一种控制信号产生电路及开关电源的制作方法

本发明涉及开关电源电流检测技术领域，特别涉及一种控制信号产生电路及开关电源。

背景技术：

电压电流模式的开关电源的电流控制是一种固定时钟开启、峰值电流关断的控制方法。当电流检测电阻感应出电感峰值电流超过设定值时，控制器功率开关管就立即关闭，形成逐周期限流，使得在任何输入电压和负载瞬态变化时，功率开关管的峰值电流都被控制在一定范围内，在过载和短路时对主开关管起到有效保护。峰值电流模式控制的优点是暂态闭环响应较快，对输入电压的变化和输出负载的变化的瞬态响应均快。

电流检测电阻Rs在工作时，不可避免地会消耗功率，电阻阻值越大，功率消耗越多；若电阻阻值太小，则电流检测电压过低，易受其他信号干扰，引起峰值电流检测误判，导致电源工作不正常。

技术实现要素：

本方案的一个目的在于提供一种控制信号产生电路，通过该控制信号产生电路对开关电源的峰值电流进行检测和控制，使用本方案的电路可使用电阻值更小的电流检测电阻，从而提高电源的工作效率，简化电路结构。

为达到上述目的，本方案如下：

一种控制信号产生电路，包括信号叠加单元，开关单元，比较器和控制器；

所述开关单元的输出端与所述信号叠加单元的输入端连接；

所述信号叠加单元将经过预处理的待检测电流信号与通过开关单元传输的第一路调整信号叠加后输出第一综合信号；或

所述信号叠加单元将经过预处理的待检测电流信号与通过开关单元传输的第二路调整信号叠加后输出第二综合信号。

信号叠加单元的输出端与比较器的正输入端连接；

比较器的负输入端与基准电压连接，输出端与控制器的输入端连接；

控制器的输出端作为控制电路的输出端输出控制信号。

优选的，所述信号叠加单元包括：第一信号输入端，第二信号输入端，输出端和第四电阻；

所述第一信号输入端输入经过预处理的待检测电流信号；所述第二信号输入端与所述开关单元连接，所述输出端输出第一综合信号或第二综合信号，所述第四电阻的一端连接在第一信号输入端和第二信号输入端之间，另一端与接地的正稳压源连接。

优选的，所述开关单元包括：第一开关和第二开关，所述第一开关包括第一开关输入端和第一开关输出端，所述第二开关包括第二开关输入端和第二开关输出端；

所述第一开关输出端与所述第二信号输入端连接，所述第一路调整信号从所述第一开关输入端输入，从所述第一开关输出端传输至所述信号叠加单元；

所述第二开关输出端与所述第二信号输入端连接，所述第二路调整信号从所述第二开关输入端输入，从所述第二开关输出端传输至所述信号叠加单元。

优选的，还包括信号放大电路和电位平移电路；所述信号放大电路的输出端与所述电位平移电路的输入端连接，所述电位平移电路的输出端与所述信号叠加单元的第一信号输入端连接。

优选的，所述信号放大电路包括第一运算放大器，第一电阻和第二电阻；

第一运算放大器的正输入端输入待检测电流信号，第一运算放大器的输出端作为信号放大电路的输出端；

第一电阻的一端与第一运算放大器的负输入端连接，另一端接地；

第二电阻的两端分别连接第一运算放大器的负输入端和输出端。

优选的，所述电位平移电路包括第二运算放大器，第一晶体管，第二晶体管，第三晶体管和第三电阻；

第二运算放大器的正输入端与所述信号放大电路的输出端连接；输出端与第一晶体管的基极连接，第一晶体管的集电极与第二晶体管的集电极连接，第一晶体管的集电极与第二晶体管的基极以及第三晶体管的基极连接，第二晶体管的发射极与第三晶体管的发射极连接，第三晶体管的集电极作为电位平移电路的输出端；

第三电阻的一端与第二运算放大器的负输入端和第一晶体管的发射极连接，另一端接地。

优选的，所述第一路调整信号为用于补偿待检测电流的一个周期性的斜坡补偿电流信号；所述第二路调整信号为调整待检测电流幅度的幅度调制电流信号。

第二方面，提供一种开关电源，包含如上任一项所述的控制信号产生电路和功率开关管，所述功率开关管的栅极与所述控制电路的输出端连接，所述控制电路输出的控制信号控制功率开关管的关闭，所述待检测电流为功率开关管电流。

本方案的有益效果如下：

使用本方案的控制信号产生电路，解决了由于电流检测电阻太小，导致峰值检测电压容易受噪声干扰，电源输出不稳定的问题；其次由于使用的电流检测电阻的阻值较小，有利于提高电源的工作效率，另外本方案的电路将各补偿功能模块集聚在一起，简化了电路结构。

附图说明

为了更清楚地说明本方案的实施，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本方案的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为控制信号产生电路及与功率开关管的连接示意图；

图2为信号放大电路、电位平移电路和信号叠加单元示意图；

图3为斜坡补偿电流波形图；

图4为产生幅度调制电流信号电路；

其中，101-信号驱动级；102-控制器；103-比较器；104-信号放大电路；105-电位平移电路；106-信号叠加单元；107-开关单元；112-第一运算放大器；113-第二运算放大器。

具体实施方式

下面将结合附图对本方案的实施方式作进一步地详细描述。显然，所描述的实施例仅是本方案的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本方案中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备，不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

为了解决现有技术中存在的电流检测电阻损耗大和系统效率技术问题，本方案提供一种电路，可采用更小的电流检测电阻，以提高抗干扰能力和系统效率；二是简化电路控制结构，提升控制精度。

为此，如图1所示，一种开关电源，包含本方案提供的控制信号产生电路，通过该控制信号产生电路控制开关电源中功率开关管的关闭。该控制信号产生电路包括信号叠加单元106，开关单元107，比较器103和控制器102。

其中，开关单元107的输出端与信号叠加单元106的第二信号输入端连接；信号叠加单元106将通过信号叠加单元106的第一信号输入端输入的经过预处理的功率开关管电流信号与通过开关单元107传输的第一路调整信号叠加后输出第一综合信号；或信号叠加单元106将通过信号叠加单元106的第一信号输入端输入的经过预处理的功率开关管电流信号与通过开关单元107传输的第二路调整信号叠加后输出第二综合信号。

信号叠加单元106的输出端与比较器103的正输入端连接，比较器103的输出端与控制器102的输入端连接；比较器103的负输入端与基准电压连接；当信号叠加单元106输出的第一综合信号或第二综合信号大于预设阈值时，与比较器103连接的控制器102输出控制信号。

功率开关管Q1的栅极与控制器102的输出端连接，控制器102输出的控制信号控制功率开关管的关闭。优选地，为了更好的获取控制器102输出的控制信号，在控制器102和功率开关管Q1之间设置信号驱动级101，信号驱动级101将控制器102的控制信号输送给功率开关管Q1。

在一个实施例中，比较器103中的预设阈值可以是功率开关管峰值电流基准电压。

在一个实施例中，控制信号产生电路还可以包括对功率开关管电流信号进行预处理的信号放大电路104和电位平移电路105；信号放大电路104的输出端与电位平移电路105的输入端连接，电位平移电路105的输出端与信号叠加单元106的第一信号输入端连接。信号放大电路104将从电流检测电阻Rs获得的电压信号进行放大后输送至电位平移电路105，电位平移电路105将电压信号上移一个固定正电位后输出至信号叠加单元106的第一信号输入端。

如图2所示，在一个实施例中，信号放大电路104包括第一运算放大器112，第一电阻R1和第二电阻R2；第一运算放大器112的正输入端输入电流检测信号，输出端与电位平移电路105连接；第一电阻R1的一端与第一运算放大器112的负输入端连接，另一端接地；第二电阻R2的两端分别连接第一运算放大器112的负输入端和输出端。

在一个实施例中，电位平移电路105包括第二运算放大器113，第一晶体管Q2，第二晶体管Q3，第三晶体管Q4和第三电阻R3；

第二运算放大器113的正输入端与信号放大电路104的输出端连接；输出端与第一晶体管Q2的基极连接，第一晶体管Q2的集电极与第二晶体管Q3的集电极连接，第一晶体管的集电极与第二晶体管Q3的基极以及第三晶体管Q4的基极连接，第二晶体管Q3的发射极与第三晶体管Q3的发射极连接，第三晶体管Q4的集电极作为电位平移电路的输出端输出信号；

第三电阻R3的一端与第二运算放大器113的负输入端和第一晶体管Q2的发射极连接，另一端接地。

在一个实施例中，信号叠加单元106包括第一信号输入端，第二信号输入端，输出端和第四电阻R4；

第一信号输入端输入电位平移电路105输出的信号；第二信号输入由开关单元107传输的第一路调整信号或第二路调整信号，输出端输出第一综合信号或第二综合信号，第四电阻R4的一端连接在第一信号输入端和第二信号输入端之间，另一端与接地的正稳压源Vm连接。

开关单元107包括第一开关k1，第一开关输入端和第一开关输出端，第一开关输出端与信号叠加单元106的第二信号输入端连接，斜坡补偿电流信号从第一开关输入端输入，从第一开关输出端传输至信号叠加单元106；

还包括第二开关k2，第二开关输入端和第二开关输出端，第二开关输出端与信号叠加单元106的第二信号输入端连接，幅度调制电流信号从第二开关输入端输入，从第二开关输出端传输至信号叠加单元106。

在一个实施例中，如图3所示，优选第一路调整信号为用于补偿流入功率开关管的电流的一个周期性的斜坡补偿电流信号；如图4所示，第二路调整信号为调整流入功率开关管的电流幅度的幅度调制电流信号。

如图1和图2所示，当电源系统通电，电源控制电路启动进入工作状态后，功率开关管(功率MOS管)Q1按固定周期时间T开启，信号放大电路104和电位平移电路105中的R2/R1＝(n-1)，R3＝R4。Q1关闭时，电流检测电阻Rs上的电压Vs为零电位；当Q1开启后，变压器T4的初级电感电流逐步上升，电流检测电阻Rs上的电压Vs也逐步上升，产生△Vs电压进入信号放大电路104，经信号放大电路104放大n倍后，以n△Vs电压进入电位平移电路105；电位平移电路105把n△Vs上移一个固定正电位Vm，最后以Vm+n△Vs电压进入信号叠加单元106。

斜坡补偿电流信号通过第一开关k1进入信号叠加单元106，斜坡补偿电流波形图如图3所示。当开关信号占空比小于50％时，由开关电源中的其他电路产生的传输给开关单元107的信号为低电平信号，此时第一开关k1不接通；当开关信号占空比大于50％后，由开关电源中的其他电路产生的传输给开关单元107的信号为高电平信号，此时第一开关k1导通。

如图4所示，幅度调制电流信号由一个可调节恒流源输出，当设置在开关电源中的负载检测装置检测到负载电流由大变小时，输出的加载在该恒流源两端的电压信号也由大变小，因此，该恒流源产生的电流信号由大变小。幅度调制电流信号通过开关k2传输至信号叠加单元106，当开关信号占空比大于50％时，由开关电源中的其他电路产生的传输给开关单元107的信号为高电平信号，第二开关k2不接通；当开关信号占空比小于50％时，由开关电源中的其他电路产生的传输给开关单元107的信号为低电平信号，第二开关k2导通。

当开关信号占空比大于50％后，会导致平均输出电流误差，为防止此现象，斜坡补偿电流会强制平均输出电流不随占空比改变而变化，稳定了系统。

随着负载电流由大变小，幅度调制电流逐步调整电流限值，使电流幅度逐步降低，以提高系统效率。

如图2所示，信号叠加单元106可由一个固定电阻R4组成，第四电阻R4的一端与第三晶体管的集电极连接，另一端与接地的正稳压源Vm连接；开关单元107与第三晶体管Q4的集电极和第四电阻R4的非接地端连接。由斜坡补偿电流或幅度调制电流输入的电流在固定电阻R4上与电位平移电路105输入的电压进行叠加，产生一个电流检测的综合电压，产生的综合电压进入比较器103中。

比较器103对电流检测综合电压和峰值电流基准电压进行比较，若电流检测的综合电压大于峰值电流基准电压，比较器输出一个信号通过控制器102的输入端a输入控制器102，控制器102基于该信号输出关闭信号至信号驱动级101，功率开关管Q1基于放大后的关闭信号关闭。

本方案提供的调整信号输出电路极含有该电路的控制信号产生电路，可采用更小的电流检测电阻，以提高抗干扰能力和系统效率；二是简化电路控制结构，提升控制精度。

在本实施例中，控制器102的输入端输入比较器103的输出信号，基于该信号控制器102发出关闭功率开关管Q1的控制信号。但控制器102的输入端还可以输入令控制器102发出开启功率开关管Q1的控制信号，而关于开启信号不属于本实施例中的内容，因此在本实施例中不做过多表述，图中也不标出。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本方案的保护范围之列。