TW201407949A - 峰値電流信號產生電路，開關電源電路及其方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提出了一種峰值電流信號產生電路，開關電源電路及其方法，所述開關電源電路至少包括第一功率電晶體，所述峰值電流信號產生電路包括：第一電流源；峰值電容，與第一電流源並聯耦接，所述峰值電容兩端的電壓信號為峰值電流信號；低通濾波電路，第一端和第二端分別耦接至峰值電容的兩端，控制端接收表徵第一功率電晶體開關週期的脈衝信號；第一開關，第一端耦接至低通濾波電路的第三端，控制端接收重設信號；以及第一電壓源，第一端耦接至第一開關的第二端，第二端耦接至低通濾波電路的第二端。能夠實現根據負載情況調整峰值電流信號，使得開關電源電路的頻率隨著負載的降低而降低，同時避免產生次諧波振盪的目的。
Description
本發明涉及電壓轉換電路，更具體地說，本發明涉及電壓轉換電路中的開關電源電路及其峰值電流信號產生電路和方法。
開關電源電路通常在輕載時降低開關頻率，以得到較高的效率。但開關頻率過低會導致開關電源電路的輸出紋波變大，並且會影響電路的其他性能。尤其是在高端降壓(High Side Buck)電路中，開關頻率的降低會使控制電路不能及時檢測輸出電壓導致電路的瞬態響應受到影響。因此，在具有電流環控制的系統中，通常採用在負載減小時降低峰值電流信號的方法，使得系統的開關頻率不會隨著負載的減小而降低太多。其中常用的一種手段是根據開關電源電路中的功率電晶體的開關週期、關斷時間長度、或者導通時間長度來調整峰值電流信號。但採用該手段來調整峰值電流信號可能產生次諧波振盪。
本發明的目的在於解決現有技術的上述問題，提供一種峰值電流信號產生電路、採用該峰值電流信號產生電路的開關電源電路以及一種產生峰值電流信號的方法。
根據本發明的實施例，提出了一種峰值電流信號產生電路，所述峰值電流信號產生電路用於開關電源電路，所述開關電源電路至少包括第一功率電晶體，所述峰值電流信號產生電路包括：第一電流源；峰值電容，與第一電流源並聯耦接，所述峰值電容兩端的電壓信號為峰值電流信號；低通濾波電路，具有第一端、第二端、第三端和控制端，所述第一端和第二端分別耦接至峰值電容的兩端，所述控制端接收表徵第一功率電晶體開關週期的脈衝信號；第一開關，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至低通濾波電路的第三端，所述控制端接收重設信號；以及第一電壓源，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至第一開關的第二端，所述第二端耦接至低通濾波電路的第二端。
根據本發明的實施例，提出了一種開關電源電路，所述開關電源電路包括上述任何一種峰值電流信號產生電路，還包括：功率模組，包括串聯耦接的第二功率電晶體和第一功率電晶體，其中第一功率電晶體接收輸入電壓；濾波電路，包括電感和輸出電容，其中輸出電容的兩端提供輸出電壓給負載；回饋比較器，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，所述第一輸入端接收表徵輸出電壓的回
饋電壓，所述第二輸入端接收基準信號，基於所述回饋電壓和所述基準信號，所述回饋比較器在輸出端輸出設定信號；峰值比較器，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中所述第一輸入端接收電流檢測信號，所述第二輸入端接收峰值電流信號，基於電流檢測信號和峰值電流信號，所述峰值比較器輸出重設信號；以及邏輯電路，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，所述第一輸入端耦接至峰值比較器接收重設信號，所述第二輸入端耦接至回饋比較器接收設定信號，基於所述重設信號和設定信號，所述邏輯電路在輸出端輸出開關信號控制第一功率電晶體通斷。
根據本發明的實施例，提出了一種產生峰值電流信號的方法，所述峰值電流信號可用於開關電源電路中，所述開關電源電路包括控制電路和功率裝置，所述控制電路通過開關所述功率裝置調節從電源提供給輸出端的負載的能量，在一個週期中，當功率裝置導通時，所述電源向輸出端的負載提供能量；當功率裝置關閉時，所述電源停止向輸出端的負載提供能量，所述方法包括：在功率裝置導通瞬間，將濾波電容充電至基準值；將峰值電容和濾波電容耦接，將峰值電容和濾波電容上的電荷平均分配；以及對峰值電容和濾波電容進行放電，其中峰值電容兩端的電壓為所述峰值電流信號；其中，相鄰開關週期的峰值電流信號變化量的增益小於1。
根據本發明上述各方面的開關電源電路、峰值電流信
號產生電路及其方法，能夠實現根據負載情況調整峰值電流信號，使得開關電源電路的頻率隨著負載的降低而降低，同時避免產生次諧波振盪的目的。
M1‧‧‧功率電晶體
D1‧‧‧功率電晶體
D2‧‧‧回饋二極體
L1‧‧‧電感
C1‧‧‧輸出電容
C2‧‧‧回饋電容
R1、R2‧‧‧回饋電阻
100‧‧‧控制電路
103‧‧‧峰值比較器
105‧‧‧峰值電流產生電路
104‧‧‧回饋比較器
101‧‧‧RS正反器
300‧‧‧控制電路
305‧‧‧峰值電流產生電路
306‧‧‧低通濾波電路
307‧‧‧反相器
M2‧‧‧第一開關
M3‧‧‧第二開關
C4‧‧‧濾波電容
C3‧‧‧峰值電容
505‧‧‧峰值電流信號產生電路
R3‧‧‧峰值電阻
605‧‧‧峰值電流信號產生電路
C5‧‧‧電容
R4‧‧‧電阻
為了更好的理解本發明，將根據以下附圖對本發明進行詳細描述：圖1示出了現有的高端降壓電路的示意圖；圖2示出了圖1電路中的峰值電流信號Ipeak，電流檢測信號Ics，重設信號106和開關信號108的波形示意圖；圖3示出了根據本發明一實施例的開關電源電路結構示意圖；圖4示出了圖1電路中的峰值電流信號Ipeak、圖3電路中的峰值電流信號Ipeak’、電流檢測信號Ics、重設信號106和開關信號108的波形示意圖；圖5示出了根據本發明一實施例的峰值電流信號產生電路505的電路結構；圖6示出了根據本發明一實施例的峰值電流信號產生電路605的電路結構；圖7示出了開關信號108和方波信號TD的波形；圖8示出了根據本發明一實施例的產生峰值電流信號的方法800。
下面將詳細描述本發明的具體實施例，應當注意，這裏描述的實施例只用於舉例說明，並不用於限制本發明。在以下描述中，為了提供對本發明的透徹理解，闡述了大量特定細節。然而，對於本領域普通技術人員顯而易見的是：不必採用這些特定細節來實行本發明。在其他實例中，為了避免混淆本發明，未具體描述公知的電路、材料或方法。
在整個說明書中，對“一個實施例”、“實施例”、“一個示例”或“示例”的提及意味著：結合該實施例或示例描述的特定特徵、結構或特性被包含在本發明至少一個實施例中。因此，在整個說明書的各個地方出現的短語“在一個實施例中”、“在實施例中”、“一個示例”或“示例”不一定都指同一實施例或示例。此外，可以以任何適當的組合和/或子組合將特定的特徵、結構或特性組合在一個或多個實施例或示例中。此外，本領域普通技術人員應當理解，在此提供的附圖都是為了說明的目的，並且附圖不一定是按比例繪製的。應當理解，當稱元件“連接到”或“耦接到”另一元件時，它可以是直接連接或耦接到另一元件或者可以存在中間元件。相反，當稱元件“直接連接到”或“直接耦接到”另一元件時，不存在中間元件。相同的附圖標記指示相同的元件。這裏使用的術語“和/或”包括一個或多個相關列出的專案的任何和所有組合。
圖1示出了現有的高端降壓電路的示意圖。該電路包
括：功率模組，包括串聯耦接的第一功率電晶體M1和第二功率電晶體D1，其中第一功率電晶體M1接收輸入電壓VIN；濾波電路，包括電感L1和輸出電容C1，其中電感L1的第一端耦接至第一功率電晶體M1和第二功率電晶體D1的連接點，輸出電容C1的兩端提供輸出電壓VOUT給負載；回饋電路，包括回饋二極體D2、回饋電容C2以及第一回饋電阻R1和第二回饋電阻R2，其中第一回饋電阻R1和第二回饋電阻R2串聯耦接在回饋二極體D2的陰極和電感L1的第一端之間，回饋二極體D2的陽極耦接至電感L1的第二端，回饋電容C2的第一端耦接回饋二極體D2的陰極，第二端耦接電感L1的第一端，回饋電路在電阻R1和R2的連接點輸出表徵輸出電壓VOUT的回饋電壓VFB；控制電路100，具有第一輸入端100-1、第二輸入端100-2、接地端100-3和輸出端100-4，其中所述第一輸入端100-1接收表徵流過第一功率電晶體M1的電流的電流檢測信號Ics，所述第二輸入端100-2耦接至回饋電阻R1和R2的連接點接收回饋電壓VFB，所述接地端100-3耦接至第一功率電晶體M1和第二功率電晶體D1的連接點，基於電流檢測信號Ics和回饋電壓VFB，控制電路100在輸出端100-4輸出開關信號控制第一功率電晶體M1的通斷，以調節輸出到負載的能量。
圖1所示的高端降壓電路中，控制電路100包括：峰值比較器103，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，
其中所述第一輸入端接收電流檢測信號Ics，所述第二輸入端接收峰值電流信號Ipeak，基於電流檢測信號Ics和峰值電流信號Ipeak，所述峰值比較器103輸出重設信號106；峰值電流產生電路105，具有輸入端和輸出端，其中所述輸入端耦接至峰值比較器103的輸出端接收重設信號106，基於重設信號106，所述輸出端輸出峰值電流信號Ipeak；回饋比較器104，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，所述第一輸入端耦接至回饋電阻R1和R2的連接點接收回饋電壓VFB，所述第二輸入端接收基準信號VREF，基於所述回饋電壓VFB和所述基準信號VREF，所述回饋比較器104在輸出端輸出設定信號107；RS正反器101，具有設定端S，重設端R和輸出端Q，其中所述設定端S耦接至回饋比較器104的輸出端接收設定信號107，所述重設端R耦接至峰值比較器103的輸出端接收重設信號106，基於所述設定信號107和重設信號106，所述RS正反器101在輸出端Q輸出開關信號108控制第一功率電晶體M1的通斷。
圖2示出了圖1電路中的峰值電流信號Ipeak，電流檢測信號Ics，重設信號106和開關信號108的波形。下面結合圖1和圖2來說明控制電路100的工作過程。當第一功率電晶體M1導通時，電感電流(即流過第一功率電晶體M1的電流)增大，電流檢測信號Ics隨之增大。當電流檢測信號Ics的值增大至峰值電流信號Ipeak時，峰值比較器103翻轉，從而使重設信號106產生脈衝來重設
RS正反器101。RS正反器101輸出開關信號108來關斷第一功率電晶體M1。第一功率電晶體M1關斷後，第二功率電晶體D1導通，此時，輸出電壓VOUT開始下降，回饋電壓VFB反映了輸出電壓VOUT的大小。當回饋電壓VFB低於基準信號VREF時，回饋比較器104翻轉，使設定信號107產生脈衝，從而設定RS正反器101。RS正反器101輸出開關信號108來導通第一功率電晶體M1。
為了在輕載時降低高端降壓電路的開關頻率，提高輕載效率，圖1所示的電路採用了根據第一功率電晶體M1的關斷時間長度來調整峰值電流信號的控制方法。本領域普通技術人員應該明白，第一功率電晶體M1的導通時間長度或者開關信號108也可以用來調整峰值電流信號。在圖1中，所示峰值電流產生電路105包括：第一電流源I1、第一開關M2、峰值電容C3以及第一電壓源V1。其中峰值電容C3兩端電壓為峰值電流信號Ipeak。峰值電流信號Ipeak與第一功率電晶體M1的關斷時間長度成反比。第一功率電晶體M1的關斷時間長度越長，即負載越輕，峰值電流信號Ipeak的值越小。
峰值電流產生電路105的工作過程為：第一開關M2由重設信號106控制，當重設信號106產生脈衝重設RS正反器101時，第一開關M2閉合，峰值電容C3與第一電壓源V1連接，使得峰值電流信號Ipeak的值等於第一電壓源V1的值。由於重設信號106是個脈衝信號，並且
脈衝寬度較窄，所以在脈衝結束後，第一開關M2斷開，第一電流源I1對峰值電容C3放電，從而使峰值電流信號Ipeak以一定的斜率下降。峰值電流信號Ipeak的波形如圖2所示。可以看到，負載越輕，第一功率電晶體M1的關斷時間長度越長，峰值電容C3被第一電流源I1放電的時間越長，峰值電流信號Ipeak減得越小。本領域普通技術人員應該知道，第一開關M2並不必須由重設信號106控制，也可以由其他在第一功率電晶體M1關斷時有脈衝產生的信號來控制。
圖1所示的峰值電流產生電路105在電感電流受到擾動時將會使系統產生次諧波振盪。具體如下：假設峰值電流信號Ipeak受到擾動後增大了△Ipeak1。峰值電流信號Ipeak的增加將導致電感電流的上升時間增加，即會使得輸出到負載的能量增大而引起輸出電壓VOUT的增加。從而控制電路100將需要延長第一功率電晶體M1的關斷時間長度Toff來維持系統的穩定。也即是說，峰值電流信號Ipeak的增加將會延長第一功率電晶體M1的關斷時間長度Toff。而峰值電流產生電路105所產生的峰值電流信號Ipeak與第一功率電晶體M1的關斷時間長度Toff成反比。延長後的關斷時間長度Toff將會導致峰值電流信號Ipeak的減小。假設峰值電流信號Ipeak因為關斷時間長度Toff延長的原因減小了△Ipeak2。峰值電流信號Ipeak的減小又導致了電感電流的上升時間減少，即會使得輸出到負載的能量減少而引起輸出電壓VOUT的減小。從而控
制電路100需要減短第一功率電晶體M1的關斷時間長度Toff來維持系統的穩定。也就是說，峰值電流信號Ipeak的減小導致了第一功率電晶體M1的關斷時間長度Toff的縮短。因為峰值電流產生電路105所產生的峰值電流信號Ipeak與第一功率電晶體M1的關斷時間長度Toff成反比，縮短後的關斷時間長度Toff將會導致峰值電流信號Ipeak的增大。如前所述，增大的峰值電流信號Ipeak又會延長關斷時間長度Toff。如此循環往復，將產生次諧波，影響系統性能。
在上述迴圈中，當前開關週期的峰值電流信號Ipeak的增量△Ipeak1導致了下一個開關週期的峰值電流信號Ipeak的減少量△Ipeak2。兩個週期中峰值電流信號Ipeak的變化量的增益為：
在圖1所示電路中，峰值電流信號變化量△Ipeak1引起輸出電壓VOUT的增量△VOUT，因此導致的關斷時間長度Toff的增量△Toff為：
其中Reqc為電容C1的等效電阻，值較小可被忽略，
Resr為電容C1的等效寄生電阻，a為電容C2的放電斜率，即：
其中Vc2為電容C2兩端的電壓。則相鄰兩個週期中峰值電流信號Ipeak的變化量的增益Gain的計算等式如下：
其中b為第一功率電晶體M1的關斷時間長度Toff的變化量△Toff引起的峰值電流信號Ipeak的變化量△Ipeak2，即：
在等式(4)中，當|Gain|>1時，就會導致次諧波的產生。而在現有的根據第一功率電晶體的關斷時間長度或導通時間長度或開關週期來調整峰值電流信號的電路中，通常Gain都是大於1的。為了避免次諧波的產生，應使|Gain|<1。可通過增大a，或者減小b或Resc的值來達到該目的。在圖1電路中，峰值電流信號Ipeak根據第一功率
電晶體的關斷時間長度來調整。本領域普通技術人員應該知道，峰值電流信號Ipeak也可以根據第一功率電晶體的導通時間長度或者開關電源電路的開關週期來調整。
圖3示出了根據本發明一實施例的開關電源電路結構。在該開關電源電路中，相鄰週期的峰值電流信號Ipeak的變化量△Ipeak的增益Gain小於1，從而可以避免產生次諧波。所述開關電源電路包括：功率模組，包括串聯耦接的第一功率電晶體M1和第二功率電晶體D1，其中第一功率電晶體M1接收輸入電壓VIN；濾波電路，包括電感L1和輸出電容C1，其中電感L1的第一端耦接至第一功率電晶體M1和第二功率電晶體D1的連接點，輸出電容C1的兩端提供輸出電壓VOUT給負載；控制電路300，具有第一輸入端300-1、第二輸入端300-2、接地端300-3、和輸出端300-4，其中所述第一輸入端300-1接收表徵流過第一功率電晶體M1的電流的電流檢測信號Ics，所述第二輸入端300-2接收表徵輸出電壓VOUT的回饋電壓VFB，所述接地端300-3耦接至第一功率電晶體M1和第二功率電晶體D1的連接點，基於電流檢測信號Ics和回饋電壓VFB，控制電路300輸出開關信號控制第一功率電晶體M1，以調節輸出到負載的能量。
圖3所示為高端降壓電路結構。在該電路中，所述回饋電壓VFB由一回饋電路產生，所述回饋電路包括回饋二極體D2、回饋電容C2、第一回饋電阻R1和第二回饋電阻R2，其中第一回饋電阻R1和第二回饋電阻R2串聯
耦接在回饋二極體D2的陰極和電感L1的第一端之間；回饋二極體D2的陽極耦接至電感L1的第二端；回饋電容C2的第一端耦接至回饋二極體的陰極，第二端耦接至電感L1的第一端；回饋電路在第一回饋電阻R1和第二回饋電阻R2的連接點輸出反映輸出電壓VOUT的回饋電壓VFB。本領域普通技術人員應該知道，控制電路300可用於其他拓撲結構的開關電源電路，比如降壓(BUCK)電路、升壓(BOOST)電路或者BUCK-BOOST電路等。當控制電路300用於普通BUCK電路中，所述接地端300-3接地。所述回饋電路包括電阻網路，耦接在輸出電壓VOUT和地之間，將輸出電壓VOUT分壓後生成回饋電壓VFB。因此，回饋電路的結構並不局限於圖3電路中所示結構。
在圖3中，控制電路300包括：峰值比較器103，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中所述第一輸入端接收電流檢測信號Ics，所述第二輸入端接收峰值電流信號Ipeak’，基於電流檢測信號Ics和峰值電流信號Ipeak’，所述峰值比較器103輸出重設信號106；峰值電流產生電路305，具有輸入端，接地端和輸出端，其中所述輸入端接收表徵第一功率電晶體開關週期的脈衝信號，所述接地端耦接至第一功率電晶體M1和第二功率電晶體D1的連接點，基於脈衝信號，所述輸出端輸出峰值電流信號Ipeak’；回饋比較器104，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，所述第一輸入端接收回饋電壓VFB，所述
第二輸入端接收基準信號VREF，基於所述回饋電壓VFB和所述基準信號VREF，所述回饋比較器104在輸出端輸出設定信號107；邏輯電路101，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中所述第一輸入端耦接至回饋比較器104的輸出端接收設定信號107，所述第二輸入端耦接至峰值比較器103的輸出端接收重設信號106，基於所述設定信號107和重設信號106，所述邏輯電路101在輸出端輸出開關信號108控制第一功率電晶體M1的通斷。
在一個實施例中，所述脈衝信號包括重設信號106。
在一個實施例中，所述邏輯電路101包括RS正反器。所述RS正反器具有設定端S，重設端R和輸出端Q，所述設定端S耦接至回饋比較器104的輸出端接收設定信號107，所述重設端耦接至峰值比較器103的輸出端接收重設信號106，所述輸出端Q提供開關信號108。
在圖3所示實施例中，所述第二功率電晶體D1由二極體實現。本領域普通技術人員應該知道，所述第一功率電晶體M1和第二功率電晶體D1可以包括MOSFET(金屬氧化物半導體場效應電晶體)，三極電晶體等半導體裝置。
圖3所示的開關電源電路採用了根據第一功率電晶體M1的關斷時間長度來調整峰值電流信號的控制方法。在圖3中，所示峰值電流信號產生電路305包括：第二電流源I2；峰值電容C3，與第二電流源I2並聯耦接，所述峰值電容C3兩端的電壓信號為峰值電流信號Ipeak’；低通
濾波電路306，具有第一端、第二端、第三端和控制端，所述第一端和第二端分別耦接至峰值電容C3的兩端，所述控制端接收重設信號106；第一開關M2，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至低通濾波電路306的第三端，所述控制端接收重設信號106；以及第一電壓源V1，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至第一開關M2的第二端，所述第二端耦接至低通濾波電路306的第二端。峰值電流信號Ipeak’與第一功率電晶體M1的關斷時間長度成反比。第一功率電晶體M1的關斷時間長度越長，峰值電流信號Ipeak’的值越小。
在一個實施例中，低通濾波電路306包括：第二開關M3，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至低通濾波電路306的第一端，所述第二端耦接至低通濾波電路306的第三端，所述控制端接收重設信號106；以及濾波電容C4，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至低通濾波電路306的第三端，所述第二端耦接至低通濾波電路306的第二端。
在一個實施例中，低通濾波電路306還包括反相器307，具有輸入端和輸出端，所述輸入端耦接至峰值比較器的輸出端接收重設信號106，所述輸出端耦接至第二開關M3的控制端，將反相後的重設信號提供給第二開關M3。
圖4示出了圖1電路中的峰值電流信號Ipeak、圖3電路中的峰值電流信號Ipeak’、電流檢測信號Ics、重設
信號106和開關信號108的波形。峰值電流產生電路305的工作過程如下：第一開關M2由重設信號106控制，當重設信號106重設RS正反器101時，第一開關M2閉合，濾波電容C4與第一電壓源V1並聯連接，使得濾波電容C4兩端的電壓值等於第一電壓源V1的值。由於重設信號106是個脈衝信號，並且脈衝寬度較窄，所以在脈衝結束後，第一開關M2斷開。第二開關M3的控制信號為反相的重設信號106，因此當第一開關M2斷開時，第二開關M3閉合，使濾波電容C4上的電荷與峰值電容C3上的電荷相平均。同時第二電流源I2對峰值電容C3和濾波電容C4放電，從而使峰值電流信號Ipeak’以一定的斜率下降。峰值電流信號Ipeak’的波形如圖4所示。與圖2中所示的峰值電流信號Ipeak相比，峰值電流信號Ipeak’的斜率更小。也即是說，相比於圖1的電路，圖3的電路中，b的值，也就是第一功率電晶體M1的關斷時間長度Toff的變化量△Toff引起的峰值電流信號Ipeak’的變化量△Ipeak’要小得多。為：
在等式(3)中，可通過調節第二電流源I2、電容C3或者電容C4的值來調節第一功率電晶體M1的關斷時間長度Toff的變化量△Toff引起的峰值電流信號Ipeak’的變化量△Ipeak’，從而使Gain<1。
通過上文可知，避免系統產生次諧波的關鍵在於使相鄰周期間的峰值電流信號變化量的增益小於1。
本領域普通技術人員應該知道，第一開關M2和第二開關M3並不必須由重設信號106控制，也可以由其他在第一功率電晶體M1關斷時有脈衝產生的信號來控制。同時，本發明也同樣適用於根據第一功率電晶體M1的導通時間長度Ton或者第一功率電晶體M1的開關週期來產生峰值電流信號的電路。
峰值電流產生電路305可以理解為頻率控制電壓源，即峰值電流產生電路305基於第一功率電晶體M1的關斷時間長度，導通時間長度或者開關週期等跟開關電源電路的頻率相關的頻率信號來產生峰值電流信號。
峰值電流信號產生電路也可以由頻率控制電流源電路來實現。圖5示出了根據本發明一實施例的峰值電流信號產生電路505的電路結構。峰值電流信號產生電路505包括：頻率控制電流源Ifc，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至供電電源，所述控制端接收表徵開關電源電路的關斷時間長度Toff的頻率信號TF，基於所述頻率信號TF，所述頻率控制電流源Ifc在第二端提供電流；以及峰值電阻R3，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至頻率控制電流源Ifc的第二端，所述第二端接地，所述頻率控制電流源Ifc提供的電流流過峰值電阻R3，在峰值電阻R3上產生的電壓信號為峰值電流信號Ipeak。頻率控制電流源Ifc所提供的電流大小與頻率信號
TF成反比；頻率信號TF越大，頻率控制電流源Ifc所提供的電流越小，則峰值電流信號Ipeak也就越小，頻率信號TF與峰值電流信號Ipeak的關係如下：
在上式中，K1為頻率信號TF與頻率控制電流源Ifc的電流的比率係數。在該實施例中，可通過控制峰值電阻R3的大小或者比率係數K1來調節峰值電流信號Ipeak與代表關斷時間長度Toff的頻率信號TF的關係。即可以通過控制峰值電阻R3的大小或者比率係數K1來調節b的值，即第一功率電晶體M1的關斷時間長度Toff的變化量△Toff引起的峰值電流信號Ipeak的變化量△Ipeak，從而使Gain<1。
圖6示出了根據本發明一實施例的峰值電流信號產生電路605的電路結構。所述峰值電流信號產生電路605包括：電容C5，具有第一端和第二端，所述第一端接地，所述第二端提供峰值電流信號Ipeak；電阻R4，與電容C5並聯連接；第三開關M4，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至電容C5的第二端，所述控制端接收方波信號TD；以及第三電流源I3，具有第一端和第二端，所述第一端接地，所述第二端耦接至第三開關M4的第二端。
圖7示出了開關信號108和方波信號TD的波形。在
一個實施例中，當開關信號108為高電平，控制第一功率電晶體M1導通；當開關信號108為低電平時，控制第一功率電晶體M1關斷。方波信號與開關信號108同步。當第一功率電晶體M1導通時，方波信號TD跳轉為高電平，並保持預設時間長度ton。時間長度ton可根據電路的實際應用情況進行調整。
當峰值電流信號產生電路605應用於圖3所示的開關電源電路中時，峰值電流信號產生電路605的工作過程如下：當第一功率電晶體M1導通時，第三開關M4閉合，第三電流源I3給電阻R4提供電流，給電容C5充電；第三開關電晶體M4在導通時間長度達到預設時間長度ton後斷開，電容C5向電阻R供電。由此可見，峰值電流信號Ipeak值由下式決定：
其中T為開關電源電路的開關週期。當第三電流源I3的值及電阻R4的值確定後，峰值電流信號與開關電源電路的開關週期T相關。在該實施例中，可通過調整第三電流源I3、電阻R4或者方波信號TD的時間長度ton來調節峰值電流信號Ipeak與電路的開關週期T之間的關係，從而控制相鄰周期間峰值電流信號變化量△Ipeak的增益Gain。例如可通過減小第三電流源I3或者電阻R4的值，使Gain<1，消除次諧波。
本領域普通技術人員應該知道，峰值電流信號產生電路305、峰值電流信號產生電路505以及峰值電流信號產生電路605可用於BUCK電路，BOOST電路或BUCK-BOOST電路等拓撲結構的開關電源電路。
圖8示出了根據本發明一實施例的產生峰值電流信號的方法800。所產生的峰值電流信號可用於開關電源電路中，如BUCK電路，BOOST電路或者BUCK-BOOST電路等，需要用到峰值電流控制的控制電路中。在這些開關電源電路中，控制電路通過開關功率裝置調節從電源提供給輸出端的負載的能量。在一個週期中，當功率裝置導通時，所述電源向輸出端的負載提供能量；當功率裝置關閉時，所述電源停止向輸出端的負載提供能量。所述方法800包括：步驟801，在功率裝置導通瞬間，將濾波電容充電至基準值；步驟802，將峰值電容和濾波電容耦接，將峰值電容和濾波電容上的電荷平均分配；以及步驟803，對峰值電容和濾波電容進行放電，其中峰值電容兩端的電壓為所述峰值電流信號；其中，相鄰開關週期的峰值電流信號變化量的增益小於1。
雖然已參照幾個典型實施例描述了本發明，但應當理解，所用的術語是說明和示例性、而非限制性的術語。由於本發明能夠以多種形式具體實施而不脫離發明的精神或
實質，所以應當理解，上述實施例不限於任何前述的細節，而應在隨附申請專利範圍所限定的精神和範圍內廣泛地解釋，因此落入申請專利範圍或其等效範圍內的全部變化和改型都應為隨附申請專利範圍所涵蓋。
M1‧‧‧功率電晶體
D1‧‧‧功率電晶體
D2‧‧‧回饋二極體
L1‧‧‧電感
C1‧‧‧輸出電容
C2‧‧‧回饋電容
R1、R2‧‧‧回饋電阻
103‧‧‧峰值比較器
105‧‧‧峰值電流產生電路
101‧‧‧RS正反器
300‧‧‧控制電路
305‧‧‧峰值電流產生電路
306‧‧‧低通濾波電路
307‧‧‧反相器
M2‧‧‧第一開關
M3‧‧‧第二開關
C4‧‧‧濾波電容
C3‧‧‧峰值電容
106‧‧‧重設信號
107‧‧‧設定信號
108‧‧‧開關信號
300-1‧‧‧第一輸入端
300-2‧‧‧第二輸入端
300-3‧‧‧接地端
300-4‧‧‧輸出端
I2‧‧‧第二電流源
V1‧‧‧第一電壓源
VIN‧‧‧輸入電壓
VFB‧‧‧回饋電壓
VREF‧‧‧基準信號
Ics‧‧‧電流檢測信號
Ipeak’‧‧‧峰值電流信號
VOUT‧‧‧輸出電壓
Claims (10)
- 一種峰值電流信號產生電路，該峰值電流信號產生電路用於開關電源電路，該開關電源電路至少包括第一功率電晶體，該峰值電流信號產生電路包括：第一電流源；峰值電容，與第一電流源並聯耦接，該峰值電容兩端的電壓信號為峰值電流信號；低通濾波電路，具有第一端、第二端、第三端和控制端，該第一端和第二端分別耦接至峰值電容的兩端，該控制端接收表徵第一功率電晶體開關週期的脈衝信號；第一開關，具有第一端、第二端和控制端，該第一端耦接至低通濾波電路的第三端，該控制端接收重設信號；以及第一電壓源，具有第一端和第二端，該第一端耦接至第一開關的第二端，該第二端耦接至低通濾波電路的第二端。
- 如申請專利範圍第1項該的峰值電流信號產生電路，其中，該低通濾波電路包括：第二開關，具有第一端、第二端和控制端，該第一端耦接至低通濾波電路的第一端，該第二端耦接至低通濾波電路的第三端，該控制端接收脈衝信號；以及濾波電容，具有第一端和第二端，該第一端耦接至低通濾波電路的第三端，該第二端耦接至低通濾波電路的第二端。
- 一種開關電源電路，包括如申請專利範圍第1或2項中任一項該的峰值電流信號產生電路，其特徵在於，還包括：功率模組，包括串聯耦接的第二功率電晶體和該第一功率電晶體，其中第一功率電晶體接收輸入電壓；濾波電路，包括電感和輸出電容，其中輸出電容的兩端提供輸出電壓給負載；回饋比較器，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，該第一輸入端接收表徵輸出電壓的回饋電壓，該第二輸入端接收基準信號，基於該回饋電壓和該基準信號，該回饋比較器在輸出端輸出設定信號；峰值比較器，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中該第一輸入端接收電流檢測信號，該第二輸入端接收峰值電流信號，基於電流檢測信號和峰值電流信號，該峰值比較器輸出重設信號；以及邏輯電路，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，該第一輸入端耦接至峰值比較器接收重設信號，該第二輸入端耦接至回饋比較器接收設定信號，基於該重設信號和設定信號，該邏輯電路在輸出端輸出開關信號控制第一功率電晶體的通斷。
- 如申請專利範圍第3項該的開關電源電路，其中，還包括回饋電路，接收輸出電壓，基於輸出電壓產生回饋電壓，該回饋電路包括回饋二極體、回饋電容、第一回饋電阻和第二回饋電阻，其中： 第一回饋電阻和第二回饋電阻串聯耦接在回饋二極體的陰極和電感的第一端之間；回饋二極體的陽極耦接至電感的第二端；回饋電容的第一端耦接至回饋二極體的陰極，第二端耦接至電感的第一端；回饋電路在第一回饋電阻和第二回饋電阻的連接點輸出反映輸出電壓的回饋電壓。
- 一種峰值電流信號產生電路，該峰值電流信號產生電路用於開關電源電路，該峰值電流信號產生電路包括：頻率控制電流源，具有第一端、第二端和控制端，該第一端耦接至供電電源，該控制端接收頻率信號，基於該頻率信號，該頻率控制電流源在第二端提供電流；以及峰值電阻，具有第一端和第二端，該第一端耦接至頻率控制電流源的第二端，該第二端接地，該頻率控制電流源提供的電流流過峰值電阻，在峰值電阻上產生的電壓信號為峰值電流信號。
- 如申請專利範圍第5項該的峰值電流信號產生電路，其中該頻率控制電流源所提供的電流大小與頻率信號成反比。
- 一種峰值電流信號產生電路，包括：電容，具有第一端和第二端，該第一端接地，該第二端提供峰值電流信號；電阻，與電容並聯； 第三開關，具有第一端、第二端和控制端，該第一端耦接至電容的第二端，該控制端接收方波信號；以及以及第三電流源，具有第一端和第二端，該第一端接地，該第二端耦接至第三開關的第二端。
- 一種開關電源電路，包括申請專利範圍第7項該的峰值電流信號產生電路，其中，還包括：功率模組，包括串聯耦接的第一功率電晶體和第二功率電晶體，其中第一功率電晶體接收輸入電壓；濾波電路，包括電感和輸出電容，其中輸出電容的兩端提供輸出電壓給負載；回饋比較器，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，該第一輸入端接收表徵輸出電壓的回饋電壓，該第二輸入端接收基準信號，基於該回饋電壓和該基準信號，該回饋比較器在輸出端輸出設定信號；峰值比較器，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中該第一輸入端接收電流檢測信號，該第二輸入端接收峰值電流信號，基於電流檢測信號和峰值電流信號，該峰值比較器輸出重設信號；以及邏輯電路，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，該第一輸入端耦接至峰值比較器接收重設信號，該第二輸入端耦接至回饋比較器接收設定信號，基於該重設信號和設定信號，該邏輯電路在輸出端輸出開關信號控制第一功率電晶體的通斷；其中，該方波信號與第一功率電晶體的開關週期相 關。
- 如申請專利範圍第8項該的開關電源電路，其中，還包括回饋電路，接收輸出電壓，基於輸出電壓產生回饋電壓，該回饋電路包括回饋二極體、回饋電容、第一回饋電阻和第二回饋電阻，其中：第一回饋電阻和第二回饋電阻串聯耦接在回饋二極體的陰極和電感的第一端之間；回饋二極體的陽極耦接至電感的第二端；回饋電容的第一端耦接至回饋二極體的陰極，第二端耦接至電感的第一端；回饋電路在第一回饋電阻和第二回饋電阻的連接點輸出反映輸出電壓的回饋電壓。
- 一種產生峰值電流信號的方法，該峰值電流信號可用於開關電源電路中，該開關電源電路包括控制電路和功率裝置，該控制電路通過開關該功率裝置調節從電源提供給輸出端的負載的能量，在一個週期中，當功率裝置導通時，該電源向輸出端的負載提供能量；當功率裝置關閉時，該電源停止向輸出端的負載提供能量，該方法包括：在功率裝置導通瞬間，將濾波電容充電至基準值；將峰值電容和濾波電容耦接，將峰值電容和濾波電容上的電荷平均分配；以及對峰值電容和濾波電容進行放電，其中峰值電容兩端的電壓為該峰值電流信號；其中，相鄰開關週期的峰值電流信號變化量的增益小 於1。
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