一种开关电源的制作方法

本发明涉及电源设计领域，特别涉及一种开关电源。

背景技术：

开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。开关电源变换器一般由脉冲宽度调制(pulsewidthmodulation，简称pwm)控制电路、储能元件(例如电感)和开关管构成。移动终端中会用到大量的开关电源变换器，给其内部的各个模块如中央处理器(centralprocessingunit，简称cpu)、客户识别模块(subscriberidentificationmodule，简称sim)卡、射频功率放大器等，提供稳定电源。

图1示出了一种开关直流升压型的开关电源100，所述开关电源100可以包括电感l1、主开关m1、续流二极管d1和第一电容c1。所述开关电源100接入输入电压vin，所述主开关m1受控导通或关断，以使开关电源100的输出有输出电压vout，输出电压vout为负载供电。当负载的电流比较小或者是没有负载电流的时候，例如电子设备进入待机或休眠，开关电源100一般都会降低工作频率，进入非连续导通模式(discontinuousconductionmode，简称dcm)。在dcm下，一般负载电流越小，工作频率越低。此时，所述电感l1和主开关m1的连接点sw处可能发生严重的电感(inductor，简称l)电容(capacity，简称c)振荡，产生振铃现象，进而引发严重的电磁干扰(electromagneticinterference，简称emi)问题。

现有技术中一种抑制振铃的方法是在开关电源100的输入端与电感l1之间串入磁珠l2，但这会使得系统成本增加；此外，当所述磁珠l2的参数未设置恰当时，可能会导致诸如系统器件啸叫等异常，也即产生了落入音频范围(20hz-20khz)的振荡。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是如何在抑制开关电源中的振铃现象时，降低系统成本并规避系统异常。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种开关电源，所述开关电源包括电感、主开关，所述主开关受控导通或关断，以使所述开关电源的输出端输出有输出电压；所述开关电源还包括：与所述电感并联的第一支路，所述第一支路包括串联的第一开关和振铃抑制电阻，所述电感和主开关的连接节点记为开关节点；检测模块，适于检测关联电压是否小于阈值电压，其输出端输出检测结果，所述关联电压与所述开关节点的电压相关联；逻辑模块，其第一输入端耦接所述检测模块的输出端，其第二输入端耦接所述主开关的控制端，当所述主开关受控关断且所述检测结果指示所述关联电压小于所述阈值电压时，所述逻辑模块控制所述第一开关导通直至所述主开关受控导通，否则，所述逻辑模块控制所述第一开关关断。

可选地，所述阈值电压小于0v。

可选地，所述检测模块包括：第一电流支路，适于产生预设的第一参考电流，并经由其输出端输出；第二电流支路，适于根据关联电压产生比较电流，并经由其输出端输出；其中，在所述第一参考电流大于等于所述比较电流时，所述检测结果为第一逻辑电平，以指示所述关联电压大于等于所述阈值电压，在所述第一参考电流小于所述比较电流时，所述检测结果为不同于所述第一逻辑电平的第二逻辑电平，以指示所述关联电压小于所述阈值电压。

可选地，所述第一电流支路包括：第一电流镜，适于对第二参考电流进行镜像，以得到第一参考电流；所述第二电流支路包括：第二电流镜，适于根据第三参考电流镜像得到所述比较电流，所述第三参考电流的电流值等于所述第二参考电流的电流值，所述第二电流镜包括第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管接入所述第三参考电流，所述第二晶体管的输出端输出所述比较电流，所述第二晶体管的输入端接入所述关联电压；其中，所述第二参考电流与所述第一参考电流的比值小于所述第一晶体管的宽长比与所述第二晶体管的宽长比的比值。

可选地，所述第一晶体管和第二晶体管为nmos晶体管，所述第一电流镜包括第三晶体管与第四晶体管，所述第三晶体管与第四晶体管为pmos晶体管。

可选地，所述第二电流支路还包括：第三电流镜，适于对所述第二参考电流进行镜像，以得到所述第三参考电流，并经由其输出端输出。

可选地，所述第三参考电流等于所述第一参考电流。

可选地，所述检测模块还包括：分压网络，其第一输入端耦接所述开关节点，其第二输入端耦接参考端，其分压输出端输出所述关联电压。

可选地，所述逻辑模块包括：d触发器，其复位端耦接所述主开关的控制端，其数据输入端接入第一控制电压，其数据输出端耦接所述第一开关的控制端，其时钟端耦接所述检测模块的输出端；其中，在所述主开关受控导通时，所述d触发器复位，以使得所述第一开关受控关断；在所述主开关受控关断且所述检测结果指示所述关联电压小于所述阈值电压时，所述d触发器的数据输出端输出所述第一控制电压，以使得所述第一开关受控导通直至所述主开关受控导通。

可选地，所述第一开关适于在其控制端为高电平时受控导通，所述第一控制电压为所述开关电源的输入电压。

与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：

本发明实施例的开关电源通过检测关联电压(所述关联电压与所述开关节点的电压相关联)是否小于阈值电压来判断是否发生振铃现象，一旦检测到振铃现象，则控制第一开关导通，以使得电感和振铃抑制电阻形成通路，以规避lc振荡的发生，抑制振铃现象，改善所述开关电源的emi。相对于现有技术方案，具有系统成本低和稳定度高的优势。

进一步而言，所述检测模块可以包括产生预设的第一参考电流的第一电流支路和根据关联电压产生比较电流的第二电流支路，其中，在所述第一参考电流大于等于所述比较电流时，所述检测结果为第一逻辑电平，以指示所述关联电压大于等于所述阈值电压，在所述第一参考电流小于所述比较电流时，所述检测结果为不同于所述第一逻辑电平的第二逻辑电平，以指示所述关联电压小于所述阈值电压。也就是说，本发明方案通过电流比较的方式对开关电源发生振铃现象进行检测，易于实施，成本低，稳定度高。

附图说明

图1是现有技术中的一种开关电源的电路示意图。

图2是本发明实施例的一种开关电源的示意性结构框图。

图3是图2所示的开关电源的一种电路图。

图4是图2所示的开关电源的一种工作波形图。

具体实施方式

如背景技术部分所述，现有技术中抑制开关电源中振铃现象的方法使得系统成本增加，还可能导致诸如系统器件啸叫等异常。

针对以上所述的技术问题，本发明实施例提出了一种开关电源，可以抑制振铃现象，改善开关电源的电磁干扰(electromagneticinterference，简称emi)。

为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

参见图2，本发明实施例公开了一种开关电源200。本发明实施例方案可以适用于多种类型的开关电源，具有普适性。具体而言，所述开关电源200可以是开关直流升压电路(也称boost电路)、开关直流降压电路(也称buck电路)或开关直流升降压电路(也称buck-boost电路)。

本领域技术人员理解的是，所述开关电源200为buck电路或buck-boost电路时的电路拓扑与其为boost电路时基本相同，只是电路中的电感、主开关等部件的耦接方式略有区别，因此，为了简化，本实施例仅以boost电路为例进行说明。

图2所示的开关电源200可以包括电感l1、主开关m1、与所述电感l1并联的第一支路10、检测模块20和逻辑模块30。

其中，所述主开关m1受控导通或关断，以使所述开关电源200的输出端输出有输出电压vout，所述输出电压vout用于对负载供电。所述主开关m1的控制端接入控制信号pwm，所述控制信号pwm可以为脉宽调制信号，以使得所述开关电源200具有开关周期。在具体实施中，所述主开关m1可以为功率开关管。具体地，可以为图2所示的nmos管，但不限于此，例如，所述主开关m1还可以为pmos管、三极管等，只需适当地调整对所述主开关m1的控制策略即可。

当所述主开关m1受控导通时，所述开关电源200的输入电压vin经由所述电感l1和主开关m1至地形成电通路，所述电感l1上因流有电流而不断储能；当所述主开关m1受控关断时，所述电感l1所储存的电能向所述输出端传递。进一步而言，所述开关电源200还可以包括同步开关(参见图2中的续流二极管d1)和第一电容c1。所述电感l1所储存的电能为所述第一电容c1充电，以使得所述输出端以及所述开关节点sw上的电压升高，同时所述电感l1所储存的电能减少。在所述控制信号pwm开关式的控制下，所述开关电源200周而复始地工作。

如今，电子设备具有低功耗的发展趋势。当应用开关电源的电子设备处于待机或休眠态时，开关电源的负载电流降低，设备会控制开关电源进入非连续导通模式(discontinuousconductionmode，简称dcm)，并降低开关电源的开关频率。

当所述开关电源200进入dcm模式时，在所述主开关m1受控关断期间，所述电感l1的电能释放完毕时，其可能与所述主开关m1的寄生电容产生谐振，该现象可以被称为振铃(ringing)现象，所产生的电感(inductor，简称l)电容(capacity，简称c)振荡使得所述开关电源200的emi问题严重。

由于振荡发生时，所述开关节点sw的电压会发生剧烈变化，因此，本实施例针对上述lc振荡的发生进行了检测，并设置了相应的能量释放通路，以规避上述lc振荡的发生，抑制振铃现象。

所述第一支路10形成了上述能量释放通路。具体地，所述第一支路10可以包括串联的第一开关s1和振铃抑制电阻ring，所述电感l1和主开关m1的连接节点记为开关节点sw。所述第一开关s1和振铃抑制电阻ring只要串联即可，本实施例不限定其具体地连接方式。

在具体实施中，所述第一开关s1可以为mos管、三极管等半导体开关器件，也可以为任何其他开关器件或开关芯片，本实施例不进行特殊限制。优选地，所述第一开关s1为nmos管，使得所述开关电源200具有更好的集成度，且便于控制。

所述检测模块20的设置用于对振铃现象的发生进行检测。具体地，所述检测模块20适于检测关联电压swt是否小于阈值电压，其输出端输出检测结果vcmp，所述关联电压swt与所述开关节点sw的电压相关联(图2中用虚线表示二者相关联)，例如，二者可以相等，或者所述关联电压swt可以经所述开关节点sw的电压分压得到，再或者，所述关联电压swt可以经所述开关节点sw的电压偏置得到。

一般来说，在所述开关电源200正常工作的过程中，所述开关节点sw的电压通常是大于零的，在发生振铃现象时，所述开关节点sw的电压会发生剧烈振荡，在振荡过程中，所述开关节点sw的电压会下降到0v以下。由于所述关联电压swt基于下降到0v以下的所述开关节点sw的电压进行变化，在发生振铃现象时，所述关联电压swt很大程度上也是小于0v的，因此，在具体实施中，可以设置所述阈值电压小于0v，例如，-1.5v或-2v等，可以根据实际的设计需求进行配置。

可以通过对检测结果vcmp的识别来控制所述第一支路10中的第一开关s1导通，以使得所述电感l1和所述振铃抑制电阻ring形成通路，以规避lc振荡的发生；另外，根据开关电源的工作原理可知，所述lc振荡仅发生于主开关m1受控关断期间，因此，当其受控导通时，所述第一开关s1是断开的。

具体地，所述逻辑模块30的第一输入端耦接所述检测模块20的输出端，也即接入所述检测结果vcmp，所述逻辑模块30的第二输入端耦接所述主开关m1的控制端。当所述主开关m1受控关断且所述检测结果vcmp指示所述关联电压swt小于所述阈值电压时，所述逻辑模块30控制所述第一开关s1导通直至所述主开关m1受控导通，否则，所述逻辑模块30控制所述第一开关s1关断。

本发明实施例的开关电源200通过检测关联电压swt(所述关联电压swt与所述开关节点sw的电压相关联)是否小于阈值电压来判断是否发生振铃现象，一旦检测到振铃现象，则控制所述第一开关s1导通，以使得所述电感l1和振铃抑制电阻ring形成通路，以规避lc振荡的发生，抑制振铃现象，改善所述开关电源200的emi。相对于现有技术方案，具有系统成本低和稳定度高的优势。

以下将结合图2和图3对所述开关电源的具体实施方式以及工作原理进行详细介绍。

一并参见图2和图3，在本发明实施例中，所述检测模块20可以包括第一电流支路(图中未标示)和第二电流支路(图中未标示)。

其中，所述第一电流支路适于产生预设的第一参考电流ir1，并经由其输出端输出；所述第二电流支路适于根据关联电压swt产生比较电流ic，并经由其输出端输出；假设所述第一参考电流ir1对所述检测模块20的输出端充电，所述比较电流ic对所述检测模块20的输出端放电，在所述第一参考电流ir1大于等于所述比较电流ic时，所述检测结果vcmp为第一逻辑电平(逻辑高/低电平)，以指示所述关联电压swt大于等于所述阈值电压，在所述第一参考电流ir1小于所述比较电流ic时，所述检测结果为不同于所述第一逻辑电平的第二逻辑电平(逻辑低/高电平)，以指示所述关联电压swt小于所述阈值电压，也即发生了振铃现象。

也就是说，本发明实施例可以通过电流比较的方式对开关电源200发生振铃现象进行检测，易于实施，成本低，稳定度高。

在具体实施中，所述第一电流支路可以包括第一电流镜(图中未标示)，所述第一电流镜适于对第二参考电流ir2进行镜像，以得到第一参考电流ir1。所述第二电流支路可以包括第二电流镜(图中未标示)，所述第二电流镜适于根据第三参考电流ir3镜像得到所述比较电流ic，所述第三参考电流ir3的电流值等于所述第二参考电流ir2的电流值，也即所述第一参考电流ir1和所述第三参考电流ir3可以根据同一电流镜像得到。在具体实施中，所述第二参考电流ir2可以由输出电流值适当的电流源201产生，或者可以由其他的电流镜(图未示)镜像得到，本实施例对所述第二参考电流ir2的来源不进行特殊限定。

本领域技术人员理解的是，电流镜可以由一对晶体管(可以为mos晶体管或三极管)构成，本实施例以mos晶体管组成的电流镜为例进行说明。电流镜中的一对晶体管的栅极相连，源极相连；当二者的宽长比相等时，其中一个晶体管的漏极的电流等于另一个晶体管的漏极的电流；当二者的宽长比不相等时，其中一个晶体管的漏极的电流与另一个晶体管的漏极的电流之比等于二者的宽长比之比。

在本实施例中，所述第二电流镜可以包括第一晶体管nm1和第二晶体管nm2，所述第一晶体管nm1接入所述第三参考电流ir3，所述第二晶体管nm2的输出端(也即漏极)输出所述比较电流ic，所述第二晶体管nm2的输入端(也即源极)接入所述关联电压swt。其中，所述第二参考电流ir2与所述第一参考电流ir1的比值小于所述第一晶体管nm1的宽长比与所述第二晶体管nm2的宽长比的比值。也就是说，当所述第二电流镜中的第一晶体管nm1和第二晶体管nm2的源极电压相等时，所述第二参考电流ir2与所述第一参考电流ir1的比值小于所述第三参考电流ir3(电流值与所述第二参考电流ir2相等)与所述比较电流ic的比值。也即当所述第二电流镜中的第一晶体管nm1和第二晶体管nm2的源极电压相等(例如二者的源极均接地)时，所述第一参考电流ir1大于等于所述比较电流ic，而当所述关联电压swt因为发生振铃现象而下降至例如0v以下时，会使得所述第二晶体管nm2的栅极与源极之间的电压上升(栅极电压保持不变)，当所述第二晶体管nm2为nmos晶体管时，其漏极输出的所述比较电流ic急剧上升，当其上升至超过所述第一参考电流ir1时，所述检测模块20输出的检测结果vcmp的逻辑电平翻转，以实现对振铃现象的检测。

本领域技术人员理解的是，电流镜可分为p型电流镜和n型电流镜，也即对应于由两个pmos晶体管构成和由两个nmos晶体管构成。

优选地，本实施例中的所述第一晶体管nm1和第二晶体管nm2为nmos晶体管，所述第一电流镜中可以包括第三晶体管pm1与第四晶体管pm2，所述第三晶体管pm1与第四晶体管pm2为pmos晶体管。其中，所述第三晶体管pm1与第四晶体管pm2的源极可以接入所述开关电源200的输入电压vin，所述第一晶体管nm1的源极可以接地。

需要说明的是，所述第一电流镜和第二电流镜并不限定于上述方案，例如，所述第一晶体管和第二晶体管可以为pmos晶体管，所述第三晶体管与第四晶体管可以为nmos晶体管。

还需要说明的是，本发明实施例并不限定如何根据所述第二参考电流ir2得到所述第三参考电流ir3。

优选地，所述第二电流支路还可以包括第三电流镜(图中未标示)，所述第三电流镜适于对所述第二参考电流ir2进行镜像，以得到所述第三参考电流ir3，并经由其输出端(也即图中的第五晶体管pm3的漏极)输出。优选地，在本实施例中，所述第三电流镜可以与所述第一电流镜共用所述第三晶体管pm3。

在一变化例中，所述第三参考电流ir3可以等同于所述第二参考电流ir2。

可选地，所述第三参考电流ir3等于所述第一参考电流ir1，所述第一晶体管nm1的宽长比与所述第二晶体管nm2的宽长比的比值大于1。

需要说明的是，本发明实施例中提及的宽长比为等效宽长比。例如，所述第一晶体管nm1的宽长比与所述第二晶体管nm2的宽长比的比值大于1，可以采用数量大于1的宽长比相等的nmos管并联，该nmos管的宽长比与所述第二晶体管nm2的宽长比相等。

优选地，在具体实施中，所述检测模块20还可以包括分压网络(图中未标示)，其第一输入端耦接所述开关节点sw，其第二输入端耦接参考端，其分压输出端输出所述关联电压swt。所述参考端可以为地，也即电压为零的端口，但不限于此，所述参考端也可以为地以外的端口。所述分压网络可以包括第一电阻r1和第二电阻r2。所述第一电阻r1的阻值与二者阻值的比为所述分压网络的分压比。由于所述分压网络为本领域技术人员公知的电路结构，为了简化，此处不再一一展开描述。

在本发明实施例中，所述逻辑模块30可以包括d触发器301。其复位端r耦接所述主开关m1的控制端，也即接入所述控制信号pwm，可选地，所述控制信号pwm可以经由缓冲器b2接入所述复位端r；其数据输入端d接入第一控制电压v1；其数据输出端q耦接所述第一开关s1的控制端，其时钟端clk耦接所述检测模块20的输出端，优选地，所述检测结果vcmp经由缓冲器b1接入所述时钟端clk。

其中，在所述主开关m1受控导通时，所述d触发器301复位，以使得所述第一开关s1受控关断；在所述主开关m1受控关断且所述检测结果vcmp指示所述关联电压swt小于所述阈值电压时，所述d触发器301的数据输出端q输出所述第一控制电压v1，以使得所述第一开关s1受控导通直至所述主开关m1受控导通。在具体实施中，所述d触发器301可以是上升沿触发也可以是下降沿触发，可以根据所述检测结果vcmp的逻辑电平进行电路调整。

当所述第一开关s1适于在其控制端为高电平时受控导通时，优选地，所述第一控制电压v1为所述开关电源200的输入电压vin，所述输入电压vin可以被识别为逻辑高电平。

本领域技术人员理解的是，数字电路中的逻辑实现可以有多种配置方案，可以根据输入和输出的真值表进行配置，因此，所述逻辑模块30可以采用所述d触发器301以外的其他逻辑模块实现。

图4示出了所述开关电源200的工作波形图。

一并参见图3和图4，将所述低压开关s1的控制端的电压用q表示，并用“1”和“0”分别表示逻辑高电平和逻辑低电平。假设所述第一开关m1在逻辑高电平时导通，所述d触发器301是受下降沿触发的，且在逻辑高电平时复位。

所述控制信号pwm为周期信号，其周期为t，也即所述开关电源200的开关周期为t。t由t1和t2组成，其中，t1对应于pwm＝“1”，所述开关管m1导通，t2对应于pwm＝“0”，所述开关管m1关断。

在开关周期为t内，在pwm＝“1”期间，所述d触发器301复位，使得q＝“0”，所述第一开关s1关断；在pwm＝“0”时，所述d触发器301脱离复位状态，由于所述开关节点sw的电压为“1”，因此，所述关联电压为“1”，所述第二晶体管nm2的源极为正电压，所述第一参考电流ir1大于等于所述比较电流ic，vcmp＝“1”，所述d触发器301未更新数据至其数据输出端，因此，所述第一开关s1关断；在①时刻，由于所述电感l1储存的电能完全释放，也即发生振铃现象，所述关联电压swt迅速下降，当其下降至小于零甚至更低时，使得所述第一参考电流ir1小于所述比较电流ic，vcmp从“1”变为“0”，所述d触发器301在该下降沿的作用下更新数据进，而将q置为“1”，所述第一开关s1导通，所述电感l1储存的电荷通过振铃抑制电阻ring快速泄放，从而避免了lc振荡；在②时刻，pwm变为“1”，q被置为“0”，所述第一开关s1关断，从而使得所述开关电源200周而复始地工作。

需要说明的是，本文中的“逻辑高电平”指的是可被识别为数字信号“1”的电平范围，“逻辑低电平”指的是可被识别为数字信号“0”的电平范围，二者是相对的概念，其具体电平范围并不做具体限制。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。