具有恒压／恒流输出的开关电源及其控制方法技术

本发明专利技术涉及一种具有恒压／恒流输出的开关电源及其控制方法，它包括有：ＰＷＭ控制电路、功率开关器件，其中，第一反馈电路，用以检测次级电感电路并产生一表征所述开关电源电路的输出电流信息的第一误差放大信号；第二反馈电路，用以检测输出电压并产生一表征所述开关电源电路的输出电压信息的第二误差放大信号；当所述开关电源处于第一负载状态时，切换控制电路输出第一控制信号至所述ＰＷＭ控制电路，所述开关电源输出一恒定的电压；当所述开关电源处于第二负载状态时，切换控制电路输出第二控制信号至所述ＰＷＭ控制电路，所述开关电源输出一恒定的电流。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种开关电源电路，属于电源
，尤其涉及一种具有恒压和恒 流输出的开关电源。
技术介绍
随着开关电源技术的发展，开关电源广泛应用于例如通信、电脑等各种各样的场 合。在利用开关电源作为USB接口、笔记本电脑或者其他需要限流端口的供电场合，通常需 要在正常负载下，开关电源能够提供恒压输出，而在输出过载如短路情况等非正常状态时， 则需要开关电源能够提供恒流输出，以避免USB接口以及其他设备的损坏。现有技术中，通常采用在现有的具有恒压输出功能的开关电源的基础上，增加具 有恒定电流调制的运算放大器，图1所示为其中一种具体的解决方案。其采用SEPIC单端 初级电感拓扑结构，利用串联在开关电源输出侧的检测电阻Rs来检测输出电流信息，然后 通过增加的运算放大器A2与一基准值Vkef2进行比较运算，以达到根据输出负载Rum的状 态来控制开关电源输出的目的。明显的，采用这种实现方案，由于需要在输出端增加检测电 阻Rs，因此在原有拓扑结构中的已有的一个输出电容Cra的基础上，还要在检测电阻Rs前再 增加另一个输出电容Cffi来对流过检测电阻的信号进行滤波。增加的运算放大器A2的反相 输入端和同相输入端分别连接检测电阻Rs两端的电压，以与基准值Vkef2进行比较运算，从 而起到检测输出电流的作用。当监测到输出负载Rum异常状态时如短路时，此时PWM控制 器101根据检测电流结果控制开关器件Sl的开关动作，使得开关电源在该异常状态时输出 恒定电流。但是，采用这种实现方案，对运算放大器A2的设计参数具有很高的要求。一方面， 由于SEPIC单端初级电感拓扑结构的输入电压和输出电压之间的关系为V D=⑴ Vin 1 一 U因此，当D = 0. 5 时，Vin = Vout,当 D > 0. 5 时，Vin > Vout,当 D < 0. 5 时，Vin < Vout, 即输出电压既可以高于输入电压也可以低于输入电压，输出电压的范围可以从零到最高输 出电压，因此必然要求运算放大器能够具有较宽的共模输入电压范围(0V至输出电压的峰 值)；而且，运算放大器的输入级设计需要两个部分电路，一部分电路处理高压共模信号， 另一部分处理低压共模信号，这样不仅增加了设计复杂度和电路实现成本，同时在两部分 共模输入电压范围的临界处误差较大，也影响了电路的精度。另一方面，运算放大器的供电 电源也需要大于等于输出电压。由此可见，采用现有的设计方案，不仅需要增加另一个输出 电容和运算放大器，并且对该运算放大器的设计参数要求很高，成本提高，也增加了电路设 计难度。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种新型的恒压/恒流开关电源，其不直接检测输出电流状态，而是采用检测电路中次级电感的电流信息来监测输出负载的状态，从而 控制PWM控制电路以不同的控制模式工作，使得在输出负载正常状态时，开关电源以第一 工作模式工作，以输出恒定的电压信号，而当负载处于异常状态时，开关电源以第二工作模 式工作，以输出恒定的电流信号。同时，本专利技术提供一种开关电源中的恒压/恒流控制方法。本专利技术所述的一种具有恒压/恒流输出的开关电源，所述开关电源为单端初级电 感拓扑结构的变换器，其包括PWM控制电路、功率开关器件、初级电感、次级电感以及位于 初级电感和次级电感之间的耦合电容，还进一步包括第一反馈电路，用以检测所述次级电感上的电流，并产生一表征所述开关电源输 出电流信息的第一误差放大信号；第二反馈电路，用以检测所述开关电源的输出电压，并产生一表征所述开关电源 输出电压信息的第二误差放大信号；切换控制电路，其与第一反馈电路和第二反馈电路连接，用以接收所述第一误差 放大信号和第二误差放大信号；在第一负载状态时，切换控制电路根据第一误差放大信号输出第一控制信号至所 述PWM控制电路，所述开关电源以第一工作模式运行，输出一恒定的电流；在第二负载状态 时，切换控制电路根据第二误差放大信号输出第二控制信号至所述PWM控制电路，所述开 关电源以第二工作模式运行，输出一恒定的电压。本专利技术所述第一反馈电路，进一步包括，电感电流检测电路和第一运算放大器，其 中电感电流检测电路用以检测次级电感电流，从而得到一表征所述开关电源输出电流信息 的检测电压信号，并与第一基准源一起输入至所述第一运算放大器，所述第一运算放大器 的输出作为所述第一误差放大信号。依据本专利技术一实施例的所述电感电流检测电路进一步包括，由第一电阻和第一电 容组成的第一低通滤波器，其中所述第一电阻一端与所述次级电感连接，另一端与所述第 一电容的一端连接，所述第一电容的另一端接地，所述第一电容两端的电压作为所述次级 电感的直流电阻上的检测电压信号。依据本专利技术实施例的所述电感电流检测电路进一步包括第二电阻，所述第二电阻 一端接地，另一端连接在第一电容和第一电阻的连线上。依据本专利技术另一实施例的所述电感电流检测电路进一步包括，检测电阻和由第三 电阻和第二电容组成的第二低通滤波器，其中检测电阻串联在次级电感和地之间的连线 上，第二电容的一端接地，第二电容的另一端与第三电阻的一端串联连接，第三电阻的另一 端与次级电感连接，所述第二电容两端的电压作为所述检测电阻和次级电感的直流电阻上 的检测电压信号。本专利技术所述的第二反馈电路进一步包括，分压电阻电路和第二运算放大器，所述 分压电阻电路分别与开关电源输出端和第二运算放大器的反相输入端连接，所述第二运 算放大器的同相输入端连接第二基准源，所述第二运算放大器的输出作为第二误差放大信 号。本专利技术所述的切换控制电路进一步包括，第一二极管和第二二极管，所述第一二 极管的阳极和第二二极管的阳极一起连接至PWM控制电路，第一二极管的阴极连接至第一运算放大器的输出端，第二二极管的阴极连接至第二运算放大器的输出端。本专利技术所述的一种开关电源的恒压/恒流输出控制方法，所述开关电源为单端初 级电感拓扑结构的变换器，所述开关电源包括PWM控制电路、功率开关器件、初级电感、次 级电感以及位于初级电感和次级电感之间的耦合电容，所述恒压/恒流输出控制方法包括 以下步骤步骤1 利用第一反馈电路，检测所述次级电感上的电流，并产生一表征所述开关 电源输出电流信息的第一误差放大信号；步骤2 利用第二反馈电路，检测所述开关电源的输出电压，并产生一表征所述开 关电源输出电压信息的第二误差放大信号；步骤3 利用切换控制电路，接收所述第一误差放大信号和第二误差放大信号；在第一负载状态时，切换控制电路根据第一误差放大信号输出第一控制信号至所 述PWM控制电路，所述开关电源以第一工作模式运行，输出一恒定的电流；在第二负载状态时，切换控制电路根据第二误差放大信号输出第二控制信号至所 述PWM控制电路，所述开关电源以第二工作模式运行，输出一恒定的电压。本专利技术所述的开关电源恒压/恒流输出控制方法，进一步包括利用所述第一反馈电路中的电感电流检测电路检测流过次级电感的电流，从而得 到一表征所述开关电源输出电流信息的检测电压信号；利用第一反馈电路中的第一运算放大器接收第一基准源和所述检测电压信号，并 将所述第一运算放大器的输出作为所述第一误差放大信号。依据本专利技术的所述电感电流检测电路进一步包括，由第一电阻和第一电容组成的 第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有恒压／恒流输出的开关电源，所述开关电源为单端初级电感拓扑结构的变换器，它包括ＰＷＭ控制电路、功率开关器件、初级电感、次级电感以及位于初级电感和次级电感之间的耦合电容，其特征在于它还包括有：第一反馈电路，用以检测所述次级电感上的电流，并产生一表征所述开关电源输出电流信息的第一误差放大信号；第二反馈电路，用以检测所述开关电源的输出电压，并产生一表征所述开关电源输出电压信息的第二误差放大信号；切换控制电路，其与第一反馈电路和第二反馈电路连接，用以接收所述第一误差放大信号和第二误差放大信号；在第一负载状态时，切换控制电路根据第一误差放大信号输出第一控制信号至所述ＰＷＭ控制电路，所述开关电源以第一工作模式运行，输出一恒定的电流；在第二负载状态时，切换控制电路根据第二误差放大信号输出第二控制信号至所述ＰＷＭ控制电路，所述开关电源以第二工作模式运行，输出一恒定的电压。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈伟，
申请(专利权)人：杭州矽力杰半导体技术有限公司，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]