CN116647096A - 开关电源的控制芯片和控制方法 - Google Patents

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CN116647096A CN202310558344.3A CN202310558344A CN116647096A CN 116647096 A CN116647096 A CN 116647096A CN 202310558344 A CN202310558344 A CN 202310558344A CN 116647096 A CN116647096 A CN 116647096A
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Abstract

本申请提供了开关电源的控制芯片和控制方法。开关电源包括第一开关、第一电阻和变压器，第一开关的一端通过第一电阻接地，第一开关的第二端连接到变压器，并且第一开关的第三端接收控制芯片的控制信号。控制芯片包括：退磁模块，检测开关电源的变压器的退磁情况以产生退磁信号，检测第一开关的第二端的电压以产生谐振谷底导通信号，以及检测开关电源的工作模式以产生工作模式信号；第一控制部分，基于退磁信号和第一电阻上的电压来生成第一信号；第二控制部分，基于退磁信号和开关电源的工作模式信号来生成第二信号；和控制逻辑，根据第一信号和第二信号以及谐振谷底导通信号来产生用于控制第一开关的导通和关断的控制信号。

Description

开关电源的控制芯片和控制方法
技术领域
本申请涉及电路技术领域，更具体地涉及开关电源的控制芯片和控制方法。
背景技术
开关电源又称交换式电源、开关变换器，是电源供应器的一种。开关电源的功能是通过不同形式的拓扑架构(例如，反激(fly-back)架构、降压(BUCK)架构、或升压(BOOST)架构等)将一个位准的电压转换为用户端所需要的电压或电流。
电源控制器是对被控开关电源进行控制的装置。传统的电源控制器受限于被控开关电源的拓扑架构，而且在输出电流中存在工频纹波，效率低下。
发明内容
本申请的一方面提供了一种开关电源的控制芯片，其中开关电源包括第一开关、第一电阻和变压器，第一开关的一端通过第一电阻接地，第一开关的第二端连接到变压器，并且第一开关的第三端接收控制芯片的控制信号，控制芯片包括：退磁模块，检测开关电源的变压器的退磁情况以产生退磁信号，检测第一开关的第二端的电压以产生谐振谷底导通信号，以及检测开关电源的工作模式以产生工作模式信号；第一控制部分，基于退磁信号和第一电阻上的电压来生成第一信号；第二控制部分，基于退磁信号和开关电源的工作模式信号来生成第二信号；和控制逻辑，根据第一信号和第二信号以及谐振谷底导通信号来产生用于控制第一开关的导通和关断的控制信号。
本申请的一方面提供了由控制芯片执行的开关电源的控制方法，其中开关电源包括第一开关、第一电阻和变压器，第一开关的一端通过第一电阻接地，第一开关的第二端连接到变压器，并且第一开关的第三端接收控制芯片的控制信号，控制方法包括：检测开关电源的变压器的退磁情况以产生退磁信号，检测第一开关的第二端的电压以产生谐振谷底导通信号，以及检测开关电源的工作模式以产生工作模式信号；基于退磁信号和第一电阻上的电压来生成第一信号；基于退磁信号和开关电源的工作模式信号来生成第二信号；和根据第一信号和第二信号以及谐振谷底导通信号来产生用于控制第一开关的导通和关断的控制信号。
根据本申请的开关电源的控制芯片和控制方法，不再受限于被控开关电源的拓扑架构，具有高效的恒流精度控制，而且可以消除输出电流中的工频纹波，达到效率最优。
附图说明
在结合附图阅读下面的具体描述时，可以通过下面的具体描述最佳地理解本申请的各方面。注意，根据行业的标准惯例，各种特征不一定是按比例绘制的。在各图中，相似的数字标号描述相似的组件。具有不同字母后缀的相似数字可以表示相似组件的不同实例。在附图中：
图1示出了开关电源的拓扑结构的示意图。
图2示出了对开关电源进行控制的传统控制芯片的示意图；
图3示出了图2的控制芯片对开关电源进行控制的关键点工作波形；
图4示出了对开关电源进行控制的传统控制芯片的示意图。
图5示出了图4的控制芯片对开关电源进行控制的关键点工作波形；
图6示出了根据本申请实施例的控制芯片的示意图；
图7示出了图6的控制芯片对开关电源进行控制的关键点工作波形；
图8示出了根据本申请实施例的控制芯片的示意图；以及
图9示出了图8的控制芯片对开关电源进行控制的关键点工作波形。
具体实施方式
下面将详细描述本申请的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本申请的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本申请可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本申请的示例来提供对本申请的更好的理解。本申请决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本申请的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本申请造成不必要的模糊。
图1示出了开关电源的拓扑结构的示意图。如图1所示，开关电源100包括第一开关S1、第一电阻Rcs和变压器T。开关S1可以为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。第一开关S1的第一端(源极端)通过第一电阻Rcs接地，第一开关S1的第二端(漏极端)连接到变压器T(Np和Ns分别表示变压器T的原副边绕组匝数)，并且第一开关S1的第三端(栅极端)接收控制芯片的控制信号gate。
应理解，开关电源100还可以包括其他元件及其连接。例如，如图1所示，第一开关S1的第二端具体地连接到变压器T的原边，并且还经由二极管D1连接到开关电源100的滤波电路(包括电阻R1和电容C1)。变压器T的副边经由二极管D2连接到输出电路，该输出电路包括负载LED灯和与负载并联的电容Co。在图1中，开关电源100还包括电压源AC、由四个二极管D3-D6形成的整流桥和电容C。在图1中，Vcs表示第一开关S1的第一端的电压，也是第一电阻Rcs上的电压，Vds表示第一开关S1的第二端的电压，VLed表示输出电压，Io表示输出电流。虽然图示出了以上元件及其连接，但是本申请开关电源100的拓扑结构并不限于此。
图2示出了对开关电源进行控制的传统控制芯片的示意图。图2中的控制芯片实现反激两倍退磁时间控制。
如图2所示，控制芯片200包括：退磁模块201，检测开关电源100的变压器T的退磁情况以产生退磁信号DEM，并且检测开关电源100的工作模式以产生工作模式信号。
控制芯片200包括计时模块201，根据退磁信号DEM和工作模式信号来产生输出VC1。如图2所示，计时模块201包括：串接的第一电流源I1和第二电流源I2，其中第一电流源的一端接地；与第一电流源I1和第二电流源I2分别相应的开关S21和S22，其中，开关S21受到退磁信号DEM的控制，例如在退磁信号DEM为高电平时，即指示开关电源100的变压器T退磁期间，开关S21被导通；开关S22受到工作模式信号的控制，例如开关S22在工作模式信号表明开关电源100处于断续工作模式(DCM)并且第一开关S1导通期间(图中以ON&DCM示出)时被导通；以及连接在第一电流源I1和第二电流源I2的连接点和地之间的电容C21。计时模块201提供的输出即电容C21上的电压。
控制芯片200还包括第一比较模块203，对第一输入信号和第二输入信号进行比较以产生第一比较结果信号comp1。如图2所示，第一比较模块203的第一输入端连接到第一电流源I1和第二电流源I2的连接点，第一输入信号即计时模块201的输出VC1。第一比较模块203的第二输入端经由电压源V1接地，第二输入信号即来自电压源V1的电压阈值。电压源V1还为电容C21提供初始电压。
控制芯片200还包括边沿触发模块204，根据第一比较器产生的第一比较结果comp1来输出两倍退磁计时开通信号2DEM_on。例如，当VC1升高至阈值V1时，边沿触发模块204输出的两倍退磁计时开通信号2DEM_on信号翻转为高电平。
如图2所示，控制芯片200还包括第二比较模块205。第二比较模块205对电阻Rcs上的电压Vcs与阈值电压Vth进行比较以产生第二比较结果信号comp2。
控制芯片200还包括控制模块206，根据边沿触发模块204产生的两倍退磁计时开通信号2DEM_on和第二比较器205产生的第二比较结果信号comp2来产生控制第一开关S1的导通和关断的控制信号gate。例如，当电阻Rcs上的电压Vcs大于阈值电压Vth时，控制模块206产生控制第一开关S1关断的控制信号gate。当两倍退磁计时开通信号2DEM_on为高电平时，控制模块206产生控制第一开关S1导通的控制信号gate。
具体地，当控制信号gate处于高电平时，控制第一开关S1导通，变压器原边电流上升，电阻Rcs的电压Vcs升高，当Vcs升高至Vth时，控制信号gate变为低电平，控制第一开关S1关断。在第一开关S1导通期间，电流源I2对电容C21充电，在第一开关S1关断后，在变压器T退磁期间电流源I1对电容C21放电。当退磁模块201检测到退磁结束后，C21放电结束，电流源I2继续对电容C21充电。当电容C21上的电压VC1充电至固定电压V1时，边沿触发模块204输出的两倍退磁计时开通信号2DEM_on翻转为高电平，控制信号gate变为高电平，第一开关S1再次导通。
图3示出了图2的控制芯片对开关电源进行控制的关键点工作波形。在图3中，gate表示由控制模块206产生的对开关电源的控制信号；Vds表示第一开关S1的第二端(漏极端)的电压，VC1表示边沿触发模块204的输出，即电容C21上的电压，2DEM_on表示两倍退磁计时开通信号。
在两倍退磁时间控制中，电流源I1的电流等于电流源I2的电流，因此时间TON+TDCM＝TDEM，其中TON表示控制信号gate处于高电平的时间，TDCM表示gate处于低电平且开关电源100处于断续工作模式(DCM)的时间，TDEM表示gate处于低电平且开关电源100的变压器T退磁的时间。理想状况下，负载LED灯上的电流为：
由于内部比较器翻转有延时，并且第一开关S1有关断延时，因此实际电流会比理想状态偏高，且受芯片影响及第一开关S1影响，这部分偏差和输入电压、变压器T的原边感量大小相关，所以两倍退磁时间控制的恒流精度较差，并且两倍退磁结束时刻的电压Vds不确定，有可能会在谐振峰值时导通第一开关S1，效率较差。然而，两倍退磁时间控制中的输出电流受输入电压影响很小，所以工频纹波极小，并且输入电压变化时变压器T的原边电流峰值变化很小，输入高低压下的工作频率基本一致。所以，两倍退磁时间控制既有优点又有缺点。
图4示出了对开关电源进行控制的传统控制芯片的示意图。图4中的控制芯片400实现反激闭环准谐振谷底导通控制。
如图4所示，控制芯片400包括：退磁模块401，检测开关电源100的变压器T的退磁情况以产生退磁信号DEM并检测第一开关S1的第二端的电压以产生谐振谷底导通信号QR_on；和采样模块402，检测第一电阻Rcs上的电压Vcs的峰值电压。
控制芯片400还包括误差电流控制模块403，对反向输入端的第一输入电压VI0和正向输入端的参考电压Vref进行作差积分以提供输出Verror，其中第一输入电压为第一电阻Rcs上的电压Vcs的峰值电压或地电压。如图4所示，误差电流控制模块403经由开关S41接地，经由开关S42连接到采样模块402。当退磁模块401产生的退磁信号DEM为高电平时，即指示变压器T处于退磁中时，开关S42导通并且开关S41关断，此时第一输入电压VI0为第一电阻Rcs上的电压Vcs的峰值电压。当退磁模块401产生的退磁信号DEM为低电平时，即指示变压器T结束退磁时，开关S42关断并且开关S41导通，此时第一输入电压为低电平，例如0电平。如图4所示，电容C41连接在误差电流控制模块403的输出端与地之间，因此误差电流控制模块403的输出Verror也即电容C41上的电压。
控制芯片400还包括比较模块404，对误差电流控制模块403的输出Verror与第一电阻Rcs上的电压Vcs与预定比例K的乘积进行比较，以产生比较结果信号comp；和控制模块405，基于退磁模块401产生的谷底导通信号QR_on和比较模块404产生的比较结果信号comp来产生用于控制第一开关S1的导通和关断的控制信号gate。
具体地，当控制信号gate处于高电平时，控制第一开关S1导通，变压器原边电流上升，电阻Rcs的电压Vcs升高，当Vcs升高至K*Vcs大于comp电压时，控制信号gate变为低电平，控制第一开关S1关断。第一开关S1关断后，变压器T进入退磁。当退磁模块401检测到退磁结束后的第一开关S1的第二端的电压的谐振谷底时，谐振谷底导通信号QR_on翻转为高电平，第一开关S1再次导通。
图5示出了图4的控制芯片对开关电源进行控制的关键点工作波形。在图5中，gate表示由控制模块405产生的对开关电源的控制信号；Vds表示第一开关S1的第二端(漏极端)的电压，QR_on表示由退磁模块401产生的谐振谷底导通信号QR_on。
在反激闭环准谐振谷底导通控制中，通过当退磁模块401检测到退磁结束后Vds谐振到最低值时导通第一开关S1，能够实现每一次开关损耗降到最低，减小开关损耗，此外，通过采样输出电流产生电压Verror来控制第一开关S1的导通时长，恒流精度较高。然而，在该反激闭环准谐振谷底导通控制中，当开关电源的输入电压变高后，第一开关S1导通期间变压器T的原边电流上升斜率变大，所以第一开关S1的导通时间变短，从而导致工作频率升高。输入高压时的工作频率明显高于输入低压的工作频率，所以虽然单次的开关损耗比两倍退磁时间控制的小，但是由于高压时的工作频率的大大升高导致反激闭环准谐振谷底导通控制的开关损耗在高压下可能会上升。此外，由于高压时工作频率更高，根据输入功率公式：
其中Lp为变压器T的原边感量、Ip为变压器T的原边峰值电流、fre为工作频率，高压时变压器T的原边峰值电流Ip会低于低压时的原边峰值电流Ip，因此输入高压时变压器T的利用率下降。虽然，输入经整流桥后有电容滤波，但是电压仍有工频波动，谷底导通恒流控制需要的原边电流峰值会变化，由于内部环路响应速度有限，无法让输出电流实时跟随恒流值变化，只能保证输出电流平均值跟随恒流控制的值，导致输出电流会有工频波动。所以，反激闭环准谐振谷底导通控制既有优点又有缺点。
本申请的实施例提出了一种简单的实现方式，可以同时吸取两倍退磁时间控制和反激闭环准谐振谷底导通控制的优点，并且避免这两种控制方式的缺点，既能实现高恒流精度、谐振谷底导通，又能让高低压工作频率基本一致，提高高压变压器磁芯利用率，降低高压开关损耗，同时消除输出电流工频纹波。
图6示出了根据本申请实施例的控制芯片的示意图。如图6所示，控制芯片包括退磁模块601，检测所述开关电源100的变压器T的退磁情况以产生退磁信号DEM，检测第一开关S1的第二端的电压以产生谐振谷底导通信号QR_on，并且检测开关电源100的工作模式以产生工作模式信号；第一控制部分602，基于退磁信号DEM和电阻Rcs上的电压来生成第一信号；第二控制部分603，基于谐振谷底导通信号和工作模式信号来生成第二信号；以及控制模块604，根据第一控制部分602产生的第一信号和第二控制部分603产生的第二信号来产生用于控制第一开关S1的导通和关断的控制信号。
如图6所示，第一控制部分602包括：采样模块6021，检测第一电阻Rcs上的电压Vcs的峰值电压；误差电流控制模块6022，对反向输入端的第一输入电压VI0和正向输入端的参考电压Vref进行作差积分以提供输出Verror，其中第一输入电压为第一电阻Rcs上的电压Vcs的峰值电压或地电压；以及第一比较模块6023，对误差电流控制模块6022的输出Verror与第一电阻Rcs上的电压Vcs与预定比例K的乘积进行比较，以产生第一比较结果信号comp1。
如图6所示，误差电流控制模块6022经由开关S61接地，经由开关S62连接到采样模块6021。当退磁模块601产生的退磁信号DEM为高电平时，即指示变压器T处于退磁中时，开关S62导通并且开关S61关断，此时第一输入电压VI0为第一电阻Rcs上的电压Vcs的峰值电压。当退磁模块601产生的退磁信号DEM为低电平时，即指示变压器T结束退磁时，开关S62关断并且开关S61导通，此时第一输入电压为低电平，例如0电平。如图6所示，电容C61连接在误差电流控制模块6022的输出端与地之间，因此误差电流控制模块6022的输出Verror也即电容C61上的电压。
第一控制部分602的第一信号为第一比较结果信号comp1。
如图6所示，第二控制部分603包括：计时模块6031，根据退磁信号DEM和工作模式信号来产生输出VC2。如图6所示，计时模块6031包括：串接的第一电流源Ic和第二电流源Id，其中第二电流源Id的一端接地；与第一电流源Ic和第二电流源Id分别相应的开关S63和S64，其中，开关S63受到工作模式信号的控制，例如开关S63在工作模式信号表明开关电源100处于断续工作模式(DCM)并且第一开关S1导通期间(图中以ON&DCM示出)时被导通；开关S64受到退磁信号DEM的控制，例如在退磁信号DEM为高电平时，即指示开关电源100的变压器T退磁期间，开关S64被导通；连接在第一电流源Ic和第二电流源Id的连接点和地之间的电容C62，计时模块6031提供的输出VC2即电容C62上的电压；以及连接在第一电流源Ic和第二电流源Id的连接点和地之间的电压源Vt以及开关S65。电压源Vt为电容C62提供初始电压值。
第二控制部分603还包括谷底锁定模块6032，用于将在前一开关周期第一开关S1导通前时刻的电容C62上的电压减去偏置电压Vdc来提供当前开关周期的阈值电压。如图6所示，谷底锁定模块6032包括用于缓存电压阈值的缓存器B1、直流电源Vdc、连接在缓存器B1和直流电源Vdc的靠近计时模块6031的一端的连接点与地之间的电容C63、以及连接到直流电源Vdc远离计时模块6031的一端与地之间的电压源Vs。当电容C62被充电到电压阈值Vt时，两倍退磁计时开通信号2DEM_on变为高电平，之后若谐振谷底导通信号QR_on变为高电平，则连接在缓存器B1和直流电源Vdc之间的开关S66短时导通以采样电容C63上的电压减去直流电源Vdc提供的一个小的直流偏压Vdc而产生新的电压阈值Vth，作为谷底锁定模块6032的输出。当Vth低于阈值下限VL或者高于阈值上限VH时，表示工作频率离两倍退磁时间控制超出接受范围，此时两倍退磁计时开通信号2DEM_on翻转为高电平，电压阈值采用电压源Vs经由开关S68提供的电压，该电压既可以是一个接近充放电起始电平Vt的固定值，也可以是由Vth运算得到的更接近Vt的电压值。这样，可以将第一开关S1导通时刻的谷底个数锁定在和上一开关周期相同，于是通过切换谷底个数让工作频率更接近两倍退磁时间控制，避免输入电容上电压有工频纹波导致的谷底切换从而带来的输出电流工频纹波大。
第二控制部分603还包括第二比较模块6033，对第一输入信号和第二输入信号进行比较以产生第二比较结果信号comp2。如图6所示，第二比较模块6033的第一输入端连接到第一电流源Ic和第二电流源Id的连接点，第一输入信号即计时模块6031的输出VC2。第一二比较模块6033的第二输入端连接到谷底锁定模块6032以经由开关S67接收可变电压阈值Vth，第二输入信号即来自谷底锁定模块6032的可变电压阈值Vth。
第二控制部分603还包括边沿触发模块6034，根据第二比较模块6033产生的第二比较结果comp2来输出两倍退磁计时开通信号2DEM_on。例如，当VC2升高至阈值Vt时，边沿触发模块6034输出的两倍退磁计时开通信号2DEM_on翻转为高电平。
基于第一比较结果信号comp1、两倍退磁计时开通信号2DEM_on和谐振谷底导通信号QR_on，控制模块604产生用于控制第一开关S1导通和关断的控制信号gate。具体地，当第一比较结果信号comp1指示第一电阻Rcs上的电压Vcs与预定比例K的乘积大于误差电流控制模块6022的输出Verror时，控制模块604产生用于控制第一开关S1关断的控制信号gate，即gate信号为低电平。当两倍退磁计时开通信号2DEM_on翻转为高电平并且之后谐振谷底导通信号QR_on翻转为高电平时，控制模块604产生用于控制第一开关Rcs导通的控制信号gate，即gate信号为高电平。
图7示出了图6的控制芯片对开关电源进行控制的关键点工作波形。
在图7中，gate表示由控制模块604产生的对开关电源的控制信号；Vds表示第一开关S1的第二端(漏极端)的电压，VC2表示计时模块6031的输出，即电容C62上的电压，2DEM_on表示两倍退磁计时开通信号，QR_on表示谐振谷底导通信号。Vt为每个开关周期电容C82电容充放电的起始值。
如图7所示，控制信号gate为高电平时，第一开关S1开通，第一电流源Ic对电容C62充电，充电到控制信号gate变为低电平结束，之后第二电流源Id对电容C62放电，放电到退磁模块601检测到变压器T退磁结束，重新变为第一电流源Ic对电容C62充电，直至电容C62的电压高于阈值Vth，两倍退磁计时开通信号2DEM_on翻转为高电平，之后若退磁模块601检测到谐振谷底导通信号QR_on翻转为高电平，则采样此时电容C62的电压减去固定电压Vdc作为下一开关周期的Vth电压，然后控制信号gate变为高电平，第一开关S1再次导通，同时电容C62的电压通过短时导通开关S65而重置为初始值Vt，重新开始充电。这样，输入电压的工频纹波不会造成谐振谷底个数变化，进而造成频率突变，也就不会造成输出电流的工频波动。
而如果输入电压足够大、输入电压接近直流电压或者输入为直流电压，那么也就无需本实施例中的锁定谷底部分，只需下述实施例的实现方式即可控制。
图8示出了根据本申请实施例的控制芯片的示意图。
如图8所示，控制芯片包括退磁模块801，检测所述开关电源100的变压器T的退磁情况以产生退磁信号DEM，检测第一开关S1的第二端的电压以产生谐振谷底导通信号QR_on，并且检测开关电源100的工作模式以产生工作模式信号；第一控制部分802，基于退磁信号DEM和电阻Rcs上的电压来生成第一信号；第二控制部分803，基于谐振谷底导通信号和工作模式信号来生成第二信号；以及控制模块804，根据第一控制部分802产生的第一信号和第二控制部分803产生的第二信号来产生用于控制第一开关S1的导通和关断的控制信号。
如图8所示，第一控制部分802包括：采样模块8021，检测第一电阻Rcs上的电压Vcs的峰值电压；误差电流控制模块8022，对反向输入端的第一输入电压VI0和正向输入端的参考电压Vref进行作差积分以提供输出Verror，其中第一输入电压为第一电阻Rcs上的电压Vcs的峰值电压或地电压；以及第一比较模块8023，对误差电流控制模块8022的输出Verror与第一电阻Rcs上的电压Vcs与预定比例K的乘积进行比较，以产生第一比较结果信号comp1。
如图8所示，误差电流控制模块8022经由开关S81接地，经由开关S82连接到采样模块8021。当退磁模块801产生的退磁信号DEM为高电平时，即指示变压器T处于退磁中时，开关S82导通并且开关S81关断，此时第一输入电压VI0为第一电阻Rcs上的电压Vcs的峰值电压。当退磁模块801产生的退磁信号DEM为低电平时，即指示变压器T结束退磁时，开关S82关断并且开关S81导通，此时第一输入电压为低电平，例如0电平。如图8所示，电容C81连接在误差电流控制模块8022的输出端与地之间，因此误差电流控制模块8022的输出Verror也即电容C81上的电压。
第一控制部分802的第一信号为第一比较结果信号cmp1。
如图8所示，第二控制部分803包括：计时模块8031，根据退磁信号DEM和工作模式信号来产生输出VC2。如图8所示，计时模块8031包括：串接的第一电流源Ic和第二电流源Id，其中第二电流源Id的一端接地；与第一电流源Ic和第二电流源Id分别相应的开关S83和S84，其中，开关S83受到工作模式信号的控制，例如开关S83在工作模式信号表明开关电源100处于断续工作模式(DCM)并且第一开关S1导通期间(图中以ON&DCM示出)时被导通；开关S84受到退磁信号DEM的控制，例如在退磁信号DEM为高电平时，即指示开关电源100的变压器T退磁期间，开关S84被导通；连接在第一电流源Ic和第二电流源Id的连接点和地之间的电容C82，计时模块8031提供的输出VC2即电容C82上的电压；以及连接在第一电流源Ic和第二电流源Id的连接点和地之间的电压源Vt以及开关S85。
第二控制部分803还包括第二比较模块8032，对第一输入信号和第二输入信号进行比较以产生第二比较结果信号comp2。如图8所示，第二比较模块8032的第一输入端连接到第一电流源Ic和第二电流源Id的连接点，第一输入信号即计时模块8031的输出VC2。第一比较模块8032的第二输入端经由电压源Vt接地，第二输入信号即来自电压源Vt的固定电压。
第二控制部分803还包括边沿触发模块8033，根据第二比较器产生的第二比较结果comp2来输出两倍退磁计时开通信号2DEM_on。例如，当VC2升高至阈值Vt时，边沿触发模块8033输出的两倍退磁计时开通信号2DEM_on翻转为高电平。
基于第一比较结果信号comp1、两倍退磁计时开通信号2DEM_on和谐振谷底导通信号QR_on，控制模块404产生用于控制第一开关S1导通和关断的控制信号gate。具体地，当第一比较结果信号comp1指示第一电阻Rcs上的电压Vcs与预定比例K的乘积大于误差电流控制模块8022的输出Verror时，控制模块804产生用于控制第一开关S1关断的控制信号gate，即gate信号为低电平。当两倍退磁计时开通信号2DEM_on翻转为高电平并且之后谐振谷底导通信号QR_on翻转为高电平时，控制模块804产生用于控制第一开关Rcs导通的控制信号gate，即gate信号为高电平。
具体地，当控制信号gate处于高电平时，控制第一开关S1导通，变压器原边电流上升，电阻Rcs的电压Vcs升高，当Vcs升高至K*Vcs大于Verror电压时，控制信号gate变为低电平，控制第一开关S1关断。第一开关S1开通期间，电流源Ic对电容C82充电，第一开关S1关断后，变压器T进入退磁。在变压器T退磁期间电流源Id对电容C82放电。当退磁模块801检测到退磁结束后，电容C82放电结束，电流源Ic继续对电容C82充电，电容C82的电压VC2充电至固定阈值Vt时，两倍退磁计时开通信号2DEM_on翻转为高电平，之后若检测到谐振谷底导通信号QR_on翻转为高电平时，第一开关S1再次导通。
图9示出了图8的控制芯片对开关电源进行控制的关键点工作波形。在图9中，gate表示由控制模块804产生的对开关电源的控制信号；Vds表示第一开关S1的第二端(漏极端)的电压，VC2表示计时模块8031的输出，即电容C82上的电压，2DEM_on表示两倍退磁计时开通信号，QR_on表示谐振谷底导通信号。Vt为每个开关周期电容C82电容充放电的起始值。
如图9所示，控制信号gate为高电平时，第一开关S1导通，第一电流源Ic对电容C82充电，充电到控制信号gate变为低电平时结束。之后，第二电流源Id对电容C82放电，放电到退磁模块801检测到退磁结束，重新变为第一电流源Ic对电容C82充电，直至电容C82上的电压VC2高于其起始值Vt，两倍退磁计时开通信号2DEM_on翻转为高电平，之后若退磁模块801检测到谐振谷底导通信号QR_on翻转为高电平时，控制信号gate变为高电平，第一开关S1再次导通，同时电容C82的电压通过开关S85短时导通以重置为初始值Vt而重新开始充电。这样，输入电压的工频纹波不会造成谐振谷底个数变化，进而造成频率突变，也就不会造成输出电流的工频波动。
根据本申请的开关电源的控制芯片和控制方法，同时吸取了两倍退磁时间控制和反激闭环准谐振谷底导通控制的优点，并且避免这两种控制方式的缺点，既能实现高恒流精度、谐振谷底导通，又能让高低压工作频率基本一致，提高高压变压器磁芯利用率，降低高压开关损耗，同时消除输出电流工频纹波。
附图中各图示出了按照本公开的各种实施例的控制芯片及其控制方法。应当理解，本申请并不限于此，而是可以以其他的形式实现，而不脱离本申请的主旨和本质特征。当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本发明的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本申请的范围之中。

Claims (24)

1.一种开关电源的控制芯片，其中所述开关电源包括第一开关、第一电阻和变压器，所述第一开关的一端通过所述第一电阻接地，所述第一开关的第二端连接到所述变压器，并且所述第一开关的第三端接收所述控制芯片的控制信号，所述控制芯片包括：
退磁模块，检测所述开关电源的所述变压器的退磁情况以产生退磁信号，检测所述第一开关的第二端的电压以产生谐振谷底导通信号，以及检测开关电源的工作模式以产生工作模式信号；
第一控制部分，基于所述退磁信号和所述第一电阻上的电压来生成第一信号；
第二控制部分，基于所述退磁信号和所述开关电源的工作模式信号来生成第二信号；和
控制逻辑，根据所述第一信号和所述第二信号以及所述谐振谷底导通信号来产生用于控制所述第一开关的导通和关断的控制信号。
2.根据权利要求1所述的开关电源的控制芯片，其中，所述第一控制部分包括：
采样模块，检测所述第一电阻上的电压的峰值电压；
误差电流控制模块，对第一输入电压和参考电压进行作差积分以提供输出，其中所述第一输入电压为所述第一电阻上的电压的峰值电压或地电压；和
第一比较模块，对所述误差电流控制的输出与所述第一电阻上的电压与预定比例的乘积进行比较以产生第一比较结果信号以作为所述第一信号。
3.根据权利要求2所述的开关电源的控制芯片，其中，所述第一部分还包括第二开关和第三开关，所述误差电流控制模块经由所述第二开关连接到所述采样模块，并经由所述第三开关接地，所述误差电流控制模块的输出端经由第一电容接地，并且
其中，当所述退磁信号指示所述变压器处于退磁中时，所述第二开关导通并且所述第三开关关断，所述第一输入电压为所述第一电阻上的电压的峰值电压，并且当所述退磁信号指示所述变压器结束退磁时，所述第二开关关断并且所述第三开关接通，所述第一输入电压为地电压。
4.根据权利要求2或3所述的开关电源的控制芯片，其中，当所述第一比较结果信号指示所述第一电阻上的电压与预定比例的乘积大于所述误差电流控制模块的输出时，所述控制逻辑产生控制所述第一开关关断的控制信号。
5.根据权利要求1所述的开关电源的控制芯片，其中，所述第二控制部分包括：
计时模块，根据退磁信号DEM和工作模式信号来产生输出；
第二比较模块，对所述计时模块的输出与阈值电压进行比较以产生第二比较结果信号；和
边沿触发模块，基于所述第二比较结果信号来产生两倍退磁计时开通信号作为所述第二信号。
6.根据权利要求5所述的开关电源的控制芯片，其中，所述电流源模块包括：
串联连接的第一电流源和第二电流源，
连接在所述第一电流源和所述第二电流源的连接点与地之间的第二电容，所述第二电容基于所述退磁信号和所述工作模式信号而被充放电；
连接在所述第一电流源和所述第二电流源的连接点与地之间的电压源及第四开关，所述第二电容的初始电压和所述阈值电压的初始值由所述电压源提供。
7.根据权利要求6所述的开关电源的控制芯片，其中，所述电流源模块还包括：
所述第一电流源与所述第一电流源和所述第二电流源的连接点之间的第五开关；和
所述第二电流源与所述第一电流源和所述第二电流源的连接点之间的有第六开关，其中
所述第五开关根据所述工作模式信号而被导通和关断，所述第六开关根据所述退磁信号而被导通或关断。
8.根据权利要求7所述的开关电源的控制芯片，其中，
当所述工作模式信号指示所述开关电源处于断续工作模式并且所述第一开关导通期间时，所述第五开关导通，所述第二电容被充电；
当所述退磁信号指示所述开关电源处于退磁期间，所述第六开关导通，所述第二电容被放电。
9.根据权利要求5所述的开关电源的控制芯片，其中，当所述第二比较结果信号指示所述计时模块的输出升至所述阈值电压时，所述边沿触发模块产生的两倍退磁计时开通信号翻转为高电平。
10.根据权利要求5所述的开关电源的控制芯片，其中，当所述两倍退磁计时开通信号处于高电平之后，所述准谐振谷底导通开通信号翻转为高电平时，所述控制模块产生控制所述第一开关导通的控制信号。
11.根据权利要求10所述的开关电源的控制芯片，其中，在所述控制模块产生控制所述第一开关导通的控制信号之后，所述第四开关被导通以将所述第二电容复位到所述阈值电压。
12.根据权利要求5所述的开关电源的控制芯片，还包括谷底锁定模块，用于将在所述开关电源的前一开关周期所述第一开关导通前所述计时模块输出的电压减去偏置电压来提供当前开关周期的所述阈值电压。
13.根据权利要求12所述的开关电源的控制芯片，其中，在所述阈值电压低于阈值下限或超过阈值上限的情况中，所述谷底锁定模块将所述阈值电压调节为接近所述阈值电压的初始值。
14.一种由控制芯片执行的开关电源的控制方法，其中所述开关电源包括第一开关、第一电阻和变压器，所述第一开关的一端通过所述第一电阻接地，所述第一开关的第二端连接到所述变压器，并且所述第一开关的第三端接收所述控制芯片的控制信号，所述控制方法包括：
检测所述开关电源的所述变压器的退磁情况以产生退磁信号，检测所述第一开关的第二端的电压以产生谐振谷底导通信号，以及检测开关电源的工作模式以产生工作模式信号；
基于所述退磁信号和所述第一电阻上的电压来生成第一信号；
基于所述退磁信号和所述开关电源的工作模式信号来生成第二信号；和
根据所述第一信号和所述第二信号以及所述谐振谷底导通信号来产生用于控制所述第一开关的导通和关断的控制信号。
15.根据权利要求14所述的开关电源的控制方法，还包括：
检测所述第一电阻上的电压的峰值电压；
对第一输入电压和参考电压进行作差积分以提供输出，其中所述第一输入电压为所述第一电阻上的电压的峰值电压或地电压；和
对所述输出与所述第一电阻上的电压与预定比例的乘积进行比较以产生第一比较结果信号以作为所述第一信号。
16.根据权利要求15所述的开关电源的控制方法，其中，当所述退磁信号指示所述变压器处于退磁中时，所述第一输入电压为所述第一电阻上的电压的峰值电压，并且当所述退磁信号指示所述变压器结束退磁时，所述第一输入电压为地电压。
17.根据权利要求15或16所述的开关电源的控制方法，当所述第一比较结果信号指示所述第一电阻上的电压与预定比例的乘积大于所述输出时，产生控制所述第一开关关断的控制信号。
18.根据权利要求14所述的开关电源的控制方法，还包括：
利用所述控制芯片的计时模块根据退磁信号DEM和工作模式信号来产生输出；
对所述输出与阈值电压进行比较以产生第二比较结果信号；
基于所述第二比较结果信号来产生两倍退磁计时开通信号作为所述第二信号。
19.根据权利要求18所述的开关电源的控制方法，还包括：
当所述工作模式信号指示所述开关电源处于断续工作模式并且所述第一开关导通期间时，所述计时模块的电容被充电；
当所述退磁信号指示所述开关电源处于退磁期间，所述计时模块的电容被放电。
20.根据权利要求18所述的开关电源的控制方法，其中，当所述第二比较结果信号指示所述计时模块的输出升至所述阈值电压时，所述两倍退磁计时开通信号翻转为高电平。
21.根据权利要求18所述的开关电源的控制方法，其中，当所述两倍退磁计时开通信号处于高电平之后，所述准谐振谷底导通开通信号翻转为高电平时，产生控制所述第一开关导通的控制信号。
22.根据权利要求21所述的开关电源的控制方法，其中，在产生控制所述第一开关导通的控制信号之后，将所述计时模块的电容复位到所述阈值电压。
23.根据权利要求18所述的开关电源的控制方法，还包括：将在所述开关电源的前一开关周期所述第一开关导通前所述计时模块输出的电压减去偏置电压来提供当前开关周期的所述阈值电压。
24.根据权利要求12所述的开关电源的控制方法，还包括：在所述阈值电压低于阈值下限或超过阈值上限的情况中，将所述阈值电压调节为接近所述阈值电压的初始值。
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