[發(fā)明專利]開關(guān)電源的谷底導(dǎo)通數(shù)字控制電路

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410484981.1
• 申請日: 2014-09-19
• 公開（公告）號: CN104242658B
• 公開（公告）日: 2017-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李海松;陶平;易揚(yáng)波
• 申請（專利權(quán)）人: 無錫芯朋微電子股份有限公司
• 主分類號: H02M3/28
• 分類號: H02M3/28;H02M3/335
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司32200
• 代理人: 熊玉瑋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明公開了開關(guān)電源的谷底導(dǎo)通數(shù)字控制電路，屬于開關(guān)電源電路設(shè)計(jì)的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著便攜式的電子設(shè)備的流行，開關(guān)電源已然成為這類的電子設(shè)備的主要電源方案。圖1給出了一種傳統(tǒng)的開關(guān)電源芯片結(jié)構(gòu)，芯片主要包括：電壓反饋檢測模塊、電流反饋檢測模塊、運(yùn)算器、PWM產(chǎn)生模塊。圖2給出了一種傳統(tǒng)的開關(guān)電源芯片結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)方案，該系統(tǒng)主要包括：整流橋D0、濾波電容C1、變壓器TR1、電源芯片IC1、與電源芯片IC1OUTPUT引腳連接的開關(guān)管、與開關(guān)管連接的CS采樣回路、與變壓器副邊連接的DC輸出級(二極管D4、電容C4組成)、與變壓器輔助線圈連接的VDD供電回路(二極管D3、電容C3、電阻R1、電容C5組成)和FB反饋回路(電阻R3、電阻R4組成)。開關(guān)管漏極接變壓器TR1原邊繞組，開關(guān)管源極接電流芯片ISENSE引腳，電流芯片IC1的ISENSE引腳與GND引腳之間接有電阻R2。系統(tǒng)工作原理簡要描述如下：當(dāng)DC輸出電壓Vout低于目標(biāo)電壓時，F(xiàn)B反饋電壓V_SENSE降低，電源芯片ICI會增大開關(guān)頻率的占空比，讓開關(guān)管導(dǎo)通時間更長，以傳遞更多的能量到變壓器的副邊，使輸出電壓Vout升高；當(dāng)DC輸出電壓Vout高于目標(biāo)電壓時，F(xiàn)B電壓升高，電源芯片ICI就會減小開關(guān)頻率的占空比，開關(guān)管導(dǎo)通時間變小，以傳遞更少的能量到變壓器的副邊，使輸出電壓Vout降低。

這種工作方式能夠?qū)崿F(xiàn)輸出穩(wěn)定，然而由于開關(guān)管的等效輸出電容上的損耗和開關(guān)管上的電壓的平方成正比，所以此類的工作方式的開關(guān)損耗比較大。同時系統(tǒng)穩(wěn)定時，系統(tǒng)的工作頻率恒定，EMI特性比較差。

而開關(guān)損耗主要和開關(guān)管上的電壓大小有關(guān)，所以讓開關(guān)管工作在低電壓開關(guān)狀態(tài)是降低開關(guān)損耗的重要手段，谷底導(dǎo)通技術(shù)就是讓開關(guān)管工作在低電壓開關(guān)狀態(tài)。圖3給出了傳統(tǒng)的谷底導(dǎo)通芯片的工作波形，在運(yùn)算器理論計(jì)算的導(dǎo)通信號有效之后的第一個谷底導(dǎo)通，能夠一定程度上降低開關(guān)損耗。

這種工作方式雖然能一定程度上降低開關(guān)損耗，但是它有很多的不足。比如當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生異常導(dǎo)致諧振區(qū)諧振周期異常，不能檢測到谷底時，這種工作方式就不能正常工作了。這種工作方式不是實(shí)時計(jì)算最佳谷底位置，所以當(dāng)由于負(fù)載或者輸入電壓變化導(dǎo)致諧振周期變化時，這種工作方式就不能做到精確谷底導(dǎo)通，影響降低開關(guān)損耗的效率。當(dāng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)不好時，理論導(dǎo)通點(diǎn)在第一個谷底之前，這種方式必須到谷底才能導(dǎo)通，限制了最大占空比，會讓輸出越來越低，最終不能輸出想要恒定電壓。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述背景技術(shù)的不足，提供了開關(guān)電源的谷底導(dǎo)通驅(qū)動電路，能夠解決驅(qū)動開關(guān)管的開關(guān)損耗大、穩(wěn)定時工作頻率恒定、諧振區(qū)諧振周期抖動導(dǎo)致的谷底導(dǎo)通位置不精確、諧振異常時不工作、開關(guān)電源驅(qū)動電路設(shè)計(jì)受限制的問題。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的采用如下技術(shù)方案：

開關(guān)電源的谷底導(dǎo)通數(shù)字控制電路，包括：

采集開關(guān)電源反饋電壓的電壓反饋檢測模塊；

采集驅(qū)動開關(guān)管電流的電流反饋檢測模塊；

根據(jù)電壓、電流反饋檢測模塊輸出信號得到驅(qū)動開關(guān)管導(dǎo)通信號的運(yùn)算器；

所述谷底導(dǎo)通數(shù)字控制電路還包括：

由電壓反饋檢測模塊輸出信號得到谷底導(dǎo)通信號的谷底導(dǎo)通數(shù)字控制模塊，

對驅(qū)動開關(guān)管導(dǎo)通信號、谷底導(dǎo)通信號做與運(yùn)算的與門器件，

根據(jù)與門器件的運(yùn)算結(jié)果生成實(shí)際占空比信號的PWM產(chǎn)生模塊，所述實(shí)際占空比信號控制驅(qū)動開關(guān)管在諧振周期內(nèi)谷底導(dǎo)通而在異常諧振周期內(nèi)實(shí)時導(dǎo)通。

作為所述谷底導(dǎo)通數(shù)字控制電路的進(jìn)一步優(yōu)化方案，谷底導(dǎo)通數(shù)字控制模塊包括：

諧振周期比較器，由電壓反饋檢測模塊輸出信號以及基準(zhǔn)電壓判定開關(guān)電源諧振狀態(tài)，

第1諧振周期谷底數(shù)字運(yùn)算模塊，在諧振周期比較器判定開關(guān)電源正常諧振且處于第1諧振周期時計(jì)算開關(guān)電源反饋電壓的第一過零點(diǎn)以及第1諧振周期的最佳谷底導(dǎo)通位置，生成驅(qū)動開關(guān)管在第一過零點(diǎn)至最佳谷底導(dǎo)通位置之間導(dǎo)通的第一谷底導(dǎo)通信號，

第2到n個諧振周期谷底數(shù)字運(yùn)算模塊，在諧振周期比較器判定開關(guān)電源正常諧振且處于第2到n個諧振周期時實(shí)時計(jì)算各諧振周期的最佳谷底導(dǎo)通位置，生成驅(qū)動開關(guān)管在第2到n個諧振周期內(nèi)的最佳谷底導(dǎo)通位置導(dǎo)通的第二谷底導(dǎo)通信號，n為1的整數(shù)，

異常諧振周期谷底數(shù)字運(yùn)算模塊，在開關(guān)電源處于異常諧振周期時生成驅(qū)動開關(guān)管實(shí)時導(dǎo)通的使能信號，