种开关电源的控制器的结构示意图，图2为本发明提供的另一种开关电源的控制器的结构示意图，包括电压检测模块1、电流检测模块22、跨导放大器3及控制模块4；

电压检测模块1用于采集表征开关电源中的变压器的副边的输出电压的第一电压，得到第二电压；

电流检测模块2用于采集表征变压器的原边电流的第三电压，得到第四电压，第三电压与原边电流呈正相关；

跨导放大器3的正向输入端与电压检测模块1的输出端或电流检测模块2的输出端连接，跨导放大器3的反相输入端与第一基准电压连接，跨导放大器3的输出端与控制器的COMP引脚连接；控制器的COMP引脚与设置在控制器外部的第一电容C1的第一端连接，第一电容C1的第二端接地；跨导放大器3用于在正向输入端不小于反相输入端时不输出电流，在正向输入端小于反相输入端时从第一电容C1上拉入电流；

控制模块4用于根据第二电压或第四电压生成原边回路中的开关管的控制信号，以对开关管进行控制，进而控制开关电源的工作模式，工作模式包括恒压输出模式或者恒流输出模式。

考虑到PFC（Power Factor Correction，功率因数调制）通过固定变压器的初级线圈的导通时间来实现较高的PF（Power Factor，功率因数）。现有技术中往往在开关电源的控制器的外部接一个较大的电容，控制器根据电容与控制器连接的引脚的电压调整变压器的初级线圈的导通时间，变压器的初级线圈的导通时间即为开关电源的开关管的导通时间。通过电容使得引脚的电压变化较为缓慢，在一个工频半波的周期内，引脚的电压可以看做是恒定的，进而初级线圈的导通时间是恒定的，以实现较高的PF。但引脚的电压仅仅能反应变压器的副边的输出电压或变压器的原边电流中的一种，即控制器仅能根据输出电压或原边电流调整初级线圈的导通时间，实现恒压输出控制或恒流输出控制的一种，无法兼容恒压输出控制及恒流输出控制。如果设置两个电容实现恒压输出控制及恒流输出控制，会增加器件，提高成本，同时在封装开关电源的控制器的步骤也会增加难度。

本申请中在开关电源的控制器外部设置一个第一电容C1，第一电容C1与控制器的COMP引脚连接，控制模块4根据COMP引脚的电压调整开关电源的变压器的原边的开关管的导通时间，以实现较高的PF。设置了电压检测模块1用于采集表征开关电源中的变压器的副边的输出电压的第一电压，得到第二电压。电流检测模块2用于采集表征变压器的原边电流的第三电压，得到第四电压，第三电压与原边电流呈正相关。跨导放大器3的正向输入端与电压检测模块1的输出端或电流检测模块2的输出端连接，跨导放大器3的反相输入端与第一基准电压连接，跨导放大器3的输出端与控制器的COMP引脚连接；由于跨导放大器3的特性为电流只输入不输出的特性，跨导放大器3用于在正向输入端不小于反相输入端时不输出电流，在正向输入端小于反相输入端时从第一电容C1上拉入电流；COMP引脚的电压可以由第二电压或第四电压，实现了控制模块4根据第二电压或第四电压生成原边回路中的开关管的控制信号，通过控制开关管的导通时间实现控制变压器的原边线圈的导通时间，开关电源此时可以根据第二电压进入恒压控制模式，也可以根据第四电压进入恒流输出模式。

具体的，开关电源的控制器中预设有第二电压及第四电压与变压器的原边线圈的导通时间的对应关系，本申请在此处不做过多限定。恒压控制模式下，第二电压与变压器的原边线圈的导通时间可以为正相关或负相关；恒流输出模式下，第四电压与变压器的原边线圈的导通时间可以为正相关或负相关；恒压控制模式与恒流输出模式的对应关系互相不干扰。

综上，本申请在控制器外部设置了第一电容C1，可以实现较高的PF的条件下，控制器还可以兼容恒压输出模式及恒流输出模式，使得开关电源的控制器满足更多系统需要。

在上述实施例的基础上：

作为一种优选的实施例，电压检测模块1包括第一误差放大器EA1；

第一误差放大器EA1的第一输入端与第一电阻R1的第二端及第二电阻R2的第一端连接的公共端连接；

第一电阻R1的第一端与开关电源中的变压器的辅助绕组的第一端连接，辅助绕组的第二端接地，第二电阻R2的第二端接地；

第一误差放大器EA1的第二输入端接第二基准电压，第一误差放大器EA1的输出端作为电压检测模块1的输出端；

第一误差放大器EA1用于将第一电压与第二基准电压的差值进行放大，输出第二电压至控制模块4。

以flyback转换器为例，第一误差放大器EA1的第一输入端与控制器的FB引脚连接，第一电阻R1及第二电阻R2设置于控制器的外部，第一电阻R1与第二电阻R2连接的公共端得到表征变压器的辅助绕组的电压，进而FB引脚可以得到表征变压器的副边的输出电压的第一电压，第一电压与变压器的副边的输出电压呈正相关。第一误差放大器EA1的第二输入端接第二基准电压，第一误差放大器EA1将第一电压与第二基准电压的差值进行运算放大后作为第二电压输出，第二电压可以表征变压器的原边电流，控制模块4根据第二电压对开关管的导通进行控制可以实现恒压控制模式。

具体的，第一误差放大器EA1的第一输入端及第二输入端分别为正相输入端及反相输入端的哪一个，本申请不做过多限定，根据系统预先设置的副边的输出电压与开关管的导通时间的关系决定。当系统需要副边的输出电压与开关管的导通时间呈正相关时，第一误差放大器EA1的第一输入端作为正相输入端。

通过第一误差放大器EA1实现将第一电压转换为第二电压，以便控制模块4根据第二电压实现恒压控制，同时根据第一误差放大器EA1实现多种变压器的原边线圈的导通时间与变压器的副边的输出电压的对应关系。

作为一种优选的实施例，电流检测模块2包括第二误差放大器EA2；

第二误差放大器EA2的第一输入端与第三电阻R3的第一端连接；

开关电源的变压器的原边绕组的第一端与电源连接，开关电源的变压器的原边绕组的第二端与开关管的第一端连接，开关管的第二端与第三电阻R3的第一端连接，第三电阻R3的第二端接地；

第二误差放大器EA2的第二输入端接第三基准电压，第二误差放大器EA2的输出端作为电流检测模块2的输出端；

第二误差放大器EA2用于将第三电压与第三基准电压的差值进行放大，输出第四电压至控制模块4。

以flyback转换器为例，第二误差放大器EA2的第一输入端与控制器的CS引脚连接，第三电阻R3设置于开关电源的控制器的外部，通过第三电阻R3，CS引脚得到表征原边电流的第三电压，第三电压与原边电流呈正相关。

第二误差放大器EA2的第二输入端接第三基准电压，第二误差放大器EA2将第三电压与第三基准电压的差值进行运算放大后作为第四电压输出，第四电压可以表征变压器的副边的输出电压，控制模块4根据第四电压对开关管的导通进行控制可以实现恒流输出模式。

具体的，第二误差放大器EA2的第一输入端及第二输入端分别为正相输入端及反相输入端的哪一个，本申请不做过多限定，根据系统预先设置的原边电流与开关管的导通时间的关系决定。当系统需要原边电流与开关管的导通时间呈正相关时，第一误差放大器EA1的第一输入端作为正相输入端。

通过第二误差放大器EA2实现将第三电压转换为第四电压，以便控制模块4根据第四电压实现恒流输出，同时根据第二误差放大器EA2实现多种变压器的原边线圈的导通时间与变压器的原边电流的对应关系。

作为一种优选的实施例，还包括采样模块，采样模块的输入端接入第三电压，采样模块的输出端与电流检测模块2的第一输入端连接；

采样模块用于对第三电压采样，并保持稳定值输入至电流检测模块2。

考虑到变压器的原边电流较为不稳定，且变化较快，设置了一个采样模块，对第三电压进行采样，将第三电压稳定在某个稳定值输入至电流检测模块2，以便电流检测模块2将第三电压处理为第四电压后输出。

图3为本发明提供的另一种开关电源的控制器的结构示意图。

作为一种优选的实施例，在跨导放大器3的第一输入端与电流检测模块2的输出端连接时，控制模块4包括还包括第二电容C2；

电流检测模块2的输出端及跨导放大器3的正向输入端连接的公共端与第二电容C2的第一端连接，第二电容C2的第二端接地；

第二电容C2用于对电流检测模块2输出的第四电压进行滤波。

考虑到电流检测模块2的输出端的变化频率与原边电流的变化频率一致，导致电流检测模块2输出的第四电压变化频率较高，所以设置了一个第二电容C2，对第四电压进行滤波、稳定及调节作用。

在跨导放大器3的第一输入端与电流检测模块2的输出端连接时，控制器具体的控制方式为：当第三电压经过处理后低于第三基准电压，第四电压的值会立刻充高并高于第一基准电压。此时跨导放大器3没有电流流出，即此时跨导放大器不影响COMP引脚的值，此时COMP引脚的值完全由第二电压来决定，也就是说此时系统工作在恒压输出模式，此时由第二电压决定开关管的导通信号。当第三电压经过处理后高于第三基准电压，第四电压的值会立刻被拉低至低于第一基准电压，此时向跨导放大器通过从第一电容C1拉电流来介入COMP引脚的调整，直到第三电压经过处理后无限接近第三基准电压，也就是说此时系统工作在恒流输出模式，此时第二电压及第四电压共同决定开关管的导通信号。

图4为本发明提供的另一种开关电源的控制器的结构示意图。

作为一种优选的实施例，在跨导放大器3的第一输入端与电压检测模块1的输出端连接时，控制模块4包括还包括第三电容C3；

电压检测模块1的输出端及跨导放大器3的正向输入端连接的公共端与第三电容C3的第一端连接，第三电容C3的第二端接地；

第三电容C3用于对电压检测模块1输出的第三电压进行滤波。

考虑到电压检测模块1的输出端的变化频率与副边电压的变化频率一致，导致电压检测模块1输出的第二电压变化频率较高，所以设置了一个第三电容C3，对第二电压进行滤波、稳定及调节作用。

在跨导放大器3的第一输入端与电压检测模块1的输出端连接时，控制器具体的控制方式为：当第一电压低于第二基准电压时，第二电压的值会立刻充高并高于第一基准电压，此时跨导放大器3没有电流流出，即此时跨导放大器3不影响COMP引脚的值，此时COMP引脚的值完全由第四电压来决定，也就是说此时系统工作在恒流输出模式，此时第四电压决定开关管的导通信号。当第一电压高于第二基准电压，第二电压的值会立刻被拉低至低于第一基准电压，此时跨导放大器3通过从第一电容C1拉电流来介入COMP引脚的值的调整，直到第一电压无限接近第二基准电压，也就是说此时系统工作在恒压输出模式，此时第二电压及第四电压共同决定开关管的导通信号。

图5为本发明提供的一种开关电源的结构示意图，包括开关电源本体，还包括上述的开关电源的控制器。

本申请提供的开关电源的介绍请参照上述实施例，在此处不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

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发明。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发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明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 (7)

1.一种开关电源的控制器，其特征在于，包括电压检测模块、电流检测模块、跨导放大器及控制模块；

所述电压检测模块用于采集表征所述开关电源中的变压器的副边的输出电压的第一电压，得到第二电压；

所述电流检测模块用于采集表征所述变压器的原边电流的第三电压，得到第四电压，所述第三电压与所述原边电流呈正相关；

所述跨导放大器的正向输入端与所述电压检测模块的输出端或所述电流检测模块的输出端连接，所述跨导放大器的反相输入端与第一基准电压连接，所述跨导放大器的输出端与所述控制器的COMP引脚连接；所述控制器的COMP引脚与设置在所述控制器外部的第一电容的第一端连接，所述第一电容的第二端接地；所述跨导放大器用于在正向输入端不小于反相输入端时不输出电流，在正向输入端小于反相输入端时从所述第一电容上拉入电流；

所述控制模块用于根据所述第二电压或所述第四电压生成原边回路中的开关管的控制信号，以对所述开关管进行控制，进而控制所述开关电源的工作模式，所述工作模式包括恒压输出模式或者恒流输出模式。

2.如权利要求1所述的开关电源的控制器，其特征在于，所述电压检测模块包括第一误差放大器；

所述第一误差放大器的第一输入端与第一电阻的第二端及第二电阻的第一端连接的公共端连接；

所述第一电阻的第一端与所述开关电源中的变压器的辅助绕组的第一端连接，所述辅助绕组的第二端接地，所述第二电阻的第二端接地；

所述第一误差放大器的第二输入端接第二基准电压，所述第一误差放大器的输出端作为所述电压检测模块的输出端；

所述第一误差放大器用于将所述第一电压与所述第二基准电压的差值进行放大，输出所述第二电压至控制模块。

3.如权利要求1所述的开关电源的控制器，其特征在于，所述电流检测模块包括第二误差放大器；

所述第二误差放大器的第一输入端与第三电阻的第一端连接；

所述开关电源的变压器的原边绕组的第一端与电源连接，所述开关电源的变压器的原边绕组的第二端与所述开关管的第一端连接，所述开关管的第二端与所述第三电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端接地；

所述第二误差放大器的第二输入端接第三基准电压，所述第二误差放大器的输出端作为所述电流检测模块的输出端；

所述第二误差放大器用于将所述第三电压与所述第三基准电压的差值进行放大，输出所述第四电压至控制模块。

4.如权利要求3所述的开关电源的控制器，其特征在于，还包括采样模块，所述采样模块的输入端接入第三电压，所述采样模块的输出端与所述电流检测模块的第一输入端连接；

所述采样模块用于对所述第三电压采样，并保持稳定值输入至所述电流检测模块。

5.如权利要求1所述的开关电源的控制器，其特征在于，在所述跨导放大器的第一输入端与所述电流检测模块的输出端连接时，所述控制模块包括还包括第二电容；

所述电流检测模块的输出端及所述跨导放大器的正向输入端连接的公共端与所述第二电容的第一端连接，所述第二电容的第二端接地；

所述第二电容用于对所述电流检测模块输出的所述第四电压进行滤波。

6.如权利要求1所述的开关电源的控制器，其特征在于，在所述跨导放大器的第一输入端与所述电压检测模块的输出端连接时，所述控制模块包括还包括第三电容；

所述电压检测模块的输出端及所述跨导放大器的正向输入端连接的公共端与所述第三电容的第一端连接，所述第三电容的第二端接地；

所述第三电容用于对所述电压检测模块输出的第三电压进行滤波。

7.一种开关电源，其特征在于，包括开关电源本体，还包括如权利要求1至6任一项所述的开关电源的控制器。

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