开关电源及其控制电路的制作方法

1.本发明涉及开关电源技术领域，具体地，涉及一种开关电源及其控制电路。


背景技术：

2.原边控制的开关电源可以采用变压器的辅助绕组获得与输出电压相关的反馈信号，因而可以节省用于将反馈信号从副边反馈至原边的光耦及精密电压源等电子元件，简化信号反馈路径。原边控制的开关电源容易形成模块化和小型化的集成电路，已经广泛地用于手机、平板电脑和便携式媒体播放器等电子数码产品的各种充电电源中，以及用于驱动发光二极管(led)的供电电源中。
3.然而，现有的开关电源控制过程中，将辅助绕组采样的信号通过误差放大器放大，然后采用模拟控制技术对频率和电流峰值进行控制，存在着控制电路复杂、补偿元器件面积太大、元器件数量多以及控制电路只能针对特定环路等缺点，不利于开关电源的小型化和集成化应用。


技术实现要素：

4.鉴于上述内容，本发明的目的在于提供一种开关电源及其控制电路，将数字控制和模拟控制结合到一起，优化控制方式，实现性能和成本优化。
5.根据本发明的第一方面，提供一种开关电源的控制电路，包括：退磁检测模块，根据表征输出电压的电压反馈信号获得开关电源的退磁时间；控制模块，根据所述退磁时间、时钟信号以及开关管的驱动信号分时输出电流峰值信号和斜坡信号，在开关管导通期间，所述控制模块输出所述电流峰值信号；在开关管关断期间，所述控制模块输出所述斜坡信号；导通信号产生模块，对所述电压反馈信号进行采样保持得到第一采样信号，根据所述第一采样信号与基准电压产生误差信号，以及根据所述误差信号和所述斜坡信号产生导通信号；关断信号产生模块，根据表征流经开关管电流的电流采样信号和所述电流峰值信号产生关断信号。
6.优选地，在开关管关断期间，所述斜坡信号至少具有一段斜率。
7.优选地，在开关管关断期间，所述斜坡信号包括多段斜率，其中，所述斜坡信号从初始电压或预设电压以不同的斜率下降形成多段斜率；所述斜坡信号向上翻折至预设电压形成折叠斜率。
8.优选地，所述斜坡信号在第一段斜率和所述折叠斜率之间存在多段过渡斜率。
9.优选地，所述开关电源的开关频率至少包括最大开关频率、折叠频率以及中间频率，其中，最大开关频率为开关电源的最高开关频率，折叠频率为所述斜坡信号向上翻折至预设电压时对应的开关频率，中间频率在最大开关频率和折叠频率之间。
10.优选地，所述控制模块为数字控制模块，采用数字控制方式分时产生所述斜坡信号和所述电流峰值信号。
11.优选地，所述控制模块包括：数字控制单元，根据所述退磁时间、时钟信号以及开
关管的驱动信号分时输出数字斜坡信号和数字电流峰值信号；数模转换器，对所述数字斜坡信号和所述数字电流峰值信号进行数模转换以分时输出所述斜坡信号和所述电流峰值信号。
12.优选地，所述控制电路还包括：阈值切换模块，接收第一阈值电压和第二阈值电压，并根据切换信号输出第一阈值电压或第二阈值电压作为所述基准电压。
13.优选地，所述控制电路还包括：第三比较器，与所述控制模块连接，根据所述斜坡信号与参考电压产生所述切换信号。
14.优选地，当所述斜坡信号大于所述参考电压时，所述阈值切换模块输出所述第一阈值电压作为所述基准电压；当所述斜坡信号等于所述参考电压时，所述阈值切换模块根据所述切换信号输出所述第二阈值电压作为所述基准电压，其中，所述第一阈值电压小于所述第二阈值电压。
15.优选地，所述控制模块根据时钟信号和预设时间产生切换信号。
16.优选地，当所述时钟信号的计数周期未达到预设时间时，所述阈值切换模块输出所述第一阈值电压作为所述基准电压；当所述时钟信号的计数周期达到预设时间时，所述阈值切换模块输出所述第二阈值电压作为所述基准电压。
17.优选地，所述控制模块根据所述切换信号输出所述第一阈值电压或所述第二阈值电压作为所述基准电压。
18.优选地，所述控制电路还包括：第三比较器，与所述控制模块连接，根据所述斜坡信号与参考电压产生所述切换信号。
19.优选地，当所述斜坡信号大于所述参考电压时，所述控制模块输出所述第一阈值电压作为所述基准电压；当所述斜坡信号等于所述参考电压时，所述控制模块根据所述切换信号输出所述第二阈值电压作为所述基准电压，其中，所述第一阈值电压小于所述第二阈值电压。
20.优选地，当所述基准电压为所述第一阈值电压时，所述控制模块控制所述斜坡信号从初始电压逐渐降低；当所述基准电压从所述第一阈值电压切换至所述第二阈值电压时，所述控制模块控制所述斜坡信号向上翻折至预设电压后逐渐降低。
21.优选地，所述导通信号产生模块包括：采样保持模块，对所述电压反馈信号采样保持得到第一采样信号；误差放大器，与所述采样保持模块连接，根据所述第一采样信号和所述基准电压产生误差信号；第一比较器，分别与所述误差放大器和所述数模转换器连接，根据所述误差信号和所述斜坡信号产生恒压导通信号。
22.优选地，所述导通信号产生模块根据所述恒压导通信号产生导通信号。
23.优选地，所述控制模块与所述采样保持模块连接，控制采样保持模块在退磁时间内对所述电压反馈信号进行采样。
24.优选地，所述关断信号产生模块包括：前沿消隐模块，接收表征流经开关管电流的电流采样信号，并对所述电流采样信号在开关管导通瞬间产生的毛刺进行消隐；第二比较器，与所述前沿消隐模块和所述数模转换器连接，根据所述电流采样信号和所述电流峰值信号产生关断信号。
25.优选地，所述关断信号产生模块包括：第二比较器，接收表征流经开关管电流的电流采样信号，所述第二比较器与所述数模转换器连接，根据所述电流采样信号和所述电流
峰值信号产生关断信号。
26.优选地，所述控制电路还包括：振荡器，用于产生时钟信号。
27.优选地，所述控制模块还包括：恒流控制单元，根据所述退磁时间产生恒流导通信号。
28.优选地，所述控制模块还包括：恒流控制单元，根据所述退磁时间和所述电流峰值信号产生恒流导通信号。
29.优选地，所述导通信号产生模块根据恒压导通信号和所述恒流导通信号产生导通信号。
30.优选地，所述导通信号产生模块包括：第一采样保持模块，采样并保持所述电压反馈信号，输出第一采样信号；误差放大器，与所述采样保持模块和所述数模转换器连接，根据所述第一采样信号和所述基准电压产生误差信号；第一比较器，与所述误差放大器连接，根据所述误差信号和所述斜坡信号产生恒压导通信号；与门，与所述第一比较器和所述数字控制模块连接，根据所述恒压导通信号和所述恒流导通信号产生所述导通信号；第二采样保持模块，串联连接在误差放大器的输出端和接地端之间。
31.优选地，所述控制电路还包括：rs触发器，根据所述导通信号和所述关断信号产生开关控制信号；驱动模块，根据所述开关控制信号产生驱动信号。
32.优选地，所述开关管和控制电路集成在同一芯片上。
33.根据本发明的另一方面，提供一种开关电源，包括：主电路，所述主电路包括功率转换电路，用于将交流输入电压转变为直流输出电压；控制电路；其中，所述控制电路包括：退磁检测模块，根据表征输出电压的反馈信号获得开关电源的退磁时间；控制模块，根据所述退磁时间、时钟信号以及开关管的驱动信号，分时输出电流峰值信号和斜坡信号，在开关管导通期间，所述控制模块输出所述电流峰值信号；在开关管关断期间，所述控制模块输出所述斜坡信号；导通信号产生模块，对所述电压反馈信号进行采样保持得到第一采样信号，根据所述第一采样信号与基准电压产生误差信号，以及根据所述误差信号和所述斜坡信号产生导通信号；关断信号产生模块，根据表征流经开关管电流的电流采样信号和所述电流峰值信号产生关断信号。
34.优选地，在开关管关断期间，所述斜坡信号至少具有一段斜率。
35.优选地，在开关管关断期间，所述斜坡信号包括多段斜率，其中，所述斜坡信号从初始电压或预设电压以不同的斜率下降形成多段斜率；所述斜坡信号向上翻折至预设电压形成折叠斜率。
36.优选地，所述斜坡信号在第一段斜率和所述折叠斜率之间存在多段过渡斜率。
37.优选地，所述开关电源的开关频率至少包括最大开关频率、折叠频率以及中间频率，其中，最大开关频率为开关电源的最高开关频率，折叠频率为将所述斜坡信号向上翻折至预设电压时对应的开关频率，中间频率在最大开关频率和折叠频率之间。
38.优选地，所述控制模块为数字控制模块，采用数字控制方式分时产生所述斜坡信号和所述电流峰值信号。
39.优选地，所述控制模块包括：数字控制单元，根据所述退磁时间、时钟信号以及开关管的驱动信号分时输出数字斜坡信号和数字电流峰值信号；数模转换器，对所述数字斜坡信号和所述数字电流峰值信号进行数模转换以分时输出所述斜坡信号和所述电流峰值
信号。
40.优选地，所述控制电路还包括：阈值切换模块，接收第一阈值电压和第二阈值电压，并根据切换信号输出第一阈值电压或第二阈值电压作为所述基准电压。
41.优选地，所述控制电路还包括：第三比较器，与所述控制模块连接，根据所述斜坡信号与参考电压产生所述切换信号。
42.优选地，当所述斜坡信号大于所述参考电压时，所述阈值切换模块输出所述第一阈值电压作为所述基准电压；当所述斜坡信号等于所述参考电压时，所述阈值切换模块根据所述切换信号输出所述第二阈值电压作为所述基准电压，其中，所述第一阈值电压小于所述第二阈值电压。
43.优选地，所述控制模块根据时钟信号和预设时间产生切换信号。
44.优选地，当所述时钟信号的计数周期未达到预设时间时，所述阈值切换模块输出所述第一阈值电压作为所述基准电压；当所述时钟信号的计数周期达到预设时间时，所述阈值切换模块输出所述第二阈值电压作为所述基准电压。
45.优选地，所述控制模块根据切换信号产生第一阈值电压或第二阈值电压作为所述基准电压。
46.优选地，所述控制电路还包括：第三比较器，与所述控制模块连接，根据所述斜坡信号与参考电压产生所述切换信号。
47.优选地，当所述斜坡信号大于所述参考电压时，所述控制模块输出所述第一阈值电压作为所述基准电压；当所述斜坡信号等于所述参考电压时，所述控制模块根据所述切换信号输出所述第二阈值电压作为所述基准电压，其中，所述第一阈值电压小于所述第二阈值电压。
48.优选地，当所述基准电压为所述第一阈值电压时，所述控制模块控制所述斜坡信号从初始电压逐渐降低；当所述基准电压从所述第一阈值电压切换至所述第二阈值电压时，所述控制模块控制所述斜坡信号向上翻折至预设电压后逐渐降低。
49.优选地，所述导通信号产生模块包括：采样保持模块，对所述电压反馈信号采样保持得到第一采样信号；误差放大器，与所述采样保持模块连接，根据所述第一采样信号和所述基准电压产生误差信号；第一比较器，分别与所述误差放大器和所述数模转换器连接，根据所述误差信号和所述斜坡信号产生恒压导通信号。
50.优选地，所述导通信号产生模块根据所述恒压导通信号产生导通信号。
51.优选地，所述控制模块与所述采样保持模块连接，控制采样保持模块在退磁时间内对所述电压反馈信号进行采样。
52.优选地，所述关断信号产生模块包括：前沿消隐模块，接收表征流经开关管电流的电流采样信号，并对所述电流采样信号在开关管导通瞬间产生的毛刺进行消隐；第二比较器，与所述前沿消隐模块和所述数模转换器连接，根据所述电流采样信号和所述电流峰值信号产生关断信号。
53.优选地，所述关断信号产生模块包括：第二比较器，接收表征流经开关管电流的电流采样信号，所述第二比较器与所述数模转换器连接，根据所述电流采样信号和所述电流峰值信号产生关断信号。
54.优选地，所述控制电路还包括：振荡器，用于产生时钟信号。
55.优选地，所述控制模块还包括：恒流控制单元，根据所述退磁时间产生恒流导通信号。
56.优选地，所述控制模块还包括：恒流控制单元，根据所述退磁时间和所述电流峰值信号产生恒流导通信号。
57.优选地，所述导通信号产生模块根据恒压导通信号和所述恒流导通信号产生导通信号。
58.优选地，所述导通信号产生模块包括：第一采样保持模块，采样并保持所述电压反馈信号，输出所述第一采样信号；误差放大器，与所述采样保持模块和所述数模转换器连接，根据所述第一采样信号和所述基准电压产生误差信号；第一比较器，与所述误差放大器连接，根据所述误差信号和斜坡信号产生恒压导通信号；与门，与所述第一比较器和所述数字控制模块连接，根据所述恒压导通信号和所述恒流导通信号产生导通信号；第二采样保持模块，串联连接在误差放大器的输出端和接地端之间。
59.优选地，所述控制电路还包括：rs触发器，根据所述导通信号和所述关断信号产生开关控制信号；驱动模块，根据所述开关控制信号产生驱动信号。
60.优选地，所述开关管和开关电源集成在同一芯片上。
61.优选地，所述主电路的功率变换电路为选自以下拓扑中的任一种：浮地型buck
‑
boost拓扑、实地型buck
‑
boost拓扑、浮地型buck拓扑、实地型buck拓扑、boost拓扑以及反激拓扑。
62.本发明实施例提供的开关电源的控制电路通过数字控制模块和数模转换器实现恒压输出以及产生复杂的斜坡信号，该斜坡信号具有多个下降斜率，所述斜坡信号从初始电压或预设电压以不同的斜率下降形成多段斜率；所述斜坡信号向上翻折至预设电压形成折叠斜率。将数字控制和模拟控制结合到一起，优化控制方式，实现性能和成本优化。
63.进一步地，本实施例实现了数模转换器的复用，分时产生阈值电压、电流峰值信号以及具有多个斜率的斜坡信号，减少模拟电路面积。
附图说明
64.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。
65.图1示出现有技术中原边控制的开关电源的应用电路图。
66.图2示出现有技术中的开关电源中采用的控制电路的示意性电路图。
67.图3示出根据本发明第一实施例提供的开关电源的控制电路的示意性电路图。
68.图4a和图4b分别示出根据本发明实施例的开关电源的开关频率与输出电流以及峰值电流与输出电流的关系示意图。
69.图5示出根据本发明实施例的开关电源的各信号的波形图。
70.图6示出根据本发明第二实施例提供的开关电源的控制电路的示意性电路图；
71.图7示出了根据本发明第三实施例的开关电源的控制电路的示意性电路图。
具体实施方式
72.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。
73.图1示出现有技术中原边控制的开关电源的电路图。如图1所示，开关电源100包括变压器t1，位于变压器t1原边的开关管m1、电流采样电阻rs、整流桥101、输入保持电容cin、电压反馈电路102、控制电路103，位于变压器t1副边的续流二极管d0、输出保持电容co以及输出电缆的等效电阻req。
74.整流桥101包括二极管d1至d4。整流桥101的两个输入端从外部的交流电源接收交流输入电压vac。输入保持电容cin连接在整流桥101 的两个输出端之间，从而提供直流输入电压vin。变压器t1包括原边绕组np、副边绕组ns以及辅助绕组naux，变压器t1的原边绕组np、开关管m1和电流采样电阻rs依次串联在输入保持电容cin的高电位端和地之间。在开关管m1和电流采样电阻rs之间的中间节点获得表征流经开关管m1的电流的电流采样信号vcs。变压器t1的辅助绕组naux 与电压反馈电路102相连接，在该实例中，电压反馈电流102包括由第一电阻r1和第二电阻r2构成的分压网络。在第一电阻r1和第二电阻 r2之间的中间节点获得表征开关电源100的输出电压vo的反馈信号 vfb。控制电路103的两个输入端分别接收采样信号vcs和电压反馈信号vfb，并且在输出端提供开关管m1的驱动信号gd。
75.在变压器t1的副边，续流二极管d0和输出保持电容co串联连接在变压器t1的副边绕组ns的两端。续流二极管d0的阳极连接至副边绕组ns的同名端，阴极连接至输出保持电容co的一端。在输出保持电容co的两端产生输出电压vo，以向负载供电。
76.在开关电源100的工作期间，控制电路103根据采样信号vcs控制开关管m1的断开时刻，根据电压反馈信号vfb控制开关管m1的采样开关周期，从而实现恒流和/或恒压输出。在开关管m1的断开期间，变压器t1的副边绕组ns通过续流二极管d0将能量传递至输出端。
77.图2示出现有技术中的开关电源中控制电路的示意性电路图。其中，控制电路103例如用于图1所示的开关电源中。
78.控制电路103包括两个输入端(电压采样端fb和电流采样端cs)，分别接收反馈信号vfb和采样信号vcs，控制电路103还包括输出端，用于提供开关管m1的驱动信号gd。进一步地，控制电路103包括采样保持模块104、误差放大器105、振荡器106、退磁时间检测模块107、指数型锯齿波信号发生模块108、比较器109、恒流控制模块110、与门 111、关断信号产生模块112、rs触发器113以及驱动模块114。
79.采样保持模块104对表征开关电源的输出电压的反馈信号vfb进行采样并保持，输出端输出采样保持后获得的第一采样信号vsample；误差放大器105的反相输入端接收第一采样信号vsample，误差放大器105 的同相输入端接收基准电压vref0，误差放大器105的输出端输出对第一采样信号vsample和基准电压vref0之间的误差进行放大后的误差信号 vea；振荡器106产生振荡信号，退磁时间检测模块107通过检测电压反馈信号vfb获得开关电源的退磁时间tds，指数型锯齿波信号发生模块108根据振荡信号和退磁时间tds产生斜坡信号vramp。比较器 109根据误差信号vea和斜坡信号vramp产生恒压导通信号onv。恒流控制模块110根据退磁时间tds、峰值电流以及开关管m1的开关频率，计算下一个周期的峰值电流或者开关频率，并产生恒流导通信号 onc，作为控制开关管m1导通的另一个控制信号。关断信号产生模块 112根据误差信号vea和采样信号vcs产生关断信号off。
80.与门111的两个输入端分别接收恒压导通信号onv和恒流导通信号onc，恒压导通信号onv和恒流导通信号onc通过与门111组合后产生导通信号on，输出至触发器113的置位
端，用于控制开关管m1 的导通；关断信号产生模块112产生的关断信号off输出至rs触发器 113的复位端，用于控制开关管m1的关断；rs触发器113的输出端的输出信号经过驱动模块114增强驱动能力后，产生驱动信号gd。
81.图3示出根据本发明第一实施例的开关电源的控制电路的示意性电路图。其中，该控制电路203例如用于图1所示的开关电源中。
82.如图3所示，所述开关电源的控制电路203包括退磁检测模块207、控制模块221、数模转换器(dac)210、导通信号产生模块220、关断信号产生模块212、rs触发器213和驱动模块214。
83.其中，退磁检测模块207与电压采样端fb连接，对表征输出电压的反馈信号vfb进行检测获得开关电源的退磁时间tds。
84.在本实施例中，退磁检测模块207与电压采样端fb连接。
85.控制模块221根据退磁时间tds、时钟信号clk以及开关管m1 的驱动信号gd分时输出斜坡信号vramp和电流峰值信号vipk。
86.在本实施例中，在开关管m1导通期间，控制模块211输出电流峰值信号vipk；在开关管m1关断期间，控制模块211输出斜坡信号vramp。所述斜坡信号vramp至少具有一段斜率，例如包括多段斜率，所述斜坡信号vramp从初始电压v0或预设电压vm以不同的斜率下降形成多段斜率；斜坡信号vramp向上翻折至预设电压时形成折叠斜率。所述斜坡信号vramp在第一段斜率和所述折叠斜率之间存在多段过渡斜率。
87.在本实施例中，开关管m1和控制电路203集成在同一个芯片中，但并不局限于此。
88.在本实施例中，所述控制模块221为数字控制模块，其采用数字控制方式分时产生斜坡信号vramp和电流峰值信号vipk。
89.其中，所述控制模块包括数字控制单元208和数模转换器210，其中，数字控制单元208根据所述退磁时间tds、时钟信号clk以及开关管m1的驱动信号gd分时输出数字斜坡信号和数字电流峰值信号。数模转换器210对所述数字斜坡信号和所述数字电流峰值信号进行数模转换以分时输出斜坡信号vramp和电流峰值信号vipk。
90.在本实施例中，时钟信号clk由振荡器206产生。时钟信号clk 用来控制退磁时间tds后数模转换器210的输出波形以及系统工作频率的计数。数字控制单元208根据驱动信号gd在开关管m1导通时开始计时，根据计数值进行数据运算，产生控制信号；以及根据控制信号分时产生电流峰值信号vipk和斜坡信号vramp。具体地，在开关管m1导通期间，数模转换器210输出电流峰值信号vipk；在开关管m1关断期间，数模转换器210输出斜坡信号vramp。其中，参见图5，将数模转换器210的输出电压记为v
dac
。控制模块221根据驱动信号gd计算电流峰值电压；控制模块221从驱动信号gd的上升沿开始计时，即从开关管m1导通时开始计时，计时时间为t。当计时时间t在开关管m1 的导通期间(导通时间记为ton)，即0＜t＜ton时，数模转换器210的输出电压v
dac
为电流峰值信号vipk，即v
dac
＝vipk，电流峰值信号 vipk＝vp1或vp2，其中，vp1和vp2为不同负载时所设置的与输出电流对应的峰值电压。当计时时间t在开关管的关断期间(关断时间记为 toff)，即ton＜t＜ton toff时，数模转换器210的输出电压v
dac
为斜坡信号vramp，该斜坡信号vramp至少具有一个斜率。数模转换器210 的输出电压v
dac
的公式如下：
[0091][0092]
其中，tmin＝1/fmax，fmax为开关电源的最大开关频率，最大开关频率为开关电源的最高开关频率；tflod＝1/fflod，fflod为折叠频率，将所述斜坡信号vramp向上翻折至预设电压时对应的开关频率； tmid＝1/fmid，fmid为中间频率，比音域20k略大的开关频率，fflod ＜fmid＜fmax。
[0093]
具体地，当计时时间t在导通结束后至tmin期间，即ton＜t＜tmin 时，控制模块221根据时钟信号clk使得数模转换器210的输出电压 v
dac
为固定的第一斜坡信号vramp1，即此时v
dac
＝vramp1。在计时时间等于1/fmax瞬间，即t＝1/fmax时，控制模块221根据时钟信号clk 和数字控制使得输出电压v
dac
为具有第一斜率l1的第二斜坡信号 vramp2，此时v
dac
＝vramp2。在计时时间t介于tmin和tmid时间内，即tmin＜t＜tmid，控制模块221根据时钟信号clk和数字控制使得数模转换器210的输出电压v
dac
为具有第二斜率l2的第三斜坡信号 vramp3，此时v
dac
＝vramp3。在计时时间等于tmid瞬间，即t＝tmid 时，控制模块221根据时钟信号clk和数字控制使得数模转换器210 的输出电压v
dac
为具有第三斜率l3的第四斜坡信号vramp4，此时 v
dac
＝vramp4。在计时时间t介于tmid和tflod时间内，即tmid＜t ＜tflod，控制模块221根据时钟信号clk和数字控制使得数模转换器 210的输出电压v
dac
为具有第四斜率l4的第五斜坡信号vramp5，此时 v
dac
＝vramp5。在tflod＜t＜toff期间，控制模块221根据时钟信号clk 和数字控制使得数模转换器210的输出电压v
dac
为具有第五斜率l5的第六斜坡信号vramp6。在开关管m1关断期间，数模转换器210输出各种不同斜率的斜坡信号vramp，即产生各种不同斜率的降频曲线。
[0094]
导通信号产生模块220对表征输出电压的电压反馈信号vfb进行采样保持得到第一采样信号vsample，根据所述第一采样信号vsample 与基准电压产生误差信号vea，以及根据误差信号vea和所述斜坡信号vramp产生恒压导通信号onv，并将所述恒压导通信号onv作为导通信号on。
[0095]
在本实施例中，导通信号产生模块220包括采样保持模块204、误差放大器205和第一比较器209，其中，采样保持模块204采样并保持所述电压反馈信号vfb，输出第一采样信号vsample；误差放大器205 与所述采样保持模块204连接，根据所述第一采样信号vsample和基准电压产生误差信号vea；第一比较器209与所述误差放大器205连接，根据所述误差信号vea和斜坡信号vramp产生恒压导通信号onv。
[0096]
其中，误差放大器205的正相输入端接收基准电压，反相输入端接收第一采样信号vsample，输出端输出误差信号vea。第一比较器209 的正相输入端接收误差信号vea，反相输入端接收斜坡信号vramp，输出端输出恒压导通信号onv。
[0097]
参见图5，在第一周期t1内，当退磁开始时，数模转换器210的输出电压v
dac
输出固
定的第一斜坡信号vramp1，第一斜坡信号vramp1 的值为初始电压v0。在最高开关频率fmax后，即在退磁结束后，数模转换器210的输出电压v
dac
从初始电压v0开始下降。在下降瞬间，即最高开关频率famx对应的时刻tmin，数模转换器210的输出电压v
dac
等于误差信号vea时，第一比较器209输出的恒压导通信号onv变为逻辑高电平，通过rs触发器213和驱动模块214产生控制开关管m1 导通的驱动信号gd，使开关管m1导通。
[0098]
在第二周期t2内，当退磁开始时，数模转换器210的输出电压v
dac
输出固定的第一斜坡信号vramp1，第一斜坡信号vramp1的值为初始电压v0。在最高开关频率fmax后，即在退磁结束后，数模转换器210的输出电压v
dac
从初始电压v0以不同斜率依次下降。在中间频率fmid 前后的某一时刻，数模转换器210的输出电压v
dac
等于误差信号vea，第一比较器209输出的恒压导通信号onv变为逻辑高电平，通过rs触发器213和驱动模块214产生控制开关管m1导通的驱动信号gd，使开关管m1导通。
[0099]
在第三周期t3内，当退磁开始时，数模转换器210的输出电压v
dac
输出固定的第一斜坡信号vramp1，第一斜坡信号vramp1的值为初始电压v0。在最高开关频率fmax后，即在退磁结束后，数模转换器210的输出电压v
dac
从初始电压v0以4段时间函数曲线依次下降。在折叠频率fflod之后的某一时刻，当数模转换器210的输出电压v
dac
等于误差信号vea时，第一比较器209输出的恒压导通信号onv变为逻辑高电平，通过rs触发器213和驱动模块214产生控制开关管m1导通的驱动信号gd，使开关管m1导通。
[0100]
关断信号产生模块212根据表征流经开关管m1的电流的电流采样信号vcs和所述电流峰值信号vipk产生关断信号off，用于关断开关管m1。
[0101]
在本实施例中，关断信号产生模块212与电流采样端cs连接。关断信号产生模块212包括前沿消隐模块217和第二比较器218。前沿消隐模块217接收表征流经变压器t1的原边绕组np的电流的电流采样信号vcs，并对所述电流采样信号vcs在开关管m1导通瞬间产生的毛刺进行消隐；第二比较器218与所述前沿消隐模块217和所述数模转换器 210连接，根据所述电流采样信号vcs和所述电流峰值信号vipk产生关断信号off。
[0102]
在开关管m1导通时，原边绕组np开始存储能量，原边绕组np 的电流以一定斜率上升，即采样信号vcs以一定斜率上升。当采样信号 vcs大于数模转换器210的输出电压v
dac
时，第二比较器218输出的关断信号off变为逻辑高电平，通过rs触发器213和驱动模块214产生控制开关管m1关断的驱动信号，使开关管m1关断。
[0103]
rs触发器213根据所述导通信号on和所述关断信号off产生开关控制信号。
[0104]
驱动模块214根据所述开关控制信号产生驱动信号gd。
[0105]
在一个优选地实施例中，所述控制模块221还与所述采样保持模块 204连接，控制采样保持模块204对电压反馈信号vfb进行采样。
[0106]
所述开关电源的控制电路203还包括第三比较器216，与所述数模转换器210连接，根据所述斜坡信号vramp和参考电压vref产生切换信号swp。
[0107]
所述开关电源的控制电路203还包括阈值切换模块215，与所述第三比较器216连接，接收不同大小的第一阈值电压cv1和第二阈值电压 cv2，并根据所述切换信号swp输出第一阈值电压cv1或第二阈值电压cv2作为基准电压。
[0108]
在本实施例中，阈值切换模块215例如采用单刀双掷开关实现阈值切换，但并不局限于此。切换信号swp控制单刀双掷开关连接第一阈值电压cv1和第二阈值电压cv2从而实
现阈值切换。
[0109]
控制模块221根据切换信号swp、退磁时间tds、时钟信号clk 以及开关管m1的驱动信号gd分时输出电流峰值信号vipk或斜坡信号 vramp。
[0110]
在本实施例中，当所述斜坡信号vramp大于参考电压vref时，所述阈值切换模块215输出第一阈值电压cv1作为基准电压，所述控制模块221控制斜坡信号vramp从初始电压v0(即固定的第一斜坡信号 vramp1)逐渐降低；当所述斜坡信号vramp等于参考电压vref时，所述阈值切换模块215根据切换信号输出第二阈值电压cv2作为基准电压，所述控制模块221控制斜坡信号vramp恢复至预设电压vm，其中，第一阈值电压cv1小于第二阈值电压cv2。可以将斜坡信号vramp等于参考电压vref时对应的时间点作为折叠频率fflod对应的时间点。
[0111]
当基准电压为第一阈值电压cv1时，误差放大器205输出的误差信号为vea1；当基准电压为第二阈值电压cv2时，误差放大器205输出的误差信号为vea2，其中，vea2＞vea1，且 vea2
‑
vea1＝(cv2
‑
cv1)*k
ea
。其中，k
ea
为误差放大器205的闭环增益。
[0112]
在阈值切换时，如基准电压由第一阈值电压cv1切换为第二阈值电压cv2时，误差放大器205负端的第一采样信号vsample不需要任何变动，对应输出电压平滑过渡。误差放大器205的输出由小变大，斜坡信号vramp也从低变高，斜坡信号的下降斜率曲线可以在更大范围内重新设计，减少轻载或者空载附近的环路增益，提高系统稳定性。例如，可以选择工作频率为1khz的点为阈值切换点，切换后1khz的工作频率到最小频率(例如0.3khz)的降频曲线范围可以提高10倍，大大减小环路补偿电容，简化面积。
[0113]
参见图4a，当i1≤iout＜i2时，开关频率fsw随着输出电流iout改变，即开关频率fsw随着输出电流iout的增大而线性增大；当i2≤iout ＜i3时，开关频率fsw随着输出电流iout基本不变；当i3≤iout＜i4时，开关频率fsw随着输出电流iout改变，即开关频率fsw随着输出电流iout 的增大而线性增大；当i4≤iout＜i5时，开关频率fsw随着输出电流iout 基本不变。
[0114]
参见图4b，当i1≤iout＜i2时，每个周期的峰值电流ipeak随着输出电流iout不变；当i2≤iout＜i3时，每个周期的峰值电流ipeak随着输出电流iout变化，即每个周期的峰值电流ipeak随着输出电流iout的增大而线性增大；当i3≤iout＜i4时，每个周期的峰值电流ipeak随着输出电流iout不变；当i4≤iout＜i5时，每个周期的峰值电流ipeak随着输出电流iout变化，即每个周期的峰值电流ipeak随着输出电流iout的增大而线性增大。
[0115]
输出电流iout越大，误差信号vea就变得越大(开关频率大于折叠频率)，从而使得开关管m1的开关频率越来越高。输出电流iout越小，误差信号vea就变得越小(开关频率大于折叠频率)，从而使得开关管 m1的开关频率越来越低。输出电流iout越小，误差信号vea就变得越小(开关频率大于折叠频率)，切换误差放大器的基准电压变高以及同时控制数模转换器的输出电压v
dac
变高，使得开关管m1的开关频率更低。
[0116]
在开关管m1导通期间，限定电流采样信号vcs的峰值大小，例如数模转换器210的输出电压v
dac
的大小随着输出电流iout增大而增大，因此开关管m1导通时间和电流采样信号vcs的峰值大小都随着输出电流iout增大，参见图4b中i2～i3和i4～i5。
[0117]
例如数模转换器210的输出电压v
dac
的大小不随输出电流iout的变化而变化，因此开关管m1导通时间和电流采样信号vcs的峰值大小保持恒定，参见图4b中i1～i2和i3～i4。
[0118]
本实施例提供的开关电源的控制电路，通过采样表征输出电压的电压反馈信号以及根据电压反馈信号的变化调节开关管的开关频率，峰值电流来实现恒压输出。例如当输出电压变大时，通过降低开关频率或者减小峰值电流或者同时降低开关频率和减小峰值电流，从而减小输出电压；当输出电压变小时，通过提高开关频率或者增加峰值电流或者同时提高开关频率和增加峰值电流，从而增加输出电压，实现恒压输出。
[0119]
本发明实施例提供的开关电源的控制电路通过数字控制模块和数模转换器实现恒压输出以及产生复杂的
[0120]
斜坡信号，该斜坡信号具有多个下降斜率，所述斜坡信号从初始电压或预设电压以不同的斜率下降形成多段斜率；所述斜坡信号向上翻折至预设电压形成折叠斜率。将数字控制和模拟控制结合到一起，优化控制方式，实现性能和成本优化。
[0121]
进一步地，本实施例实现了数模转换器的复用，分时产生阈值电压、电流峰值信号以及具有多个斜率的斜坡信号，减少模拟电路面积。
[0122]
图6示出了根据本发明第二实施例的开关电源的控制电路的示意性电路图。其中，该控制电路303例如用于图1所示的开关电源中。与第一实施例相比，本实施例的控制模块321还包括恒流控制单元319，根据所述退磁时间tds和电流峰值信号vipk产生恒流导通信号onc。
[0123]
在一个示例中，输出电流iout＝np*vipk*tds*fsw/(2*ns*rs)，其中， np为原边绕组的匝数，ns为副边绕组的匝数，vipk为电流峰值信号， tds为退磁时间，fsw为开关频率，rs为电流采样电阻。由于电流峰值信号vipk由控制模块321的数字控制产生，退磁时间tds由退磁检测模块307产生，以及开关频率fsw可以通过振荡器306计数获取，则 vipk*tds*fsw为常数，可以实现恒流。此时数模转换器310的输出电压v
dac
＝vref
‑
cc*tds/t。其中，vref
‑
cc为恒流基准电压，tds为退磁时间tds，t为振荡器的计数周期t。相应地，导通信号产生模块320 还包括与门311，与所述第一比较器309的输出端和所述控制模块321 连接，与门311根据恒压导通信号onv和恒流导通信号onc产生导通信号on。
[0124]
误差放大器305的正相输入端直接与数模转换器310的输出端连接，接收第一阈值电压cv1或者第二阈值电压cv2。
[0125]
本实施例的控制模块321还根据切换信号swp产生第一阈值电压 cv1或第二阈值电压作为基准电压cv2。
[0126]
当所述斜坡信号vramp大于参考电压vref时，所述控制模块321 输出第一阈值电压cv1作为基准电压；当所述斜坡信号vramp等于参考电压vref时，所述控制模块321输出第二阈值电压cv2作为基准电压，其中，第一阈值电压cv1小于第二阈值电压cv2。
[0127]
在一个优选地实施例中，参见图4a，输出电流iout的大小决定线损补偿的大小。至少在i2≤iout＜i5来说，输出电流大小和线损补偿存在一定的比例关系。在恒压过程中，补偿电压vcomp可以用如下表达式 vcomp＝kc*vipk*tds*fsw，其中，kc为补偿系数。
[0128]
在一个优选地实施例中，所述控制电路还包括采样开关k和保持电容c。所述采样开关k连接在误差放大器305的输出端和第一比较器309 的正相输入端之间。所述保持电容c连接在第一比较器309的正相输入端和接地端之间。
[0129]
在开关管m1导通期间，数模转换器310输出电流峰值信号vipk，控制峰值电流的大小。在退磁时间tds内，控制模块321根据补偿电压 vcomp产生第一阈值电压cv1或第二阈值
电压cv2作为基准电压，其中，第一阈值电压cv1＝cva vcomp；第二阈值电压cv2＝cvb vcomp，其中，cva为切换前的阈值电压，cvb为切换后的阈值电压，实现线损补偿；在退磁结束后，采样开关k和保持电容c开始工作，采样开关k 断开，将误差放大器的输出信号vea采样保持在保持电容c上，在最高频率fmax结束后，数模转换器310输出斜坡信号vramp，控制开关管m1的开关频率。
[0130]
其余内容与第一实施例相同，在此不再赘述。
[0131]
本发明实施例提供的开关电源的控制电路通过数字控制模块和数模转换器实现恒压恒流输出以及产生复杂的降频曲线。将数字控制和模拟控制结合到一起，优化控制方式，实现性能和成本优化。
[0132]
进一步地，本实施例实现了数模转换器的复用，分时产生阈值电压、电流峰值信号以及具有多个斜率的斜坡信号，通过数模转换器的复用，减少模拟电路面积。
[0133]
图7示出了根据本发明第三实施例的开关电源的控制电路的示意性电路图。其中，该控制电路403例如用于图1所示的开关电源中。与第一实施例相比，所述控制电路403中不采用第三比较器产生切换信号 swp。
[0134]
所述控制电路403直接根据振荡器406产生的时钟信号clk、退磁时间以及预设时间t0产生切换信号swp。
[0135]
根据时钟信号clk的计数周期，在未达到预设时间t0时，阈值切换模块415将第一阈值电压cv1作为基准电压；在达到预设时间t0时，阈值切换模块415根据该切换信号swp将第二阈值电压cv2作为基准电压。
[0136]
其余内容与第一实施例相同，在此不再赘述。
[0137]
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。本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。