一种自适应谷底导通电路、控制芯片及开关电源系统的制作方法

本发明涉及电子技术领域，特别是涉及一种自适应谷底导通电路、控制芯片及开关电源系统。

背景技术：

图1为现有技术中反激式开关电源系统的结构图。如图1所示，包括控制芯片10，变压器TR1，以及与变压器TR1和控制芯片10连接的外围电路。对于反激式开关电源系统，控制芯片10控制开关管Q1的开关周期分为主边导通时间(Tonp)、副边导通时间(Tons)和断续时间(Toff)。系统基本工作原理为：当控制芯片10内部发生PFM_H信号，说明控制芯片10准备使开关管Q1导通，此时系统处于主边导通时间(Tonp)；控制芯片10通过CS pin检测流过开关管Q1的电流，当此电流大于一定值，控制芯片10关闭Q1。此时由于变压器11的特性，主边能量将转移到副边，使副边导通，系统进入副边导通时间(Tons)。当副边电流减小到0时，系统进入断续时间(Toff)。

在具体实施中，反激式开关电源系统在工作时，当副边续流电流为零后，变压器TR1还有部分残余能量。这部分能量会在系统内形成RLC阻尼振荡。如果能够控制控制芯片10在振荡的谷底打开开关管Q1，系统的效率会得到提升。

现有技术中，实现谷底导通的方法是检测辅助边上的电流FB的波形，检测到FB由正变负的过零点，然后延迟一段时间(1/4的振荡周期)检测环路控制的导通信号。如果检测到导通信号，则打开开关管Q1，否则等到下一次FB过零点延迟相同时间再去检测。

由上可知，这种方法有效的前提是了解断续时间内的振荡周期。由于振荡周期与主边电感量和寄生电容决定，考虑到控制芯片10需要在不同系统中的应用，其对应的振荡周期会有所不同。因此无法确保一个固定的延迟时间，需要根据控制芯片10所在的特定的系统来调整延时时间，导致计算延时时间的通用性较差，增加了研发成本。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种自适应谷底导通电路、控制芯片及开关电源系统，用于克服现有技术中不同的系统具有不同的延时时间，导致计算延时时间的通用性较差的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种开关电源的自适应谷底导通电路，包括：

第一存储装置，用于在当前开关电源系统中的第一开关周期内，根据所述开关电源系统输出端的反馈电压的波形预先获取断续时间内四分之一振荡周期对应的目标能量信号；

第二存储装置，用于在所述第一开关周期以后的第二开关周期内，当所述反馈电压的波形进入所述振荡周期时开始获取对比能量信号；

检测装置，用于当所述对比能量信号与所述目标能量信号符合预定规则时，输出使能信号；

其中，开关电源系统中的控制芯片产生的导通信号在输出所述使能信号的情况下有效。

优选地，所述第一存储装置具体包括：第一电容、第二电容、第一充电开关、第一放电开关，第二充电开关和第二放电开关；

其中，所述第一电容的第一端分别与所述第一充电开关的第二端、所述第一放电开关的第一端以及所述第二充电开关的第一端连接，所述第二电容的第一端分别与所述第二充电开关的第二端和所述第二放电开关的第一端连接，并作为所述第一存储装置的输出端与所述检测装置的第一输入端连接，所述第一充电开关的第一端与第一电源连接，所述第一放电开关的第二端和所述第二放电开关的第二端均与放电回路连接，所述第一电容的第二端和所述第二电容的第二端接地。

优选地，所述第二存储装置具体包括：第三电容、第三充电开关和第三放电开关；

其中，所述第三电容的第一端分别与所述第三充电开关的第二端、所述第三放电开关的第一端连接，并作为所述第二存储装置的输出端与所述检测装置的第二输入端连接，所述第三充电开关的第一端与第二电源连接，所述第三放电开关的第二端与所述放电回路连接，所述第三电容的第二端接地。

优选地，所述检测装置，具体用于当所述对比能量信号与所述目标能量信号相等时，输出使能信号。

优选地，所述检测装置为电压比较器，则对应的所述第一存储装置具体包括：第一电容、第二电容、第一充电开关、第一放电开关，第二充电开关和第二放电开关；所述第二存储装置具体包括：第三电容、第三充电开关和第三放电开关；

所述第一电容的第一端分别与所述第一充电开关的第二端、所述第一放电开关的第一端以及所述第二充电开关的第一端连接，所述第二电容的第一端分别与所述第二充电开关的第二端和所述第二放电开关的第一端连接，并作为所述第一存储装置的输出端与所述检测装置的第一输入端连接，所述第一充电开关的第一端与第一电源连接，所述第一放电开关的第二端和所述第二放电开关的第二端均与放电回路连接，所述第一电容的第二端和所述第二电容的第二端接地；

所述第三电容的第一端分别与所述第三充电开关的第二端、所述第三放电开关的第一端连接，并作为所述第二存储装置的输出端与所述检测装置的第二输入端连接，所述第三充电开关的第一端与第二电源连接，所述第三放电开关的第二端与所述放电回路连接，所述第三电容的第二端接地；

其中，所述第一电容、所述第二电容以及所述第三电容的容值相同，且所述第一电源的充电电流与所述第二电源的充电电流相同；所述对比能量信号为对比电压，所述目标能量信号为目标电压。

优选地，还包括与门电路，所述与门电路的第一输入端与所述电压比较器的输出端连接，所述与门电路的第二输入端与所述控制芯片的导通信号输出端连接，所述与门电路的输出端与所述控制芯片的开关管驱动模块的输入端连接。

优选地，还包括上述所述的自适应谷底导通电路。

一种开关电源系统，包括变压器、以及与变压器连接的外围电路，还包括上述所述的控制芯片。

本发明所提供的自适应谷底导通电路，包括：第一存储装置，用于在当前开关电源系统中的第一开关周期内，根据开关电源系统输出端的反馈电压的波形预先获取断续时间内四分之一振荡周期对应的目标能量信号；第二存储装置，用于在第一开关周期以后的第二开关周期内，当反馈电压的波形进入振荡周期时开始获取对比能量信号；检测装置，用于当对比能量信号与目标能量信号符合预定规则时，输出使能信号。由此可见，本电路可以根据当前开关电源系统的具体参数自动计算振荡周期谷底的时刻，控制芯片可以根据该结果实现谷底导通，具有通用性或普遍性。此外，本发明还提供一种控制芯片及开关电源系统，效果如上。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中反激式开关电源系统的结构图；

图2为本发明实施例提供的一种自适应谷底导通电路的结构图；

图3为本法实施例提供的一种自适应谷底导通电路的电路图；

图4为自适应谷底导通电路的电路对应的时序图；

图5为本发明实施例提供的一种开关电源系统的结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。

本发明的核心是提供一种自适应谷底导通电路、控制芯片及开关电源系统。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

本实施例以反激式开关电源为例进行说明，但本发明的开关电源可以是其他种类，不以此为限。

图2为本发明实施例提供的一种自适应谷底导通电路的结构图。如图2所示，开关电源系统的自适应谷底导通电路20包括：

第一存储装置200，用于在当前开关电源系统中的第一开关周期内，根据开关系统输出端的反馈电压的波形(本实施例中的开关电源系统以反激式开关电源系统为例，则开关系统输出端的反馈电压的波形就是辅助边的电压波形)预先获取断续时间内四分之一振荡周期对应的目标能量信号。

第二存储装置201，用于在第一开关周期以后的第二开关周期内，当反馈电压的波形进入振荡周期时开始获取对比能量信号。

检测装置202，用于当对比能量信号与目标能量信号符合预定规则时，输出使能信号。

其中，开关电源系统中的控制芯片10产生的导通信号在输出使能信号的情况下有效。

控制芯片10根据检测到的开关电源系统输出端的反馈电压的波形，相应控制第一存储装置200存储目标能量信号，之所以选择四分之一是因为振荡周期开始和在振荡周期的谷底之间是整个振荡周期的四分之一。

需要说明的是，本实施例中的第一开关周期和第二开关周期并没有具体的指向性，第一开关周期可以为任意一个开关周期，第二开关周期是第一开挂周期之后的第N个开关周期，这里N为正整数，换句话说，可以是第一开关周期之后的第一个开关周期，也可以是之后的第二个开关周期、第三个开关周期等。

在具体实施中，第一存储装置200获取了四分之一振荡周期对应的目标能量信号，如果第二存储装置201在相同情况下，在开关电源系统中的第二个开关周期内，当开关电源系统输出端的反馈电压的波形进入振荡周期时开始获取对比能量信号的话，则第二存储装置201随着时间的增加，对比能量信号也在不断增加，该对比能量信号与第一存储装置200的目标能量信号会有一个交叉点，即会出现一个时刻，使得对比能量信号和目标能量信号相同(预定规则中的一种情况)，则这个时刻就是振荡周期谷底的时刻。

可以理解的是，上述描述中，第一存储装置200和第二存储装置201是在相同的情况下，对比能量信号和目标能量信号相同即为满足预定规则，但是如果第一存储装置200和第二存储装置201的工作参数不相同的情况下，则预定规则就不是对比能量信号和目标能量信号相同，需要根据第一存储装置200和第二存储装置201的工作参数确定。这里的工作参数包括第一存储装置200和第二存储装置201自身的参数以及控制芯片10给的控制信号的周期(控制芯片根据辅助边的电流波形控制第一存储装置200和第二存储装置201获取能量信号)来确定。

可以理解的是，自适应谷底导通电路20需要与控制芯片10配合使用，其作用是能够根据控制芯片10当前所在的开关电源系统获取延时时间以在振荡周期的谷底产生输出使能信号，换句话说，输出使能信号的时刻就是输出端的反馈电压的波形到达振荡周期的谷底的时刻。由此可见，本实施例中，何时输出使能信号并不是预先设定好的，而是根据当前反激式开关电源系统的具体参数计算得到的。另外，使能信号的作用是决定控制芯片10产生的导通信号PFM_H是否有效，即如果存在使能信号且存在导通信号PFM_H，则控制芯片10就控制开关管Q1导通，否则，只存在导通信号PFM_H的情况下，控制芯片10无法控制开关管Q1导通。

本实施例提供的自适应谷底导通电路，包括：第一存储装置，用于在当前开关电源系统中的第一开关周期内，根据开关电源系统输出端的反馈电压的波形预先获取断续时间内四分之一振荡周期对应的目标能量信号；第二存储装置，用于在第一开关周期以后的第二开关周期内，当反馈电压的波形进入振荡周期时开始获取对比能量信号；检测装置，用于当对比能量信号与目标能量信号符合预定规则时，输出使能信号；其中，开关电源系统中的控制芯片产生的导通信号在输出使能信号的情况下有效。由此可见，本电路可以根据当前开关电源系统的具体参数自动计算振荡周期谷底的时刻，控制芯片可以根据该结果实现谷底导通，具有通用性或普遍性。

为了让本领域技术人员更加清楚本发明提供的技术方案，以下给出更加具体的实施方式。图3为本法实施例提供的一种自适应谷底导通电路的电路图。图4为自适应谷底导通电路的电路对应的时序图。

在上述实施例的基础上，第一存储装置200具体包括：第一电容C1、第二电容C2、第一充电开关K11(控制芯片10给控制信号C1_charge，高电平有效)、第一放电开关K12(控制芯片10给控制信号tons_H，高电平有效)，第二充电开关K21(控制芯片10给控制信号C2_share，高电平有效)和第二放电开关K22(控制芯片10给控制信号C2_reset，高电平有效)；

其中，第一电容C1的第一端分别与第一充电开关K11的第二端、第一放电开关K12的第一端以及第二充电开关K21的第一端连接，第二电容C2的第一端分别与第二充电开关K21的第二端和第二放电开关K22的第一端连接，并作为第一存储装置200的输出端与检测装置202的第一输入端连接，第一充电开关K11的第一端与第一电源连接，第一放电开关K12的第二端和第二放电开关K22的第二端均与放电回路Vref1p1连接，第一电容C1的第二端和第二电容C2的第二端接地。

可以理解的是，第一存储装置200采用上述电路结构后，可以相适应的设置第二存储装置201和预定规则。下文中将提到一种第二存储装置201的具体电路，可以理解的是，该电路也只是众多实施方式中的一种。

在上述实施例的基础上，第二存储装置201具体包括：第三电容C3、第三充电开关K31和第三放电开关K32；

其中，第三电容C3的第一端分别与第三充电开关K31的第二端、第三放电开关K32的第一端连接，并作为第二存储装置201的输出端与检测装置202的第二输入端连接，第三充电开关K31的第一端与第二电源连接，第三放电开关K32的第二端与放电回路Vref1p1连接，第三电容C3的第二端接地。

可以理解的是，第二存储装置201采用上述电路结构后，可以相适应的设置第一存储装置200和预定规则。可以理解的是，该电路也只是众多实施方式中的一种。

在上述实施例的基础上，检测装置，具体用于当对比能量信号与目标能量信号相等时，输出使能信号。换句话说，预定规则可以是对比能量信号与目标能量信号相等时，输出使能信号。

在另外一种实施例中，检测装置202为电压比较器V，当检测装置202为电压比较器V时，第一存储装置200和第二存储装置201可以采用上述实施例中的具体电路结构，电流结构描述本实施例不再赘述。

本实施例中，第一电容、第二电容以及第三电容的容值相同，且第一电源的充电电流与第二电源的充电电流相同；对比能量信号为对比电压，目标能量信号为目标电压。

在上述实施例的基础上，还包括与门电路；

与门电路的第一输入端与电压比较器V的输出端连接，与门电路的第二输入端与控制芯片的导通信号输出端连接，与门电路的输出端与控制芯片的开关管驱动模块的输入端连接。

具体工作原理如下：

1、在一个开关周期的Toff时间段FB波形第一个下半周期内通过电流(I1)对C1电容充电，将1/2振荡周期转换成电压信号存储在C1上。

2、在接下来的一个开关周期的Tonp前一段时间内，C2的电荷被清零。在Tonp后一段时间内，将C1与C2(容值与C1相同)电容并联。由于C2原先没有电荷，这样就可以将1/2振荡周期表征的电压转换成1/4振荡周期表征的电压，并存在C2电容上。

3、在Tons时间内，C1被清零。

4、在Toff时间内FB波形的下半周期，C3(容值与C1相同)被电流I2(电流值与I1相同)充电。由V＝I*t/C可得，当C3上的电压与C2的电压相同时，说明此时正是振荡周期的1/4时刻，即谷底时刻。此时valleyon_EN信号有效，允许导通信号PFM_H去打开Q1。

可以理解的是，电流I1和电流I2的大小需要根据第一电容C1、第二电容C2以及第三电容C3的容值确定，上述实施例只是一种具体的应用场景。

图5为本发明实施例提供的一种开关电源系统的结构图。具体的，该开关电源系统为反激式开关电源系统。如图5所示，控制芯片10包括控制芯片本体和自适应谷底导通电路20。

由于控制芯片10中的控制芯片本体为本领域技术人员所熟知，本实施例不再赘述，自适应谷底导通电路20的具体实施方式请参见上文描述。

本实施例提供的控制芯片包括自适应谷底导通电路，自适应谷底导通电路包括：包括：第一存储装置，用于在当前开关电源系统中的第一开关周期内，根据开关电源系统输出端的反馈电压的波形预先获取断续时间内四分之一振荡周期对应的目标能量信号；第二存储装置，用于在第一开关周期以后的第二开关周期内，当反馈电压的波形进入振荡周期时开始获取对比能量信号；检测装置，用于当对比能量信号与目标能量信号符合预定规则时，输出使能信号；其中，开关电源系统中的控制芯片产生的导通信号在输出使能信号的情况下有效。由此可见，本电路可以根据当前开关电源系统的具体参数自动计算振荡周期谷底的时刻，控制芯片可以根据该结果实现谷底导通，具有通用性或普遍性。

如图5所示，开关电源系统包括变压器TR1、以及与变压器TR1连接的外围电路，还包括控制芯片10。

由于反激式开关电源系统为本领域技术人员所熟知，本实施例不再赘述，控制芯片的具体实施方式参见上文描述，这里暂不赘述。

本实施例提供的开关电源系统包括自适应谷底导通电路，自适应谷底导通电路包括：包括：第一存储装置，用于在当前开关电源系统中的第一开关周期内，根据开关电源系统输出端的反馈电压的波形预先获取断续时间内四分之一振荡周期对应的目标能量信号；第二存储装置，用于在第一开关周期以后的第二开关周期内，当反馈电压的波形进入振荡周期时开始获取对比能量信号；检测装置，用于当对比能量信号与目标能量信号符合预定规则时，输出使能信号；其中，开关电源系统中的控制芯片产生的导通信号在输出使能信号的情况下有效。由此可见，本电路可以根据当前开关电源系统的具体参数自动计算振荡周期谷底的时刻，控制芯片可以根据该结果实现谷底导通，具有通用性或普遍性。

以上对本发明所提供的自适应谷底导通电路、控制芯片及反激式开关电源系统进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。