专利名称：一种开关电源及其自适应多模式控制电路的制作方法
技术领域：
一种开关电源及其自适应多模式控制电路技术领域[0001]本实用新型属于开关电源技术领域，尤其涉及一种开关电源及其自适应多模式控 制电路。
背景技术：
[0002]在开关电源领域中，开关电源的控制方式多种多样，主要分为脉冲宽度调制 (PWM, Pulse Width Modulation)、脉冲频率调制(PFM, Pulse FrequencyModulation)及准 谐振控制(QR, Quas1-Resonant)。其中，脉冲宽度调制控制方式在控制电路的输出频率不变 的情况下通过输出反馈信号调节开关占空比以达到恒压输出的目的。脉冲频率调制控制方 式通过保持导通时间不变或关闭时间不变的情况下，通过输出反馈信号改变控制电路的输 出频率，进而达到恒压输出的目的；准谐振控制通过检测开关两端的零电压点或零电流点 以控制开关开启，并通过输出反馈信号控制开关关断，从而达到恒压输出的目的。[0003]上述三种控制方式各有优缺点，对于PWM，其优点在于控制方式简单，输出纹波小， 系统在重负载时效率高，且能够进入连续导通模式(CCM, Continuous Conduction Mode), 系统成本较低；其缺点在于系统在轻负载时的效率较低。对于PFM，其优点在于系统轻负载 时效率较高；其缺点在于控制方式相对复杂，输出纹波较大，系统成本较高；对于QR，其优 点在于使用了软开关技术控制开关在零电压点开启(ZVS，Zero Voltage Switch)或者在零 电流点开启(ZCS, Zero Currency Switch),可以有效降低开关损耗,提高系统效率,且其比 较容易通过电磁干扰(EMI, Electromagnetic Interference)测试；其缺点则是在宽输入电 压范围内，开关频率变化范围很大，会使得变压器的成本增加，而且由于需要考虑EMI的问 题，开关频率无法太高，这又会严重限制了 QR在宽输入电压范围系统中的应用。[0004]考虑到上述三种控制方式的特点，现有的开关电源系统通常对上述三种控制方式 进行混合使用，比较常见的是PWM/PFM控制方式，其在系统于重负载情况下采用PWM控制模 式，在系统于轻负载情况下切换至PFM控制模式，这样可以在PWM和PFM这两种控制模式之 间进行取长补短。此外还有QR/PFM控制方式，其在系统于重负载情况下采用QR控制模式， 在系统于轻负载情况下采用PFM控制模式。[0005]综上所述，采用复合模式控制方式的开关电源系统相对于单一控制方式的开关电 源系统而言，其性能会有所提高，但现有的多模式控制电路是采用固定负载点切换方式进 行控制模式切换的，即设定一个或多个负载点切换阈值，当达到某个负载点切换阈值时便 切换控制模式，而系统在固定负载点进行控制模式切换的过程中容易引起电路震荡和不稳 定，并降低开关电源系统的系统平均效率，进而影响开关电源的性能。实用新型内容[0006]本实用新型的目的在于提供一种开关电源的自适应多模式控制电路，旨在解决现 有的开关电源系统中的多模式控制电路在固定负载切换点进行控制模式切换时引起电路 震荡和不稳定而使开关电源系统的平均效率降低的问题。[0007]本实用新型是这样实现的，一种开关电源的自适应多模式控制电路，与开关电源 的启动电阻R1、连接于变压器Tl的副边并起分压采样作用的电阻R2和电阻R3、开关管Q1、 检测所述开关管Ql的导通电流的采样电阻Rcs及输出级整流滤波电路连接，所述开关管Ql 的输出端与所述采样电阻Res的第一端连接，所述采样电阻Res的第二端接地，所述自适应多 模式控制电路包括:[0008]消磁检测模块、谷值电压检测模块、信号输出选择模块、输出反馈模块、反馈处理 模块、第一振荡器、第一比较器、逻辑处理模块以及开关驱动模块；[0009]所述消磁检测模块的输入端连接所述电阻R2与所述电阻R3的共接点，电源端与 所述电阻Rl的第二端连接，接地端接地，所述消磁检测模块根据所述电阻R2与所述电阻R3 的共接点的采样电压判断所述变压器Tl的副边是否已消磁结束，并根据判断结果相应地 输出消磁检测信号；[0010]所述谷值电压检测模块的第一输入端连接所述电阻R2与所述电阻R3的共接点， 第二输入端连接所述逻辑处理模块的输出端，电源端连接所述电阻Rl的第二端，接地端接 地，所述谷值电压检测模块根据所述电阻R2与所述电阻R3的共接点的采样电压和所述逻 辑处理模块所输出的驱动脉冲信号判断所述变压器Tl的辅助绕组的电压在开关管Ql截止 期间是否为最小值，并根据判断结果相应地输出谷值检测信号；[0011]所述信号输出选择模块的第一输入端接所述电阻Rl的第二端，控制端和第二输 入端分别连接所述消磁检测模块的输出端和所述谷值电压检测模块的输出端，所述信号输 出选择模块根据所述消磁检测信号选择输出相应的选择电平信号，所述选择电平信号为高 电平信号或所述谷值电压检测信号；[0012]所述输出反馈模块的输入端连接所述输出级整流滤波电路的输出端，输出端与所 述反馈处理模块的输入端连接，第一接地端接地，第二接地端接输出地，所述输出反馈模块 根据所述输出级整流滤波电路的输出电压的变化输出反馈电压至所述反馈处理模块的输 入端;[0013]所述反馈处理模块的电源端连接所述电阻Rl的第二端，接地端接地，所述反馈处 理模块根据所述反馈电压产生一参考电压至所述第一比较器和所述第一振荡器，并控制所 述第一振荡器的输出时钟变化；[0014]所述第一振荡器的电源端连接所述电阻Rl的第二端，接地端接地，输入端连接所 述反馈处理模块的输出端，所述第一振荡器根据所述反馈处理模块输出的所述参考电压产 生相应的时钟信号；[0015]所述第一比较器的正电源端、同相输入端及反相输入端分别连接所述电阻Rl的 第二端、所述开关管Ql的输出端及所述反馈处理模块的输出端，负电源端接地，所述第一 比较器将从所述开关管Ql的输出端获取的采样电压和所述反馈处理模块产生的所述参考 电压进行比较，并根据比较结果相应地输出脉宽调制信号；[0016]所述逻辑处理模块的电源端连接所述电阻Rl的第二端，第一输入端、第二输入端 和第三输入端分别与所述信号输出选择模块的输出端、所述振荡器的输出端和所述第一比 较器的输出端连接，接地端接地，所述逻辑处理模块对所述选择电平信号、所述时钟信号以 及所述脉宽调制信号进行逻辑处理后输出相应的驱动脉冲信号；[0017]所述开关驱动模块的电源端和输入端分别连接所述电阻Rl的第二端和所述逻辑处理模块的输出端，输出端与所述开关管Ql的控制端连接，接地端接地，所述开关驱动模 块对所述驱动脉冲信号进行驱动能力增强处理后输出，进而驱动所述开关管Ql根据所述 驱动脉冲信号的占空比工作，以使开关电源进入相应的工作模式。[0018]本实用新型的另一目的还在于提供一种开关电源，其包括整流滤波电路、启动电 阻R1、电容Cl、二极管D1、电阻R2、电阻R3、变压器Tl、开关管Q1、采样电阻Rcs、输出级整流 滤波电路以及上述的自适应多模式控制电路。[0019]本实用新型还提供了另一种开关电源的自适应多模式控制电路，与开关电源的启 动电阻Rl、连接于变压器Tl的副边并起分压采样作用的电阻R2和电阻R3、开关管Ql、检测 所述开关管Ql的导通电流的采样电阻Rcs及输出级整流滤波电路连接，所述开关管Ql的 输出端与所述采样电阻Res的第一端连接，所述采样电阻Res的第二端接地，所述自适应多模 式控制电路包括:[0020]消磁检测模块、谷值电压检测模块、信号输出选择模块、反馈处理模块、第二振荡 器、第二比较器、逻辑处理模块以及开关驱动模块；[0021]所述消磁检测模块的输入端连接所述电阻R2与所述电阻R3的共接点，电源端与 所述电阻Rl的第二端连接，接地端接地，所述消磁检测模块根据所述电阻R2与所述电阻R3 的共接点的采样电压判断所述变压器Tl的副边是否已消磁结束，并根据判断结果相应地 输出消磁检测信号；[0022]所述谷值电压检测模块的第一输入端连接所述电阻R2与所述电阻R3的共接点， 第二输入端连接所述逻辑处理模块的输出端，电源端连接所述电阻Rl的第二端，接地端接 地，所述谷值电压检测模块根据所述电阻R2与所述电阻R3的共接点的采样电压和所述逻 辑处理模块所输出的驱动脉冲信号判断所述变压器Tl的辅助绕组的电压在所述开关管Ql 截止期间是否为最小值，并根据判断结果相应地输出谷值检测信号；[0023]所述信号输出选择模块的第一输入端接所述电阻Rl的第二端，控制端和第二输 入端分别连接所述消磁检测模块的输出端和所述谷值电压检测模块的输出端，所述信号输 出选择模块根据所述消磁检测信号选择输出相应的选择电平信号，所述选择电平信号为高 电平信号或所述谷值电压检测信号；[0024]所述反馈处理模块的电源端连接所述电阻Rl的第二端，输入端与所述电阻R2与 所述电阻R3的共接点连接，接地端接地，所述反馈处理模块根据所述电阻R2与所述电阻R3 的共接点的采样电压对所述输出级整流滤波电路的输出电压进行检测，并跟随检测结果相 应地输出反馈电压；[0025]所述第二振荡器的输入端连接所述反馈处理模块的输出端，所述第二振荡器根据 所述反馈电压输出相应的时钟信号；[0026]所述第二比较器的正电源端、同相输入端及反相输入端分别连接所述电阻Rl的 第二端、所述开关管Ql的输出端及所述反馈处理模块的输出端，负电源端接地，所述第二 比较器将所述反馈电压和从所述开关管Ql的输出端获取的采样电压进行比较，并根据比 较结果相应地输出脉宽调制信号；[0027]所述逻辑处理模块的电源端连接所述电阻Rl的第二端，第一输入端、第二输入端 和第三输入端分别与所述信号输出选择模块的输出端、所述第二振荡器的输出端和所述第 二比较器的输出端连接，接地端接地，所述逻辑处理模块对所述选择电平信号、所述时钟信号以及所述脉宽调制信号进行逻辑处理后输出相应的驱动脉冲信号；[0028]所述开关驱动模块的电源端和输入端分别连接所述电阻Rl的第二端和所述逻辑 处理模块的输出端，输出端与所述开关管Ql的控制端连接，接地端接地，所述开关驱动模 块对所述驱动脉冲信号进行驱动能力增强处理后输出，进而驱动所述开关管Ql根据所述 驱动脉冲信号的占空比工作，以使开关电源进入相应的工作模式。[0029]本实用新型的另一目的还在于提供另一种开关电源，其包括整流滤波电路、启动 电阻R1、电容Cl、二极管D1、电阻R2、电阻R3、变压器Tl、开关管Q1、采样电阻Rcs、输出级整 流滤波电路以及上述的自适应多模式控制电路。[0030]本实用新型通过在开关电源中采用所述的自适应多模式控制电路，通过对变压器 Tl的副边消磁时间和辅助绕组电压进行检测，且根据输出级整流滤波电路的输出电压或变 压器Tl的辅助绕组电压对开关电源的输出电压进行检测，并对开关管Ql的导通电流进行 采样(即对开关管Ql的输出端电压进行采样)，然后根据检测结果和导通电流采样结果相应 地输出驱动脉冲信号控制开关管Ql的工作状态，进而使所述自适应多模式控制电路能够 稳定切换控制模式(即PWM、PFM或QR)，且开关电源能够稳定地变换工作模式，提高了系统 平均效率，从而解决了现有的开关电源系统中的多模式控制电路在固定负载切换点进行控 制模式切换时引起电路震荡和不稳定而使开关电源系统的平均效率降低的问题。
[0031]图1是本实用新型第一实施例提供的开关电源的自适应多模式控制电路的模块 结构图；[0032]图2是本实用新型第一实施例提供的开关电源的自适应多模式控制电路的示例 电路结构图；[0033]图3是本实用新型第一实施例所涉及的自适应多模式控制芯片的结构示意图；[0034]图4是本实用新型第一实施例提供的开关电源的自适应多模式控制电路的工作 原理所涉及的信号波形图；[0035]图5是本实用新型第二实施例提供的开关电源的自适应多模式控制电路的模块 结构图；[0036]图6是本实用新型第二实施例提供的开关电源的自适应多模式控制电路的示例 电路结构图；[0037]图7是本实用新型第二实施例所涉及的自适应多模式控制芯片的结构示意图；[0038]图8是本实用新型第二实施例提供的开关电源的自适应多模式控制电路的工作 原理所涉及的信号波形图。
具体实施方式
[0039]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，
以下结合附图及实施 例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释 本实用新型，并不用于限定本实用新型。[0040]本实用新型实施例通过在开关电源中采用自适应多模式控制电路，通过对变压器 Tl的副边消磁时间和辅助绕组电压进行检测，且根据输出级整流滤波电路的输出电压或变压器Tl的辅助绕组电压对开关电源的输出电压进行检测，并对开关管Ql的导通电流进行采样(即对开关管Ql的输出端电压进行采样)，然后根据检测结果和导通电流采样结果相应地输出驱动脉冲信号控制开关管Ql的工作状态，进而使自适应多模式控制电路能够稳定切换控制模式(即PWM、PFM或QR)，且开关电源能够稳定地变换工作模式，提高了系统平均效率。[0041]以下结合具体实施例对本实用新型实施例提供的开关电源的自适应多模式控制电路进行详细说明:[0042]实施例一:[0043]图1示出了本实用新型第一实施例提供的开关电源的自适应多模式控制电路的模块结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分，详述如下:[0044]本实施例所提供的开关电源包括整流滤波电路100、启动电阻R1、电容Cl、二极管 D1、电阻R2、电阻R3、变压器Tl、开关管Q1、采样电阻Res、输出级整流滤波电路200以及自适应多模式控制电路300。其中，整流滤波电路100对输入交流电Vac进行整流滤波处理， 其包括整流桥BD和滤波电容C2 ;开关管Ql为NMOS管，NMOS管的栅极、漏极和源极分别为开关管Ql的控制端、输入端和输出端；输出级整流滤波电路200对变压器Tl的输出直流电进行整流滤波处理，其包括整流二极管D2和滤波电容C3。此外，开关电源还包括自适应多模式控制电路300。[0045]自适应多模式控制电路300与开关电源的启动电阻R1、连接于变压器Tl的辅助绕组并起分压采样作用的电阻R2和电阻R3、开关管Q1、检测开关管Ql的导通电流的采样电阻Res及输出级整流滤波电路连接，开关管Ql的输出端与采样电阻R 的第一端连接，采样电阻Rcs的第二端接地，自适应多模式控制电路300包括:[0046]消磁检测模块301、谷值电压检测模块302、信号输出选择模块303、输出反馈模块 304、反馈处理模块305、第一振荡器0SC1、第一比较器U1、逻辑处理模块306以及开关驱动模块307。[0047]消磁检测模块301的输入端连接电阻R2与电阻R3的共接点，电源端与电阻Rl的第二端连接，接地端接地，消磁检测模块301根据电阻R2与电阻R3的共接点的采样电压判断变压器Tl的副边是否已消磁结束，并根据判断结果相应地输出消磁检测信号。[0048]谷值电压检测模块302的第一输入端连接所述电阻R2与所述电阻R3的共接点， 第二输入端连接逻辑处理模块306的输出端，电源端连接电阻Rl的第二端，接地端接地，谷值电压检测模块302根据电阻R2与电阻R3的共接点的采样电压和逻辑处理模块306所输出的驱动脉冲信号判断变压器Tl的辅助绕组的电压在开关管Ql截止期间是否为最小值， 并根据判断结果相应地输出谷值检测信号。[0049]信号输出选择模块303的第一输入端接电阻Rl的第二端，控制端和第二输入端分别连接消磁检测模块301的输出端和谷值电压检测模块302的输出端，信号输出选择模块 303根据所述消磁检测信号选择输出相应的选择电平信号，该选择电平信号为高电平信号或所述谷值电 压检测信号。[0050]输出反馈模块304的输入端连接输出级整流滤波电路200的输出端，输出端与反馈处理模块305的输入端连接，第一接地端接地，第二接地端接输出地，输出反馈模块304 根据输出级整流滤波电路200的输出电压的变化输出反馈电压至反馈处理模块305的输入端。反馈处理模块305的电源端连接电阻Rl的第二端，接地端接地，根据输出反馈模块304 所输出的反馈电压产生一参考电压至第一比较器Ul和第一振荡器OSC1,并控制第一振荡 器OSCl的输出时钟变化。[0051]第一振荡器OSCl的电源端接电阻Rl的第二端，接地端接地，输入端连接反馈处理 模块305的输出端,第一振荡器OSCl根据反馈处理模块305输出的参考电压产生相应的时钟信号。[0052]第一比较器Ul的正电源端、同相输入端及反相输入端分别连接所述电阻Rl的第 二端、所述开关管Ql的输出端及反馈处理模块305的输出端，负电源端接地，第一比较器Ul 将从开关管Ql的输出端获取的采样电压和反馈处理模块305产生的参考电压进行比较，并 根据比较结果相应地输出脉宽调制信号。[0053]逻辑处理模块306的电源端连接电阻Rl的第二端，第一输入端、第二输入端和第 三输入端分别与信号输出选择模块303的输出端、振荡器OSCl的输出端和第一比较器Ul 的输出端连接，接地端接地，逻辑处理模块306对所述选择电平信号、所述时钟信号以及所 述脉宽调制信号进行逻辑处理后输出相应的驱动脉冲信号。[0054]开关驱动模块307的电源端和输入端分别连接电阻Rl的第二端和逻辑处理模块 306的输出端，输出端与开关管Ql的控制端连接，接地端接地，开关驱动模块307对逻辑处 理模块306所输出的驱动脉冲信号进行驱动能力增强处理后输出，进而驱动开关管Ql根据 该驱动脉冲信号的占空比工作，以使开关电源进入相应的工作模式。[0055]图2示出图1所示的自适应多模式控制电路的示例电路结构，为了便于说明，仅示 出了与本实用新型相关的部分，详述如下:[0056]消磁检测模块301包括:[0057]第三比较器U3、第一参考电压源3011、PMOS管Q2、NMOS管Q3、第一电流源I1、电 容C4以及第一施密特触发器SI ；[0058]第三比较器U3的同相输入端、正电源端及负电源端分别为消磁检测模块301的输 入端、电源端及接地端，第一参考电压源3011的输出端连接第三比较器U3的反相输入端， PMOS管Q2的栅极和NMOS管Q3的栅极共接于第三比较器U3的输出端，PMOS管Q2的源极 连接第三比较器U3的正电源端，NMOS管Q3的漏极与PMOS管Q2的漏极以及电容C4的第 一端共接于第一施密特触发器SI的输入端，NMOS管Q3的源极连接第一电流源Il的输入 端，第一电流源Il的输出端与电容C4的第二端以及第一施密特触发器SI的负电源端共接 于第三比较器U3的负电源端，第一施密特触发器SI的正电源端连接第三比较器U3的正电 源端，第一施密特触发器SI的输出端为消磁检测模块301的输出端。其中，第一参考电压 源3011是常用的参考电压产生电路，其输出的参考电压为50mV。其中PMOS管Q2、NMOS管 Q3、第一电流源I1、电容C4及第一施密特触发器SI组成滤波电路3012。[0059]谷值电压检测模块302包括:[0060]第四比较器U4、第二参考电压源3021、第一反相器U5、第一延时电路3022以及第 一与门U6 ；[0061 ] 第四比较器U4的反相输入端、正电源端及负电源端分别为谷值电压检测模块302 的第一输入端、电源端及接地端，第二参考电压源3021的输出端连接第四比较器U4的同相 输入端,第一反相器U5的输入端为谷值电压检测模块302的第二输入端,第一反相器U5的输出端连接第一延时电路3022的输入端，第一与门U6的第一输入端I和第二输入端2分 别连接第四比较器U4的输出端和第一延时电路3022的输出端,第一与门U6的输出端5为 谷值电压检测模块302的输出端,第一反相器U5的正电源端和第一与门U6的正电源端3 共接于第四比较器U4的正电源端，第一反相器U5的负电源端和第一与门U6的负电源端4 共接于第四比较器U4的负电源端。其中，第二参考电压源3021是常用的参考电压产生电 路，其输出的参考电压为50mV;第一延时电路3022可以由奇数个延时器或偶数个延时器构 成。[0062]信号输出选择模块303包括NMOS管Q4和PMOS管Q5，NMOS管Q4的漏极与PMOS 管Q5的源极分别为信号输出选择模块303的第一输入端和第二输入端,NMOS管Q4的栅极 与PMOS管Q5的栅极的共接点作为信号输出选择模块303的控制端，NMOS管Q4的源极与 PMOS管Q5的漏极的共接点作为信号输出选择模块303的输出端。[0063]输出反馈模块304包括:[0064]电阻R4、光耦U7、电容C5、电阻R5、电阻R6以及431基准源TL ；[0065]电阻R4的第一端为输出反馈模块304的输入端，电阻R4的第二端连接光耦U7的 发光二极管的阳极，电容C5的第一端与431基准源TL的阴极共接于光耦U7的发光二极管 的阴极，光耦U7的光敏三极管的集电极和发射极分别为输出反馈模块304的输出端和第一 接地端，电容C5的第二端与电阻R5的第一端共接于电阻R4的第一端，电阻R5的第二端与 电阻R6的第一端共接于431基准源TL的调整极，电阻R6的第二端与431基准源TL的阳 极的共接点作为输出反馈模块304的第二接地端。[0066]反馈处理模块305包括:[0067]第二电流源12、二极管D3、电阻R7及电阻R8 ；[0068]第二电流源12的输入端为反馈处理模块305的电源端，第二电流源12的输出端 连接二极管D3的阳极，二极管D3的阳极为反馈处理模块305的输入端，电阻R7的第一端 连接二极管D3的阴极，电阻R7的第二端与电阻R8的第一端的共接点作为反馈处理模块的 输出端，电阻R8的第二端为反馈处理模块305的接地端。[0069]逻辑处理模块306包括第二与门U8和RS触发器TRIG，第二与门U8的第一输入 端1、第二输入端2、正电源端3及负电源端4分别为逻辑处理模块306的第一输入端、第二 输入端、电源端及接地端，第二与门U8的输出端5连接RS触发器TRIG的第一输入端S，RS 触发器TRIG的第二输入端R和输出端Q分别为逻辑处理模块306的第三输入端和输出端。 其中，RS触发器TRIG是由基本的或非门组成的基本RS触发器。[0070]开关驱动模块307包括第三反相器U9和第四反相器UlO，第三反相器U9的输入 端、正电源端和负电源端分别为开关驱动模块307的输入端、电源端和接地端，第三反相器 U9的输出端连接第四反相器UlO的输入端，第四反相器UlO的正电源端和负电源端分别连 接第三反相器U9的正电源端和负电源端，第四反相器UlO的输出端为开关驱动模块307的 输出端。[0071]在实际应用过程中，为了提高电路的集成度，如图3所示，消磁检测模块301、谷值 电压检测模块302、信号输出选择模块303、反馈处理模块305、第一振荡器OSCl、第一比较 器Ul、逻辑处理模块306以及开关驱动模块307可集成为一自适应多模式控制芯片，消磁检 测模块301的电源端与谷值电压检测模块302的电源端、信号输出选择模块303的第一输入端、反馈处理模块305的电源端、第一振荡器OSCl的电源端、第一比较器Ul的正电源端、 逻辑处理模块306的电源端以及开关驱动模块307的电源端的共接点作为自适应多模式控 制芯片的电源端VDD,消磁检测模块301的输入端与谷值电压检测模块302的第一输入端的 共接点作为自适应多模式控制芯片的副边检测端DEM，反馈处理模块305的输入端同时还 作为自适应多模式控制芯片的反馈端FB，第一比较器Ul的同相输入端作为自适应多模式 控制芯片的导通电流采样端CS，开关驱动模块307的输出端作为自适应多模式控制芯片的 开关控制端GATE，消磁检测模块301的接地端与谷值电压检测模块302的接地端、反馈处理 模块305的接地端、第一振荡器OSCl的接地端、第一比较器Ul的负电源端、逻辑处理模块 306的接地端以及开关驱动模块307的接地端的共接点作为自适应多模式控制芯片的接地 端 GND。[0072]以下结合工作原理对上述的自适应多模式控制电路300作进一步说明:[0073]当开关电源的输出负载较重时，第一振荡器OSCl会输出一个具有固定频率的时 钟信号。谷值电压检测模块302的第四比较器U4将电阻R2与电阻R3的共接点的采样电 压与第二参考电压源3021的输出电压进行比较后输出比较信号至第一与门U6，逻辑处理 模块306的输出信号通过第一反相器U5进行反相处理和第一延时电路3022进行延时处理 后输入第一与门U6，第一与门U6对所述比较信号和经过反相延时处理后的逻辑处理模块 306的输出信号进行与逻辑处理后所得到的输出信号作为谷值电压检测模块302的输出信 号(即谷值检测信号)。[0074]当时钟信号的上升沿(或设定为下降沿)到达时，如果电阻R2与电阻R3的共接点 的采样电压与第一参考电压源3011的输出电压进行比较后输出的电平经滤波电路3012后 为低电平(即检测到变压器Tl的副边(辅助绕组信号是副边次级绕组信号的等比例缩放)已 消磁结束)，则消磁检测模块301中的第一施密特触发器SI会输出低电平使NMOS管Q4关断 和PMOS管Q5导通；等待谷值电压检测模块302检测到变压器Tl的副边次级绕组电压在开 关管Ql截止期间内的最小值(也称为副边零电压点)，即第一与门U6输出高电平通过PMOS 管Q5至逻辑处理模块306，并通过开关驱动模块307控制开关管Ql导通开启。随着开关管 Ql导通开启，导通电流增大，则开关管Ql的源极电压会逐渐增大，达到反馈处理模块305的 输出端电压时，经第一比较器Ul比较输出高电平信号，使得RS触发器TRIG的输出电平翻 转为低电平，该低电平经开关驱动模块307控制开关管Ql关闭截止。此时，自适应多模式 控制电路300进入QR控制模式,开关电源工作在临界导通模式(BCM, BoundaryConduction Mode)或者断续导通模式(DCM, Discontinuous Conduction Mode),也称断续模式。[0075]如果时钟信号的上升沿(或设定为下降沿)到达时，电阻R2与电阻R3的共接点的 采样电压与第一参考电压源3011的比较输出的电平经滤波电路3012后为高电平(即检测 到变压器Tl的副边还未消磁结束)，则消磁检测模块301中的第一施密特触发器SI会输 出高电平使NMOS管Q4导通和PMOS管Q5关断，此时信号输出选择模块303直接通过NMOS 管Q4输出高电平至逻辑处理模块306，并通过开关驱动模块307控制开关管Ql导通开启。 随着开关管Ql导通开启，导通电流增大，则开关管Ql的源极电压会逐渐增大，达到反馈处 理模块305的输出端电压时,经第一比较器Ul比较输出高电平信号,该高电平信号使得RS 触发器TRIG的输出电平翻转为低电平，该低电平经开关驱动模块307控制开关管Ql关闭 截止。此时，自适应多模式控制电路300进入PWM控制模式，开关电源进入连续导通模式(CCM)0[0076]当开关电源工作在断续导通模式或者临界导通模式时，开关管Ql的导通时间Tm 如下式所示:
权利要求1.一种开关电源的自适应多模式控制电路，与开关电源的启动电阻R1、连接于变压器 Tl的辅助绕组并起分压采样作用的电阻R2和电阻R3、开关管Q1、检测所述开关管Ql的导通电流的采样电阻Rcs及输出级整流滤波电路连接，所述开关管Ql的输出端与所述采样电阻Res的第一端连接，所述采样电阻Res的第二端接地，其特征在于，所述自适应多模式控制电路包括:消磁检测模块、谷值电压检测模块、信号输出选择模块、输出反馈模块、反馈处理模块、 第一振荡器、第一比较器、逻辑处理模块以及开关驱动模块；所述消磁检测模块的输入端连接所述电阻R2与所述电阻R3的共接点，电源端与所述电阻Rl的第二端连接，接地端接地，所述消磁检测模块根据所述电阻R2与所述电阻R3的共接点的采样电压判断所述变压器Tl的副边是否已消磁结束，并根据判断结果相应地输出消磁检测信号；所述谷值电压检测模块的第一输入端连接所述电阻R2与所述电阻R3的共接点，第二输入端连接所述逻辑处理模块的输出端，电源端连接所述电阻Rl的第二端，接地端接地， 所述谷值电压检测模块根据所述电阻R2与所述电阻R3的共接点的采样电压和所述逻辑处理模块所输出的驱动脉冲信号判断所述变压器Tl的辅助绕组的电压在开关管Ql截止期间是否为最小值，并根据判断结果相应地输出谷值检测信号；所述信号输出选择模块的第一输入端接所述电阻 Rl的第二端，控制端和第二输入端分别连接所述消磁检测模块的输出端和所述谷值电压检测模块的输出端，所述信号输出选择模块根据所述消磁检测信号选择输出相应的选择电平信号，所述选择电平信号为高电平信号或所述谷值电压检测信号；所述输出反馈模块的输入端连接所述输出级整流滤波电路的输出端，输出端与所述反馈处理模块的输入端连接，第一接地端接地，第二接地端接输出地，所述输出反馈模块根据所述输出级整流滤波电路的输出电压的变化输出反馈电压至所述反馈处理模块的输入端;所述反馈处理模块的电源端连接所述电阻Rl的第二端，接地端接地，所述反馈处理模块根据所述反馈电压产生一参考电压至所述第一比较器和所述第一振荡器，并控制所述第一振荡器的输出时钟变化；所述第一振荡器的电源端连接所述电阻Rl的第二端，接地端接地，输入端连接所述反馈处理模块的输出端，所述第一振荡器根据所述反馈处理模块输出的所述参考电压产生相应的时钟信号；所述第一比较器的正电源端、同相输入端及反相输入端分别连接所述电阻Rl的第二端、所述开关管Ql的输出端及所述反馈处理模块的输出端，负电源端接地，所述第一比较器将从所述开关管Ql的输出端获取的采样电压和所述反馈处理模块产生的所述参考电压进行比较，并根据比较结果相应地输出脉宽调制信号；所述逻辑处理模块的电源端连接所述电阻Rl的第二端，第一输入端、第二输入端和第三输入端分别与所述信号输出选择模块的输出端、所述振荡器的输出端和所述第一比较器的输出端连接，接地端接地，所述逻辑处理模块对所述选择电平信号、所述时钟信号以及所述脉宽调制信号进行逻辑处理后输出相应的驱动脉冲信号；所述开关驱动模块的电源端和输入端分别连接所述电阻Rl的第二端和所述逻辑处理模块的输出端，输出端与所述开关管Ql的控制端连接，接地端接地，所述开关驱动模块对所述驱动脉冲信号进行驱动能力增强处理后输出，进而驱动所述开关管Ql根据所述驱动脉冲信号的占空比工作，以使开关电源进入相应的工作模式。
2.如权利要求1所述的自适应多模式控制电路，其特征在于，所述消磁检测模块包括:第三比较器、第一参考电压源、PMOS管Q2、NM0S管Q3、第一电流源、电容C4以及第一施密特触发器；所述第三比较器的同相输入端、正电源端及负电源端分别为所述消磁检测模块的输入端、电源端及接地端，所述第一参考电压源的输出端连接所述第三比较器的反相输入端，所述PMOS管Q2的栅极和所述NMOS管Q3的栅极共接于所述第三比较器的输出端，所述PMOS 管Q2的源极连接所述第三比较器的正电源端，所述NMOS管Q3的漏极与所述PMOS管Q2的漏极以及所述电容C4的第一端共接于所述第一施密特触发器的输入端，所述NMOS管Q3的源极连接所述第一电流源的输入端，所述第一电流源的输出端与所述电容C4的第二端以及所述第一施密特触发器的负电源端共接于所述第三比较器的负电源端，所述第一施密特触发器的正电源端连接所述第三比较器的正电源端，所述第一施密特触发器的输出端为所述消磁检测模块的输出端。
3.如权利要求1所述的自适应多模式控制电路，其特征在于，所述谷值电压检测模块包括:第四比较器、第二参考电压源、第一反相器、第一延时电路以及第一与门；所述第四比较器的反相输入端、正电源端及负电源端分别为所述谷值电压检测模块的第一输入端、电源端及接地端，所述第二参考电压源的输出端连接所述第四比较器的同相输入端，所述第一反相器的输入端为所述谷值电压检测模块的第二输入端，所述第一反相器的输出端连接所述第一延时电路的输入端，所述第一与门的第一输入端和第二输入端分别连接所述第四比较器的输出端和所述第一延时电路的输出端，所述第一与门的输出端为所述谷值电压检测模块的输出端，所述第一反相器的正电源端和所述第一与门的正电源端共接于所述第四比较器的正电源端，所述第一反相器的负电源端和所述第一与门的负电源端共接于所述第四比较器的负电源端。
4.如权利要求1所述的自适应多模式控制电路，其特征在于，所述信号输出选择模块包括NMOS管Q4和PMOS管Q5，所述NMOS管Q4的漏极与所述PMOS管Q5的源极分别为所述信号输出选择模块的第一输入端和第二输入端，所述NMOS管Q4的栅极与所述PMOS管Q5 的栅极的共接点作为所述信号输出选择模块的控制端，所述NMOS管Q4的源极与所述PMOS 管Q5的漏极的共接点作为所述信号输出选择模块的输出端。
5.如权利要求1所述的自适应多模式控制电路，其特征在于，所述输出反馈模块包括:电阻R4、光耦U7、电容C5、电阻R5、电阻R6以及431基准源；所述电阻R4的第一端为所述输出反馈模块的输入端，所述电阻R4的第二端连接所述光耦U7的发光二极管的阳极，所述电容C5的第一端与所述431基准源的阴极共接于所述光耦U7的发光二极管的阴极，所述光耦U7的光敏三极管的集电极和发射极分别为所述输出反馈模块的反馈端和第一接地端，所述电容C5的第二端与所述电阻R5的第一端共接于所述电阻R4的第一端，所述电阻R5的第二端与所述电阻R6的第一端共接于所述431基准源的调整极，所述电阻R6的第二端与所述431基准源的阳极的共接点作为所述输出反馈模块的第二接地端。
6.如权利要求1所述的自适应多模式控制电路，其特征在于，所述反馈处理模块包括:第二电流源、二极管D3、电阻R7及电阻R8 ；所述第二电流源的输入端为所述反馈处理模块的电源端，所述第二电流源的输出端连接所述二极管D3的阳极，所述二极管D3的阳极为所述反馈处理模块的输入端，所述电阻R7 的第一端连接所述二极管D3的阴极，所述电阻R7的第二端与所述电阻R8的第一端的共接点作为所述反馈处理模块的输出端，所述电阻R8的第二端为所述反馈处理模块的接地端。
7.如权利要求1所述的自适应多模式控制电路，其特征在于，所述逻辑处理模块包括第二与门和RS触发器，所述第二与门的第一输入端、第二输入端、正电源端及负电源端分别为所述逻辑处理模块的第一输入端、第二输入端、电源端及接地端，所述第二与门的输出端连接所述RS触发器的第一输入端，所述RS触发器的第二输入端和输出端分别为所述逻辑处理模块的第三输入端和输出端。
8.如权利要求1所述的自适应多模式控制电路，其特征在于，所述开关驱动模块包括第三反相器和第四反相器，所述第三反相器的输入端、正电源端和负电源端分别为所述开关驱动模块的输入端、电源端和接地端，所述第三反相器的输出端连接所述第四反相器的输入端，所述第四反相器的正电源端和负电源端分别连接所述第三反相器的正电源端和负电源端，所述第四反相器的输出端为所述开关驱动模块的输出端。
9.一种开关电源，其特征在于，所述开关电源包括整流滤波电路、启动电阻R1、电容 Cl、二极管D1、电阻R2、电阻R3、变压器Tl、开关管Q1、采样电阻Rcs 、输出级整流滤波电路以及如权利要求1至9任一项所述的自适应多模式控制电路。
专利摘要本实用新型适用于开关电源技术领域，提供了一种开关电源及其自适应多模式控制电路。本实用新型通过在开关电源中采用自适应多模式控制电路，通过对变压器T1的副边消磁时间和辅助绕组电压进行检测，且根据输出级整流滤波电路的输出电压或变压器T1的辅助绕组电压对开关电源的输出电压进行检测，并对开关管Q1的导通电流进行采样，然后根据检测结果和采样结果相应地输出驱动脉冲信号控制开关管Q1的工作状态，进而使自适应多模式控制电路能够稳定切换控制模式，且开关电源能够稳定地变换工作模式，提高了系统平均效率。
文档编号H02M3/28GK202978709SQ201220700400
公开日2013年6月5日 申请日期2012年12月18日 优先权日2012年12月18日
发明者林道明, 胡乔, 李照华, 赵春波, 谢靖, 付凌云 申请人:深圳市明微电子股份有限公司