一种抗磁干扰的开关电源及其控制电路和控制方法技术

公开了开关电源及其控制电路和控制方法。控制电路包括根据开关电源的输出电压提供误差放大信号的误差放大单元、判断开关电源是否受到外部磁场的影响并提供磁场检测信号的磁场检测单元、根据磁场检测信号提供时钟信号的频率控制单元、以及提供开关控制信号以控制开关电源中的主功率开关的开关控制单元，其中开关控制单元响应于误差放大信号控制主功率开关的占空比，响应于时钟信号控制主功率开关的开关频率。与现有技术相比，在实现开关频率可控的同时，可以消除或减弱外部磁场对开关电源的干扰，具有较简单的结构和较低的成本。

【技术实现步骤摘要】
一种抗磁干扰的开关电源及其控制电路和控制方法
本专利技术的实施例涉及一种电子电路，更具体地说，尤其涉及一种开关电源。
技术介绍
开关电源由于其具有较快的瞬态响应、较低的损耗等优点已广泛的应用于各领域中。然而，当应用于电表等领域时，将面临有可能存在外部强磁场干扰的问题。一种现有的解决方法是，增加机械屏蔽外壳，以屏蔽外部强磁场对开关电源的干扰，此种方法的缺点是增加了成本和体积。另一种现有的解决方法是，设计开关电源中的磁性元件时，例如设计电感或变压器时，留有非常大的余量，此种方法将会导致开关电源中的磁性元件体积非常庞大，同时也增加了成本。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种开关电源及其控制电路和控制方法。根据本专利技术实施例的一种用于开关电源的控制电路，所述开关电源包括磁性元件、耦接至磁性元件的主功率开关、接收输入电压的输入端口、以及提供输出电压的输出端口，所述控制电路包括：误差放大单元，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端接收参考信号，第二输入端接收代表输出电压的电压反馈信号，所述误差放大单元根据参考信号和电压反馈信号之间的差值，在输出端提供误差放大信号；磁场检测单元，具有输出端，所述磁场检测单元判断开关电源是否受到外部磁场的影响，并在其输出端提供磁场检测信号；频率控制单元，具有第一输入端、第二输入端、第三输入端和输出端，其中第一输入端耦接至磁场检测单元的输出端以接收磁场检测信号，第二输入端接收频率设置电压，第三输入端接收频率调整电压，所述频率控制单元根据磁场检测信号、频率设置电压、以及频率调整电压在其输出端提供时钟信号，当磁场检测信号指示开关电源未受到外部磁场的影响时，频率控制单元根据频率设置电压控制时钟信号的频率等于一频率预设值，当磁场检测信号指示开关电源受到了外部磁场的影响时，频率控制单元根据频率设置电压和频率调整电压控制时钟信号的频率等于所述频率预设值的N倍，N为大于1的整数；以及开关控制单元，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至误差放大单元的输出端，第二输入端耦接至频率控制单元的输出端以接收时钟信号，所述开关控制单元在其输出端提供开关控制信号以控制主功率开关的导通及关断，其中开关控制单元响应于误差放大信号控制主功率开关的占空比，响应于时钟信号控制主功率开关的开关频率。根据本专利技术实施例的一种开关电源，包括：变压器，具有初级绕组和次级绕组，其中初级绕组接收输入电压；主功率开关，耦接至初级绕组；整流电路，耦接至次级绕组并提供输出电压；反馈电路，提供代表输出电压的电压反馈信号；以及控制电路，接收电压反馈信号，并根据电压反馈信号提供开关控制信号以控制主功率开关的导通及关断，所述控制电路响应于电压反馈信号以控制主功率开关的占空比，所述控制电路根据开关电源是否受到外部磁场的影响控制主功率开关的开关频率，其中当开关电源未受到外部磁场的影响时，控制主功率开关的开关频率等于频率预设值，以及当开关电源受到外部磁场的影响时，控制主功率开关的开关频率等于所述频率预设值的N倍，N为大于1的整数。根据本专利技术实施例的一种用于开关电源的控制方法，所述开关电源包括磁性元件、耦接至磁性元件的主功率开关、接收输入电压的输入端口、以及提供输出电压的输出端口，所述控制方法包括：根据输出电压提供电压反馈信号；根据参考信号与电压反馈信号之间的差值提供误差放大信号；根据误差放大信号，控制主功率开关的占空比；以及判断开关电源是否受到外部磁场的影响；其中当开关电源未受到外部磁场的影响时，开关电源处于正常工作模式，控制开关频率等于第一频率预设值；以及当开关电源受到外部磁场的影响，开关电源进入抗磁模式，控制开关频率等于第二频率预设值，其中第二频率预设值大于第一频率预设值。根据本专利技术实施例的开关电源，在实现开关频率可控的同时，可以消除或减弱外部磁场对开关电源的干扰，具有较简单的结构和较低的成本。附图说明为了更好的理解本专利技术，将根据以下附图对本专利技术进行详细描述：图1示出了根据本专利技术一实施例的开关电源100的电路框图；图2示出了根据本专利技术一实施例的开关电源200的电路框图；图3示出了根据本专利技术一实施例的图2所示开关电源200根据误差放大信号COMP调整开关频率Fs的示意图；图4示出了根据本专利技术一实施例的磁场检测单元32的电路结构图；图5示出了根据本专利技术一实施例的图2所示开关电源200根据电流检测信号CS的斜率Rcs调整开关频率Fs的示意图；图6示出了根据本专利技术另一实施例的磁场检测单元32的电路结构图；图7示出了根据本专利技术一实施例的频率控制单元33的电路结构图；图8示出了根据本专利技术一实施例的用于开关电源的控制方法流程图。具体实施方式下面将详细描述本专利技术的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本专利技术。在以下描述中，为了提供对本专利技术的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本专利技术。在其他实例中，为了避免混淆本专利技术，未具体描述公知的电路、材料或方法。在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本专利技术至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。应当理解，当称元件“耦接到”或“连接到”另一元件时，它可以是直接耦接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。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。针对
技术介绍
中提出的问题，本专利技术的实施例提出了一种可根据外部磁场调整开关频率的开关电源。当开关电源未受到外部磁场的影响时，所述开关电源正常工作，开关频率等于频率预设值；当开关电源受到外部磁场的影响时，所述开关电源进入抗磁模式，开关频率等于频率预设值的N倍，N为大于1的正整数。图1示出了根据本专利技术一实施例的开关电源100的电路框图。开关电源100包括接收输入电压Vin的输入端口、提供输出电压Vo的输出端口、包括磁性元件11和主功率开关12的功率电路10、反馈电路20、以及控制电路30，其中主功率开关12耦接至磁性元件11。反馈电路20采样输出电压Vo，并提供代表输出电压Vo的电压反馈信号VFB。控制电路30接收电压反馈信号VFB，并提供开关控制信号Vg以控制主功率开关12的导通及关断。控制电路30根据电压反馈信号VFB控制主功率开关12的占空比。本领域技术人员可知，主功率开关12的占空比代表了主功率开关12的导通时长和开关周期之比。控制电路30判断开关电源是否受到外部磁场的影响。当开关电源100未受到外部磁场的影响时，开关电源100处于正常工作模式，控制电路30控制主功率开关12的开关频率Fs等于频率预设值Fset1；否则当开关电源100受到外部磁场的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于开关电源的控制电路，所述开关电源包括磁性元件、耦接至磁性元件的主功率开关、接收输入电压的输入端口、以及提供输出电压的输出端口，所述控制电路包括：误差放大单元，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端接收参考信号，第二输入端接收代表输出电压的电压反馈信号，所述误差放大单元根据参考信号和电压反馈信号之间的差值，在输出端提供误差放大信号；磁场检测单元，具有输出端，所述磁场检测单元判断开关电源是否受到外部磁场的影响，并在其输出端提供磁场检测信号；频率控制单元，具有第一输入端、第二输入端、第三输入端和输出端，其中第一输入端耦接至磁场检测单元的输出端以接收磁场检测信号，第二输入端接收频率设置电压，第三输入端接收频率调整电压，所述频率控制单元根据磁场检测信号、频率设置电压、以及频率调整电压在其输出端提供时钟信号，当磁场检测信号指示开关电源未受到外部磁场的影响时，频率控制单元根据频率设置电压控制时钟信号的频率等于一频率预设值，当磁场检测信号指示开关电源受到了外部磁场的影响时，频率控制单元根据频率设置电压和频率调整电压控制时钟信号的频率等于所述频率预设值的N倍，N为大于1的整数；以及开关控制单元，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至误差放大单元的输出端，第二输入端耦接至频率控制单元的输出端以接收时钟信号，所述开关控制单元在其输出端提供开关控制信号以控制主功率开关的导通及关断，其中开关控制单元响应于误差放大信号控制主功率开关的占空比，响应于时钟信号控制主功率开关的开关频率。...

【技术特征摘要】
1.一种用于开关电源的控制电路，所述开关电源包括磁性元件、耦接至磁性元件的主功率开关、接收输入电压的输入端口、以及提供输出电压的输出端口，所述控制电路包括：误差放大单元，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端接收参考信号，第二输入端接收代表输出电压的电压反馈信号，所述误差放大单元根据参考信号和电压反馈信号之间的差值，在输出端提供误差放大信号；磁场检测单元，具有输出端，所述磁场检测单元判断开关电源是否受到外部磁场的影响，并在其输出端提供磁场检测信号；频率控制单元，具有第一输入端、第二输入端、第三输入端和输出端，其中第一输入端耦接至磁场检测单元的输出端以接收磁场检测信号，第二输入端接收频率设置电压，第三输入端接收频率调整电压，所述频率控制单元根据磁场检测信号、频率设置电压、以及频率调整电压在其输出端提供时钟信号，当磁场检测信号指示开关电源未受到外部磁场的影响时，频率控制单元根据频率设置电压控制时钟信号的频率等于一频率预设值，当磁场检测信号指示开关电源受到了外部磁场的影响时，频率控制单元根据频率设置电压和频率调整电压控制时钟信号的频率等于所述频率预设值的N倍，N为大于1的整数；以及开关控制单元，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至误差放大单元的输出端，第二输入端耦接至频率控制单元的输出端以接收时钟信号，所述开关控制单元在其输出端提供开关控制信号以控制主功率开关的导通及关断，其中开关控制单元响应于误差放大信号控制主功率开关的占空比，响应于时钟信号控制主功率开关的开关频率。2.如权利要求1所述的控制电路，其中磁场检测单元还包括输入端，所述输入端接收误差放大信号，磁场检测单元根据误差放大信号判断开关电源是否受到外部磁场的影响，其中当误差放大信号大于第一阈值时，判断开关电源受到外部磁场的影响，磁场检测信号变为第一状态，以及当误差放大信号小于第二阈值时，判断开关电源不再受到外部磁场的影响，磁场检测信号变为第二状态，其中第一阈值大于第二阈值。3.如权利要求1所述的控制电路，其中磁场检测单元还包括输入端，所述输入端接收代表了流过主功率开关的电流的电流检测信号，磁场检测单元根据电流检测信号的斜率判断开关电源是否受到外部磁场的影响，其中当电流检测信号的斜率大于第三阈值时，判断开关电源受到外部磁场的影响，磁场检测信号变为第一状态，以及当电流检测信号的斜率小于第四阈值时，判断开关电源不再受到外部磁场的影响，磁场检测信号变为第二状态，其中第三阈值大于第四阈值。4.如权利要求1所述的控制电路，其中磁场检测单元还包括：斜率检测电路，接收代表了流过主功率开关的电流的电流检测信号，所述斜率检测电路根据电流检测信号提供电流检测信号的斜率；电压前馈电路，根据输入电压提供第三阈值和第四阈值，其中第三阈值和第四阈值随着输入电压的变化而变化，且第三阈值大于第四阈值；以及比较电路，根据电流检测信号的斜率、第三阈值、以及第四阈值提供磁场检测信号，其中当电流检测信号的斜率大于第三阈值时，判断开关电源受到外部磁场的影响，磁场检测信号变为第一状态，以及当电流检测信号的斜率小于第四阈值时，判断开关电源不再受到外部磁场的影响，磁场...

【专利技术属性】
技术研发人员：王斯然，
申请(专利权)人：成都芯源系统有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51