开关控制电路及开关电源系统的制作方法

本实用新型属于电子电路技术领域，具体涉及一种开关控制电路及开关电源系统。

背景技术：

图1为一个低位buck电路拓扑示意图，低位buck电路包含一个低位开关Q，通过控制开关Q的导通和关断，控制流过负载LED的电流来驱动LED。当开关Q导通时，电源、LED、电感L和开关Q形成电流通路，电流上升。当开关Q关断时，LED、电感L和二极管D形成电流通路，电流下降。一般通过消磁检测电路10检测电感L电流下降到零值的信号，获得ZCD(零电流检测)信号，在ZCD信号来临时，开关Q导通。当流过开关Q的电流满足条件时，即检测信号FB满足预定条件时，开关Q关断。这种控制方式可称为临界电流模式(BCM)，也可称为准谐振控制；在其它一些开关电路拓扑(如隔离反激式电源拓扑)中也存在类似的控制方式。

图2为一低位buck电路的控制波形图；图2的波形图对应上述控制方式，波形分别对应电感电流IL、开关Q的控制信号gate、ZCD信号。但是，有时候由于ZCD信号的误触发，可能会导致在开关Q关断之后的短时间之内导通，使得在电感电流IL尚未到零值就误导通，而不是在电感电流IL变成零值时导通(见图2中的虚线)，使得系统进入连续电流模式(CCM)，输出失去控制。

因此，需要采取措施防止这种过早导通。一种控制方式是在开关控制信号Gate由高电平变为低电平后，设置一固定时间长度的消隐时间(如图3所示)。在这段时间内，开关将不会被误导通。然而，当系统存在干扰时，特别是针对隔离式反激电源这种拓扑，或者多路电源并联相互干扰存在时，或输入电压变化较大时，通过设置固定时间的消隐时间在很多时候(例如频率过低时)往往不能起到很好的作用。

由此可见，现有的开关控制电路的适应性不强，不能适用于多种不同场合。例如不同的输入输出电压的场合，或一些存在干扰的场合，若电感电流下降阶段较长，可能造成消隐时间过短，无法避免在电流较大时即进入CCM模式，使输出失去控制。对于电感电流下降阶段较短的场合，消隐时间短会延长开关导通点的触发，使系统性能变差。

此外，现有的开关控制电路在系统工作环境复杂的场合(如系统EMC干扰强烈或多路电源并联时)，也存在相似问题，通过设置固定时间的消隐时间在很多时候(例如频率过低时)往往在关断后较早阶段即不能发挥作用，使得在较早阶段进入CCM模式，让输出失去控制。

有鉴于此，如今迫切需要设计一种开关控制方式，以便克服现有控制方式存在的上述缺陷。

技术实现要素：

本实用新型提供一种开关控制电路及开关电源系统，可实现对输出的稳定控制。

为解决上述技术问题，根据本实用新型的一个方面，采用如下技术方案：

一种开关控制电路，所述开关控制电路包括：

导通时间控制电路，用以生成控制开关导通的第一控制信号；

关断时间控制电路，用以生成控制开关关断的第二控制信号；

逻辑电路，包括：

-第一输入端，连接所述导通时间控制电路的输出端；

-第二输入端，连接所述关断时间控制电路的输出端；

-输出端，输出用来控制开关导通和关断的开关控制信号gate至开关；所述逻辑电路在本次开关关断时长达到上一周期关断时长的预定比例后，才能输出控制开关导通的开关控制信号gate。

作为本实用新型的一种实施方式，所述开关控制电路还包括第三控制信号生成电路；

所述第三控制信号生成电路的输入端连接开关控制信号gate；

所述第三控制信号生成电路的输出端连接逻辑电路，向逻辑电路输出第三控制信号。

作为本实用新型的一种实施方式，所述关断时间控制电路的输出端连接逻辑电路，向逻辑电路发送零电流检测信号ZCD；

所述开关控制电路还包括与门，与门的第一输入端连接零电流检测信号ZCD，与门的第二输入端连接所述第三控制信号，与门的输出端连接所述逻辑电路。

作为本实用新型的一种实施方式，所述第三控制信号生成电路包含一锁频电路，锁频电路的接收端连接所述开关控制信号gate，锁频电路的输出端连接所述逻辑电路。

作为本实用新型的一种实施方式，所述第三控制信号生成电路作为关断时间控制电路的一部分；所述关断时间控制电路包括第二逻辑电路、锁频电路和与门；

所述第二逻辑电路的输入端连接消磁检测电路的输出端，第二逻辑电路的输出端输出零电流检测信号ZCD至与门的输入端；

所述锁频电路的输入端连接所述开关控制信号gate，锁频电路的输出端连接与门的输入端；所述与门的输出端连接所述逻辑电路。

作为本实用新型的一种实施方式，所述逻辑电路包括触发器，所述导通时间控制电路包括误差放大器、补偿网络和导通时间调制电路；

所述导通时间调制电路的输出端连接触发器的复位端R，所述关断时间控制电路的输出端连接触发器的置位端S。

作为本实用新型的一种实施方式，所述导通时间控制电路包括误差放大器、补偿网络和导通时间调制电路；误差放大器、补偿网络、导通时间调制电路依次连接；

所述误差放大器的反相输入端连接电流反馈信号，误差放大器的正相输入端连接阈值信号Vth，误差放大器将电流反馈信号FB与阈值信号Vth的误差进行放大；

所述误差放大器的输出端连接补偿网络，将放大后的信号输出至补偿网络；

所述补偿网络接收误差放大器放大后的信号，并生成补偿信号，将生成的补偿信号发送至所述导通时间调制电路；

所述导通时间调制电路用于将补偿电路产生的补偿信号和锯齿波信号进行比较，将比较后的结果输出至所述逻辑电路。

作为本实用新型的一种实施方式，所述导通时间控制电路包括一比较电路，在输出电流反馈信号FB碰触一阈值电压时所述逻辑电路包含的触发器置位，开关关断。

一种开关电源系统，所述开关电源系统包括开关电路，以及上述的开关控制电路；

所述开关电路包括开关和电感，开关控制电路通过控制开关的导通和关断对电感中的电流进行控制，进而控制负载中的电流。

作为本实用新型的一种实施方式，所述开关电路为低位buck电路，低位降压升压电路，反激式电压变换电路，升压电路中的任意一个。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型提出的开关控制电路及开关电源系统，可使消隐时间不再固定，可以在不同的场合(例如不同的输入电压Vin，或不同的输出电流需求)，或者系统不稳定时自适应调节开关导通点的时间，可以将相邻开关周期控制得更加稳定，有效避免开关周期突变和电感电流在较早阶段进入CCM模式，实现对输出的稳定控制。

附图说明

图1为现有低位buck电路的拓扑示意图。

图2为现有低位buck电路的控制波形示意图。

图3为现有低位buck电路设置消隐时间的控制波形示意图。

图4为本实用新型一实施例中开关电源系统的开关电路的电路示意图。

图5为本实用新型一实施例中开关控制电路的电路示意图。

图6为本实用新型一实施例中开关电路为低位buck电路的电路示意图。

图7为本实用新型一实施例中开关控制电路的电路示意图。

图8为本实用新型一实施例中开关控制电路的补偿网络的电路示意图。

图9为本实用新型一实施例中开关控制电路的控制波形示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的优选实施例。

为了进一步理解本实用新型，下面结合实施例对本实用新型优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本实用新型的特征和优点，而不是对本实用新型权利要求的限制。

该部分的描述只针对几个典型的实施例，本实用新型并不仅局限于实施例描述的范围。相同或相近的现有技术手段与实施例中的一些技术特征进行相互替换也在本实用新型描述和保护的范围内。

说明书中的“耦接”或连接既包含直接连接，也包含间接连接，如通过一些有源器件、无源器件或电传导媒介进行的连接。“多个”指两个或两个以上。

图4为本实用新型一实施例中开关电路的电路示意图，图5为本实用新型一实施例中开关控制电路的电路示意图。如图4、图5所示，开关电路2包括开关管；本实用新型开关控制电路1包括：导通时间控制电路11、关断时间控制电路13、逻辑电路15。

导通时间控制电路11用以生成控制开关导通的第一控制信号；关断时间控制电路13用以生成控制开关关断的第二控制信号。

逻辑电路15包括第一输入端、第二输入端、输出端，第一输入端连接所述导通时间控制电路的输出端；第二输入端连接所述关断时间控制电路的输出端。逻辑电路15根据导通时间控制电路11、关断时间控制电路13的输出信号生成开关控制信号gate，输出端输出用来控制开关导通和关断的开关控制信号gate至开关，控制开关的导通和关断。所述逻辑电路15在本次开关关断时长达到上一周期关断时长的预定比例后，才能输出控制开关导通的开关控制信号gate。“才能”表示被允许，而不表示是否立即执行后续动作。

在本实用新型的一实施例中，所述开关控制电路还包括第三控制信号生成电路；所述第三控制信号生成电路的输入端接收所述开关控制信号gate，获取上一周期开关关断时长。所述第三控制信号生成电路的输出端连接逻辑电路15，向逻辑电路15输出第三控制信号，以控制逻辑电路输出的开关控制信号gate的状态。在本次开关关断时长达到上一周期关断时长的预定比例后，第三控制信号生成电路才向逻辑电路15发送允许开关导通的第三控制信号，逻辑电路15才能输出控制开关导通的开关控制信号gate。

在本实用新型的一实施例中，所述关断时间控制电路的输出端连接逻辑电路，向逻辑电路发送零电流检测信号ZCD；所述开关控制电路还可以包括与门，与门的第一输入端连接零电流检测信号ZCD，与门的第二输入端连接所述第三控制信号，与门135的输出端连接所述逻辑电路15(可结合图7，图7中，第三控制信号生成电路为锁频电路133)。

在本实用新型的一实施例中，请继续参阅图5，所述第三控制信号生成电路包含一锁频电路133，锁频电路133的接收端连接所述开关控制信号gate，锁频电路133的输出端连接所述逻辑电路15。锁频电路133接收所述开关控制信号gate，从而获取上一周期开关的关断时间，以此获取上一周期开关关断时长。所述锁频电路133基于上一周期的开关关断时长生成第三控制信号，在本次开关关断时长达到上一周期关断时长的预定比例后才向逻辑电路15发送允许开关导通的第一状态(如高电平)的第三控制信号；当开关导通时，所述锁频电路133将第三控制信号的电平控制为不同于第一状态的第二状态(如低电平)，第二状态为当开关关断后不允许触发开关导通的状态。

图6为本实用新型一实施例中低位buck电路的电路示意图；请参阅图6，在本实用新型的一实施例中，开关电路为低位buck电路，低位buck电路包括开关管Q、电感L。当然，开关电路也可为其它拓扑，比如低位降压升压电路(buck-boost)、反激式电压变换电路(flyback)、升压电路(boost)等等。

图7为本实用新型一实施例中开关控制电路的电路示意图；请参阅图7，在本实用新型的一实施例中，所述导通时间控制电路11包括误差放大器111、补偿网络113和导通时间调制电路115；误差放大器111、补偿网络113、导通时间调制电路115依次连接。所述误差放大器111的反相输入端连接电流反馈信号，误差放大器111的正相输入端连接阈值信号Vth，误差放大器111将电流反馈信号FB与阈值信号Vth的误差进行放大。所述误差放大器111的输出端连接补偿网络113，将放大后的信号输出至补偿网络113。补偿网络113接收误差放大器111放大后的信号，并生成补偿信号Vc，将生成的补偿信号发送至所述导通时间调制电路115。所述导通时间调制电路115用于将补偿电路113产生的补偿信号Vc和锯齿波信号M进行比较(如图8所示)，将比较后的结果输出至所述逻辑电路15。图8为本实用新型一实施例中开关控制电路的补偿网络和导通时间调制电路115的电路示意图；请参阅图8，在本实用新型的一实施例中，补偿网络113包括电容C。

在本实用新型的另一实施例中，所述导通时间控制电路11包括一比较电路，当输出电流反馈信号FB碰触一阈值电压时，所述逻辑电路包含的触发器置位，开关关断。

请继续参阅图7，在本实用新型的一实施例中，所述第三控制信号生成电路作为关断时间控制电路13的一部分(第三控制信号生成电路可以为锁频电路133)；所述关断时间控制电路13包括第二逻辑电路131、锁频电路133和与门135。所述第二逻辑电路131的输入端连接消磁检测电路137的输出端，基于消磁检测电路137输出的信号生成零电流检测信号ZCD，并将零电流检测信号ZCD输出至与门135的输入端。整个消磁检测电路137或消磁检测电路137的一部分可位于开关控制电路内(整个消磁检测电路137或消磁检测电路137的一部分可以作为开关控制电路的一部分)；或者，消磁检测电路也可位于开关控制电路外(整个消磁检测电路137也可以不属于开关控制电路的一部分而独立设置)。在本实用新型的一实施例中，消磁检测电路137输出的消磁检测信号在电感电流为零时输出高电平、在电感电流不为零时为低电平，该逻辑电路检测消磁检测信号的上升沿，来产生ZCD脉冲信号。所述锁频电路133的输入端连接所述开关控制信号gate，锁频电路133的输出端连接与门135的输入端；所述与门135的输出端连接所述逻辑电路15。

在本实用新型的一实施例中，所述逻辑电路15包括触发器151；所述导通时间调制电路115的输出信号输入至触发器151的复位端R(所述导通时间调制电路的输出端连接触发器的复位端R)，所述关断时间控制电路13的输出信号输入至触发器151的置位端S(所述关断时间控制电路的输出端连接触发器的置位端S)，触发器151用于生成开关控制信号(PWM或gate)。

在本实用新型的一实施例中，所述锁频电路用以输出锁频信号A；开关控制信号gate只能在锁频信号A为有效值状态才能升高，切换到开关导通状态。

在本实用新型的一实施例中，所述锁频电路在满足本次开关关断时长T1≥K*T0后，控制锁频信号A为有效值状态；其中，K为设定常数(例如可以选择为80～95％之间的数值，当然也可以是其他数值)，T0为开关上一周期关断时长。

在本实用新型的一实施例中，在锁频信号A为高电平状态期间，若零电流检测信号ZCD出现高电平脉冲，与门135输出高电平脉冲，触发器151置位，所述逻辑电路控制开关控制信号gate由低变高，用于导通开关，电感电流IL开始上升；在开关控制信号gate由低变高时，所述锁频电路控制锁频信号A变为低电平。

图9为本实用新型一实施例中开关控制电路的控制波形示意图；请参阅图9，在本实用新型的一实施例中，锁频信号A的有效值出现在开关控制信号gate关断时期T0、T1、T2的后半部分。开关控制信号gate只能在锁频信号A为有效值状态才能升高，切换到开关导通状态。锁频信号A有效值的开始时间t1与gate上一周期T0时间长度相关。从T1周期开始时计时，t1＝K*T0，其中K为常数，例如K可以选择80～95％之间的数值。锁频信号A为开关控制信号gate的相反信号，以及对应上一周期关断时间长度与比例K乘积而产生信号的“与”信号。

在锁频信号A为高电平状态期间，零电流检测信号ZCD出现高电平脉冲，则开关控制信号gate由低变高，用于导通开关，电感电流IL开始上升。当开关控制信号gate由低变高时，锁频信号A变为低电平。

由于开关频率较高，在很快的时间内即可自适应调节锁频信号的起始时间t1，有效避免在较早阶段受误触发影响而导通开关管Q，有效避免开关在电感电流下降的较早阶段就进入CCM模式。从而使得输出稳定。

本实用新型揭示一种开关电源系统，所述开关电源系统包括开关电路以及开关控制电路；图4为本实用新型一实施例中开关电路的电路示意图，图5为本实用新型一实施例中开关控制电路的电路示意图。如图4、图5和图6所示，所述开关电路2包括开关和电感，开关控制电路1通过控制开关Q的导通和关断对电感中的电流进行控制，进而控制负载中的电流。

图6为本实用新型一实施例中低位buck电路的电路示意图；请参阅图6，在本实用新型的一实施例中，开关电路为低位buck电路，低位buck电路包括开关Q、电感L。当然，开关电路也可为其它拓扑，比如低位降压升压电路(buck-boost)、反激式电压变换电路(flyback)、升压电路(boost)等等。

开关控制电路1的具体组成可参见以上关于开关控制电路的描述，这里不再赘述。

本实用新型揭示一种开关控制方法，包括：

接收控制开关导通的开关控制信号gate，获取上一周期开关关断时长；

判断本次开关关断时长是否达到上一周期关断时长的预定比例，如果达到，逻辑电路才能允许输出控制开关导通的开关控制信号gate。

在本实用新型的一实施例中，所述开关控制方法包括：

利用第三控制信号生成电路接收控制开关导通的开关控制信号gate，从而获取上一周期开关关断时长；

判断本次开关关断时长是否达到上一周期关断时长的预定比例，如果达到，第三控制信号生成电路向逻辑电路发送允许开关导通的第三控制信号；

逻辑电路结合零电流检测信号ZCD及第三控制信号的状态，输出相应的开关控制信号gate。

以上各个步骤中的具体过程，可参见以上有关开关控制电路组成部分的描述(特别是介绍有关图7至图9的相关部分)，在介绍开关控制电路组成时已详细介绍了具体的控制流程，这里不再赘述。

综上所述，本实用新型提出的开关控制电路及开关电源系统，可使消隐时间不再固定，可以在不同的场合(例如不同的输入电压Vin，或不同的输出电流需求)，或者系统不稳定时自适应调节开关导通点的时间，可以将相邻开关周期控制得更加稳定，有效避免开关周期突变和电感电流在较早阶段进入CCM模式，实现对输出的稳定控制。

这里本实用新型的描述和应用是说明性的，并非想将本实用新型的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本实用新型的精神或本质特征的情况下，本实用新型可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本实用新型范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。