开关电源的控制方法、控制电路和控制芯片技术

本发明专利技术提供一种开关电源的控制方法、控制电路和控制芯片，根据不同输出电压对开关电源切换不同的工作模式，当输出电压低于第一参考值且与第一参考值的差值超过一阈值时，控制功率管的工作频率和输出电压依照相应的斜率成比例关系，当输出电压低于第一参考值且与第一参考值的差值低于该阈值时，控制功率管定频工作，当输出电压高于第一参考值，控制功率管变频工作，由此在输出短路或启动过程中，控制峰值电流不会积累，从而避免了在启动或者输出短路过程中峰值电流出现超过预期的现象，从而实现对功率管和电感等器件的保护，同时保证开关电源的启动过程中的启动能力。电源的启动过程中的启动能力。电源的启动过程中的启动能力。

【技术实现步骤摘要】
开关电源的控制方法、控制电路和控制芯片


[0001]本专利技术涉及开关电源控制
，特别涉及一种开关电源的控制方法、控制电路和控制芯片。

技术介绍

[0002]图1是一种无VCC电容的高边降压(high side buck)型AC/DC开关电源的系统结构示意图。当控制芯片IC中的功率管Q导通时，其PIN1(漏极DRAIN引脚)和PIN3(接地GND引脚)之间的通路导通，母线电压Vindc接在电感L的一端，电感L的另一端提供输出电压Vo，电感电流IL以(Vindc
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Vo)/L的速度增加，该过程对应的时间为导通时间Ton，当功率管Q关断时，因为电感电流IL不能突变，续流二极管D0导通，落在电感L两端的电压差是
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Vo，电感电流IL以Vo/L的速度减小，该过程对应的时间为退磁时间Toff。
[0003]由上述电感电流IL的公式可知，在输出电压Vo很低的时候，在Toff时间内，电感电流IL以非常低的斜率减小。且在一般的开关电源的系统中，都存在着最小的导通时间Tonmin限制。所以，在输出短路和启动的过程中，开关电源经常工作在最大频率，Toff时间短，而输出电压Vo很低，电感电流IL退磁速度缓慢，且因为有最小导通时间Tonmin的限制，电感电流IL在功率管Q的一个开关周期内，导通时间Tonmin内增加的电流量大于退磁时间Toff内减少的电流量，从而很容易引起电感电流的峰值逐渐增加的情况，特别是在高输入电压的时候，会导致峰值电流积累，使峰值电流有失控等风险。
[0004]其中，通过相应的峰值电流检测电阻Rcs(未图示)来感测峰值电流IPK，当峰值电流在检测电阻Rcs上产生的压降为Vfb时，峰值电流IPK可表示为Vfb/Rcs。图2是一种目前常见的避免峰值电流积累过高的方法，由图2可知，在启动或者输出短路时，若峰值电流IPK(即Vfb/Rcs)发生积累，且在检测到积累的峰值电流IPK达到一定值(即V_CLK_DOWN/Rcs，往往设置为大于系统正常工作所需要的峰值电流的最大值ILIM，也即V_ILIM/Rcs)后，开始降低系统工作频率(即降频)，从而避免峰值电流IPK的进一步积累。这种方法可以解决一定的问题，但是还存在以下问题：1、在降频之后产生的最大峰值电流V_CLK_DOWN/Rcs还是会大于系统正常工作所需要的峰值电流的最大值ILIM，这要求电感和变压器、功率管等要有更大的饱和电流，进而造成导致功率管等的面积浪费；2、不同输出电压下，一般需要的工作频率的降低量不同，如果设计不合理，可能存在重载启动问题，或者在某个输出电压段还有峰值电流积累的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种开关电源的控制方法、控制电路和控制芯片，能够避免在开关电源启动或者输出短路过程中峰值电流积累的问题，同时保证启动过程中的启动能力。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供一种开关电源的控制方法，所述开关电源包括耦接的功率管和电感，接收一输入电压，并产生一输出电压，所述控制方法包括：
[0007]检测所述输出电压，将所述输出电压与第一参考值比较；
[0008]当所述输出电压低于所述第一参考值且所述输出电压与所述第一参考值的差值超过一阈值，控制所述开关电源进入第一工作状态；
[0009]当所述输出电压低于所述第一参考值，但所述差值低于所述阈值，控制所述开关电源进入第二工作状态；
[0010]当所述输出电压高于所述第一参考值，控制所述开关电源进入第三工作状态；其中，
[0011]在所述第一工作状态，根据所述开关电源的多个系统参数，得到一斜率，并控制所述功率管的工作频率和输出电压依照所述斜率成比例关系；在所述第二工作状态，控制所述功率管定频工作；在所述第三工作状态，控制所述功率管变频工作。
[0012]可选地，所述的开关电源的控制方法还包括：根据所述开关电源的第一组所述系统参数，得到所述开关电源提供的输出电流恒定时对应的工作频率和输出电压的关系曲线，所述关系曲线具有第一斜率；所述第一组系统参数包括所述功率管的电流变化值、所述输入电压和所述电感的感值。
[0013]可选地，所述的开关电源的控制方法还包括：根据所述开关电源的第二组所述系统参数，得到防止所述开关电源峰值电流积累时需要的工作频率和输出电压的关系曲线，所述关系曲线具有第二斜率；所述第二组系统参数包括所述功率管的最小导通时间、所述输入电压和所述电感的感值。
[0014]可选地，所述的开关电源的控制方法还包括：控制所述功率管的工作频率和输出电压依照所述斜率成正比例关系，所述斜率大于所述第一斜率。
[0015]可选地，所述的开关电源的控制方法还包括：控制所述功率管的工作频率和输出电压依照所述斜率成正比例关系，所述斜率小于所述第二斜率。
[0016]可选地，所述的开关电源的控制方法还包括：在所述第二工作状态，控制所述功率管以最大工作频率定频工作。
[0017]基于同一专利技术构思，本专利技术还提供一种开关电源的控制电路，所述开关电源包括耦接的功率管和电感，接收一输入电压，并产生一输出电压，其中，
[0018]所述控制电路包括第一控制支路和第二控制支路，所述第一控制支路接收所述输出电压的反馈信号和第一参考值，所述第二控制支路接收所述反馈信号和第二参考值；
[0019]当所述反馈信号的值高于所述第一参考值，所述第一控制支路控制所述功率管变频工作；
[0020]当所述反馈信号的值低于所述第一参考值且所述反馈信号的值与所述第一参考值的差值低于一阈值，所述第一控制支路和所述第二控制支路控制所述功率管定频工作；
[0021]当所述反馈信号的值低于所述第一参考值，但所述差值超过所述阈值，所述第二控制支路控制所述功率管的工作频率和输出电压成比例关系；
[0022]其中，所述比例关系根据所述开关电源的多个系统参数得到。
[0023]可选地，所述第一控制支路包括误差放大器，所述误差放大器的正输入端接收所述第一参考值，所述误差放大器的负输入端接收所述反馈信号，所述误差放大器输出补偿信号。
[0024]可选地，所述第一控制支路还包括第一跨导放大器，所述第一跨导放大器耦接于
所述误差放大器并接收所述补偿信号，所述第一跨导放大器还接收第三参考值，并根据所述补偿信号和所述第三参考值产生第一电流。
[0025]可选地，所述第二控制支路包括第二跨导放大器，所述第二跨导放大器接收所述反馈信号和所述第二参考值，并根据所述反馈信号和所述第二参考值产生第二电流。
[0026]可选地，所述控制电路还包括电流源和电流镜，所述电流镜耦接所述电流源，并接收所述第一电流或所述第二电流，所述电流镜输出控制电流，所述控制电流决定所述开关电源功率管的工作频率。
[0027]可选地，所述控制电路根据所述控制电流控制时钟频率，并根据所述时钟频率产生一控制信号，所述控制信号指示所述功率管的动作，并决定所述功率管的工作频率。
[0028]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种开关电源的控制方法，所述开关电源包括耦接的功率管和电感，接收一输入电压，并产生一输出电压，其特征在于，包括：检测所述输出电压，将所述输出电压与第一参考值比较；当所述输出电压低于所述第一参考值且所述输出电压与所述第一参考值的差值超过一阈值，控制所述开关电源进入第一工作状态；当所述输出电压低于所述第一参考值，但所述差值低于所述阈值，控制所述开关电源进入第二工作状态；当所述输出电压高于所述第一参考值，控制所述开关电源进入第三工作状态；其中，在所述第一工作状态，根据所述开关电源的多个系统参数，得到一斜率，并控制所述功率管的工作频率和输出电压依照所述斜率成比例关系；在所述第二工作状态，控制所述功率管定频工作；在所述第三工作状态，控制所述功率管变频工作。2.如权利要求1所述的开关电源的控制方法，其特征在于，还包括：根据所述开关电源的第一组所述系统参数，得到所述开关电源提供的输出电流恒定时对应的工作频率和输出电压的关系曲线，所述关系曲线具有第一斜率；所述第一组系统参数包括所述功率管的电流变化值、所述输入电压和所述电感的感值。3.如权利要求1所述的开关电源的控制方法，其特征在于，还包括：根据所述开关电源的第二组所述系统参数，得到防止所述开关电源峰值电流积累时需要的工作频率和输出电压的关系曲线，所述关系曲线具有第二斜率；所述第二组系统参数包括所述功率管的最小导通时间、所述输入电压和所述电感的感值。4.如权利要求2所述的开关电源的控制方法，其特征在于，还包括：控制所述功率管的工作频率和输出电压依照所述斜率成正比例关系，所述斜率大于所述第一斜率。5.如权利要求3所述的开关电源的控制方法，其特征在于，还包括：控制所述功率管的工作频率和输出电压依照所述斜率成正比例关系，所述斜率小于所述第二斜率。6.如权利要求1所述的开关电源的控制方法，其特征在于，还包括：在所述第二工作状态，控制所述功率管以最大工作频率定频工作。7.一种开关电源的控制电路，所述开关电源包括耦接的功率管和电感，接收一输入电压，并产生一输出电压，其特征在于，所述控制电路包括第一控制支路和第二控制支路，所述第一控制支路接收反映所述输出电压的反馈信号和第一参考值，所述第二控制支路接收所述反馈信号和第二参考值；当所述反馈信号的值高于所述第一参考值，所述第一控制支路控...

【专利技术属性】
技术研发人员：江儒龙，朱臻，郜小茹，何宗元，魏岩磊，颜帅民，彭宇奇，
申请(专利权)人：上海晶丰明源半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：