开关电源控制电路和方法及开关电源与流程

本发明涉及一种电力电子技术领域，特别涉及一种开关电源控制电路和方法及开关电源。

背景技术：

开关电源输出恒压控制的应用特别广泛。例如在智能调光领域，开关电源的输出负载中除了led外，经常含有如无线模块/蓝牙模块等其他通信模块。如图1所示，开关电源输出端vout连接有led，同时通过线性稳压器，连接后级通信模块(图1中用r1表示)。在led工作时，后级通讯模块的供电是容易实现的；在led待机时，考虑到功耗问题，需要开关电源输出一个远小于灯压降的恒压，来实现通信模块正常供电。

现有技术通过采集开关电源的输出电压，利用采集到的输出电压和参考电压的差值闭环调节输出电压，使得输出电压维持在参考电压的大小，从而实现电压闭环控制，使得开关电源的输出电压恒定。

但对于隔离式的开关电源，原副边电压隔离开来，输出电压的采集需要利用辅助绕组或光耦进行采集，输出电压设置不灵活，需要较多的外围器件，电路较为复杂；对于非隔离式的开关电源，在集成电路中，会设置有一个fb引脚，通过fb引脚来采样开关电源的输出电压，fb引脚会发生短路、接触不良等问题，使得恒压控制达不到效果，且若不需要采集输出电压，即可以节省fb引脚，从而减少成本。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种外围器件较少且输出电压设置灵活的开关电源控制电路和方法及开关电源，解决现有技术存在的输出电压的设置不灵活、需要较多的外围器件、电路较为复杂且需要采样输出电压的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种开关电源控制电路，在辅开关管续流完成后，延迟第一时间开通开关电源主开关管，根据辅开关管续流时间和参考时间，调节电感电流峰值或/和调节第一时间，从而控制开关电源输出电压为预设电压。

可选的，开关电源中电感电流达到预设峰值后，主开关管关断，辅开关管开始续流；电感电流低于第一阈值开始，延迟第一时间后，导通开关电源主开关管。

可选的，所述参考时间与电感电流预设峰值和第一阈值的差值成比例。

可选的，当辅开关管的续流时间小于参考时间时，减小电感电流峰值或/和延长第一时间，从而使得输出电压下降；

当辅开关管的续流时间大于参考时间时，增大电感电流峰值或/和缩短第一时间，从而使得输出电压上升。

可选的，当第一时间低于第二阈值时，通过调节电感电流峰值，使得输出电压维持在预设电压；

当电感电流峰值低于第三阈值时，通过调节第一时间，使得输出电压维持在预设电压。

可选的，所述开关电源控制电路包括误差放大器和延迟电路，所述误差放大器的第一输入端接收表征辅开关管续流时间的电压信号，所述误差放大器的第二输入端接收表征参考时间的电压信号，所述误差放大器输出端连接延迟电路的输入端，所述延迟电路的输出端通过逻辑电路连接开关电源主开关管的控制端，所述延迟电路调节第一时间。

可选的，所述开关电源控制电路还包括峰值调节电路，所述峰值调节电路的输入端连接误差放大器的输出端，所述峰值调节电路的输出端通过逻辑电路连接开关电源主开关管的控制端，所述峰值调节电路调节电感电流峰值。

可选的，所述开关电源控制电路包括误差放大器和峰值调节电路，所述误差放大器的第一输入端接收表征辅开关管续流时间的电压信号，所述误差放大器的第二输入端表征参考时间的电压信号，所述误差放大器输出端连接所述峰值调节电路的输入端，所述峰值调节电路的输出端通过逻辑电路连接开关电源主开关管的控制端，所述峰值调节电路调节电感电流峰值。

本发明还提供了一种开关电源控制方法，包括以下步骤：

在辅开关管续流完成后，延迟第一时间开通开关电源主开关管；

根据辅开关管续流时间和参考时间，调节电感电流峰值或/和调节第一时间，从而控制开关电源输出电压为预设电压。

可选的，开关电源中电感电流达到预设峰值后，主开关管关断，辅开关管开始续流；电感电流低于第一阈值开始，延迟第一时间后，导通开关电源主开关管。

可选的，所述参考时间与电感电流峰值和第一阈值的差值成比例。

可选的，当辅开关管的续流时间小于参考时间时，减小电感电流峰值或/和延长第一时间，从而使得输出电压下降；

当辅开关管的续流时间大于参考时间时，增大电感电流峰值或/和缩短第一时间，从而使得输出电压上升。

可选的，当第一时间低于第二阈值时，通过调节电感电流峰值，使得输出电压维持在预设电压；

当电感电流峰值低于第三阈值时，通过调节第一时间，使得输出电压维持在预设电压。

本发明还提供一种开关电源，包括以上任意一种开关电源控制电路和功率电路。

与现有技术相比，本发明之技术方案具有以下优点：本发明在开关电源辅开关管续流完成后，延迟第一时间开通开关电源主开关管，通过辅开关管续流时间和参考时间，调节第一时间或/和电感电流峰值，进而调节了开关电源输出电压，从而控制开关电源输出电压为预设电压。本发明的开关电源控制方法在控制开关电源输出电压恒定的同时，电路简单、外围器件较少、不需要采样输出电压且输出电压设置灵活。本发明适用于隔离式和非隔离式开关电源，尤其在隔离式开关电源中有较大的优势，不需要光耦等外围电路，即可实现隔离式开关电源原副边的信息传输。

附图说明

图1为现有技术开关电源控制电路的电路示意图；

图2为本发明开关电源控制电路实施例的示意图；

图3为本发明开关电源控制电路的工作波形图；

图4为本发明表征辅开关管续流时间的电压信号的产生电路图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的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神和范围上做的替代、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。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明提供了一种开关电源控制电路，在辅开关管续流完成后，延迟第一时间开通开关电源主开关管，根据辅开关管续流时间和参考时间，调节电感电流峰值或/和调节第一时间，从而控制开关电源输出电压为预设电压。具体的根据当前周期的辅开关管续流时间和参考时间，调节本周期的第一时间或下个周期的峰值。

所述参考时间与电感电流峰值和第一阈值的差值成比例。参考时间tref表征开关电源输出电压为预设电压v1，电感电流峰值和第一阈值的差值为ipeak-i0时，对应的辅开关管续流时间，即tref＝(ipeak-i0)×l/v1，从而，对于同一个电路，tref＝k×(ipeak-i0)，k＝l/v1，即所述所述参考时间tref和电感电流峰值和第一阈值的差值成比例。

开关电源为峰值控制，即开关电源中电感电流达到预设峰值后，主开关管关断，辅开关管开始续流；电感电流低于第一阈值开始，延迟第一时间后，导通开关电源主开关管。

输出电压高于预设电压时，辅开关管的续流时间小于参考时间，减小电感电流峰值或/和延长第一时间，从而使得输出电压下降；输出电压低于预设电压时，辅开关管的续流时间大于参考时间，增大电感电流峰值或/和缩短第一时间，从而使得输出电压上升。

上述的开关电源控制电路可以只通过调节第一时间或只调节电感电流峰值来稳定输出电压，也可以通过同时调节第一时间和电感电流峰值来稳定输出电压，也可以在不同的时间段或不同状态下分别选择调节第一时间、电感电流峰值或第一时间和电感电流峰值来达到上述目的。如在一种较优的实施例中，输出功率过大时，第一时间低于第二阈值，则通过调节电感电流峰值，使得输出电压维持在预设电压；输出功率过小时，电感电流峰值低于第三阈值，则通过调节第一时间，使得输出电压维持在预设电压。

上述的第二阈值和第三阈值可以根据实际中进行设置，本发明对其具体值不进行限制。

如图2所示，示意了开关电源控制电路的一种实施例的具体结构。包括误差放大器u1、延迟电路和峰值调节电路，所述误差放大器u1的第一输入端接收表征辅开关管续流时间t2的电压信号vt2，所述误差放大器u1的第二输入端接收表征参考时间tref的电压信号vref，所述误差放大器u1输出补偿信号到延迟电路和峰值调节电路，所述延迟电路和所述峰值调节电路的输出端经逻辑电路连接开关电源主开关管的控制端，所述误差放大器的输出端连接电容c1的一端，电容c1的另一端接地，电容c1上的电压为vcom。

开关电源控制电路的工作波形图如图3所示，其中il为开关电源的电感电流，t1为第一时间，t2为辅开关管续流时间。可以看出，所述开关电源控制为峰值控制，电感电流达到预设峰值后，主开关管关断，辅开关管开始续流；电感电流低于第一阈值开始，延迟第一时间t1后，导通开关电源主开关管。所述第一阈值理论上可以为任意值，在本发明的实施例中，第一阈值为零。所述主开关管的关断时间toff等于辅开关管的续流时间t2和延迟时间t1之和，即toff＝t1+t2。

本实施例中在输出电压变化时，根据表征辅开关管续流时间t2的电压信号vt2和表征参考时间tref的电压信号vref，调节电感电流峰值vpeak或/和调节第一时间t1，从而控制开关电源输出电压为预设电压v1。

所述开关电源的输出电压vout和辅开关管的续流时间t2的变化趋势相反。

具体调节过程如下：

1)当开关电源输出电压vout大于设定值v1时，辅开关管续流时间t2变短，辅开关管的续流时间t2小于参考时间tref，表征当前周期中的辅开关管的续流时间t2的电压信号vt2小于表征参考时间tref的电压信号vref，即vt2小于vref，则误差放大器u1的输出电压变大，即vcom变大，减小电感电流峰值或/和延长第一时间，从而使得输出电压vout下降；

2)当开关电源输出电压vout小于设定值v1时，辅开关管续流时间t2变长，辅开关管的续流时间t2大于参考时间tref，则表征当前周期中辅开关管的续流时间t2的电压信号vt2大于表征辅开关管参考续流时间tref的电压信号vref，即vt2小于vref，则误差放大器u1的输出电压变小，即vcom变小，增大电感电流峰值或/和缩短第一时间，从而使得输出电压vout上升；

3)重复上述1)和/或2)过程，直至开关电源的输出电压为预设电压v1。

上述调节过程1)和2)中可以只通过延迟电路调节第一时间稳定输出电压，可以只通过峰值调节电路调节电感电流峰值稳定输出电压，也可以同时通过延迟电路和峰值调节电路同时调节第一时间和电感电流峰值稳定输出电压，也可以在不同的时间段或者不同的输出状态下分别选择上述三种调节方式。如在一种较优的实施例中，当输出功率过大时，第一时间低于第二阈值，通过调节电感电流峰值调节参考时间，进而使得输出电压维持在预设电压；当输出功率过小时，电感电流峰值低于第三阈值，通过调节第一时间，使得输出电压维持在预设电压。

本发明仅仅给出了一个实施例，在其他的实施例中，可以只有延迟电路，也可以只有峰值调节电路。

如图4所示，给出了表征辅开关管续流时间的电压信号的产生电路，包括电流检测电路和电流源i1、开关s1和电容c2，所述电流源i1、开关s1和电容c2依次串联在电源的两端，所述电流检测电路连接所述开关s1的控制端。当电流检测电路检测到电感电流达到峰值电流时，所述开关s1闭合，所述电流源i1开始对电容c2进行充电，当电流检测电路检测到电感电流值为零时，开关s1断开，电流源i1停止对电容c2供电，此时电容c2上的电压即为表征辅开关管续流时间的电压信号vt1。

所述峰值调节电路包括比较器，所述比较器的一端接收第一参考电压vref1，所述比较器的另一端通过采样电阻采集开关电源的电感电流，所述比较器的输出端连接逻辑电路。当需要调高电感电流峰值时，调高第一参考电压vrefl，当需要调低电感电流峰值时，调低第一参考电压vref1。

此外，在图2所示的实施例中，将辅开关管续流时间t2和参考时间tref转化成电压信号进行比较，在其他的实施例中，也可以是直接进行时间比较等其他方式的比较，均在本发明的保护范围内。

本发明适用于隔离式和非隔离式开关的输出恒压控制，且在隔离式开关电源中，不需要辅助绕组或光耦进行等复杂的外围电路，可以直接进行原副边的信息传递，优势更加明显。

虽然以上将实施例分开说明和阐述，但涉及部分共通之技术，在本领域普通技术人员看来，可以在实施例之间进行替换和整合，涉及其中一个实施例未明确记载的内容，则可参考有记载的另一个实施例。

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。