一种低待机损耗控制方法及控制电路的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种低待机损耗控制方法及控制电路，用以提高所述反激式开关电源在待机状态下的工作效率。其根据输入电压的大小自适应调整功率开关管的最小导通时间，使得在输入电压高时其最小导通时间减小从而减小能量的传输，避免多余能量的浪费以提高电源效率，而在输入电压低时其最小导通时间延长从而减少功率开关管的开关次数，减小开了关损耗从而提高电源效率。实现在输入电压为高、低等不同情况下均能提高开关电源的待机效率。本发明可以应用在输入电压有管脚引出和无管脚引出等不同场合，成本低，并且利于集成。
【专利说明】一种低待机损耗控制方法及控制电路
[0001]本申请是申请号为201210288187.0，申请日为2012年08月07日，发明名称为“一种低待机损耗控制方法及控制电路”的分案申请。
【技术领域】
[0002]本发明属于开关电源领域，更具体地说，涉及一种应用于反激式开关电源中的低待机损耗控制方法及控制电路。
【背景技术】
[0003]随着能量的进一步紧缺，开关电源的轻载或空载损耗(均称为待机损耗)也得到了越来越多的关注，各国政府针对待机损耗也都出台了相关的标准以进行强制性要求，例如美国的“能源之星”中要求交/直流开关电源的最大空载待机损耗在0.5W以下。但是，随着开关电源的快速发展，待机损耗水平早已能满足于规定的限值，电源制造商致力于将待机损耗减小到比标准要求更低甚至接近于零，因此需要对开关电源的控制电路和技术作进一步优化。
[0004]反激式开关电源在工作过程中，当其负载减小时，工作模式会从连续电流模式(CCM)进入到非连续电流模式(DCM)，这时为了维持输出电压的调节，其功率开关管的导通时间将会减小，当负载进一步减小时，功率开关管的导通时间就会到达系统的最小导通时间，最后以固定的最小导通时间进行工作。但是，如果负载进一步减小或是进入空载状态，如果开关电源仍以固定的最小导通时间工作，则其开关损耗就会很大，造成电源工作效率降低。在现有技术中，在轻载或空载状态下，为了降低电源的损耗，在功率开关管达到最小导通时间后，一般采取省略脉冲或屏蔽脉冲的方法来减小开关管的开关次数，降低开关损耗，也即是通常所说的通过降低频率的方法来减小损耗，以提高轻载效率。但是，现有的待机控制方案改善轻载效率，一方面往往需要较大规模改变控制电路，控制过程复杂，并且这种控制方案纹波也较大；另一方面现有技术在高输入电压情况下的待机损耗控制也不是很理想，在高输入电压的情况下，如果系统工作在固定的最小导通时间，固定的最小导通时间使得输入能量不会随着负载的减小而减小，造成多余能量的浪费，电源效率低。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明提供了一种低待机损耗控制方法及控制电路，其用以在反激式开关电源的待机状态下根据输入电压的不同自适应调节功率开关管的最小导通时间，以使得无论在高输入电压或是低输入电压情况下均能将反激式开关电源的损耗降到最小，有效提高了电源的利用效率。
[0006]依据本发明的一种低待机损耗控制方法，应用于反激式开关电源中，所述反激式开关电源中包括有控制能量传输的功率开关管，在所述反激式开关电源待机状态时，所述功率开关管的导通时间工作于最小导通时间；且
[0007]根据所述反激式开关电源的输入电压的高低来控制所述功率开关管的最小导通时间，以使所述功率开关管的最小导通时间与所述输入电压成反比例变化关系。
[0008]进一步的，还包括以下步骤:
[0009]在所述功率开关管的导通时间区间内，接收所述反激式开关电源的输入电压作为第一电压信号，以产生所述第一电流信号，且所述第一电流信号与所述输入电压成正比例关系;
[0010]接收所述第一电流信号，进行充放电处理，产生第一斜坡电压信号；
[0011]接收所述第一斜坡电压信号和一阈值电压，所述阈值电压作为第二电压信号，以产生第一控制信号，所述第一控制信号用以控制所述功率开关管的关断，以使所述功率开关管的最小导通时间与所述输入电压成反比例变化关系。
[0012]进一步的，还包括以下步骤:
[0013]接收一外部电压信号和所述功率开关管的关断信号，以形成一表征所述功率开关管的关断时间的第一电压信号；
[0014]在所述功率开关管的导通时间区间内，接收所述第一电压信号，以产生与所述第一电压信号成正比例关系的第一电流信号；
[0015]所述接收所述第一电流信号，进行充放电处理后，产生第一斜坡电压信号；
[0016]接收一限值电压和所述功率开关管的导通信号，以形成一表征所述功率开关管的导通时间的第二电压信号；
[0017]接收所述第一斜坡电压信号和所述第二电压信号，产生所述第一控制信号以控制所述功率开关管的关断，以使所述功率开关管的最小导通时间与所述输入电压成反比例变化关系。
[0018]依据本发明的一种低待机损耗控制电路，应用于反激式开关电源中，所述反激式开关电源中包括有控制能量传输的功率开关管，还包括最小导通时间控制电路，所述最小导通时间控制电路用于在所述反激式开关电源待机状态时，根据所述反激式开关电源的输入电压的高低来控制所述功率开关管的最小导通时间，以使所述功率开关管的最小导通时间与所述输入电压成反比例变化关系。
[0019]进一步的，所述最小导通时间控制电路包括第一电流形成电路，一充放电电路和第一控制电路，其中，
[0020]在所述功率开关管的导通时间区间内，所述第一电流形成电路接收一第一电压信号，以产生一第一电流信号，所述第一电流信号与所述第一电压信号成正比例关系；
[0021]所述充放电电路接收所述第一电流信号，进行充放电处理，以产生第一斜坡电压信号;
[0022]所述第一控制电路接收所述第一斜坡电压信号和一第二电压信号，以产生第一控制信号，所述第一控制信号用以控制所述功率开关管的关断。
[0023]优选的，所述第一电压信号为所述反激式开关电源的输入电压；
[0024]所述第二电压信号为一预先设置的阈值电压。
[0025]优选的，还包括第一电压生成电路和第二电压生成电路，其中
[0026]所述第一电压生成电路接收一外部电压信号和所述功率开关管的关断信号，以形成一表征所述功率开关管的关断时间的电压信号，并以此作为所述第一电压信号传输给所述第一电流形成电路；[0027]所述第二电压生成电路接收一限值电压和所述功率开关管的导通信号，以形成一表征所述功率开关管的导通时间的电压信号，并以此作为所述第二电压信号传输给所述第一控制电路。
[0028]通过上述的一种低待机损耗控制电路，其通过最小导通时间控制电路来调节功率开关管的最小导通时间，以使得所述功率开关管的最小导通时间随着输入电压的变化而自适应调节，从而使得无论在高输入电压或是低输入电压情况下反激式开关电源都能以最佳的最小导通时间工作，从而将开关电源的能耗降至最小，提高了电源的利用效率。并且本发明的控制电路结构简单，利于集成、成本低。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1所示为依据本发明的一种低待机损耗控制电路第一实施例的电路图；
[0030]图2所示为依据本发明的一种低待机损耗控制电路第二实施例的电路图；
[0031]图3所示为依据本发明的一种低待机损耗控制电路第三实施例的电路图；
[0032]图4所示为依据本发明的一种低待机损耗控制方法的第一实施例的流程图；
[0033]图5所示为依据本发明的一种低待机损耗控制方法的第二实施例的流程图；
【具体实施方式】
[0034]以下结合附图对本发明的几个优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。
[0035]正如在【背景技术】中提到，当反激式开关电源的负载减小到一定程度时，其功率开关管的导通时间就会以系统的最小导通时间进行工作，这时，在不同的输入电压的情况下，如果系统以固定的最小导通时间工作，则其电源效率低，输入电压高时，会造成多余能量的浪费；输入电压低时，会使功率开关管的开关次数多而造成开关损耗增加。因此，发明人考虑，在待机状态时，对于不同的输入电压，可根据输入电压的高低来自适应地调节功率开关管的最小导通时间，以此控制能量的传输大小或是功率开关管的开关次数，达到在待机状态时，对于不同的输入电压开关电源的工作效率均得到提高的目的。
[0036]参考图1，所示为依据本发明的一种低待机损耗控制电路第一实施例的电路图。该电路应用于反激式开关电源中，用以减小所述反激式开关电源在待机状态下的损耗以提高开关电源的效率。本发明实施例所述的低待机损耗控制电路是在现有的反激式开关电源的控制芯片中增加最小导通时间控制电路101来实现的，如图1所示，所述控制芯片至少还包含有输出电压反馈电路102、驱动控制电路103、以及逻辑电路104，其具体电路结构和工作原理与现有的反激式开关电源相同，例如中国专利申请号为201110137256.3、专利申请号为201210140876.7中均公开了反激式开关电源中输出电压反馈电路、所述驱动控制电路和所述逻辑电路的一种实现方式，在此不重复叙述。
[0037]具体的，所述反激式开关电源包括有控制能量由原边向副边传输的功率开关管Q，在待机状态下所述功率开关管的导通时间工作于最小导通时间。根据图1所示，所述反激式开关电源在待机状态时，所述最小导通时间控制电路开始工作，并且所述最小导通时间控制电路根据所述反激式开关电源的输入电压的高低来控制所述功率开关管的最小导通时间，以使所述功率开关管的最小导通时间与所述输入电压成反比例变化关系。
[0038]需要说明的是，本发明实施例中的最小导通时间控制电路可以根据控制芯片的管脚要求选择接收输入电压或是不接收输入电压，具体控制过程将在以下段落中详细描述。
[0039]由此可见，依据本发明的低待机损耗控制电路无论是在高输入电压还是低输入电压的情况下，均能自适应调节所述功率开关管的最小导通时间。相对于现有技术，在待机状态下负载端需要的能量较少的情形下，高输入电压时本发明可减小功率开关管的导通时间以减少能量的传输，避免多余能量的浪费，从而提高所述反激式开关电源的效率，在低输入电压时延长功率开关管的导通时间以减少开关次数，减小开关损耗从而提高反激式开关电源的效率。
[0040]参考图2，所示为依据本发明的一种低待机损耗控制电路第二实施例的电路图。本实施例具体阐述了所述最小导通时间控制电路的电路结构以及工作过程。本发明实施例的最小导通时间控制电路包含有一第一电流形成电路201、充放电电路202和第一控制电路203。
[0041]其中，所述第一电流形成电路201通过一第一开关SI接收一第一电压信号V1,本实施例中，所述第一电压信号V1为所述反激式开关电源的输入电压Vin，经处理后输出一与所述输入电压Vin成正比例的第一电流信号Itl ;所述充放电电路202接收所述第一电流信号1(1，经充放电处理后，输出第一斜坡电压信号V。,所述第一控制电路203接收所述第一斜坡电压信号V。和一阈值电压Vth,本实施例中所述阈值电压Vth为一预先设置的固定值,其值为根据负载大小确定；所述第一控制电路203输出第一控制信号Vrtrt，所述第一控制信号Vrfrt用以控制所述功率开关管Q关断，以此控制所述功率开关管的最小导通时间。其中，所述第一开关SI与所述反激式开关电源的功率开关管Q的开关状态相同。
[0042]具体的，在本实施例中，所述第一电流形成电路201包括一第一电阻R1、第二电阻R2和由第一晶体管Ml和第二晶体管M2组成的电流镜电路，所述第一晶体管和所述第二晶体管为同一类型的晶体管，本实施例中均为双极型晶体管，其宽长比之比为1:M。其中，所述第一晶体管Ml的集电极通过所述第一电阻Rl接收所述输入电压Vin，其发射极接地，所述第一晶体管Ml的基极与其集电极相连接。所述第二晶体管M2的集电极通过所述第二电阻R2接收所述输入电压Vin，其基极与所述第一晶体管Ml的基极相连接，所述第二晶体管M2的发射极与所述充放电电路202连接以为其提供充电电流。在所述功率开关管导通时刻，所述第一开关SI导通，所述输入电压Vin经所述第一电阻Rl形成一电流信号，也即是所述第一晶体管Ml的集电极电流I1，则有:
[0043]I1..........................(I)
[0044]则由电流镜原理可以得到，所述第二晶体管M2的集电极电流为:
[0045]10 = I1 X M = M X...................(2)
"Rl
[0046]又由于所述第二晶体管的发射极电流与其集电极电流为近似相等，所述发射极电流作为所述第一电流信号，因此，可得到所述第一电流信号为10’从⑵式可以看出所述第一电流信号Itl是与所述反激式开关电源的输入电压Vin成正比例关系。[0047]本领域技术人员可知，本实施例中的第一电流形成电路不限于本实施例中的采用电流镜的表现方式，其可以采用具有相同功能的电路或结构等同替换，如采用压控电流源同样可以实现相同的功能，所述压控电流源第一端接收所述第一电压信号(本实施例中即是输入电压Vin)，第二端接地，其输出端输出与所述第一电压信号成正比例的第一电流信号1(1°
[0048]进一步的，所述充放电电路202具体包括一第一电容Cl和一放电电路202-1，所述第一电容Cl的第一端与所述第二晶体管的发射极连接以接收所述第一电流信号Itl，其第二端接地；所述放电电路202-1的第一端与所述第一电容Cl的第一端连接，其第二端接地。所述第一电容接收所述第一电流信号Itl,并进行充电，其两端电压持续上升以形成第一斜坡电压信号V。。其中，所述放电电路为所述第一电容提供放电回路。 [0049]所述第一控制电路203具体包括第一比较器Wl，所述第一比较器Wl的反相输入端接收所述第一斜坡电压信号\，同相输入端接收所述阈值电压Vth，当所述第一斜坡电压信号\达到所述阈值电压Vth时,所述第一比较器输出第一控制信号Vrtrt,以控制所述功率开关管Q关断。
[0050]从上述过程可以看出，所述功率开关管Q的最小导通时间为所述第一电容充电至阈值电压Vth的时间，其值为:
【权利要求】
1.一种低待机损耗控制方法，应用于反激式开关电源中，所述反激式开关电源中包括有控制能量传输的功率开关管，其特征在于， 在所述反激式开关电源待机状态时，所述功率开关管的导通时间工作于最小导通时间； 在所述功率开关管的导通时间区间内，接收所述反激式开关电源的输入电压作为第一电压信号，以产生第一电流信号，且所述第一电流信号与所述输入电压成正比例关系； 接收所述第一电流信号，进行充放电处理，产生第一斜坡电压信号； 接收所述第一斜坡电压信号和一阈值电压，所述阈值电压作为第二电压信号，以产生第一控制信号，所述第一控制信号用以控制所述功率开关管的关断，以使所述功率开关管的最小导通时间与所述输入电压成反比例变化关系。
2.一种低待机损耗控制电路，应用于反激式开关电源中，所述反激式开关电源中包括有控制能量传输的功率开关管，其特征在于，还包括最小导通时间控制电路，所述最小导通时间控制电路包括第一电流形成电路，一充放电电路和第一控制电路，其中， 在所述功率开关管的导通时间区间内，所述第一电流形成电路接收一第一电压信号，以产生一第一电流信号，所述第一电流信号与所述第一电压信号成正比例关系； 所述充放电电路接收所述第一电流信号，进行充放电处理，以产生第一斜坡电压信号; 所述第一控制电路接收所述第一斜坡电压信号和一第二电压信号，以产生第一控制信号，所述第一控制信号用以控制所述功率开关管的关断； 在所述反激式开关电源待机状态时，根据所述反激式开关电源的输入电压的高低来控制所述功率开关管的最小导通时间，以使所述功率开关管的最小导通时间与所述输入电压成反比例变化关系。
3.根据权利要求2所述的低待机损耗控制电路，其特征在于，所述第一电压信号为所述反激式开关电源的输入电压； 所述第二电压信号为一预先设置的阈值电压。
【文档编号】H02M3/335GK103997225SQ201410232283
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2012年8月7日 优先权日:2012年8月7日
【发明者】罗颖鹏 申请人:矽力杰半导体技术(杭州)有限公司