开关电源变换器的控制电路及控制方法_4

文档序号:8397739阅读:来源:国知局

[0071]在一个实施例中,同时参见图5,信号SWl (例如,可与GT信号相同)控制开关Kl,在第一功率开关Ml (以及第二功率开关M2)将要关断时采样Rcs上的电压,并把这个电压保存到电容C41上,得到电压Ve41 ;信号SW2控制开关K2,在第一功率开关Ml (以及第二功率开关M2)导通之后的预设时间处(例如,SW2的下降沿)采样Rcs上的电压,并把这个电压保存到电容C42上,得到电压Ve42 ;信号SW3控制开关K3、K4,在开关Kl、K2断开的时候,把电压Vc41、电压Vc42分别传递到电容C43、C44上,得到电压VC43、Vc44 ;然后电压Vc43、Vc44在加法器404中叠加,得到Vcspk,其中Vcspk表示实际的电感峰值电流在采样电阻Rcs上产生的峰值米样电压。
[0072]由于第一功率开关Ml (以及第二功率开关M2)关断延迟时间的影响,使用信号SWl控制开关Kl米样得到的Rcs电压与实际的电感峰值电流产生的电压有一个偏差,这个偏差与关断延迟时间有关。而使用信号SW2控制开关K2在导通之后的预设时间处采样得到的峰值电流恰好可以补偿这个与关断延迟时间有关的偏差,通过加法器404的叠加作用,能较好的得到实际的电感峰值电流所产生的峰值采样电压VKPK。本领域技术人员可以理解,信号SW2所使用的在导通之后的预设时间可以根据具体实现来设置或调整。
[0073]输出等效电流计算电路322还可包括开关传递电路403,用于在第一功率开关Ml导通和关断的每个周期中,在第一时间区间Tl内,信号SW4控制开关K5导通且信号SW5控制开关K6关断,从而把峰值采样电压Vkpk作为输出电流等效值VOTK_Ave传递到误差放大器321,而在第二时间区间T2内,信号SW4控制开关K5关断且信号SW5控制开关K6导通,从而把零作为输出电流等效值VCSPK_Ave传递到误差放大器321。
[0074]参见图5,其示出了图3和图4的开关电源变换器中相关的控制信号时序图,其中GT表不用于第一功率开关Ml的栅极的驱动信号,Vcs表不米样电阻Rcs两端的米样电压,1ut表示流经电感LI的输出电流,Vdkain表示第二功率开关M2的漏极电压,Z⑶表示过零检测信号,Sffl?SW5是信号产生器电路402产生的控制信号。
[0075]在一个实施例中,第一时间区间Tl是开关电源变换器输出电流1ut不为零的时间区间、且第二时间区间T2是开关电源变换器输出电流1ut为零的时间区间。例如,在电感LI上有电流时,信号SW4控制开关K5导通,信号SW5控制开关K6关断,把电压峰值Vcspk传递到输出端VesPK_Ave ;在电感LI上没有电流时,信号SW4控制开关K5关断,信号SW5控制开关K6导通,把零传递到输出端VCSPK_Ave。因此,VCSPK_AVG就是该开关电源变换器的输出电流等效值。
[0076]在另一个实施例中,第二时间区间T2是第一功率开关Ml导通和关断的每个周期中的预定时长、且第一时间区间Tl是第一功率开关Ml导通和关断的每个周期中的剩余时长。例如,在第一功率开关Ml导通和关断的每个周期中,在第二时间区间T2的预定时长期间,信号SW5控制开关K6导通(且信号SW4控制开关K5关断),从而将零传递到输出端作为输出电流等效值VCSPK_Ave,而在剩余时长即第一时间区间Tl期间,信号SW4控制开关K5导通(且信号SW5控制开关K6关断),从而把电压峰值^⑩传递到输出端作为输出电流等效值
Vcspk-avg °
[0077]本领域技术人员可以明白,第二时间区间T2的预定时长可以在具体电路配置、仿真测试、实验测量等基础上进行设置,本发明不限于任何具体的设置方式。例如,在开关电源电路配置完成的情况下,由于其电容、电感等值是固定的,因此电路谐振时间将是固定的,从而第二时间区间T2的预定时长可被设置为电路谐振时长的1/4 (等于Toff-Tdis)。
[0078]在该实施例中,第二时间区间T2的位置不会影响最终所得的输出电流等效值VCSPK_AVGO因此,第二时间区间T2可以位于第一功率开关Ml导通和关断的每个周期中的任何地方,并且可以是连续或不连续的。第二时间区间T2的开始可以与过零检测信号ZCDjg动信号GT、或其他波形信号的跳变沿对准或不对准。例如,第二时间区间T2的开始可与过零检测信号ZCD的下降沿对准,并在第二时间区间T2的预定时长里把零作为输出电流等效值V?PK-Ave传递到误差放大器321,在第二时间区间T2的预定时长结束后进入第一时间区间Tl,把电压峰值Vcspk作为输出电流等效值VCSPK_Ave传递到误差放大器321。将理解,在第一功率开关Ml导通和关断的各个周期中,第一时间区间Tl和第二时间区间T2相继循环出现。
[0079]在该实施例中,VCSPK_Ave的值不受电感LI的去磁时间Tdis的影响,即在不同的输出电压下,对输出电流的控制精度不受影响,从而改善了输出电流的输出电压调整率。
[0080]在以上实施例中描述了提供源极驱动式开关电源变换器。在其他实施例中,功率转换电路302可以连接至采样电阻Rcs,构成浮地结构的源极驱动式开关电源变换器,如以下所描述的。出于简洁起见,与以上实施例中相同的结构和操作将不再赘述。
[0081]图6示出了根据本发明另一实施例的开关电源变换器的一种具体实现的电路图,其是与图3等效的电路拓扑变化,并且采用了浮地结构。图6的驱动电路与图3的差别在于将功率转换电路302移到采样电阻Rcs的一端,并且把采样电阻Rcs与续流二极管Dl的共同端作为该控制电路的接地(GND2 )。
[0082]图7示出了根据本发明另一实施例的开关电源变换器的一种具体实现的电路图,其在图6的基础上,使用在输出端Vout与接地之间的分压电阻R2、R3来作为一个输入信号ZCS。信号ZCS能用来做精确的输出过压保护,也能用作产生过零检测信号ZCD的输入。
[0083]图8和图9分别示出了根据本发明其他实施例的开关电源变换器的具体实现的电路图。作为浮地结构的一些变化,其中采样电阻Rcs耦合在第一功率开关Ml与开关电源变换器的输出端Vout之间,使得开关电源变换器的输出电流1ut流经采样电阻Rcs,从而采样电阻Rcs上的采样电压信号Vcs提供该开关电源变换器的输出电流等效值VCSPK_Ave,所以省去了输出等效电流计算电路322。在图8中,在第一功率开关Ml导通时,在采样电阻Rcs上的压降是正电压,故误差放大器321的基准电压Vr2、比较器312的预设最低峰值Vr3、比较器320的误差电压Vc、比较器319的基准电压Vr4都是正电压。而在图9中,在第一功率开关Ml导通时,在采样电阻Rcs上的压降是负电压,故误差放大器321的基准电压Vr2、比较器312的预设最低峰值Vr3、比较器320的误差电压Vc、比较器319的基准电压Vr4都是负电压。
[0084]本发明将输出电流等效值VCSPK_Ave输入到误差放大器,使得误差电压Vc控制峰值电流,既保证了恒定输出电流,又保证了恒定峰值电流,从而降低了输出电流纹波。输出电流值完全由误差放大器的基准电压Vr2与采样电阻Rcs的比值决定,电路实现简单,输出电流与输入电压、输出电压、电感大小都没有关系,能实现很好的恒流特性。
[0085]本发明公开了开关电源恒流控制结构,并且参照附图描述了本发明的【具体实施方式】和效果。应该理解到的是上述实施例只是对本发明的说明,而不是对本发明的限制,本发明可应用于任何其他可能的开关电源变换器,包括降压、升压开关电源变换器,隔离系统、非隔离系统等。任何不超出本发明实质精神范围内的发明创造,包括但不限于对局部构造的变更、对元器件的类型或型号的替换,以及其他非实质性的替换或修改,均落入本发明保护范围之内。
【主权项】
1.一种开关电源变换器,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。
2.如权利要求1所述的开关电源变换器,其特征在于,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。
3.如权利要求2所述的开关电源变换器,其
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