开关电源电路及开关电源电路的控制方法与流程
本发明涉及开关电源技术领域，尤其涉及开关电源电路及开关电源电路的控制方法。
背景技术：
如图1所示，现有开关电源中通常包括电感L＇、电容C＇、第一开关管Q1＇、第二开关管Q2＇和控制器10＇，通过控制器10＇输出相应的脉宽调制信号控制第一开关管Q1＇和第二开关管Q2＇的导通和截止，但是由于输入电压不稳定，为了达到输出电压稳定的效果，需要检测电容C＇两端输出电压的大小，根据输出电压的大小调整脉宽调制信号的占空比。例如在输入电压升高时，需要维持同样的输出电压，则需要减小脉宽调制信号的占空比，电感输入端连接至输入电源的时间变短，需要电感供电的时间变长，电感储能增加，从而使得电感体积增加，电源转换的工作效率。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于提供一种开关电源电路及开关电源电路的控制方法，旨在减小电感体积，提高电源转换的工作效率。
为了实现上述目的，本发明提供一种开关电源电路，包括电源、第一开关管、第二开关管、电感、电容和控制器；所述电感的一端通过所述第一开关管与所述电源的正极连接，另一端通过电容与所述电源的负极连接，所述电感与所述第一开关管的公共连接端通过所述第二开关管与所述电源的负极连接；所述控制器，用于输出脉宽调制信号至所述第一开关管和第二开关管，以控制第一开关管和第二开关管的工作状态；所述控制器还用于检测所述电源两端的输入电压，并根据所述输入电压调整所述脉宽调制信号的周期时间。
优选地，所述第一开关管为第一场效应管，所述第一场效应管的漏极与所述电源的正极连接，源极与所述电感连接，栅极与所述控制器连接；所述第二开关管为第二场效应管，所述第二场效应管的漏极与所述第一场效应管的源极连接，源极与所述电源的负极连接，栅极与所述控制器连接。
优选地，所述开关电源电路还包括反相器，所述第二场效应管的栅极通过所述反相器与所述控制器的信号输出端连接；所述第一场效应管的栅极与所述信号输出端连接。
优选地，所述控制器具体用于当所述输入电压升高时，缩短所述脉宽调制信号的周期时间；当所述输入电压降低时，延长所述脉宽调整信号的周期时间。
优选地，所述控制器包括误差放大器、锯齿波发生器和比较器，其中所述锯齿波发生器的电压输入端与所述电源的正极连接，输出端与所述比较器的一输入端连接；所述误差放大器的同相输入端与预置的标准电压源连接，反相输入端与所述电容两端的输出电压的正极连接，输出端与所述比较器的另一输入端连接；所述比较器的输出端用于输出所述脉宽调制信号。
优选地，所述控制器具体用于根据所述输入电压Vin2、所述电容两端预设的输出电压vo、预置的标准周期时间T1和预置的标准电源电压Vin1调整所述脉宽调制信号的周期时间T2，所述周期时间T2满足：
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种开关电源电路的控制方法，所述开关电源电路包括电源、第一开关管、第二开关管、电感、电容和控制器；所述电感的一端通过所述第一开关管与所述电源的正极连接，另一端通过电容与所述电源的负极连接，所述电感与所述第一开关管的公共连接端通过所述第二开关管与所述电源的负极连接；所述控制器，用于输出脉宽调制信号至所述第一开关管和第二开关管，以控制第一开关管和第二开关管的工作状态；
所述开关电源电路的控制方法包括以下步骤：
所述控制器检测所述电源两端的输入电压；
所述控制器根据所述输入电压调整所述脉宽调制信号的周期时间。
优选地，所述控制器根据所述输入电压调整所述脉宽调制信号的周期时间具体为：
当所述输入电压升高时，控制器缩短所述脉宽调制信号的周期时间；
当所述输入电压降低时，控制器延长所述脉宽调整信号的周期时间。
优选地，所述开关电源电路的控制方法还包括：
所述控制器检测所述电容两端的输出电压；
所述控制器根据所述输出电压调整所述脉宽调制信号的占空比。
优选地，所述控制器根据所述输入电压调整所述脉宽调制信号的周期时间包括：
根据所述输入电压Vin2、所述电容两端预设的输出电压vo、预置的标准周期时间T1和预置的标准电源电压Vin1调整所述脉宽调制信号的周期时间T2，所述周期时间T2满足：
本发明实施例通过控制器检测电源两端的输入电压，并根据输入电压调整输出至第一开关管和第二开关管的脉宽调制信号的周期时间，当所述输入电压升高时，缩短所述脉宽调制信号的周期时间；当所述输入电压降低时，延长所述脉宽调制信号的周期时间。从而维持纹波电流不变，稳定输出电压，由于根据输入电压的变化调整第一开关管和第二开关管的导通时间，无需增加现有技术中电感的电感量，因此可以有效减小电感体积，提高电源转换的工作效率。
附图说明
图1为传统开关电源电路的电路结构示意图；
图2为本发明开关电源电路第一实施例的电路结构示意图；
图3为本发明开关电源电路第二实施例的电路结构示意图；
图4为本发明开关电源电路第二实施例中的信号波形图；
图5为本发明开关电源电路的控制方法一实施例的流程示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种开关电源电路，参照图2，在一实施例中，该开关电源电路包括电源U、第一开关管Q1、第二开关管Q2、电感L、电容C和控制器10；所述电感L的一端通过所述第一开关管Q1与所述电源U的正极连接，另一端通过电容C与所述电源U的负极连接，所述电感L与所述第一开关管Q1的公共连接端通过所述第二开关管Q2与所述电源U的负极连接；所述控制器10，用于输出脉宽调制信号至所述第一开关管Q1和第二开关管Q2，以控制第一开关管Q1和第二开关管Q2的工作状态；所述控制器10还用于检测所述电源U两端的输入电压，并根据所述输入电压调整所述脉宽调制信号的周期时间。
本发明实施例提供的开关电源电路可以应用于开关电源中，也可以应用于具有开关电源的终端上，例如电视机、PC等。上述工作状态包括导通状态和截止状态。
可以理解的是，上述第一开关管Q1和第二开关管Q2的结构可以根据实际需要进行设置，本实施例中，优选地，上述第一开关管Q1为第一场效应管，所述第一场效应管的漏极与所述电源U的正极连接，源极与所述电感L连接，栅极与所述控制器10连接；所述第二开关管Q2为第二场效应管，所述第二场效应管的漏极与所述第一场效应管的源极连接，源极与所述电源U的负极连接，栅极与所述控制器10连接。本实施例中，优选地，上述第一场效应管和第二场效应管均为N沟道的场效应管。
具体地，本实施例中，上述第一开关管Q1和第二开关管Q2在工作时，第一开关管Q1和第二开关管Q2的工作状态完全相反，即当第一开关管Q1导通的时候，第二开关管Q2截止，以使电源U为电感L充电，同时为电容C两端提供输出电压；当第一开关管Q1截止的时候，第二开关管Q2导通，电感L通过第二开关管Q2放电，同时为电容C两端提供输出电压。
本实施例中，为了使得第一开关管Q1和第二开关管Q2的工作状态完全相反，可以采取多种方式，例如，控制器10可以包括用于同时输出两种反相 的脉宽调制信号的两个信号输出端，且该两个信号输出端分别与第一开关管Q1和第二开关管Q2的栅极连接，从而保证第一开关管Q1和第二开关管Q2的工作状态完全相反。还可以采用的方式为：控制器10将脉宽调制信号直接输出至第一开关管Q1，同时通过一个反相器，将该脉宽调制信号输出至第二开关管Q2，从而保证了第一开关管Q1和第二开关管Q2的工作状态完全相反。
具体地，在采用反相器时，上述开关电源电路还包括反相器20，所述第二场效应管的栅极通过所述反相器20与所述控制器10的信号输出端连接；所述第一场效应管的栅极与所述信号输出端连接。本实施例中，上述反相器20的输入端与所述控制器10的信号输出端，反相器20的输出端与所述第二场效应管的栅极连接。
应当说明的是，上述控制器10调整脉宽调制信号的周期时间具体方式为：控制器10具体用于当所述输入电压升高时，缩短所述脉宽调制信号的周期时间；当所述输入电压降低时，延长所述脉宽调制信号的周期时间。
需要说明的是，缩短了脉宽调制信号的周期时间相当于提高了第一开关管Q1和第二开关管Q2的开关频率，延长了脉宽调制信号的周期时间相当于降低了第一开关管Q1和第二开关管Q2的开关频率。在本实施例中，脉宽调制信号的周期时间调整量可以根据实际需要进行设置，在此不做进一步地限定。具体地，在第二开关管Q2导通的时间段DT内，电感L两端电压为-Vout，电感电流由i1减小至i2，其纹波大小i1-i2＝Vout/A*DT，其中A为电感L的电感值。在输入电压提高时，DT增加，导致纹波电流增大，使电感更接近饱和。为维持纹波电流不变，可以增加电感L的电感值A或减小脉宽调制信号的周期时间T，即提高开关频率。
本发明实施例通过控制器10检测电源U两端的输入电压，并根据输入电压调整输出至第一开关管Q1和第二开关管Q2的脉宽调制信号的周期时间，当所述输入电压升高时，缩短所述脉宽调制信号的周期时间；当所述输入电压降低时，延长所述脉宽调制信号的周期时间。从而维持纹波电流不变，稳定输出电压，由于根据输入电压的变化调整第一开关管Q1和第二开关管Q2的导通时间，无需增加现有技术中电感L的电感量，因此可以有效减小电感体积，提高电源转换的工作效率。
进一步地，参照图3，基于上述实施例，本实施例中，上述控制器10可以采用DSP、FPGA等数字控制器实现。例如，上述控制器10包括误差放大器11、锯齿波发生器12和比较器13，其中所述锯齿波发生器12的电压输入端与所述电源U的正极连接，输出端与所述比较器13的一输入端连接；所述误差放大器11的同相输入端与预置的标准电压源VCC连接，反相输入端与所述电容C两端的输出电压的正极连接，输出端与所述比较器13的另一输入端连接；所述比较器13的输出端用于输出所述脉宽调制信号。
具体地，上述锯齿波发生器12可以由计数器实现。如图4所示，a为电容两端输出电压幅值，b为锯齿波幅值限定值(由电源U两端的输入电压确定的)，c为锯齿波发生器输出电压。当c低于a时，第一开关管Q1导通第二开关管Q2截止；当c高于a时，第一开关管Q1截止第二开关管Q2导通。当c高于b时，锯齿波发生器开始一个新的周期，对应脉宽调制信号的周期时间，因此当输入电压升高时，控制降低b，进而可以减小脉宽调制信号的周期时间，提高开关频率。
应当说明的是，上述脉宽调制信号的周期时间调整的方式可以根据实际需要进行设置，本实施例中，优选地，上述控制器10具体用于根据所述输入电压Vin2、所述电容两端预设的输出电压vo、预置的标准周期时间T1和预置的标准电源电压Vin1调整所述脉宽调制信号的周期时间T2，所述周期时间T2满足：
根据上述公式可以得到即从该表达式可以直接推导出，当电源U两端的电压升高时，使得脉宽调制信号的周期时间T2缩短，从而提高了第一开关管Q1和第二开关管Q2的开关频率；当电源U两端的电压降低时，使得脉宽调制信号的周期时间T2延长，从而降低了第一开关管Q1和第二开关管Q2的开关频率。可以理解的是，上述电容两端预设的输出电压vo还可以采用电容C两端的实际输出电压进行计算。
进一步地，结合参照图2和图5，本发明还提供一种开关电源电路的控制 方法，本实施例中，开关电源电路包括电源U、第一开关管Q1、第二开关管Q2、电感L、电容C和控制器10；所述电感L的一端通过所述第一开关管Q1与所述电源U的正极连接，另一端通过电容C与所述电源U的负极连接，所述电感L与所述第一开关管Q1的公共连接端通过所述第二开关管Q2与所述电源U的负极连接；所述控制器10，用于输出脉宽调制信号至所述第一开关管Q1和第二开关管Q2，以控制第一开关管Q1和第二开关管Q2的工作状态；
所述开关电源电路的控制方法包括以下步骤：
步骤S10，所述控制器10检测所述电源U两端的输入电压；
步骤S20，所述控制器10根据所述输入电压调整所述脉宽调制信号的周期时间。
本实施例中，上述开关电源电路为上述实施例中的电路结构，在此不做进一步地赘述。
应当说明的是，上述控制器10调整脉宽调制信号的周期时间具体方式为：当所述输入电压升高时，控制器10缩短所述脉宽调制信号的周期时间；当所述输入电压降低时，控制器10延长所述脉宽调制信号的周期时间。
需要说明的是，缩短了脉宽调制信号的周期时间相当于提高了第一开关管Q1和第二开关管Q2的开关频率，延长了脉宽调制信号的周期时间相当于降低了第一开关管Q1和第二开关管Q2的开关频率。在本实施例中，脉宽调制信号的周期时间调整量可以根据实际需要进行设置，在此不做进一步地限定。具体地，在第二开关管Q2导通的时间段DT内，电感L两端电压为-Vout，电感电流由i1减小至i2，其纹波大小i1-i2＝Vout/A*DT，其中A为电感L的电感值。在输入电压提高时，DT增加，导致纹波电流增大，使电感更接近饱和。为维持纹波电流不变，可以增加电感L的电感值A或减小脉宽调制信号的周期时间T，即提高开关频率。
本发明实施例通过控制器10检测电源U两端的输入电压，并根据输入电压调整输出至第一开关管Q1和第二开关管Q2的脉宽调制信号的周期时间，当所述输入电压升高时，缩短所述脉宽调制信号的周期时间；当所述输入电压降低时，延长所述脉宽调制信号的周期时间。从而维持纹波电流不变，稳定输出电压，由于根据输入电压的变化调整第一开关管Q1和第二开关管Q2 的导通时间，无需增加现有技术中电感L的电感量，因此可以有效减小电感体积，提高电源转换的工作效率。
进一步地，基于上述实施例，本实施例中，上述所述开关电源电路的控制方法还包括：
所述控制器10检测所述电容C两端的输出电压；
所述控制器10根据所述输出电压调整所述脉宽调制信号的占空比。
本实施例中，通过检测所述电容C两端的输出电压调整所述脉宽调制信号的占空比，从而使得输出电压恒定。
应当说明的是，上述脉宽调制信号的周期时间调整的方式可以根据实际需要进行设置，本实施例中，优选地，上述步骤S20包括：
根据所述输入电压Vin2、所述电容两端预设的输出电压vo、预置的标准周期时间T1和预置的标准电源电压Vin1调整所述脉宽调制信号的周期时间T2，所述周期时间T2满足：
根据上述公式可以得到即从该表达式可以直接推导出，当电源U两端的电压升高时，使得脉宽调制信号的周期时间T2缩短，从而提高了第一开关管Q1和第二开关管Q2的开关频率；当电源U两端的电压降低时，使得脉宽调制信号的周期时间T2延长，从而降低了第一开关管Q1和第二开关管Q2的开关频率。可以理解的是，上述电容两端预设的输出电压vo还可以采用电容C两端的实际输出电压进行计算。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
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