• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
  • 类似技术
  • 同族专利
  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    本申请实施例公开了一种开关电源电路的控制电路及开关电源，通过产出与占空比相关联的第一直流补偿信号以及斜坡补偿信号，两个补偿信号均对电感的采样电流信号进行补偿，以使得开关电源电路的输出信号为期望值。本申请通过基于占空比信息生成第一直流补偿信号，并通过其对开关电源电路的电感电流采样信号进行补偿，可以在开关电源电路的输入电压较低时使其保持期望的输出功率。
    公开号:CN214337787U
    申请号:CN202022025577.1U
    申请日:2020-09-16
    公开日:2021-10-01
    发明作者:苏志勇；许祥勇
    申请人:Jiehuate Microelectronics Co ltd；
    IPC主号:H02M1-08
    专利说明:
    [n0001] 本申请涉及功率补偿领域，特别涉及一种开关电源电路的的控制电路及开关电源。
    [n0002] 在不同的电表应用中，通常需要通过开关电源对输入电压进行转换处理，例如，将220Vac的输入电压转换为12Vdc，以便为电表的各个功能模块供电。但是，由于不同国家的电网电压等级不一样，为了兼容不同国家的电网，电表生产厂家通常会设定一个较宽的输入电压范围（例如40-700Vdc）。由此一来，对于一些电压等级较低的应用场景而言，在满载条件下随着输入电压的降低，电路中的电感电流可能工作在连续导通模式（ContinuousConduction Mode，CCM），从而导致开关电源的输出功率减小，在一定情况下甚至出现输出功率过小而无法正常带载的情况。
    [n0003] 因此，有必要提供一种开关电源电路的控制电路，可以基于占空比信息获得一直流补偿信号，结合斜坡补偿，对电感的峰值电流进行补偿从而增加输出功率，解决输出功率过小的问题。
    [n0004] 本申请实施例之一提供一种开关电源电路的控制电路包括：
    [n0005] 第一补偿电路，所述第一补偿电路根据开关电源电路中主开关管的占空比信息获得第一直流补偿信号；斜坡补偿电路，所述斜坡补偿电路用于产生一斜坡补偿信号；所述第一直流补偿信号和所述斜坡补偿信号均对所述开关电源电路中电感的采样电流信号进行补偿，以使得所述开关电源电路的输出信号为期望值。
    [n0006] 优选地，所述第一补偿电路包括占空比信息获取电路，用于基于开关电源电路中主开关管的逻辑控制信号提取占空比信息；电流生成电路，用于将所述占空比信息与第一阈值比较，并基于比较结果生成所述第一直流补偿信号。
    [n0007] 优选地，所述占空比信息获取电路包括：低通滤波电路，接收所述主开关管的逻辑控制信号，并对所述逻辑控制信号进行低通滤波，以获取所述占空比信息。
    [n0008] 优选地，所述电流生成电路包括运算放大器、第一开关管、第一电阻以及电流镜电路；所述运算放大器的第一输入端连接所述占空比信息获取电路的输出端，所述运算放大器的输出端连接至所述第一开关管的控制端；
    [n0009] 所述运算放大器的第二输入端接收所述第一阈值，并将所述占空比信息与第一阈值比较，并基于比较结果控制所述第一开关管是否导通；
    [n0010] 所述第一开关管的两个功率端分别连接所述电流镜电路和所述第一电阻；
    [n0011] 当所述第一开关管导通时，所述第一开关管和第一电阻所在串联支路的电流流入所述电流镜电路，所述电流镜电路用于在有电流流入时产生所述第一直流补偿信号。
    [n0012] 优选地，所述电流生成电路还包括电流源，所述电流源的一端通过所述第一电阻接地，所述第一电阻的非接地端与所述运算放大器的第二输入端连接；所述第一阈值基于所述电流源输出的电流与第一电阻的阻值确定。
    [n0013] 优选地，所述运算放大器的第三输入端输入一参考电压，所述参考电压值等于所述第二阈值，当所述占空比信息大于第二阈值时，控制所述第一电阻上的压降值固定不变，以使得所述第一直流补偿信号为最大第一直流补偿信号。
    [n0014] 本申请实施例之二提供一种开关电源，包括电感电流采样电路和逻辑控制电路，还包括上述的控制电路，所述电感电流采样电路采样所述开关电源中的电感电流信息，以获得所述电感电流采样信号，所述逻辑控制电路接收所述电流采样信号和参考信号，进行比较后产生逻辑控制信号用以控制所述主开关管的开关状态，所述第一直流补偿信号和所述斜坡补偿信号用于对所述电感电流采样信号进行补偿。
    [n0015] 本申请将以示例性实施例的方式进一步说明，这些示例性实施例将通过附图进行详细描述。这些实施例并非限制性的，在这些实施例中，相同的编号表示相同的结构，其中：
    [n0016] 图1是根据本申请的一些实施例所示的开关电源电路的电感电流采样信号随着占空比变化的曲线示意图；
    [n0017] 图2是根据本申请的一些实施例所示的反激变换电路示意图；
    [n0018] 图3是根据本申请的一些实施例所示的开关电源电路的控制电路示意图；
    [n0019] 图4是根据本申请的一些实施例所示的开关电源电路的电感电流采样信号及第一直流补偿信号随着占空比变化的曲线示意图。
    [n0020] 为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其它类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。
    [n0021] 本申请的实施例可以应用于使用开关电源电路并在一定情况下需要进行功率补偿的情况，尤其适用于包含开关电源电路且具有不同功能的电表。在一些实施例中，所述电表可以包括电流表、电压表、电能表、智能电表、多用电表等检测各种电学量的仪表。应当理解的是，本申请的装置及方法的应用场景仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。
    [n0022] 在一些实施例中，不同国家的电网电压等级不一样，例如，中国的电网电压通常为220V/50Hz，美国电网电压通常为110V/60Hz，其他国家甚至会更小，如加纳电网等级为40V/50Hz。为了兼容不同国家电压等级不同的电网，电表生产厂家通常会设定一个较宽的输入电压范围（例如40-700Vdc），在满载条件下随着输入电压的降低，电路中的电感电流可能工作在连续模式下，从而导致开关电源的输出功率减小，在一定情况下甚至出现输出功率过小而无法正常带载的情况。因此，本申请的一些实施例提供了一种开关电源电路的输出功率补偿的控制电路，可以基于占空比信息获得第一直流补偿以及结合斜坡补偿，对峰值电流进行补偿从而提高输入电压较低情况下的输出功率，解决输出功率过小而无法带载的问题。
    [n0023] 图1所示为根据本申请的一些实施例所示的开关电源电路的电感电流峰值采样信号随着占空比变化的曲线示意图。
    [n0024] 占空比是指在开关电源电路中的开关管的导通时间在一个开关周期内所占的比值。如图1所示，当输入电压Vin=120Vdc时，开关电源电路中的电感峰值电流对应的采样电压信号VCS为电压值VCS_H（对应的占空比D1为0.4），最小电感电流对应的采样电压信号为VCS_L为0。此时，开关电源电路中的电感电流工作在临界导通模式（即在一个周期结束时电感电流刚好下降为0）。而当输入电压Vin降低为40Vdc时，开关电源电路中的电感峰值电流对应的采样电压信号VCS_H为0.7*Vcs（对应的占空比Dmax为0.7），最小电感电流对应的采样电压信号VCS_L为0.2*Vcs。此时，开关电源电路中的电感电流工作在连续导通模式（在一个周期结束时电感电流未下降到0，即一个周期内的最小电流大于0）。
    [n0025] 开关电源的输出功率的计算公式如下：
    [n0026]
    [n0027] 其中，f为开关频率，Ipk为最大峰值电流，Imin为最小电感电流，Lm为电感的感值。最大峰值电流和最小电感电流可以通过采样电阻Rcs的阻值进行计算得到Ipk=VCS_H/Rcs，Imin=VCS_L/Rcs，Rcs为采样电阻。根据上述输出功率计算公式进一步推导：
    [n0028] ，还可以得到，当开关电源电路的工作模式由临界导通模式切换至连续导通模式后，例如，相对于输入电压为120Vdc时（电感电流峰值对应的采样电压信号为VCS_H，电感电流对应的采样电压信号最小值VCS_L为0），当输入电压为40Vdc时（电感电流峰值对应的采样电压信号为VCS_H=0.7*Vcs，电感电流对应的采样电压信号最小值VCS_L为0.2*Vcs），开关电源的输出功率
    [n0029] ，可见，输入电压为40Vdc是输入电压为120Vdc时输出功率的45%。换言之，即当输入电压小于一定临界电压值之后，其电感峰值电流对应的采样电压信号VCS_H会随之减小，并且其最小采样电压值VCS_L可能由于处在连续导通模式而大于0，如此一来，开关电源的输出功率会随着输入电压的降低而减小。
    [n0030] 另外，在开关电源电路中，由于电感电流连续，当占空比过大时，可能会发生次谐波（低谐波）震荡的情况。因此，在一些实施例中，为了解决当占空比过大时（例如，当占空比大于0.5时）可能产生的次谐波震荡的现象，通常需要对电路的电感电流采样信号进行斜坡补偿，进一步减小了最大输出功率。
    [n0031] 需要说明，以上数据仅为举例说明，上述输入电压、输出电压以及占空比数据之间的对应关系可以是，但不限于图1所示的情况，其具体关系可以根据实际电路而定，本申请中不对其进行任何限定。
    [n0032] 因此，为了解决上述最大输出功率偏小的问题，本申请实施例提供了一种开关电源电路的控制电路，根据开关电源电路中开关管控制信号的占空比信息，在占空比信息大于一定阈值时基于对应的占空比信息对开关电源电路的电感电流采样信号进行补偿，从而对输出电流进行补偿，在增加其输出功率的同时，避免带来其他负面问题。
    [n0033] 下面对本申请实施例所提供的开关电源电路的输出功率补偿方案进行详细说明。
    [n0034] 首先，根据开关电源电路中主开关管的占空比信息获得第一直流补偿信号Isink，具体地，所述第一直流补偿信号产生的步骤包括：所述主开关管的逻辑控制信号经过低通滤波后获得占空比信息，基于所述占空比信息和第一阈值的比较生成第一直流补偿信号。
    [n0035] 开关电源电路为一种电能转换电路，用于将输入的电源通过的内部电路的架构转换为所需的输出电压或电流。在一些实施例中，开关电源电路中应用的电子器件可以包括开关管、变压器、电感、电容、电阻等。在一些实施例中，所述开关管可以包括二极管、IGBT和MOSFET等。
    [n0036] 占空比是指在开关电源电路中的开关管的导通时间在一个开关周期内所占的比值。在一些实施例中，所述占空比信息为能够反映开关电源电路中主开关管的占空比值对应的特定的电压值。在一些实施例中，所述占空比信息可以为所述主开关管控制信号的逻辑控制信号经过低通滤波后得到的电压值。在一些实施例中，开关电源电路中的主功率开关管可以通过逻辑控制信号经过驱动电路转换后产生开关控制信号对其进行控制。在一些实施例中，可以通过逻辑控制信号控制该主开关管导通和/或关断的时间长度与开关周期的比值来控制其输出功率。
    [n0037] 在一些实施例中，通过第一补偿电路获得所述第一直流补偿信号，第一补偿电路包括占空比信号获取电路和电流生成电路，所述占空比信息获取电路提取所述开关管控制信号的占空比信息。在一些实施例，占空比信息获取电路可以根据所述逻辑控制信号生成能够反映主开关管占空比值的特定电压值，即为所述占空比对应的占空比信息。在一些实施例中，不同占空比值的逻辑控制信号的可以对应于不同的滤波后的特定电压值，因此，占空比信息能够反映所述控制信号的占空比。
    [n0038] 进一步的，当所述占空比信息大于第一阈值时，基于所述占空比信息生成第一直流补偿信号。
    [n0039] 在一些实施例中，所述第一直流补偿信号可以包括第一补偿电流或第一补偿电压。在一些实施例中，可以预先确定在开关电源电路中其输入电压及输出电压与占空比之间的对应关系，然后基于当前占空比对开关电源电路的电感峰值电流进行补偿。在一些实施例中，当提取到的当前占空比对应的占空比信息大于第一阈值时，则可以生成与当前占空比所对应的第一补偿电流，根据第一补偿电流对开关电源电路的电感峰值电流进行补偿，从而增加其最大输出功率，确保其在当前输入电压下能够获得期望的输出功率从而稳定带载。
    [n0040] 第一阈值为对应于需要生成第一补偿电流的逻辑控制信号对应的占空比信息的值。在一些实施例中，第一阈值可以根据开关电源电路处于临界导通模式（即在一个开关周期结束时电路中的电感电流刚好下降为0）时所对应的占空比来确定。例如，当占空比为0.4时开关电源电路处于临界导通模式，可以将该第一阈值设定为占空比为0.4时对应的电压值，即占空比为0.4时的占空比信息。
    [n0041] 第一补偿电流为开关电源电路中生成的对应于占空比信息的可以对开关电源电路进行补偿的电流。关于第一补偿电流的具体生成方法在下面内容中详述。
    [n0042] 在一些实施例中，考虑到随着输入电压的降低，经过开关电源电路中的最大电感电流Ipk也会随之减少。仅作为示例，当输入电压为120V时，电路中的最大电感电流Ipk1=Vcs/Rcs，当输入电压为40V时，电路中的最大电感电流Ipk2=0.7*Vcs/Rcs（其中，Rcs为采样电阻的阻值）。因此，在一些实施例中，为了使不同输入电压所对应的输出功率尽可能都满足负载要求，可以针对不同的占空比生成不同大小的第一补偿电流。具体而言，即可以根据当前占空比下电路中的最大电流以及期望达到的目标电流值进行补偿。例如，在一些实施例中，可以设定开关电源电路处于连续导通模式下的最大电感电流与非连续导通模式下的最大电感电流相等，其中，非连续导通模式下的最大电感电流Ipk=Vcs/Rcs。则根据上述情况可以得到，当输入电压为40V时，需要补偿的第一补偿电流应当为0.3*Vcs/Rcs，而当输入电压大于40V时，由于其对应的最大电感电流大于0.7*Vcs/Rcs，因此其对应的第一补偿电流可以小于0.3*Vcs/Rcs。
    [n0043] 在一些实施例中，当所述占空比信息大于所述第一阈值并且小于或等于第二阈值时，基于所述占空比信息生成的所述第一直流补偿信号随所述占空比信息的变化而变化。在一些实施例中，当所述占空比信息大于所述第二阈值时，基于所述占空比信息生成的所述第一直流补偿信号固定为所述占空比信息等于所述第二阈值时的第一直流补偿信号。
    [n0044] 在一些实施例中，在相同输入电压的条件下，随着占空比的增大，需要对开关电源电路进行补偿的第一补偿电流也会随之增大，而当占空比达到一定值后，第一补偿电流则不再随之增大。在一些实施例中，可以设定此时占空比对应的占空比信息为第二阈值。在一些实施例中，第二阈值可以设定为占空比为0.7时对应的占空比信息，当获取的当前占空比对应的占空比信息大于第二阈值时，第一补偿电流不再继续增大。也就是说，此时不再通过占空比来调节第一补偿电流的大小。
    [n0045] 在一些实施例中，所述第一阈值可以设置为不小于所述占空比为0.3时对应的电压值，所述第二阈值可以设置为不小于所述占空比为0.6时对应的电压值。
    [n0046] 其次，利用一斜坡产生电路产生一斜坡补偿信号Islope；这里，斜坡产生电路可为现有常规方案，如可以为电流源和电容构成的斜坡产生电路，斜坡产生电路根据主开关管的开关信号产生一三角波信号来对电感的采样电流信号进行补偿。图1中未示出。
    [n0047] 然后，所述第一直流补偿信号Isink和所述斜坡补偿信号Islope均对所述开关电源电路中电感的采样电流信号进行补偿，以使得所述开关电源电路的输出信号为期望值。
    [n0048] 在一些实施例中，针对不同的占空比信息可以生成其对应的第一补偿电流Isink，以及生成对应的所述斜坡补偿信号Islope，所述产生的第一补偿电流和所述斜坡补偿信号Islope与开关电源电路中的电感电流进行叠加，从而增大开关电源电路的电感峰值电流大小，使得输出电流相应增加，进而增加其输出功率，并且减小电路的次谐波震荡，确保其在输入电压较低时依然能够稳定带载。
    [n0049] 此外，在一些实施例中，考虑到裕量的问题，还可以对开关电源电路的输出电流进行过量补偿，即实际补偿值可以略大于待补偿值。例如，当所需补偿的电流值（即当前占空比下的最大电流与目标电流的差值）为0.3*Vcs/Rcs时，可以生成第一补偿电流值为0.4*Vcs/Rcs或其他略大于0.3*Vcs/Rcs的第一补偿电流，对开关电源电路的输出电流进行补偿，以确保其输出功率能够稳定带载。
    [n0050] 在一些实施例中，可以设定当主开关管的控制信号的占空比大于或等于第三阈值时，基于开关电源电路中的当前电感电流进行斜坡补偿。其中，该第三阈值为主开关管控制信号的占空比值，可以是大于或等于0.5且小于等于1的任意数值。例如，当设定第三阈值为0.5时，若当前输入电压下开关管的占空比大于或等于0.5，则可以通过斜坡补偿的方式在电感电流采样的信号中叠加一个固定斜率的补偿信号，使得电路中的有效电流不会随占空比的波动而产生震荡，从而使其输出电流达到稳定状态。
    [n0051] 在一些实施例中，为了确保斜坡补偿的幅度能够消除次谐波震荡的问题，可以基于电感电流的下降斜率来确定斜坡补偿的斜率。在一些实施例中，可以设定斜坡补偿的斜率不小于电感电流下降斜率的一半。仅作为示例，当电感电流下降的斜率k1=Vcs/(0.6*T)时，其中T为开关管的开关周期，可以设定斜坡补偿的斜率为：k2=0.3*Vcs/(0.3*T)=0.6*Vcs/(0.6*T)>1/2*k1，电感电流的下降斜率k1表示电感电流处于下降阶段（即开关管处于断开状态的时间段）时电感电流的下降值与下降时间的比值，斜坡补偿的斜率k2表示补偿值随时间变化的变化率。
    [n0052] 在一些实施例中，上述第三阈值可以与第一阈值对应的占空比相同，例如，可以将第三阈值均设置为0.4，第一阈值设定为占空比在0.4时对应的电压值，即在对开关电源电路的电感采样信号进行斜坡补偿的同时，通过生成上述第一补偿电流对开关电源电路的电感电流进行二次补偿，从而在消除次谐波震荡的同时，提高开关电源电路的输出功率。
    [n0053] 在一些实施例中，上述第三阈值也可以与第一阈值对应的占空比不同。例如，可以将第一阈值设置为占空比在0.4时对应的电压值，将第三阈值设置为0.5。即当输入电压所对应的占空比大于或等于0.4时生成第一补偿电流对开关电源电路的输出电流进行补偿，以避免输出电流由于输入电压过低而减小。当输入电压所对应的占空比大于或等于0.5时生成斜坡补偿电流对开关电源电路的输出电流进行补偿，以避免由于占空比大于0.5而引发次谐波震荡的问题。
    [n0054] 应当注意的是，上述有关开关电源电路的输出功率补偿的描述仅仅是为了示例和说明，而不限定本申请的适用范围。对于本领域技术人员来说，在本申请的指导下可以对上述进行各种修正和改变。然而，这些修正和改变仍在本申请的范围之内。
    [n0055] 图3是根据本申请的一些实施例所示的开关电源电路的输出功率补偿控制电路示意图。图4是根据本申请的一些实施例所示的开关电源电路的输出电压及需要补偿的电压随着占空比变化的曲线示意图。
    [n0056] 如图3所示，在一些实施例中，所述第一补偿电路可以包括占空比信息获取电路及电流生成电路。其中，占空比信息获取电路可以用于基于开关电源电路中用于控制开关管的逻辑控制信号提取其占空比信息；电流生成电路可以用于将所述占空比信息与第一阈值比较，并基于比较结果生成第一补偿电流，以通过该第一补偿电流对开关电源电路的电感电流进行补偿。
    [n0057] 具体地，继续参照图3，在一些实施例中，占空比信息获取电路可以包括由电阻R1和电容C1组成的低通滤波电路。在一些实施例中，低通滤波电路可以用于对所述逻辑控制信号Gon进行低通滤波，以获取所述占空比信息，逻辑控制信号Gon为控制主开关管导通或关闭的高低电平信号，该逻辑控制信号Gon经过由R1和C1组成的低通滤波电路后可以转换为相应的电压值V1，即为所述开关管控制信号占空比的占空比信息。电压值V1的电压水平由电阻R1和电容C1以及逻辑控制信号的电压水平决定。
    [n0058] 继续参照图3，在一些实施例中，电流生成电路可以包括运算放大器OA、第一电阻R2、电流镜电路以及第一开关管Q1。在一些实施例中，所述占空比信息获取电路中低通滤波电路的输出端与电流生成电路中的运算放大器OA的同相输入端相连接。所述逻辑控制信号Gon经过低通滤波电路转换得到电压值V1可以输入运算放大器OA的第一输入端（同相输入端），所述运算放大器的第二输入端（反向输入端）接收所述第一阈值，并将所述占空比信息与第一阈值比较，基于比较结果控制所述第一开关管是否导通；所述第一开关管的两个功率端分别连接所述电流镜电路和所述第一电阻；当运算放大器控制第一开关管导通时，第一电阻和第一开关管串联支路上产生的电流流入电流镜电路，当有电流流入该电流镜电路时，电流镜电路产生第一补偿电流Isink。
    [n0059] 继续参照图3，在一些实施例中，电流生成电路还可以包括电流源I0，电流源I0通过电阻R2连接至地，所述第一阈值基于电流源输出的电流I0和电阻R2的阻值确定。具体而言，当逻辑控制信号Gon经过低通滤波电路转换得到电压值V1大于或等于I0*R2时，第一开关管Q1导通，电阻R2和第一开关管Q1串联支路上产生电流，产生的电流流入电流镜电路；反之，当逻辑控制信号Gon经过低通滤波电路转换得到电压值V1小于I0*R2时，第一开关管Q1断开，无电流流入电流镜，则不产生第一补偿电流Isink。具体地，参考图3，所述电流镜电路包括第一电流镜和第二电流镜，所述第一电流镜接收供电电压Vcc，并通过第一开关管Q1和电阻R2串联的串联结构连接至地，当第一开关管Q1导通后，第一开关管Q1上的电流通过第一电流镜产生第一电流Iout；第二电流镜连接在所述第一电流镜和地之间，第二电流镜接收第一电流Iout，在第二电流镜的输出端输出所述第一补偿电流Isink。这里，第一电流镜和第二电流镜的比例系数可以为相同或不同，所述第一补偿电流Isink可以与第一电流Iout相同或成一定比例系数关系。
    [n0060] 在一些实施例中，随着主开关管控制信号的占空比逐渐增大，开关电源电路中的输出功率也会不断降低，因此需要对开关电源电路进行补偿的第一补偿电流也需要随之增大。在一些实施例中，当逻辑控制信号Gon经过低通滤波电路转换得到电压值V1大于第一阈值时，运算放大器OA控制开关管Q1导通，电流生成电路从而产生第一补偿电流Isink且，第一补偿电流Isink会跟随流经电阻R2上的电流。随着占空比的增大，逻辑控制信号Gon经过低通滤波电路转换得到电压值V1会对应增大，根据运算放大器的虚短原理，电阻R2两端的电压值也会随着V1增大而增大，从而与电阻R2串联的第一开关管Q1上的电流增大，从而使产生的第一补偿电流Isink随着占空比的增大而增大。在一些实施例中，当电阻R2两端电压值达到第二阈值，即为参考电压Vref时，由于参考电压Vref的钳位，第一补偿电流Isink将不再随着占空比的增大而继续增大，第一补偿电流Isink将固定在第二阈值对应的第一补偿电流处，为最大第一补偿电流。在一些实施例中，所述参考电压Vref为预先设定的施加在运算放大器OA另一正相输入端的电压，可以通过设定的第二阈值的大小进行设定。也就是说，当占空比达到设定的最大值时，例如最大占空比为0.7时，将不再通过占空比来调节第一补偿电流的大小，避免产生的补偿电流过大。
    [n0061] 仅作为示例，开关电源电路的输出电压随着占空比变化的曲线如图4上半部分所示。当开关电源电路处于临界导通模式时的占空比D1为0.4时，电感峰值电流对应的采样电压值为Vcs，随着占空比的增大，采样电压以一个固定的斜率下降，当占空比Dmax为0.7时，采样电压值为0.7*Vcs。在一些实施例中，当占空比Dmax为0.7，需要补偿的电压值为0.3*Vcs。考虑到裕量的问题，可以进行过量补偿，例如，可以设定补偿的电压值为0.4*Vcs或其他略大于0.3*Vcs的值。在一些实施例中，对采样电压的补偿值可以通过调节第一补偿电流Isink流经的电阻上的电压获得，如图2中的电阻R3的阻值确定。
    [n0062] 可以理解，本申请实施例中通过占空比信息判断是否生成补偿电流对开关电源电路进行补偿。在一些实施例中，在占空比信息大于或等于第一阈值时产生第一补偿电流Isink对开关电源电路的电感电流进行补偿，而在占空比信息小于第一阈值时则不产生该第一补偿电流Isink，可以提高输入电压较低时开关电源电路的输出电流使其能够稳定带载，又可以同时避免输入电压较高时由于补偿电流的存在而使开关电源电路的输出电流过大。在一些实施例中，在占空比信息大于第二阈值时，将第一补偿电流固定在占空比信息等于第二阈值时对应产生的第一补偿电流，不再通过占空比来调节第一补偿电流的大小，避免产生的补偿电流过大。
    [n0063] 图2是根据本申请的一些实施例所示的反激变换电路示意图。
    [n0064] 在一些实施例中，上述开关电源电路的输出功率补偿的控制电路可以与反激变换电路相结合，从而对开关电源电路的输出电流进行补偿。在一些实施例中，对开关电源电路的补偿还可以结合斜坡补偿，以消除可能出现的次谐波震荡的现象。如图4所示，反激变换电路可以包括主开关管Gate，上述占空比信息获取电路可以根据主开关管Gate的控制信号提取对应的占空比信息，然后由上述电流生成电路基于该占空比信息生成相应的第一补偿电流Isink。
    [n0065] 同理，当输入电压Vin为80V，占空比为0.55时，电路中的峰值电流仅能达到额定峰值电流Ipk的85%，此时则可以基于该占空比信息生成一个电流值为略大于15%*Ipk的第一补偿电流Isink，并将该第一补偿电流Isink与电路中的电流叠加。
    [n0066] 需要说明，以上第一补偿电流的补偿值仅为举例说明。在一些实施例中，该补偿值可以根据预先设定的补偿要求而定，例如，当设定开关电源电路处于连续导通模式下的最大电流为非连续导通模式下的最大电流的90%时，若非连续导通模式下的最大电流Ipk=Vcs/Rcs，输入电压为40V时电路中的最大电感电流Ipk2=0.7*Vcs/Rcs，则此时需要补偿的第一补偿电流Isink大致为0.2*Vcs/Rcs。具体地，考虑到斜坡补偿电流Islope的作用会使得该输入电压下的最大电流Ipk2进一步减小，因此，为了使补偿后的峰值电流更加接近非连续导通模式下的最大电流的90%，当输入电压为40V，对应的第一补偿电流Isink可以略大于0.2*Vcs/Rcs。
    [n0067] 在一些实施例中，上述开关电源电路的控制电路还可以应用于buck-boost功率级电路中，通过补偿拓扑电路中电感电流的大小以补偿输出电流，获得稳定的输出功率。
    [n0068] 需要说明，在本申请实施例中，涉及到的开关管Q1、开关管Q2以及开关管Gate可以是MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管）、IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）等，本申请中不对其进行任何限定。
    [n0069] 本申请实施例可能带来的有益效果包括但不限于：（1）通过基于占空比信息生成第一补偿电流，并将其与开关电源电路的电感电流叠加，提高电感峰值电流的大小，从而增加输出电流，可以在开关电源电路的输入电压较低时使其保持稳定的输出功率，同时避免增加输入电压较高时的输出功率；（2）通过基于占空比信息生成第一补偿电流可以针对不同的占空比生成不同大小的第一补偿电流，以使不同输入电压所对应的输出功率保持稳定，从而确保开关电源电路稳定带载；（3）在占空比信息大于第二阈值时，不再通过占空比来调节第一补偿电流的大小，避免产生的补偿电流过大；（4）在占空比大于第三阈值时，基于开关电源电路中的电感电流进行斜坡补偿，可以避免占空比过大而引发次谐波震荡。
    [n0070] 在一些实施例中，开关电源电路可以包括直流开关电源电路与交流开关电源电路。在一些实施例中，直流开关电源电路根据内部的DC/DC转换器可以划分为隔离式与非隔离式两类，其中，隔离式DC/DC转换电路可以包括正激式（Forward）转换电路、反激式（Flyback）转换电路、双管正激式（Double Transistor Forward）转换电路，双管反激式（Double Transistor Flyback）转换电路、推挽式（Push-Pull）转换电路和半桥式（Half-Bridge）转换电路，非隔离式DC/DC转换电路可以包括降压式（Buck）DC/DC转换电路，升压式（Boost）DC/DC转换电路、升压降压式（Buck Boost）DC/DC转换电路、Cuk DC/DC转换电路、Zeta DC/DC转换电路和SEPIC DC/DC转换电路等。
    [n0071] 需要说明的是，不同实施例可能产生的有益效果不同，在不同的实施例里，可能产生的有益效果可以是以上任意一种或几种的组合，也可以是其他任何可能获得的有益效果。
    [n0072] 上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述详细披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。
    [n0073] 同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一个替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
    [n0074] 最后，应当理解的是，本申请中所述实施例仅用以说明本申请实施例的原则。其他的变形也可能属于本申请的范围。因此，作为示例而非限制，本申请实施例的替代配置可视为与本申请的教导一致。相应地，本申请的实施例不仅限于本申请明确介绍和描述的实施例。
    权利要求:
    Claims (7)
    [0001] 1.一种开关电源电路的控制电路，其特征在于，包括：
    第一补偿电路，所述第一补偿电路根据开关电源电路中主开关管的占空比信息和第一阈值获得第一直流补偿信号；
    斜坡产生电路，所述斜坡产生电路用于产生一斜坡补偿信号；
    所述第一直流补偿信号和所述斜坡补偿信号均对所述开关电源电路中电感的采样电流信号进行叠加补偿，以使得所述开关电源电路的输出信号为期望值。
    [0002] 2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述第一补偿电路包括：
    占空比信息获取电路，用于基于开关电源电路中主开关管的逻辑控制信号提取占空比信息；
    电流生成电路，用于将所述占空比信息与第一阈值比较，并基于比较结果生成所述第一直流补偿信号。
    [0003] 3.如权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述占空比信息获取电路包括：
    低通滤波电路，接收所述主开关管的逻辑控制信号，并对所述逻辑控制信号进行低通滤波，以获取所述占空比信息。
    [0004] 4.如权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述电流生成电路包括运算放大器、第一开关管、第一电阻以及电流镜电路；
    所述运算放大器的第一输入端连接所述占空比信息获取电路的输出端，所述运算放大器的输出端连接至所述第一开关管的控制端；
    所述运算放大器的第二输入端接收所述第一阈值，并将所述占空比信息与第一阈值比较，并基于比较结果控制所述第一开关管是否导通；
    所述第一开关管的两个功率端分别连接所述电流镜电路和所述第一电阻；
    当所述第一开关管导通时，所述第一开关管和第一电阻所在串联支路的电流流入所述电流镜电路，所述电流镜电路用于在有电流流入时产生所述第一直流补偿信号。
    [0005] 5.如权利要求4所述的控制电路，其特征在于，所述电流生成电路还包括电流源，所述电流源的一端通过所述第一电阻接地，所述第一电阻的非接地端与所述运算放大器的第二输入端连接；
    所述第一阈值基于所述电流源输出的电流与第一电阻的阻值确定。
    [0006] 6.如权利要求4所述的控制电路，其特征在于，所述运算放大器的第三输入端输入一参考电压，所述参考电压的值等于第二阈值，当所述占空比信息大于所述第二阈值时，控制所述第一电阻上的压降值固定不变，以使得所述第一直流补偿信号为最大第一直流补偿信号。
    [0007] 7.一种开关电源，包括电感电流采样电路和逻辑控制电路，其特征在于，还包括权利要求1-6任一所述的控制电路，
    所述电感电流采样电路采样所述开关电源中的电感电流信息，以获得所述电感电流采样信号，
    所述逻辑控制电路接收所述电流采样信号和参考信号，进行比较后产生逻辑控制信号用以控制所述主开关管的开关状态，
    所述第一直流补偿信号和所述斜坡补偿信号用于对所述电感电流采样信号进行补偿。
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
    JP5649158B2|2015-01-07|力率改善（ｐｆｃ）コンバータで用いられるコントローラ、および力率改善（ｐｆｃ）回路を制御する方法
    US8314598B2|2012-11-20|Control for regulator fast transient response and low EMI noise
    US7199563B2|2007-04-03|DC-DC converter
    US8493757B2|2013-07-23|AC/DC converter with a PFC and a DC/DC converter
    CN105322792B|2019-11-08|采用滞回升压架构的功率变换器及其方法
    JP2003510001A|2003-03-11|Ｌｌｃ変換器及びｌｌｃ変換器を制御する方法
    JP6397757B2|2018-09-26|電源装置
    US9735661B2|2017-08-15|Mixed-mode power factor correction
    US9590512B2|2017-03-07|Power supply apparatus
    CN106028496B|2020-03-13|Led点亮装置以及led照明装置
    KR20140143908A|2014-12-18|저전압 ｄｃ-ｄｃ 컨버터 듀티 제어 방법
    US20120092909A1|2012-04-19|Power conversion apparatus
    Mukherjee et al.2018|High-frequency LC 3 L resonant DC-DC converter for automotive LED driver applications
    Lopez et al.2010|Autotuning digital controller for current sensorless power factor corrector stage in continuous conduction mode
    CN214337787U|2021-10-01|一种开关电源电路的控制电路及开关电源
    TW201409906A|2014-03-01|控制電路、時間計算單元及控制電路操作方法
    CN104022645B|2016-08-17|一种开关变换器的恒频固定关断时间控制装置
    CN112054658A|2020-12-08|一种开关电源电路的控制方法、控制电路及开关电源
    Tsai et al.2012|Triple loop modulation | for high reliability and efficiency in a power factor correction | system
    CN104682687A|2015-06-03|基于软启动的电压调节电路及其软启动方法
    CN111245231B|2021-08-03|软开关双向直流变换器的升压模式恒电压控制方法及电路
    CN214674941U|2021-11-09|电源转换器及其限流控制电路
    CN111130350B|2021-08-03|软开关双向直流变换器的升压模式恒电流控制方法及电路
    Kripakaran et al.2013|A Predictive Control Strategy for Power Factor Correction
    EP2421134A1|2012-02-22|Current-fed quadratic buck converter
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2021-10-01| GR01| Patent grant|
    2021-10-01| GR01| Patent grant|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    CN202022025577.1U|CN214337787U|2020-09-16|2020-09-16|一种开关电源电路的控制电路及开关电源|CN202022025577.1U| CN214337787U|2020-09-16|2020-09-16|一种开关电源电路的控制电路及开关电源|
    [返回顶部]