[發明專利]開關電源及其啟動控制電路和方法

有效

• 申請號: 202011059124.9
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112290788B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 李萌;劉拓夫;朱力強;翟向坤
• 申請（專利權）人: 昂寶電子（上海）有限公司
• 主分類號: H02M1/36
• 分類號: H02M1/36
• 代理公司: 北京東方億思知識產權代理有限責任公司 11258
• 代理人: 田琳婧

提供了一種開關電源及其啟動控制電路和方法。用于開關電源的啟動控制電路包括：振蕩信號生成單元，可操作以基于斜坡電流信號或斜坡電壓信號生成振蕩信號，其中，斜坡電流信號或斜坡電壓信號在開關電源啟動時開始隨時間增大，振蕩信號的頻率隨斜坡電流信號或斜坡電壓信號的增大而增大，并且振蕩信號被用作控制開關電源中的功率開關的導通的第一控制信號；控制信號生成單元，可操作以基于輸出電壓反饋信號、電感電流反饋信號、以及振蕩信號生成用于控制功率開關的關斷的第二控制信號；以及驅動信號生成單元，可操作以基于第一控制信號和第二控制信號生成用于驅動功率開關的柵極驅動信號。

技術領域

本發明涉及電路領域，更具體地涉及一種開關電源及其啟動控制電路和方法。

背景技術

在開關電源應用中，定頻系統是一種常見的系統架構，其優點是功率開關的工作頻率不會隨輸入電感的改變而變化，因此有利于輸入電感的選擇。圖1示出了傳統的開關電源中的啟動控制電路100及相關外圍元件的電路連接的示意圖。這里，Vin和Vout分別為開關電源的輸入電壓和輸出電壓，C1和C2分別為開關電源的輸入電容和輸出電容，R1和R2分別為開關電源的輸出電壓檢測電阻和輸入電壓檢測電阻，L1為開關電源的輸入電感。

在圖1所示的電路連接中，當功率開關Q1處于導通狀態時，輸入電感L1儲存能量；當功率開關Q1處于關斷狀態時，輸入電感L1儲存的能量通過續流二極管D1充能到輸出電容C2，輸出電容C2在充能結束后向開關電源的負載供電；輸出電壓檢測電阻R1在檢測到輸出電壓Vout時，將輸出電壓Vout的檢測電壓(下面稱為輸出電壓反饋信號)傳輸到啟動控制電路100的電壓反饋腳(即，FB腳)；輸入電壓檢測電阻R2在檢測到流過輸入電感L1的電感電流I_L時，將電感電流I_L的檢測電壓(下面稱為電感電流反饋信號)傳輸到啟動控制電路100的電流感測腳(即，CS腳)。

進一步地，如圖1所示，啟動控制電路100的工作過程如下：誤差放大器通過對輸出電壓反饋信號和基準電壓信號Vref_ea之間的差值進行放大生成補償信號comp；加法器通過將振蕩器生成的頻率固定的振蕩信號clk和電流感測模塊基于電感電流反饋信號生成的電感電流感測信號進行疊加生成斜坡信號ramp；脈寬調制(PWM)比較器通過對補償信號comp和斜坡信號ramp進行比較生成控制功率開關Q1的關斷的第二控制信號；振蕩器生成的振蕩信號clk被用作為控制功率開關Q1的導通的第一控制信號；控制邏輯模塊和柵極驅動器基于第一控制信號和第二控制信號生成柵極驅動信號gate，用于驅動功率開關Q1從關斷狀態切換到導通狀態、從導通狀態切換到關斷狀態、保持在導通狀態、或者保持在關斷狀態。

在實際應用中，為了提高開關電源的供電效率，通常會將柵極驅動信號的占空比設置得比較小，從而使得輸出電壓Vout和輸入電壓Vin之間的差值比較小。在開關電源的啟動過程中，由于輸出電壓Vout較低，輸入電感L1在功率開關Q1處于導通狀態時存儲的能量無法在功率開關Q1處于關斷狀態時充分退磁，導致流過輸入電感L1的電感電流I_L不斷增大甚至可能會出現過沖狀態，因而可能會導致功率開關Q1損壞。

圖2示出了圖1所示的開關電源的啟動過程中的柵極驅動信號gate、電感電流I_L、以及功率開關Q1的工作頻率freq的時序圖。從圖2可以看出，在圖1所示的開關電源的啟動過程中，功率開關Q的工作頻率(即，柵極驅動信號的頻率)freq固定，電感電流I_L的峰值不斷增大且最終可能超出功率開關Q1的最大電流，從而導致功率開關Q1損壞。

發明內容

鑒于以上所述的一個或多個問題，本發明提供了開關電源及其啟動控制電路和方法。