开关电源、开关电源的控制电路和控制方法技术

本申请公开了一种开关电源、开关电源的控制电路和控制方法。控制电路包括：准谐振控制单元，根据开关电源包含的功率开关管的第一端与第二端之间的端电压产生检测信号；调制单元，根据检测信号提供开关信号至功率开关管的控制端，并对检测信号的状态进行检测，当开关电源处于非连续导通模式时，调制单元调节开关信号的有效脉宽以增大或减小功率开关管在各个开关周期内的导通时间和关断时间，使得开关周期的时长逐周期地改变，当检测信号表征端电压谐振至波谷时，调制单元输出有效的开关信号以导通功率开关管，从而实现准谐振控制。本申请提供的开关电源、开关电源的控制电路和控制方法能够同时实现准谐振控制技术和频率抖动控制技术。

【技术实现步骤摘要】
开关电源、开关电源的控制电路和控制方法
本专利技术涉及集成电路领域，具体地，涉及一种开关电源、开关电源的控制电路和控制方法。
技术介绍
开关电源是一种集成电路领域的常用电路，其中反激式(Flyback)开关电源凭借着它结构简单、体积小以及可多路输出等优势，占据了小功率开关电源中非常重要的地位。传统的反激式开关电源的工作原理是：利用开关信号控制功率开关管的导通和关断，变压器中的初级电感在功率开关管导通时储蓄能量，变压器中的次级电感与初级电感耦合且在功率开关管关断时向输出电容放电以维持由输出电容两端提供的输出电压。反激式开关电源通常具有连续导通模式(ContinuousConductionMode,CCM)和非连续导通模式(DiscontinuousConductionMode,DCM)这两种工作模式，二者的区别在于：在连续导通模式下，变压器中的次级电感放电未完全结束时开关信号就会控制功率开关管再次导通；而在非连续导通模式下，次级电感放电结束之后开关信号才会控制功率开关管导通。其中，在非连续导通模式下，当次级电感已放电结束而功率开关管未导通时，由于初级电感、功率开关管的漏源寄生电容以及电流采样电阻等电路成分的共同作用，功率开关管的漏源电压会出现正弦波振荡现象。因此，工作在非连续导通模式下的反激式开关电源广泛地采用了准谐振(Quasi-Resonant,QR)技术，该技术能够在功率开关管的漏源电压降至波谷时再次开通功率开关管以开启下一个开关周期，从而降低功率开关管的开关损耗，进而提高反激式开关电源的效率。而频率抖动控制技术是另一种应用在开关电源中的技术，该技术主要通过不断改变开关电源的工作周期使得开关电源的工作频率的主频带周围产生一系列的边频带，从而电磁干扰(ElectromagneticInterference,EMI)的噪声能量能够在一个较宽的频带内被分散，进而降低了电磁干扰对开关电源的影响。然而，在现有的开关电源的控制电路中，如果采用了准谐振控制技术，则无法再通过频率抖动控制技术降低开关电源的噪声干扰。具体原因是：现有的反激式开关电源是通过改变开关信号的频率来改变开关电源的开关周期，从而实现频率抖动控制技术，但是开关信号在每个开关周期内的有效脉宽恒定，因此次级电感在每个开关周期内的放电时长恒定、功率开关管的漏源电压的正弦波谐振参数相同；若在此基础上同时采用准谐振控制技术，功率开关管会在漏源电压谐振至波谷时再次导通以开启下一个开关周期，而由于漏源电压的正弦波谐振参数没有改变，所以漏源电压的波谷在每个开关周期中出现的时间相同，即开关周期的长度并不会发生变化。因此在现有技术的反激式开关电源中，准谐振控制技术无法与现有的频率抖动控制技术兼容。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术的目的是提供一种开关电源、开关电源的控制电路和控制方法，通过调节开关信号的有效时间，使得变压器中的初级电感的充电时间和次级电感的放电时间同时增加或减少，进而使得开关周期的长度逐周期地变化，并且能够在非连续导通模式下应用准谐振控制技术，使得每次功率开关管能够在端电压的波谷处导通。根据本专利技术的第一方面，提供了一种开关电源的控制电路，包括：准谐振控制单元，用于根据所述开关电源包含的功率开关管的第一端与第二端之间的端电压产生检测信号；以及调制单元，根据所述检测信号提供所述开关信号至所述功率开关管的控制端，并对所述检测信号的状态进行检测，当所述开关电源处于非连续导通模式时，所述调制单元调节所述开关信号的有效脉宽以增大或减小所述功率开关管在各个开关周期内的导通时间和关断时间，使得所述开关周期的时长逐周期地改变，从而实现对所述开关信号的频率抖动控制，当所述检测信号表征所述端电压谐振至波谷时，所述调制单元输出有效的所述开关信号以导通所述功率开关管，从而实现准谐振控制。可选的，所述开关电源还包括：变压器，包括相互耦合的初级电感和次级电感，所述功率开关管与所述初级电感串联以控制流经所述初级电感的第一电流，所述功率开关管的控制端接收所述开关信号；以及输出单元，与所述次级电感连接以根据流经所述次级电感的第二电流提供所述输出电压。可选的，所述调制单元包括：振荡电路，根据所述检测信号产生时钟信号，并设置窗口时间，在所述窗口时间内且当所述检测信号表征所述端电压谐振至波谷时，所述时钟信号提供有效脉冲；预关断电路，用于根据所述第一电流和所述输出电压产生预关断信号；逻辑电路，对所述时钟信号的有效脉冲进行计数以得到计数值，并根据所述计数值产生数字信号形式的延时控制信号，所述延时控制信号表征延时时长；延时电路，用于产生关断信号，当所述开关电源处于非连续导通模式时，所述延时电路根据所述延时控制信号对所述预关断信号进行延时以得到所述关断信号；以及锁存电路，用于产生所述开关信号，所述锁存电路的置位端接收所述时钟信号，所述锁存电路的复位端接收所述关断信号。可选的，所述延时控制信号表征的数值与所述延时时长成正比关系。可选的，所述延时控制信号具有延时周期，每个所述延时周期对应多个所述开关周期，在每个所述开关周期内，所述延时电路根据所述延时控制信号提供进行延时，在每个所述延时周期内，所述延时控制信号表征的所述延时时长先增大后减小。可选的，所述预关断电路包括：参考电压模块，用于根据所述输出电压产生参考电压；比较器，根据所述参考电压和第一采样电压的比较结果产生所述预关断信号，所述第一采样电压表征所述第一电流，当且仅当所述第一采样电压大于等于所述参考电压时，所述预关断信号有效。可选的，所述延时电路包括：电流生成模块，用于提供充电电流；可变电容，所述可变电容的容值受控于所述延时控制信号，所述可变电容的第一端接地，第二端连接控制模块以提供充电电压；控制模块，与所述电流生成模块连接，当所述预关断信号有效时，所述控制模块将所述充电电流提供至所述可变电容的第二端；以及处理模块，与所述控制模块连接，用于根据所述充电电压产生所述关断信号。可选的，所述电流生成模块根据所述输入电压提供可变的所述充电电流或提供恒定的所述充电电流。可选的，所述电流生成模块包括基准电流源和/或压控电流源，所述电流生成模块的输出端提供所述充电电流，所述基准电流源在所述电流生成模块的输出端提供所述充电电流的基准电流成分，所述压控电流源根据所述输入电压在所述电流生成模块的输出端提供所述充电电流的压控电流成分。可选的，所述变压器还包括与所述初级电感和所述次级电感耦合的辅助线圈，所述准谐振控制单元包括：采样电路，所述辅助线圈的第一端与所述采样电路的第一端相连，所述辅助线圈的第二端和所述采样电路的第二端接地，所述采样电路包括串联在所述采样电路的所述第一端和所述第二端之间的第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和所述第二电阻的连接点提供第二采样电压，所述第二采样电压表征所述端电压；以及判断电路，根据所述第二采样电压判断所述端电压是否谐振至波谷，并根据判断结果提供所述检测信号。可选的，所述调制单元还包括模式判断电路，所述模式判断电路根据所述检测信号判断所述开关电源的工作模式，当所述检测信号表征所述开关电源处于连续导通模式时，所述模式判断电路控制所述延时电路直接将所述预关断信号输出为所述关断信号，且所述模式判断电路控制所述逻辑电路对所述振荡电路输出逻辑本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种开关电源的控制电路，其中，所述控制电路包括：准谐振控制单元，用于根据所述开关电源包含的功率开关管的第一端与第二端之间的端电压产生检测信号；以及调制单元，根据所述检测信号提供所述开关信号至所述功率开关管的控制端，并对所述检测信号的状态进行检测，当所述开关电源处于非连续导通模式时，所述调制单元调节所述开关信号的有效脉宽以增大或减小所述功率开关管在各个开关周期内的导通时间和关断时间，使得所述开关周期逐周期地改变，从而实现对所述开关信号的频率抖动控制，当所述检测信号表征所述端电压谐振至波谷时，所述调制单元输出有效的所述开关信号以导通所述功率开关管，从而实现准谐振控制。

【技术特征摘要】
1.一种开关电源的控制电路，其中，所述控制电路包括：准谐振控制单元，用于根据所述开关电源包含的功率开关管的第一端与第二端之间的端电压产生检测信号；以及调制单元，根据所述检测信号提供所述开关信号至所述功率开关管的控制端，并对所述检测信号的状态进行检测，当所述开关电源处于非连续导通模式时，所述调制单元调节所述开关信号的有效脉宽以增大或减小所述功率开关管在各个开关周期内的导通时间和关断时间，使得所述开关周期逐周期地改变，从而实现对所述开关信号的频率抖动控制，当所述检测信号表征所述端电压谐振至波谷时，所述调制单元输出有效的所述开关信号以导通所述功率开关管，从而实现准谐振控制。2.根据权利要求1所述的控制电路，其中，所述开关电源还包括：变压器，包括相互耦合的初级电感和次级电感，所述功率开关管与所述初级电感串联以控制流经所述初级电感的第一电流，所述功率开关管的控制端接收所述开关信号；以及输出单元，与所述次级电感连接以根据流经所述次级电感的第二电流提供所述输出电压。3.根据权利要求2所述的控制电路，其中，所述调制单元包括：振荡电路，根据所述检测信号产生时钟信号，并设置窗口时间，在所述窗口时间内且当所述检测信号表征所述端电压谐振至波谷时，所述时钟信号提供有效脉冲；预关断电路，用于根据所述第一电流和所述输出电压产生预关断信号；逻辑电路，对所述时钟信号的有效脉冲进行计数以得到计数值，并根据所述计数值产生数字信号形式的延时控制信号，所述延时控制信号表征延时时长；延时电路，用于产生关断信号，当所述开关电源处于非连续导通模式时，所述延时电路根据所述延时控制信号对所述预关断信号进行延时以得到所述关断信号；以及锁存电路，用于产生所述开关信号，所述锁存电路的置位端接收所述时钟信号，所述锁存电路的复位端接收所述关断信号。4.根据权利要求3所述的控制电路，其中，所述延时控制信号表征的数值与所述延时时长成正比关系。5.根据权利要求3所述的控制电路，其中，所述延时控制信号具有延时周期，每个所述延时周期对应多个所述开关周期，在每个所述开关周期内，所述延时电路根据所述延时控制信号提供进行延时，在每个所述延时周期内，所述延时控制信号表征的所述延时时长先增大后减小。6.根据权利要求3所述的控制电路，其中，所述预关断电路包括：参考电压模块，用于根据所述输出电压产生参考电压；比较器，根据所述参考电压和第一采样电压的比较结果产生所述预关断信号，所述第一采样电压表征所述第一电流，当且仅当所述第一采样电压大于等于所述参考电压时，所述预关断信号有效。7.根据权利要求3所述的控制电路，其中，所述延时电路包括：电流生成模块，用于提供充电电流；可变电容，所述可变电容的容值受控于所述延时控制信号，所述可变电容的第一端接地，第二端连接控制模块以提供充电电压；控制模块，与所述电流生成模块连接，当所述预关断信号有效时，所述控制模块将所述充电电流提供至所述可变电容的第二端；以及处理模块，与所述控制模块连接，用于根据所述充电电压产生所述关断信号。8.根据权利要求7所述的控制电路，其中，所述电流生成模块根据所述输入电压提供可变的所述充电电流或提供恒定的所述充电电流。9.根据权利要求8所述的控制电路，其中，所述电流生成模块包括基准电流源和/或压控电流源，所述电流生成模块的输出端提供所述充电电流，所述基准电流源在所述电流生成模块的输出端提供所述充电电流的基准电流成分，所述压控电流源根据所述输入电压在所述电流生成模块的输出端提供所述充电电流的压控电流成分。10.根据权利要求2所述的控制电路，其中，所述变压器还包括与所述初级电感和所述次级电感耦合的辅助线圈，所述准谐振控制单元包括：采样电路，所述辅助线圈的第一端与所述采样电路的第一端相连，所述辅助线圈的第二端和所述采样电路的第二端接地，所述采样电路包括串联在所述采样电路的所述第一端和所述第二端之间的第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和所述第二电阻的连接点提供第二采样电压，所述第二采样电压表征所述端电压；以及判断电路，根据所述第二采样电压判断所述端电压是否谐振至波谷，并根据判断结果提供所述检测信号。11.根据权利要求3所述的控制电路，其中，所述调制单元还包括模式判断电路，所述模式判断电路根据所述检测信号判断所述开关电源的工作模式，当所述检测信号表征所述开关电源处于连续导通模式时，所述模式判断电路控制所述延时电路直接将所述预关断信号输出为所述关断信号，且所述模式判断电路控制所述逻辑电路对所述振荡电路输出逻辑控制信号，所述振荡电路根据所述逻辑控制信号调节所述时钟信号的频率以使所述开关周期不断变化。12.根据权利要求11所述的控制电路，其中，所述逻辑电路利用相同的电路结构产生所述逻辑控制信号或所述延时控制信号。13.一种开关电源的控制方法，其特征在于，其中，所述控制方法包括：根据所述开关电源包含的功率开关管的第一端和第二端之间的端电压产生检测信号；根据所述检测信号提供所述开关信号至所述功率开关管的控制端；检测所述检测信号的状态，当所述开关电源处于非连续导通模式时，调节所述开关信号的有效脉宽以增大或减小所述功率开关管在各个开关周期内的导通时间和关断时间，使得所述开关周期逐周期地改变，当所述检测信号表征所述端电压谐振至波谷时，所述开关信号有效以导通所述功率开关管。14.根据权利要求13所述的控制方法，其中，所述开关电源还包括：变压器，包括相互耦合的初级电感和次级电感，所述功率开关管与所述初级电感串联以控制流经所述初级电感的第一电流，所述功率开关管的控制端接收所述开关信号；以及输出单元，与所述次级电感连接以根据流经所述次级电感的第二电流提供所述输出电压。15.根据权利要求14所述的控制方法，其特征在于，还包括：设置窗口时间，其中，在所述窗口时间内：所述检测信号的状态被检测，且当所述检测信号表征所述端电压谐振至波谷时，所述开关信号有效以导通所述功率开关管。16.根据权利要求14所述的控制方法，其中，根据所述功率开关管...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨旺，高阳，
申请(专利权)人：杭州士兰微电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33