一种准谐振开关电源电路及其控制方法、控制电路与流程

1.本发明涉及电子领域，具体但不限于涉及一种准谐振开关电源电路及其控制方法、控制电路。


背景技术：

2.反激电路中，为了提高电源效率，降低开关损耗，希望mosfet尽可能在vds电压较低的位置开通，因此在断续模式，通过检测震荡的最低点开通实现效率优化，即准谐振谷底开通技术。
3.开关变换器在开关频点及谐波处噪声干扰较为严重，为实现emi的优化，通常会引入抖频功能，抖频的功能是让开关频率在小范围内周期性变化，这样有助于减小电源的emi噪声幅值。
4.如图1、图2所示，在dcm模式中，当副边去磁结束后，原边电感lm与mos寄生电容coss形成振荡，当vds电压振荡到谷底附近时，开通原边mos，可以有效降低开通时coss电容上的损耗，通常称这种工作模式为准谐振工作模式或谷底导通模式。谷底导通模式存在频率不固定的问题，无法直接叠加一个固定频率的抖动，因此比较难以实现频率的抖动。
5.目前常用的抖频方式是叠加固定的幅值在电流采样值上，如图3所示，系统要实现频率的抖动改善emi，需要频率实现抖动，人为地在采样电阻的采样值上叠加一个固定的抖动幅值cs_pk抖动，这个周期的幅值抖动，叠加在反馈比较器上，使得比较器输出产生一个周期的波动，进而影响控制驱动的rs触发器，实现频率的周期性变化。但该方法不考虑输入及输出电压情况，无法调节频率抖动的范围，会造成：低压输入的时候输出纹波较大，甚至无法达到规范要求；pd应用中低压输出的时候输出纹波抖频阈值占比较大，影响环路稳定性；全范围内抖频无法调节，无法实现在需要的高压输入足够的抖频裕度，抖频的频率范围受到影响，进一步导致无法达到理想的emi的优化效果。
6.有鉴于此，需要提供一种新的结构或控制方法，以期解决上述至少部分问题。


技术实现要素：

7.针对现有技术中的一个或多个问题，本发明提出了一种准谐振开关电源电路及其控制方法、控制电路，通过采样开关电源电路的输入输出信号，实现抖频随输入输出信号调节，优化输出纹波，同时实现emi优化。
8.实现本发明目的的技术解决方案为：
9.一种准谐振开关电源电路的控制方法，用于开关电源电路中，包括：
10.获取开关电源电路的输入电压和输出电压，并根据输入电压生成补偿量对抖频的幅值进行补偿、根据输出电压对最大补偿量进行调节，生成幅值可调节的抖频并输出；
11.获取开关电源电路的原边采样电压和输出端反馈电压，比较后输出脉冲信号；
12.将幅值可调节的抖频与脉冲信号叠加，生成具有幅值抖动的输出信号；
13.具有幅值抖动的输出信号和同步控制信号共同作用产生控制信号，驱动开关电源
电路的开关管。
14.可选的，获取开关电源电路的输出电压的步骤包括：
15.采样开关电源电路的辅助绕组的电压，并根据其与输出电压之间的正比例关系得到开关电源电路的输出电压。
16.可选的，获取开关电源电路的输入电压的步骤包括：
17.通过直接采样得到开关电源电路的输入电压。
18.可选的，生成幅值可调节的抖频包括：
19.根据输入电压对抖频的幅值进行补偿：
20.当输入电压小于第一电压时，补偿量恒定为最小补偿量；
21.当输入电压大于第一电压且小于第二电压时，补偿量的大小与输入电压成正相关，其中第一电压小于第二电压；
22.当输入电压大于第二电压时，补偿量恒定为最大补偿量；
23.根据输出电压对抖频的幅值的最大补偿量进行切换或线性调节：
24.输出电压越大，最大补偿量越大；输出电压越小，最大补偿量越小；
25.抖频的幅值经补偿和最大值调节后，形成幅值可调节的抖频。
26.可选的，获取开关电源电路的输入电压的步骤包括：
27.采样开关电源电路的开关管开通时间和辅助绕组的电感去磁时间，计算去磁时间占比，等效得到输出电压与输入电压之间的关系，其中，开关管开通时间由原边采样电阻电压等效得到，辅助绕组的电感去磁时间由辅助绕组的分压电阻电压等效得到。
28.可选的，生成幅值可调节的抖频包括：
29.根据去磁时间占比对抖频的幅值进行补偿：
30.当去磁时间占比小于第一预设值时，补偿量恒定为最小补偿量；
31.当去磁时间占比大于第一预设值且小于第二预设值时，补偿量的大小与去磁时间占比的大小成正相关，其中第一预设值小于第二预设值；
32.当去磁时间占比大于第二预设值时，补偿量恒定为最大补偿量；
33.根据输出电压对抖频的幅值的最大补偿量进行切换或线性调节：
34.输出电压越大，最大补偿量越大；输出电压越小，最大补偿量越小；
35.抖频的幅值经补偿和最大值调节后，形成幅值可调节的抖频。
36.可选的，第一预设值、第二预设值随输出电压进行相应调节。
37.一种准谐振开关电源电路的控制电路，集成在开关电源电路中，包括抖频电路、比较电路、叠加电路和触发电路，抖频电路的输入端接入开关电源电路的输入电压和输出电压，比较电路的输入端接入开关电源电路的输出端反馈电压和原边采样电压，抖频电路的输出端、比较电路的输出端分别与叠加电路的输入端耦接，叠加电路的输出端与触发电路的输入端耦接，触发电路的输出端与开关电源电路的开关管耦接，其中：
38.抖频电路，用于根据开关电源电路的输入电压和输出电压，生成幅值可调节的抖频；
39.比较电路，用于将开关电源电路的原边采样电压与输出端反馈电压进行比较，产生脉冲信号；
40.叠加电路，用于将幅值可调节的抖频与脉冲信号叠加，产生具有幅值抖动的输出
信号；
41.触发电路，用于基于具有幅值抖动的输出信号和同步控制信号输出驱动开关电源电路开关管的控制信号。
42.可选的，开关电源电路的输入电压通过直接采样得到。
43.可选的，抖频电路根据输入电压生成补偿量并用于对抖频的幅值进行补偿，满足：当输入电压小于第一电压时，补偿量恒定为最小补偿量；当输入电压大于第一电压且小于第二电压时，补偿量的大小与输入电压成正比例关系，其中第一电压小于第二电压；当输入电压大于第二电压时，补偿量恒定为最大补偿量。
44.可选的，开关电源电路的输入电压通过采样开关电源电路的开关管开通时间和辅助绕组的电感去磁时间并计算去磁时间占比等效得到，其中，开关管开通时间由原边采样电阻电压等效得到，辅助绕组的电感去磁时间由辅助绕组的分压电阻电压等效得到。
45.可选的，抖频电路根据去磁时间占比对抖频的幅值进行补偿，满足：当去磁时间占比小于第一预设值时，补偿量恒定为最小补偿量；当去磁时间占比大于第一预设值且小于第二预设值时，补偿量的大小与去磁时间占比成正相关，其中第一预设值小于第二预设值；当去磁时间占比大于第二预设值时，补偿量恒定为最大补偿量。
46.可选的，第一预设值、第二预设值随输出电压调节。
47.可选的，开关电源电路的输出电压通过采样与其成正比例关系的开关电源电路辅助绕组的电压等效得到。
48.可选的，抖频电路根据输出电压对抖频幅值的最大补偿量进行调节，满足：输出端电压越大，最大补偿量越大；输出端电压越小，最大补偿量越小。
49.可选的，抖频电路内包括叠加器，用于基于开关管开通时间与电感去磁时间计算得到去磁时间占比。
50.一种准谐振开关电源电路，包括开关管、以及上述的准谐振开关电源电路的控制电路，控制电路的输入端与开关电源电路的输入端、输出端耦接，控制电路的输出端与开关管的控制端耦接，控制电路根据开关电源电路的输入信号和输出信号生成幅值可调节的抖频，再根据抖频生成控制开关管开关频率的控制信号。
51.本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
52.本发明的准谐振开关电源电路及其控制电路通过根据开关电源电路的输入及输出条件的变化来智能调节抖频的幅值，实现优化输出纹波，减小系统的轻载纹波，同时实现emi优化，避免了因为抖频幅值的不合理造成的纹波问题和环路不稳定的问题。
附图说明
53.图1示出了现有技术的准谐振工作模式的电路图。
54.图2示出了现有技术的准谐振工作模式的波形图。
55.图3示出了现有技术的通过频率抖动改善emi的电路图。
56.图4示出了本发明的准谐振开关电源电路的控制电路的结构框图。
57.图5示出了本发明一实施例的准谐振开关电源电路的控制电路的电路结构图。
58.图6示出了本发明一实施例的抖频电路中抖频幅值调节的示意图。
59.图7示出了本发明另一实施例的准谐振开关电源电路的控制电路的电路结构图。
60.图8示出了本发明另一实施例的抖频电路中抖频幅值调节的示意图。
61.图9示出了本发明的准谐振开关电源电路的控制方法的流程图。
62.不同示意图中相同的标号代表相同或相似的部件或组成。
具体实施方式
63.为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明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发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
64.该部分的描述只针对几个典型的实施例，本发明并不仅局限于实施例描述的范围。不同实施例的组合、不同实施例中的一些技术特征进行相互替换，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发明描述和保护的范围内。
65.说明书中的“耦接”或“连接”既包含直接连接，也包含间接连接。间接连接为通过中间媒介进行的连接，如通过电传导媒介如导体的连接，其中电传导媒介可含有寄生电感或寄生电容，也可通过说明书中实施例所描述的中间电路或部件的连接；间接连接还可包括可实现相同或相似功能的基础上通过其他有源器件或无源器件的连接，如通过开关、信号放大电路、跟随电路等电路或部件的连接。“多个”或“多”表示两个或两个以上。
66.根据本发明的一个方面，一种准谐振开关电源电路的控制电路，集成在开关电源电路中。如图4所示，所述控制电路包括抖频电路、比较电路、叠加电路和触发电路，抖频电路的输入端接入开关电源电路的输入电压和输出电压，比较电路的输入端接入开关电源电路的输出端反馈电压和原边采样电压，抖频电路的输出端、比较电路的输出端分别与叠加电路的输入端耦接，叠加电路的输出端与触发电路的输入端耦接，触发电路的输出端与开关电源电路的开关管耦接。
67.其中，抖频电路，用于根据开关电源电路的输入电压和输出电压，生成幅值可调节的抖频。比较电路，用于将开关电源电路的原边采样电压与输出端反馈电压进行比较，产生脉冲信号。叠加电路，用于将幅值可调节的抖频与脉冲信号叠加，产生具有幅值抖动的输出信号。触发电路，用于基于具有幅值抖动的输出信号和同步控制信号输出驱动开关电路的开关管的控制信号。
68.在一个实施例中，通过开关电源电路的输入电压采样及输出电压采样，从而实现根据输入、输出调节抖频幅值。其中，开关电源电路的输入电压通过直接采样得到，如图5所示，抖频电路接入的输入电压为开关电源电路的输入电压vin，其中通过高压hv引脚检测获取输入电压vin。抖频电路根据输入电压vin生成补偿量对抖频的幅值进行补偿，且如图6所示，对抖频幅值的补偿满足以下条件：当输入端电压vin小于第一电压hv1时，补偿量恒定为最小补偿量
△
fs_min；当输入端电压vin大于第一电压hv1且小于第二电压hv2时，补偿量的大小与输入端电压vin成正比例关系，其中第一电压hv1小于第二电压hv2；当输入端电压vin大于第二电压hv2时，补偿量恒定为最大补偿量
△
fs_max。开关电源电路的输出电压通过采样与其成正比例关系的开关电源电路辅助绕组的电压等效得到，如图5所示，抖频电路接入的输出电压通过开关电源电路的辅助绕组电压vdd等效得到，由于辅助绕组的电压vdd和输出电压vo成正相关，因此采集辅助绕组电压vdd即可以实现输出电压vo的采样。抖频电路根据输出电压vo对抖频的幅值的最大补偿量
△
fs_max进行调节，且如图6所示，对最大补
偿量的调节满足：输出电压越大，最大补偿量越小(即图6中vo2对应
△
fs_maxn)；输出端电压越小，最大补偿量越大(即图6中vo1对应
△
fs_max1)。
69.在另一个实施例中，在没有输入电压采样的条件时，通过采样电感去磁时间tdem、开关管开通时间ton和辅助绕组电压vdd，其中，如图7所示，通过原边采样电阻电压vcs等效得到开关管开通时间ton，通过辅助绕组的分压电阻电压vdem等效得到电感去磁时间tdem，通过辅助绕组电压vdd等效得到输出电压vo，由此基于开关管开通时间ton、电感去磁时间tdem和输出电压vo进行计算等效得到开关电源电路的输入、输出特性，然后将其作为控制量来调节抖频幅值。抖频电路接入的输入电压通过采样开关电源电路的开关管开通时间ton和辅助绕组的电感去磁时间tdem并计算去磁时间占比等效得到，如图7所示，抖频电路内包括叠加器，用于基于开关管开通时间ton与电感去磁时间tdem计算得到去磁时间占比。抖频电路根据去磁时间占比对抖频的幅值进行补偿，对抖频幅值的补偿满足以下条件：当去磁时间占比小于第一预设值时，补偿量恒定为最小补偿量
△
fs_min；当去磁时间占比大于第一预设值且小于第二预设值时，补偿量的大小与去磁时间占比成正相关，其中第一预设值小于第二预设值；当去磁时间占比大于第二预设值时，补偿量恒定为最大补偿量
△
fs_max，第一预设值、第二预设值随输出电压调节，图8中ttest表示占空比。开关电源电路的输出电压通过采样与其成正比例关系的开关电源电路辅助绕组的电压等效得到，如图7所示，抖频电路接入的输出电压通过开关电源电路的辅助绕组电压vdd等效得到，由于辅助绕组的电压vdd和输出电压vo成正相关，因此采集辅助绕组电压vdd即可以实现输出电压vo的采样。抖频电路根据输出电压vo对抖频的幅值的最大补偿量
△
fs_max进行调节，且如图8所示，对最大补偿量的调节满足：输出端电压越大，最大补偿量越小(即图8中vo2对应
△
fs_maxn)；输出端电压越小，最大补偿量越大(即图8中vo1对应
△
fs_max1)。
70.根据本发明的另一个方面，一种准谐振开关电源电路的控制方法，用于开关电源电路中，通过根据输入、输出的变化，实现抖频幅值的自动调节，如图9所示，具体步骤包括：
71.s1、获取开关电源电路的输入电压和输出电压，并根据输入电压生成补偿量对抖频的幅值进行补偿、根据输出电压对最大补偿量进行调节，生成幅值可调节的抖频并输出。在一个实施例中，获取开关电源电路的输入电压的步骤包括：通过直接采样得到开关电源电路的输入电压。获取开关电源电路的输出电压的步骤包括：采样开关电源电路的辅助绕组的电压，并根据其与输出电压之间的正比例关系得到开关电源电路的输出电压。其中，根据输入电压和输出电压生成幅值可调节的抖频具体包括以下步骤：
72.根据输入电压对抖频的幅值进行补偿：
73.当输入电压小于第一电压时，补偿量恒定为最小补偿量；
74.当输入电压大于第一电压且小于第二电压时，补偿量的大小与输入电压成正比例关系，其中第一电压小于第二电压；
75.当输入电压大于第二电压时，补偿量恒定为最大补偿量；
76.根据输出电压对抖频的幅值的最大补偿量进行切换或线性调节：
77.输出端电压越大，最大补偿量越大；输出端电压越小，最大补偿量越小；
78.抖频的幅值经补偿和最大值调节后，形成幅值可调节的抖频。
79.在另一个实施例中，获取开关电源电路的输入电压的步骤包括：
80.采样开关电源电路的开关管开通时间和辅助绕组的电感去磁时间，计算去磁时间
占比，等效得到输出电压与输入电压之间的关系，再等效得到输入电压，其中，开关管开通时间由原边采样电阻电压等效得到，辅助绕组的电感去磁时间由辅助绕组的分压电阻电压等效得到。获取开关电源电路的输出电压的步骤包括：采样开关电源电路的辅助绕组的电压，并根据其与输出电压之间的正比例关系得到开关电源电路的输出电压。其中，根据去磁时间占比和输出电压生成幅值可调节的抖频具体包括以下步骤：
81.根据去磁时间占比对抖频的幅值进行补偿：
82.当去磁时间占比小于第一预设值时，补偿量恒定为最小补偿量；
83.当去磁时间占比大于第一预设值且小于第二预设值时，补偿量的大小与去磁时间占比成正相关，其中第一预设值小于第二预设值；
84.当去磁时间占比大于第二预设值时，补偿量恒定为最大补偿量；所述第一预设值、第二预设值随输出电压进行相应调节；
85.根据输出电压对抖频的幅值的最大补偿量进行切换或线性调节：
86.输出端电压越大，最大补偿量越大；输出端电压越小，最大补偿量越小；
87.抖频的幅值经补偿和最大值调节后，形成幅值可调节的抖频。
88.s2、获取开关电源电路的原边采样电压和输出端反馈电压，比较后输出脉冲信号；
89.s3、将幅值可调节的抖频与脉冲信号叠加，生成具有幅值抖动的输出信号；
90.s4、基于具有幅值抖动的输出信号和同步控制信号共同作用产生控制信号，驱动开关电源电路的开关管。
91.根据本发明的另一个发明，一种准谐振开关电源电路，包括开关管、以及上述的准谐振开关电源电路的控制电路，控制电路的输入端与开关电源电路的输入端、输出端耦接，控制电路的输出端与开关管的控制端耦接，控制电路根据开关电源电路的输入信号和输出信号生成幅值可调节的抖频，再根据抖频生成控制开关管开关频率的控制信号。
92.本领域技术人员应当知道，说明书或附图所涉逻辑控制中的“高电平”与“低电平”、“置位”与“复位”、“与门”与“或门”、“同相输入端”与“反相输入端”等逻辑控制可相互调换或改变，通过调节后续逻辑控制而实现与上述实施例相同的功能或目的。
93.这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。说明书中所涉及的效果或优点等相关描述可因具体条件参数的不确定或其它因素影响而可能在实际实验例中不能体现，效果或优点等相关描述不用于对发明范围进行限制。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，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明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。