开关电源变换器的控制电路及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及开关电源，尤其涉及开关电源变换器的控制电路及控制方法。
【背景技术】
[0002]图1A示出了传统的源极驱动式降压结构的驱动电路，其可在连续工作模式中操作，并且包括开关电源控制器100。图1B示出了如图1A中所示的驱动电路的时序图。当第一功率开关Ml导通并且第二功率开关M2也相应地导通时，由输入电压Vin产生的输入电流流经输出电容Cl以及在输出端Vout与输出电容Cl并联的负载(例如，LED)，再流经电感L1、第二功率开关M2、第一功率开关Ml、以及采样电阻Rcs，其中电感LI上的电流将逐渐增大，并且电感LI存储能量。此时，流经输出电容Cl和负载两者的输出电流1ut与流过采样电阻Rcs的电流相同。比较器电路103获取流经采样电阻Rcs的电流信息(例如，采样电阻Rcs两端的采样电压Vcs)，并将其与预设的基准电压Vrl作比较，以相应地控制第一功率开关Ml (以及第二功率开关M2)的导通时间。其中当采样电阻Rcs的电流达到设定值Vrl/Rcs时，比较器电路103的输出信号翻转，从而经RS触发器电路104、逻辑和驱动电路102来关断第一功率开关Ml，第二功率开关M2也相应地关断。如图1B中在时间Ton期间的波形所示，其中GT表示用于第一功率开关Ml的驱动信号，Vdkain表示第二功率开关M2的漏极电压。
[0003]在功率开关M1、M2关断后，电感LI上的电流1ut经续流二极管Dl续流，电感LI释放能量到输出电容Cl和负载，电感LI上的电流1ut逐渐减小，如图1B中在时间Tdis期间的波形所示。当电感LI上的电流1ut降为零时，过零检测电路101检测到输出电流1ut的过零，从而产生过零检测信号Z⑶给RS触发器电路104，经逻辑和驱动电路102来导通第一功率开关Ml，从而再次进入如图1B中所示的Ton期间。
[0004]功率开关Ml、M2重复上面描述的开关动作，电路持续工作，始终处于电感电流临界导通状态。如图1B中所示，在电感电流临界导通模式下，输出平均电流基本上是电感LI的电流峰值的一半。由于电感LI的峰值电流固定为Vrl/Rcs,这样就可以控制输出到负载(例如，LED)上的电流为恒定的，从而达到恒流目的。
[0005]图1A中实现输出电流控制的电路简单且成本较低，但是也存在缺点。首先，比较器电路103所采用的基准电压Vrl可能与采样电阻Rcs上的实际峰值电流所产生的峰值电压有偏差。这种偏差可能是由于从比较器103开始翻转到功率开关M1、M2完全关断之间有延迟时间，电流1ut在此期间会继续增大到大于Vrl/Rcs，从而导致输出电流的控制精度不够。其次，如图1A中所示，过零检测电路101检测的是第一功率开关Ml的漏极电压是否过零，而不是电感LI上的电流1ut是否过零，其间存在偏差时间Toff-Tdis，其中Toff是第一功率开关Ml的关断时间，Tdis是电感LI的去磁时间。偏差时间Toff-Tdis与外围设置的电感LI大小、寄生电容大小有关，电感LI的去磁时间Tdis与输出电压Vout有关。在不同的输出电压下，偏差时间Toff-Tdis与去磁时间Tdis的比值是变化的，使得输出电流的输出电压调整率变差，即在不同的输出电压下，输出电流是不同的，同样也影响了输出电流的控制精度。
【发明内容】
[0006]本发明提供一种开关电源变换器，其可提供恒定电流输出，利用输出电流等效值或输出电流采样电压值与基准信号之间的偏差来控制峰值电流，实现精确的输出恒流，线路简单，实现方便。
[0007]本发明提供了一种开关电源变换器，其可包括功率转换电路、采样电阻和开关电源控制器，所述开关电源变换器经由所述功率转换电路提供输出电流，所述开关电源控制器包括:功率开关，用于控制对所述功率转换电路的供电，其中所述采样电阻耦合至所述功率开关并提供采样电压信号；误差放大器，用于接收所述开关电源变换器的输出电流等效值和预设阈值，以产生误差电压，其中所述输出电流等效值指示所述开关电源变换器的输出电流的大小；比较器电路，用于比较所述采样电压信号和所述误差电压并产生比较输出信号；以及逻辑和驱动电路，用于产生驱动信号，其中在所述比较器电路产生的比较输出信号指示所述采样电压信号超过所述误差电压时，所述驱动信号关断所述功率开关。
[0008]在另一个实施例中，所述开关电源控制器还包括:过零检测电路，用于在检测到所述开关电源变换器的输出电流过零时发出过零检测信号，使得所述逻辑和驱动电路产生的所述驱动信号导通所述功率开关。
[0009]在另一个实施例中，所述开关电源控制器还包括:输出等效电流计算电路，用于根据所述过零检测信号、所述采样电压信号和所述驱动信号来计算所述开关电源变换器的所述输出电流等效值。
[0010]在另一个实施例中，所述输出等效电流计算电路包括:采样保持和叠加电路，用于在所述功率开关导通期间采样并保持所述采样电阻上的电压峰值；以及开关传递电路，用于在所述功率开关导通和关断的每个周期中，在第一时间区间内把所述电压峰值作为所述输出电流等效值传递到所述误差放大器，而在第二时间区间内把零作为所述输出电流等效值传递到所述误差放大器。
[0011]在一个实施例中，所述第一时间区间是所述开关电源变换器输出电流不为零的时间区间、且所述第二时间区间是所述开关电源变换器输出电流为零的时间区间。
[0012]在另一个实施例中，所述第二时间区间是所述功率开关导通和关断的每个周期中的预定时长、且所述第一时间区间是所述功率开关导通和关断的每个周期中的剩余时长。
[0013]在另一个实施例中，所述采样保持和叠加电路在所述功率开关将要关断时采样并保持所述采样电阻上的第一采样电压，在所述功率开关导通后的预设时间处采样并保持所述采样电阻上的第二采样电压，然后将所述第一采样电压和第二采样电压叠加以得到所述电压峰值。
[0014]在另一个实施例中，所述开关传递电路包括:连接至所述采样保持和叠加电路的第一开关；以及接地的第二开关，其中所述第一开关闭合且所述第二开关断开时所述采样保持和叠加电路产生的所述电压峰值作为所述输出电流等效值传递到所述误差放大器，而所述第一开关断开且所述第二开关闭合时零作为所述输出电流等效值传递到所述误差放大器。
[0015]在另一个实施例中，所述采样保持和叠加电路包括:连接至所述采样电阻的第一采样开关以及连接至所述第一采样开关的第一电容器，所述第一采样开关闭合时在所述第一电容器上保存所述采样电阻上的第一采样电压；连接至所述采样电阻的第二采样开关以及连接至所述第二采样开关的第二电容器，所述第二采样开关闭合时在所述第二电容器上保存所述采样电阻上的第二采样电压；以及加法器，其将所述第一采样电压和所述第二采样电压叠加以得到所述电压峰值。
[0016]在另一个实施例中，所述输出等效电流计算电路还包括:信号产生器电路，用于根据所述驱动信号和所述过零检测信号来产生控制信号，以控制所述采样保持和叠加电路和所述开关传递电路的操作。
[0017]在另一个实施例中，所述误差放大器电路是跨导型误差放大器，所述开关电源控制器还包括:补偿网络，其耦合至所述误差放大器电路的输出端以产生所述误差电压。
[0018]在另一个实施例中，所述采样电阻耦合在所述功率开关与所述开关电源变换器的输出端之间，使得所述开关电源变换器的输出电流流经所述采样电阻，从而所述采样电阻上的采样电压信号提供所述开关电源变换器的所述输出电流等效值。
[0019]在另一个实施例中，所述开关电源控制器还包括:门电路，其接收所述比较器电路产生的比较输出信号和所述过零检测电路发出的过零检测信号，并提供触发信号给所述逻辑和驱动电路以控制所述驱动信号。
[0020]在另一个实施例中，所述开关电源控制器还包括以下至少一者:最长导通时间控制电路，用于在所述功率开关的导通时间超过预设最长导通时间时，使所述逻辑和驱动电路产生的所述驱动信号关断所述功率开关；最长关断时间控制电路，用于在所述功率开关的关断时间超过预设最长关断时间时，使所述逻辑和驱动电路产生的所述驱动信号导通所述功率开关；最大峰值限流比较器电路，用于在所述采样电阻上的电压高于预设最大峰值时使所述逻辑和驱动电路产生的所述驱动信号关断所述功率开关；和最低峰值限流比较器电路，用于在没有达到预设最长导通时间的情况下，若所述采样电阻上的电压小于预设最低峰值，则即使所述比较输出信号指示所述采样电压信号超过所述误差电压，所述逻辑和驱动电路产生的所述驱动信号也不会关断所述功率开关。
[0021]本发明还提供了一种用于控制开关电源变换器的方法，所述开关电源变换器包括功率开关、功率转换电路和采样电阻，所述功率开关用于控制对所述功率转换电路的供电，所述采样电阻耦合至所述功率开关，所述开关电源变换器经由所述功率转换电路