改善动态性能的开关电源控制电路和开关电源系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种改善动态性能的开关电源控制电路和开关电源系统，能够实时监测开关电源的峰值电流，并当检测到连续出现第一类峰值电流的周期个数达到预设的阈值个数时，就认为系统处于轻载切换为重载的切动态模式，这时立即把第一类峰值电流切换到第二类峰值电流(即大Ipk)，其中，所述第一类峰值电流为所述开关电源处于轻载状态时的峰值电流，所述第一类峰值电流小于预设的峰值阈值且以满占空比的形式出现；此状态下，开关电源的输出电压只下跌阈值个数(例如4个)的第一类峰值电流(即小Ipk)的时间就会迅速抬起，从而优化了动态响应性能。

Switching power supply control circuit and switching power supply system for improving dynamic performance

【技术实现步骤摘要】
改善动态性能的开关电源控制电路和开关电源系统
本技术涉及开关电源控制
，特别是涉及一种改善动态性能的开关电源控制电路和开关电源系统。
技术介绍
电源是各个电子设备不可或缺的组成部分，其性能的优劣直接关系到电子设备的技术指标以及其能否安全可靠的工作，而目前主流应用是开关电源(SwitchModePowerSupply)。开关电源又称之为开关变换器，是利用现代电力电子技术，通过调整开关器件的导通比或者频率来使输出电压恒定或输出电流恒定的一种电源。开关电源相对于传统线性电源具有体积小、稳定性好、转换效率高的特点，因此被广泛应用于充电器、电源适配器、LED驱动电源、无线通信设备、液晶屏电源管理、电子冰箱、以太网电源等场合。由于开关电源需要适应于不同的工作条件，对开关电源的动态响应性能要求越来越高。举例而言，在开关电源应用于电子设备(例如手机)充电器时，充电器的线端电压(也即被充电端，例如手机端)的稳定性是衡量充电器的性能的一个重要指标。请参考图1，图1为现有的充电器(即原边控制的开关电源)的系统原理图。该充电器由桥式整流电路U1、高压滤波电容C1、变压器原边绕组Lp、变压器辅助绕组Laux、变压器副边绕组Ls、开关电源控制电路IC、功率开关管M1等组成。变压器原边绕组Lp、变压器辅助绕组Laux和变压器副边绕组Ls组成变压器，主要用于输入和输出的电气隔离和能量传输。交流电源Vac经过桥式整流电路U1产生输入电压Vin，输入电压Vin为变压器的原边供电。功率开关管M1的栅极连接开关电源控制电路IC的驱动端DRI，漏极连接变压器原边绕组Lp的一端，源极通过串联采样电阻Rcs而接地，功率开关管M1的源极和采样电阻Rcs的公共端连接开关电源控制电路IC的峰值电流采样端CS端。变压器原边绕组Lp的另一端连接桥式整流电路U1的输出端，以接收输入电压Vin。变压器辅助绕组Laux同名端通过连接串联的两个反馈电阻Rfb1和Rfb2而接地，以得到反馈电压VFB，用于实现副边输出电压Vout向开关电源控制电路IC的反馈，具体地，因为变压器辅助绕组Laux的电压与变压器副边绕组Ls的电压存在匝比关系，所以反馈电压VFB能够反映副边输出电压Vout的变化，两个反馈电阻Rfb1和Rfb2的公共端连接开关电源控制电路IC的输出电压反馈端FB端。变压器辅助绕组Laux的一端还通过连接供电二极管Daux的阳极，供电二极管Daux的阴极连接电阻Rst和电容C2的公共端，变压器辅助绕组Laux的另一端接地，电阻Rst和电容C2组成RC启动电路，电阻Rst和电容C2的公共端连接控制电路IC的电源供电端VCC端，以为开关电源控制电路IC提供工作电压。变压器副边绕组Ls的一端连接二极管Ds的阳极，变压器副边绕组Ls的另一端接地。二极管Ds的阴极和地之间并联电容C3和电阻R0以及负载RL，二极管Ds用于整流、稳压，并联的电容C3和电阻R0用于组成输出滤波电路，对输出电压Vout进行滤波。开关电源控制电路IC根据得到VFB、VCC、VCS以及内部预设的参考电压VREF来调整原边绕组Lp的峰值电流Ipk，进而产生PFM信号输出至驱动端DRI来控制功率开关管M1的导通和关断，实现能量由变压器原边绕组Lp传送到变压器副边绕组Ls的输出端的过程，并调整输出电压Vout以快速响应副边的负载RL状态的切换。图2中示出了VFB随时间的变化曲线，从图2中可以看出，充电器正常工作时，功率开关管M1的一个开关周期T实际被分为三个阶段：原边导通阶段Tonp(Tonp即原边导通时间)，副边导通阶段Tons(Tons即副边导通时间)以及原边和副边均关断阶段Toff(Toff即关断时间)，结合图1，在原边导通阶段Tonp内原边绕组Lp存储能量，在副边导通阶段Tons内原边绕组Lp存储的能量向副边电路进行传输，副边电流逐渐降为0。然而，在电子设备的负载RL状态突然从轻载切换到重载(例如10％负载切换到90％负载)的情况下，如图2所示，当开关电源控制电路IC在Tsample时刻检测到VFB(该时刻的VFB与Vout成正比)低于VREF时，开关电源控制电路IC内部就会把当前的小Ipk切换为大Ipk，输出电压Vout此时才开始上升，如图3所示，这种情况下，小Ipk的脉冲会出一簇，达到十几个甚至二十来个脉冲，输出电压在这期间会持续下掉，动态性能就会变差。因此，如何提供一种提高充电器的输出动态性能的开关电源控制电路和开关电源系统是本领域技术人员目前需要解决的问题。
技术实现思路
本技术目的在于提供一种改善动态性能的开关电源控制电路和开关电源系统，能够使得输出电压快速响应开关电源的负载状态从轻载切换到重载的情况，提升开关电源的动态响应性能。为实现上述目的，本技术提供一种改善动态性能的开关电源控制电路，包括：动态监测电路，用于监测开关电源连续出现第一类峰值电流的周期个数，且当监测到的所述周期个数达到预设的阈值个数时，产生峰值电流切换信号，其中，所述第一类峰值电流为所述开关电源处于轻载状态时的峰值电流，所述第一类峰值电流小于预设的峰值阈值且以满占空比的形式出现；峰值电流控制电路，用于根据所述峰值电流切换信号，产生一用于将所述开关电源的峰值电流切换为第二类峰值电流的峰值电流控制信号，其中，所述第二类峰值电流为所述开关电源处于重载状态时的峰值电流；主控电路，连接所述动态监测电路和所述峰值电流控制电路，用于控制所述动态监测电路和所述峰值电流控制电路的工作，并根据所述峰值电流控制信号，调整所述开关电源的峰值电流切换为第二类峰值电流，同时输出与所述第二类峰值电流相关的控制逻辑信号；以及驱动电路，连接所述主控电路，用于根据所述控制逻辑信号输出驱动信号，以控制所述开关电源的功率开关管的通断，使得所述开关电源的输出电压被抬升。可选地，所述第二类峰值电流以满占空比的形式出现。可选地，所述动态监测电路包括：使能信号产生模块，连接所述主控电路，并用于根据所述主控电路的初始化信号进行初始化，并根据所述主控电路的相应的控制信号产生使能信号；时钟信号产生模块，用于根据开关电源的原边导通时间信号以及所述开关电源的峰值电流，产生周期性时钟信号；计数模块，用于在所述使能信号的控制下对为高电平或低电平的所述周期性时钟信号进行累计计数，以监测开关电源连续出现第一类峰值电流的周期个数；脉冲发生器，用于在所述计数模块计数得到的所述周期个数达到预设的阈值个数时，产生峰值电流切换信号。可选地，所述使能信号产生模块包括第一或非门、第二或非门和第三或非门，所述时钟信号产生模块包括与门，所述计数模块包括级联的三个触发器；其中，所述第一或非门的一输入端接收第一信号，所述第一或非门的另一输入端连接所述第二或非门的输出端和第三或非门的一输入端，所述第一或非门的输出端连接所述第二或非门的第一输入端；所述第二或非门的第二输入端和所述第三或非门的另一输入端均接入用于初始化所述动态监测电路的初始化信号，所述第二或非门的第三输入端接入第二信号；所述第三或非门的输本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改善动态性能的开关电源控制电路，其特征在于，包括：/n动态监测电路，用于监测开关电源连续出现第一类峰值电流的周期个数，且当监测到的所述周期个数达到预设的阈值个数时，产生峰值电流切换信号，其中，所述第一类峰值电流为所述开关电源处于轻载状态时的峰值电流，所述第一类峰值电流小于预设的峰值阈值且以满占空比的形式出现；/n峰值电流控制电路，用于根据所述峰值电流切换信号，产生一用于将所述开关电源的峰值电流切换为第二类峰值电流的峰值电流控制信号，其中，所述第二类峰值电流为所述开关电源处于重载状态时的峰值电流；/n主控电路，连接所述动态监测电路和所述峰值电流控制电路，用于控制所述动态监测电路和所述峰值电流控制电路的工作，并根据所述峰值电流控制信号，调整所述开关电源的峰值电流切换为第二类峰值电流，同时输出与所述第二类峰值电流相关的控制逻辑信号；以及/n驱动电路，连接所述主控电路，用于根据所述控制逻辑信号输出驱动信号，以控制所述开关电源的功率开关管的通断，使得所述开关电源的输出电压被抬升。/n

【技术特征摘要】
1.一种改善动态性能的开关电源控制电路，其特征在于，包括：
动态监测电路，用于监测开关电源连续出现第一类峰值电流的周期个数，且当监测到的所述周期个数达到预设的阈值个数时，产生峰值电流切换信号，其中，所述第一类峰值电流为所述开关电源处于轻载状态时的峰值电流，所述第一类峰值电流小于预设的峰值阈值且以满占空比的形式出现；
峰值电流控制电路，用于根据所述峰值电流切换信号，产生一用于将所述开关电源的峰值电流切换为第二类峰值电流的峰值电流控制信号，其中，所述第二类峰值电流为所述开关电源处于重载状态时的峰值电流；
主控电路，连接所述动态监测电路和所述峰值电流控制电路，用于控制所述动态监测电路和所述峰值电流控制电路的工作，并根据所述峰值电流控制信号，调整所述开关电源的峰值电流切换为第二类峰值电流，同时输出与所述第二类峰值电流相关的控制逻辑信号；以及
驱动电路，连接所述主控电路，用于根据所述控制逻辑信号输出驱动信号，以控制所述开关电源的功率开关管的通断，使得所述开关电源的输出电压被抬升。


2.如权利要求1所述的开关电源控制电路，其特征在于，所述第二类峰值电流以满占空比的形式出现。


3.如权利要求1所述的开关电源控制电路，其特征在于，所述动态监测电路包括：
使能信号产生模块，连接所述主控电路，并用于根据所述主控电路的初始化信号进行初始化，并根据所述主控电路的相应的控制信号产生使能信号；
时钟信号产生模块，用于根据开关电源的原边导通时间信号以及所述开关电源的峰值电流，产生周期性时钟信号；
计数模块，用于在所述使能信号的控制下对为高电平或低电平的所述周期性时钟信号进行累计计数，以监测开关电源连续出现第一类峰值电流的周期个数；
脉冲发生器，用于在所述计数模块计数得到的所述周期个数达到预设的阈值个数时，产生峰值电流切换信号。


4.如权利要求3所述的开关电源控制电路，其特征在于，所述使能信号产生模块包括第一或非门、第二或非门和第三或非门，所述时钟信号产生模块包括与门，所述计数模块包括级联的三个触发器；其中，所述第一或非门的一输入端接收第一信号，所述第一或非门的另一输入端连接所述第二或非门的输出端和第三或非门的一输入端，所述第一或非门的输出端连接所述第二或非门的第一输入端；所述第二或非门的第二输入端和所述第三或非门的另一输入端均接入用于初始化所述动态监测电路的初始化信号，所述第二或非门的第三输入端接入第二信号；所述第三或非门的输出端连接三个触发器的异步置位端，所述与门的一输入...

【专利技术属性】
技术研发人员：成东波，黄燕华，朱颖，
申请(专利权)人：上海新进芯微电子有限公司，
类型：新型
国别省市：上海;31