控制电路、开关电源电路和控制方法与流程

1.本公开涉及电力电子技术，尤其是，涉及到功率转换器的控制电路及其控制方法、开关电源电路以及驱动控制方法。


背景技术：

2.开关电源具有易于控制、效率高、体积小、可靠性好等优点，被广泛应用于电视电源、手机充电器、led、工业仪表、电源适配器等设备上。在开关电源中，通过提高功率开关器件的开关频率可以带来诸多有益效果，例如可以降低开关电源的音频噪声、提高动态响应速度，且开关频率的提升也有助于减小电路的体积和重量，因此，提高开关频率是开关电源技术发展的一个重要方向。但是，由于开关电源的功率开关器件并不是理想的开关器件，开关频率的提高会带来更大的开关损耗。
3.为了在实现更高的工作频率的同时减少开关损耗，可以采用准谐振控制技术。工作在准谐振模式下的开关电源在检测到功率开关器件两端的电压为零电压或低电压时导通功率开关器件，从而减少开关损耗，且准谐振控制技术也有利于弱化电磁干扰(electromagnetic interference，可简称为emi)信号。
4.以反激式架构的开关电源为例，传统的准谐振控制技术通常会设置屏蔽时间t
blk
和谷底检测窗口时间tw。其中，屏蔽时间t
blk
可以被设置为固定值，并起始于原边的功率管的导通时刻，屏蔽时间t
blk
的结束时刻对应于谷底检测窗口时间tw的起始时刻，谷底检测窗口时间tw的结束时刻可以对应于下一屏蔽时间t
blk
的起始时刻。
5.驱动控制器用于向功率管提供开关控制信号，从而控制功率管的导通和关断。在功率管被导通后，开关电源的输入电压对变压器励磁电感充磁，并在变压器中存储能量；在功率管被关断后，开关电源的输入电压不再向变压器充磁，变压器中存储的能量转移到输出电容上用以补充输出电容的电压跌落；当变压器中的能量释放完毕之后，在功率管的漏极出现振荡电压，即功率管的漏源电压可以出现波峰和波谷。
6.在屏蔽时间t
blk
内，驱动控制器不允许再次导通功率管。而在各谷底检测窗口时间tw内，驱动控制器检测功率管的漏源电压v
ds
，以便在在谷底检测窗口时间内第一次检测到漏源电压v
ds
振荡至谷底之时或之后将功率管导通，从而开启功率管的下一导通阶段和下一屏蔽时间t
blk
。
7.然而，上述传统的准谐振控制技术虽然能够实现谷底导通，但随着开关电源输出功率或其它参数的改变，变压器在功率管被关断后消耗能量的速度可能会发生变化，导致漏源电压开始振荡的时间出现偏移。若屏蔽时间t
blk
为固定值，则漏源电压可能会在屏蔽时间t
blk
内或谷底检测窗口时间tw内开始振荡，驱动控制器可能会在振荡开始后的不同谷底处导通功率管，因此无法实现谷底“锁定”，即，对于任一输出功率，驱动控制器不能保证始终在振荡开始后的第x个谷底处导通功率管(x为固定值且为大于0的自然数)，即使在开关电源的稳态下，功率管的导通时刻也可能在相邻谷底间周期性地来回切换。由于相邻谷底之间存在着一个谐振周期的间隔，这一缺陷将可能导致开关周期出现大幅度变化(即“跳谷
底”现象)，使得开关频率不稳定、开关电源抗电磁干扰性能较差。特别是在手机快充产品等应用中，若开关电源采用传统准谐振技术而不“锁定”谷底，则在手机充电时对手机进行操作容易引起手机屏幕的“鬼手”现象(即，出现用户无法控制且不期望的点击或滑动等操作)。
8.因此，期待对开关电源的准谐振控制技术进行优化，以实现谷底锁定。


技术实现要素：

9.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种新的准谐振控制技术，可以实现谷底锁定以及对各输入输出规格的自适应调整，从而在适配于多种输入输出规格的同时避免出现“跳谷底”现象，提升了效率和抗电磁干扰的性能。
10.第一方面，本公开提供了一种功率转换器的控制电路，包括：采样单元，用于对所述功率转换器的输入电压、输出电压和输出电流进行采样，以获得多个采样信号；谷底锁定控制器，与所述采样单元电连接，并根据所述多个采样信号自适应地选定与当前输入输出规格匹配的最适配谷底；以及驱动控制器，与所述谷底锁定控制器电连接以获得所述最适配谷底，以便于在所述功率转换器退磁结束后的所述最适配谷底处导通所述功率转换器的功率管。
11.在一些优选的实施例中，所述谷底锁定控制器根据所述多个采样信号的值确定相应的适配谷底编号nf，所述最适配谷底由所述适配谷底编号表征，nf为大于0的自然数。
12.在一些优选的实施例中，所述谷底锁定控制器包括：函数构建单元，基于所述多个采样信号中的一个或多个构建降频函数，所述降频函数的自变量对应所述多个采样信号之一，因变量对应有利于所述功率转换器的效率的适配开关周期；以及适配单元，根据所述降频函数及其自变量对应的所述采样信号的值确定所述适配开关周期，并根据所述适配开关周期确定相应的所述适配谷底编号nf，以使所述适配开关周期的时长被限定在第nf个谷底对应的开关周期与第nf±
1个谷底对应的开关周期之间。
13.在一些优选的实施例中，所述函数构建单元根据表征所述输出电压的采样信号和表征所述输入电压的采样信号建立所述降频函数，所述降频函数的自变量对应于所述输出电流的采样信号的值，所述适配单元将表征所述输出电流的采样信号的值代入所述降频函数以确定所述适配开关周期和所述适配谷底编号。
14.在一些优选的实施例中，所述函数构建单元根据表征所述输入电压的采样信号和表征所述输出电流的采样信号建立所述降频函数，所述降频函数的自变量对应于所述输出电压的采样信号的值，所述适配单元将表征所述输出电压的采样信号的值代入所述降频函数以确定所述适配开关周期和所述适配谷底编号。
15.在一些优选的实施例中，所述函数构建单元根据表征所述输出电压的采样信号和表征所述输出电流的采样信号建立所述降频函数，所述降频函数的自变量对应于所述输入电压的采样信号的值，所述适配单元将表征所述输入电压的采样信号的值代入所述降频函数以确定所述适配开关周期和所述适配谷底编号。
16.在一些优选的实施例中，所述适配单元适于：根据所述功率转换器中变压器的初级线圈的电感值、所述变压器的初级线圈与次级线圈之间的匝数比、所述输入电压、所述输出电压、流经所述功率管的电流峰值以及退磁结束后的谐振周期，确定各谷底对应的开关
周期。
17.在一些优选的实施例中，所述谷底锁定控制器还适于：在稳态下，根据所述多个采样信号的值调整相应的适配谷底编号。
18.在一些优选的实施例中，所述采样单元包括：输入电压采样模块，用于获得表征所述输入电压的采样信号；输出电压采样模块，用于获得表征所述输出电压的采样信号；以及输出电流采样模块，用于获得表征所述输出电流的采样信号。
19.在一些优选的实施例中，所述控制电路还包括辅助线圈，其与所述功率转换器中变压器的初级线圈耦合，所述采样单元还包括第一分压结构，用于对所述辅助线圈两端的电压进行分压以获得辅助分压信号，以便于所述输入电压采样模块、所述输出电压采样模块、所述输出电流采样模块中的一个或多个根据所述辅助分压信号获得相应的所述采样信号。
20.在一些优选的实施例中，所述输入电压采样模块适于：在所述功率管的导通阶段内对所述辅助分压信号进行采样，以获得表征所述输入电压的采样信号。
21.在一些优选的实施例中，所述输出电压采样模块适于：在退磁结束时对所述辅助分压信号进行采样保持，以获得表征所述输出电压的采样信号。
22.在一些优选的实施例中，所述输出电流采样模块适于：根据所述辅助分压信号获得退磁时间相对于开关周期的退磁占空比，并根据所述退磁占空比和变压器原边电流采样电阻峰值电压采样值相乘获得表征所述输出电流的采样信号。
23.在一些优选的实施例中，表征所述输出电流的采样信号选自以下之一：所述退磁占空比与所述变压器原边电流采样电阻峰值电压采样值的乘积结果，该乘积结果与预设系数的乘积；对所述乘积结果信号进行低通滤波处理后得到的滤波结果，该滤波结果与预设系数的乘积。
24.在一些优选的实施例中，所述预设系数正比于所述变压器中初级线圈和次级线圈之间的匝数比，并反比于变压器原边电流采样电阻的阻值。
25.在一些优选的实施例中，所述输出电流采样模块包括：变压器原边电流采样电阻的电压峰值采样保持电路，对所述功率管与所述变压器原边电流采样电阻的连接节点的电压进行峰值采样，以获得所述峰值采样电压；退磁占空比提取电路，根据所述辅助分压信号获得所述退磁时间，并根据所述退磁时间与所述开关周期之比获得所述退磁占空比；乘法器，用于计算获得所述退磁占空比与所述峰值采样电压的乘积，以便输出所述乘积结果信号；以及输出电路，根据所述乘积结果信号提供表征所述输出电流的采样信号。
26.在一些优选的实施例中，所述输入电压采样模块适于：对所述变压器中次级线圈两端的电压进行分压以获得副边分压信号，并在所述功率管的导通阶段内对所述副边分压信号进行采样以获得表征所述输入电压的采样信号。
27.在一些优选的实施例中，所述输出电压采样模块包括第二分压结构，所述第二分压结构对所述输出电压进行分压，以获得表征所述输出电压的采样信号。
28.在一些优选的实施例中，所述输出电流采样模块包括第二采样电阻，所述功率转换器的输出电流依次流经串联连接的负载和所述第二采样电阻，所述第二采样电阻与所述负载的连接节点处提供表征所述输出电流的采样信号。
29.第二方面，本公开提供了一种功率转换器的控制方法，包括：对所述功率转换器的
输入电压、输出电压和输出电流进行采样，以获得多个采样信号；根据所述多个采样信号自适应地选定与当前输入输出规格匹配的最适配谷底；以及在所述功率转换器退磁结束后的所述最适配谷底处导通所述功率转换器的功率管。
30.在一些优选的实施例中，根据所述多个采样信号自适应地选定与当前输入输出规格匹配的最适配谷底的步骤包括：根据所述多个采样信号的值确定相应的适配谷底编号nf，所述最适配谷底由所述适配谷底编号表征，nf为大于0的自然数。
31.在一些优选的实施例中，根据所述多个采样信号的值确定相应的适配谷底编号nf的步骤包括：基于所述多个采样信号中的一个或多个构建降频函数，所述降频函数的自变量对应所述多个采样信号之一，因变量对应有利于所述功率转换器的效率的适配开关周期；以及根据所述降频函数及其自变量对应的所述采样信号的值确定所述适配开关周期，并根据所述适配开关周期确定相应的所述适配谷底编号nf，以使所述适配开关周期的时长被限定在第nf个谷底对应的开关周期与第nf±
1个谷底对应的开关周期之间。
32.在一些优选的实施例中，基于所述多个采样信号中的一个或多个构建降频函数的步骤包括：根据表征所述输出电压的采样信号和表征所述输入电压的采样信号建立所述降频函数，所述降频函数的自变量对应于所述输出电流的采样信号的值，所述输出电流的采样信号的值用于被代入所述降频函数以确定所述适配开关周期和所述适配谷底编号。
33.在一些优选的实施例中，基于所述多个采样信号中的一个或多个构建降频函数的步骤包括：根据表征所述输入电压的采样信号和表征所述输出电流的采样信号建立所述降频函数，所述降频函数的自变量对应于所述输出电压的采样信号的值，所述输出电压的采样信号的值用于被代入所述降频函数以确定所述适配开关周期和所述适配谷底编号。
34.在一些优选的实施例中，基于所述多个采样信号中的一个或多个构建降频函数的步骤包括：根据表征所述输出电压的采样信号和表征所述输出电流的采样信号建立所述降频函数，所述降频函数的自变量对应于所述输入电压的采样信号的值，所述输入电压的采样信号的值用于被代入所述降频函数以确定所述适配开关周期和所述适配谷底编号。
35.在一些优选的实施例中，根据所述降频函数及其自变量对应的所述采样信号的值确定所述适配开关周期的步骤包括：根据所述功率转换器中变压器的初级线圈的电感值、所述变压器的初级线圈与次级线圈之间的匝数比、所述输入电压、所述输出电压、流经所述功率管的电流峰值以及退磁结束后的谐振周期，确定各谷底对应的开关周期。
36.在一些优选的实施例中，根据所述多个采样信号的值确定相应的适配谷底编号nf的步骤还包括：在稳态下，根据所述多个采样信号的值调整相应的适配谷底编号。
37.在一些优选的实施例中，对所述功率转换器的输入电压、输出电压和输出电流进行采样的步骤包括：根据与所述功率转换器中变压器的初级线圈耦合的辅助线圈的两端电压获得辅助分压信号；在所述功率管的导通阶段内对所述辅助分压信号进行采样，以获得表征所述输入电压的采样信号；在退磁结束时对所述辅助分压信号进行采样保持，以获得表征所述输出电压的采样信号；根据所述辅助分压信号获得退磁时间相对于开关周期的退磁占空比，并根据所述退磁占空比和变压器原边电流采样电阻峰值电压采样值相乘获得表征所述输出电流的采样信号。
38.在一些优选的实施例中，表征所述输出电流的采样信号选自以下之一：所述退磁占空比与所述变压器原边电流采样电阻峰值电压采样值的乘积结果，该乘积结果与预设系
数的乘积；对所述乘积结果信号进行低通滤波处理后得到的滤波结果，该滤波结果与预设系数的乘积。
39.在一些优选的实施例中，所述预设系数正比于所述变压器中初级线圈和次级线圈之间的匝数比，并反比于变压器原边电流采样电阻的阻值。
40.在一些优选的实施例中，对所述功率转换器的输入电压、输出电压和输出电流进行采样的步骤包括：对所述变压器中次级线圈两端的电压进行分压以获得副边分压信号，并在所述功率管的导通阶段内对所述副边分压信号进行采样以获得表征所述输入电压的采样信号；对所述输出电压进行分压，以获得表征所述输出电压的采样信号；利用与负载串联连接的第二采样电阻，采用所述第二采样电阻与所述负载的连接点处提供的信号表征所述输出电流的采样信号。
41.第三方面，本公开还提供了一种开关电源电路，包括整流桥、功率转换器以及控制电路，所述整流桥对交流输入信号进行整流以产生输入电压，以便于所述功率转换器对所述输入电压进行转换而产生输出电压和作用于负载的输出电流，其中，所述控制电路包括：采样单元，用于对所述输入电压、所述输出电压和所述输出电流进行采样，以获得多个采样信号；谷底锁定控制器，与所述采样单元电连接，并根据所述多个采样信号自适应地选定与当前输入输出规格匹配的最适配谷底；以及驱动控制器，与所述谷底锁定控制器电连接以获得所述最适配谷底，以便于在所述功率转换器退磁结束后的所述最适配谷底处导通所述功率转换器的功率管。
42.第四方面，本公开还提供了一种驱动控制方法，通过控制功率转换器中功率管的导通和关断，基于输入电压向负载提供输出电压和输出电流，所述驱动控制方法包括：对所述输入电压、所述输出电压和所述输出电流进行采样，以获得多个采样信号；根据所述多个采样信号自适应地选定与当前输入输出规格匹配的最适配谷底；以及在所述功率转换器退磁结束后的所述最适配谷底处导通所述功率管。
43.本公开提供的功率转换器的控制电路和控制方法、开关电源电路以及驱动控制方法可以基于表征输入电压、输出电压和输出电流的各采样信号自适应地选定与当前输入输出规格最适配的谷底，进而在最适配的谷底处导通功率管，从而不论输出功率处于上升阶段或处于下降阶段，相同输入输出规格即对应相同的开关频率，实现了对多种输入输出规格的自适应和谷底锁定，在利用准谐振控制技术降低开关功耗的同时，提升了效率，避免出现“跳谷底”现象，减弱了电磁干扰的影响。
附图说明
44.通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。
45.图1示出采用传统的准谐振控制技术的反激式开关电源电路中功率管两端的端电压v
ds
随时间t的变化波形示意图；
46.图2示出本公开实施例的一种开关电源电路的结构示意图；
47.图3示出本公开实施例的采样单元和谷底锁定控制器的一种结构示意图；
48.图4示出本公开实施例中辅助分压信号随时间的变化波形示意图；
49.图5示出本公开实施例的一种示例性的输出电流采样模块220的结构示意图；
50.图6a至6c分别示出本公开实施例的谷底锁定控制器的示意性结构框图；
51.图7示出本公开实施例的函数构建单元在不同的输入电压、输出电压下计算获得的适配开关频率随输出电流的变化曲线示意图；
52.图8示出本公开实施例的开关电源电路的开关频率和适配开关频率随输出电流的变化曲线示意图；
53.图9示出本公开实施例的采样单元和谷底锁定控制器的又一种结构示意图。
具体实施方式
54.以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。
55.如无特殊说明，本公开所述的“关断时间”、“导通时间”、“开关周期”、“屏蔽时间”、“谷底检测窗口时间”等表述均表示相应阶段及其对应时间长度。
56.在本公开的描述中，各线圈的符号同时也可表示该线圈的电感值。例如初级线圈lp的电感值在公式中表示为lp，次级线圈ls的电感值在公式中表示为ls，辅助线圈la的电感值在公式中表示为la。同样的，各电阻的符号同时可表示该电阻的电阻值。例如，第一采样电阻r
cs1
的电阻值在公式中表示为r
cs1
。
57.在本公开的描述中，“采样”通常指获得用于表征某信号的采样信号的过程，例如可以指代依据时序对模拟信号值进行采样的过程，也可以指代利用无源器件获得表征模拟信号的信号值的过程，还可能指代获得某模拟信号的峰值的过程，等等。本领域技术人员可根据本公开的描述判断“采样”所指代的过程，而不会影响对本发明的理解。
58.本公开实施例适用于各种类型的隔离型开关电源电路(例如采用包括初级线圈和次级线圈的变压器)，其架构包括但不限于反激式架构的开关电源电路等。
59.下面是一些术语解释。
60.反激式架构的开关电源电路(flyback switching power supply)：是指当功率管导通时，即变压器的初级线圈被直流电压激励时，变压器充当电感以将电能转化为磁能，从而积蓄能量；当功率管关断时，变压器将磁能转化为电能，从而释放能量；变压器的次级线圈在功率管导通阶段没有向负载提供功率输出，而仅在功率管被关断后(即，停止向变压器的初级线圈提供直流电压激励后)，次级线圈才会向负载提供功率输出。
61.退磁：是指变压器的磁芯恢复到磁中性状态的过程，即变压器的磁通复位的过程。在功率管的导通阶段t
on
，变压器的初级线圈受到电流的激励，因此也被称之为励磁线圈/励磁绕组/励磁电感；而变压器的次级线圈也可称为退磁线圈/退磁绕组/退磁电感，其在功率管的关断阶段t
off
会产生感应电动势，从而产生退磁电流以释放能量，退磁电流会对变压器的磁芯起到退磁作用以使变压器的磁通完全复位，且退磁电流在此期间逐渐减小。退磁时间t
dem
即为退磁电流由最大值逐渐降低至0的时间，次级线圈的退磁电流降低至0的时间点即为退磁结束时刻。
62.断续导通模式(discontinuous current mode，简称为dcm)：表示电感的励磁时间和退磁时间之和等于或近似于开关周期，也就是说，在功率管的开关周期内，退磁结束时刻之后原边的电感(例如包括初级线圈)往往会和一些寄生电容产生谐振(即交替产生峰顶和谷底)，使得功率管的第一端与第二端之间的端电压v
ds
发生振荡，因此这段时间也可称为振
荡时间t
os
。与初级线圈产生谐振的寄生电容例如为功率管的输出寄生电容coss，振荡时间内各谐振周期t
res
例如可以表示为：
[0063][0064]
其中lp表示变压器的初级线圈的电感。
[0065]
准谐振(quasi-resonant，可简称为qr)控制技术：可用于断续导通模式，其在振荡时间内选择在功率管的端电压v
ds
谐振至谷底时导通功率管，从而在功率管的端电压v
ds
达到零电压/低电压时导通功率管，能够降低功率管的开关损耗、改善开关电源电路的效率、降低电磁干扰噪声。
[0066]
图1示出采用传统的准谐振控制技术的反激式开关电源电路中功率管两端的端电压v
ds
随时间t的变化波形示意图。其中y为大于/等于1的正整数，i为大于/等于1的正整数，k为大于i的正整数。
[0067]
如图1所示，传统的准谐振控制技术通常预先设置两个时间参数：屏蔽时间t
blk
以及谷底检测窗口时间tw(未示出)。其中，屏蔽时间t
blk
为固定值，并起始于原边的功率管的导通时刻(例如为ti、tk)，屏蔽时间t
blk
的结束时刻对应于谷底检测窗口时间tw的起始时刻，谷底检测窗口时间tw的结束时刻可以对应于下一屏蔽时间t
blk
的起始时刻。
[0068]
在功率管被导通后的屏蔽时间内，即使端电压v
ds
开始振荡并到达谷底，功率管也不会被再次导通。也就是说，功率管仅会在屏蔽时间后的谷底检测窗口时间tw内的第一个谷底处被导通。
[0069]
由以上分析，在稳态时若电路能锁定在某个稳定的谷底导通时，则有以下方程成立：
[0070][0071]
上式方程中v
out
、i
out
分别为输出电压输出电流，n为变压器原副边匝比，η为整机效率，f
sw
为开关周期，i
pk
为变压器原边电流峰值，nf为锁定的谷底序号。当屏蔽时间t
blk
为一固定时间时，对于一些特定的输出负载端，以上方程是无解的：即无法找到一个固定的nf，使之满足上述方程。因此，电路在负反馈闭环控制的作用下，为了保证输出电压的平稳，必然会调节导通的谷底，造成谷底跳变现象。在传统的qr控制中，由于屏蔽时间t
blk
不变，调节导通的谷底是通过调节原边电流峰值i
pk
实现的。
[0072]
如图1所示，在第y个开关周期中，屏蔽时间的结束时刻出现在振荡时间内的第一个谷底之前，因此功率管可以在该开关周期的第一个谷底处被导通；随着电路的运行，例如在第y+i个开关周期中，屏蔽时间的结束时刻ti+t
blk
可能出现振荡时间的第一个谷底之后，因此功率管将会在振荡开始后的第二个谷底处被导通；而在第y+k个开关周期中，屏蔽时间的结束时刻tk+t
blk
可能又会在该开关周期的第一个谷底之前到来，则功率管会在振荡开始后的第一个谷底处导通。因此，功率管可能会在各开关周期中相邻次序的两个谷底处导通，无法实现谷底“锁定”，即，对于相同输入输出规格，功率管不能保证始终在振荡开始后的第
nf个谷底处被导通(nf为固定值且为大于0的自然数)，即使在稳态下，功率管的导通时刻也可能在相邻谷底间来回切换，这种现象称之为“跳谷底”现象。
[0073]
由于相邻谷底之间存在着一个谐振周期的间隔，“跳谷底”现象将导致开关频率出现大幅度变化，使得开关频率不稳定、产生人耳可听的噪音，不利于开关电源电路抗电磁干扰的性能。并且，基于传统的准谐振控制技术，当开关电源电路由空载逐渐升功率至某一输出功率时对应的谷底位置与电路由满载逐渐降功率至相同输出功率时对应的谷底导通位置不一定是相同的，会出现相同输出功率对应不同的谷底导通位置的现象，即，相同输出功率下的开关频率不一致，这也不利于效率的提升。
[0074]
本公开旨在提出一种新的准谐振控制技术，其根据当前的输入输出规格自适应地确定适配的谷底，并在该谷底处导通功率管，从而实现谷底“锁定”，能够在相同输入输出规格的稳态下保证开关频率的稳定，避免出现“跳谷底”现象，有利于提升抗电磁干扰的性能和整机效率。尤其是在要求开关电源电路提供多种输出电压规格的手机快充等应用中，本公开实施例可以更好地适配于各种输入输出规格，在保证输入输出规格对应相同开关频率的前提下保证效率。
[0075]
本发明可以各种形式呈现，以下将以反激式架构的开关电源电路为例描述本公开的一些示例。
[0076]
图2示出本公开实施例的开关电源电路的结构示意图。
[0077]
如图2所示，开关电源电路10包括：整流桥bd0、功率管m0、驱动控制器100、变压器(至少包括原边的初级线圈lp和副边的次级线圈ls)、第一采样电阻r
cs1
以及续流二极管d0。此外，开关电源电路10还可包括输入电容cin以及输出电容cout。其中，功率管m0、变压器以及续流二极管也可视为包含在开关电源电路的功率转换器中，该功率转换器用于将整流桥提供的输入电压v
in
转换为输出电压v
out
以及作用于负载的输出电流i
out
。
[0078]
其中，整流桥bd0的输入端接收交流输入信号v
ac
，正输出端提供输入电压v
in
，负输出端接地。输入电容cin连接在整流桥bd0的正输出端和负输出端之间，可用于对输入电压v
in
进行滤波。开关电源电路10的第一输出端和第二输出端之间提供输出电压v
out
以向连接在第一输出端和第二输出端之间的负载(图中由阻抗z
load
表示负载)供电。输出电容cout连接在开关电源电路10的第一输出端和第二输出端之间，且开关电源电路10的第一输出端与续流二极管d0的阴极连接、第二输出端经次级线圈ls连接至续流二极管d0的阳极。
[0079]
如上所述，变压器除了用于实现原边和副边的电隔离，还具有储存能量和释放能量的作用。
[0080]
功率管m0的第一端经初级线圈lp连接至整流桥bd0的正输出端，第二端经由第一采样电阻r
cs1
连接至地，从而功率管m0与第一采样电阻r
cs1
的连接节点提供采样电压v
cs
，采样电压v
cs
表征流经功率管m0的电流，对采样电压v
cs
进行峰值采样可以获得表征流经功率管m0的电流峰值的峰值采样电压v
cs(peak)
，因此采样电压v
cs
也可用于推算原边回路的峰值电流i
pk
和副边回路的输出电流i
out
。
[0081]
作为示例，功率管m0例如为场效应晶体管(field-effect transistor，简称为fet)，其第一端和第二端例如分别为漏极和源极，其控制端例如为栅极，本公开所述的功率管的端电压例如为漏源电压v
ds
。在一些实施例中，功率管m0可以是金属-氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，简称为mosfet)。
[0082]
功率管m0的控制端接收驱动控制器100提供的开关控制信号v
ctl
，开关控制信号v
ctl
通常具有脉宽调制(pulse width modulation，简称为pwm)波形，其电平状态在高电平状态和低电平状态之间来回转换，使得功率管m0在开关控制信号v
ctl
的作用下交替地被导通、关断。在功率管m0的导通阶段，变压器在输入电压v
in
的作用下蓄能，电流串联流过初级线圈lp、功率管m0以及第一采样电阻r
cs1
，此时功率管m0两端(第一端和第二端)的电压近似于0；而在功率管m0的关断阶段内，变压器经续流二极管d0向负载所在的副边回路释放能量，从而保证输出电压v
out
的电压值维持在一定范围内。
[0083]
在本公开实施例中，如图2所示，开关电源电路10还包括采样单元200和谷底锁定控制器300。其中，采样单元200用于获得多个采样信号，分别表征输入电压v
in
、输出电压v
out
和副边的输出电流i
out
。谷底锁定控制器300与采样单元200电连接以接收各采样信号，并根据这些采样信号生成表征适配谷底编号nf的谷底指示信号，使得驱动控制器100在振荡开始后的第nf个谷底处导通功率管m0，该适配谷底编号nf选定为最有利于整机效率的谷底对应的谷底对应的编号。这里nf对应的十进制数值为大于等于1的自然数。
[0084]
为了在第nf个谷底处导通功率管m0，驱动控制器100例如可以包括谷底计数器和导通控制单元。其中，谷底计数器用于对振荡开始后出现的谷底进行计数以获得谷底计数值，导通控制单元在谷底计数值等于适配谷底编号nf对应的数值之时或之后的一段固定延时t
delay
的结束时刻导通功率管m0并对谷底计数值清零。固定延时t
delay
例如等于1/4倍的谐振周期t
res
。
[0085]
图3示出本公开实施例的采样单元和谷底锁定控制器的一种结构示意图。图3示出的采样单元200和谷底锁定控制器300例如应用于图2示出的开关电源电路10中，也可以应用于采用准谐振控制技术的其它拓扑结构的开关电源电路中。
[0086]
作为示例，如图2和3所示，开关电源电路10中的变压器还可以包括辅助线圈la，因此采样单元200可以利用辅助线圈la而采用原边采样的方式获得各采样信号。
[0087]
例如，采样单元200包括第一分压结构，其包括串联在辅助线圈la的两端(正端和负端)之间的第一电阻ra1和第二电阻ra2，辅助线圈la的负端接地，从而第一电阻ra1和第二电阻ra2对辅助线圈la两端的电压进行分压，第一电阻ra1和第二电阻ra2相连的中间节点处提供辅助分压信号v
dem
。该辅助分压信号v
dem
可用于推导出输入电压v
in
、输出电压v
out
以及输出电流i
out
。
[0088]
图4示出本公开实施例中辅助分压信号随时间的变化波形示意图。
[0089]
在功率管m0的导通时间t
on
内，如图4所示，由于初级线圈lp两端的电势等于输入电压v
in
，因此辅助线圈la两端之间的电压等于其中np、na分别为变压器原边绕组和辅助绕组的匝数，所以可以在m0导通期间采样v
dem
电压，此时得到的采样电压可表征输出电压的大小。
[0090]
在功率管m0的关断时刻，次级线圈ls开始产生退磁电流，辅助线圈la两端之间的电压瞬间上升，此时辅助分压信号v
dem
上升至该开关周期内的最大值。
[0091]
在退磁时间t
dem
内，辅助线圈la逐渐释放能量，辅助分压信v
dem
随之逐渐降低，并在退磁结束时刻开始振荡。因此，采样单元200可以进一步根据辅助分压信号v
dem
获得退磁指示信号s
dem
，该退磁指示信号s
dem
在退磁时间t
dem
内为第一电平状态(例如为高电平)，在非退
磁时间内为第二电平状态(例如为低电平)。由于输出电流i
out
主要由退磁过程产生，因此利用该退磁指示信号s
dem
相对于开关周期t
sw
的退磁占空比d
dem
可以计算出输出电流i
out
。
[0092]
在振荡时间t
os
内，辅助分压信号v
dem
随功率管m0的端电压v
ds
发生振荡，谷底锁定控制器300根据采样单元200提供的各采样信号计算获得适配谷底编号nf(例如对应十进制数值1,2,3,4
…
)，则在输入电压、输出电压和输出电流不变的稳态下，驱动控制器100会在每次振荡开始后的第nf个谷底处或第nf个谷底之后的固定延时t
delay
结束时刻将功率管m0导通，从而实现稳态下的谷底锁定，即，对应相同的输入输出规格，功率管会在相同编号的谷底的触发下导通，防止“跳谷底”现象的发生，并有利于提升相同输入输出规格对应的效率。
[0093]
在一些示例中，如图3所示，采样单元200可以包括输出电流采样模块220，用于根据辅助分压信号v
dem
和采样电压v
cs
生成第一采样信号v
io(fb)
。第一采样信号v
io(fb)
可以表征副边的输出电流i
out
。
[0094]
图5示出本公开实施例的一种示例性的输出电流采样模块220的结构示意图。图5示出的输出电流采样模块220可以应用于图3和/或图2示出的采样单元200中，用于向谷底锁定控制器300提供表征输出电流i
out
的第一采样信号v
io(fb)
。
[0095]
如图5所示，输出电流采样模块220可以包括峰值采样保持电路221、退磁占空比提取电路222、乘法器223以及输出电路224。
[0096]
其中，峰值采样保持电路221对采样电压v
cs
进行峰值采样得到峰值采样电压v
cs(peak)
，v
cs(peak)
可表征流经功率管的电流峰值i
pk
。峰值采样电压v
cs(peak)
与电流峰值i
pk
的关系可以表达为：
[0097]vcs(peak)
＝i
pk
*r
cs1
ꢀꢀꢀ
(2)
[0098]
对于反激式架构的开关电源电路10而言，当开关电源电路10工作于断续导通模式时，输出电流i
out
可表示为：
[0099][0100]
式(3)中n
p
、ns分别为变压器的初级线圈lp和次级线圈ls的匝数，且为常数。t
dem
表征变压器的退磁时间，t
sw
表征功率管m0的开关周期，如图4所示。
[0101]
图5所示的退磁占空比提取电路222根据辅助分压信号v
dem
获得退磁占空比d
dem
，计算公式例如为下式(4)：
[0102][0103]
在一些示例中，退磁占空比提取电路222例如可以先根据辅助分压信号v
dem
获得退磁指示信号s
dem
(如图4所示)，再根据退磁指示信号检测退磁占空比d
dem
。
[0104]
图5所示的乘法器223与峰值采样保持电路221和退磁占空比提取电路222分别电连接，并根据峰值采样保持电路221提供的峰值采样电压v
cs(peak)
和退磁占空比提取电路222提供的退磁占空比d
dem
计算得到峰值采样电压与退磁占空比的乘积结果v
io(cal)
：
[0105]vio(cal)
＝d
dem
*v
cs(peak)
ꢀꢀꢀ
(5)
[0106]
联立式(2)(3)(4)(5)可得：
[0107][0108]
上式中n
p
，ns和r
cs1
都为常数，由此可知图3中乘法器223的乘积结果v
io(cal)
与输出电流i
out
呈正比例关系，正比例系数(预设系数)正比于初级线圈和次级线圈之间的匝数比，并反比于第一采样电阻r
cs1
的阻值。
[0109]
在一些可选的示例中，为了滤除叠加在乘积结果v
io(cal)
上的噪声及毛刺，输出电路224可以对乘积结果v
io(cal)
进行低通滤波处理，以获得处理后的滤波结果v
io(filter)
，输出电路224提供的第一采样信号v
io(fb)
，可以选自以下之一：乘积结果v
io(cal)
、滤波结果v
io(filter)
、乘积结果与滤波结果之一与预设系数的乘积，因此，基于上述理由，第一采样信号v
io(fb)
可以表征输出电流i
out
。
[0110]
在一些示例中，如图3所示，采样单元200可以包括输出电压采样模块230，用于根据辅助分压信号v
dem
生成第二采样信号v
out(fb)
。第二采样信号v
out(fb)
可以表征输出电压v
out
。
[0111]
采用变压器原边采样方式时，由于无法直接采样输出电压v
out
的电压值，因此可以对辅助线圈la在退磁结束时刻的电压进行采样，该电压可以用来表征输出电压v
out
。
[0112]
例如，在退磁指示信号s
dem
的时序控制下，输出电压采样模块230可以在辅助线圈la退磁结束时对辅助分压信号v
dem
进行采样保持，得到第二采样信号v
out(fb)
。第二采样信号v
out(fb)
与输出电压v
out
之间的关系可表达为：
[0113][0114]
其中，na表示辅助线圈la的匝数。由于na，ns，r
a1
，r
a2
都为常数，所以采样得到的电压值v
out(fb)
与输出电压v
out
是呈正比例关系的。因此，输出电压采样模块230提供的第二采样信号v
out(fb)
可以表征输出电压v
out
的电压值。
[0115]
在一些示例中，如图3所示，采样单元200可以包括输入电压采样模块240，用于生成表征输入电压v
in
的第三采样信号v
in(fb)
。
[0116]
输入电压采样模块240可以采用各种方式对输入电压v
in
进行采样。
[0117]
例如，输入电压采样模块240可以直接与整流桥bd0的正输出端相连接，以便于对输入电压v
in
进行电阻分压后采样获得第三采样信号v
in(fb)
。
[0118]
又例如，在开关控制信号v
ctl
的时序控制下，输入电压采样模块240可以在功率管m0的导通阶段对辅助分压信号v
dem
进行采样，以获得第三采样信号v
in(fb)
。第三采样信号v
in(fb)
与输入电压v
in
的关系为：
[0119][0120]
从式(8)可知，由于na，n
p
，r
a1
，r
a2
均为常数，采样得到的第三采样信号v
in(fb)
的电压值与输入电压v
in
是呈正比例关系的。
[0121]
由以上可知，采用变压器原边采样方式可以获得输入电压v
in
、输出电压v
out
及输出电流i
out
的采样信号。
[0122]
进一步地，如图3所示，表征输出电流的第一采样信号v
io(fb)
、表征输出电压的第二采样信号v
out(fb)
和表征输入电压的第三采样信号v
in(fb)
被采样单元200输入至谷底锁定控制器300，谷底锁定控制器300根据采样单元200提供的各采样信号进行逻辑计算，以生成表
征适配谷底编号nf的谷底指示信号。
[0123]
谷底锁定控制器300可以采用各种方式计算生成适配谷底编号nf。例如，谷底锁定控制器300可以根据采样单元200提供各采样信号的值确定适配开关周期t
sw(opt)
，并根据适配开关周期t
sw(opt)
确定适配谷底编号nf，使得功率管在适配谷底编号nf对应的谷底处被开通时的开关周期等于或接近适配开关周期t
sw(opt)
，从而有利于获得当前输入输出规格下最高的整机效率，实现对输入电压、输出电压和输出电流的自适应。
[0124]
作为示例，谷底锁定控制器300可以包括函数构建单元以及适配单元。其中，函数构建单元用于根据采样单元200提供的一个或多个采样信号构建相应的降频函数，该降频函数的因变量表征适配开关周期t
sw(opt)
，自变量为输入电压、输出电压和输出电流中的任一个，用于构建该降频函数的各采样信号表征输入电压、输出电压和输出电流中的另一个或另多个；适配单元基于采样单元200提供的对应于降频函数的自变量的采样信号以及函数构建单元所得的降频函数，确定降频函数的函数值以便获得当前输入输出规格下最有利于整机效率的适配开关周期t
sw(opt)
，并选择与该适配开关周期t
sw(opt)
匹配的适配谷底编号nf。
[0125]
函数构建单元既可以由数字电路实现，也可以由模拟电路实现。
[0126]
谷底锁定控制器300不仅可以在当前输入输出规格的稳态下确定适配谷底编号nf，还可以在输入输出规格发生改变后的稳态下重新根据各采样信号对降频函数进行调整而生成与变化后的输入输出规格相匹配的的适配谷底编号nf，从而实现谷底锁定的自适应控制。
[0127]
图6a至6c分别示出本公开实施例的谷底锁定控制器的示意性结构框图。
[0128]
作为一示例，如图6a所示，谷底锁定控制器300包括函数构建单元310以及适配单元320。
[0129]
其中，函数构建单元310被配置以适于：根据开关电源电路10的各项电路参数以及采样单元200提供的第二采样信号v
out(fb)
和第三采样信号v
in(fb)
的值构建降频函数g1，该降频函数g1的自变量为输出电流i
out
，因变量为适配开关周期t
sw(opt)
。
[0130]
例如，函数构建单元310可以根据表征输入电压的第三采样信号v
in(fb)
和表征输出电压的第二采样信号v
out(fb)
确定降频函数g1的一个或多个系数，使得降频函数g1随输出电流i
out
的变化曲线可用于确定适配开关周期t
sw(opt)
。在此示例中，降频函数g1以及适配开关周期t
sw(opt)
可以表示为：
[0131]
t
sw(opt)
＝g1(v
in(fb)
,v
out(fb)
,i
out
)
ꢀꢀꢀ
(9)
[0132]
式(9)描述的是：在输入电压v
in
与输出电压v
out
为稳态(即可以被稳定采样)的情况下，不同的输出电流i
out
对应的适配开关周期t
sw(opt)
可以由降频函数g1计算获得。降频函数g1的具体表达式应根据谷底锁定控制器300的实际外围设计来确定，此处直接用函数符号g1描述，不影响理解本发明。
[0133]
图7示出本公开实施例的函数构建单元在不同的输入电压、输出电压下计算获得的适配开关频率随输出电流的变化曲线示意图。其中，i
out(max)
表示开关电源电路10允许的最大输出电流，适配开关频率f
sw(opt)
＝1/t
sw(opt)
。
[0134]
如图7所示，在输入电压v
in
＝v
in1
、输出电压v
out
＝v
out1
的情况下，函数构建单元310确定相应的降频函数g1(如图7实线所示的曲线g11)，其表示出在此情况下适配开关频率fsw(opt)
随输出电流i
out
的变化，即，在开关电源电路10的输出电流i
out
确定的情况下，可以根据该降频函数g1和/或曲线g11确定相应的适配开关频率f
sw(opt)
。
[0135]
而在输入电压v
in
＝v
in2
、输出电压v
out
＝v
out2
的情况下，函数构建单元310确定相应的降频函数g1(如图7虚线所示的曲线g12)，其表示出在此情况下适配开关频率f
sw(opt)
随输出电流i
out
的变化，即，在开关电源电路10的输出电流i
out
确定的情况下，可以根据该降频函数g1和/或曲线g12确定相应的适配开关频率f
sw(opt)
。
[0136]
由图7可以看出，基于上述降频函数g1，谷底锁定控制器300可以根据输入电压v
in
、输出电压v
out
以及输出电流i
out
自适应地确定和调整功率管m0的适配开关频率f
sw(opt)
。开关电源电路10的开关频率f
sw
越趋近适配开关频率f
sw(opt)
，则越能获得更高的整机效率。
[0137]
作为示例，适配单元320根据采样单元200提供的余下的第一采样信号v
io(fb)
(表征输出电流i
out
)与式(9)所确定的降频曲线，选择最适配的谷底进行锁定。最适配的谷底是指，各谷底(例如为振荡开始后的第1～m个谷底，m为大于/等于2的自然数)中，能保证进行谷底锁定控制后的开关周期t
sw
与式(9)确定的适配开关周期t
sw(opt)
最接近的谷底，最适配的谷底对应的编号为适配谷底编号nf(大于/等于1，且小于/等于m)，该适配谷底编号nf例如通过下式约束确定：
[0138][0139]
上式中l
p
表示变压器的初级线圈的电感值；n＝n
p
/ns表示变压器的初级线圈与次级线圈之间的匝数之比；i
pk
表示原边电流峰值；t
res
表示退磁结束后的谐振周期，c
oss
表征原边的初级线圈的负端对地的电容(例如包括功率管m0的输出电容)。
[0140]
由式(10)可获得适配谷底编号nf的值，以使当前输入输出规格下降频函数g1确定的适配开关周期t
sw(opt)
的时长被限定在第nf个谷底对应的开关周期与第(nf+1)个谷底对应的开关周期之间。在另一些替代的实施例中，也可将降频函数g1确定的适配开关周期t
sw(opt)
的时长限定在第(n
f-1)个谷底对应的开关周期与第nf个谷底对应的开关周期之间。
[0141]
适配谷底编号nf指示了需要被锁定的最适配的谷底的编号，使得驱动控制器100可以根据谷底锁定控制器300提供的谷底指示信号(表征适配谷底编号nf)进行谷底锁定，以便于在最适配的谷底处导通功率管m0，从而开关电源电路10的开关频率可以达到稳定而避免出现谷底跳频现象。
[0142]
图8示出本公开实施例的开关电源电路的开关频率和适配开关频率随输出电流的变化曲线示意图。
[0143]
从图8可知，进行谷底锁定后，开关电源电路10的开关频率f
sw
是在相应的适配开关频率f
sw(opt)
附近变化的，即开关频率f
sw
随输出端电流的变化曲线在相应的降频曲线附近变化。该开关频率f
sw
与i
out
相关联，不论输出功率处于上升阶段或处于下降阶段，相同的输入输出规格即对应相同的开关频率，实现了对各输入输出规格分别进行谷底锁定，在利用准谐振控制技术降低开关功耗的同时，提升了效率，避免出现“跳谷底”现象，减弱了电磁干扰的影响。
[0144]
由前文可知，表征输入电压的第三采样信号v
in(fb)
、表征输出电压的第二采样信号v
out(fb)
及表征输出电流的第一采样信号v
io(fb)
是互相独立对等的，可以相互转换。因此，作
为另一示例，用于选择适配谷底编号的降频函数不仅可以表示为式(9)描述的降频函数g1，还可以表示为由第三采样信号v
in(fb)
和第一采样信号v
io(fb)
构建的降频函数g2，即：
[0145]
t
sw(opt)
＝g2(v
in(fb)
,v
io(fb)
,v
out
)
ꢀꢀꢀ
(11)
[0146]
式(11)中，v
out
作为自变量，适配开关周期t
sw(opt)
作为因变量，第三采样信号v
in(fb)
和第一采样信号v
io(fb)
的值用于确定降频函数g2中相应的系数。式(11)描述的是：在输入电压v
in
与输出电流i
out
为稳态(即可以被稳定采样)的情况下，不同的输出电压v
out
对应的适配开关周期t
sw(opt)
可以由降频函数g2计算获得。降频函数g2的具体表达式应根据谷底锁定控制器300的实际外围设计来确定，此处直接用函数符号g2描述，不影响理解本发明。
[0147]
结合图6b，函数构建单元310根据开关电源电路10的各项电路参数以及采样单元200提供的第三采样信号v
in(fb)
和第一采样信号v
io(fb)
的值构建降频函数g2，从而降频函数g2随输出电压v
out
的变化曲线可用于确定适配开关周期t
sw(opt)
。
[0148]
适配单元320根据采样单元200提供的余下的第二采样信号v
out(fb)
(表征输出电压v
out
)与式(11)确定的降频曲线和/或降频函数g2，可以选择出最适配的谷底进行锁定：各谷底中，若对应的开关周期t
sw
更趋近于当前输出电压v
out
(由第二采样信号v
out(fb)
表征)基于降频函数g2确定的适配开关周期t
sw(opt)
，则该谷底为更适配的谷底。最适配的谷底即为各谷底(例如为振荡开始后的第1～m个谷底，m为大于/等于2的自然数)中，对应的开关周期t
sw
最接近于降频函数g2确定的适配开关周期t
sw(opt)
的谷底。最适配的谷底对应的编号为适配谷底编号nf(大于/等于1，且小于/等于m)，该适配谷底编号nf的值例如通过下式来选取：
[0149][0150]
由式(12)可获得适配谷底编号nf的值，以使当前输入输出规格下降频函数g2确定的适配开关周期t
sw(opt)
的时长被限定在第nf个谷底对应的开关周期与第(nf+1)个谷底对应的开关周期之间。在另一些替代的实施例中，也可将降频函数g2确定的适配开关周期t
sw(opt)
的时长限定在第(n
f-1)个谷底对应的开关周期与第nf个谷底对应的开关周期之间。
[0151]
适配谷底编号nf指示了需要被锁定的最适配的谷底的编号，使得驱动控制器100可以根据谷底锁定控制器300提供的谷底指示信号(表征适配谷底编号nf)进行谷底锁定，以便于在最适配的谷底处导通功率管m0，从而开关电源电路10的开关频率可以达到稳定而避免出现谷底跳频现象。
[0152]
作为又一示例，降频函数还可以表示为由表征输出电压的第二采样信号v
out(fb)
和表征输出电流的第一采样信号v
io(fb)
确定的降频函数g3，即：
[0153]
t
sw(opt)
＝g3(v
out(fb)
,v
io(fb)
,v
in
)
ꢀꢀꢀ
(13)
[0154]
式(13)中，v
in
是作为自变量，适配开关周期t
sw(opt)
作为因变量，第二采样信号v
out(fb)
和第一采样信号v
io(fb)
的值用于确定降频函数g3中相应的系数。式(13)描述的是：在输出电流i
out
与输出电压v
out
为稳态(即可以被稳定采样)的情况下，不同的输入电压v
in
对应的适配开关周期t
sw(opt)
可以由降频函数g3计算获得。降频函数g3的具体表达式应根据谷底锁定控制器300的实际外围设计来确定，此处直接用函数符号g3描述，不影响理解本发明。
[0155]
结合图6c，函数构建单元310根据开关电源电路10的各项电路参数以及采样单元200提供的第一采样信号v
io(fb)
和第二采样信号v
out(fb)
的值构建降频函数g3，从而降频函数g3随输入电压v
in
的变化曲线可用于确定适配开关周期t
sw(opt)
。
[0156]
适配单元320根据采样单元200提供的余下的第三采样信号v
in(fb)
(表征输出电压vin
)与式(13)确定的降频曲线和/或降频函数g3，可以选择出最适配的谷底进行锁定：各谷底中，若对应的开关周期t
sw
更趋近于当前输入电压v
in
(由第三采样信号v
in(fb)
表征)基于降频函数g3确定的适配开关周期t
sw(opt)
，则该谷底为更适配的谷底。最适配的谷底即为各谷底(例如为振荡开始后的第1～m个谷底，m为大于/等于2的自然数)中，对应的开关周期t
sw
最接近于降频函数g3确定的适配开关周期t
sw(opt)
的谷底。最适配的谷底对应的编号为适配谷底编号nf(大于/等于1，且小于/等于m)，该适配谷底编号nf的值例如通过下式来选取：
[0157][0158]
由式(14)可获得适配谷底编号nf的值，以使当前输入输出规格下降频函数g3确定的适配开关周期t
sw(opt)
的时长被限定在第nf个谷底对应的开关周期与第(nf+1)个谷底对应的开关周期之间。在另一些替代的实施例中，也可将降频函数g3确定的适配开关周期t
sw(opt)
的时长限定在第(n
f-1)个谷底对应的开关周期与第nf个谷底对应的开关周期之间。
[0159]
适配谷底编号nf指示了需要被锁定的最适配的谷底的编号，使得驱动控制器100可以根据谷底锁定控制器300提供的谷底指示信号(表征适配谷底编号nf)进行谷底锁定，以便于在最适配的谷底处导通功率管m0，从而开关电源电路10的开关频率可以达到稳定而避免出现谷底跳频现象。
[0160]
由以上各实施例可知，本公开各实施例将表征输入电压、输出电压和输出电流的各采样信号v
in(fb)
、v
out(fb)
及v
io(fb)
作为谷底锁定控制电路300的输入信号，使得谷底锁定控制器300可以自适应地选定与当前输入输出规格最适配的谷底，进而驱动控制器100可以在最适配的谷底处导通功率管，从而不论输出功率处于上升阶段或处于下降阶段，相同输入输出规格即对应相同的开关频率，实现了对各输入输出规格的谷底锁定和自适应，在利用准谐振控制技术降低开关功耗的同时，提升了效率，避免出现“跳谷底”现象，减弱了电磁干扰的影响。
[0161]
上述各实施例仅为本公开的一些可能的实施例，即，本公开实施例不限于此。
[0162]
例如，图9示出本公开实施例的采样单元和谷底锁定控制器的又一种结构示意图。图9示出的采样单元200和谷底锁定控制器300例如应用于图2示出的开关电源电路10中，也可以应用于采用准谐振控制技术的其它拓扑结构的开关电源电路中。
[0163]
作为示例，如图2和9所示，开关电源电路10中的变压器可以不包括辅助线圈，相应地，采样单元200可以采用副边采样的方式获得各采样信号。
[0164]
在一些示例中，如图9所示，采样单元200包括输出电流采样模块220，用于生成表征输出电流i
out
的第一采样信号v
io(fb)
。
[0165]
输出电流采样模块220例如可以包括串联连接在开关电源电路10的第二输出端与输出电容cout之间的第二采样电阻r
cs2
，输出电流i
out
流经第二采样电阻r
cs2
，从而第二采样电阻r
cs2
与开关电源电路10的第二输出端相连的一端可以提供表征输出电流i
out
的第一采样信号v
io(fb)
。
[0166]
在一些示例中，如图9所示，采样单元200可以包括输出电压采样模块230，用于生成表征输出电压v
out
的第二采样信号v
out(fb)
。
[0167]
输出电压采样模块230例如可以由第二分压结构实现，其可包括串联在开关电源电路10的第一输出端与地之间的第三电阻rb1和第四电阻rb2，从而第三电阻rb1和第四电阻rb2对输出电压v
out
进行分压，第三电阻rb1和第四电阻rb2相连的中间节点处提供第二采
样信号v
out(fb)
。
[0168]
在一些示例中，如图9所示，采样单元200可以包括输入电压采样模块240，用于生成表征输入电压v
in
的第三采样信号v
in(fb)
。
[0169]
输入电压采样模块240可以采用各种方式对输入电压v
in
进行采样。
[0170]
例如，输入电压采样模块240可以由采样电路241和第三分压结构实现。
[0171]
第三分压结构包括串联在续流二极管d0的阳极(提供副边节点电压v
d0
)与地之间的第五电阻rd1和第六电阻rd2，从而第五电阻rd1和第六电阻rd2对副边节点电压v
d0
进行分压，第五电阻rd1和第六电阻rd2相连的中间节点处提供副边分压信号v
d1
。
[0172]
在开关控制信号v
ctl
的时序控制下，采样电路241可以在功率管m0的导通阶段内对副边分压信号v
d1
进行采样，以获得表征输入电压v
in
的第三采样信号v
in(fb)
。
[0173]
基于变压器的初级线圈与次级线圈之间的关系特性，副边节点电压v
d0
在原边的功率管导通期间可以表征输入电压v
in
，因此，在功率管的导通阶段获得的第三采样信号v
in(fb)
可以表征原边的输入电压v
in
，即：
[0174][0175]
进一步地，与上述各实施例相同或相似，表征输出电流的第一采样信号v
io(fb)
、表征输出电压的第二采样信号v
out(fb)
和表征输入电压的第三采样信号v
in(fb)
被采样单元200输入至谷底锁定控制器300，谷底锁定控制器300根据采样单元200提供的各采样信号进行逻辑计算，以生成表征适配谷底编号nf的谷底指示信号。
[0176]
谷底锁定控制器300可以采用上述各种方式计算生成适配谷底编号nf，并提供表征该适配谷底编号nf的谷底指示信号至驱动控制器100，在此不再赘述。
[0177]
相比于图3示出的实施例，采用副边采样方式，用于获得第一采样信号v
io(fb)
的输出电流采样模块220以及用于获得第二采样信号v
out(fb)
的输出电压采样模块230不需要在时序的控制下对特定阶段的信号进行采样，因此可以节省时序电路，且无需额外的辅助线圈，结构更为简单，因此相比之下具有较低的成本和较低的设计难度。
[0178]
需要说明的是，虽然图9示出的采样单元200采用副边采样的方式获得输入电压、输出电压和输出电流的采样信号，但在开关电源电路10包含辅助线圈的条件下，图9示出的输出电流采样模块220、输出电压采样模块230以及输入电压采样模块240中的一个或多个也可以应用于图3示出的实施例中，从而采样单元200可以采用原边采样和副边采样相结合的方式获得输入电压、输出电压和输出电流的采样信号。
[0179]
综上所述，本公开各实施例基于表征输入电压、输出电压和输出电流的各采样信号自适应地选定与当前输入输出规格最适配的谷底，进而在最适配的谷底处导通功率管，从而不论输出功率处于上升阶段或处于下降阶段，相同输入输出规格即对应相同的开关频率，实现了对各输入输出规格的自适应和谷底锁定，在利用准谐振控制技术降低开关功耗的同时，提升了效率，避免出现“跳谷底”现象，减弱了电磁干扰的影响。
[0180]
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要
素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0181]
依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。