CN217427970U - 开关控制电路和开关电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种开关控制电路和开关电源，其中，开关控制电路用于控制开关电源中的主开关管。开关控制电路包括控制芯片、第一电阻、热敏元件、滤波电路。控制芯片设有第一引脚，第一电阻与滤波电路串联且耦接于第一引脚和采样电阻之间，采样电阻用以采样流过主开关管的电流，热敏元件与第一电阻并联。控制芯片包括电流控制电路和温度控制电路，温度控制电路还包括供电电路，供电电路的输出端耦接第一引脚。本实用新型提供的一种开关控制电路和开关电源，有效简化了电路结构，并获得了较高的控制精度。

Description

开关控制电路和开关电源

技术领域

本实用新型属于电力电子领域，涉及一种开关控制技术，特别涉及一种开关控制电路和开关电源。

背景技术

开关电源是电力电子领域中的主要大类产品之一，由于其重量轻、小型化、输入电压范围宽、功率密度及转换效率高、待机功耗小等众多优点，而广泛运用于消费电子、通讯设备等多数电子设备。

为了使开关电源能够适用于不同负载条件和复杂的工况条件，并保证开关电源正常工作而不易损坏，在开关控制电路的设计时会设置相应的保护电路。如图1所示，开关电源包括控制芯片、主开关管Q1、采样电阻Rcs、电阻R2、电容C1等。控制芯片设有CS引脚，电阻R2的第一端耦接CS引脚，采样电阻Rcs的第一端分别耦接电阻R2的第二端和主开关管Q1的漏极，采样电阻Rcs的第二端耦接地。电容C1的第一端耦接电阻R2的第一端，电容C1的第二端耦接地。此外，开关电源还包括电阻R1、热敏电阻NTC、二极管D2等。二极管D2的阳极耦接辅助绕组的一端，二极管D2的阴极耦接热敏电阻NTC的第一端，热敏电阻NTC的第二端耦接电阻R1的第一端，电阻R1的第二端耦接CS引脚。在主开关管Q1处于开通状态时，控制芯片可获取表征电流采样信号，电流采样信号表征流过主开关管Q1的电流。在主开关管Q1处于关断状态时，辅助绕组处产生电流，二极管D2导通，从而使控制芯片可获取检测电压，热敏电阻NTC的阻值会随着检测温度的变化而发生变化，因此检测电压可表征检测温度，从而实现开关电源的过温保护。此技术方案通过CS引脚同时实现电流检测和过温检测，减少了控制芯片设置时的引脚需求。但是，该方案还存在以下一些问题：一方面，二极管D1的电压应力较高，因此会限制二极管的选型，增加了相应的成本；另一方面，二极管D1因随着主开关管Q1进行快速切换，会存在反向恢复电流，从而对电流采样信号造成干扰；此外，CS引脚处获取的检测电压不仅与热敏电阻NTC的电阻值有关，也与辅助绕组的端电压有关，对于宽输出电压场合使用时会有一定的局限性。

有鉴于此，需要提供一种新的结构，用于解决上述至少部分问题。

实用新型内容

针对现有技术中的一个或多个问题，本实用新型提出了一种开关控制电路和开关电源。

根据本实用新型的一个方面，公开了一种开关控制电路，开关控制电路用于控制开关电源中的主开关管，所述开关控制电路包括控制芯片、第一电阻、热敏元件、滤波电路；控制芯片设有第一引脚，第一电阻与滤波电路串联，第一电阻和滤波电路耦接于第一引脚和采样电阻之间，采样电阻用以采样流过主开关管的电流，热敏元件与第一电阻并联；控制芯片包括电流控制电路和温度控制电路，温度控制电路还包括供电电路，供电电路的输出端耦接第一引脚。

在本实用新型的一实施例中，所述开关控制电路还包括：

第一二极管，其阳极耦接辅助绕组；以及

第二电容，其第一端分别耦接第一二极管的阴极和控制芯片的第二引脚，其第二端耦接地。

在本实用新型的一实施例中，所述开关控制电路还包括：第三电容，其第一端耦接第一引脚，其第二端耦接地。

在本实用新型的一实施例中，所述开关控制电路还包括：第三电容，其第一端耦接第一电阻的第一端，其第二端耦接第一电阻的第二端。

在本实用新型的一实施例中，所述滤波电路包括：

第二电阻，其第一端耦接第一电阻的第二端，其第二端耦接采样电阻的第一端；以及

第一电容，其第一端耦接第一电阻的第二端，其第二端耦接地。

在本实用新型的一实施例中，所述控制芯片包括：

电流控制电路，其第一输入端耦接第一引脚以获得电流采样信号，其第二输入端耦接第一阈值；以及

驱动电路，其输入端耦接电流控制电路的输出端，其输出端耦接主开关管。

在本实用新型的一实施例中，温度控制电路包括：

供电电路，其输出端耦接第一引脚，其输出端输出预设电流或预设电压；以及

检测电路，其第一输入端耦接第一引脚以获得检测信号，其第二输入端耦接第二阈值，其输出端耦接驱动电路，其输出端输出温度控制信号。

在本实用新型的一实施例中，所述供电电路包括电流源或电压源，所述电流源用以提供预设电流，所述电压源用以提供预设电压。

在本实用新型的一实施例中，所述检测电路包括第一比较电路，第一比较电路的第一输入端耦接第一引脚，第一比较电路的第二输入端耦接第二阈值，第一比较电路的输出端输出温度控制信号。

根据本实用新型的另一方面，公开了一种开关电源，所述开关电源包括如上任一项所述的开关控制电路。

本实用新型提出了一种开关控制电路和开关电源，其中，开关控制电路用于控制开关电源中的主开关管。开关控制电路包括控制芯片、第一电阻、热敏元件、滤波电路。控制芯片设有第一引脚，第一电阻与滤波电路串联，第一电阻和滤波电路耦接于第一引脚和采样电阻之间，采样电阻用以采样流过主开关管的电流，热敏元件与第一电阻并联。控制芯片包括电流控制电路和温度控制电路，温度控制电路还包括供电电路，供电电路的输出端耦接第一引脚。控制芯片在主开关管处于开通状态时，通过第一引脚采样获取电流采样信号，电流采样信号表征流过主开关管的电流。控制芯片在主开关管处于关断状态时，通过第一引脚输出预设电流或预设电压从而获得检测信号以实现温度检测。本实用新型提供的一种开关控制电路和开关电源，有效简化了电路结构，并获得了较高的控制精度。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，与说明描述一起用于解释本实用新型的实施例，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1示出了一种现有技术的开关电源的电路结构示意图；

图2示出了根据本实用新型一实施例的开关电源的电路结构示意图；

图3示出了根据本实用新型另一实施例的开关电源的电路结构示意图；

图4示出了根据本实用新型又一实施例的开关电源的电路结构示意图。

具体实施方式

为了进一步理解本实用新型，下面结合实施例对本实用新型优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本实用新型的特征和优点，而不是对本实用新型权利要求的限制。

该部分的描述只针对几个典型的实施例，本实用新型并不仅局限于实施例描述的范围。不同实施例的组合、不同实施例中的一些技术特征进行相互替换，相同或相近的现有技术手段与实施例中的一些技术特征进行相互替换也在本实用新型描述和保护的范围内。

说明书中的“耦接”或“连接”既包含直接连接，也包含间接连接。间接连接为通过中间媒介进行的连接，如通过电传导媒介如导体的连接，其中电传导媒介可含有寄生电感或寄生电容，也可通过说明书中实施例所描述的中间电路或部件的连接；间接连接还可包括可实现相同或相似功能的基础上通过其他有源器件或无源器件的连接，如通过开关、信号放大电路、跟随电路等电路或部件的连接。“多个”或“多”表示两个或两个以上。另外，在本实用新型中，例如第一、第二之类的词语主要用于区分一个技术特征与另一个技术特征，而并不一定要求或暗示这些技术特征之间存在某种实际的关系或者顺序。

本实用新型一实施例公开了一种开关控制电路，开关控制电路用于控制开关电源中的主开关管。如图2所示，开关控制电路包括控制芯片、第一电阻R1、热敏元件、滤波电路。控制芯片设有第一引脚，第一引脚为CS引脚。第一电阻R1的第一端耦接第一引脚，滤波电路的第一端耦接第一电阻R1的第二端，滤波电路的第二端耦接采样电阻Rcs，热敏元件与第一电阻R1并联。控制芯片在主开关管Q1处于开通状态时，通过第一引脚采样获取电流采样信号，电流采样信号表征流过主开关管Q1的电流。此外，控制芯片在主开关管Q1处于关断状态时，通过第一引脚向第一电阻输出预设电流或预设电压，从而通过第一引脚获得检测信号以实现温度检测。检测信号可表征芯片温度，可根据检测信号进行温度控制，当发生芯片过热时，可触发过温保护。为了降低功耗，在获得检测信号后控制芯片停止通过第一引脚输出预设电流或预设电压。在如图2所示的一实施例中，在主开关管Q1处于开通状态时，电流流过主开关管Q1，控制芯片可通过CS引脚获得电流采样信号，电流采样信号表征流过主开关管Q1的电流。具体的，采样电阻Rcs的第一端的电压信号经滤波处理后输出信号至第一电阻R1的第二端。另外，在主开关管Q1处于关断状态时，控制芯片从CS引脚处向第一电阻R1输出预设电流，因此，控制芯片可通过CS引脚获得检测信号，从而进行温度检测以实现过温保护控制。

在本实用新型的一实施例中，主开关管Q1设置于控制芯片之外，控制芯片设有驱动引脚Gate，驱动引脚Gate耦接主开关管Q1的控制端。优选的，驱动引脚Gate与主开关管Q1之间还耦接有第三电阻R3。在另一实施例中，主开关管Q1设置于控制芯片之内，控制芯片设有漏端引脚Drain，主开关管Q1的漏端耦接控制芯片的漏端引脚Drain。在本实用新型的一实施例中，主开关管Q1为晶体管，主开关管Q1可以是金属氧化物半导体场效应晶体管(简称MOSFET)、结型场效应晶体管(简称JFET)、绝缘栅双极型晶体管(简称IGBT)等之中的一种。

在本实用新型的一实施例中，滤波电路包括第二电阻和第一电容。第二电阻的第一端耦接第一电阻的第二端，第二电阻的第二端耦接采样电阻的第一端。第一电容的第一端耦接第一电阻的第二端，第一电容的第二端耦接地。

在本实用新型的一实施例中，热敏元件包括热敏电阻。在常温下(一般可定义为25℃)，热敏元件的电阻值与第一电阻的电阻值的比值小于5。在本实用新型的另一实施例中，热敏电阻包括正温度系数热敏电阻、负温度系数热敏电阻、温控开关等之中的至少一种。

在本实用新型的一实施例中，如图2所示，开关控制电路还包括第一二极管D1和第二电容C2。第一二极管D1的阳极耦接开关电源中的辅助绕组，第二电容C2的第一端分别耦接第一二极管D2的阴极和控制芯片的第二引脚，第二引脚为VDD引脚，第二电容C2的第二端耦接地。在主开关管Q1处于关断状态时，可通过辅助绕组对控制芯片的VDD引脚所耦接的第二电容C2进行充电。

在本实用新型的另一实施例中，如图3所示，开关控制电路包括控制芯片、第一电阻R1、热敏元件NTC、第二电阻R2、第一电容C1、第三电容C3。控制芯片设有CS引脚，第三电容C3的第一端耦接CS引脚，第三电容C3的第二端耦接地。第一电阻R1的第一端耦接CS引脚，第二电阻R2的第一端耦接第一电阻R1的第二端，采样电阻Rcs的第一端耦接第二电阻R2的第二端，采样电阻Rcs的第二端耦接地。热敏元件NTC的第一端耦接第一电阻R1的第一端，热敏元件NTC的第二端耦接第一电阻R1的第二端。第一电容C1的第一端耦接第一电阻R1的第二端，第一电容C1的第二端耦接地。在CS引脚处耦接对地电容，可滤除外部对CS引脚处的干扰信号，有效提升开关控制电路的控制精度。

在本实用新型的又一实施例中，如图4所示，开关控制电路包括控制芯片、第一电阻R1、热敏元件NTC、第三电容C3、第二电阻R2、采样电阻Rcs和第一电容C1。控制芯片设有第一引脚，第一引脚为CS引脚，第一电阻R1的第一端耦接CS引脚，第二电阻R2的第一端耦接第一电阻R1的第二端，采样电阻Rcs的第一端耦接第二电阻R2的第二端，采样电阻Rcs的第二端耦接地。热敏电阻NTC和第三电容C3分别与第一电阻R1并联。第一电容C1的第一端耦接第二电阻R2的第一端，第一电容C1的第二端耦接采样电阻Rcs的第二端。在热敏元件上并联第三电容，可滤除外部对CS引脚处的干扰信号，有效提升开关控制电路的控制精度。

在本实用新型的一实施例中，控制芯片包括电流控制电路和驱动电路。电流控制电路的第一输入端耦接第一引脚以获得电流采样信号，电流控制电路的第二输入端耦接第一阈值，电流控制电路用于根据电流采样信号和第一阈值输出电流控制信号，并将电流控制信号输出至驱动电路，从而控制主开关管的开关状态。具体的，电流控制电路通过比较电流采样信号和第一阈值从而获得电流控制信号。驱动电路的输入端耦接电流控制电路的输出端，驱动电路的输出端耦接主开关管的控制端，驱动电路输出驱动信号以控制主开关管的开关状态。

在本实用新型的另一实施例中，控制芯片包括温度控制电路和驱动电路。温度控制电路包括电流源和检测电路。电流源的输出端耦接第一引脚，第一引脚为CS引脚，电流源用于在主开关管处于关断状态时输出预设电流以获得检测信号。当获得检测信号后，控制芯片即可控制停止输出预设电流，从而减小损耗。在具体的一实施例中，控制芯片由CS引脚向外输出预设电流，通过检测CS引脚获得检测信号，检测信号为检测电压，检测电压可表征检测温度，从而实现过温保护控制。检测电路的第一输入端耦接第一引脚从而获得检测信号，具体的，检测信号为检测电压。检测电路的第二输入端耦接第二阈值，检测电路的输出端耦接驱动电路的输入端，检测电路用于比较检测信号和第二阈值从而得到温度控制信号，检测电路输出温度控制信号至驱动电路。驱动电路根据温度控制信号控制主开关管的开关状态。当控制芯片触发过温保护时(例如检测信号大于第二阈值时)，控制芯片控制停止输出开关控制信号PWM或降低对负载的能量输出，其中，开关控制信号PWM为主开关管的驱动信号。

在本实用新型的又一实施例中，控制芯片包括温度控制电路和驱动电路。温度控制电路包括电压源和检测电路。电压源的输出端耦接第一引脚，第一引脚为CS引脚，电压源用于在主开关管处于关断状态时输出预设电压。当获得检测信号后控制芯片即可控制停止输出预设电压，从而减小损耗。在具体的一实施例中，控制芯片向CS引脚提供预设电压，通过检测CS引脚获得检测信号，检测信号为表征检测电流的电信号，检测电流即流过CS引脚的电流，检测电流可表征检测温度，从而实现过温保护控制。在本实用新型的一实施例中，检测电路的第一输入端耦接第一引脚从而获得检测信号，具体的，检测信号可以为电压信号或电流信号。检测电路的第二输入端耦接第二阈值，检测电路的输出端耦接驱动电路的输入端，检测电路用于比较检测信号和第二阈值从而得到温度控制信号，检测电路输出温度控制信号至驱动电路。驱动电路根据温度控制信号控制主开关管的开关状态。

在本实用新型的一实施例中，温度控制电路包括供电电路和检测电路。供电电路的输出端耦接第一引脚，供电电路的输出端输出预设电流或预设电压。检测电路的第一输入端耦接第一引脚以获得检测信号，检测电路的第二输入端耦接第二阈值，检测电路的输出端耦接驱动电路，检测电路用于根据检测信号和第二阈值输出温度控制信号，从而控制主开关管的开关状态。

本实用新型提出的一种开关控制电路，可通过单一引脚实现电流检测和温度检测，减少了对芯片引脚的需求。此外，省去了现有技术中的二极管并解决了现有技术所存在的技术问题。本实用新型通过将热敏元件耦接于第一引脚和芯片地之间。在主开关管处于开通状态时，通过第一引脚采样获取电流采样信号，控制芯片根据电流采样信号控制流过主开关管的电流。在主开关管处于关断状态时，可根据第一引脚外接的电阻值变化来表征温度变化，控制芯片通过第一引脚向第一引脚输出预设电流或预设电压从而获得检测信号，以实现过温保护控制。在本实用新型中，将热敏元件与第一电阻并联，并结合热敏元件与滤波电路串联的电路结构，避免热敏元件的阻值影响滤波电路的滤波常数。若将热敏元件设置在滤波电路之中，热敏元件将会影响RC滤波常数，将导致采样RC延时时间会随着温度的变化而变化，从而影响电流采样信号的采样精度。而本实用新型中，热敏元件与滤波电路串联，在获取电流采样信号时，热敏元件在滤波电路之后，不会引入采样延时，因此获取电流采样信号时无需做额外的增益补偿，主开关管处于开通期间，不会影响电流检测，本实用新型可有效解决这一问题。此外，若将热敏元件与滤波电路中的电阻并联，由于滤波电路中的电阻阻值相对较小(阻值一般在1k-2k欧姆左右)，而与滤波电路中的电阻并联的热敏电阻阻值在10k欧姆级别，并联后的热敏电阻的阻值变化对并联后阻值影响较小，因而导致温度检测精度较低。而本实用新型中，与热敏元件并联的第一电阻可选取阻值较大的电阻，从而提升了温度检测精度。综上可知，本实用新型在兼顾功能实现的同时，有效简化了电路结构，并获得了较高的控制精度。

本实用新型的另一实施例还公开了一种开关电源，开关电源包括如上任一项所述的开关控制电路，开关控制电路用于控制主开关管的开关状态，通过控制主开关管的开关状态可准确地控制开关电源的输出。在本实用新型的一实施例中，开关电源为Buck型开关电源、Boost型开关电源、Buck-Boost型开关电源、反激式开关电源、全桥型开关电源、半桥型开关电源、LLC型开关电源等之中的一种。

本实用新型的又一实施例还公开了一种开关控制方法，开关控制方法用于控制开关控制电路，开关控制电路包括控制芯片、第一电阻、热敏元件、滤波电路；控制芯片设有第一引脚，第一电阻的第一端耦接第一引脚，滤波电路的第一端耦接第一电阻的第二端，滤波电路的第二端耦接采样电阻，热敏元件与第一电阻并联；开关控制方法包括：在主开关管处于开通状态时，通过第一引脚采样获取电流采样信号，电流采样信号表征流过主开关管的电流；以及在主开关管处于关断状态时，通过第一引脚输出预设电流或预设电压从而获得检测信号以实现温度检测。

在本实用新型的另一实施例中，开关控制方法还包括根据电流采样信号和检测信号控制主开关管的开关状态。具体的，控制芯片根据电流采样信号和第一阈值生成电流控制信号，控制芯片根据检测信号和第二阈值生成温度控制信号，控制芯片根据电流控制信号和温度控制信号生成驱动信号以控制主开关管的开关状态。

本领域技术人员应当知道，说明书或附图所涉逻辑控制中的“高电平”与“低电平”、“置位”与“复位”、“与门”与“或门”、“同相输入端”与“反相输入端”等逻辑控制可相互调换或改变，通过调节后续逻辑控制而实现与上述实施例相同的功能或目的。

这里本实用新型的描述和应用是说明性的，并非想将本实用新型的范围限制在上述实施例中。说明书中所涉及的效果或优点等相关描述可因具体条件参数的不确定或其它因素影响而可能在实际实验例中不能体现，效果或优点等相关描述不用于对实用新型范围进行限制。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本实用新型的精神或本质特征的情况下，本实用新型可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本实用新型范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (10)

1.一种开关控制电路，用于控制开关电源中的主开关管，其特征在于，所述开关控制电路包括控制芯片、第一电阻、热敏元件、滤波电路；控制芯片设有第一引脚，第一电阻与滤波电路串联，第一电阻和滤波电路耦接于第一引脚和采样电阻之间，采样电阻用以采样流过主开关管的电流，热敏元件与第一电阻并联；控制芯片包括电流控制电路和温度控制电路，温度控制电路还包括供电电路，供电电路的输出端耦接第一引脚。

2.如权利要求1所述的开关控制电路，其特征在于，所述开关控制电路还包括：

第一二极管，其阳极耦接辅助绕组；以及

第二电容，其第一端分别耦接第一二极管的阴极和控制芯片的第二引脚，其第二端耦接地。

3.如权利要求1所述的开关控制电路，其特征在于，所述开关控制电路还包括：

第三电容，其第一端耦接第一引脚，其第二端耦接地。

4.如权利要求1所述的开关控制电路，其特征在于，所述开关控制电路还包括：

第三电容，其第一端耦接第一电阻的第一端，其第二端耦接第一电阻的第二端。

5.如权利要求1所述的开关控制电路，其特征在于，所述滤波电路包括：

第二电阻，其第一端耦接第一电阻的第二端，其第二端耦接采样电阻的第一端；以及

第一电容，其第一端耦接第一电阻的第二端，其第二端耦接地。

6.如权利要求1所述的开关控制电路，其特征在于，所述控制芯片包括：

电流控制电路，其第一输入端耦接第一引脚以获得电流采样信号，其第二输入端耦接第一阈值；以及

驱动电路，其输入端耦接电流控制电路的输出端，其输出端耦接主开关管。

7.如权利要求6所述的开关控制电路，其特征在于，温度控制电路包括：

供电电路，其输出端耦接第一引脚，其输出端输出预设电流或预设电压；以及

检测电路，其第一输入端耦接第一引脚以获得检测信号，其第二输入端耦接第二阈值，其输出端耦接驱动电路，其输出端输出温度控制信号。

8.如权利要求7所述的开关控制电路，其特征在于，所述供电电路包括电流源或电压源，所述电流源用以提供预设电流，所述电压源用以提供预设电压。

9.如权利要求7所述的开关控制电路，其特征在于，所述检测电路包括第一比较电路，第一比较电路的第一输入端耦接第一引脚，第一比较电路的第二输入端耦接第二阈值，第一比较电路的输出端输出温度控制信号。

10.一种开关电源，其特征在于，所述开关电源包括如权利要求1-9任一项所述的开关控制电路。

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