专利名称：升降压开关电源及其控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及开关电源技木，尤其涉及一种升降压开关电源及其控制器。
背景技术：
參考图1，传统的升降压结构的LED驱动电路中，功率开关101导通时，输入电流流经功率开关101、第二采样电阻Rsa、电感103，电感103上的电流增加，电感103存储能量，第ニ采样电阻Rsa采样流过功率开关101的电流，得到第二采样电压。功率开关101关断吋，电流流经电感103、第一采样电阻Rsb、续流ニ极管Dl以及输出负载电容Cbulk、LED灯串，电感103上的电流减小，电感103释放能量到输出负载电容Cbulk、LED灯串。第一采样电阻Rsb采样流输出端的电流，得到第一采样电压。
电路稳定以后，输出负载电容Cbulk上的平均电流为零，所以流过第一采样电阻Rsb上的平均电流与输出到LED上的平均电流相同，采样流过第一采样电阻Rsb上的电流能完全体现输出到LED上的平均电流。控制流过第一采样电阻Rsb平均电流，就能准确的控制输出电流。进ー步而言，控制器100包括跨导误差放大器电路113，连接第一采样电阻Rsb的一端(即端ロ CSB)，把第一采样电压和基准电压做跨导型的误差放大，输出连接到补偿管脚COMP ;补偿管脚C0MP，外接补偿电容，用于环路补偿；导通时间控制电路112，根据补偿管脚COMP的电平高低决定功率开关101的导通时间长度；峰值限制电路114，连接第二采样电阻Rsa的一端，将第二采样电压与第一基准电压比较，当第二采样电压高于第一基准电压时，产生关断功率开关101的信号，限制流过功率开关101的电流；逻辑电路111和驱动电路110，连接导通时间控制电路112和峰值限制电路114，控制功率开关101的导通和关断时间长度。功率开关101的关断时间长度可由系统工作模式決定。比如当采用临界导通模式时，根据过零信号来决定关断时间长度；采用定频模式工作时，导通时间长度确定后，关断时间长度随之确定。在图1所示的电路中，分别使用第一采样电阻Rsb和第二采样电阻Rsa采样输出电流和流过功率开关101的电流，虽然电路实现较为简单，但需要使用两个采样电阻，同时控制器100需要两个管脚CSA、CSB连接到外围电路，不利于进一歩减少控制器100的管脚。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种升降压开关电源及其控制器，简化了电路结构从而可以采用更小的封装，有利于降低成本。为解决上述技术问题，本发明提供了一种开关电源控制器，包括跨导误差放大器，其输入端接收外部输入的采样电压并将其与预设的基准电压做跨导型误差放大，其输出端连接补偿端ロ，该补偿端ロ配置为外接补偿电容；导通时间控制电路，根据所述补偿端ロ的电压确定开关电源的功率开关的导通时间长度；峰值电流检测电路，其输入端接收所述外部输入的采样电压，根据该采样电压得到上一功率开关周期内流经该功率开关的电流值；导通时间限制电路，其输入端连接所述峰值电流检测电路的输出端，根据所述峰值电流检测电路的输出信号确定后续一个或多个功率开关周期内该功率开关的最大导通时间限制值；逻辑电路，连接所述导通时间控制电路和导通时间限制电路，根据所述导通时间长度和最大导通时间限制值产生驱动信号，以控制所述功率开关的导通和关断。根据本发明的一个实施例，所述峰值电流检测电路检测到采样电压高于预设的电压值时，产生过流检测信号并输出至所述导通时间限制电路，所述导通时间限制电路在所述过流检测信号控制下减小所述最大导通时间限制值，并在后续的功率开关周期依次增大所述最大导通时间限制值。根据本发明的一个实施例，所述跨导误差放大器包括第一三极管，其基极接收所述采样电压，其发射极经由第一电阻连接基准电流源；第二三极管，其基极接收所述预设的基准电压，其发射极经由第二电阻连接所述基准电流源；第一镜像电流源，其输入端连接所述第一三极管的集电极；第二镜像电流源，其输入端连接所述第二三极管的集电极；第三镜像电流源，其输入端连接所述第一镜像电流源的输出端，其输出端连接所述第二镜像电流源的输出端。 根据本发明的一个实施例，所述开关电源控制器还包括驱动电路，所述逻辑电路输出的驱动信号经由所述驱动电路传输至所述功率开关。本发明还提供了一种升降压开关电源，包括以上任一项所述的开关电源控制器；功率开关，其第一端接收输入电压，其控制端接收所述开关电源控制器输出的驱动信号；电感，其第一端连接所述功率开关的第二端，其第二端接地；采样电阻，其第一端连接所述功率开关的第二端，其第二端与所述开关电源控制器的跨导误差放大器以及峰值电流检测电路的输入端相连；续流二极管，其负极连接所述采样电阻的第二端；输出电容，其第一端连接所述续流二极管的正极，其第二端接地。根据本发明的一个实施例，所述输出电容配置为与负载并联。与现有技术相比，本发明具有以下优点本发明实施例的升降压开关电源及其控制器中，通过检测流经续流二极管的电流来判断流经功率开关的电流的大小，并根据该电流的大小来限制后续的一个或多个开关周期的功率开关的最大导通时间限制值，可以有效地限制流经功率开关的峰值电流，并且省去了 一个用于采样功率开关电流的采样电阻，使得控制器减少了一个对外的端口(换言之，电路管脚)，从而简化了电路结构，有利于降低成本。
图1是现有技术中ー种升降压LED驱动电路的电路图；图2是本发明实施例的升降压开关电源的电路图；图3是本发明实施例的跨导误差放大器的电路结构图；图4是本发明实施例的升降压开关电源在临界导通模式下正常工作时的电流时序图；图5是本发明实施例的升降压开 关电源在启动和瞬间短路时的电流时序图。
具体实施例方式下面结合具体实施例和附图对本发明作进ー步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。參考图2，本实施例的升降压开关电源包括开关电源控制器200、功率开关101、电感L、采样电阻Rsb、续流ニ极管D1、输出电容Cbulk。其中，功率开关101的第一端接收输入电压Vin，功率开关101的控制端接收开关电源控制器200输出的驱动信号，该驱动信号经由端ロ GD输出，功率开关的第二端连接电感L的第一端以及采样电阻Rsb的第一端。功率开关101的第二端连接的端ロ Vs同时作为开关电源控制器200的浮动地。功率开关101在开关电源控制器200输出的驱动信号控制下导通和关断，当功率开关101导通时，输入电压Vin传递至功率开关101的第二端。电感L的第一端连接功率开关101的第二端，电感L的第二端接地(也即输入电压Vin的接地端)。在功率开关101导通吋，电感L存储能量；在功率开关101关断吋，电感L向输出端传递能量。采样电阻Rsb的第一端连接功率开关101的第二端，采样电阻Rsb的第二端与开关电源控制器200的端ロ CSB相连。续流ニ极管Dl与采样电阻Rsb串联，其负极连接采样电阻Rsb的第二端，其正极连接输出电容Cbulk的第一端，输出电容Cbulk的第二端接地。输出电容Cbulk与负载并联，负载例如可以是LED灯串。其中，采样电阻Rsb采样流经续流ニ极管Dl的电流，采样电阻Rsb两端的采样电压经由端ロ CSB传输至开关电源控制器200。开关电源控制器200包括跨导误差放大器113、导通时间控制电路112、峰值电流检测电路211、导通时间限制电路210、逻辑电路111、驱动电路110。其中，跨导误差放大器113的输入端连接采样电阻Rsb的第二端，把采样电压和预设的基准电压做跨导型误差放大，跨导误差放大器113的输出端连接到补偿端ロ C0MP。补偿端ロ COMP配置为外接补偿电容(图中未示出)，用于环路补偿。导通时间控制电路112，根据补偿端ロ COMP的电压高低确定功率开关101的导通时间长度。峰值电流检测电路211的输入端连接采样电阻Rsb的第二端，根据采样电阻Rsb上的采样电压得到上ー个功率开关周期内流经功率开关101的电流值。导通时间限制电路210，其输入端连接峰值电流检测电路211的输出端，根据峰值电流检测电路211的输出信号确定后续ー个或多个功率开关周期内功率开关101的最大导通时间限制值，以避免功率开关101的电流过大。逻辑电路111连接导通时间控制电路112和导通时间限制电路210，根据导通时间长度和最大导通时间限制值产生驱动信号，输出控制功率开关101的驱动信号。驱动电路110根据逻辑电路111的输出，控制功率开关101的导通和关断的时间长度。功率开关101的关断时间长度可由系统工作模式决定，比如当采用临界导通模式时，根据过零信号来决定关断时间长度；采用定频模式工作时，导通时间长度确定后，关断时间长度随之确定。为了防止在电路初始启动时的第一个开关周期发生电流过流，可以设置在电路启动开始时就将最大导通时间限制值设置为逐渐加大。图3示出了一种跨导误差放大器的具体电路，将输入信号Va与基准电压Vrefl比较，输出误差电流。该跨导型放大器包括第一三极管Q1，其基极接收输入信号Va (在应用于图2所示的开关电源时，该输入信号Va即是采样电压)，其发射极经由第一电阻&连接基准电流源I。；第二三极管Q2，其基极接收预设的基准电压Vref 1，其发射极经由第二电阻R2连接基准电流源Itl ;第一镜像电流源31，其输入端连接第一三极管Q1的集电极；第二镜像电流源32，其输入端连接第二三极管Q2的集电极；第三镜像电流源Q3,其输入端连接第一镜像电流源31的输出端，其输出端连接第二镜像电流源32的输出端。进一步而言，第一镜像电流源31包括MOS晶体管Ml和M3，第二镜像电流源32包括MOS晶体管M2和M4，第三镜像电流源33包括MOS晶体管M5和M6。假设第二镜像电流源32的镜像电流比是K2，第一镜像电流源31和第三镜像电流源33 二者等效的镜像比为Kl，则MOS晶体管M4的电流14为I4=K2 · I2, MOS晶体管M6的电流16为I6=K1 · Ip则误差电流Iramp为
权利要求
1.一种开关电源控制器，其特征在于，包括 跨导误差放大器，其输入端接收外部输入的采样电压并将其与预设的基准电压做跨导型误差放大，其输出端连接补偿端口，该补偿端口配置为外接补偿电容； 导通时间控制电路，根据所述补偿端口的电压确定开关电源的功率开关的导通时间长度； 峰值电流检测电路，其输入端接收所述外部输入的采样电压，根据该采样电压得到上一功率开关周期内流经该功率开关的电流值； 导通时间限制电路，其输入端连接所述峰值电流检测电路的输出端，根据所述峰值电流检测电路的输出信号确定后续一个或多个功率开关周期内该功率开关的最大导通时间限制值； 逻辑电路，连接所述导通时间控制电路和导通时间限制电路，根据所述导通时间长度和最大导通时间限制值产生驱动信号，以控制所述功率开关的导通和关断。
2.根据权利要求1所述的开关电源控制器，其特征在于，所述峰值电流检测电路检测到采样电压高于预设的电压值时，产生过流检测信号并输出至所述导通时间限制电路，所述导通时间限制电路在所述过流检测信号控制下减小所述最大导通时间限制值，并在后续的功率开关周期依次增大所述最大导通时间限制值。
3.根据权利要求1所述的开关电源控制器，其特征在于，所述跨导误差放大器包括 第一三极管，其基极接收所述采样电压，其发射极经由第一电阻连接基准电流源； 第二三极管，其基极接收所述预设的基准电压，其发射极经由第二电阻连接所述基准电流源； 第一镜像电流源，其输入端连接所述第一三极管的集电极； 第二镜像电流源，其输入端连接所述第二三极管的集电极； 第三镜像电流源，其输入端连接所述第一镜像电流源的输出端，其输出端连接所述第二镜像电流源的输出端。
4.根据权利要求1所述的开关电源控制器，其特征在于，还包括 驱动电路，所述逻辑电路输出的驱动信号经由所述驱动电路传输至所述功率开关。
5.一种升降压开关电源，其特征在于，包括 权利要求1至4中任一项所述的开关电源控制器； 功率开关，其第一端接收输入电压，其控制端接收所述开关电源控制器输出的驱动信号; 电感，其第一端连接所述功率开关的第二端，其第二端接地； 采样电阻，其第一端连接所述功率开关的第二端，其第二端与所述开关电源控制器的跨导误差放大器以及峰值电流检测电路的输入端相连； 续流二极管，其负极连接所述采样电阻的第二端； 输出电容，其第一端连接所述续流二极管的正极，其第二端接地。
6.根据权利要求5所述的升降压开关电源，其特征在于，所述输出电容配置为与负载并联。
全文摘要
本发明提供了一种升降压开关电源及其控制器，该控制器包括跨导误差放大器，输入端接收外部输入的采样电压并将其与预设的基准电压做跨导型误差放大，输出端连接补偿端口，该补偿端口配置为外接补偿电容；导通时间控制电路，根据补偿端口的电压确定功率开关的导通时间长度；峰值电流检测电路，根据该采样电压得到上一功率开关周期内流经该功率开关的电流值；导通时间限制电路，根据峰值电流检测电路的输出信号确定后续一个或多个功率开关周期内该功率开关的最大导通时间限制值；逻辑电路，根据导通时间长度和最大导通时间限制值产生驱动信号，以控制功率开关的导通和关断。本发明简化了电路结构从而可以采用更小的封装，有利于降低成本。
文档编号H02M1/32GK103023314SQ20121059144
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月28日 优先权日2012年12月28日
发明者姚云龙, 吴建兴 申请人:杭州士兰微电子股份有限公司