一种开关电源系统及其控制电路和控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电路，具体但不限于涉及用于消除LED灯源闪烁的开关电源系统及其控制电路和控制方法。
【背景技术】
[0002]三端双向可控硅(TRIAC)器件被广泛用于对发光二极管(LED)照明系统进行调光。TRIAC器件接收交流电源，并通过控制TRIAC器件的导通角来截断部分交流电压，从而达到调节输入能量从而达到调光目的。然而由于交流电源的扰动，影响TRIAC器件的导通角截断时机，因此其输出的能量在不同的交流周期不稳定，极易造成LED的闪烁。为避免此一情形发生，现有的一种方法为在TRIAC器件后加上电阻可调的泄流器(Breeder)电路用于稳定TRIAC器件的输出，但这种方法功耗损失大，电能效率低，同时也增加了系统散热的要求。另一种方法是采用多级电压变换器，如在反激式变换器前增加升压转换电路，但这种方法增加了很多的元件，大大增加了体积和制造成本。
[0003]另外，在其它一些不采用TRIAC调光电路或不采用调光电路的场合，也同样存在对电源输出稳定的要求。
【发明内容】
[0004]为了解决至少一个或多个上述提出的问题，本发明提出了一种开关电源系统及其控制电路和控制方法。
[0005]根据本发明的一个方面，一种用于控制开关电路的控制电路包括:积分电路，接收表征开关电路输出电流的输出电流信号，积分电路对输出电流信号进行积分并提供电荷信号；电荷控制电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中电荷控制电路的第一输入端接收电荷信号，电荷控制电路的第二输入端耦接电荷参考信号；以及开关控制电路，具有输入端和输出端，其中开关控制电路的输入端耦接电荷控制电路的输出端，开关控制电路基于电荷信号和电荷参考信号在开关控制电路的输出端提供开关控制信号用于控制开关电路的功率开关。在一个实施例中，电荷控制电路包括:增益控制电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中增益控制电路的第一输入端接收电荷信号，增益控制电路的第二输入端接收电荷参考信号，增益控制电路基于电荷信号和电荷参考信号在输出端提供增益调制信号；以及乘法电路，具有输入端、控制端和输出端，其中乘法电路的输入端耦接开关电路的输入端，乘法电路的控制端耦接增益控制电路的输出端，乘法电路的输出端耦接开关控制电路的输入端，乘法电路根据增益调制信号调制输入电压的增益，并在乘法电路的输出端提供经增益调制的输入电压信号。在一个实施例中，控制电路进一步包括电流反馈电路，电流反馈电路检测开关电路的输入电流并提供输入电流信号，控制电路控制输入电流信号跟随经增益调制的输入电压信号。在一个实施例中，电荷控制电路包括:电荷参考信号发生电路，产生电荷参考信号；电荷比较电路，接收电荷信号和电荷参考信号，电荷比较电路将电荷信号和电荷参考信号进行比较并产生电荷比较信号；增益调制电路，其输入端接收电荷比较信号，其输出端提供增益调制信号；乘法电路，具有输入端、控制端和输出端，其中乘法电路的输入端耦接开关电路的输入端，乘法电路的控制端耦接增益调制电路的输出端，乘法电路控制输入电压的增益并在乘法电路的输出端提供电流参考信号；第一锁存电路，具有置位输入端、复位输入端和输出端，其中第一锁存电路的置位输入端接收输入电压检测信号，第一锁存电路的复位输入端耦接电荷比较电路的输出端用于接收电荷比较信号；以及与门，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中与门的第一输入端耦接开关控制电路的输出端，与门的第二输入端耦接第一锁存电路的输出端，与门的输出端耦接功率开关的控制端；当电荷信号高于电荷参考信号时，第一锁存电路被复位，功率开关被关断，当输入电压检测信号表征新的输入周期到来时，第一锁存电路被置位，功率开关受开关控制电路的输出控制。在一个实施例中，开关控制电路包括:电流比较电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中电流比较电路的第一输入端接收电流参考信号，电流比较电路的第二输入端接收输入电流信号，电流比较电路将输入电流信号与电流参考信号进行比较并在输出端提供电流比较信号；以及第二锁存电路，具有置位输入端、复位输入端和输出端，其中置位输入端接收置位信号，复位输入端耦接电流比较电路的输出端，其中当置位信号由无效状态变为有效状态时，功率开关导通，当输入电流信号上升至电流参考信号时，功率开关关断。在一个实施例中，增益调制信号包括增益上升信号和增益下降信号，其中:当电荷信号高于电荷参考信号时或输入电压降为零值时，增益下降信号从无效状态切换为有效状态，当调光电路导通时，增益下降信号从有效状态切换为无效状态；当输入电压下降至参考电压时，增益上升信号从无效状态切换为有效状态，当调光电路导通时，增益上升信号从有效状态切换为无效状态；当增益上升信号为有效状态、增益下降信号为无效状态时，增益增高；当增益上升信号为无效状态、增益下降信号为有效状态时，增益降低；当增益上升信号和增益下降信号均为有效状态或无效状态时，增益不变。在一个实施例中，电荷参考信号发生电路包括:低通滤波器，具有输入端和输出端，其中低通滤波器的输入端接收输入电压，低通滤波器对输入电压进行低通滤波以获得输入电压在一时间段内的平均值；以及钳制电路，具有输入端和输出端，其中钳制电路的输入端耦接低通滤波器的输出端，钳制电路的输出端提供电荷参考信号，钳制电路的输出端在每个时间段的终点更新输出滤波值。在一个实施例中，控制电路进一步包括信号转换电路，信号转换电路的输入端接收输入电流信号，信号转换电路的输出端耦接积分电路的输入端，信号转换电路基于输入电流信号产生表征输出电流的输出电流信号。
[0006]根据本发明的另一个方面，一种开关电源系统包括:整流电路，具有输入端和输出端，其中整流电路的输入端接收交流输入电压，整流电路对交流输入电压进行整流并在整流电路的输出端提供输入电压；开关电路，具有输入端和输出端，其中开关电路的输入端耦接整流电路的输出端，开关电路包含功率开关，开关电路在功率开关的开关动作下在开关电路的输出端提供输出电流用于为负载供电；以及如上所述的控制电路。
[0007]根据本发明的又一个方面，一种开关电源系统包括:整流电路，具有输入端和输出端，其中整流电路的输入端接收交流输入电压，整流电路对交流输入电压进行整流并在整流电路的输出端提供输入电压；开关电路，具有输入端和输出端，其中开关电路的输入端耦接整流电路的输出端，开关电路包含功率开关，开关电路在功率开关的开关动作下在开关电路的输出端提供输出电流用于为负载供电；以及控制电路，包括积分电路，其中积分电路接收表征输出电流的输出电流信号并对其进行积分以获得电荷信号，控制电路基于电荷信号和电荷参考信号产生开关控制信号用于控制功率开关，控制电路进一步通过控制电荷信号控制输出电流的稳定。在一个实施例中，控制电路进一步包括:增益控制电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中增益控制电路的第一输入端接收电荷信号，增益控制电路的第二输入端耦接电荷参考信号，增益控制电路基于电荷信号和电荷参考信号在输出端提供增益调制信号；乘法电路，具有输入端、控制端和输出端，其中乘法电路的输入端耦接开关电路的输入端，乘法电路的控制端耦接增益控制电路的输出端，乘法电路根据增益调制信号控制输入电压的增益，并在乘法电路的输出端提供经增益调制的输入电压信号；以及开关控制电路，开关控制电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中开关控制电路的第一输入端耦接乘法电路的输出端，开关控制电路的第二输入端接收表征开关电路输入电流的输入电流信号，开关控制电路基于经增益调制的输入电压信号和输入电流信号产生开关控制信号用于控制功率开关，当输入电流信号大于经调制的输入电压信号时，开关控制电路关断功率开关。在一个实施例中，开关电路包括反激式电压变换电路。在一个实施例中，开关电源系统，进一步包括TRIAC调光器件，耦接于交流输入电压和整流电路之间。在一个实施例中，负载包括LED器件。在一个实施例中，控制电路进一步包括:电流反馈电路，检测开关电路的输入电流以获得输入电流信号；电荷比较电路，将电荷信号和电荷参考信号进行比较并产生电荷比较信号；增益调制电路，其输入端接收电荷比较信号，其输出端提供增益调制信号；乘法电路，具有输入端、控制端和输出端，其中乘法电路的输入端耦接开关电路的输入端，乘法电路的控制端耦接增益调制电路的输出端，乘法电路控制输入电压的增益并在乘法电路的输出端提供电流参考信号；电流比较电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中电流比较电路的第一输入端接收电流参考信号，电流比较电路的第二输入端接收输入电流信号，电流比较电路将输入电流信号与电流参考信号进行比较并在输出端提供电流比较信号；第二锁存电路，具有置位输入端、复位输入端和输出端，其中置位输入端接收置位信号，复位输入端耦接电流比较电路的输出端，第二锁存电路的输出端耦接功率开关，其中当置位信号由无效状态变为有效状态时，功率开关导通，当输入电流信号上升至电流参考信号时，功率开关关断。在一个实施例中，增益调制信号包括增益上升信号和增益下降信号:当电荷信号高于电荷参考信号时或输入电压降为零值时，增益下降信号从无效状态切换为有效状态，当调光电路导通时，增益下降信号从有效状态切换为无效状态；当输入电压下降至参考电压时，增益上升信号从无效状态切换为有效状态，当调光电路导通时，增益上升信号从有效状态切换为无效状态；当增益上升信号为有效状态、增益下降信号为无效状态时，增益增高；当增益上升信号为无效状态、增益下降信号为有效状态时，增益降低；当增益上升信号和增益下降信号均为有效状态或无效状态时，增益不变。在一个实施例中，控制电路进一步包括:第一锁