多模式控制电路、方法及ac-dc变换电路的制作方法

专利名称：多模式控制电路、方法及ac-dc变换电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及AC-DC变换电路及其控制电路，更具体地说，本发明涉及应用 多模式控制的AC-DC变换电路。
技术背景AC-DC变换电路被广泛地应用于各种场合。然而现有AC-DC变换电路其控 制器通常采用恒定峰值电流或恒定开关频率的方法，使得当电路负载变低时， 效率降低。而且，现有AC-DC变换电路的控制电路部分根据其控制模式的不同，分别 采用相对独立的电路，其电路结构复杂，不利于器件的小型化，使其成本和便 携性受限。因此有需要提供针对不同负载状况，而采用不同控制模式的多模式控制电 路及方法。发明内容本发明的目的是提供一种采用多模式控制电路和控制方法的AC-DC变换电 路，基于该多模式控制电路和控制方法的改进AC-DC变换电路，把反馈回路、 峰值电流控制电路、开关频率控制电路及负载状态检测电路等整合在一起，显 著提高电路的效率，使电路结构更紧凑、更优化，利于器件的小型化，提高便 携性，降低成本。本发明的另一个目的是提供一种上述AC-DC变换电路中应用的多模式控制 电路。本发明还有一个目的是提供上述AC-DC变换电路的多模式控制方法。 本发明的目的通过下述技术方案来实现 一种多模式控制电路，包括受控开关，连接于所述多模式控制电路所控制的被控电路；开关频率控制电路，接收被控电路输出信号的反馈信号，输出开关频率控制信号；峰值电流控制电路， 一个输入端接收流过所述受控开关的电流信号，另一 个输入端接收被控电路输出信号的反馈信号，输出峰值电流控制信号-,轻载状态检测电路，接收被控电路输出信号的反馈信号，输出轻载状态控 制信号；模式切换电路，分别接收开关频率控制电路、峰值电流控制电路、轻载状 态检测电路输出的控制信号，根据上述各电路所接收信号表征的负载变化切换 受控开关，使受控电路运行于多种模式。一种AC-DC变换电路，包括整流桥，用以接收所述AC-DC变换电路的交流输入信号，并输出直流信号； 储能元件，能够储存能量；受控开关，电耦接至所述储能元件，在所述受控开关导通时所述储能元件 存储能量，在所述受控开关关断时所述储能元件中存储的能量被传送至负载；电流采样电路，电耦接至所述受控开关，采样流过所述受控开关的电流， 并产生代表流过所述受控开关的电流的电流采样信号；输出反馈电路，采样所述变换电路的输出电压，并产生与所述输出电压相 关的反馈信号；以及上述的多模式控制电路，所述受控开关设置于该控制电路内。 一种多模式的控制方法，包括 检测状态检测负载状态；切换模式根据负载状态，切换电路运行于多种控制模式。 本发明的AC-DC变换电路采用上述结构和/或上述方法，可以检测负载状态 的变化，并根据其变化切换不同电路的控制信号参与受控开关运行的控制，使 其运行在不同的控制模式下，从而更切合负载的情况，提高电路运行的效率； 而且本发明的电路结构，整合各控制电路，减少了元器件应用的重复和冗余， 使电路结构更紧凑、更优化，更利于小型化，特别利于将其集成化为芯片，且12具有降低成本的优点。


本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中图1为根据本发明的一种AC-DC变换电路100。图2为图1所示电路100的控制芯片IC,的具体电路10。图3为图1所示电路100当其控制芯片为图2所示电路10时的开关频率和峰值电流随反馈信号的变化而变化的波形图。图4为图1所示电路100当其控制芯片为图2所示电路10时的开关频率和峰值电流随反馈信号的变化而变化的另一波形图。图5为图1所示电路100的控制芯片Id的具体电路20。图6为图1所示电路100当其控制芯片为图2所示电路20时的开关频率和峰值电流随反馈信号的变化而变化的波形图。图7为图1所示电路100当其控制芯片为图2所示电路20时的开关频率和峰值电流随反馈信号的变化而变化的另一波形图。
具体实施方式
如图1所示，为典型AC-DC变换电路100。电路100包括一接收交流输入信 号Vw的整流桥， 一与所述整流桥并联连接的输入电容"， 一变压器T(本领域 的技术人员应该认识到，变压器T为能够储存能量的储能元件)，一控制芯片Id， 一由变压器T的初级绕组L、次级绕组L、 二极管仏、输出电容Gw构成的典型 反激拓扑， 一由变压器T的辅助绕组T2、 二极管D2、电容d,电阻R2组成的辅 助供电回路， 一由光电耦合器D。、电阻R,、电阻R3、齐纳二极管D3组成的反馈 组件， 一采样电阻Rs，以及一电容C。。其中变压器T的初级绕组T。的一端接收经过整流桥和输入电容Cw整流后的 直流信号Voc，其另一端连接至控制芯片Id(也就是图2所示的控制变换电路运 行模式的多模式控制电路10)的一个管脚D。变压器T的次级绕组T,和二极管D, 串联连接后与输出电容C。uT并联连接，输出电容C,两端电压即为电路100的输出电压V,反馈组件中光电耦合器D。、电阻Ri以及齐纳二极管D3依次串联连接后与输出电容C,并联连接，从而反馈输出电压V。ut至控制芯片IG的反馈管脚FB。由于光电耦合器D。反馈的是电流信号，于是电阻R3与光电耦合器D。的三极 管部分串联，将流经其上的电流信号转换为相应的电压信号，即电路100的反 馈信号VFB。变压器T的辅助绕组L和二极管D2、电阻R2串联连接后与电容d 并联连接，从而在电路100正常工作时，提供用于控制芯片Id内部供电源所需 的辅助供电电压。其中电阻R2用于控制电容C,的充放电速度。 控制芯片IC,包括受控开关，连接于所述多模式控制电路所控制的被控电路； 开关频率控制电路l，接收被控电路输出信号的反馈信号，输出开关频率控 制信号；峰值电流控制电路2， 一端接收流过所述受控开关的电流信号，另一端接收 被控电路输出信号的反馈信号，输出峰值电流控制信号；轻载状态检测电路3，接收被控电路输出信号的反馈信号，输出轻载状态控 制信号；模式切换电路5，分别接收开关频率控制电路、峰值电流控制电路、轻载状 态检测电路输出的控制信号，根据上述各电路所接收信号表征的负载变化切换 受控开关，使受控电路运行于多种模式；驱动电路4,接收模式切换电路的输出信号，向受控开关的控制端输出驱动 控制信号。如图2所示，控制芯片Id的管脚D内接受控开关(本实施例中，受控开关 为MOSFET高压主开关管M,)的一端，即连接于主开关管M,的漏极，则主开关管 M,通过变压器T的初级绕组T。接收直流信号Voc。主开关管Mt的源极S外接电阻 Rs，用以采样主开关管Mi的电流，并转换为相应的电压信号VBS，此信号即为电 流采样信号。参看图2，为图1所示电路100的控制芯片IC,的具体电路10，其为本发明 的第一实施例。如图2所示，控制芯片ICt的模式切换电路包括RS触发器和门电路。RS触
发器的置位端和输出端电耦接至开关频率控制电路1，其复位端电耦接至峰值电
流控制电路2;本实施例中，门电路为与门电路U。，其一个输入端电耦接至RS 触发器Us的输出端，其另一个输入端电耦接至轻载状态检测电路3，其输出端电 耦接至受控开关Mi的控制端。
如图2所示，控制芯片Id内的开关频率控制电路1包括产生并输出锯齿波 的锯齿波产生电路、第一比较器U,、短脉冲电路Us和开关频率参考信号给定电 路。
控制芯片ICt的管脚Ct内接一电流值为Ict的电流源Us电流流出端以及第一 开关S,的一端，电流源Us的另一端与第一开关S,的另一端接地。电流源Us、第 一开关S,和管脚Ct的外接电容C。(外接电容c。即第一电容)组成锯齿波产生电
路(本实施例为减少控制芯片Id的尺寸，锯齿波产生电路的电容设置在芯片外；
根据需要也可以设置在芯片内)。该锯齿波产生电路输出的锯齿波信号被输送至
第一比较器U,的同相输入端。管脚FB通过第一电阻R内接至第一比较器"的反 相输入端。齐纳二极管D4也同时连接至第一比较器U,的反相输入端，用以钳位 第一比较器U,反相输入端的电压，第一比较器U,的输出端连接至RS触发器U5 的置位端S。其中第一电阻R和齐纳二极管D,组成开关频率参考信号给定电路， 齐纳二极管D4即钳位器，其钳位端连接至第一比较器仏的反相输入端，另一端 接地，其钳位电压为Vw。 RS触发器U5的输出Q也被输送至短脉冲电路U6，进而 通过短脉冲电路U6来控制第一开关S,的开通与关断，从而控制管脚Ct外接电容
Gi的充放电情况。其中短脉冲电路Ue的脉冲持续时间为Tp&。
如图2所示，控制芯片Id还包含有峰值电流控制电路2，该电路包括减法 器仏、第二比较器U2和峰值电流参考信号给定电路201。
如前所述，管脚S外接一采样电阻Rs，内接至主开关管Mi的源极，同时管 脚S内接至第二比较器U2的同相输入端，即第二比较器U2的同相输入端作为峰 值电流控制电路2的一个输入端，接收电流采样信号^s。减法器U4的输入端作 为峰值电流控制电路2的另一个输入端，接收电路100输出信号的反馈信号Vra，并输出差信号VSUB-VFB;峰值电流参考信号给定电路201的一个输入端接收减法
器U4输出的差信号VSUB-VFB，另一个输入端接收电流参考信号Vs_，并输出峰值 电流参考信号Vir至第二比较器U2的反相输入端。其中峰值电流参考信号给定电 路201具有这样一个特性其判定差信号VSUB-VpB和电流参考信号V,。的大小， 并将较小的信号作为峰值电流参考信号Vir，输送至第二比较器U2的反相输入端。 举例来说，峰值电流参考信号给定电路201可以通过两个并联连接的二极管实 现。其中一个二极管的阴极接收差信号VSUB-VFB，另一个二极管的阴极接收电流 参考信号Vs自，两者的阳极均连接于第二比较器U2的反相输入端。但是本领域 的技术人员可以认识到，本实施例中，峰值电流参考信号给定电路201并不限 于这样的结构，还可以以其他多种方式实现其特性。第二比较器U2的输出端连 接至RS触发器U5的复位端R。 RS触发器U5的输出Q被输送至与门U。的一个输入
4山辆。
如图2所示，控制芯片Id的轻载状态检测电路3包括减法器U4、滞回比较 器U3，其中的减法器仏与峰值电流控制电路2中的减法器U4为共用的同一减法 器。
滞回比较器U:,的滞环值被设定为V,，其同相输入端接收减法器输出的差信
号vSUB-VFB，其反相输入端接收参考电平Vref，因此滞回比较器U3的滞环上限
Vb^V^+V,，其滞环下限VB^Vr,V"其输出端连接至与门Uu的另一个输入端。与
门U。的输出端连接至驱动电路4，进而通过驱动电路4控制主开关管M,的导通 与关断。减法器U,和滞回比较器U3组成一轻载状态检测电路3，用以提供一轻 载状态检测信号，并判断所述AC-DC变换电路何时进入轻载状态。当减法器U4
的输出VfVpB小于滞回比较器U3的滞环下限V亂时，滞回比较器U:,输出一低电
平信号至与门U。，从而无效了与门U。的另一个输入，即无效了RS触发器的输出 Q，使得与门U。的输出为低，进而通过驱动电路4后主开关管Mt被维持关断。
管脚FB同时内接至减法器U4，减法器U4的输出为VSUB-VFB，其中V则;为一系
统设定常数，本领域的技术人员可知，V，可以由内部供电源分压得到，也可以
由其他方式得到。Vsub-Vfb被瑜送至滞回比狡器U3的同相输入端和峰值电流参考信号给定电路201。
管脚GND为接地管脚，其将控制芯片IC,内的接地信号外接至电路100变压 器T的原边接地端，即初级绕组T。的接地端。由图1可以看到，变压器T的辅 助绕组T2与其初级绕组T。共地。
电路100正常运行时，整流桥接收交流输入信号VIN，从整流桥输出的信号 通过输入滤波电容U后得到直流信号VK。该直流信号Voc通过变压器T的初级 绕组T。被输送至控制芯片Id内的主开关管M,，并通过控制主开关管M,的开通与 关断得到次级绕组TL端的电路100的输出电压V,当主开关管M,被开通时，流 经其上的电流Ln增大；当主开关管M,被关断时，流经其上的电流U减小。因此 主开关管Mj皮开通瞬间的电流值为其最小值；而主开关管Mi被关断瞬间的电流 值为其最大值，即主开关管M,的峰值电流IPMk。采样电阻Rs将流经主开关管M, 的电流L转化为相应的采样电压VRS。当采样电压L大于第二比较器U2反相输 入端的电压时，第二比较器U2输出一个高电平信号至RS触发器U5的复位端R。 RS触发器Us被复位，其输出信号Q变低，因此与门U。的输出变低，使得经由驱 动电路4后主开关管Mj皮关断。因此第二比较器U2反相输入端的电压决定了主 开关管MJ可时被关断，也即决定了流经主开关管M,的电流Iw,的峰值电流I一， 即第二比较器U2反相输入端的电压为峰值电流参考信号。
电路100的输出电压V。uT通过反馈组件中的光电耦合器D。、电阻R,以及齐纳 二极管D3被反馈至控制芯片ICi的管脚FB。流经光电耦合器D。三极管部分的反 馈电流流经电阻R3后被转化为相应的电压信号VFB。当负载电流比较大时，输出 电压V。ur较轻载时小。而反馈组件中齐纳二极管D3钳位电压恒定，光电耦合器 D。的二极管部分其导通压降也恒定，于是此时电阻R,两端电压较电路100轻载 时小，流经电阻R,的电流相应较小，即光电耦合器D。的电流较小。电阻&两端 的电压，也即反馈信号VpB也随之较小。而随着负载电流的降低，电阻R,两端电 压，也即反馈信号VPB将有所增大。
当反馈信号VfB慢慢增大但仍小于齐纳二极管D4两端的钳位电压VM，并且减
法器U4输出的差信号Vsub-Vfb大于滞坏比狡器仏的滞环上限V删、小于采样参考电压V謹J寸，即Vfb〈Vm、 VSUB-vFB>vSOTSe、 v通-v^〉v柳,时，峰值电流参考信号给定电路 201输出的峰值电流参考信号V^为VS6nss，则此时流经主开关管Mi的峰值电流Iprak 由电流参考信号Vs,决定，所以此时I"恒定。滞回比较器U3的输出为高，与 门U(,的输出由其另一个输入决定，即由RS触发器Us的输出Q决定。在管脚Ct 处，当Sj皮关断时，电流源Us开始给外接电容C。充电，电容C。两端电压开始增
大。根据电容特性/^Cx^ (其中C为电容值，Ic为流经电容的电流，Vc为电 容两端电压，t为时间)，由于电流Ict恒定，则电容C。的充电时间T。hOTgB=CraX Va)/Ict，
其中Q:。为电容C。的电容值、Vco为电容C。两端电压。当电容C。两端电压Vc;。触到
第一比较器仏的反相输入端电压时，第一比较器仏输出一个高电平信号至RS触 发器Us的置位端S。 RS触发器Us被置位，其输出信号Q变高。因此与门U。的输 出变高，此高电平信号经由驱动电路4后将主开关管Mi开通；同时经由短脉冲 电路仏后，将第一开关Si开通一个短脉冲时间段T—s，随之电容C。被迅速放电， 其两端电压Vc。迅速降至零，则第一比较器U,输出变低。当短脉冲时间段Tpuls。 结束后，电容C。被重新充电，直至其两端电压Vc。再一次达到第一比较器U,反相 输入端电压。所以，在状态VFB〈V。4、 VSUB-Vfb〉Vs隱、VSUB-Vpb〉V腿h下，施加在第一比 较器仏反相输入端的电压，即开关频率参考信号为反馈信号V,当电容C。两端 电压W。达到反馈信号VFB的电压值时， 一方面主开关管M,被开通，另一方面电容 Co被开关St迅速放电。此时电容C。的充电时间T=Teharge+TPUlse=CraXVFB/Iet+Tpulse，因
此此时电路100的开关频率f-l/(T。h,+Tp^):l/(Cc。XV"Ic;t+Tp^)。随着负载电
流的减小，反馈信号V,:b有所增大，因此此时电路100的开关频率f减小。可以
看到，锯齿波产生电路、第一比较器U,、短脉冲电路U6、开关频率参考信号给 定电路以及RS触发器Us构成一开关频率控制电路1，用以提供一开关频率控制 信号，并控制电路100开关频率f的变化。
当负载电流继续减小，反馈信号VpB继续增大，使得VFB<VM、 VSUB-VPB<VSCTS6、 VSUB-VpB〉V剛时，峰值电流参考信号Vir为减法器U4的输出Vsub-Vfb，此时主开关管
M,的峰值电流I—与减法器仏的输出Vsub-Vfb成正比，其随反馈信号Vn,的增大而减小；施加在第一比较器仏反相输入端的电压，即开关频率参考信号仍为反馈
信号VPB，则电路100的开关频率f=l/(T。harg(!+TpulS6)=l/(Cc。XVFB/Ict+TpulSs)，其随 着反馈信号VpB的增大而减小。
当负载电流继续减小，反馈信号V^继续增大，使得VFB〉VM、 VSUB-VPB〈VS_、
Vsub-Vfb〉Vbbh吋，峰值电流参考信号Vir仍为减法器U4的输出VSUB-Vra，此时主开关
管Mi的峰值电流I—与减法器U4的输出VSUB-Vfb成正比，其随反馈信号Vm的增大
而减小；第一比较器U,反相输入端的电压被齐纳二极管仏所钳位，因此此时施 加在第一比较器仏反相输入端的电压，即开关频率参考信号变为齐纳二极管D4 的钳位电压VD4，电路100的开关频率f=l/(Tch,+TpuIse)=l/(CraXVD4/Ict+Tpuls。)， 由于电容C。的电容值Cc。、电流ICl、齐纳二极管仏的钳位电压Vm以及短脉冲吋 间段Tp^均已给定，因此此时电路100的开关频率f不变。
当负载电流非常小，反馈信号Vfb増大到使得Vfb>VD4， VSUB-V,、b〈V，8、 Vsuli-VFB〈VliM_ 时，滞回比较器仏的输出变低，此低的信号无效了与门U。另一个输入端的输入。 即不论此时RS触发器的输出为高或者为低，与门U。的输出均为低，则经由驱动 电路U。后，主开关管M,保持关断的状态。即轻载状态检测电路3判断电路100 进入轻载状态。此时电路100的输出电压VwT降低，反馈信号V卜-B随之降低。若 反馈信号VpB降低至V咖UV腳时，滞回比较器U3输出变高，使得与门U。的输出 由RS触发器Us的输出Q决定，即与门U。输出正常控制信号，使得经由驱动电路 4后，主开关管Mi被正常开通与关断。主开关管M,被正常开通与关断后，电路 lOO的输出电压V,'u,有所增大，反馈信号V^也有所增大，直至VSUB-VFB〈VBI(l,，滞环 比较器U3输出变低，电路工作进入如前所述的循环与门U。输出低电平信号至 驱动电路U。，主开关管NU呆持关断状态；而后电路100输出电压V。uT降低，反馈 信号Vfb随之降低，与门输出正常控制信号，主开关管Mi又被正常开通与关断。 这种工作模式通常被称为脉冲跳跃模式(burst mode)。直至负载电流重新升高， 电路100输出电压VOT降低，反馈信号VFB降低，从而使VSurVFB>VBRH维持住，则电 路IOO跳出burst模式。
可以看到，图2所示电路10的控制芯片IC,使电路100在不同的负载状况下具有4种工作模式
模式1:峰值电流I—恒定且开关频率f变化； 模式2:峰值电流I^且开关频率f均变化； 模式3:开关频率f恒定且峰值电流I一变化； 模式4: burst模式，即脉冲跳跃模式。
倘若修改电路10的参数，使得VSUB-Vm《VBRl，在模式2情况下，即当VFB〈VM、 VSUB-V 〈VS_ 、 VSUB-Vre>VBrai时，随着反馈信号VFB的继续增大，会出现
V肌〈V綳-Vfb〈V卿，则只要反馈信号VpB增大到VpB〉VM时，VSUB-VPB〈Vse se、 VSUB-VR,<VBRL。
即此时反馈信号VpB的变化跳过了情况VFB〉V。4、 VSUB-VFB〈VS，、 VSUB-Vra〉V,则此时
电路100直接进入模式4: burst模式。即当电路参数为VSUB-Vw《V亂时，电路
100随着负载电流的减小，依次经历模式1、模式2、模式4，其开关频率f和
流过主开关管的峰值电流I一如图4所示。
在实际运行中，这4种工作模式可以根据需要进行组合，可以选择其中两
种、三种或者四种工作模式，并且工作模式的先后顺序可以根据需要变化。以 下再举一实施例加以说明。
图5为图1所示电路100的控制芯片Id的另一具体电路20，其为本发明的
第二实施例。
图5与图2的相同部分采用相同的附图标记，与图2所示的电路10相比， 电路20的不同之处在于，开关频率参考信号给定电路包括第一电阻R、偏置电 压源V。ffset、开关频率参考信号判定电路101。其中开关频率参考信号判定电路 101的一端通过第一电阻R的一端接收电路100的反馈信号V ，另一端接收偏 置电压源V。^t输出的频率参考信号。其中开关频率参考信号判定电路101具有 这样一个特性其判定接收的上述两个输入信号的大小，并将大的信号作为开 关频率参考信号输送至第一比较器Lh的反相输入端。同时峰值电流参考信号给 定电路201的特性变为其判定接收的两个输入信号(VSUB-Vpb和Vm,)的大小， 并将较大的信号作为峰值电流参考信号V&，输出至第二比较器U2的反相输入端。 举例来说，开关频率参考信号判定电路101可以通过两个并联连接的二极管实现。其中一个二极管的阳极通过第一电阻R接收反馈信号VFB，另一个二极管的 阳极接收电压源V。^t输出的频率参考信号，两者的阴极均连接于第一比较器U,
的反相输入端。峰值电流参考信号给定电路201可以通过两个并联连接的二极
管实现。其中一个二极管的阳极接收差信号Vsub-VFB，另一个二极管的阳极接收
电流参考信号V，M，两者的阴极均连接于第二比较器U2的反相输入端。但是本 领域的技术人员可以认识到，本实施例中，开关频率参考信号判定电路101和 峰值电流参考信号给定电路201并不限于这样的结构，还可以以其他多种方式 实现其特性。
当VFB<V。ffset、 VSUB-Vra〉Vs_、 VSUB-Vfb〉V,吋，在第一比较器仏反相输入端处， 开关频率参考信号为偏置电平V。ffset;在第二比较器U2反相输入端处，峰值电流 参考信号Vir为减法器U4输出的差信号VSUB-VFB。因此此时电路100的开关频率 f=l/ (T。haw+Tpulss) =1/ (Cc。X V。ffsrt/ICt+TpulsJ ,开关频率f恒定；主开关管M,的峰值 电流I一正比于V，-V卜b， I一随反馈信号Vn,的增大而减小。即此时为模式3。
当负载电流慢慢减小，反馈信号VFB慢慢增大，使得Vfb〉V。^、 Vsub-V,b>Vs_、 VSUB-Vfb〉V,吋，在第一比较器仏反相输入端处，开关频率参考信号为反馈信号 V,;li;在第二比较器U2反相输入端处，峰值电流参考信号Vu为减法器仏的输出
Vsuf V 。因此此时电路100的开关频率f:l/(Tch，+U:l/(G;oXV^/L+T一se)，
主开关管M,的峰值电流Ip^正比于VSf VFB， f与I一均随反馈信号V^的增大而 减小。即此时为模式2。
当负载电流慢慢减小，反馈信号V^慢慢增大，使得V,:B>V。ffsBt、 VSUB-Vre〈Vs_、
VSUB-Vra〉VBRJt，在第一比较器Ui反相输入端处，开关频率参考信号为反馈信号
VFB;在第二比较器仏反相输入端处，峰值电流参考信号V&为电流参考信号Vse,。
因此此时电路100的开关频率f=l/(TcharsB+TpulJ=l/(CcoXVra/Ia+TpulsJ ，开关频率
f随反馈信号VpB的增大而减小；主开关管M,的电流峰值Vs。，， Ipuak
恒定。即此时为模式l。
当负载电流继续减小，反馈信号V卜b继续增大到VFB〉Vwls。t， VSUfVra〈Vs_、 VsufV,"V,时，滞回比较器U3的输出变低，此低的信号无效了与门U。另一个输入端的输入，电路100进入burst模式，即模式4。
可以看到，图5所示电路20的控制芯片Id使电路100随着负载电流的减 小，依次经历了模式3、模式2、模式l、模式4，其开关频率f和流过主开关 管M,的峰值电流I一如图6所示。
倘若修改电路20的电路参数，使得VSUB-V。ffS6t《Vs_，则只要Vn,〉V。n时， VSUB-VFB〈Vsense、 VSUB-Vfb〉V剛，即此时反馈信号V卜-b的变化跳过了情况Vl;li〉V。fl.sct、 Vsul「VHB>Vssns6、 VSUB-VFB〉V,直接从模式3进入模式1。接着负载电流继续减小， 反馈信号VpB继续增大，直至VpB〉V。ff抓，VSUB-VPB<VS_、 VSUB-KV亂时，滞回比较器 U3的输出变低，此低的信号无效了与门U。另一个输入端的输入，电路100进入 模式4: burst模式。即当电路参数为VSUB-V。ffs6t《Vst,nJf，电路100随着负载电 流的减小，依次经历模式3、模式l、模式4，其开关频率f和流过主开关管M, 的峰值电流I一如图7所示。
本发明还提出了一种多模式的控制方法，包括以下步骤第一步，检测负 载状态；第二步，根据负载状态，使电路100运行于相应控制模式；并且随着 负载变化，电路运行于多种控制模式开关频率变化、峰值电流恒定模式，开 关频率与峰值电流均变化模式，开关频率恒定、峰值电流变化模式，脉冲跳跃 模式。并且述多种控制模式可以根据需要进行组合。
随着负载电流降低，电路100可依次运行于模式1、模式2、模式3、模式
4;或者随着负载电流降低，电路100可依次运行于模式1、模式2、模式4;或
者随着负载电流降低，电路100可依次运行于模式3、模式2、模式l、模式4; 或者随着负载电流降低，电路100可依次运行于模式3、模式l、模式4。
需要声明的是，上述发明内容及具体实施方式
意在证明本发明所提供技术 方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本 发明的精神和原理内，当可作各种修改、等同替换、或改进。本发明的保护范 围以所附权利要求书为准。
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互 相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除 非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非 特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
本发明并不局限于前述的具体实施方式
。本发明扩展到任何在本说明书中 披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何 新的组合。
权利要求
1、一种多模式控制电路，其特征在于，包括受控开关，连接于所述多模式控制电路所控制的被控电路；开关频率控制电路，接收被控电路输出信号的反馈信号，输出开关频率控制信号；峰值电流控制电路，一个输入端接收流过所述受控开关的电流信号，另一个输入端接收被控电路输出信号的反馈信号，输出峰值电流控制信号；轻载状态检测电路，接收被控电路输出信号的反馈信号，输出轻载状态控制信号；模式切换电路，分别接收开关频率控制电路、峰值电流控制电路、轻载状态检测电路输出的控制信号，根据上述各电路所接收信号表征的负载变化切换受控开关，使受控电路运行于多种模式。
2、 根据权利要求i所述一种多模式控制电路，其特征/f:于，所述开关频率控制电路包括锯齿波产生电路，产生并输出锯齿波； 第一比较器，其同相输入端接收上述锯齿波；短脉冲电路， 一端电耦接至所述模式切换电路，另一端电耦接至锯齿波产 生电路；开关频率参考信号给定电路，接收被控电路输出信号的反馈信号，并输出 开关频率参考信号至第一比较器的反相输入端；第一比较器的输出端电耦接至模式切换电路，向其输出开关频率控制信号。
3、 根据权利要求l所述一种多模式控制电路，其特征在于，所述峰值电流 控制电路，包括第二比较器，其同相输入端作为所述峰值电流控制电路的一个输入端，接 收所述受控开关的电流信号；减法器，其输入端作为所述峰值电流控制电路的另一个输入端，接收被控电 路输出信号的反馈信号，并输出差信号；峰值电流参考信号给定电路，输入端分别接收所述差信3和电流参考信号， 输出峰值电流参考信号至第二比较器的反相输入端。
4、 根据权利要求3所述一种多模式控制电路，其特征在于，所述峰值电流 参考信号给定电路判定所述差信号和所述电流参考信号的大小，将较小的信号 作为所述峰值电流参考信号。
5、 根据权利要求3所述一种多模式控制电路，其特征在于，所述峰值电流参考信号给定电路判定所述差信号和所述电流参考信号的大小，将较大的信号 作为所述峰值电流参考信号。
6、 根据权利要求2所述-种多模式控制电路，其特征在于，所述锯齿波产 生电路，包括电流源及与之并联的第一开关、第一电容； 第一开关具有控制端，该控制端电耦接至短脉冲电路。
7、 根据权利要求2所述一种多模式控制电路，其特征在于，所述开关频率 参考信号给定电路，包括第一电阻， 一端接收被控电路输出信号的反馈信号，另一端电耦接至第一 比较器的反相输入端；钳位器，其钳位端电耦接至第一比较器的反相输入端，K另一端接地。
8、 根据权利要求2所述一种多模式控制电路，其特征在于，所述开关频率 参考信号给定电路，包括第一电阻； 偏置电压源；开关频率参考信号判定电路；所述开关频率参考信号判定电路的一端通过第一电阻接收被控电路输出信 号的反馈信号，另一端接收偏置电压源输出的频率参考信号，判定接收的上述 两个信号的大小，并将大的信号作为开关频率参考信号输送至第一比较器的反 相输入端。
9、 根据权利要求l所述一种多模式控制电路，其特征在于，所述轻载状态检测电路，包括减法器，输入端接收被控电路输出信号的反馈信号，输出差信号； 滞回比较器，其同相输入端接收所述差信号，其反相输入端接收参考电平， 其输出端电耦接至模式切换电路。
10、 根据权利要求3所述一种多模式控制电路，其特征在于，所述轻载状态检测电路，包括第二减法器，输入端接收被控电路输出信号的反馈信号，输出差信号； 滞回比较器，其同相输入端接收所述差信号，其反相输入端接收，其输出 端电耦接至模式切换电路；所述减法器与第二减法器为同一器件。
11、 根据权利要求1所述一种多模式控制电路，其特征在于，所述模式切 换电路，包括RS触发器，其置位端和输出端电耦接至开关频率控制电路，其复位端电耦 接至峰值电流控制电路；门电路，其一个输入端电耦接至RS触发器的输出端，其另-个输入端电耦 接至轻载状态检测电路，其输出端电耦接至受控开关的控制端。
12、 根据权利要求ll所述一种多模式控制电路，其特征在于，所述门电路 为与门电路，其输出端通过驱动电路电耦接至受控开关的控制端。
13、 根据权利要求1 12之一所述一种多模式控制电路，其特征在于，所 述控制电路随着其控制的被控电路负载电流的减小，其模式切换电路组合接收 各控制信号，切换受控开关，使被控电路运行在如下模式a. 开关频率变化，峰值电流恒定；b. 开关频率变化，峰值电流变化； C.开关频率恒定，峰值电流变化； d.脉冲跳跃模式；所述a、 b、 c、 d模式的顺序根据负载电流减小的情况任意排序。
14、 根据权利要求1 12之一所述一种多模式控制电路，其特征在于，所述控制电路随着其控制的被控电路负载电流的减小，其模式切换电路组合接收 各控制信号，切换受控开关，使被控电路依次运行在如下模式 开关频率变化且峰值电流恒定模式；开关频率变化且峰值电流变化模式； 开关频率恒定且峰值电流变化模式； 脉冲跳跃模式。
15、 根据权利要求1 12之一所述一种多模式控制电路，其特征在于，所 述控制电路随着其控制的被控电路负载电流的减小，其模式切换电路组合接收各控制信号，切换受控开关，使被控电路依次运行在如下模式 开关频率变化且峰值电流恒定模式；开关频率变化且峰值电流变化模式；脉冲跳跃模式。
16、 一种AC-DC变换电路，包括整流桥，用以接收所述AC-DC变换电路的交流输入信号，并输出直流信号； 储能元件，能够储存能量；受控开关，电耦接至所述储能元件，在所述受控开关被导通时所述储能元 件存储能量，在所述受控开关被断开时所述储能元件中存储的能量被传送至负 载；电流采样电路，电耦接至所述受控开关，采样流过所述受控开关的电流， 并产生代表流过所述受控开关的电流的电流采样信号；输出反馈电路，采样所述变换电路的输出电压，并产生与所述输出电压相 关的反馈信号；其特征在于，还包括多模式控制电路，所述受控开关设置于该控制电路内； 该多模式控制电路，包括开关频率控制电路，接收输出反馈电路的反馈信号，输出开关频率控制信号 峰值电流控制电路， 一个输入端接收流过所述受控丌关、由电流采样电路 产生的电流采样信号，另一个输入端接收被控电路输出信号反馈信号，输出峰 值电流控制信号；轻载状态检测电路，接收输出反馈电路的反馈信号，输出轻载状态控制信号；模式切换电路，分别接收开关频率控制电路、峰值电流控制电路、轻载状 态检测电路输出的控制信号，根据上述各电路所接收信号表征的负载变化切换 受控开关，使受控电路运行于多种模式。
17、 根据权利要求16所述一种AC-DC变换电路，其特征在于，所述控制电 路随着变换电路负载电流的减小，其模式切换电路组合接收各控制信号，切换受控开关，使变换电路运行在如下模式a. 开关频率变化，峰值电流恒定；b. 开关频率变化，峰值电流变化； C.开关频率恒定，峰值电流变化； d.脉冲跳跃模式；所述a、 b、 c、 d模式的顺序根据负载电流减小的情况任意排序。
18、 根据权利要求16所述一种AC-DC变换电路，其特征在于，所述控制电路随着变换电路负载电流的减小，其模式切换电路组合接收各控制信号，切换受控开关，使变换电路依次运行在如下模式 开关频率变化且峰值电流恒定模式；开关频率变化且峰值电流变化模式； 开关频率恒定且峰值电流变化模式；脉冲跳跃模式。
19、 根据权利要求16所述一种AC-DC变换电路，其特祉在于，所述控制电 路随着变换电路负载电流的减小，其模式切换电路组合接收各控制信号，切换 受控开关，使变换电路依次运行在如下模式开关频率变化且峰值电流恒定模式；开关频率变化且峰值电流变化模式； 脉冲跳跃模式。
20、 根据权利要求16 19之一所述一种AC-DC变换电路，其特征在于，所 述开关频率控制电路包括锯齿波产生电路，产生并输出锯齿波； 第一比较器，其同相输入端接收上述锯齿波；短脉冲电路， 一端电耦接至所述模式切换电路，另一端电耦接至锯齿波产 生电路；开关频率参考信号给定电路，接收被控电路输出信号的反馈信号，并输出 开关频率参考信号至第一比较器的反相输入端；第一比较器的输出端电耦接至模式切换电路，向其输出开关频率控制信号。
21、 根据权利要求16 19之一所述一种AC-DC变换电路，其特征在于，所 述峰值电流控制电路，包括第二比较器，其同相输入端作为所述峰值电流控制电路的一个输入端，接 收所述电流采样信号；减法器，其输入端作为所述峰值电流控制电路的另一个输入端，接收被控 电路输出信号的反馈信号，并输出差信号；峰值电流参考信号给定电路，输入端分别接收所述差信号和电流参考信号， 输出峰值电流参考信号至第二比较器的反相输入端。
22、 根据权利要求21所述一种AC-DC变换电路，其特征在于，所述峰值电 流参考信号给定电路判定所述差信号和所述电流参考信号的大小，将较小的信 号作为所述峰值电流参考信号。
23、 根据权利要求21所述一种多模式控制电路，其特征在于，所述峰值电 流参考信号给定电路判定所述差信号和所述电流参考信号的大小，将较大的信 号作为所述峰值电流参考信号。
24、 根据权利要求20所述一种多模式控制电路，其特征在于，所述锯齿波 产生电路，包括电流源及与之并联的第一开关、第一电容；第一开关具有控制端，该控制端电耦接至短脉冲电路。
25、 根据权利要求20所述一种AC-DC变换电路，其特征在于，所述开关频 率参考信号给定电路，包括第一电阻， 一端接收被控电路输出信号的反馈信号，另一端电耦接至第一 比较器的反相输入端；钳位器，其钳位端电耦接至第一比较器的反相输入端，其另一端接地。
26、 根据权利要求20所述一种AC-DC变换电路，具特祉在十，所述开关频 率参考信号给定电路，包括第一电阻； 偏置电压源；开关频率参考信号判定电路-,所述开关频率参考信号判定电路的一端通过第一电阻接收被控电路输出信 号的反馈信号，另一端接收偏置电压源输出的频率参考信号，判定接收的上述 两个信号的大小，并将大的信兮作为开关频率参考信号输送至第-比较器的反 相输入端。
27、 根据权利要求.16 19之一所述一种AC-DC变换电路，其特征在于，所 述轻载状态检测电路，包括减法器，其输入端接收被控电路输出信号的反馈信号，输出差信号； 滞回比较器，其同相输入端接收所述差信号，其反相输入端接收参考电平， 其输出端电耦接至模式切换电路。
28、 根据权利要求21所述一种AC-DC变换电路，其特征在于，所述轻载状 态检测电路，包括第二减法器，其输入端接收被控电路输出信号的反馈信号，输出差信号； 滞回比较器，其同相输入端接收所述差信号，其反相输入端接收参考电平， 其输出端电耦接至模式切换电路；所述减法器与第二减法器为同一器件。
29、 根据权利要求16 19之一所述一种AC-DC变换电路，其特征在于，所 述模式切换电路，包括RS触发器，其置位端和输出端电耦接至开关频率控制电路，其复位端电耦 接至峰值电流控制电路;门电路，其一个输入端电耦接至RS触发器的输出端，其另一个输入端电耦 接至轻载状态检测电路，其输出端电耦接至受控开关的控制端。
30、 根据权利要求29所述一种AC-DC变换电路，其特征在于，所述门电路 为与门电路，其输出端通过驱动电路电耦接至受控开关的控制端。
31、 一种多模式的控制方法，其特征在于，包括 检测状态检测负载状态；切换模式根据负载状态，切换电路运行于多种控制模式。
32、 根据权利要求31所述一种多模式的控制方法，其特征在于，所述检测 状态是指检测负载电流的变化；所述切换模式是指随着负载电流减小，切换电 路运行于如下模式a. 开关频率变化，峰值电流恒定；b. 开关频率变化，峰值电流变化； C.开关频率恒定，峰值电流变化； d.脉冲跳跃模式；所述a、 b、 c、 d模式的顺序根据负载电流减小的情况任意排序。
33、 根据权利要求31所述一种多模式的控制方法，其特征在于，所述检测 状态是指检测负载电流的变化；所述切换模式是指随若^^屯流减小，切换电 路依次运行于包括如下模式开关频率变化且峰值电流恒定模式； 开关频率变化且峰值电流变化模式； 开关频率恒定且峰值电流变化模式； 脉冲跳跃模式。
34、 根据权利要求31所述一种多模式的控制方法，其特征在于，所述检测状态是指检测负载电流的变化；所述切换模式是指随着负载电流减小，切换电 路依次运行于包括如下模式开关频率变化且峰值电流恒定模式；开关频率变化且峰值电流变化模式；脉冲跳跃模式。
全文摘要
本发明公开了多模式控制电路、方法及AC-DC变换电路，可以根据不同的负载状况，采用多模式控制，同时该变换电路可根据实际需要而有不同的模式组合，从而实现电路的高效率和结构更紧凑。
文档编号G05F1/00GK101592965SQ20091005944
公开日2009年12月2日 申请日期2009年5月27日 优先权日2009年5月27日
发明者任远程, 张军明, 恩 李 申请人:成都芯源系统有限公司