开关电源及其启动控制电路和方法技术

提供了一种开关电源及其启动控制电路和方法。用于开关电源的启动控制电路包括：振荡信号生成单元，可操作以基于斜坡电流信号或斜坡电压信号生成振荡信号，其中，斜坡电流信号或斜坡电压信号在开关电源启动时开始随时间增大，振荡信号的频率随斜坡电流信号或斜坡电压信号的增大而增大，并且振荡信号被用作控制开关电源中的功率开关的导通的第一控制信号；控制信号生成单元，可操作以基于输出电压反馈信号、电感电流反馈信号、以及振荡信号生成用于控制功率开关的关断的第二控制信号；以及驱动信号生成单元，可操作以基于第一控制信号和第二控制信号生成用于驱动功率开关的栅极驱动信号。动信号。动信号。

【技术实现步骤摘要】
开关电源及其启动控制电路和方法


[0001]本专利技术涉及电路领域，更具体地涉及一种开关电源及其启动控制电路和方法。

技术介绍

[0002]在开关电源应用中，定频系统是一种常见的系统架构，其优点是功率开关的工作频率不会随输入电感的改变而变化，因此有利于输入电感的选择。图1示出了传统的开关电源中的启动控制电路100及相关外围元件的电路连接的示意图。这里，Vin和Vout分别为开关电源的输入电压和输出电压，C1和C2分别为开关电源的输入电容和输出电容，R1和R2分别为开关电源的输出电压检测电阻和输入电压检测电阻，L1为开关电源的输入电感。
[0003]在图1所示的电路连接中，当功率开关Q1处于导通状态时，输入电感L1储存能量；当功率开关Q1处于关断状态时，输入电感L1储存的能量通过续流二极管D1充能到输出电容C2，输出电容C2在充能结束后向开关电源的负载供电；输出电压检测电阻R1在检测到输出电压Vout时，将输出电压Vout的检测电压(下面称为输出电压反馈信号)传输到启动控制电路100的电压反馈脚(即，FB脚)；输入电压检测电阻R2在检测到流过输入电感L1的电感电流I
L
时，将电感电流I
L
的检测电压(下面称为电感电流反馈信号)传输到启动控制电路100的电流感测脚(即，CS脚)。
[0004]进一步地，如图1所示，启动控制电路100的工作过程如下：误差放大器通过对输出电压反馈信号和基准电压信号Vref_ea之间的差值进行放大生成补偿信号comp；加法器通过将振荡器生成的频率固定的振荡信号clk和电流感测模块基于电感电流反馈信号生成的电感电流感测信号进行叠加生成斜坡信号ramp；脉宽调制(PWM)比较器通过对补偿信号comp和斜坡信号ramp进行比较生成控制功率开关Q1的关断的第二控制信号；振荡器生成的振荡信号clk被用作为控制功率开关Q1的导通的第一控制信号；控制逻辑模块和栅极驱动器基于第一控制信号和第二控制信号生成栅极驱动信号gate，用于驱动功率开关Q1从关断状态切换到导通状态、从导通状态切换到关断状态、保持在导通状态、或者保持在关断状态。
[0005]在实际应用中，为了提高开关电源的供电效率，通常会将栅极驱动信号的占空比设置得比较小，从而使得输出电压Vout和输入电压Vin之间的差值比较小。在开关电源的启动过程中，由于输出电压Vout较低，输入电感L1在功率开关Q1处于导通状态时存储的能量无法在功率开关Q1处于关断状态时充分退磁，导致流过输入电感L1的电感电流I
L
不断增大甚至可能会出现过冲状态，因而可能会导致功率开关Q1损坏。
[0006]图2示出了图1所示的开关电源的启动过程中的栅极驱动信号gate、电感电流I
L
、以及功率开关Q1的工作频率freq的时序图。从图2可以看出，在图1所示的开关电源的启动过程中，功率开关Q的工作频率(即，栅极驱动信号的频率)freq固定，电感电流I
L
的峰值不断增大且最终可能超出功率开关Q1的最大电流，从而导致功率开关Q1损坏。

技术实现思路

[0007]鉴于以上所述的一个或多个问题，本专利技术提供了开关电源及其启动控制电路和方法。
[0008]根据本专利技术实施例的用于开关电源的启动控制电路，包括：振荡信号生成单元，可操作以基于斜坡电流信号或斜坡电压信号生成振荡信号，其中，斜坡电流信号或斜坡电压信号在开关电源启动时开始随时间增大，振荡信号的频率随斜坡电流信号或斜坡电压信号的增大而增大，并且振荡信号被用作控制开关电源中的功率开关的导通的第一控制信号；控制信号生成单元，可操作以基于输出电压反馈信号、电感电流反馈信号、以及振荡信号生成用于控制功率开关的关断的第二控制信号；以及驱动信号生成单元，可操作以基于第一控制信号和第二控制信号生成用于驱动功率开关的栅极驱动信号。
[0009]根据本专利技术实施例的用于开关电源的启动控制方法，包括：基于斜坡电流信号或斜坡电压信号生成振荡信号，其中，斜坡电流信号或斜坡电压信号在开关电源启动时开始随时间增大，振荡信号的频率随斜坡电流信号或斜坡电压信号的增大而增大，并且振荡信号被用作控制开关电源中的功率开关的导通的第一控制信号；基于输出电压反馈信号、电感电流反馈信号、以及振荡信号生成用于控制功率开关的关断的第二控制信号；以及基于第一控制信号和第二控制信号生成用于驱动功率开关的栅极驱动信号。
[0010]根据本专利技术实施例的开关电源，包括上述启动控制电路。
[0011]在根据本专利技术一个或多个实施例的开关电源及其启动控制电路和方法中，通过生成频率在开关电源启动时开始随时间逐渐增大的振荡信号并基于振荡信号来控制功率开关的工作频率，使得在开关电源的启动过程中输入电感能够将在功率开关处于导通状态时储存的能量在功率开关处于关断状态时充分退磁，从而可以避免流过输入电感的电感电流过冲导致功率开关损坏的情况出现。
附图说明
[0012]从下面结合附图对本专利技术的具体实施方式的描述中可以更好地理解本专利技术，其中：
[0013]图1示出了传统的开关电源中的启动控制电路及相关外围元件的电路连接的示意图。
[0014]图2示出了图1所示的开关电源的启动过程中的栅极驱动信号gate、电感电流I
L
、以及功率开关Q1的工作频率freq的时序图。
[0015]图3示出了根据本专利技术实施例的开关电源中的启动控制电路及相关外围元件的电路连接的示意图。
[0016]图4示出了图3所示的开关电源的启动过程中的栅极驱动信号GATE、电感电流IL
’
、以及功率开关Q1的工作频率FREQ的时序图。
[0017]图5示出了图3所示的振荡器控制模块的示例逻辑框图。
[0018]图6示出了图5所示的电流控制子模块的示例电路实现图。
[0019]图7示出了图3所示的振荡器的示例电路实现图。
[0020]图8示出了图3所示的振荡器的另一示例电路实现图。
具体实施方式
[0021]下面将详细描述本专利技术的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本专利技术的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本专利技术可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本专利技术的示例来提供对本专利技术的更好的理解。本专利技术决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本专利技术的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本专利技术造成不必要的模糊。
[0022]鉴于传统的开关电源存在的一个或多个问题，本专利技术提出了一种新颖的开关电源及其启动控制电路和方法，其中，在开关电源的启动过程中通过对功率开关的工作频率进行控制，来解决流过输入电感的电流有可能过冲的问题，从而防止功率开关损坏。
[0023]下面结合附图，详细描述根据本专利技术实施例的开关本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于开关电源的启动控制电路，包括：振荡信号生成单元，可操作以基于斜坡电流信号或斜坡电压信号生成振荡信号，其中，所述斜坡电流信号或所述斜坡电压信号在所述开关电源启动时开始随时间增大，所述振荡信号的频率随所述斜坡电流信号或所述斜坡电压信号的增大而增大，并且所述振荡信号被用作控制所述开关电源中的功率开关的导通的第一控制信号；控制信号生成单元，可操作以基于输出电压反馈信号、电感电流反馈信号、以及所述振荡信号生成用于控制所述功率开关的关断的第二控制信号；以及驱动信号生成单元，可操作以基于所述第一控制信号和所述第二控制信号生成用于驱动所述功率开关的栅极驱动信号。2.如权利要求1所述的启动控制电路，其中，所述控制信号生成单元进一步可操作以：基于所述输出电压反馈信号和第一基准电压信号生成补偿信号；基于所述电感电流反馈信号和所述振荡信号生成三角信号；以及基于所述补偿信号和所述三角信号生成所述第二控制信号。3.如权利要求1所述的启动控制电路，其中，所述振荡信号生成单元进一步可操作以：基于所述斜坡电压信号生成所述斜坡电流信号；以及基于所述斜坡电流信号生成所述振荡信号。4.如权利要求3所述的启动控制电路，其中，所述振荡信号生成单元进一步可操作以：获取第二基准电压信号与所述斜坡电压信号之间的差值；基于所述第二基准电压信号与所述斜坡电压信号之间的差值生成变化电流信号；对所述变化电流信号进行放大；以及基于基准电流信号和经放大的变化电流信号生成所述斜坡电流信号。5.如权利要求1所述的启动控制电路，其中，所述振荡信号生成单元进一步可操作以：利用所述斜坡电流信号对电容进行充电；在所述电容上的充电电压增大到第一阈值电压之前，通过将所述充电电压与所述第一阈值电压进行比较生成所述振荡信号；在所述电容上的充电电压增大到所述第一阈值电压时，利用所述斜坡电流信号对所述电容进行放电；以及在所述电容上的充电电压减小到第二阈值电压之前，通过将所述充电电压与所述第二阈值电压进行比较生成所述振荡信号，其中，当所述电容上的充电电压减小到所述第二阈值电压时，重复执行生成所述振荡信号的上述过程。6.如权利要求1所述的启动控制电路，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：李萌，刘拓夫，朱力强，翟向坤，
申请(专利权)人：昂宝电子上海有限公司，
类型：发明
国别省市：