控制电路和控制方法与流程

本发明涉及电源技术领域，尤其涉及一种对开关电源进行控制的控制电路和控制方法。

背景技术

目前，为了提高电源的利用效率，在开关电源上大多会加装功率因数校正电路(powerfactorcorrector，pfc)，以形成开关电源设备，如专利文献1(jp特开2016-63703a)所述。

在现有技术中，具有功率因数校正电路的开关电源设备在运行时，在负载较小或输入电压较高的情况下，开关电源中的开关元件的导通频率不变。例如，在输入电压为规定电压以上的情况下，或者，在与负载电流对应的调光信号为阈值以下的情况下，可以在开关电流检测部所检测的电流上叠加一个偏移电流，并基于叠加了偏移电流后的电流来生成检测结果，并控制该开关元件的导通时间。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

技术实现要素：

本申请的发明人发现，在开关电源设备中，还可以具有屏蔽电路，其用于在一段屏蔽时间内对开关电流检测部的检测结果进行屏蔽，从而能够对开关元件的导通和关断进行进一步的控制。其中，该屏蔽电路例如可以是前沿消隐(leadingedgeblanking，leb)电路。

在存在有屏蔽电路的情况下，开关元件的导通时间至少会受到开关电流检测部的检测结果和屏蔽时间两方面的影响。由于在屏蔽时间内，开关电流检测部的检测结果被屏蔽而无法用于控制开关元件，所以，即使开关电流检测部所检测的电流上叠加了偏移电流，该检测结果也不能使开关元件的导通时间进一步降低。也就是说，开关元件的最小导通时间受到屏蔽时间的限制。

然而，本申请的发明人进一步发现，如果输入电压的峰值电压与输出电压接近，由于开关元件的最小导通时间的存在，在开关电源中断后再次复原的情况下，开关元件上所流过的峰值电流会增大，由此，开关元件的瞬时热增大并容易产生破损。

本申请提供一种对开关电源进行控制的控制电路和控制方法，基于输入电压和输出电压的差分的检测结果，设定屏蔽电路的屏蔽时间，因此，在输入电压和输出电压接近的情况下，能够缩短开关电源的开关元件的最小导通时间，避免开关元件由于峰值电流过大而产生破损。

根据本申请实施的一个方面，提供一种控制电路，用于对开关电源进行控制，所述开关电源的开关元件通过导通和关断，将对输入的交流电压进行整流而生成的第一电压转换为第二电压，所述第二电压是直流电压，该控制电路包括：

电流检测电路，其检测流过所述开关元件的电流，并输出用于控制所述开关元件导通时间的第一控制信号；

屏蔽电路，其在所述开关元件导通的情况下，输出用于使所述第一控制信号被屏蔽预定时间段的第二控制信号；以及

差分比较器，其检测所述第一电压和所述第二电压的差分，输出与差分的检测结果对应的第三控制信号，所述屏蔽电路基于所述第三控制信号来输出所述第二控制信号。

根据本申请实施的另一个方面，其中，所述屏蔽电路根据所述第三控制信号调整所述预定时间段的长度。

根据本申请实施的另一个方面，其中，在所述差分的检测结果小于预定阈值的情况下，所述预定时间段的长度被缩短。

根据本申请实施的另一个方面，其中，所述差分比较器具有：

减法器，其从与所述第二电压相关的电压(vfb)减去与所述第一电压相关的电压(vac)，输出差分电压；以及

比较器(cp3)，其将所述差分电压与预定电压值进行比较，生成所述第三控制信号。

根据本申请实施的另一个方面，其中，所述差分比较器具有：

比较器(cp4)，其比较与所述第二电压相关的电压(vfb)和与所述第一电压相关的电压(vac)的大小，并生成所述第三控制信号。

根据本申请实施的另一个方面，其中，所述屏蔽电路具有充电电容和为该充电电容进行充电的充电电路，所述预定时间段根据所述充电电路为所述充电电容充电的速度进行设定。

根据本申请实施的另一个方面，提供一种控制方法，用于对开关电源进行控制，所述开关电源的开关元件通过导通和关断，将对输入的交流电压进行整流而生成的第一电压转换为第二电压，所述第二电压是直流电压，该控制方法包括：

检测流过所述开关元件的电流，并生成用于控制所述开关元件导通时间的第一控制信号；

检测所述第一电压和所述第二电压的差分，输出与差分的检测结果对应的第三控制信号；以及

在所述开关元件导通的情况下，基于所述第三控制信号，生成用于使所述第一控制信号被屏蔽预定时间段的第二控制信号。

根据本申请实施的另一个方面，其中，在生成所述第二控制信号的步骤中，根据所述第三控制信号调整所述预定时间段的长度。

根据本申请实施的另一个方面，其中，在生成所述第二控制信号的步骤中，在所述差分的检测结果小于预定阈值的情况下，所述预定时间段的长度被缩短。

本发明的有益效果在于：基于输入电压和输出电压的差分的检测结果，设定屏蔽电路的屏蔽时间，因此，在输入电压和输出电压接近的情况下，能够缩短开关电源的开关元件的最小导通时间，避免开关元件由于峰值电流过大而产生破损。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施方式，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1是实施例1的开关电源设备的一个电路结构图；

图2是实施例1的屏蔽电路的一个示意图；

图3是实施例1的减法器的一个示意图；

图4是实施例1的差分比较器的一个示意图；

图5是实施例1的差分比较器的另一个示意图；

图6是实施例2的控制方法的一个流程图。

具体实施方式

参照附图，通过下面的说明书，本发明的前述以及其它特征将变得明显。在说明书和附图中，具体公开了本发明的特定实施方式，其表明了其中可以采用本发明的原则的部分实施方式，应了解的是，本发明不限于所描述的实施方式，相反，本发明包括落入所附权利要求的范围内的全部修改、变型以及等同物。

实施例1

本申请实施例1提供一种控制电路，用于对开关电源进行控制，其中，该开关电源和该控制电路可以构成开关电源设备。

图1是本实施例1的开关电源设备的一个电路结构图。如图1所示，控制电路20用于对开关电源10进行控制。

如图1所示，开关电源10可以具有开关元件q1，开关元件q1通过导通和关断，将对输入的交流电压进行整流而生成的第一电压vin转换为第二电压vout，该第二电压vout可以是直流电压。

如图1所示，控制电路20可以包括电流检测电路201、屏蔽电路202、以及差分比较器203。

在本实施例中，电流检测电路201能够检测流过开关元件q1的电流，并输出用于控制开关元件q1导通时间的第一控制信号s1；屏蔽电路202在开关元件q1导通的情况下，能够输出用于使第一控制信号s1被屏蔽预定时间段的第二控制信号s2；差分比较器203能够检测第一电压vin和第二电压vout的差分，输出与差分的检测结果对应的第三控制信号s3。

在本实施例中，屏蔽电路202能够基于第三控制信号s3来输出第二控制信号s2。

在本实施例中，第一电压是基于对输入的交流电压整流而得到的电压，因此，能够反映输入的交流电压的幅值。

根据本实施例，基于对与输入到开关电源的电压对应的第一电压和输出电压的差分的检测结果，设定屏蔽电路的屏蔽时间，因此，在输入电压和输出电压接近的情况下，能够缩短开关电源的开关元件的最小导通时间，避免开关元件由于峰值电流过大而产生破损。

下面，首先结合图1，对开关电源10的结构进行简单说明。

如图1所示，开关电源10还可以具有：

整流单元d3，该整流单元d3可以对输入的交流电压整流，以生成第一电压vin，整流单元d3例如可以是由多个整流二极管构成的桥式整流器，本实施并不限于此，整流单元d3还可以具有其他结构；

电感器l1，电感器l1可以与整流单元d3连接，并且电感器l1可以与开关元件q1串联，在开关元件q1导通时，开关元件q1与整流单元d3之间形成经由电感器l1的电流通路；

二极管d1，该二极管d1可以与电感器l1连接，在开关元件q1断开时，在电感器l1与输出电容c1之间可以形成经由二极管d1的电流通路，并且，在该输出电容c1两端生成该第二电压vout。

如图1所示，开关电源10还可以具有第二误差放大器101，乘法器102和第一误差放大器103。其中，第二误差放大器101可以包括放大器a2和连接于放大器a2的输出端的电容c4，并且，放大器a2可以将对第二电压vout进行分压的电压与参考电压vref1进行比较，并基于比较结果对电容c4进行充电或放电；乘法器102可以将对第一电压vin进行分压的电压与放大器a2的输出电压相乘；第一误差放大器103可以包括放大器a1和连接于放大器a1的输出端的电容c5，并且，放大器a1可以将与开关元件q1上流过的电流对应的电压与乘法器102输出的电压进行比较，并基于比较结果对电容c5进行充电或放电。

如图1所示，开关电源10还可以具有开关控制电路104，该开关控制电路104例如可以是脉冲宽度调制(pulsewidthmodulation，pwm)电路。在本实施例中，开关控制电路104例如可以包括比较器cp1，电流源1041，电容c2，开关元件q3，或门(orgate)1042，以及与门(andgate)1043。其中，电流源1041用于对电容c2进行充电，比较器cp1将电容c2的电压与第一误差放大器103的输出电压进行比较，并将比较结果输出到或门1042的一个输入端，或门1042的输出端连接与门1043的一个输入端，此外，与门1043的另一个输入端能够使信号反相输入；开关元件q3在导通的情况下对电容c2放电。

如图1所示，开关电源10还可以具有触发器ff，时钟生成电路105，以及栅极驱动电路106。其中，触发器ff的复位(reset，r)端可以连接与门1043的输出端，触发器ff的输出端q可以连接栅极驱动电路106；栅极驱动电路106生成用于驱动开关元件q1的栅极的栅极电压vgate；时钟生成电路105用于生成周期性的时钟信号clk，该时钟信号可以被发送到触发器ff的置位(set，s)端和开关元件q3的栅极。

在本实施例中，如图1所示，开关元件q1通过导通和关断，能够将第一电压vin转换为第二电压vout。

需要说明的是，图1所示的仅是开关电源10的结构一个示例，开关电源10也可以有其它的结构。

下面，对控制电路20的结构和工作原理进行说明。

在本实施例中，电流检测电路201能够检测流过开关元件q1的电流，并输出用于控制开关元件q1的导通时间的第一控制信号s1。在本实施例中，在流过开关元件q1的电流过大的情况下，第一控制信号s1可以使开关元件q1关断，从而对开关电源进行功率因数校正(powerfactorcorrection，pfc)的控制，避免q1上的电流过大。

在本实施例中，电流检测电路201可以具有比较器cp2，该比较器cp2的“-”端可以连接电压v2，该比较器cp2的“+”端可以与电阻r1和开关元件q1的连接端连接。其中，电阻r1可以串联于地端与开关元件q1的源极之间。在开关元件q1导通的情况下，电阻r1上的电压与流过开关元件q1的电流相关，因而，比较器cp2通过将电阻r1上的电压与电压v2进行比较，能够对流过开关元件q1的电流进行检测。

在本实施例中，比较器cp2可以输出第一控制信号s1，该第一控制信号s1可以被输入到开关控制电路104的或门1042的另一个输入端，由此，在电阻r1上的电压高于电压v2的情况下，第一控制信号s1为高电平，使得或门1042输出高电平信号，并且，在与门1043的另一输入端输入的信号为低电平的情况下，与门1043的输出端输出高电平信号，该高电平信号输入到触发器ff的r端，使触发器ff复位，以从q端输出低电平信号，从而关断开关元件q1。

此外，在本实施例中，电流检测电路201也可以是其它结构。

在本实施例中，屏蔽电路202可以在开关元件q1导通的情况下，输出第二控制信号s2，该第二控制信号s2可以用于使第一控制信号s1被屏蔽预定时间段。在本实施例中，在第一控制信号s1被屏蔽的情况下，第一控制信号s1无法使开关元件q1关断，因此，在使第一控制信号s1被屏蔽的预定时间段内，即使第一控制信号s1为低电平信号，开关元件q1也依然保持导通。

在本实施例中，屏蔽电路202所输出的第二控制信号s2可以被输入到开关控制电路104的与门1043的该另一个输入端，由此，当第二控制信号s2为高电平的情况下，与门1043的输出端输出低电平信号，因而第一控制信号s1被屏蔽，由此，触发器ff被复位，开关元件q1可以保持导通。在本实施例中，第二控制信号s2维持高电平的时间段，对应于使第一控制信号s1被屏蔽的预定时间段；第二控制信号s2为低电平的情况下，第一控制信号s1不被屏蔽，即，第一控制信号s1可以控制开关元件q1的导通时间。

在本实施例中，屏蔽电路202可以调整使第一控制信号s1被屏蔽的该预定时间段的长度，例如，屏蔽电路202可以根据第三控制信号s3来调整该预定时间段的长度；具体地，屏蔽电路202可以根据第三控制信号s3来调整第二控制信号s2维持高电平的时间段的长度，从而调整该预定时间段的长度。

在一个实施方式中，在第三控制信号s3对应于该第一电压和该第二电压非常接近的情况时，屏蔽电路202可以使该预定时间段的长度被缩短，例如，在该第一电压和该第二电压的差分的检测结果小于预定阈值的情况下，屏蔽电路202可以根据该情况下的第三控制信号s3来缩短该预定时间段的长度。

在本实施例中，屏蔽电路202可以是前沿消隐(leadingedgeblanking，leb)电路，该前沿消隐电路的消隐时间可以对应于使第一控制信号s1被屏蔽的预定时间段；此外，该前沿消隐电路可以对消隐时间进行切换。

在本实施例中，屏蔽电路202可以具有能够调整该预定时间段的长度的结构，例如，该屏蔽电路202可以具有充电电容(图1未示出)和为该充电电容进行充电的充电电路(图1未示出)，该预定时间段可以基于该充电电路为该充电电容充电的速度来设定，其中，该充电电路为该充电电容充电的速度可以基于第三控制信号而切换。此外，本实施例不限于此，屏蔽电路202可以具有其它的能够调整该预定时间段的长度的结构。

在本实施例中，如图1所示，屏蔽电路202除了接收第三控制信号s3之外，还可以接收触发器ff的另一输出端的信号，以及时钟生成电路105所生成的时钟信号clk。此外，本实施例不限于此，屏蔽电路102还可以接收其它信号。

图2是本实施例的屏蔽电路的一个示意图。如图2所示，该屏蔽电路202的开关k21可以在时钟信号clk的控制下导通或关断，在开关k21导通的情况下，电源vcc可以对电容c21进行充电；该屏蔽电路202的开关k22可以在输出端的信号的控制下导通或关断，并且，开关元件q1关断的情况下，输出端的信号为高电平，开关k22导通，电容c21被放电，开关元件q1导通的情况下，输出端的信号为低电平，开关k22关断，电容c21被充电；该屏蔽电路202的比较器cp21将电容c21的电压与参考电压vref21进行比较，并输出第二控制信号s2，其中，在c21的电压小于vref21的情况下，s2为高电平，在c21被充电到电压大于vref21的情况下，s2成为低电平。

如图2所示，在本实施例中，c21的电压从0被充电到等于vref21的时间段，s2保持高电平，控制信号s1被屏蔽。可见，c21被越快充电到vref21，控制信号s1被屏蔽的该预定时间段就越短。

如图2所示，在本实施例中，该屏蔽电路202的开关元件q21的源极与电阻r22串联，并且，电阻r21与开关元件q21和电阻r22的串联电路并联。开关元件q21的栅极接收控制信号s3。在对电容c21充电的过程中，如果信号s3是低电平，则q21断开，仅通过r21对c21充电，因此，充电电流较小，充电速度较慢，控制信号s1被屏蔽的该预定时间段较长；如果信号s3是高电平，则q21导通，通过r21和r22的并联电路对c21充电，因此，充电电流较大，充电速度较快，控制信号s1被屏蔽的该预定时间段较短。

在本实施例中，可以在第一电压vin和第二电压vout的差距较大的情况下，使信号s3为低电平，从而使控制信号s1被屏蔽的该预定时间段较长；可以在第一电压vin和第二电压vout较接近的情况下，使信号s3为高电平，从而使控制信号s1被屏蔽的该预定时间段较短，由此，使得在第一信号s1的控制下能够使开关元件q1的最短导通时间被缩短，避免由于第一电压vin和第二电压vout较接近所引起的电流峰值使开关元件q1破损。

在本实施例中，图2所示的屏蔽电路202的结构只是举例，本实施例可以不限于此，屏蔽电路202也可以具有其它的结构。

在本实施例中，差分比较器203能够检测第一电压vin和第二电压vout的差分，输出与差分的检测结果对应的第三控制信号s3。

在本实施例中，如图1所示，该差分比较器203可以包括减法器2031和比较器cp3。其中，减法器2031可以从与第二电压vout相关的电压vfb减去与第一电压vin相关的电压vac，输出差分电压；比较器cp3可以将该差分电压与预定电压值v1进行比较，生成该第三控制信号s3。

在本实施例中，通过将该差分电压与预定电压值v1进行比较，可以判断该差分的检测结果是否小于预定阈值。

在本实施例中，比较器cp3的“-”端可以输入由减法器2031所输出的差分电压，比较器cp3的“+”端的电压值可以是预定电压值v1，由此，在差分电压大于电压v1，即第二电压vout明显大于第一电压vin的情况下，比较器cp3输出的该第三控制信号s3为低电平，由此，能够使控制信号s1被屏蔽的该预定时间段较长；在差分电压小于电压v1，即第二电压vout接近第一电压vin的情况下，比较器cp3输出的该第三控制信号s3为高电平，由此，能够使控制信号s1被屏蔽的该预定时间段较短。

在本实施例中，如图1所示，第一电压vin与接地端之间可以串联有电阻r5和r6，电压vac可以是电阻r5和r6连接点的电压；第二电压vout与接地端之间可以串联有电阻r3和r4，电压vfb可以是电阻r3和r4连接点的电压。由此，电压vac与第一电压vin对应，电压vfb与第二电压vout对应。在本实施例中，电阻r5与r6的比值可以等于电阻r3与r4的比值。

图3是本实施例的减法器2031的一个示意图。如图3所示，电压vfb经由缓冲器(buffer)b和电阻r7输入到运算放大器op3的“+”端，电压vac经由缓冲器(buffer)b和电阻r8输入到运算放大器op3的“-”端，运算放大器op3的“+”端与接地端之间连接有电阻r9，运算放大器op3的“-”端与输出端之间连接有电阻r10。

在本实施例中，通过调整电阻r7、r8、r9、r10的阻值，能够使运算放大器op3的输出端输出vfb-vac的电压值，该vfb-vac的电压值被输入到图1的比较器cp3的“-”端。

图3所示的减法器2031仅是一个实施方式，本实施例并不限于此，减法器2031也可以是其他的结构。

此外，图1所示的差分比较器203仅是一个实施方式，本实施例并不限于此，差分比较器203也可以是其他的结构。

例如，在本实施例的一个变形例中，差分比较器可以具有比较器，该比较器可以比较与第二电压vout相关的电压vfb和与第一电压vin相关的电压vac的大小，并生成该第三控制信号s3。

图4是本实施例差分比较器的一个示意图。

如图4所示，差分比较器203可以具有比较器cp4。电压vfb经由缓冲器b被输入到比较器cp4的“-”端，电压vac经由缓冲器b被输入到比较器cp4的“+”端，比较器cp4的输出端输出作为比较结果的第三控制信号s3。

在图4中，电压vfb、电压vac的含义与图3相同。在图4中，电阻r6与电阻r4阻值相等，电阻r3与电阻r5的比值可以为α，其中，α的取值范围可以是0.9～1。

图4的比较器cp4可以是具有迟滞效应的比较器，由此，能够使输出信号稳定。

在本实施例中，图4的差分比较器能够以简单的电路完成对第一电压vin和第二电压vout的差分的检测。

图5是本实施例的变形例的差分比较器的另一个示意图。

如图5所示，差分比较器203可以具有比较器cp4。电压vfb经由缓冲器b被输入到比较器cp4的“-”端。电阻r5和r6的连接点经由电阻r20和缓冲器b，连接到比较器cp4的“+”端。比较器cp4的输出端输出作为比较结果的第三控制信号s3。

在图5中，差分比较器203还可以具有电流源cc2，该电流源cc2能够在电阻r20和r6上流过恒定电流，由此，将电压vac输入到缓冲器b。

在图5中，电压vfb的含义与图3相同。

在图5中，电阻r4与r6的比值可以是β，电阻r3与电阻r5的比值也可以为β，β可以是预设的数值。

在图5中，电阻r6可以远小于电阻r20，例如，电阻r6与r20的比值可以大于1:10。

图5的比较器cp4可以是具有迟滞效应的比较器，由此，能够使输出信号稳定。

在本实施例中，图5的差分比较器能够以简单的电路完成对第一电压vin和第二电压vout的差分的检测。

根据本实施例，基于对与输入到开关电源的电压对应的第一电压和输出电压的差分的检测结果，设定屏蔽电路的屏蔽时间，因此，在输入电压和输出电压接近的情况下，能够缩短开关电源的开关元件的最小导通时间，避免开关元件由于峰值电流过大而产生破损。

实施例2

本申请实施例2提供一种控制方法，与实施例1的控制电路对应，用于对图1所示的开关电源进行控制。

图6是本实施例2的控制方法的一个流程示意图，如图6所示，该方法包括：

步骤601、检测流过所述开关元件的电流，并生成用于控制所述开关元件导通时间的第一控制信号；

步骤602、检测所述第一电压和所述第二电压的差分，输出与差分的检测结果对应的第三控制信号；以及

步骤603、在所述开关元件导通的情况下，基于所述第三控制信号，生成用于使所述第一控制信号被屏蔽预定时间段的第二控制信号。

在本实施例的步骤603中，可以根据第三控制信号调整所述预定时间段的长度，例如，在所述差分的检测结果小于预定阈值的情况下，所述预定时间段的长度被缩短。

根据本实施例的控制方法，基于对与输入到开关电源的电压对应的第一电压和输出电压的差分的检测结果，设定屏蔽电路的屏蔽时间，因此，在输入电压和输出电压接近的情况下，能够缩短开关电源的开关元件的最小导通时间，避免开关元件由于峰值电流过大而产生破损。

以上结合具体的实施方式对本申请进行了描述，但本领域技术人员应该清楚，这些描述都是示例性的，并不是对本申请保护范围的限制。本领域技术人员可以根据本申请的精神和原理对本申请做出各种变型和修改，这些变型和修改也在本申请的范围内。