CN114710012A - 开关电源的控制方法、控制电路及开关电源 - Google Patents

开关电源的控制方法、控制电路及开关电源 Download PDF

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Abstract

本发明公开了开关电源的控制方法、控制电路及开关电源，根据所述开关电源的输出反馈信号控制所述开关电源的操作模式在第一模式和第二模式，第一模式的一个工作周期包括一个临界模式的开关周期，第二模式的一个工作周期包括N个临界模式的开关周期和一个断续模式的开关周期，若当前第二模式的一个工作周期进入到下个工作周期或当前第二模式进入到第一模式时，在下一个工作周期或第一模式开始之前通过将辅助开关管开通一次以将主开关管的寄生电容放电，实现主开关管的零电压导通。本申请的技术方案能够很好地实现非对称半桥开关电源的零电压导通的控制，效果好。

Description

开关电源的控制方法、控制电路及开关电源
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种开关电源的控制方法、控制电路及开关电源。
背景技术
在开关电源的应用过程中，当负载的功率发生变化，开关电源的工作模式相应会发生切换以获得更好的系统效率，例如，当负载功率降低时，会从临界导通模式进入断续导通模式；当负载功率升高时，会从断续导通模式进入临界导通模式。
非对称半桥开关电源包括两个构成半桥的开关管，通过控制开关管的导通/断开以将输入能量转换为期望的输出能量，但是开关管通常具有寄生电容，在寄生电容的电荷不为零的情况下导通开关管会产生较大的开关损耗，而在模式切换过程中，如进入到临界导通模式的情况下，开关管的寄生电容电荷在导通前尽量放掉，以实现零电压导通，但是如何很好的实现零电压导通是个技术难题。
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方法、控制电路及开关电源，用以解决现有技术存在的如何实现零电压导通的技术问题。
本发明的技术解决方案是，提供一种开关电源的控制电路，所述开关电源包括构成半桥的主开关管和辅助开关管，包括：误差放大电路，所述误差放大电路接收所述开关电源的输出反馈信号，以获得误差补偿信号；开关控制电路，接收所述误差补偿信号，以据此设定第一电流曲线和第一频率曲线，所述开关控制电路接收所述开关电源的电感电流采样信号和工作频率信号，根据所述电感电流采样信号和所述第一电流曲线的比较以及所述工作频率信号与所述第一频率曲线的比较控制所述主开关管和辅助开关管的开关状态。
优选地，所述第一电流曲线为预设的电感电流信号随所述误差补偿信号的变化曲线；所述第一频率曲线为预设的系统工作频率随所述误差补偿信号的变化曲线。
优选地，所述开关控制电路包括电流曲线设定电路、频率曲线设定电路，所述开关电源的操作模式根据所述误差补偿信号设置，所述电流曲线设定电路根据所述开关电源的操作模式设定所述第一电流曲线；所述频率曲线设定电路根据所述开关电源的控制模式设定所述第一频率曲线；
所述开关电源的操作模式包括第一模式和第二模式，所述第一模式的一的一个工作周期包括一个临界模式的开关周期，所述第二模式包括N个临界模式的开关周期和一个断续模式的开关周期。
优选地，所述开关控制电路包括第一比较电路、第二比较电路，当所述开关电源工作在某一模式下，第一比较电路将所述开关电源的电感电流采样信号与所述第一电流曲线对比，以控制所述主开关管的开关状态；第二比较电路将所述开关电源的工作频率信号与所述第一频率曲线对比，以控制所述辅助开关管的开关状态。
优选地，所述开关电源包括原边绕组、副边绕组和辅助绕组，所述控制电路还包括接收所述原边绕组、副边绕组和辅助绕组中任一绕组两端的电压的输入端，
所述控制电路根据所述输入端接收的电压确定所述主开关管的漏源电压过零时刻，以控制所述主开关管和辅助开关管的开关状态。
优选地，所述控制电路还包括逻辑电路、第一驱动器和第二驱动器，所述逻辑电路根据所述第一比较电路和第二比较电路的比较结果以及所述主开关管的漏源电压过零时刻产生所述主开关管和辅助开关管的开关控制信号；
所述第一驱动器接收所述开关控制信号以驱动所述主开关管的开关动作；
所述第二驱动器接收所述开关控制信号以驱动所述辅助开关管的开关动作。
优选地，所述开关电源的操作模式包括第一模式、第二模式和第三模式，所述第三模式的一个工作周期包括M个周期时间限定的第二模式工作周期和一段停止时间。
优选地，所述辅助开关管与第一电感、第一电容和变压器中的原边绕组构成谐振回路。
第二方面，公开了一种开关电源的控制方法，所述开关电源包括构成半桥的主开关管和辅助开关管，
根据所述开关电源的输出反馈信号控制所述开关电源的操作模式在第一模式和第二模式，所述第一模式的一个工作周期包括一个临界模式的开关周期，所述第二模式的一个工作周期包括N个临界模式的开关周期和一个断续模式的开关周期，
当前第二模式的一个工作周期进入到下个工作周期或当前第二模式进入到第一模式时，在下一个工作周期或第一模式开始之前通过将辅助开关管开通一次以将主开关管的寄生电容放电，实现主开关管的零电压导通。
进一步包括，所述开关电源的操作模式根据所述开关电源的输出反馈信号设置，根据所述开关电源的操作模式设定所述第一电流曲线和所述第一频率曲线；当所述开关电源工作在某一模式下，根据开关电源的电感电流采样信号和所述第一电流曲线的比较以及开关电源的工作频率信号与所述第一频率曲线的比较控制所述主开关管和辅助开关管的开关状态。
进一步包括，当前第一模式的一个工作周期进入到下个工作周期或当前第二模式进入到第一模式时，在下一个工作周期或第一模式开始之前通过将辅助开关管开通的具体步骤包括：将开关电源的工作频率信号与所述第一频率曲线比较，以根据比较结果控制所述辅助开关管的开通。
进一步包括，根据所述开关电源的输出反馈信号控制所述开关电源的操作模式在第一模式和第二模式和第三模式，
所述第三模式的一个工作周期包括M个周期时间限定的第二模式工作周期和一段停止时间。
第三方面，公开了一种开关电源，包括构成半桥的主开关管和辅助开关管，所述辅助开关管和所述开关电源的第一电感、第一电容和变压器中的原边绕组构成谐振回路，还包括上述的控制电路。
采用本发明的开关电路结构，与现有技术相比，具有以下优点：非对称半桥开关电源根据输出反馈信号在第二模式和第一模式之间切换，若当前的第一模式的一个工作周期进入到下个工作周期或当前第二模式进入到第一模式时，在下一个工作周期或第一模式开始之前通过将辅助开关管开通一次以将主开关管的寄生电容放电，实现主开关管的零电压导通。本申请的开关电源能够很好地实现非对称半桥开关电源的零电压导通的控制，效果好。
附图说明
图1为依据本发明的非对称开关电源第一实施例的电路框图；
图2为图1中控制电路的具体电路框图；
图3为依据图1的工作波形图；
图4为依据图1的另一工作波形图；
图5为依据本发明的第一电流曲线示意图；
图6为依据本发明的第一频率曲线示意图；
图7为本发明的非对称开关电源第二实施例的电路框图。
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为依据本发明的非对称开关电源第一实施例的电路框图，图2为图1中控制电路的具体电路框图。本发明实施例中，所述开关电源包括构成半桥的主开关管和辅助开关管，所述辅助开关管与第一电感、第一电容和变压器中的原边绕组构成谐振回路。所述控制电路U1包括误差放大电路、开关控制电路、逻辑电路、第一驱动器和第二驱动器，误差放大电路、开关控制电路、逻辑电路构成控制单元U1，其中所述误差放大电路检测所述开关电源的输出反馈信号，以获得误差补偿信号Vcomp，误差补偿信号可由输出反馈信号和基准信号进行误差放大，经过补偿后获得；开关控制电路，接收所述误差补偿信号，以据此设定第一电流曲线和第一频率曲线，所述开关控制电路接收所述开关电源的电感电流采样信号和工作频率信号，根据所述电感电流采样信号和所述第一电流曲线的比较以及所述工作频率信号与所述第一频率曲线的比较控制所述主开关管和辅助开关管的开关状态。
一个示例中，所述开关控制电路包括电流曲线设定电路、频率曲线设定电路，所述开关电源的控制模式根据所述误差补偿信号设置，所述电流曲线设定电路根据所述开关电源的控制模式设定所述第一电流曲线，如图5所示曲线，VCS为电感电流对应的电压信息；所述频率曲线设定电路根据所述开关电源的控制模式设定所述第一频率曲线，如图6所述曲线；本发明实施例中，所述开关电源的控制模式包括第一模式和第二模式，第一模式的一个工作周期包括一个临界模式的开关周期，第一模式记为BCM模式，第二模式的一个工作周期包括N个临界模式的开关周期和一个断续模式的开关周期，记为BUR模式，例如在负载功率较大的情况下，开关电源工作在第二模式，在负载功率较小的情况下，开关电源工作在第一模式。具体地，当开关电源操作模式切换后，则对应的第一电流曲线或第一频率曲线会相应调整，例如，当从第二模式进入到第一模式时，则第一电流曲线的Vcs值调小，频率线的值调大；当从第一模式进入到第二模式时，则第一电流曲线的Vcs值调大，频率线的值调小，图5、图6中的①表示第一模式下的曲线关系，②表示第二模式下的曲线关系，不同模式下，曲线关系不相同。
一个示例中，所述开关控制电路包括第一比较电路、第二比较电路，当所述开关电源工作在某一模式下，第一比较电路将所述开关电源的电感电流采样信号与所述第一电流曲线对比，以控制所述主开关管的开关状态；第二比较电路将所述开关电源的工作频率信号与所述第一频率曲线对比，以控制所述辅助开关管的开关状态。例如，通过将某一时刻的所述开关电源的电感电流采样信号与所述第一电流曲线对应的采样信号进行比对，以此控制主开关管的关断；通过将某一时刻的所述开关电源的工作频率信号与所述第一频率曲线对应的频率大小进行比对，以此控制辅助开关管的关断。如图5中虚线为设定的电感电流曲线，实线为实际电感电流的采样信号大小，图6中虚线为设定的频率曲线，实线为工作频率的实际大小。
示例地，继续参考图1，所述开关电源包括原边绕组、副边绕组和辅助绕组，所述控制电路还包括接收所述原边绕组、副边绕组和辅助绕组中任一绕组两端的电压的输入端，如图1中以辅助绕组的电压Vs作为输入端电压，所述控制电路根据所述输入端接收的电压确定所述主开关管的漏源电压过零时刻，以控制所述主开关管和辅助开关管的开关状态。这里，所述输入端接收的电压确定所述主开关管的漏源电压与设置的电源阈值(如输入电压大小)进行比较，以确定所述主开关管的漏源电压过零时刻，以控制辅助开关管的关断，在辅助开关管关断延时预定时间(如半个谐振周期或四分之一个谐振周期)后控制主开关管的开通，以此调整在每个开关周期内，主开关管均能在零电压或零电压附近导通。
一个示例中，所述开关控制电路还包括逻辑电路，所述控制电路还包括第一驱动器和第二驱动器，所述逻辑电路根据所述第一比较电路和第二比较电路的比较结果以及所述主开关管的漏源电压过零时刻产生所述主开关管和辅助开关管的开关控制信号；所述第一驱动器接收所述开关控制信号以驱动所述主开关管的开关动作；所述第二驱动器接收所述开关控制信号以驱动所述辅助开关管的开关动作。
参考图3为依据图1的工作波形图；图3中，GON为主开关管的开关控制信号，GAC为辅助开关管的开关控制信号，ilm为电感电流，Vsw为主开关管的漏源电压，第二模式记为BUR，第一模式记为BCM，所述BUR的工作周期为N个临界导通模式的开关周期加一个断续导通模式的开关周期记为工作周期，如图3所示，N为3。本发明实施例中，当开关电源工作在BUR模式时，则在一个工作周期进入到下一个工作周期时，开关电源的工作频率信号与所述第一频率曲线比较，以根据比较结果控制所述辅助开关管的开通，以此实现在下一个工作周期开始之前通过将辅助开关管再次开通一次，实现主开关管的零电压导通。或者是在当前第二模式进入到第一振模式时，将开关电源的工作频率信号与所述第一频率曲线比较，以根据比较结果控制所述辅助开关管的开通，以此实现在下一个第一模式开始之前通过将辅助开关管再次开通一次，将主开关管的漏源寄生电压放电，实现主开关管的零电压导通，之后，开关电源进入到BCM工作模式。
通过上述的开关电源的控制方式，使得在非对称半桥开关电源中，控制开关电源在第二模式和第一模式工作，并且通过控制辅助开关管的导通和关断，以实现主开关管能够在零电压或零电压附近导通，降低开关损耗，提高了系统工作效率。
在一个示例中，如图4所示，图4为依据图1的另一工作波形图；当负载的功率非常低时，控制开关电源工作模式进入第三模式，如Burst模式，所述第三模式的一个工作周期包括M个周期时间限定的第二模式工作周期和一段停止时间。参考图4所示，M为2，这里周期时间限定指的是这里的第二模式工作周期与工作在第二模式的工作周期是不一致的，如周期时间小于工作在第二模式的工作周期；一段停止时间为预设的开关电源不工作时间。如此，在此过程中第一电流曲线和第一频率曲线的值均调整到较小，可以很好地实现低功率输出。
图7为本发明的非对称开关电源第二实施例的电路框图。本发明的控制电路实施方案均能应用到图7所示的开关电源拓扑中。
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 (13)

1.一种开关电源的控制电路，所述开关电源包括构成半桥的主开关管和辅助开关管，其特征在于，包括：
误差放大电路，所述误差放大电路接收所述开关电源的输出反馈信号，以获得误差补偿信号；
开关控制电路，接收所述误差补偿信号，以据此设定第一电流曲线和第一频率曲线，所述开关控制电路接收所述开关电源的电感电流采样信号和工作频率信号，根据所述电感电流采样信号和所述第一电流曲线的比较以及所述工作频率信号与所述第一频率曲线的比较控制所述主开关管和辅助开关管的开关状态。
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，所述第一电流曲线为预设的电感电流信号随所述误差补偿信号的变化曲线；
所述第一频率曲线为预设的系统工作频率随所述误差补偿信号的变化曲线。
3.根据权利要求2所述的开关电源的控制电路，其特征在于，所述开关控制电路包括电流曲线设定电路、频率曲线设定电路，
所述开关电源的操作模式根据所述误差补偿信号设置，
所述电流曲线设定电路根据所述开关电源的操作模式设定所述第一电流曲线；
所述频率曲线设定电路根据所述开关电源的控制模式设定所述第一频率曲线；
所述开关电源的操作模式包括第一模式和第二模式，所述第一模式的一的一个工作周期包括一个临界模式的开关周期，所述第二模式包括N个临界模式的开关周期和一个断续模式的开关周期。
4.根据权利要求3所述的开关电源的控制电路，其特征在于，所述开关控制电路包括第一比较电路、第二比较电路，
当所述开关电源工作在某一模式下，第一比较电路将所述开关电源的电感电流采样信号与所述第一电流曲线对比，以控制所述主开关管的开关状态；第二比较电路将所述开关电源的工作频率信号与所述第一频率曲线对比，以控制所述辅助开关管的开关状态。
5.根据权利要求4所述的开关电源的控制电路，其特征在于，所述开关电源包括原边绕组、副边绕组和辅助绕组，
所述控制电路还包括接收所述原边绕组、副边绕组和辅助绕组中任一绕组两端的电压的输入端，
所述控制电路根据所述输入端接收的电压确定所述主开关管的漏源电压过零时刻，以控制所述主开关管和辅助开关管的开关状态。
6.根据权利要求5所述的开关电源的控制电路，其特征在于，所述控制电路还包括逻辑电路、第一驱动器和第二驱动器，
所述逻辑电路根据所述第一比较电路和第二比较电路的比较结果以及所述主开关管的漏源电压过零时刻产生所述主开关管和辅助开关管的开关控制信号；
所述第一驱动器接收所述开关控制信号以驱动所述主开关管的开关动作；
所述第二驱动器接收所述开关控制信号以驱动所述辅助开关管的开关动作。
7.根据权利要求3所述的开关电源的控制电路，其特征在于，所述开关电源的操作模式包括第一模式、第二模式和第三模式，
所述第三模式的一个工作周期包括M个周期时间限定的第二模式工作周期和一段停止时间。
8.根据权利要求1所述的开关电源的控制电路，其特征在于，所述辅助开关管与第一电感、第一电容和变压器中的原边绕组构成谐振回路。
9.一种开关电源的控制方法，所述开关电源包括构成半桥的主开关管和辅助开关管，其特征在于，
根据所述开关电源的输出反馈信号控制所述开关电源的操作模式在第一模式和第二模式，所述第一模式的一个工作周期包括一个临界模式的开关周期，所述第二模式的一个工作周期包括N个临界模式的开关周期和一个断续模式的开关周期，
当前第二模式的一个工作周期进入到下个工作周期或当前第二模式进入到第一模式时，在下一个工作周期或第一模式开始之前通过将辅助开关管开通一次以将主开关管的寄生电容放电，实现主开关管的零电压导通。
10.根据权利要求9所述的开关电源的控制方法，其特征在于，进一步包括：
所述开关电源的操作模式根据所述开关电源的输出反馈信号设置，
根据所述开关电源的操作模式设定所述第一电流曲线和所述第一频率曲线；
当所述开关电源工作在某一模式下，根据开关电源的电感电流采样信号和所述第一电流曲线的比较以及开关电源的工作频率信号与所述第一频率曲线的比较控制所述主开关管和辅助开关管的开关状态。
11.根据权利要求10所述的开关电源的控制方法，其特征在于，当前第一模式的一个工作周期进入到下个工作周期或当前第二模式进入到第一模式时，在下一个工作周期或第一模式开始之前通过将辅助开关管开通的具体步骤包括：将开关电源的工作频率信号与所述第一频率曲线比较，以根据比较结果控制所述辅助开关管的开通。
12.根据权利要求10所述的开关电源的控制方法，其特征在于，根据所述开关电源的输出反馈信号控制所述开关电源的操作模式在第一模式和第二模式和第三模式，
所述第三模式的一个工作周期包括M个周期时间限定的第二模式工作周期和一段停止时间。
13.一种开关电源，包括构成半桥的主开关管和辅助开关管，所述辅助开关管和所述开关电源的第一电感、第一电容和变压器中的原边绕组构成谐振回路，其特征在于，还包括权利要求1-8任一项所述的控制电路。
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