恒定导通时长控制的开关电源及其控制电路和控制方法
【技术领域】
[0001]本发明的实施例涉及电子电路，尤其涉及恒定导通时长控制的开关电源及其控制电路和控制方法。
【背景技术】
[0002]恒定导通时间(C0T，constant on-time)控制由于其优越的负载瞬态响应、简单的内部结构和平滑的工作模式切换，在电源领域得到了很好的应用。在传统的COT控制开关电源中，开关管在开关电源的输出电压小于参考信号时被导通，而在导通时间到达预设时间时被关断。
[0003]对于传统的COT控制开关电源而言，其开关频率会随着负载的减小而逐渐减小。在轻载场合，开关频率可能被减小至落入音频范围(例如200Hz?20kHz)，从而引起音频噪声。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是提供安静的恒定导通时长控制开关电源及其控制电路和控制方法。
[0005]基于本发明实施例的一种用于恒定导通时长控制开关电源的控制电路，该开关电源包括具有第一开关管的开关电路，开关电路通过第一开关管的导通与关断将输入电压转换为输出电压，该控制电路包括:比较电路，親接至开关电路，将代表开关电路输出电压的反馈信号与参考信号相比较，产生第一置位信号;模式判断电路，判断开关电源的开关频率是否接近音频范围，产生第二置位信号;导通时长控制电路，产生控制第一开关管导通时长的导通时长控制信号；以及逻辑电路，接收第一置位信号、第二置位信号和导通时长控制信号，产生控制第一开关管导通与关断的控制信号，其中当开关电源的开关频率接近音频范围时，第二置位信号将第一开关管导通。
[0006]基于本发明实施例的一种恒定导通时长控制的开关电源，包括:具有第一开关管的开关电路，将输入电压转换为输出电压;反馈电路，耦接至开关电路，提供代表开关电路输出电压的反馈信号；以及如前所述的控制电路。
[0007]基于本发明实施例的一种用于开关电源的恒定导通时长控制方法，该开关电源包括具有第一开关管的开关电路，开关电路通过第一开关管的导通与关断将输入电压转换为输出电压，该控制方法包括:将参考信号和代表开关电路输出电压的反馈信号相比较，产生第一置位信号;判断开关电源的开关频率是否接近音频范围，产生第二置位信号;产生控制第一开关管导通时长的导通时长控制信号；以及基于第一置位信号、第二置位信号控制第一开关管的导通，基于导通时长控制信号控制第一开关管的关断，其中当开关电源的开关频率接近音频范围时，第二置位信号控制第一开关管导通。
[0008]根据本发明实施例，当开关电源的开关频率接近音频范围时，开关电路的第一开关管被导通，开关电源的最低开关频率被限制，从而避免音频噪声的产生。
【附图说明】
[0009]通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干可行实施方式，其中:
[0010]图1为根据本发明一实施例的恒定导通时长控制的开关电源100的框图；
[0011]图2对比了现有技术中开关电源的反馈信号VFBl与控制信号CTRLl的波形和依据本发明一实施例的开关电源100的反馈信号VFB与控制信号CTRL的波形；
[0012]图3为根据本发明一实施例的恒定导通时长控制的开关电源200的电路图；
[0013]图4对比了根据本发明一实施例的图1所示开关电源100与图3所示开关电源200在超声模式下的工作波形图；
[0014]图5为根据本发明一实施例的恒定导通时长控制的开关电源300的电路图；
[0015]图6为根据本发明一实施例的放电电路207B的电路图；
[0016]图7为根据本发明一实施例的恒定导通时长控制的开关电源400的电路图；
[0017]图8是根据本发明一实施例的恒定导通时长控制的开关电源的控制方法500的流程图。
[0018]在附图中，相同或对应的标号被用以表示相同或对应的元件。
【具体实施方式】
[0019]下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是:不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。
[0020]根据本发明的实施例，采用恒定导通时长控制的开关电源在其开关频率接近音频范围(例如200Hz?20KHz)时进入超声模式，使得开关电源的开关频率不小于预设频率。通过这种方法，可以有效避免音频噪声的产生。
[0021]图1为根据本发明一实施例的恒定导通时长控制的开关电源100的框图。开关电源100包括导通时长控制电路101、比较电路102、模式判断电路103、逻辑电路104、开关电路105和反馈电路106。导通时长控制电路101、比较电路102、模式判断电路103和逻辑电路104可以被集成在同一集成电路(例如控制IC)中，该集成电路可为数字集成电路、模拟集成电路或数模结合的集成电路。开关电路105包括第一开关管，通过第一开关管的导通与关断将输入电压VIN转换为输出电压V0UT。开关电路105可采用任何直流/直流或交流/直流变换拓扑结构，例如同步或非同步的升压、降压变换器，以及正激、反激变换器等等。开关电路105中的开关管可以为任何可控半导体开关器件，例如金属氧化物半导体场效应晶体管(M0SFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)等。反馈电路106耦接至开关电路105的输出端以接收输出电压VOUT，并产生代表输出电压VOUT的反馈信号VFB。在一些实施例中，反馈电路106可被省略。
[0022]导通时长控制电路101用于产生控制第一开关管导通时长的导通时长控制信号C0T。比较电路102耦接至反馈电路106，基于反馈信号VFB和参考信号VREF产生第一置位信号SI。模式判断电路103用于判断开关电源100的开关频率FS是否接近音频范围，并产生第二置位信号S2。逻辑电路104耦接至导通时长控制电路101、比较电路102以及模式判断电路103，基于导通时长控制信号COT、第一置位信号SI和第二置位信号S2产生控制信号CTRL，以控制开关电路105中第一开关管的导通与关断。在正常工作状态下，第一开关管在反馈信号VFB小于参考信号VREF时被导通，在其导通时间到达导通时长控制电路101所设定的导通时长ton时被关断。在开关电源100的开关频率FS接近音频范围时，开关电源100进入超声模式，模式判断电路103产生的第二置位信号S2控制第一开关管导通，从而避免音频噪声的产生。
[0023]图2对比了现有技术中开关电源的反馈信号VFBl与控制信号CTRLl的波形和依据本发明一实施例的开关电源100的反馈信号VFB与控制信号CTRL的波形。如图2所示，在现有技术中，只有当反馈信号VFBl降低至参考信号VREF时，第一开关管才会被导通，轻载场合下控制信号CTRLl的频率为Fdsm。然而，在依据本发明实施例的开关电源100中，当开关频率FS接近音频范围时，开关电路105中的第一开关管立即被导通，