开关电源控制器及其控制方法
【专利摘要】公开了一种开关电源控制器及其控制方法。该开关电源控制器用于控制开关管的导通和断开，以维持输出电压和/或输出电流基本恒定，包括：驱动电路，该驱动电路根据开关电源的拓扑结构产生预定频率和占空比的PWM信号；驱动电流控制电路，该驱动电流控制电路的输入端接收PWM信号，输出端向该开关管的控制端提供驱动电流，其中，该开关电源控制器在开始正常工作之前执行测试操作，该驱动电流控制电路在测试操作中检测该开关管的输入电容，并且在正常工作期间产生与该开关管的输入电容相应级别的驱动电流。该开关电源控制器自动匹配开关管的驱动电流，使得在抑制EMI的同时可以兼顾开关电源的转换效率，并且降低了开关电源控制器的调试难度和制造成本。
【专利说明】开关电源控制器及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及开关电源，更具体地，涉及可以抑制电磁干扰(EMI)的开关电源控制器及其控制方法。
【背景技术】
[0002]在开关电源中的开关器件高速导通和断开过程中，电压和电流的快速跳变带来严重的电磁干扰，其中包括辐射电磁干扰。辐射电磁干扰是在开关电源周围空间的辐射。如何降低电磁干扰噪声使得电源产品达到相关标准，是业界普遍关注的一个问题。
[0003]已知电压和电流的变化速度直接影响电磁干扰的大小。开关管的驱动电流越小，启动过程越长，电压和电流的跳变就越缓慢，则开关管的导通和断开产生的电磁干扰越小。
[0004]传统的减小开关电源的电磁干扰噪声的方法是在开关管的栅极串联调节电阻来限制主开关管在导通或关断之前的栅源电容充电或放电电流，从而延长主开关管的栅源电压达到导通或关断阈值电压所需的时间，减小电压变化率dv/dt，以抑制EMI的辐射噪声。然而，大电阻值的调节电阻使得开关管的导通或断开过程延长。开关管的启动和断开过程延长将导致电压电流曲线的交叠面积变大，即开关管的损耗增加，转换效率降低。
[0005]在选择调节电阻的电阻值时应当平衡抑制EMI的需求和减小损耗的需求。在开关电源应用时，根据驱动电路的驱动电压和开关管的参数选择合适的调节电阻。然而，调节电阻的选择需要经过多次实验，调试效率低。由于不同功率级的开关管的参数不同，如果驱动电路所驱动的开关管更换，则需要重新配置调节电阻。甚至需要为不同功率级的开关管分别提供驱动电路。
[0006]因此，期望在抑制开关电源的EMI的同时可以简化驱动电路的调试以及减小开关管的损耗。
【发明内容】
[0007]有鉴于此，本发明提供了一种开关电源控制器及其控制方法，该开关电源控制器利用驱动电流的自动选择来抑制辐射电磁干扰。
[0008]根据本发明的一方面，提供一种开关电源控制器，所述开关电源控制器用于控制开关管的导通和断开，以维持输出电压和/或输出电流基本恒定，包括:驱动电路，所述驱动电路根据开关电源的拓扑结构产生预定频率和占空比的PWM信号；驱动电流控制电路，所述驱动电流控制电路的输入端接收PWM信号，输出端向所述开关管的控制端提供驱动电流，其中，所述开关电源控制器在开始正常工作之前执行测试操作，所述驱动电流控制电路在测试操作中检测所述开关管的输入电容，并且在正常工作期间产生与所述开关管的输入电容相应级别的驱动电流。
[0009]优选地，所述驱动电流控制电路包括:驱动电流检测电路，所述驱动电流检测电路的第一输出端与所述开关管的控制端相连，用于向其提供检测电流，第二输出端用于提供表征所述开关管的输入电容的检测电压；以及驱动电流选择电路，所述驱动电流选择电路的第一输入端接收PWM信号，第二输入端接收检测电压，输出端提供所述开关管的驱动电流，其中，在系统上电时，所述驱动电流检测电路获得所述电压并且所述驱动电流选择电路锁存所述检测电压，在开关电源的正常工作期间，所述驱动电流选择电路产生与所述检测电压相对应的驱动电流。
[0010]优选地，所述驱动电流检测电路的第一输出端和第二输出端之间具有公共节点，并且所述驱动电流检测电路包括:第一电流源，用于提供检测电流；第一开关，连接在所述第一电流源和所述公共节点之间，其中，所述第一开关在所述开关电源的测试操作中闭合，以及在所述开关电源的正常工作期间断开。
[0011]优选地，所述检测电流足够小使得在测试操作期间所述开关管未完全导通。
[0012]优选地，所述驱动电流选择电路包括:第一开关，根据PWM信号闭合或断开；多个电流源，所述多个电流源产生不同级别的驱动电流；多个第二开关，分别连接在所述多个电流源和所述第一开关的第一端之间；第三开关，在开关电源的测试操作中闭合，以及在所述开关电源的正常工作期间断开；多个比较器，所述多个比较器的同相输入端共同连接至第三开关的第二端，反相输入端分别接收各自的参考电压；以及多个锁存器，所述多个锁存器的输入端分别连接至相应的一个比较器的输出端，所述多个锁存器的输出端分别连接至所述多个第二开关的相应一个开关的控制端，其中，所述第一开关的第二端连接至所述开关管的控制端，所述第三开关的第一端连接至所述开关管的控制端。
[0013]优选地，所述驱动电流选择电路包括:多个电流源，所述多个电流源产生不同级别的驱动电流；多个第一开关，分别连接在相应的一个电流源和所述开关管的控制端之间；第二开关，在开关电源的测试操作中闭合，以及在所述开关电源的正常工作期间断开；多个比较器，所述多个比较器的同相输入端共同连接至第二开关的第二端，反相输入端分别接收各自的参考电压；多个锁存器，所述多个锁存器的输入端分别连接至相应的一个比较器的输出端；以及多个与门，所述多个与门的第一输入端分别连接至相应的一个锁存器的输出端，所述多个与门的第二输入端分别接收PWM信号，所述多个与门的的输出端分别连接至所述多个第一开关的相应一个开关的控制端。
[0014]优选地，所述驱动电流选择电路包括:驱动模块，所述驱动模块接收PWM信号，并且根据PWM信号产生用于驱动所述开关管的驱动电压；多个调节电阻，所述多个调节电阻的第一端分别连接至所述驱动模块的输出端；多个第一开关，分别连接在相应的一个调节电阻和所述开关管的控制端之间；第二开关，在开关电源的测试操作中闭合，以及在所述开关电源的正常工作期间断开；多个比较器，所述多个比较器的同相输入端共同连接至第二开关的第二端，反相输入端分别接收各自的参考电压；多个锁存器，所述多个锁存器的输入端分别连接至相应的一个比较器的输出端，所述多个锁存器的输出端分别连接至所述多个第一开关的相应一个开关的控制端。
[0015]优选地，所述开关管为场效应晶体管。
[0016]根据本发明的另一方面，提供一种开关电源控制方法，用于控制开关管的导通和断开，以维持输出电压和/或输出电流基本恒定，包括:在开关电源开始正常工作之前执行测试操作，以检测所述开关管的输入电容；以及在开关电源的正常工作期间产生与所述开关管的输入电容相应级别的驱动电流，其中，在正常工作期间，根据开关电源的拓扑结构产生预定频率和占空比的PWM信号，并且根据PWM信号供给或断开驱动电流。
[0017]优选地，执行测试操作的步骤包括:采用电流源向所述开关管的控制端提供检测电流，所述检测电流小于所述驱动电流；在检测电流持续预定时间后，获得所述开关管的控制端的电压，作为表征所述开关管的输入电容的检测电压。
[0018]优选地，在系统上电时获得并锁存所述检测电压。
[0019]优选地，产生与所述开关管的输入电容相应级别的驱动电流的步骤包括:将表征所述开关管的输入电容的检测电压与多个参考电压相比较，以获得所述输入电容的级别；根据所述输入电容的级别，选择多个电流源中的一个电流源；以及根据PWM信号将所述多个电流源中的所述一个电流源周期性地连接至所述开关管的控制端。
[0020]优选地，产生与所述开关管的输入电容相应级别的驱动电流的步骤包括:将表征所述开关管的输入电容的检测电压与多个参考电压相比较，以获得所述输入电容的级别；根据所述输入电容的级别和PWM信号，周期性地选择多个电流源中的一个电流源；以及将所述多个电流源中的所述一个电流源连接至所述开关管的控制端。
[0021]优选地，产生与所述开关管的输入电容相应级别的驱动电流的步骤包括:根据PWM信号产生用于驱动所述开关管的驱动电压；将表征所述开关管的输入电容的检测电压与多个参考电压相比较，以获得所述输入电容的级别；根据所述输入电容的级别选择多个调节电阻中的一个调节电阻；以及将所述驱动电压经由所述多个调节电阻中的所述一个电阻接至所述开关管的控制端。
[0022]本发明提出的自适应驱动方法无需搭配外部调节电阻，通过检测开关管的控制端电压上升的速率算出外部开关管的输入电容Ciss大小。开关电源控制器根据Ciss大小的不同自行匹配合适的驱动电流，从而实现不同的功率的开关管使用同一个驱动芯片，并且自动取得EMC和效率平衡的目标。
[0023]本发明将电容的检测和电流的选择合并到开关电源控制器中，只需要一块芯片就可以驱动不同功率的开关管，可以兼顾电磁干扰和效率的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中:
[0025]图1为根据现有技术的开关电源控制器的示意性框图；
[0026]图2为根据本发明的开关电源控制器的示意性框图；
[0027]图3为在根据本发明的开关电源控制器中采用的驱动电流控制电路的示意性框图；
[0028]图4为开关管的输入电容与驱动电流之间的关系曲线；
[0029]图5为在根据本发明的开关电源控制器中采用的驱动电流检测电路的示意性电路图；
[0030]图6为在根据本发明的开关电源控制器中采用的驱动电流选择电路的第一实施例的示意性电路图；
[0031]图7为在根据本发明的开关电源控制器中采用的驱动电流选择电路的第二实施例的示意性电路图；
[0032]图8为在根据本发明的开关电源控制器中采用的驱动电流选择电路的第三实施例的示意性电路图；
[0033]图9为根据本发明的开关电源控制方法的流程图；
[0034]图10为采用根据本发明的开关电源控制器的开关电源实例的示意性框图。
【具体实施方式】
[0035]以下结合附图对本发明的几个优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。
[0036]为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。
[0037]图1为根据现有技术的开关电源控制器的示意性框图。在图1中还示出了开关电源的功率级的开关管Q1。由于该开关电源控制器可以应用于各种类型的开关电源(如，BUCK拓扑开关电源、反激式开关电源)，因此在图1中省略开关电源的功率级的其他细节。
[0038]开关管Ql是本领域中可以用作功率开关的各种类型的晶体管，例如场效应晶体管。开关管Ql不限于已知的功率开关，还可以包括将来开发的功率晶体管。例如，开关管Ql是NMOS场效应晶体管。开关管Ql的寄生电容包括栅源极间的电容Cgs，栅漏极间的电容Cgd，漏源极间的电容Cds，因而，开关管Ql的输入电容Ciss = Cgs+Cgd，输出电容Coss=Cgd+Cds，反向传输电容Crss = Cgd。
[0039]开关电源控制器包括驱动电路100、第一调节电阻Ron、第二调节电阻Roff和二极管Doff。第一调节电阻Ron连接在驱动电路100的输出端和开关管Ql的栅极之间。此外，第二调节电阻Roff和二极管Doff串联连接在驱动电路100的输出端和开关管Ql的栅极之间。
[0040]在工作中，驱动电路100产生栅极驱动信号Vg。开关电源控制器控制开关管Ql周期性地导通和断开，以维持输出电压和/或输出电流基本恒定。
[0041]当PWM信号从低电平转变为高电平时，驱动电路100产生高电平的栅极驱动信号Vgo在开关管Ql的栅极和源极之间产生驱动电流。第一调节电阻Ron限制开关管Ql导通初始阶段的驱动电流的大小。驱动电流对开关管Ql的栅源寄生电容Cgs充电，从而逐渐升高开关管Ql的栅源电压。在开关管Ql的栅源寄生电容Cgs充电完成之后，开关管Ql的栅源电压大于开关管Ql的导通阈值电压，开关管Ql完全导通。可以通过改变第一调节电阻Ron的电阻值来改变驱动电流，从而控制开关管Ql启动的延迟时间。
[0042]当PWM信号从高电平转变为低电平时，驱动电路100产生低电平的栅极驱动信号Vgo开关管Ql在电平转变的瞬间仍处于导通状态。开关管Ql的栅源寄生电容Cgs经由第一调节电阻Ron、第二调节电阻Roff和二极管Doff放电，使得开关管Ql的栅源电压逐渐减小。在开关管Ql的栅源寄生电容Cgs放电完成之后，开关管Ql断开。可以通过改变第一调节电阻Ron和第二调节电阻Roff的电阻值来改变放电电流，从而控制开关管Ql断开的延迟时间。在放电过程中，第一调节电阻Ron和第二调节电阻Roff并联连接成放电路径，从而可以减小开关管Ql断开的延迟时间，从而避免由于断开过程过长并且产生附加的功耗。
[0043]然而，在选择第一调节电阻Ron和第二调节电阻Roff的电阻值时应当平衡抑制EMI的需求和减小损耗的需求。由于第一调节电阻Ron和第二调节电阻Roff的选择需要经过多次实验，因此调试效率低。另一方面，由于第一调节电阻Ron和第二调节电阻Roff的选择与驱动电路100产生的栅极驱动信号Vg的大小以及开关管Ql的输入电容Ciss相关，因此，开关电源控制器需要针对不同的开关管Ql专门设计，导致制造成本增加。
[0044]图2为根据本发明的开关电源控制器的示意性框图。在图2中还示出了开关电源的功率级的开关管Q1。与图1所示的开关电源控制器类似，根据本发明的开关电源控制器可以应用于各种类型的开关电源(如，BUCK拓扑开关电源、反激式开关电源)，因此在图2中省略开关电源的功率级的其他细节。
[0045]开关电源控制器包括驱动电路100和驱动电流控制电路200。驱动电流控制电路200连接在驱动电路100的输出端和开关管Ql的栅极之间。
[0046]在工作中，驱动电路100根据开关电源的拓扑结构产生期望频率和占空比的PWM信号，驱动电流控制电路200根据PWM信号产生合适的驱动电流。开关电源控制器控制开关管Ql周期性地导通和断开，以维持输出电压和/或输出电流基本恒定。
[0047]当PWM信号从低电平转变为高电平时，驱动电路100产生高电平的PWM信号。在开关管Ql的栅极和源极之间产生驱动电流。驱动电流控制电路200限制开关管Ql导通初始阶段的驱动电流的大小。驱动电流对开关管Ql的栅源寄生电容Cgs充电，从而逐渐升高开关管Ql的栅源电压。在开关管Ql的栅源寄生电容Cgs充电完成之后，开关管Ql的栅源电压大于开关管Ql的导通阈值电压，开关管Ql完全导通。驱动电流控制电路200产生的驱动电流与开关管Ql的输入电容Ciss相对应，从而控制开关管Ql启动的延迟时间。
[0048]当PWM信号从高电平转变为低电平时，驱动电路100产生低电平的PWM信号。开关管Ql在电平转变的瞬间仍处于导通状态。开关管Ql的栅源寄生电容Cgs放电，使得开关管Ql的栅源电压逐渐减小。在开关管Ql的栅源寄生电容Cgs放电完成之后，开关管Ql断开。
[0049]根据本发明的开关电源控制器根据PWM信号产生与开关管Ql的输入电容Ciss相对应的驱动电流，从而可以自动适配，以平衡抑制EMI的需求和减小损耗的需求。因此，该开关电源控制器可以适用于不同功率的开关管，从而降低开关电源的制造成本。
[0050]图3为在根据本发明的开关电源控制器中采用的驱动电流控制电路200的示意性框图。该驱动电流控制电路200包括与驱动电路100的输出端相连接以接收PWM信号的输入端、以及与开关管Ql的栅极连接以向其提供驱动电流Ie的输出端。该驱动电流控制电路200还包括驱动电流检测电路210和驱动电流选择电路220。
[0051]驱动电流检测电路210的第一输出端与开关管Ql的栅极相连，用于向其提供检测电流IDET，第二输出端与驱动电流选择电路220相连，用于向其提供表征开关管Ql的输入电容Ciss的检测电压VDET。
[0052]驱动电流选择电路220的第一输入端接收PWM信号，第二输入端接收检测电压Vdet，输出端与开关管Ql的栅极相连。驱动电流选择电路220根据PWM信号产生与检测电压Vdet (即开关管Ql的输入电容Ciss)相对应的驱动电流Ie。
[0053]图4为开关管的输入电容Ciss与驱动电流Ie之间的关系曲线。开关管Ql的输入电容Ciss越大，则对应的驱动电流Ie越大。可以根据实验数据得到输入电容Ciss与驱动电流Ie的关系曲线。
[0054]根据对多个不同功率的开关管进行检测，在理想情况下，以^-^曲线为线性的，这样可以效率达到最高，但这种方式不利于芯片的设计。在本发明实施例中，首先对含有多个不同功率开关管的开关电源进行电流调节测试，检测其周围的辐射电磁干扰和检测工作效率。在上述检测的基础上，将电磁干扰和效率取得平衡的基础上，将开关管的输入电容Ciss进行区间划分，以获得图4所示的曲线。在图4中，将开关管的输入电容Ciss分为四个级别，包括Cissl至Ciss4，根据实验数据得到对应于四个级别的输入电容Ciss的理想驱动电流I。;!至I CM。
[0055]在设计开关电源控制器时，根据图4所示的曲线，只需要检测出开关管的输入电容Ciss落到曲线的哪一段，就可以获得合适的驱动电流值。
[0056]图5为在根据本发明的开关电源控制器中采用的驱动电流检测电路210的示意性电路图。驱动电流检测电路210的第一输出端和第二输出端具有公共节点。驱动电流检测电路210包括电流源Il和开关S11。电流源Il经由开关SI连接至公共节点。
[0057]在开关电源控制器开始正常工作之前(例如在系统上电时)，开关电源控制器执行测试操作。驱动电流检测电路210工作，以检测开关管Ql的输入电容Ciss。为此，开关Sll闭合，电流源Il向开关管Ql的栅极提供恒定的检测电流IDET。开关Sll的闭合状态持续一段时间TDET。选择检测电流Idet小于正常工作时的驱动电流，因此在持续时间Tdet内，开关管Ql未完全导通。在持续时间Tdet之后，测量开关管Ql的栅极处的电压VDET。由于在此时间段内，开关管的输入电容Ciss可近似认为是恒定的值，根据电量平衡公式有:Idet*Tdet=Ciss*VDET，可知此时的检测电压Vdet可以表征开关管Ql的输入电容Ciss。
[0058]在测试操作中，开关Sll闭合。在获得检测电压Vdet之后，开关Sll断开，开关电源控制器进入开始正常工作状态。
[0059]图6为在根据本发明的开关电源控制器中采用的驱动电流选择电路220的第一实施例的示意性电路图。如上所述，驱动电流选择电路220的第一输入端接收PWM信号，第二输入端接收检测电压Vdet，输出端与开关管Ql的栅极相连。
[0060]在该实施例中，驱动电流选择电路220还包括四个驱动电流源IGl至IG4。驱动电流源IGl至IG4经由开关SI至S4分别连接至开关S22的第一端。开关S22的第二端连接至开关管Ql的栅极从而向其提供驱动电流Ie。开关S22的控制端接收PWM信号，从而在PWM信号的控制下闭合或断开。
[0061]开关S21的第一端连接至检测电压。比较器221a至221d的同相输入端分别连接至开关S21的第二端以接收检测电压Vdet，反相输入端分别接收参考电压Vl至V4中的相应一个，输出端连接至锁存器222a至222d中的相应一个。锁存器222a至222d的输出端分别连接至开关SI至S4的控制端。
[0062]在开关电源控制器的测试操作中，开关S21闭合。根据检测电压Vdet的大小，比较器221a至221d中的相应一个输出高电平信号，其余则输出低电平信号。锁存器222a至222d分别锁存比较器221a至221d的输出信号。因此，开关SI至S4中的一个根据检测电压Vdet闭合，其余则断开。
[0063]在开关电源控制器的正常工作期间，开关S21断开。由于锁存器222a至222d的存在，开关SI至S4仍然维持各自的状态。因而，驱动电流选择电路220中的电流源Il至14之一连接至开关管Ql的栅极，向其提供驱动电流Ie。因而，驱动电流选择电路220根据PWM信号产生与检测电压Vdet (即开关管Ql的输入电容Ciss)相对应的驱动电流Ie。
[0064]在图6所示的实施例中，采用四个驱动电流源IGl至IG4分别提供与四个级别的输入电容Ciss相对应的驱动电流Iei至I e4。可以理解，采用更多的驱动电流源及其相关模块可以实现更多级别的驱动电流的选择。
[0065]图7为在根据本发明的开关电源控制器中采用的驱动电流选择电路220的第二实施例的示意性电路图。如上所述，驱动电流选择电路220的第一输入端接收PWM信号，第二输入端接收检测电压Vdet，输出端与开关管Ql的栅极相连。
[0066]在该实施例中，驱动电流选择电路220还包括四个驱动电流源IGl至IG4。驱动电流源IGl至IG4经由开关SI至S4分别连接至开关管Ql的栅极从而向其提供驱动电流I,。
[0067]开关S21的第一端连接至检测电压。比较器221a至221d的同相输入端分别连接至开关S21的第二端以接收检测电压Vdet，反相输入端分别接收参考电压Vl至V4中的相应一个，输出端连接至锁存器222a至222d中的相应一个。锁存器222a至222d的输出端分别连接至与门223a至223d的第一输入端。与门223a至223d的第二输入端分别接收PWM信号，输出端分别连接至开关SI至S4的控制端。
[0068]在开关电源控制器的测试操作中，开关S21闭合。根据检测电压Vdet的大小，比较器221a至221d中的相应一个输出高电平信号，其余则输出低电平信号。锁存器222a至222d分别锁存比较器221a至221d的输出信号，从而根据检测电压Vdet选择开关SI至S4中的相应一个开关。
[0069]在开关电源控制器的正常工作期间，开关S21断开。由于锁存器222a至222d的存在，可以根据检测电压Vdet和PWM信号选择开关SI至S4中的相应一个开关。因而，驱动电流选择电路220中的电流源Il至14之一连接至开关管Ql的栅极，向其提供驱动电流Ie。
[0070]驱动电流选择电路220根据PWM信号产生与检测电压VDET(即开关管Ql的输入电容Ciss)相对应的驱动电流Ie。
[0071]在图7所示的实施例中，采用四个驱动电流源IGl至IG4分别提供与四个级别的输入电容Ciss相对应的驱动电流Iei至I e4。可以理解，采用更多的驱动电流源及其相关模块可以实现更多级别的驱动电流的选择。
[0072]图8为在根据本发明的开关电源控制器中采用的驱动电流选择电路220的第三实施例的示意性电路图。如上所述，驱动电流选择电路220的第一输入端接收PWM信号，第二输入端接收检测电压Vdet，输出端与开关管Ql的栅极相连。
[0073]在该实施例中，驱动电流选择电路220还包括驱动模块225和四个调节电阻Rl至R4。驱动模块225接收PWM信号，并且根据P丽信号产生用于驱动开关管Ql的驱动电压Vgo调节电阻Rl至R4的第一端分别连接至驱动模块225的输出端，第二端分别连接至开关SI和S4。因而，调节电阻Rl至R4经由开关SI至S4,分别连接至开关管Ql的栅极从而向其提供驱动电流Ic。
[0074]开关S21的第一端连接至检测电压。比较器221a至221d的同相输入端分别连接至开关S21的第二端以接收检测电压Vdet，反相输入端分别接收参考电压Vl至V4中的相应一个，输出端连接至锁存器222a至222d中的相应一个。锁存器222a至222d的输出端分别连接至开关SI至S4的控制端。
[0075]在开关电源控制器的测试操作中，开关S21闭合。根据检测电压Vdet的大小，比较器221a至221d中的相应一个输出高电平信号，其余则输出低电平信号。锁存器222a至222d分别锁存比较器221a至221d的输出信号。因此，开关SI至S4中的一个根据检测电压Vdet闭合，其余则断开。
[0076]在开关电源控制器的正常工作期间，开关S21断开。由于锁存器222a至222d的存在，开关SI至S4仍然维持各自的状态。因而，驱动电流选择电路220中的电阻Rl至R4之一连接至开关管Ql的栅极，向其提供驱动电流Ie。电阻Rl至R4的作用类似于图1所示的开关电源控制器中的第一调节电阻Ron。然而，电阻Rl至R4的电阻值可以根据图4预设为不同的数值，并且在开关电源控制器的工作期间动态选择。因而，驱动电流选择电路220根据PWM信号产生与检测电压Vdet(即开关管Ql的输入电容Ciss)相对应的驱动电流Ie。
[0077]在图8所示的实施例中，采用四个调节电阻分别提供与四个级别的输入电容Ciss相对应的驱动电流Iei至IG4。可以理解，采用更多的调节电阻及其相关模块可以实现更多级别的驱动电流的选择。
[0078]图9为根据本发明的开关电源控制方法的流程图。该开关电源控制方法用于控制开关管的导通和断开，以维持输出电压和/或输出电流基本恒定。
[0079]在步骤SOl中，在开关电源开始正常工作之前(例如在系统上电时)执行测试操作，以检测所述开关管的输入电容。执行测试操作的步骤包括:采用电流源向所述开关管的控制端提供检测电流，所述检测电流小于所述驱动电流；在检测电流持续预定时间后，获得所述开关管的控制端的电压，作为表征所述开关管的输入电容的检测电压。在一个实施例中，在系统上电时锁存所述检测电压。
[0080]在步骤S02中，在开关电源的正常工作期间产生与所述开关管的输入电容相应级别的驱动电流，其中，在正常工作期间，根据开关电源的拓扑结构产生预定频率和占空比的PWM信号，并且根据PWM信号供给或断开驱动电流。产生与所述开关管的输入电容相应级别的驱动电流的步骤包括:将表征所述开关管的输入电容的检测电压与多个参考电压相比较，以获得所述输入电容的级别；根据所述输入电容的级别，选择多个电流源中的一个电流源；以及根据PWM信号将所述多个电流源中的所述一个电流源周期性地连接至所述开关管的控制端。在一个实施例中，产生与所述开关管的输入电容相应级别的驱动电流的步骤包括:将表征所述开关管的输入电容的检测电压与多个参考电压相比较，以获得所述输入电容的级别；根据所述输入电容的级别和PWM信号，周期性地选择多个电流源中的一个电流源；以及将所述多个电流源中的所述一个电流源连接至所述开关管的控制端。在另一个实施例中，产生与所述开关管的输入电容相应级别的驱动电流的步骤包括:根据PWM信号产生用于驱动所述开关管的驱动电压；将表征所述开关管的输入电容的检测电压与多个参考电压相比较，以获得所述输入电容的级别；根据所述输入电容的级别选择多个调节电阻中的一个调节电阻；以及将所述驱动电压经由所述多个调节电阻中的所述一个电阻接至所述开关管的控制端。
[0081]图10为采用根据本发明的开关电源控制器的开关电源实例的示意性框图。该开关电源采用反激式拓扑结构。开关电源包括变压器T，变压器T具有原边绕组NP、副边绕组NS，用于传递能量和信号反馈。变压器T的原边绕组NP的第一端、副边绕组NS的第二端以及辅助绕组NA的第二端为同名端，以及变压器T的原边绕组NP的第二端、副边绕组NS的第一端以及辅助绕组NA的第一端为同名端。
[0082]在原边侧，外部交流输入经整流滤波之后，作为输入电压提供至电源变换器的输入端Vin。输入电容Cin连接在输入端Vin和地之间，对输入电压进行滤波。所述变压器T的原边绕组NP的第一端连接至输入端Vin。开关管Ql的漏极连接在变压器T的原边绕组NP的第二端，源极经由采样电阻Rs接地。
[0083]在副边侧，变压器T的副边绕组NS的第一端连接二极管Dl的阳极，第二端接地。在二极管Dl的阴极和地之间并联连接电容Co，在电容Co的两端产生输出电压Vout。
[0084]在开关管Ql导通时，变压器T的原边绕组NP承受正电压Vin，电感电流从零开始线性上升。当该电流在采样电阻Rs上产生的采样信号达到控制电压时，开关管Ql关断。
[0085]在开关管Ql关断时，副边二极管Dl续流，等效到副边绕组承受负电压Vout。此时原边电感电流线性下降。在连续导通(CCM)模式下，电感电流还未减小达到O时，开关管Ql再次导通。在非连续导通模式(DCM)模式下，直至电感电流至O以后，开关管Ql才再次导通。在准谐振模式，开关管Ql在其源漏电压波形的谷底才再次导通。
[0086]在工作中，驱动电路100产生期望频率和占空比的PWM信号，驱动电流控制电路200根据PWM信号产生与开关管Ql的输入电容Ciss相对应的驱动电流。开关电源控制器控制开关管Ql周期性地导通和断开，以维持输出电压和/或输出电流基本恒定。
[0087]依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属【技术领域】技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
【权利要求】
1.一种开关电源控制器，所述开关电源控制器用于控制开关管的导通和断开，以维持输出电压和/或输出电流基本恒定，包括: 驱动电路，所述驱动电路根据开关电源的拓扑结构产生预定频率和占空比的PWM信号; 驱动电流控制电路，所述驱动电流控制电路的输入端接收PWM信号，输出端向所述开关管的控制端提供驱动电流， 其中，所述开关电源控制器在开始正常工作之前执行测试操作，所述驱动电流控制电路在测试操作中检测所述开关管的输入电容，并且在正常工作期间产生与所述开关管的输入电容相应级别的驱动电流。
2.根据权利要求1所述的开关电源控制器，其中所述驱动电流控制电路包括: 驱动电流检测电路，所述驱动电流检测电路的第一输出端与所述开关管的控制端相连，用于向其提供检测电流，第二输出端用于提供表征所述开关管的输入电容的检测电压；以及 驱动电流选择电路，所述驱动电流选择电路的第一输入端接收PWM信号，第二输入端接收检测电压，输出端提供所述开关管的驱动电流， 其中，在系统上电时，所述驱动电流检测电路获得所述检测电压并且所述驱动电流选择电路锁存所述检测电压，在开关电源的正常工作期间，所述驱动电流选择电路产生与所述检测电压相对应的驱动电流。
3.根据权利要求2所述的开关电源控制器，其中所述驱动电流检测电路的第一输出端和第二输出端之间具有公共节点，并且所述驱动电流检测电路包括: 第一电流源，用于提供检测电流； 第一开关，连接在所述第一电流源和所述公共节点之间， 其中，所述第一开关在所述开关电源的测试操作中闭合，以及在所述开关电源的正常工作期间断开。
4.根据权利要求3所述的开关电源控制器，其中所述检测电流足够小使得在测试操作期间所述开关管未完全导通。
5.根据权利要求2所述的开关电源控制器，其中所述驱动电流选择电路包括: 第一开关，根据PWM信号闭合或断开； 多个电流源，所述多个电流源产生不同级别的驱动电流； 多个第二开关，分别连接在所述多个电流源和所述第一开关的第一端之间； 第三开关，在开关电源的测试操作中闭合，以及在所述开关电源的正常工作期间断开； 多个比较器，所述多个比较器的同相输入端共同连接至第三开关的第二端，反相输入端分别接收各自的参考电压；以及 多个锁存器，所述多个锁存器的输入端分别连接至相应的一个比较器的输出端，所述多个锁存器的输出端分别连接至所述多个第二开关的相应一个开关的控制端， 其中，所述第一开关的第二端连接至所述开关管的控制端，所述第三开关的第一端连接至所述开关管的控制端。
6.根据权利要求2所述的开关电源控制器，其中所述驱动电流选择电路包括: 多个电流源，所述多个电流源产生不同级别的驱动电流； 多个第一开关，分别连接在相应的一个电流源和所述开关管的控制端之间； 第二开关，在开关电源的测试操作中闭合，以及在所述开关电源的正常工作期间断开； 多个比较器，所述多个比较器的同相输入端共同连接至第二开关的第二端，反相输入端分别接收各自的参考电压； 多个锁存器，所述多个锁存器的输入端分别连接至相应的一个比较器的输出端；以及多个与门，所述多个与门的第一输入端分别连接至相应的一个锁存器的输出端，所述多个与门的第二输入端分别接收PWM信号，所述多个与门的的输出端分别连接至所述多个第一开关的相应一个开关的控制端。
7.根据权利要求2所述的开关电源控制器，其中所述驱动电流选择电路包括: 驱动模块，所述驱动模块接收PWM信号，并且根据PWM信号产生用于驱动所述开关管的驱动电压； 多个调节电阻，所述多个调节电阻的第一端分别连接至所述驱动模块的输出端； 多个第一开关，分别连接在相应的一个调节电阻和所述开关管的控制端之间； 第二开关，在开关电源的测试操作中闭合，以及在所述开关电源的正常工作期间断开； 多个比较器，所述多个比较器的同相输入端共同连接至第二开关的第二端，反相输入端分别接收各自的参考电压； 多个锁存器，所述多个锁存器的输入端分别连接至相应的一个比较器的输出端，所述多个锁存器的输出端分别连接至所述多个第一开关的相应一个开关的控制端。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的源极驱动电路，其中所述开关管为场效应晶体管。
9.一种开关电源控制方法，用于控制开关管的导通和断开，以维持输出电压和/或输出电流基本恒定，包括: 在开关电源开始正常工作之前执行测试操作，以检测所述开关管的输入电容；以及 在开关电源的正常工作期间产生与所述开关管的输入电容相应级别的驱动电流， 其中，在正常工作期间，根据开关电源的拓扑结构产生预定频率和占空比的PWM信号，并且根据PWM信号供给或断开驱动电流。
10.根据权利要求9所述的方法，其中执行测试操作的步骤包括: 采用电流源向所述开关管的控制端提供检测电流，所述检测电流小于所述驱动电流；在检测电流持续预定时间后，获得所述开关管的控制端的电压，作为表征所述开关管的输入电容的检测电压。
11.根据权利要求10所述的方法，其中在系统上电时获得并锁存所述检测电压。
12.根据权利要求9所述的方法，其中产生与所述开关管的输入电容相应级别的驱动电流的步骤包括: 将表征所述开关管的输入电容的检测电压与多个参考电压相比较，以获得所述输入电容的级别； 根据所述输入电容的级别，选择多个电流源中的一个电流源；以及 根据PWM信号将所述多个电流源中的所述一个电流源周期性地连接至所述开关管的控制端。
13.根据权利要求9所述的方法，其中产生与所述开关管的输入电容相应级别的驱动电流的步骤包括: 将表征所述开关管的输入电容的检测电压与多个参考电压相比较，以获得所述输入电容的级别； 根据所述输入电容的级别和PWM信号，周期性地选择多个电流源中的一个电流源；以及 将所述多个电流源中的所述一个电流源连接至所述开关管的控制端。
14.根据权利要求9所述的方法，其中产生与所述开关管的输入电容相应级别的驱动电流的步骤包括: 根据PWM信号产生用于驱动所述开关管的驱动电压； 将表征所述开关管的输入电容的检测电压与多个参考电压相比较，以获得所述输入电容的级别； 根据所述输入电容的级别选择多个调节电阻中的一个调节电阻；以及 将所述驱动电压经由所述多个调节电阻中的所述一个电阻接至所述开关管的控制端。
【文档编号】H02M1/08GK104467372SQ201410795808
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月18日 优先权日:2014年12月18日
【发明者】张丹, 白永江, 胡志亮 申请人:矽力杰半导体技术(杭州)有限公司