控制电路、开关电源电路和控制方法技术

公开了一种功率转换器的控制电路及其控制方法、开关电源电路以及驱动控制方法。控制电路包括：采样单元，用于对功率转换器的输入电压、输出电压和输出电流进行采样，以获得多个采样信号；谷底锁定控制器，与采样单元电连接，并根据所述多个采样信号自适应地选定与当前输入输出规格匹配的最适配谷底；以及驱动控制器，用于在功率转换器退磁结束后的最适配谷底处导通功率管。本公开提供了一种新的准谐振控制技术，可以实现谷底锁定以及对各输入输出规格的自适应调整，从而在适配于多种输入输出规格的同时避免出现“跳谷底”现象，提升了效率和抗电磁干扰的性能。和抗电磁干扰的性能。和抗电磁干扰的性能。

【技术实现步骤摘要】
控制电路、开关电源电路和控制方法


[0001]本公开涉及电力电子技术，尤其是，涉及到功率转换器的控制电路及其控制方法、开关电源电路以及驱动控制方法。

技术介绍

[0002]开关电源具有易于控制、效率高、体积小、可靠性好等优点，被广泛应用于电视电源、手机充电器、LED、工业仪表、电源适配器等设备上。在开关电源中，通过提高功率开关器件的开关频率可以带来诸多有益效果，例如可以降低开关电源的音频噪声、提高动态响应速度，且开关频率的提升也有助于减小电路的体积和重量，因此，提高开关频率是开关电源技术发展的一个重要方向。但是，由于开关电源的功率开关器件并不是理想的开关器件，开关频率的提高会带来更大的开关损耗。
[0003]为了在实现更高的工作频率的同时减少开关损耗，可以采用准谐振控制技术。工作在准谐振模式下的开关电源在检测到功率开关器件两端的电压为零电压或低电压时导通功率开关器件，从而减少开关损耗，且准谐振控制技术也有利于弱化电磁干扰(Electromagnetic Interference，可简称为EMI)信号。
[0004]以反激式架构的开关电源为例，传统的准谐振控制技术通常会设置屏蔽时间T
blk
和谷底检测窗口时间T
w
。其中，屏蔽时间T
blk
可以被设置为固定值，并起始于原边的功率管的导通时刻，屏蔽时间T
blk
的结束时刻对应于谷底检测窗口时间T
w
的起始时刻，谷底检测窗口时间T
w
的结束时刻可以对应于下一屏蔽时间T
blk
的起始时刻。
[0005]驱动控制器用于向功率管提供开关控制信号，从而控制功率管的导通和关断。在功率管被导通后，开关电源的输入电压对变压器励磁电感充磁，并在变压器中存储能量；在功率管被关断后，开关电源的输入电压不再向变压器充磁，变压器中存储的能量转移到输出电容上用以补充输出电容的电压跌落；当变压器中的能量释放完毕之后，在功率管的漏极出现振荡电压，即功率管的漏源电压可以出现波峰和波谷。
[0006]在屏蔽时间T
blk
内，驱动控制器不允许再次导通功率管。而在各谷底检测窗口时间T
w
内，驱动控制器检测功率管的漏源电压V
ds
，以便在在谷底检测窗口时间内第一次检测到漏源电压V
ds
振荡至谷底之时或之后将功率管导通，从而开启功率管的下一导通阶段和下一屏蔽时间T
blk
。
[0007]然而，上述传统的准谐振控制技术虽然能够实现谷底导通，但随着开关电源输出功率或其它参数的改变，变压器在功率管被关断后消耗能量的速度可能会发生变化，导致漏源电压开始振荡的时间出现偏移。若屏蔽时间T
blk
为固定值，则漏源电压可能会在屏蔽时间T
blk
内或谷底检测窗口时间T
w
内开始振荡，驱动控制器可能会在振荡开始后的不同谷底处导通功率管，因此无法实现谷底“锁定”，即，对于任一输出功率，驱动控制器不能保证始终在振荡开始后的第x个谷底处导通功率管(x为固定值且为大于0的自然数)，即使在开关电源的稳态下，功率管的导通时刻也可能在相邻谷底间周期性地来回切换。由于相邻谷底之间存在着一个谐振周期的间隔，这一缺陷将可能导致开关周期出现大幅度变化(即“跳谷
底”现象)，使得开关频率不稳定、开关电源抗电磁干扰性能较差。特别是在手机快充产品等应用中，若开关电源采用传统准谐振技术而不“锁定”谷底，则在手机充电时对手机进行操作容易引起手机屏幕的“鬼手”现象(即，出现用户无法控制且不期望的点击或滑动等操作)。
[0008]因此，期待对开关电源的准谐振控制技术进行优化，以实现谷底锁定。

技术实现思路

[0009]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种新的准谐振控制技术，可以实现谷底锁定以及对各输入输出规格的自适应调整，从而在适配于多种输入输出规格的同时避免出现“跳谷底”现象，提升了效率和抗电磁干扰的性能。
[0010]第一方面，本公开提供了一种功率转换器的控制电路，包括：采样单元，用于对所述功率转换器的输入电压、输出电压和输出电流进行采样，以获得多个采样信号；谷底锁定控制器，与所述采样单元电连接，并根据所述多个采样信号自适应地选定与当前输入输出规格匹配的最适配谷底；以及驱动控制器，与所述谷底锁定控制器电连接以获得所述最适配谷底，以便于在所述功率转换器退磁结束后的所述最适配谷底处导通所述功率转换器的功率管。
[0011]在一些优选的实施例中，所述谷底锁定控制器根据所述多个采样信号的值确定相应的适配谷底编号N
f
，所述最适配谷底由所述适配谷底编号表征，N
f
为大于0的自然数。
[0012]在一些优选的实施例中，所述谷底锁定控制器包括：函数构建单元，基于所述多个采样信号中的一个或多个构建降频函数，所述降频函数的自变量对应所述多个采样信号之一，因变量对应有利于所述功率转换器的效率的适配开关周期；以及适配单元，根据所述降频函数及其自变量对应的所述采样信号的值确定所述适配开关周期，并根据所述适配开关周期确定相应的所述适配谷底编号N
f
，以使所述适配开关周期的时长被限定在第N
f
个谷底对应的开关周期与第N
f
±
1个谷底对应的开关周期之间。
[0013]在一些优选的实施例中，所述函数构建单元根据表征所述输出电压的采样信号和表征所述输入电压的采样信号建立所述降频函数，所述降频函数的自变量对应于所述输出电流的采样信号的值，所述适配单元将表征所述输出电流的采样信号的值代入所述降频函数以确定所述适配开关周期和所述适配谷底编号。
[0014]在一些优选的实施例中，所述函数构建单元根据表征所述输入电压的采样信号和表征所述输出电流的采样信号建立所述降频函数，所述降频函数的自变量对应于所述输出电压的采样信号的值，所述适配单元将表征所述输出电压的采样信号的值代入所述降频函数以确定所述适配开关周期和所述适配谷底编号。
[0015]在一些优选的实施例中，所述函数构建单元根据表征所述输出电压的采样信号和表征所述输出电流的采样信号建立所述降频函数，所述降频函数的自变量对应于所述输入电压的采样信号的值，所述适配单元将表征所述输入电压的采样信号的值代入所述降频函数以确定所述适配开关周期和所述适配谷底编号。
[0016]在一些优选的实施例中，所述适配单元适于：根据所述功率转换器中变压器的初级线圈的电感值、所述变压器的初级线圈与次级线圈之间的匝数比、所述输入电压、所述输出电压、流经所述功率管的电流峰值以及退磁结束后的谐振周期，确定各谷底对应的开关
周期。
[0017]在一些优选的实施例中，所述谷底锁定控制器还适于：在稳态下，根据所述多个采样信号的值调整相应的适配谷底编号。
[0018]在一些优选的实施例中，所述采样单元包括：输入电压采样本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功率转换器的控制电路，其特征在于，包括：采样单元，用于对所述功率转换器的输入电压、输出电压和输出电流进行采样，以获得多个采样信号；谷底锁定控制器，与所述采样单元电连接，并根据所述多个采样信号自适应地选定与当前输入输出规格匹配的最适配谷底；以及驱动控制器，与所述谷底锁定控制器电连接以获得所述最适配谷底，以便于在所述功率转换器退磁结束后的所述最适配谷底处导通所述功率转换器的功率管。2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述谷底锁定控制器根据所述多个采样信号的值确定相应的适配谷底编号N
f
，所述最适配谷底由所述适配谷底编号表征，N
f
为大于0的自然数。3.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述谷底锁定控制器包括：函数构建单元，基于所述多个采样信号中的一个或多个构建降频函数，所述降频函数的自变量对应所述多个采样信号之一，因变量对应有利于所述功率转换器的效率的适配开关周期；以及适配单元，根据所述降频函数及其自变量对应的所述采样信号的值确定所述适配开关周期，并根据所述适配开关周期确定相应的所述适配谷底编号N
f
，以使所述适配开关周期的时长被限定在第N
f
个谷底对应的开关周期与第N
f
±
1个谷底对应的开关周期之间。4.根据权利要求3所述的控制电路，其特征在于，所述函数构建单元根据表征所述输出电压的采样信号和表征所述输入电压的采样信号建立所述降频函数，所述降频函数的自变量对应于所述输出电流的采样信号的值，所述适配单元将表征所述输出电流的采样信号的值代入所述降频函数以确定所述适配开关周期和所述适配谷底编号。5.根据权利要求3所述的控制电路，其特征在于，所述函数构建单元根据表征所述输入电压的采样信号和表征所述输出电流的采样信号建立所述降频函数，所述降频函数的自变量对应于所述输出电压的采样信号的值，所述适配单元将表征所述输出电压的采样信号的值代入所述降频函数以确定所述适配开关周期和所述适配谷底编号。6.根据权利要求3所述的控制电路，其特征在于，所述函数构建单元根据表征所述输出电压的采样信号和表征所述输出电流的采样信号建立所述降频函数，所述降频函数的自变量对应于所述输入电压的采样信号的值，所述适配单元将表征所述输入电压的采样信号的值代入所述降频函数以确定所述适配开关周期和所述适配谷底编号。7.根据权利要求3所述的控制电路，其特征在于，所述适配单元适于：根据所述功率转换器中变压器的初级线圈的电感值、所述变压器的初级线圈与次级线圈之间的匝数比、所述输入电压、所述输出电压、流经所述功率管的电流峰值以及退磁结束后的谐振周期，确定各谷底对应的开关周期。8.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述谷底锁定控制器还适于：在稳态下，根据所述多个采样信号的值调整相应的适配谷底编号。9.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述采样单元包括：输入电压采样模块，用于获得表征所述输入电压的采样信号；
输出电压采样模块，用于获得表征所述输出电压的采样信号；以及输出电流采样模块，用于获得表征所述输出电流的采样信号。10.根据权利要求9所述的控制电路，其特征在于，还包括辅助线圈，其与所述功率转换器中变压器的初级线圈耦合，所述采样单元还包括第一分压结构，用于对所述辅助线圈两端的电压进行分压以获得辅助分压信号，以便于所述输入电压采样模块、所述输出电压采样模块、所述输出电流采样模块中的一个或多个根据所述辅助分压信号获得相应的所述采样信号。11.根据权利要求10所述的控制电路，其特征在于，所述输入电压采样模块适于：在所述功率管的导通阶段内对所述辅助分压信号进行采样，以获得表征所述输入电压的采样信号。12.根据权利要求10所述的控制电路，其特征在于，所述输出电压采样模块适于：在退磁结束时对所述辅助分压信号进行采样保持，以获得表征所述输出电压的采样信号。13.根据权利要求10所述的控制电路，其特征在于，所述输出电流采样模块适于：根据所述辅助分压信号获得退磁时间相对于开关周期的退磁占空比，并根据所述退磁占空比和变压器原边电流采样电阻峰值电压采样值相乘获得表征所述输出电流的采样信号。14.根据权利要求13所述的控制电路，其特征在于，表征所述输出电流的采样信号选自以下之一：所述退磁占空比与所述变压器原边电流采样电阻峰值电压采样值的乘积结果，该乘积结果与预设系数的乘积；对所述乘积结果信号进行低通滤波处理后得到的滤波结果，该滤波结果与预设系数的乘积。15.根据权利要求14所述的控制电路，其特征在于，所述预设系数正比于所述变压器中初级线圈和次级线圈之间的匝数比，并反比于变压器原边电流采样电阻的阻值。16.根据权利要求15所述的控制电路，其特征在于，所述输出电流采样模块包括：变压器原边电流采样电阻的电压峰值采样保持电路，对所述功率管与所述变压器原边电流采样电阻的连接节点的电压进行峰值采样，以获得所述峰值采样电压；退磁占空比提取电路，根据所述辅助分压信号获得所述退磁时间，并根据所述退磁时间与所述开关周期之比获得所述退磁占空比；乘法器，用于计算获得所述退磁占空比与所述峰值采样电压的乘积，以便输出所述乘积结果信号；以及输出电路，根据所述乘积结果信号提供表征所述输出电流的采样信号。17.根据权利要求9所述的控制电路，其特征在于，所述输入电压采样模块适于：对所述变压器中次级线圈两端的电压进行分压以获得副边分压信号，并在所述功率管的导通阶段内对所述副边分压信号进行采样以获得表征所述输入电压的采样信号。18.根据权利要求9所述的控制电路，其特征在于，所述输出电压采样模块包括第二分压结构，所述第二分压结构对所述输出电压进行分压，以获得表征所述输出电压的采样信号。
19.根据权利要求9所述的控制电路，其特征在于，所述输出电流采样模块包括第二采样电阻，所述功率转换器的输出电流依次流经串联连接的负载和所述第二采样电阻，所述第二采样电阻与所...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴剑，郭瑭瑭，夏原野，
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：