专利名称：一种开关电源电路的制作方法
技术领域：
—种开关电源电路 技术领域[0001]本实用新型涉及电源电路，更具体地说，本实用新型涉及开关电源电路。
背景技术：
[0002]开关电源电路被广泛地应用于各种场合。一种常用于现有开关电源电路的控制模 式为峰值电流控制。然而现有峰值电流采用恒定峰值电流的方法，将使得电路负载变低时， 效率降低。实用新型内容[0003]本实用新型的目的在于解决现有技术的上述问题，提供一种改进的开关电源电 路。[0004]为实现上述目的，本实用新型提供了一种开关电源电路，包括:输入端口，耦接输 入电压；输出端口，提供输出电压给负载；耦接在输入端口和输出端口之间的储能元件和 功率开关，其中所述功率开关具有控制端；误差放大器，具有第一输入端、第二输入端和输 出端，其中所述第一输入端耦接反映输出电压的反馈信号，所述第二输入端接收电压参考 信号，所述输出端输出误差放大信号；误差比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端， 所述第一输入端耦接至误差放大器的输出端接收误差放大信号，所述第二输入端接收锯齿 波信号，所述输出端输出频率控制信号；峰值电流产生器，具有输入端和输出端，所述输入 端耦接至误差比较器的输出端接收频率控制信号，所述输出端产生峰值电流信号；峰值电 流比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端耦接至峰值电流产生器 的输出端接收峰值电流信号，所述第二输入端接收反映流过储能元件的电流的电流检测信 号，所述输出端输出峰值电流控制信号；逻辑电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端， 其中所述第一输入端耦接至误差比较器的输出端接收频率控制信号，所述第二输入端耦接 至峰值电流比较器的输出端接收峰值电流控制信号，所述输出端输出门极信号至功率开关 的控制端。[0005]根据本实用新型的实施例，其中所述逻辑电路包括:振荡器，输出固定频率的时钟 信号；选择电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端耦接至振荡器接 收时钟信号，所述第二输入端耦接至误差比较器接收频率信号，所述选择电路在频率信号 小于时钟信号时输出频率信号，在频率信号大于或等于时钟信号时，输出时钟信号；RS触 发器，具有置位端、复位端和输出端，其中所述置位端耦接至选择电路的输出端，所述复位 端耦接至峰值电流比较器的输出端接收峰值电流控制信号，所述输出端输出所述门极信 号。[0006]根据本实用新型的实施例，其中所述峰值电流产生器包括:第一开关，具有第一 端、第二端和控制端，所述第一端耦接具有峰值电流信号最大值的电压值的最大值电平信 号，所述控制端耦接频率控制信号；周期计时单元，具有输入端和输出端，所述输入端接收 频率控制信号，所述输出端输出定时信号；第二开关，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至第一开关的第二端，所述控制端耦接至周期计时单元的输出端接收定时信号； 第三开关，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至第二开关的第二端，所述第二端耦接具 有峰值电流信号最小值的电压值的最小值电平信号；第一电容，具有第一端和第二端，所述 第一端耦接至第一开关和第二开关的连接点，所述第二端接参考地；第一电流源，具有第一 端和第二端，所述第一端耦接至第二开关和第三开关的连接点，所述第二端连接至参考地。[0007]根据本实用新型的实施例，其中所述周期计时单元包括:第一计时器，接收频率控 制信号，输出第一计时信号；第二计时器，耦接频率控制信号，输出第二计时信号；或门电 路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中所述第一输入端耦接至第二计时器的输出 端接收第二计时信号，所述第二输入端接收频率信号；RS触发器，具有置位端、复位端和输 出端，其置位端耦接至第一计时器接收第一计时信号，其复位端耦接或门电路的输出端，所 述输出端输出定时信号。[0008]为实现上述目的，本实用新型还提出了一种开关电源电路，包括:变压器、原边功 率开关、副边功率开关、原边控制器、副边控制器和耦合器件，所述变压器包括原边绕组，副 边绕组和第三绕组，所述原边绕组与原边功率开关耦接，所述副边绕组与副边功率开关耦 接，所述耦合器件具有输入侧和输出侧，所述输入侧耦接所述副边控制器，所述输出侧产生 频率控制信号，所述原边控制器提供控制原边功率开关的通断的门极信号，所述原边控制 器包括:峰值电流产生器，具有输入端和输出端，所述输入端接收频率控制信号，所述输出 端产生峰值电流信号；电流比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入 端接收反映流过原边绕组的电流的电流检测信号，第二输入端耦接至峰值电流产生器的输 出端接收峰值电流信号，所述输出端输出峰值电流控制信号；逻辑电路，具有第一输入端、 第二输入端和输出端，其中所述第一输入端接收频率控制信号，所述第二输入端耦接至峰 值电流比较器的输出端接收峰值电流控制信号，所述输出端输出门极信号。[0009]根据本实用新型的实施例，其中所述逻辑电路包括:振荡器，输出固定频率的时 钟信号；选择电路，具有第一输入端，第二输入端和输出端，所述第一输入端稱接至振荡器 接收时钟信号，所述第二输入端耦接至误差比较器接收频率信号，所述选择电路在频率信 号小于时钟信号时，输出频率信号，在频率信号大于或等于时钟信号时，输出时钟信号；RS 触发器，具有置位端、复位端和输出端，其中所述置位端耦接至选择电路的输出端，所述复 位端耦接至峰值电流比较器的输出端接收峰值电流控制信号，所述输出端输出所述门极信 号。[0010]根据本实用新型的实施例，其中所述峰值电流产生器包括:第一开关，具有第一 端、第二端和控制端，所述第一端耦接具有峰值电流信号最大值的电压值的最大值电平信 号，所述控制端耦接频率控制信号；周期计时单元，具有输入端和输出端，所述输入端接收 频率控制信号，基于频率控制信号，所述输出端输出定时信号；第二开关，具有第一端、第二 端和控制端，所述第一端耦接至第一开关的第二端，所述控制端耦接至周期计时单元的输 出端接收定时信号；第三开关，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至第二开关的第二 端，所述第二端耦接具有峰值电流信号最小值的电压值的最小值电平信号；第一电容，具有 第一端和第二端，所述第一端耦接至第一开关和第二开关的连接点，所述第二端接参考地； 第一电流源，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至第二开关和第三开关的连接点，所述 第二端连接至参考地。[0011]根据本实用新型的实施例，其中所述周期计时单元包括:第一计时器，接收频率控 制信号，并基于频率控制信号输出第一计时信号；第二计时器，耦接频率控制信号，并基于 频率控制信号输出第二计时信号；或门电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中 所述第一输入端耦接至第二计时器的输出端接收第二计时信号，所述第二输入端接收频率 信号；RS触发器，具有置位端、复位端和输出端，其置位端耦接至第一计时器接收第一计时 信号，其复位端耦接或门电路的输出端，所述RS触发器基于第一计时信号和或门电路的输 出信号输出定时信号。[0012]根据本实用新型的实施例，其中所述副边控制器包括:误差放大器，具有第一输入 端、第二输入端和输出端，其中所述第一输入端I禹接表征输出电压的反馈信号，第二输入端 接收电压基准信号，所述输出端输出误差放大信号；误差比较器，具有第一输入端、第二输 入端和输出端，其中所述第一输入端耦接至误差放大器的输出端接收误差放大信号，第二 输入端耦接调制信号，所述输出端输出第一比较信号；第四开关，具有第一端、第二端和控 制端，其中所述控制端耦接至误差比较器的输出端接收第一比较信号，所述第二端接副边 参考地；其中，所述耦合器件的输入侧耦接在输出端口和第一开关的第一端之间。[0013]根据本实用新型上述各方面的开关电源电路，有效提高了效率。
[0014]图1示出了根据本实用新型一实施例的开关电源电路100的电路结构示意图；[0015]图2所不为图1所不开关电源电路100的峰值电流/[目号Vlim和开关频率f的关 系不意图；[0016]图3示出了根据本实用新型一实施例的图1所示开关电源电路峰值电流产生器 105的电路结构不意图；[0017]图4示出图3所示峰值电流产生器105的定时信号ts和峰值电流信号Vlim的时 序波形图；[0018]图5示出了根据本实用新型一实施例的开关电源电路200的电路结构示意图；[0019]图6示出图5所示开关电源电路200的开关频率f随频率控制信号的频率fcon 变化而变化的关系示意图；[0020]图7示出了根据本实用新型一实施例的开关电源电路300的电路结构示意图；[0021]图8示出了根据本实用新型一实施例的开关电源电路400的电路结构示意图。
具体实施方式
[0022]下面将详细描述本实用新型的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于 举例说明，并不用于限制本实用新型。在以下描述中，为了提供对本实用新型的透彻理解， 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 节来实行本实用新型。在其他实例中，为了避免混淆本实用新型，未具体描述公知的电路、 材料或方法。[0023]在整个说明书中，对“ 一个实施例”、“实施例”、“ 一个示例”或“示例”的提及意味 着:结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本实用新型至少一个实施 例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组 合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人 员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。应当 理解，当称元件“连接到”或“耦接到”另一元件时，它可以是直接连接或耦接到另一元件或 者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件时，不存在 中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个 相关列出的项目的任何和所有组合。[0024]图1示出了根据本实用新型一实施例的开关电源电路100的电路结构示意图。如 图1所示，所述开关电源电路100包括:输入端口 101，耦接输入电压VIN;输出端口 110，提 供输出电压Vo ;耦接在输入端口 101和输出端口 110之间的储能元件L、功率开关Ml和M2 ； 以及提供门极信号以控制功率开关Ml和M2的控制电路，其中所述控制电路包括:误差放大 器102,具有第一输入端、第二输入端和输出端,其中所述第一输入端接收反映输出电压Vo 的反馈信号Vfb，所述第二输入端接收电压参考信号Vref，基于所述反馈信号Vfb和电压参 考信号Vref，所述误差放大器102在输出端输出误差放大信号Vc ;误差比较器103，具有第 一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端接收误差放大信号Vc,所述第二输入端接 收锯齿波信号Vsaw，基于所述误差放大信号Vc和锯齿波信号Vsaw，所述误差比较器103在 其输出端输出频率控制信号Con ;峰值电流产生器105，具有输入端和输出端，所述输入端 耦接至误差比较器103的输出端接收频率控制信号Con，并基于频率控制信号Con，所述峰 值电流产生器在输出端产生峰值电流信号Vlim ;峰值电流比较器107,具有第一输入端、第 二输入端和输出端，所述第一输入端耦接至峰值电流产生器105接收峰值电流信号Vlim， 所述第二输入端接收反映流过储能元件L的电流的电流检测信号Vcs，基于所述峰值电流 信号Vlim和电流检测信号Vcs，所述峰值电流比较器107在输出端输出电流控制信号；逻 辑电路106，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中所述第一输入端耦接至误差比较 器103的输出端接收频率控制信号Con，所述第二输入端耦接至峰值电流比较器107的输出 端接收峰值电流控制信号，基于所述频率控制信号Con和所述峰值电流控制信号，所述逻 辑电路106在其输出端输出所述门极信号。[0025]门极信号被用来控制功率开关Ml和M2的导通和断开。本领域普通技术人员应该 意识到，门极信号通常会经过驱动器加强驱动能力后再控制功率开关Ml和M2的通断。驱 动器属于本领域的公知常识，为清晰简便起见，在图1中未表示。[0026]在一个实施例中，所述逻辑电路106包括第一 RS触发器。所述第一 RS触发器具 有置位端S、复位端R和输出端Q，其中所述置位端S接收频率控制信号Con，所述复位端R 接收峰值电流控制信号，基于频率控制信号Con和峰值电流控制信号，所述第一 RS触发器 在输出端输出门极信号Gate。[0027]在一个实施例中，根据频率控制信号Con表征的开关电源电路100的开关频率f 在不同的频率区间，所述峰值电流信号Vlim与频率控制信号Con具有不同的关系:a).当 开关频率f大于第一频率阈值Π，峰值电流信号Vlim随着开关频率f的减小从峰值电流 最大值Vlim_max开始减小；b).当开关频率f处于第一频率阈值f I和第二频率阈值f2之 间时，峰值电流信号Vlim被固定于峰值电流中间值Vlim_mid ；c).当开关频率f处于第二 频率阈值f2和第三频率阈值f3之间时，峰值电流信号Vlim随着开关频率f的减小从峰值电流中间值Vlim_mid开始减小；d).当开关频率小于第三频率阈值f3时,峰值电流信号 Vlim被固定于峰值电流最小值Vlim_min ;其中第一频率阈值f I大于第二频率阈值f2，第二频率阈值f2大于第三频率阈值f3。参见图2所示峰值电流信号Vlim和开关频率f的关系不意图，即峰值电流/[目号Vlim和开关频率f的关系为:
权利要求1.一种开关电源电路，其特征在于，所述开关电源电路包括:输入端口，耦接输入电压；输出端口，提供输出电压给负载；耦接在输入端口和输出端口之间的储能元件和功率开关，其中所述功率开关具有控制端;误差放大器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中所述第一输入端稱接反映输出电压的反馈信号，所述第二输入端接收电压参考信号，所述输出端输出误差放大信号； 误差比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端耦接至误差放大器的输出端接收误差放大信号，所述第二输入端接收锯齿波信号，所述输出端输出频率控制信号；峰值电流产生器，具有输入端和输出端，所述输入端耦接至误差比较器的输出端接收频率控制信号，所述输出端产生峰值电流信号；峰值电流比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端耦接至峰值电流产生器的输出端接收峰值电流信号，所述第二输入端接收反映流过储能元件的电流的电流检测信号，所述输出端输出峰值电流控制信号；逻辑电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中所述第一输入端耦接至误差比较器的输出端接收频率控制信号，所述第二输入端耦接至峰值电流比较器的输出端接收峰值电流控制信号，所述输出端输出门极信号至功率开关的控制端。
2.如权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于，其中所述逻辑电路包括:振荡器，输出固定频率的时钟信号；选择电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端耦接至振荡器接收时钟信号，所述第二输入端耦接至误差比较器接收频率信号，所述选择电路在频率信号小于时钟信号时输出频率信号，在频率信号大于或等于时钟信号时，输出时钟信号；RS触发器，具有置位端、复位端和输出端，其中所述置位端耦接至选择电路的输出端， 所述复位端耦接至峰值电流比较器的输出端接收峰值电流控制信号，所述输出端输出所述门极信号。
3.如权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于，其中所述峰值电流产生器包括:第一开关，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接具有峰值电流信号最大值的电压值的最大值电平信号，所述控制端耦接频率控制信号；周期计时单元，具有输入端和输出端，所述输入端接收频率控制信号，所述输出端输出定时信号；第二开关，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至第一开关的第二端，所述控制端耦接至周期计时单元的输出端接收定时信号；第三开关，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至第二开关的第二端，所述第二端耦接具有峰值电流信号最小值的电压值的最小值电平信号； 第一电容，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至第一开关和第二开关的连接点，所述第二端接参考地；第一电流源，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至第二开关和第三开关的连接点， 所述第二端连接至参考地。
4.如权利要求3所述的开关电源电路，其特征在于，其中所述周期计时单元包括:第一计时器，接收频率控制信号，输出第一计时信号；第二计时器，耦接频率控制信号，输出第二计时信号；或门电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中所述第一输入端耦接至第二计时器的输出端接收第二计时信号，所述第二输入端接收频率信号；RS触发器，具有置位端、复位端和输出端，其置位端耦接至第一计时器接收第一计时信号，其复位端耦接或门电路的输出端，所述输出端输出定时信号。
5.一种开关电源电路，其特征在于，所述开关电源电路包括:变压器、原边功率开关、 副边功率开关、原边控制器、副边控制器和耦合器件，所述变压器包括原边绕组、副边绕组和第三绕组，所述原边绕组与原边功率开关耦接，所述副边绕组与副边功率开关耦接，所述耦合器件具有输入侧和输出侧，所述输入侧耦接所述副边控制器，所述输出侧产生频率控制信号，所述原边控制器提供控制原边功率开关的通断的门极信号，所述原边控制器包括:峰值电流产生器，具有输入端和输出端，所述输入端接收频率控制信号，所述输出端产生峰值电流信号；电流比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端接收反映流过原边绕组的电流的电流检测信号，第二输入端耦接至峰值电流产生器的输出端接收峰值电流信号，所述输出端输出峰值电流控制信号；逻辑电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中所述第一输入端接收频率控制信号，所述第二输入端耦接至峰值电流比较器的输出端接收峰值电流控制信号，所述输出端输出门极信号。
6.如权利要求5所述的开关电源电路，其特征在于，其中所述逻辑电路包括:振荡器，输出固定频率的时钟信号；选择电路，具有第一输入端，第二输入端和输出端，所述第一输入端耦接至振荡器接收时钟信号，所述第二输入端耦接至误差比较器接收频率信号，所述选择电路在频率信号小于时钟信号时，输出频率信号，在频率信号大于或等于时钟信号时，输出时钟信号；RS触发器，具有置位端、复位端和输出端，其中所述置位端耦接至选择电路的输出端， 所述复位端耦接至峰值电流比较器的输出端接收峰值电流控制信号，所述输出端输出所述门极信号。
7.如权利要求5所述的开关电源电路，其特征在于，其中所述峰值电流产生器包括:第一开关，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接具有峰值电流信号最大值的电压值的最大值电平信号，所述 控制端耦接频率控制信号；周期计时单元，具有输入端和输出端，所述输入端接收频率控制信号，基于频率控制信号，所述输出端输出定时信号；第二开关，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至第一开关的第二端，所述控制端耦接至周期计时单元的输出端接收定时信号；第三开关，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至第二开关的第二端，所述第二端耦接具有峰值电流信号最小值的电压值的最小值电平信号；第一电容，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至第一开关和第二开关的连接点，所述第二端接参考地；第一电流源，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至第二开关和第三开关的连接点， 所述第二端连接至参考地。
8.如权利要求7所述的开关电源电路，其特征在于，其中所述周期计时单元包括:第一计时器，接收频率控制信号，并基于频率控制信号输出第一计时信号；第二计时器，耦接频率控制信号，并基于频率控制信号输出第二计时信号；或门电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中所述第一输入端耦接至第二计时器的输出端接收第二计时信号，所述第二输入端接收频率信号；RS触发器，具有置位端、复位端和输出端，其置位端耦接至第一计时器接收第一计时信号，其复位端耦接或门电路的输出端，所述RS触发器基于第一计时信号和或门电路的输出信号输出定时信号。
9.如权利要求5所述的开关电源电路，其特征在于，其中所述副边控制器包括: 误差放大器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中所述第一输入端稱接表征输出电压的反馈信号，第二输入端接收电压基准信号，所述输出端输出误差放大信号；误差比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中所述第一输入端耦接至误差放大器的输出端接收误差放大信号，第二输入端耦接调制信号，所述输出端输出第一比较信号;第四开关，具有第一端、第二端和控制端，其中所述控制端耦接至误差比较器的输出端接收第一比较信号，所述第二端接副边参考地；其中，所述耦合器件的输 入侧耦接在输出端口和第一开关的第一端之间。
专利摘要本实用新型提出了一种开关电源电路，所述开关电源电路包括输入端口，耦接输入电压；输出端口，提供输出电压给负载；耦接在输入端口和输出端口之间的储能元件和功率开关；误差放大器，基于反馈信号和电压参考信号在输出端输出误差放大信号；误差比较器，基于误差放大信号和锯齿波信号在其输出端输出频率控制信号；峰值电流产生器，基于频率控制信号在输出端产生峰值电流信号；峰值电流比较器，基于峰值电流信号和电流检测信号，在输出端输出峰值电流控制信号；逻辑电路，基于频率控制信号和峰值电流控制信号，在其输出端输出门极信号用以控制所述功率开关的导通和断开。
文档编号H02M3/156GK202978703SQ20122020192
公开日2013年6月5日 申请日期2012年5月8日 优先权日2012年5月8日
发明者王斯然, 张军明, 任远程 申请人:成都芯源系统有限公司