CN116032102B - 电源系统的控制电路和控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电源系统的控制电路和控制方法，控制电路包括：模式判断模块、副边电流过零检测模块和模式选择模块；模式判断模块输出工作模式指示信号；副边电流过零检测模块判定变压器副边绕组的电流是否降低至零，并输出过零指示信号；模式选择模块接收工作模式指示信号、过零指示信号和时钟信号，并产生用于控制功率开关管导通的置位信号。控制方法包括将表征电源系统输出电压偏离期望值程度的误差信号与设定阈值比较；当误差信号大于设定阈值时，判定变压器副边绕组的电流是否降低至零，若是则导通功率开关管。该控制电路和控制方法能够在提高电源系统强磁环境下的输出电流能力的同时保证芯片的安全性，具有可靠性高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及AC-DC电源系统技术领域，具体而言，涉及一种电源系统的控制电路和控制方法。
背景技术
在电路系统中，电子设备常常会受到环境因素的干扰。例如在AC-DC电源系统中，强磁干扰往往是必须考虑的一个重要因素。
在强磁下，变压器电感由于强磁的原因，电感量变成原来的几十分之一，而由于AC-DC电源的工作频率固定，最大电流固定，因此能传递的能量也等比例变小。而避免强磁下供电不足成为一个重要的芯片指标。通常，电路设计中需要芯片即使在强磁下也能够输出一定的能量，保证系统上报，或者其他信息处理的操作。
传统的处理方法常常是在输出电压不足的情况下直接提高工作频率。但是提高工作频率后，如果强磁环境消失，一旦发生输出短路等问题，电感电流将失控，最终可能导致芯片烧坏。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在AC-DC电源系统在发生强磁干扰时需要提高工作频率保证输出电压，如果强磁环境消失，一旦发生输出短路等问题，电感电流将失控，导致芯片烧坏的技术问题。
本发明一方面提供了一种电源系统的控制电路，电源系统包括功率开关管，所述功率开关管耦接在变压器原边绕组和参考地之间，将功率开关管与变压器原边绕组之间的连接点定义为SW点，所述控制电路包括：模式判断模块，具有输出端，所述模式判断模块根据电源系统输出电压偏离期望值的程度在输出端输出工作模式指示信号；以及副边电流过零检测模块，具有输入端和输出端，所述副边电流过零检测模块的输入端与SW点耦接，根据SW点的电压信号判定变压器副边绕组的电流是否降低至零，并在输出端输出过零指示信号；以及模式选择模块，接收工作模式指示信号、过零指示信号和时钟信号，并根据工作模式指示信号、过零指示信号和时钟信号产生置位信号，其中，所述置位信号用于控制功率开关管导通。
根据本发明上述技术方案的一种电源系统的控制电路，还可以具有以下附加技术特征：
进一步地，所述副边电流过零检测模块包括：第一采样电容，具有第一端和第二端，所述第一采样电容的第一端与SW点耦接；以及电子开关器件，具有第一端、第二端和控制端，所述电子开关器件的第一端接入第一参考电压信号，所述电子开关器件的第二端与第一采样电容的第二端耦接，所述电子开关器件的控制端耦接控制信号，所述控制信号还用于控制功率开关管的导通和关断切换；以及单向导通器件，具有第一端和第二端，所述单向导通器件的第一端与电子开关器件的第二端耦接，所述单向导通器件的第二端连接参考地；以及第二采样电容，并联于单向导通器件的两端；以及第一比较单元，具有第一端、第二端和输出端，所述第一比较单元的第一端接入第二参考电压信号，所述第一比较单元的第二端与电子开关器件的第二端耦接，所述第一比较单元的输出端输出过零指示信号。
进一步地，所述第一参考电压信号的电压值大于第二参考电压信号的电压值。
进一步地，所述模式选择模块包括：第一与门，具有第一端、第二端和输出端，所述第一与门的第一端与副边电流过零检测模块的输出端耦接；以及第二与门，具有第一端、第二端和输出端，所述第二与门的第一端与模式判断模块的输出端耦接，所述第二与门的第二端接入时钟信号；以及第一非门，具有输入端和输出端，所述第一非门的输入端与模式判断模块的输出端耦接，所述第一非门的输出端与第一与门的第二端耦接；以及第一或门，具有第一端、第二端和输出端，所述第一或门的第一端与第一与门的输出端耦接，所述第一或门的第二端与第二与门的输出端耦接，所述第一或门的输出端与功率开关管的控制端耦接。
进一步地，所述控制电路还包括消隐单元，所述消隐单元用于产生消隐信号，所述消隐信号用于屏蔽功率开关管关断初期SW点电压的波动时段。
进一步地，所述模式选择模块还接收消隐信号，并根据工作模式指示信号、过零指示信号、时钟信号和消隐信号产生置位信号。
进一步地，所述消隐信号的有效时段从功率开关管导通时刻起至波动时段结束为止，所述副边电流过零检测模块包括：第一采样电容，具有第一端和第二端，所述第一采样电容的第一端与SW点耦接；以及电子开关器件，具有第一端、第二端和控制端，所述电子开关器件的第一端接入第一参考电压信号，所述电子开关器件的第二端与第一采样电容的第二端耦接，所述电子开关器件的控制端耦接所述消隐信号；以及单向导通器件，具有第一端和第二端，所述单向导通器件的第一端与电子开关器件的第二端耦接，所述单向导通器件的第二端连接参考地；以及第二采样电容，并联于单向导通器件的两端；以及第一比较单元，具有第一端、第二端和输出端，所述第一比较单元的第一端接入第二参考电压信号，所述第一比较单元的第二端与电子开关器件的第二端耦接，所述第一比较单元的输出端与模式选择模块耦接。
进一步地，所述模式判断模块包括：第二比较单元，具有第一端、第二端和输出端，所述第二比较单元的第一端接入表征电源系统输出电压偏离期望值程度的误差信号，所述第二比较单元的第二端接入所述设定阈值；所述第二比较单元将所述误差信号和所述设定阈值比较并产生所述工作模式指示信号。
进一步地，所述控制电路还包括：误差放大模块，接收代表电源系统输出电压信号的电压反馈信号和第三参考电压信号，对电压反馈信号和第三参考电压信号进行比较并将两者的差值放大产生所述误差信号。
进一步地，所述控制电路还包括：关断信号输出模块，具有第一端、第二端和输出端，所述关断信号输出模块的第一端接入表征流过功率开关管电流的电流采样信号，所述关断信号输出模块的第二端接入表征电源系统输出电压偏离期望值程度的误差信号，所述关断信号输出模块基于所述电流采样信号和所述误差信号在输出端输出复位信号，所述复位信号用于控制功率开关管关断；以及触发控制模块，具有第一端、第二端和输出端，所述触发控制模块的第一端接收复位信号，所述触发控制模块的第二端接收置位信号，所述触发控制模块的输出端与功率开关管的控制端耦接。
本发明又一方面提供了另一种电源系统的控制电路，电源系统包括功率开关管，所述功率开关管耦接在变压器原边绕组和参考地之间，将功率开关管与变压器原边绕组之间的连接点定义为SW点，所述控制电路包括：模式判断模块，具有输出端，所述模式判断模块根据电源系统输出电压偏离期望值的程度在输出端输出工作模式指示信号，其中，当电源系统输出电压偏离期望值的程度超出设定阈值时，所述工作模式指示信号指示控制电路处于第一工作模式，当电源系统输出电压偏离期望值的程度未超出设定阈值时，所述工作模式指示信号指示控制电路处于第二工作模式；以及副边电流过零检测模块，具有输入端和输出端，所述副边电流过零检测模块的输入端与SW点耦接，根据SW点的电压信号判定变压器副边绕组的电流是否降低至零，并在输出端输出过零指示信号；当控制电路处于第一工作模式，由过零指示信号控制功率开关管导通；当控制电路处于第二工作模式，由时钟信号控制功率开关管导通。
本发明又一方面提供了另一种电源系统的控制电路，电源系统包括功率开关管，所述功率开关管耦接在变压器原边绕组和参考地之间，将功率开关管与变压器原边绕组之间的连接点定义为SW点，所述控制电路包括： 模式判断模块，具有输出端，所述模式判断模块根据电源系统输出电压偏离期望值的程度在输出端输出工作模式指示信号；当电源系统输出电压偏离期望值的程度超出设定阈值时，所述工作模式指示信号指示控制电路处于第一工作模式；以及副边电流过零检测模块，具有输入端和输出端，所述副边电流过零检测模块的输入端与SW点耦接，根据SW点的电压信号判定变压器副边绕组的电流是否降低至零，并在输出端输出过零指示信号；当控制电路处于第一工作模式时，由过零指示信号控制功率开关管导通。
本发明又一方面提供了一种电源系统的控制方法，电源系统包括功率开关管，所述功率开关管耦接在变压器原边绕组和参考地之间，将功率开关管与变压器原边绕组之间的连接点定义为SW点，所述控制方法包括获取表征电源系统输出电压偏离期望值程度的误差信号；将误差信号与设定阈值比较；当误差信号大于设定阈值时，根据SW点的电压信号判定变压器副边绕组的电流是否降低至零；当变压器副边绕组的电流降低至零，导通所述功率开关管。
根据本发明上述技术方案的一种电源系统的控制方法，还可以具有以下附加技术特征：
进一步地，所述控制方法还包括判断功率开关管是否处于关断初期的波动时段，其中，当功率开关管未处于关断初期的波动时段时，根据SW点的电压信号判定变压器副边绕组的电流是否降低至零。
进一步地，所述控制方法还包括当误差信号小于设定阈值时，由时钟信号导通所述功率开关管。
综上所述，由于采用了上述技术特征，本发明的有益效果是：
使电源系统工作在两种模式下，未发生强磁干扰时，利用时钟信号控制功率开关管导通；一旦发生强磁，功率开关管不再靠时钟信号导通，而是采样电感电流并进行判定，直到电感电流降低到0时，利用过零指示信号控制功率开关管导通；能够在提高AC-DC电源系统强磁环境下的输出电流能力的同时保证芯片的安全性。
并且引入了消隐信号，由于功率开关管在刚开通时还有尖峰毛刺等不稳定情况的存在，通过引入消隐信号将不稳定时段屏蔽，避免了采样不稳定导致发生的错误。
整个电路结构简单、可靠性高、鲁棒性好。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明一个实施例的一种电源系统的控制电路的电路原理图；
图2是本发明一个实施例的一种电源系统的控制电路中副边电流过零检测模块和模式选择模块的电路原理图；
图3是本发明一个实施例的一种电源系统的部分电路波形示意图；
图4是本发明一个实施例的一种具有消隐单元的控制电路中副边电流过零检测模块和模式选择模块的电路原理图；
图5是本发明一个实施例的另一种具有消隐单元的控制电路中副边电流过零检测模块和模式选择模块的电路原理图；
图6是本发明一个实施例的一种电源系统的控制方法的流程图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其它不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。在整个说明书中对“一个实施例”或“一实施例”的引用意味着结合该实施例所描述的特定特征、结构或特点被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书在各处出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”并不一定都是指同一实施例。动词“包括”和“具有”在本文中用作开放限制，其既不排除也不要求还存在未叙述特征。除非另有明确说明，否则从属权利要求中记载的特征可以相互自由组合。在整个文件中使用“一”或“一个”（即，单数形式）限定的元件，并不排除多个这个元件的可能。更进一步地，所描述的特征、结构或特点可以在一个或多个实施例中以任何合适方式组合。除非另外指明，否则术语“连接”或“耦接”被用于指定可以是直接的或可以经由一个或多个其他元件的电路元件之间的电连接。相反，当称元件“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件时，不存在中间元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。当提及节点或端子的电压时，除非另外指示，否则认为该电压是该节点与参考电位（通常是地）之间的电压。
下面参照图1至图6来描述根据本发明一些实施例提供的一种电源系统的控制电路和控制方法。
图1示出了本发明一个实施例的一种电源系统的控制电路的电路原理图，在图1所示的AC-DC电源系统中，交流电压VAC经过整流桥整流以及电容CIN滤波后变为直流输入电压VIN。直流输入电压VIN经过电压变换单元转化为输出电压VOUT。电压变换单元包括变压器TF、功率开关管MS、二极管D和输出电容COUT。
变压器TF的原边耦接在输入电容CIN正端和功率开关管MS之间；变压器TF的副边通过二极管D耦接在输出电容COUT的正端和参考地之间。本领域的普通技术人员可以理解，在该AC-DC电源系统中，副边开关管被示意为二极管D，在其他实施例中，副边开关管也可以和功率开关管MS一样，为可控的半导体功率开关器件。在图1所示实施例中，功率开关管MS被示意为N型金属半导体场效应管(N-type Metal Oxide Semiconductor FieldEffectTransistor，NMOSFET)，但本领域一般技术人员可以理解，功率开关管MS还可以是其他合适的可控半导体功率开关器件。在图1示出的AC-DC电源系统中，功率开关管MS耦接在变压器原边绕组和参考地之间，将功率开关管MS与变压器原边绕组之间的连接点定义为SW点。
在图1所示的实施例中，AC-DC电源系统还包括电压反馈电路2和原边电流采样电路1。电压反馈电路2采样输出电压VOUT，并产生代表输出电压VOUT的电压反馈信号VFB；原边电流采样电路1采样流过功率开关管MS的电流，并产生代表流过功率开关管MS的电流的电流采样信号ICS。
在图1的示例中，控制电路包括：模式判断模块和副边电流过零检测模块。模式判断模块根据电源系统输出电压偏离期望值的程度在输出端输出工作模式指示信号LoopEN，工作模式指示信号Loop EN用于指示电源系统输出电压偏离期望值的程度是否超出设定阈值；当电源系统输出电压偏离期望值的程度超出设定阈值时，工作模式指示信号LoopEN指示控制电路处于第一工作模式。如在强磁环境下，电源系统输出电压偏离期望值的程度超出了设定阈值，此时根据模式判断模块的判断结果，控制电路将处于第一工作模式，利用副边电流过零检测模块产生的过零指示信号ZCD控制功率开关管MS的导通。在一些实施例中，模式判断模块还可以在当电源系统输出电压偏离期望值的程度未超出设定阈值时，利用工作模式指示信号Loop EN指示控制电路处于第二工作模式。如在非强磁环境下的常规工作环境，电源系统输出电压偏离期望值的程度没有超出设定阈值，此时根据模式判断模块的判断结果，控制电路将处于第二工作模式，利用固定频率的时钟信号CLK控制功率开关管MS的导通。
其中，工作模式指示信号Loop EN为逻辑高低电平信号，设定阈值为第四参考电压信号Vfreq，工作模式指示信号Loop EN可以根据表征电源系统输出电压偏离期望值程度的误差信号eao与第四参考电压信号Vfreq的比较结果产生。在一个实施例中，误差信号eao大于第四参考电压信号Vfreq时，工作模式指示信号Loop EN为逻辑低电平，指示控制电路处于第一工作模式；误差信号eao小于第四参考电压信号Vfreq时，工作模式指示信号Loop EN为逻辑高电平，指示控制电路处于第二工作模式；可以理解，在采用不同的一些实施方式中，工作模式指示信号Loop EN也可以利用逻辑高电平指示控制电路处于第一工作模式，利用逻辑低电平指示控制电路处于第二工作模式；本说明书中列出的实施例主要以前者为例进行举例说明。
具体地，模式判断模块包括第二比较单元CA2，第二比较单元CA2可以为比较器、比较电路等具有比较功能的元器件或电路结构，如图1所示的实施例中，第二比较单元CA2被示意为一个比较器，比较器具有正相输入端、反相输入端和输出端，比较器的正相输入端接入设定阈值即第四参考电压信号Vfreq，比较器的反相输入端接入表征电源系统输出电压偏离期望值程度的误差信号eao，比较器产生并经由其输出端输出工作模式指示信号LoopEN。
更进一步地，其中表征电源系统输出电压偏离期望值程度的误差信号eao可以自控制电路外部获取，也可以由设置在控制电路中的误差放大模块提供。例如，在一些实施例中，控制电路进一步包括误差放大模块，误差放大模块接收代表电源系统输出电压信号的电压反馈信号VFB和第三参考电压信号VREF，对电压反馈信号VFB和第三参考电压信号VREF比较后将两者的差值放大产生所述误差信号eao。在一个实施例中，误差放大模块被示意为图1示出的误差放大器EA，误差放大器EA的正相输入端接入电压反馈信号VFB，误差放大器EA的反向输入端接入第三参考电压信号VREF，误差放大器EA的输出端将误差信号eao输出至模式判断模块中比较器的反相输入端。
副边电流过零检测模块用于根据SW点的电压信号判定变压器副边绕组的电流是否降低至零，并输出过零指示信号ZCD。具体地，副边电流过零检测模块具有输入端和输出端，副边电流过零检测模块的输入端与SW点耦接，并在输出端输出过零指示信号ZCD；控制电路工作在第一工作模式时，只有在变压器副边绕组的电流降低至零后，才导通功率开关管MS。具体地，过零指示信号ZCD为逻辑高低电平信号，具有逻辑高电平和逻辑低电平，在一个实施例中，过零指示信号ZCD为逻辑高电平有效，即过零指示信号ZCD为逻辑高电平时表征变压器副边绕组的电流已降低至零，当过零指示信号ZCD有效时，功率开关管MS导通；可以理解，在采用不同的一些实施方式中，过零指示信号ZCD也可以为逻辑低电平有效，即利用逻辑低电平表征变压器副边绕组的电流已降低至零。
在一些实施例中，可以通过在控制电路中设置模式选择模块的方式分别实现利用过零指示信号ZCD在第一工作模式下控制功率开关管MS的导通以及利用时钟信号CLK在第二工作模式下控制功率开关管MS的导通。具体地，如图1所示，模式选择模块接收工作模式指示信号Loop EN、过零指示信号ZCD和时钟信号CLK，并对工作模式指示信号Loop EN、过零指示信号ZCD和时钟信号CLK进行逻辑判断，根据逻辑判断结果产生用于直接控制功率开关管MS导通的置位信号Set-on，即在相应工作模式下利用与工作模式对应的信号控制功率开关管MS导通。
为更好的解释利用置位信号Set-on控制功率开关管MS导通的方式以及控制功率开关管MS关断的方式，以下提出一些实施例，其中，控制电路还包括关断信号输出模块和触发控制模块。
关断信号输出模块具有第一端、第二端和输出端，所述关断信号输出模块的第一端接入表征流过功率开关管MS电流的电流采样信号ICS，所述关断信号输出模块的第二端接入表征电源系统输出电压偏离期望值程度的误差信号eao，所述关断信号输出模块基于所述电流采样信号ICS和所述误差信号eao在输出端输出复位信号Rt-off，所述复位信号Rt-off用于控制功率开关管MS关断。在一个实施例中，关断信号输出模块被示意为图1中示出的第三比较单元CA3，第三比较单元CA3可以为比较器、比较电路等具有比较功能的元器件或电路结构；具体地，第三比较单元CA3具有正相输入端、反相输入端和输出端，第三比较单元CA3的正向输入端与误差放大模块的输出端相连，用于接收表征电源系统输出电压偏离期望值程度的误差信号eao；第三比较单元CA3的反相输入端与原边电流采样电路1相连，用于接收表征流过功率开关管MS电流的电流采样信号ICS；第三比较单元CA3对误差信号eao和电流采样信号ICS进行比较，并根据比较结果输出复位信号Rt-off，其中复位信号Rt-off用于决定功率开关管MS的关断时刻。
触发控制模块具有第一端、第二端和输出端，所述触发控制模块的第一端接收复位信号Rt-off，所述触发控制模块的第二端接收置位信号Set-on，所述触发控制模块的输出端与功率开关管MS的控制端耦接；在一个实施例中，触发控制模块被示意为如图1所示的一个RS触发器，RS触发器的R端与第三比较单元CA3的输出端耦接，用于接收复位信号Rt-off，RS触发器的S端与模式选择模块的输出端耦接，用于接收置位信号Set-on；RS触发器的Q端与功率开关管MS的控制端耦接，将控制信号CTL输出至功率开关管MS的输出端；置位信号Set-on小于复位信号Rt-off时，控制信号CTL控制功率开关管MS导通，当置位信号Set-on上升到与复位信号Rt-off相同时，控制信号CTL控制功率开关管MS关断。上述实施例仅为利用置位信号Set-on控制功率开关管MS导通的方式以及控制功率开关管MS关断的方式中的一种，并不用于限制本发明，本领域一般技术人员能够想到实现该功能的多种方式。
图2示出了本发明一个实施例示出的一种电源系统的控制电路中副边电流过零检测模块和模式选择模块的电路原理图。如图2所示，副边电流过零检测模块包括第一采样电容C1、电子开关器件TG、单向导通器件D1、第二采样电容C2和第一比较单元CA1。
第一采样电容C1具有第一端和第二端，第一采样电容C1的第一端与SW点耦接。电子开关器件TG具有第一端、第二端和控制端，电子开关器件TG的第一端接入第一参考电压信号vref1，电子开关器件TG的第二端与第一采样电容C1的第二端耦接，电子开关器件TG可以为任意可控开关器件，如金属氧化物半导体场效应管(Metal Oxide SemiconductorField Effect Transistor，MOSFET)或双极性晶体管（Bipolar Junction Transistor，BJT）或结型场效应管(Junction Field Effect Transistor，JFET)或绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)等。优选地，在一个实施例中，电子开关器件TG包括传输门。电子开关器件TG的控制端耦接控制信号CTL，所述控制信号CTL还用于控制功率开关管MS的导通和关断切换，在一些实施例中，如图1和图2所示，电子开关器件TG的控制端与触发控制模块的输出端耦接，即电子开关器件TG与功率开关管MS由同一控制信号CTL控制通断。单向导通器件D1具有第一端和第二端，所述单向导通器件D1的第一端与电子开关器件TG的第二端耦接，所述单向导通器件D1的第二端连接参考地，具体地，单向导通器件D1的导通方向为单向导通器件D1的第二端指向单向导通器件D1的第一端；单向导通器件D1可以为任意具备单向导通功能的元件或电路，在一个实施例中，单向导通器件D1被示意为图2中所示的二极管，二极管的阳极连接参考地，二极管的阴极与电子开关器件TG的第二端耦接。第二采样电容C2并联于单向导通器件D1的两端。第一比较单元CA1具有第一端、第二端和输出端，所述第一比较单元CA1的第一端接入第二参考电压信号vref2，所述第一比较单元CA1的第二端与电子开关器件TG的第二端耦接，所述第一比较单元CA1的输出端输出过零指示信号ZCD；其中，第二参考电压信号vref2代表直流输入电压VIN；第一比较单元CA1可以为比较器或比较电路等任意具有比较功能的元件或电路结构。在一些实施例中，第一比较单元CA1被示意为如图2所示的比较器，具有正相输入端、反相输入端和输出端，第一比较单元CA1的正相输入端接入第二参考电压信号vref2，第一比较单元CA1的反相输入端与电子开关器件TG的第二端耦接，第一比较单元CA1输出过零指示信号ZCD。可以理解，在采用不同的一些实施方式中，第一比较单元CA1的正相输入端和反相输入端可以进行颠倒，以适应过零指示信号ZCD为逻辑低电平有效或逻辑高电平有效。
在一些实施例中，过零指示信号ZCD、置位信号Set-on、时钟信号CLK均被配置为逻辑高电平有效。工作模式指示信号Loop EN被配置为逻辑低电平表示控制电路处于第一工作模式；逻辑高电平表示控制电路处于第二工作模式。模式选择模块包括第一与门31、第二与门34、第一非门33和第一或门32。第一与门31具有第一端、第二端和输出端，第一与门31的第一端与副边电流过零检测模块的输出端耦接；第二与门34具有第一端、第二端和输出端，第二与门34的第一端与模式判断模块的输出端耦接，第二与门34的第二端接入时钟信号CLK；第一非门33具有输入端和输出端，第一非门33的输入端与模式判断模块的输出端耦接，第一非门33的输出端与第一与门31的第二端耦接；第一或门32具有第一端、第二端和输出端，第一或门32的第一端与第一与门31的输出端耦接，第一或门32的第二端与第二与门34的输出端耦接，第一或门32的输出端与功率开关管MS的控制端耦接。
具体地，所述第一参考电压信号vref1的电压值大于第二参考电压信号vref2的电压值。当控制信号CTL控制功率开关管MS导通时，SW点的电压Vsw为0，控制信号CTL同步控制电子开关器件TG导通，此时，第一比较单元CA1反相输入端的输入电压信号为第一参考电压信号vref1，由于第一参考电压信号vref1大于第二参考电压信号vref2，第一比较单元CA1输出的过零指示信号ZCD为无效。在第一非门33和第一与门31的作用下保证在第一工作模式下，置位信号Set-on由时钟信号CLK决定。
当控制信号CTL控制功率开关管MS关断时，在输出电容COUT的作用下，SW点的电压Vsw将上升到VIN+n×VOUT，其中n：1为变压器TF的匝数比，控制信号CTL同时控制电子开关器件TG断开，第一采样电容C1和第二采样电容C2开始采样，第一比较单元CA1反相输入端的输入电压信号为Vsw×C1 /C2。等待电感能量释放完，SW点的电压Vsw开始下降，第一比较单元CA1反相输入端电压降低到小于等于第二参考电压信号vref2时，第一比较单元CA1输出的过零指示信号ZCD为有效。保证在第二工作模式下，变压器副边绕组的电流降低至零后，才导通功率开关管MS，并且置位信号Set-on由过零指示信号ZCD决定。
本发明一些实施例示出了具有消隐单元的控制电路，其中，消隐单元用于产生可以屏蔽功率开关管MS关断初期SW点电压的波动时段的消隐信号BLK。具体地，消隐信号BLK屏蔽的时段需大于等于功率开关管MS关断初期SW点电压的波动时段，以保证屏蔽效果。引入消隐信号BLK是由于功率开关管MS在刚开通时还有尖峰毛刺等不稳定情况的存在，采样不稳定，导致错误，所以利用消隐信号BLK将这一段时间屏蔽。在一些实施例中，在功率开关管MS刚关断时就产生消隐信号BLK，并且理想条件下，消隐信号BLK屏蔽的时段与功率开关管MS关断初期SW点电压的波动时段相等。在另一些实施例中，如图3所示，消隐信号BLK屏蔽的时段为功率开关管MS的导通时间加上功率开关管MS关断初期SW点电压的波动时段。
更进一步地，消隐信号BLK是由消隐电路产生的。消隐电路可以是一个延时电路，例如，将控制信号CTL进行一定时长的延时就可以产生这个消隐信号BLK。
在图3所示波形示意图中，除示意了消隐信号BLK外，还进一步示意了SW点电压信号VSW和电感电流iL分别在第一工作模式和第二工作模式下的波形示意图，其中n为变压器TF的匝比。
图4示出了本发明另一个实施例示出的具有消隐单元的控制电路中副边电流过零检测模块和模式选择模块的电路原理图，图4中示出的电流过零检测模块和模式选择模块与图2所示控制电路中电流过零检测模块和模式选择模块结构相同，区别在于，原电子开关器件TG的控制端接入的控制信号CTL替换为消隐信号BLK，即利用消隐电路将控制信号CTL进行延时后产生消隐信号BLK，利用消隐信号BLK控制电子开关器件TG的通断，从而避开功率开关管MS关断初期SW点电压的波动时段。
图5示出了本发明又一个实施例示出的具有消隐单元的控制电路中副边电流过零检测模块和模式选择模块的电路原理图，图5中示出的电流过零检测模块和模式选择模块与图2所示控制电路中电流过零检测模块和模式选择模块结构基本相同，区别在于，模式选择模块还接收消隐信号BLK，并根据工作模式指示信号Loop EN、过零指示信号ZCD、时钟信号CLK和消隐信号BLK产生置位信号Set-on。在一个具体实施例中，模式选择模块还包括第一或非门35和第二非门36，第二非门36具有输入端和输出端，第二非门36的输入端与第一比较单元CA1的输出端耦接；第一或非门35具有第一端、第二端和输出端，第一或非门35的第一端与第二非门36的输出端耦接，第一或非门35的第二端与消隐电路的输出端耦接，第一或非门35的输出端与第一与门31的第一端耦接，其余逻辑元件保持如图2所示各元件的连接关系。
图5示出了根据本发明一个实施例的电源系统的控制方法的流程示意图。该控制方法可以用于上述实施例中的AC-DC电源系统中，如图5所示，该控制方法包括步骤S1~S4。
步骤S1、获取表征电源系统输出电压偏离期望值程度的误差信号eao。具体地，误差信号eao可以通过将代表电源系统输出电压信号的电压反馈信号VFB与代表期望值的第三参考电压信号VREF进行对比获得。
步骤S2、将误差信号eao与设定阈值比较。
步骤S3、当误差信号eao大于设定阈值时，根据SW点的电压信号判定变压器副边绕组的电流是否降低至零，若是，则执行S4，否则，重复S3。具体地，根据SW点的电压信号输出过零指示信号ZCD，过零指示信号ZCD为有效时，则执行S4；过零指示信号ZCD为无效时，则重复S3。
步骤S4、当变压器副边绕组的电流降低至零，导通所述功率开关管MS；具体地，当变压器副边绕组的电流降低至零，过零指示信号ZCD为有效，利用由过零指示信号ZCD决定的置位信号Set-on控制功率开关管MS导通。
在一个实施例中，控制方法还进一步包括步骤S5，步骤S5和步骤S3在步骤S2后择一进行。在步骤S5中，当误差信号eao小于设定阈值时，由时钟信号CLK导通所述功率开关管MS，具体地，利用由时钟信号CLK决定的置位信号Set-on控制功率开关管MS导通。
在一个实施例中，控制方法还进一步包括步骤S6，步骤S6在执行前S3前进行。在步骤S6中，判断功率开关管MS是否处于关断初期的波动时段，若是，则重复步骤S6；若否，则执行步骤S3。
在上述任一实施例中提出的控制方法，还包括步骤S7。在步骤S7中，判断复位信号Rt-off是否有效（例如逻辑高），若否，则重复步骤S7，若是，则关断功率开关管MS。具体地，产生复位信号Rt-off的方法可以为将误差信号eao与电流采样信号ICS进行比较，当误差信号eao大于电流采样信号ICS时，复位信号Rt-off有效，关断功率开关管MS。
在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (15)
1.一种电源系统的控制电路，电源系统包括功率开关管，所述功率开关管耦接在变压器原边绕组和参考地之间，将功率开关管与变压器原边绕组之间的连接点定义为SW点，其特征在于，所述控制电路包括：
模式判断模块，所述模式判断模块根据电源系统输出电压偏离期望值的程度在输出端输出工作模式指示信号；以及
副边电流过零检测模块，具有输入端和输出端，所述副边电流过零检测模块的输入端与SW点耦接，根据SW点的电压信号判定变压器副边绕组的电流是否降低至零，并在输出端输出过零指示信号；以及
模式选择模块，接收工作模式指示信号、过零指示信号和时钟信号，并根据工作模式指示信号、过零指示信号和时钟信号产生置位信号，其中，所述置位信号用于控制功率开关管导通。
2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述副边电流过零检测模块包括：
第一采样电容，具有第一端和第二端，所述第一采样电容的第一端与SW点耦接；
电子开关器件，具有第一端、第二端和控制端，所述电子开关器件的第一端接入第一参考电压信号，所述电子开关器件的第二端与第一采样电容的第二端耦接，所述电子开关器件的控制端耦接控制信号，所述控制信号还用于控制功率开关管的导通和关断切换；
单向导通器件，具有第一端和第二端，所述单向导通器件的第一端与电子开关器件的第二端耦接，所述单向导通器件的第二端连接参考地；
第二采样电容，并联于单向导通器件的两端；以及
第一比较单元，具有第一端、第二端和输出端，所述第一比较单元的第一端接入第二参考电压信号，所述第一比较单元的第二端与电子开关器件的第二端耦接，所述第一比较单元的输出端输出过零指示信号。
3.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述第一参考电压信号的电压值大于第二参考电压信号的电压值。
4.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述模式选择模块包括：
第一与门，具有第一端、第二端和输出端，所述第一与门的第一端与副边电流过零检测模块的输出端耦接；
第二与门，具有第一端、第二端和输出端，所述第二与门的第一端与模式判断模块的输出端耦接，所述第二与门的第二端接入时钟信号；
第一非门，具有输入端和输出端，所述第一非门的输入端与模式判断模块的输出端耦接，所述第一非门的输出端与第一与门的第二端耦接；以及
第一或门，具有第一端、第二端和输出端，所述第一或门的第一端与第一与门的输出端耦接，所述第一或门的第二端与第二与门的输出端耦接，所述第一或门的输出端与功率开关管的控制端耦接。
5.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述控制电路还包括：
消隐单元，所述消隐单元用于产生消隐信号，所述消隐信号用于屏蔽功率开关管关断初期SW点电压的波动时段。
6.根据权利要求5所述的控制电路，其特征在于，所述模式选择模块还接收消隐信号，并根据工作模式指示信号、过零指示信号、时钟信号和消隐信号产生置位信号。
7.根据权利要求5所述的控制电路，其特征在于，所述消隐信号的有效时段从功率开关管导通时刻起至波动时段结束为止，所述副边电流过零检测模块包括：
第一采样电容，具有第一端和第二端，所述第一采样电容的第一端与SW点耦接；
电子开关器件，具有第一端、第二端和控制端，所述电子开关器件的第一端接入第一参考电压信号，所述电子开关器件的第二端与第一采样电容的第二端耦接，所述电子开关器件的控制端耦接所述消隐信号；
单向导通器件，具有第一端和第二端，所述单向导通器件的第一端与电子开关器件的第二端耦接，所述单向导通器件的第二端连接参考地；
第二采样电容，并联于单向导通器件的两端；
第一比较单元，具有第一端、第二端和输出端，所述第一比较单元的第一端接入第二参考电压信号，所述第一比较单元的第二端与电子开关器件的第二端耦接，所述第一比较单元的输出端与模式选择模块耦接。
8.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述模式判断模块包括：
第二比较单元，具有第一端、第二端和输出端，所述第二比较单元的第一端接入表征电源系统输出电压偏离期望值程度的误差信号，所述第二比较单元的第二端接入设定阈值；所述第二比较单元将所述误差信号和所述设定阈值比较并产生所述工作模式指示信号。
9.根据权利要求8所述的控制电路，其特征在于，所述控制电路进一步包括：
误差放大模块，接收代表电源系统输出电压信号的电压反馈信号和第三参考电压信号，对电压反馈信号和第三参考电压信号进行比较并将两者的差值放大产生所述误差信号。
10.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述控制电路还包括：
关断信号输出模块，具有第一端、第二端和输出端，所述关断信号输出模块的第一端接入表征流过功率开关管电流的电流采样信号，所述关断信号输出模块的第二端接入表征电源系统输出电压偏离期望值程度的误差信号，所述关断信号输出模块基于所述电流采样信号和所述误差信号在输出端输出复位信号，所述复位信号用于控制功率开关管关断；以及
触发控制模块，具有第一端、第二端和输出端，所述触发控制模块的第一端接收复位信号，所述触发控制模块的第二端接收置位信号，所述触发控制模块的输出端与功率开关管的控制端耦接。
11.一种电源系统的控制电路，电源系统包括功率开关管，所述功率开关管耦接在变压器原边绕组和参考地之间，将功率开关管与变压器原边绕组之间的连接点定义为SW点，其特征在于，所述控制电路包括：
模式判断模块，具有输出端，所述模式判断模块根据电源系统输出电压偏离期望值的程度在输出端输出工作模式指示信号，其中，当电源系统输出电压偏离期望值的程度超出设定阈值时，所述工作模式指示信号指示控制电路处于第一工作模式，当电源系统输出电压偏离期望值的程度未超出设定阈值时，所述工作模式指示信号指示控制电路处于第二工作模式；以及
副边电流过零检测模块，具有输入端和输出端，所述副边电流过零检测模块的输入端与SW点耦接，根据SW点的电压信号判定变压器副边绕组的电流是否降低至零，并在输出端输出过零指示信号；
当控制电路处于第一工作模式，由过零指示信号控制功率开关管导通；当控制电路处于第二工作模式，由时钟信号控制功率开关管导通。
12.一种电源系统的控制电路，电源系统包括功率开关管，所述功率开关管耦接在变压器原边绕组和参考地之间，将功率开关管与变压器原边绕组之间的连接点定义为SW点，其特征在于，所述控制电路包括：
模式判断模块，具有输出端，所述模式判断模块根据电源系统输出电压偏离期望值的程度在输出端输出工作模式指示信号；当电源系统输出电压偏离期望值的程度超出设定阈值时，所述工作模式指示信号指示控制电路处于第一工作模式；以及
副边电流过零检测模块，具有输入端和输出端，所述副边电流过零检测模块的输入端与SW点耦接，根据SW点的电压信号判定变压器副边绕组的电流是否降低至零，并在输出端输出过零指示信号；
当控制电路处于第一工作模式时，由过零指示信号控制功率开关管导通。
13.一种电源系统的控制方法，该电源系统包括功率开关管，所述功率开关管耦接在变压器原边绕组和参考地之间，将功率开关管与变压器原边绕组之间的连接点定义为SW点，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：
步骤S1、获取表征电源系统输出电压偏离期望值程度的误差信号；
步骤S2、将误差信号与设定阈值比较；
步骤S3、当误差信号大于设定阈值时，根据SW点的电压信号判定变压器副边绕组的电流是否降低至零；以及
步骤S4、当变压器副边绕组的电流降低至零，导通所述功率开关管。
14.根据权利要求13所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：
判断功率开关管是否处于关断初期的波动时段，其中，当功率开关管未处于关断初期的波动时段时，执行步骤S3。
15.根据权利要求13所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：当误差信号小于设定阈值时，由时钟信号导通所述功率开关管。
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