CN208835991U - 一种开关电源控制电路及开关电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种开关电源控制电路及开关电源，包括误差放大器，所述误差放大器的第一输入端接收表征所述开关电源输出电压的反馈信号，所述误差放大器的第二输入端接收参考信号，所述误差放大器输出补偿信号；所述开关电源控制电路还包括斜坡补偿电路，在开关电源的开关管导通期间的某一时刻，所述斜坡补偿电路输出斜坡信号，直到所述开关管的关断时刻；所述补偿信号和斜坡信号做差后得到第一信号，所述第一信号与表征电感电流的电流采样信号进行比较，得到控制信号，所述控制信号用于控制所述开关电源的主功率管的导通或关断。本实用新型通过调节斜坡信号的起点，提高了电感电流峰值的变化范围。

Description

一种开关电源控制电路及开关电源

技术领域

本实用新型涉及一种电力电子技术领域，特别涉及一种开关电源控制电路及开关电源。

背景技术

现有技术开关电源的控制电路一般会加入斜坡信号来增加电路的稳定性。如图1所示，现有技术的开关电源控制电路包括误差放大器，所述误差放大器的一端接收输出电压的采样信号V_FB，另一端接收参考信号Vref，所述误差放大器输出补偿信号Vc，将所述补偿信号Vc和斜坡信号Vr做差后输入比较器的第一输入端，比较器的第二输入端接收表征电感电流的电流采样信号Vil，比较器的输出端经过驱动电路连接到开关电路开关管的控制端。其中，斜坡信号的上升和下降过程由开关管的导通信号Ton和关断信号Bon控制。图1所示的开关电源控制电路涉及的工作波形如图2所示，斜坡信号Vr的变化趋势与开关电路中电感电流呈相反，在开关管导通时刻开始下降，在开关管关断时刻停止。其中，Vsw为开关电源主功率管和整流管公共端的电压，iL 为开关电源的电感电流。

现有技术中，所述补偿信号Vc和斜坡信号Vr做差后即得到的第一信号即Vc-Vr与表征电感电流的电流采样信号Vil进行比较，其中补偿信号Vc可以看成定值，故斜坡信号Vr越大，而电感电流越小。若开关管的导通周期较大时，斜坡信号在当前周期开关管关断时刻的值比较大，从而会造成电感电流的峰值变化范围较低。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种提高电感电流峰值变化范围的开关电源控制电路及开关电源，解决现有技术存在的电感电流峰值变化范围较低的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种开关电源控制电路，包括误差放大器，所述误差放大器的第一输入端接收表征所述开关电源输出电压的反馈信号，所述误差放大器的第二输入端接收参考信号，所述误差放大器输出补偿信号；

所述开关电源控制电路还包括斜坡补偿电路，在开关电源的开关管导通期间的某一时刻，所述斜坡补偿电路输出斜坡信号，直到所述开关管的关断时刻；

所述补偿信号和斜坡信号做差后得到第一信号，所述第一信号与表征电感电流的电流采样信号进行比较，得到控制信号，所述控制信号用于控制所述开关电源的开关管的导通或关断。

可选的，在开关管导通后延迟第一时间，所述斜坡补偿电路输出斜坡信号。

可选的，所述第一时间为上一周期的开关管导通时间乘以比例系数，所述比例系数大于0小于1。

可选的，所述斜坡信号起始点到斜坡信号终点的时间为定值。

可选的，在定频控制中，所述开关管的导通时间随着输入电压的增大而减小。

可选的，在开关管导通期间，对第一电容充电，在上一周期开关管的关断时刻，所述第一电容上的电压为第一电压，当前周期中第一电容上的电压达到预期电压时，输出斜坡信号，所述预期电压低于所述第一电压，并与第一电压成比例关系。

可选的，在开关管导通期间，对第一电容充电，在上一周期开关管的关断时刻，所述第一电容上的电压为第一电压，当前周期中第一电容上的电压达到预期电压时，输出斜坡信号，所述预期电压等于所述第一电压和表征所述定值的电压信号的差值。

可选的，所述斜坡补偿电路包括第一电容、第一控制电路和斜坡产生电路，在开关管导通期间，对第一电容充电，所述第一控制电路接收所述第一电压，得到所述预期电压，将当前周期中第一电容上的电压和预期电压比较，当前周期中第一电容上的电压达到预期电压时，输出斜坡产生信号，所述斜坡产生电路接收斜坡产生信号，输出斜坡信号。

可选的，所述第一控制电路包括第二电容、第一开关、运算放大器、第一开关管和比较器，所述运算放大器的第一输入端经第一开关连接在第一电容的高电位端，所述运算放大器的第一输入端连接第二电容的一端，第二电容的另一端接地，所述运算放大器的第二输入端连接所述第一开关管的第二端，所述运算放大器的输出端连接所述第一开关管的控制端，所述比较器的第一输入端连接第一开关管的第二端，所述比较器的第二输入端连接所述第一电容的高电位端，比较器的输出端连接斜坡产生电路的控制端，所述比较器的第一输入端或第二输入端叠加偏置电压，所述偏置电压表征所述定值。

可选的，所述第一控制电路包括第二电容、第一开关、运算放大器、第一开关管和比较器，所述运算放大器的第一输入端经第一开关连接在第一电容的高电位端，所述运算放大器的第一输入端连接第二电容的一端，第二电容的另一端接地，所述运算放大器的第二输入端连接所述第一开关管的第二端，所述运算放大器的输出端连接所述第一开关管的控制端，所述第一开关管的第二端连接第一电阻和第二电阻组成的串联结构的一端，所述串联结构的另一端接地，所述比较器的第一输入端连接第一电阻和第二电阻的公共端，所述比较器的第二输入端连接所述第一电容的高电位端，比较器的输出端连接斜坡产生电路的控制端。

可选的，上一周期中在开关管关断时刻，所述第一开关闭合，所述第一控制电路采样得到所述第一电压后，第一开关断开，所述第二电容的电压为第一电压。

可选的，所述斜坡产生电路包括第三电容，当所述斜坡产生电路接收到斜坡产生信号时，对第三电容充电，当开关管关断时，对第三电容放电。

本实用新型还提供了另一种开关电源控制电路，包括误差放大器，所述误差放大器的第一输入端接收表征所述开关电源输出电压的反馈信号，所述误差放大器的第二输入端接收参考信号，所述误差放大器输出补偿信号，其特征在于：

所述开关电源控制电路还包括斜坡补偿电路，在开关电源的开关管导通期间的某一时刻，所述斜坡补偿电路输出斜坡信号，直到所述开关管的关断时刻；

表征电感电流的电流采样信号和斜坡信号叠加后得到第一信号，所述第一信号与补偿信号进行比较，得到控制信号，所述控制信号用于控制所述开关电源的主功率管的导通或关断。

本实用新型还提供一种开关电源，包括以上任意一种开关电源控制电路和功率电路。

与现有技术相比，本实用新型之技术方案具有以下优点：本实用新型在开关电源的开关管导通期间的某一时刻，输出斜坡信号，延迟了斜坡信号的起始点，斜坡信号的斜率不变，起始点延迟后斜坡信号在开关管关断时刻的值降低，由于补偿信号和斜坡信号做差后和表征电感电流的电流采样信号做比较，补偿信号基本为定值，故斜坡信号减小，会造成电感电流增大，而斜坡信号在当前周期开关管关断时刻的值减小，从而使得电感电流的峰值的变化范围提高。

附图说明

图1为现有技术开关电源控制电路的电路示意图；

图2为现有技术开关电源控制电路的工作波形图；

图3为本实用新型开关电源控制电路的一种示意图；

图4为现有技术和本实用新型的电感电流峰值变化范围的波形图；

图5为本实用新型开关电源控制电路的一种工作波形图；

图6为本实用新型开关电源控制电路的另一种工作波形图；

图7为斜坡补偿电路的实施例一示意图；

图8为斜坡补偿电路的实施例二示意图；

图9为斜坡补偿电路的实施例一具体电路示意图；

图10为斜坡补偿电路的实施例二具体电路示意图；

图11为本实用新型开关电源控制电路的另一种示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细描述，但本实用新型并不仅仅限于这些实施例。本实用新型涵盖任何在本实用新型的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。

为了使公众对本实用新型有彻底的了解，在以下本实用新型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实用新型。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本实用新型。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、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

如图3所示，示意了开关电源控制电路的一种具体结构原理。包括误差放大器，所述误差放大器的第一输入端接收表征所述开关电源输出电压的反馈信号V_FB，所述误差放大器的第二输入端接收参考信号Vref，所述误差放大器输出补偿信号Vc；

所述开关电源控制电路还包括斜坡补偿电路，在开关电源的开关管导通期间的某一时刻，所述斜坡补偿电路输出斜坡信号Vr，直到所述开关管的关断时刻；

所述补偿信号Vc和斜坡信号Vr做差后得到第一信号V2，所述第一信号 V2与表征电感电流的电流采样信号Vil进行比较，得到控制信号Vctrl，所述控制信号Vctrl用于控制所述开关电源的主功率管的导通或关断。

所述开关电源控制电路还包括驱动电路，用于驱动开关管的导通或者关断。

在定频控制中，所述开关管的导通时间随着输入电压的增大而减小。

图4为现有技术和本实用新型的电感电流峰值变化范围的波形图。其中实线为本实用新型的第一信号V2波形图，虚线为现有技术中第一信号V2的波形图。t1为是本实用新型中斜坡信号的起始点，t2为斜坡信号的终点即开关管的关断时刻。V21为本实用新型中在开关管关断时刻V2的值，V22为现有技术中在开关管关断时刻V2的值，补偿信号Vc基本为定值，斜坡信号Vr 减小，故第一信号V2＝Vc-Vr变大。

由于补偿信号和斜坡信号做差后的第一信号即V2＝Vc-Vr和表征电感电流的电流采样信号Vil做比较，故V2的值可以表征电感电流的大小，由于在 t2时刻即在开关管关断时刻，电感电流对应的是峰值，故此时V2的值表征电感电流峰值的大小，从而V21和V22分别表征本实用新型和现有技术中电感电流峰值的最大值。从图4可以看出，本实用新型和现有技术相比，斜坡信号的起始点延迟，斜坡信号的斜率不变，在t2时刻，V21大于V22，即本实用新型的电感电流峰值的最大值比现有技术电感电流峰值的最大值大，故本实用新型电感电流的峰值变化范围比现有技术电感电流峰值的变化范围变大，其变大的范围由V21-V22决定。

所述开关管在峰值控制中一般指的是开关电源的主开关管，在谷值控制中指的是辅开关管，本实用新型不对此做任何限制。

斜坡补偿电路的原理是调节斜坡信号的起始点，斜坡信号的斜率不变，故起始点延迟后斜坡信号在开关管关断时刻的值降低。

本实用新型给出两种方式来调节斜坡信号的起始点，分别是：

第一种：在开关管导通后延迟第一时间T1，所述斜坡补偿电路输出斜坡信号，所述第一时间为上一周期的开关管导通时间乘以比例系数，所述比例系数大于0小于1。

第二种：所述斜坡信号起始点到斜坡信号终点的时间为定值T2。

在本实用新型中，第一时间T1可以根据上一个周期开关管导通时间TON 来调节，也可以是其他的时间，例如固定的时间等。且第一时间T1还可为其他的表达形式。

上述调节斜坡信号起始点的第一种和第二种方式工作的波形图分别如图 5和图6所示，其中Vsw为开关电源主功率管和整流管公共端的电压，Vr为斜坡信号，iL为开关电源的电感电流信号，图5中可以看出，斜坡信号Vr从开关管导通时刻起延迟第一时间T1后，斜坡信号Vr才开始输出，直到开关管关断时刻。图6中可以看出，每个周期中，所述斜坡信号的终点为开关管关断时刻，所述斜坡信号的起始点到终点的时间为定值T2。

所述第一时间T1可以根据上一个周期开关管导通时间TON来调节。例如，T1值可以为上一周期开关导通时间Ton乘以比例系数K，0＜k＜1，具体比例系数k的值可以根据具体电路调节，但本实用新型不对T1进行限制。定值T2也可以根据具体电路调节。

图7给出了本实用新型斜坡产生电路的实施例一，示意了第一种方式的实现方式。在开关电源开关管导通期间，对第一电容充电，在上一周期开关管的关断时刻，所述第一电容上的电压为第一电压V1，当前周期中第一电容上的电压达到预期电压Vth时，斜坡信号Vr，直到开关管关断时刻。所述预期电压Vth低于所述第一电压V1，并与第一电压成比例关系，即所述预期电压Vth为第一电压V1乘以比例系数k，k大于0小于1。

图8给出了本实用新型斜坡产生电路的实施例二，示意了第二种方式的实现方式。在开关管导通期间，对第一电容充电，在上一周期开关管的关断时刻，所述第一电容上的电压为第一电压V1，当前周期中第一电容上的电压达到预期电压Vth时，输出斜坡信号Vr，直到开关管关断时刻。所述预期电压Vth等于所述第一电压V1和表征所述定值T2的电压信号ΔV的差值。

需要指出的是，这里图7和图8仅仅给出了其基本实现方式，图7和图8 中的当前周期的最终电压比上一周期大，也可以相等或者比上一周期小，本实用新型对此不做限制。

图9给出了图7中斜坡补偿电路的实施例一的具体电路图，T1＝k*上一周期的Ton(0＜k＜1)。其中k的实现由分压电阻完成。

所述斜坡补偿电路包括第一电流源I1、第三开关S3、第一电容C1、第一控制电路和斜坡产生电路，所述第一控制电路包括第二电容C2、第一开关S1、运算放大器U1、第一开关管M1、比较器comp1、第一电阻R1和第二电阻 R2，所述斜坡产生电路包括第二电流源I2、第二开关S2和第三电容C3，所述第一电流源I1、第三开关S3和第一电容C1组成的串联结构1，所述串联结构1的一端连接供电端，所述串联结构的另一端接地。所述运算放大器U1 的第一输入端经第一开关S1连接在第一电容C1的高电位端，所述运算放大器的第一输入端连接所述第二电容C2的一端，所述第二电容C2的另一端接地。所述第一开关管M1的第一端连接供电端，所述运算放大器U1的第二输入端连接所述第一开关管M1的第二端，所述运算放大器U1的输出端连接所述第一开关管M1的控制端，所述第一开关管M1的第二端连接所述第一电阻 R1和第二电阻R2组成的串联结构2的一端，所述串联结构2的第二端接地，所述比较器comp1的第一输入端连接第一电阻R1和第二电阻R2的公共端，所述比较器comp1的第二输入端连接所述第一电容C1的高电位端，比较器 comp1的输出端连接所述第二开关S2的控制端。所述第二电流源I2、第二开关S2和第三电容C3组成的串联结构3，所述串联结构3的一端连接供电端，所述串联结构3的另一端接地。

此外，第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3均连接有放电电路，对其进行放电，为了简便，图中未标出。

在图9中，在开关管导通期间，利用电流源I1给第一电容C1充电，第三开关S3在开关电源开关管导通时刻闭合，在开关管关断时刻断开，故第一电容C1上的电压表征当前周期开关电源的开关管导通时间。

在上一周期开关管关断，第三开关闭合前，利用第一控制电路采样得到表征上一周期中的开关管导通时间的电压信号即第一电压V1，该电压信号先被锁存在第二电容C2中。经过运算放大器、第一开关管、第一电阻R1和第二电阻R2组成的分压电路，得到预期电压Vth，第一电阻R1和第二电阻R2 公共端的电压为预期电压Vth。所述预期电压Vth表征上一周期的导通时间 TON乘以比例系数k，其值等于第一电压V1乘以比例系数k。

具体的操作过程，在前一周期开关管导通时刻闭合开关S3，在开关管关断时刻闭合开关S1，第一控制电路采样得到上一周期中的开关管导通时间的电压信号即第一电压V1，所述第一电压V1锁存在第二电容C2中，关断开关 S1，(开关S1只是起到在开关管关断时刻采样的作用)，然后关断开关S3。

在当前周期中，在开关管导通时刻闭合开关S3，由于表征前一周期的开关管导通时间的第一电压V1电被锁存在第二电容C2中，故此时第一电阻R1 和第二电阻R2公共端的电压的预期电压Vth为第一电压V1乘以k，本周期此时第一电容C1上的电压V3表征本周期开关管的导通时间，当电压V3达到预期电压Vth时，所述比较器comp1的输出斜坡产生信号Vctrl控制第二开关S2的导通，开始输出斜坡信号，在开关管关断后，第二开关S2关断，第一开关S1闭合，更新第二电容上的电压，得到下一周期的第一电压V1，关断开关S1，然后关断开关S3。

每一个周期中，在开关管导通时刻，闭合开关S3，比较Vth和V3的值，当V3达到Vth，则比较器翻转，开关S2闭合，在开关管关断时刻，断开S2，完成该周期的斜坡信号的输出。在开关管关断时刻，同时闭合开关S1，采样得到表征上一周期中的开关管导通时间的电压信号即第一电压V1，关断开关 S1，将第一电压V1锁存在第二电容C2中，(开关S1只是起到在开关管关断时刻采样的作用)，这里的采样有一个脉冲的时间，可以完成电压的锁存。关断开关S3。这里本周期中比较的预期电压Vth为上一周期采样得到，然后本周期继续采样下一周期的Vth。

图10给出了图8斜坡补偿电路的实施例二的具体电路图，其电路图和实施例一相似，但不需要分压电路，直接给比较器comp2增加一个偏置电压 Voffset实现，偏置电压Voffset表征所述定值，从而实现所述斜坡信号起始点到斜坡信号终点的时间为定值T2。所述偏置电压Voffset叠加所述比较器的第一输入端或第二输入端。

图10中的所述预期电压Vth等于所述第一电压V1和表征所述定值T2 的电压信号ΔV的差值。故若偏置电压Voffset叠加在开关管的输出端则为负，叠加在比较器的另一端则为正。其他的过程参照实施例一。

需要注意的是，为了便于表达，图10中的Vth和V3与图9中表示的含义相同，表征偏置电压已经加入后的电压值，为最后进行比较的值。

实施例一和实施例二仅仅是本实用新型的两种实现方式，但其他类似的实施也在本实用新型的保护范围内。

图11示意了开关电源控制电路的另一种具体结构原理。包括误差放大器，所述误差放大器的第一输入端接收表征所述开关电源输出电压的反馈信号 VFB，所述误差放大器的第二输入端接收参考信号Vref，所述误差放大器输出补偿信号Vc；

所述开关电源控制电路还包括斜坡补偿电路，在开关电源的开关管导通期间的某一时刻，所述斜坡补偿电路输出斜坡信号Vr，直到所述开关管的关断时刻；

表征电感电流的电流采样信号Vil和斜坡信号Vr叠加后得到第一信号V2，所述第一信号V2与补偿信号Vc进行比较，得到控制信号Vctrl，所述控制信号用于控制所述开关电源的主功率管的导通或关断。

由于表征电感电流的电流采样信号Vil和斜坡信号Vr叠加后即Vil+Vr 与补偿信号Vc进行比较，补偿信号Vc基本为定值，故斜坡信号Vr减小，会造成电感电流il增大，起始点延迟后的斜坡信号Vr在当前周期开关管关断时刻的值减小，从而使得电感电流的峰值提高。

图11开关电源开关控制电路的工作波形、斜坡电路产生电路工作原理以及其他过程均与图3相同。

虽然以上将实施例分开说明和阐述，但涉及部分共通之技术，在本领域普通技术人员看来，可以在实施例之间进行替换和整合，涉及其中一个实施例未明确记载的内容，则可参考有记载的另一个实施例。

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 (10)

1.一种开关电源控制电路，包括误差放大器，所述误差放大器的第一输入端接收表征所述开关电源输出电压的反馈信号，所述误差放大器的第二输入端接收参考信号，所述误差放大器输出补偿信号，其特征在于：

所述开关电源控制电路还包括斜坡补偿电路，在开关电源的开关管导通期间的某一时刻，所述斜坡补偿电路输出斜坡信号，直到所述开关管的关断时刻；

所述补偿信号和斜坡信号做差后得到第一信号，所述第一信号与表征电感电流的电流采样信号进行比较，得到控制信号，所述控制信号用于控制所述开关电源的开关管的导通或关断。

2.根据权利要求1所述的开关电源控制电路，其特征在于：在开关管导通后延迟第一时间，所述斜坡补偿电路输出斜坡信号。

3.根据权利要求2所述的开关电源控制电路，其特征在于：所述第一时间为上一周期的开关管导通时间乘以比例系数，所述比例系数大于0小于1。

4.根据权利要求1所述的开关电源控制电路，其特征在于：所述斜坡信号起始点到斜坡信号终点的时间为定值。

5.根据权利要求1所述的开关电源控制电路，其特征在于：在定频控制中，所述开关管的导通时间随着输入电压的增大而减小。

6.根据权利要求3所述的开关电源控制电路，其特征在于：在开关管导通期间，对第一电容充电，在上一周期开关管的关断时刻，所述第一电容上的电压为第一电压，当前周期中第一电容上的电压达到预期电压时，输出斜坡信号，所述预期电压低于所述第一电压，并与第一电压成比例关系。

7.根据权利要求4所述的开关电源控制电路，其特征在于：在开关管导通期间，对第一电容充电，在上一周期开关管的关断时刻，所述第一电容上的电压为第一电压，当前周期中第一电容上的电压达到预期电压时，输出斜坡信号，所述预期电压等于所述第一电压和表征所述定值的电压信号的差值。

8.根据权利要求6或7任意一项所述的开关电源控制电路，其特征在于：所述斜坡补偿电路包括第一电容、第一控制电路和斜坡产生电路，在开关管导通期间，对第一电容充电，所述第一控制电路接收所述第一电压，得到所述预期电压，将当前周期中第一电容上的电压和预期电压比较，当前周期中第一电容上的电压达到预期电压时，输出斜坡产生信号，所述斜坡产生电路接收斜坡产生信号，输出斜坡信号。

9.一种开关电源控制电路，包括误差放大器，所述误差放大器的第一输入端接收表征所述开关电源输出电压的反馈信号，所述误差放大器的第二输入端接收参考信号，所述误差放大器输出补偿信号，其特征在于：

所述开关电源控制电路还包括斜坡补偿电路，在开关电源的开关管导通期间的某一时刻，所述斜坡补偿电路输出斜坡信号，直到所述开关管的关断时刻；

表征电感电流的电流采样信号和所述斜坡信号叠加后得到第一信号，所述第一信号与补偿信号进行比较，得到控制信号，所述控制信号用于控制所述开关电源的主功率管的导通或关断。

10.一种开关电源，其特征在于，包括权利要求1-9任意一种开关电源控制电路和功率电路。