CN104319998B - 一种开关电源控制电路、开关电源及控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种开关电源控制电路、开关电源及控制方法，所述开关控制电路包括导通控制电路、峰值电流限制电路、恒定时间产生电路和逻辑驱动电路，所述导通控制电路控制开关电源的第一开关在实际输出电压小于期望输出电压时导通，峰值电流限制电路用于限制电感电流，恒定时间产生电路用于产生一恒定时间，逻辑驱动电路用于产生第一开关的控制信号使第一开关在导通后的一恒定时间段内，若存在电感电流达到峰值限制电流的时刻，则在该时刻被关断，若不存在，则在该恒定时间段结束时被关断。由此可以所述开关控制电路既能实现对开关电源定导通时间，还可实现对电感电流的限制，可有效的避免因电感饱和而造成所述第一开关被损坏的现象。

Description

一种开关电源控制电路、开关电源及控制方法

技术领域

本发明设计电力电子技术领域，尤其涉及开关电源控制电路、开关电源及控制方法。

背景技术

开关电源一般由主功率级电路和开关电源控制电路构成，开关电源的控制电路与主功率级电路相连，以输出开关控制信号来控制主功率级电路中的主开关管的导通和关断，从而使开关电源将输入电压转换成负载所需求的电压输出。

开关电源控制电路对主开关管的控制方式可分为定频控制和变频控制。定频控制即开关周期恒定不变，通过调整一个周期内开关导通的宽度来调节输出电压，即脉冲宽度调制。变频控制即通过控制主开关管的导通时间或关断时间恒定，通过调节主开关管控制信号的占空比来控制输出电压恒定。恒定导通时间(Constant on time，简称COT)控制是变频控制中的一种，即在每一个开关周期中，当开关电源的输出电压低于其期望的输出电压时，控制主开关管导通，经过一恒定的时间后再控制主开关关断。

在实际应用中，恒定导通时间控制方案实现简单，成本也较低，其稳定性优于定频控制方式。然而这种固定让主开关管导通一恒定时间后再让其关断的控制方式，由于没有电感电流的限制，则在主开关管导通期间，主功率级电路中的电感可能会出现饱和现象，从而使电感电流迅速增大至超出主开关管的鲁棒性(开关管的特性，如耐压特性、承受的最大电流特性等)，最终使主开关管烧坏。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种开关电源控制电路、开关电源及控制方法，以解决现有技术在实现恒定导通时间控制开关电源时，因电感饱和而造成主开关管易被损坏的问题。

一种开关电源控制电路，与开关电源的主功率级电路相连，所述主功率级电包括第一开关以及与所述第一开关相连的电感，所述控制电路包括：

导通控制电路，用于根据所述开关电源的实际输出电压和所述开关电源的期望输出电压产生第一控制信号，所述第一控制信号在所述实际输出电压小于所述期望输出电压时变为有效状态；

峰值电流限制电路，根据流过所述电感的电感电流和一峰值限制电流产生第二控制信号，所述第二控制信号在所述电感电流大于所述峰值限制电流时变为有效状态；

恒定时间产生电路，根据第一开关控制信号产生一恒定时间控制信号，所述恒定时间控制信号在所述开关管导通后持续一恒定时间时变为有效信号；

逻辑驱动电路，根据所述第一控制信号、第二控制信号和恒定时间控制信号产生所述第一开关控制信号，以控制所述第一开关导通和关断；

每一开关周期内，当所述第一控制信号变为有效状态时，所述第一开关导通，直到所述恒定时间控制信号和第二控制信号中任意一个变为有效状态时，所述第一开关关断。

优选的，所述开关控制电路还包括一谷值电流限制电路；

所述谷值电流限制电路用于根据所述电感电流和谷值限制电流产生第三控制信号，所述第三控制信号在所述电感电流小于所述谷值限制电流时变为有效信号；

每一开关周期内，在所述第三控制信号为无效状态期间，当所述第一控制信号变为有效状态时，所述第一开关导通，直到所述恒定时间控制信号和第二控制信号中任意一个变为有效状态时，所述第一开关关断，在所述第三控制信号为有效状态期间，所述第一开关一直关断。

优选的，所述峰值电流限制电路包括第一比较电路，所述第一比较电路用于比较一表征所述电感电流的采样信号和一表征所述峰值限制电流的第一参考信号，并输出比较结果作为所述第二控制信号。

优选的，所述第一比较电路包括第一电压比较器、第一电阻和第一电流源；

所述第一电阻的第一端和所述开关电源的电压输入端相连，另第二端通过所述第电流源接地；

所述第一电压比较器的同向输入端连接到所述第一电阻的第二端，以接收所述第一参考信号，反向输入端连接到所述第一开关和所述电感相连的节点处，以接收所述采样信号，输出端输出所述第二控制信号。

优选的，所述第一比较电路包括电感电流采样电路、第二电流源和模数转换输出电路；

所述电感电流采样电路用于采样所述电感电流，并输出所述采样信号；

所述第二电流源与所述电感电流采样电路串联连接，用于输出所述第一参考信号；

所述模数转换输出电路的输入端连接到所述第二电流源与所述电感电流采样电路串联连接的节点，用于将所述节点处的电压信号转换成数字信号，并输输出所述数字信号作为所述第二控制信号。

优选的，所述电感电流采样电路包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体 管、第二电阻、第三电阻、第一运算放大器；

所述第一晶体管的第一端连接到所述第一开关和所述电感相连的节点处，第二端通过第二电阻与所述开关电源的电压输入端相连，控制端与所述第一开关的控制端相连；

所述第一运算放大器的第一输入端与所述第一晶体管的第二端相连，第二输入端通过所述第三电阻连接到所述电压输入端，输出端与所述第二晶体管的控制端相连；

所述第二晶体管的第一端与所述运算放大器的第二输入端相连，第二端与所述第三晶体管的第一端相连；

所述第三晶体管的第二端通过所述第二电流源连接到地，控制端与所述模数转换输出电路的供电端相连。

优选的，所述模数转换输出电路包括第一反相器和第二反相器；

所述第一反相器的输入端与所述第二晶体管的第二端相连，输出端与所述第二反相器的输入端相连，所述第二反相器的输出端输出所述第二控制信号，所述第一反相器与所述第二反相器的供电端与所述模数转换输出电路的供电端相连。

优选的，所述导通控制电路包括第二比较电路，所述第二比较电路用于比较所述实际输出电压的反馈电压信号和一表征所述期望输出电压的第二参考电压信号，并输出所述第一控制信号。

优选的，所述第二比较电路包括纹波发生电路、补偿电路、第二电压比较器；

所述纹波发生电路用于获取与所述电感电流同步变化的纹波信号；

所述补偿电路用于对所述反馈电压信号和表征所述期望输出电压的第二参考电压信号之间的误差进行补偿，以产生一补偿信号；

所述第二电压比较器的反相输入端接收所述纹波信号和所述反馈电压信号的叠加信号，同相输入端接收所述补偿信号和所述第二参考电压信号的叠加信号，输出端输出所述第一控制信号。

一种开关电源，包括主功率级电路和上述任意一开关电源控制电路；

所述主功率级电路包括第一开关以及与所述第一开关相连的电感；

所述开关电源控制电路与所述主功率级电路相连，以控制所述第一开的关导通和关断。

一种开关电源的控制方法，所述开关电源的主功率级电路包括第一开关以及与所述第一开关相连的电感，所述控制方法包括：

在每一开关周期内，当所述开关电源的实际输出电压小于所述开关电源的期望输出电压时，控制所述第一开关导通；

在所述第一开关导通后的一恒定时间内，若存在流过所述电感的电感电流大于或等于一峰值限制电流，则控制所述第一开关在所述电感电流大于或等于所述峰值限制电流时被关断，否则控制所述第一开关在导通后持续所述恒定时间时被关断。

优选的，所述控制方法还包括在每一所述开关周期内，判断所述电感电流是否小于一谷值限制电流；

在所述电感电流大于所述谷值限制电流期间，当所述实际输出电压小于所述期望输出电压时，控制所述第一开关导通；

在所述第一开关导通后的一所述恒定时间内，若存在所述电感电流大于或等于所述峰值限制电流，则控制所述第一开关在所述电感电流大于或等于所述峰值限制电流时被关断，否则控制所述第一开关在导通后持续所述恒定时间时被关断。

在所述电感电流小于或等于所述谷值限制电流期间，控制所述第一开关一直关断。

由上可见，根据本发明的开关电源控制电路在控制第一开关在开关电源的实际输出电压小于期望输出电压时导通，并根据第一开关的开关控制信号产生一恒定时间，且在该判断在第一开关导通后的该恒定时间内是否存在电感电流大于峰值限制电流，若存在，则在电感电流大于峰值限制电流时控制第一开关关断，若不存在，则使第一开关在导通后持续了该恒定时间时被关断。这样的控制方式与现有技术实现的恒定导通时间控制方式相比，由于在第一开关的导通期间对电感电流的峰值实现了限制，可避免因电感饱而造成电感电流迅速增大的现象，可确保电感电流不会超过第一开关的鲁棒性，不易造成第一开关的损坏。

附图说明

图1为依据本发明的开关电源控制电路一实施漏的的电路图；

图2为图1中的峰值电流限制电路的一种可选实现方式电路图；

图3为图1中的峰值电流限制电路的另一种可选实现方式电路图；

图4a为图1中导通控制电路的另一种可选实现方式的原理图；

图4b为一产生纹波信号及将纹波信号与反馈电压信号叠加的的电路图；

图4c为一产生补偿信号及将补偿信号与第二参考电压信号叠加的电路图；

图5为图1中的导通时间产生电路的一种可选实现方式电路图；

图6为图1中的谷值限制电路的一种可选实现方式电路图；

图7为图1中的逻辑驱动电路的一种可选实现方式电路图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的几个优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅 仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。

图1为依据本发明的开关电源控制电路一实施漏的的电路图。

请参考图1，本发明提供的开关电源控制电路1与开关电源的主功率级电路2相连，主功率级电路2包括第一开关M_A(主开关管)以及与第一开关M_A相连的电感L。当然主功率级电路2还可进一步包括续流开关M_B、输出滤波电阻R_o、输出电容C_o。各元件之间的连接关系可以为：第一开关M_A的第一端(源极与漏极中的个)与开关电源的电压输入端相连，以接输入电压V_IN，第二端(源极与漏极中的另一个)与电感L的第一端相连，电感的第二端与输出电容C_o的第一端相连，续流开关M_B的第一端(源极和漏极中的一个)与第一开关M_A的第二端相连，第二端连接到地，输出电容C_o的第二端连接到地，输出滤波电阻R_o的两端分别与输出电容C_o的第一端和第二端相连。开关电源控制电路1与主功率级电路2相连，具体为开关电源控制电路1的输出端与第一开关M_A的控制端相连，以向第一开关M_A的控制端输出用于控制第一开关MA导通和关断的第一开关控制信号Q_A，进一步的，续流开关M_B的控制端也与开关电源控制电路1的输出端，以接收开关电源控制电路1输出的用于控制续流开关MB的导通和关断的第二开关控制信号Q_B，通常，Q_A与Q_B为互补信号，即第一开关M_A与续流开关M_B的开关状态相反。

开关电源控制电路1包括导通控制电路11、峰值电流限制电路12、恒定时间产生电路13以及逻辑驱动电路14。

导通控制电路11用于根据开关电源的实际输出电压与开关电源的期望输出电压产生一个用于控制第一开关M_A导通的第一控制信号Q_S，当开关电源的实际输出电压小于其期望输出电压时，第一控制信号Q_S变为有效状态。如在第一控制信号Q_S为电平信号时，可以选择高电平为第一控制信号Q_S的有效状态，在本发明所有实施例中将以高电平作为第一控制信号Q_S的有效状态。

如图1所示，在开关电源的功率级电路2中，可以采用并联在输出电容C_o两端的由电阻R_a和R_b组成的电阻分压器来检测实际的开关电源输出电压，并输 出表征开关电源实际输出电压的反馈电压信号V_fb。通过判断反馈电压信号V_fb的大小，便可得出当前开关电源的实际输出电压是否小于开关电源的期望输出电压，若小于，则第一控制信号Q_S变为有效状态，以指示第一开关M_A导通。

峰值电流限制电路12用于根据流过电感L的电感电流IL和一峰值限制电流I_{hs_lim}产生一个可控制第一开关M_A关断的第二控制信号Hs_ILM，当电感电流I_L大于峰值限制电流I_{hs_lim}时，第二控制信号Hs_ILM变为有效状态。

第二控制信号Hs_ILM变的有效状态是指第二控制信号Hs_ILM在指示第一开关M_A关断时的状态，如在第二控制信号Hs_ILM为电平信号时，可以选择高电平为第二控制信号Hs_ILM的有效状态，在本发明所有实施例中将以高电平作为第二控制信号Hs_ILM的有效状态。峰值限制电流I_{hs_lim}是一个预定值的电流，其大小根据第一开关M_A的鲁棒性来设定，一般设置为略低于第一开关M_A的安全工作电流阈值I_SOA(超过该阈值，M_A会被烧坏)。

恒定时间产生电路13用于根据第一开关M_A的第一开关控制信号Q_A产生一恒定时间控制信号TON，当第一开关M_A导通后持续一恒定时间时，恒定时间控制信号TON变为有效状态。若TON为电平信号，可以选择高电平为TON的有效状态，在本发明的所有实施例中将均以高电平作为TON的有效状态。

逻辑驱动电路14用于根据第一控制信号Q_S、第二控制信号Hs_ILM以及恒定时间控制信号TON产生用于控制第一开关M_A导通和关断的第一开关控制信号Q_A。

在每一个开关周期(第一开关M_A的开关周期)中，当第一控制信号Q_S为有效信号时，第一开关控制信号Q_A控制第一开关M_A导通，直到恒定导通时间控制信号TON和第二控制信号Hs_ILM中任意一个变为有效信号时，所述第一开关控制信号Q_A控制所述第一开关M_A关断。

由上可见，根据本发明的开关电源控制电路在控制第一开关在开关电源的实际输出电压小于期望输出电压时导通，并根据第一开关的开关控制信号产生一恒定时间，且在该判断在第一开关导通后的该恒定时间内是否存在电感电流大于峰值限制电流，若存在，则在电感电流大于峰值限制电流时控制第一开关关断，若不存在，则使第一开关在导通后持续了该恒定时间时被关断。这样的控制方式与现有技术实现的恒定导通时间控制方式相比，由于在第一开关的导 通期间对电感电流的峰值实现了限制，可避免因电感饱而造成电感电流迅速增大的现象，可确保电感电流不会超过第一开关的鲁棒性，不易造成第一开关的损坏。

请继续参考图1，依据本发明的开关电源控制电路1还可包括谷值电流限制电路15，该谷值电流限制电路用于根据电感电流I_L和谷值限制电流I_{ls_lim}产生第三控制信号Ls_ILM，当电感电流小于谷值限制电流I_{ls_lim}时，第三控制信号Ls_ILM为有效状态。若TON为电平信号，可以选择高电平为TON的有效状态，在本发明的所有实施例中将均以高电平作为TON的有效状态。

每一开关周期内，在第三控制信号Ls_ILM为无效状态(与有效状态相反)期间，当第一控制信号Q_S为有效信号时，第一开关控制信号Q_A控制第一开关M_A导通，直到恒定导通时间控制信号TON和第二控制信号Hs_ILM中任意一个变为有效信号时，所述第一开关控制信号Q_A控制所述第一开关M_A关断。在第三控制信号Ls_ILM为有效状态期间，所述第一开关一直关断。

增加电感电流谷值电流限制电路，以对电感电流的谷值进行限制，可实现开关电源的输出短路保护，从而避免了使第一开关在开关电源输出短路时一直处于导通的状态而使输出电压一直上升现象。

图1中所示的开关电源控制电路中的峰值电流限制电路具体可以包括一个比较电路(第一比较电路)，该比较电路用于比较一表征电感电流的采样信号和一表征峰值限制电流的第一参考信号，并将比较的结果输出作为峰值电流限制电路输出的第二控制信号Hs_ILM。其中，这个比较电路可以为电压比较电路也可以为电流比较电路。若为电压比较电路，则采样信号应该为一个表征电感电流的电压信号，第一参考信号则为表征峰值限制电路的电压信号，如图2所示。同理，若为电流比较电路，则采样信号为一个表征电感电流的电流信号，第一参考电压也应该为一个电流信号，如图3所示。

图2为图1中的峰值电流限制电路的一种可选实现方式电路图，其为一个电压比较电路，用于比较一个表征电感电流的电压信号和一个表征峰值限制电流的电压信号，以输出第二控制信号Hs_ILM。如图2所示，该电路包括第一电压比较器Comp1、第一电阻R₁和第一电流源。第一电阻R₁的第一端连接到开关电源的电压输入端，以接收输入电压V_IN，第二端通过第一电流源I₁接地，第 一电压比较器Comp1的同相输入端连接到第一电阻R1的第二端，以接收该端处的电压V₁，反向输入端连接到图1中第一开关M_A和电感L相连的节点Lx处，以接收该节点处的电压V_LX，输出端输出第二控制信号Hs_ILM。由电路连接关系可以看出，V_LX＝V_IN-R_dS×I_L，其中，R_sd为第一开关的导通电阻，则V_LX为一个表征电感电流I_L的电压信号，即第一电压比较器Comp1的反相输入端接收表征电感电流I_L的电压信号V_LX，即上述的采样信号。同样可以看出，V₁＝V_IN-I₁×R₁，其中I₁为第一电流源的输出电流，其大小根据峰值限制电流I_{hs_lim}来设定，因此第一电压比较器Comp1的同相输入端接收一个表征峰值限制电流的电压信号，即上述的第一参考信号。由于V_LX＝V₁时，第一电压比较器Comp1发生跳变，因此，I_L＝I₁×R₁/R_ds为第一电压比较器Comp1的跳变点，则将第一电源I₁的输出电流I₁应该设置成等于I_{hs_lim}×R_ds/R₁。当I_L>I₁×R₁/R_ds时，第二控制信号Hs_ILM为高电平信号，即变为有效信号，可指示第一开关M_A关断。

图3为图1中的峰值电流限制电路的另一种可选实现方式电路图，其为一个电流比较电路，用于比较一表征电感电流的电流信号和一表征峰值限制电流的电流信号，以输出第二控制信号Hs_ILM。如图3所示，该峰值电流限制电路1₂包括电感电流采样电路12-1、第二电流源I₂和模数转换输出电路12-2。

电感电流采样电路12-1用于采样电感电流I_L，并输出一个表征电感电流的采样信号，这里的采样信号为电流信号I_out，I_out为一个与电感电流成比例的电流。第二电流源I₂与电感电流采样电路串联连接(即第二电流源I₂的输出电流与电感电流采样电路输出的电流I_out同向，二者为串联电流)，用于输出电流I₂(一个表征峰值限制电流的第一参考信号)。数模转换电路12-2的输人端连接到第二电流源I₂和电感电流采样电路12-1串联连接的节点J处，用于将节点J处的电压信号转换成数字信号，并输出第二控制信号Hs_ILM。

继续参考图3，在一个优选的实施例中，电感电流采样电路12-1可以包括第一晶体管M₁、第二晶体管M₂、第三晶体管M₃、第二电阻R₂、第三电阻R₃和第一运算放大器OP。其中，第一晶体管M₁的第一端连接到第一开关M_A和电感L相连的节点Lx处，第二端通过第二电阻R₂与开关电源的电压输入端(输入电压V_IN的输入端)相连，控制端与第一开关M_A的控制端相连。第一运算放大器OP的第一输入端与第一晶体管的第二端相连，第二输入端通过第三电阻R3连接到开关电源的电压输入端，输出端与第二晶体管M₂的控制端相连。第二晶体管M₂的第一端与运算放大器OP的第二输入端相连，第二端与第三晶体管M₃的第一端相连，第三晶体管M₃的第二通过第二电流源I₂接地，第三晶体管的控制端与模数转换输出电路的供电端相连，以接收相同的电压V_cc(开关电源控制电路的供电电压)，以将节点J处的电压箝位为一个与模数转换输出电路的供电端的电压相匹配的电压。

在上述连接关系中，第一端为晶体管的源极端和漏极端中的一端，第二端为源极端和漏极端的另一端。在峰值电流限制电路12中，第一晶体管M₁与第一开关M_A构成电流镜，则第二电阻R₂上的电流I_SEN为一个与电感电流I_L成比例的电流，则输入至第一运算放大器的第一输入端的电压为一个与电感电流I_L成比例的电压，由运算放大器的虚短和虚断原理可得出，输入至第一运算放大器第二输入端的电压也为一个与电感电流成比例的电压，流过第三电阻R₃上的电流也一个与电感电流成比例的电流，因此通过第二晶体管M₂的第二端输出的电流I_out也与电感电流I_L成比例，即I_out为一个表征电感电流I_L的电流信号，由于第三晶体管M₃与第二晶体管M₂串联，则流过第三晶体管M3的电流也为电流I_out，即第三晶体管M₃的第二端为电感电流采样电路的采样信号输出端。当电感电流的采样信号I_out大于第二电流源输出的电流I₂时，节点J处的电压大于一预设定的参考值(如零)，当I_out小于第二电流源输出的电流I₂时，节点J处的电压小于或等于一预设定的参考值。模数转换输出电路12-2将节点J处的电压转换成数字信号输出，输出的数字信号即为第二控制信号Hs_ILM。当节点J处的电压大于所述预设定的参考值时，表明此时需要限制电感电流的峰值，输出第二控制信号Hs_ILM变为有效状态，以指示第一开关M_A关断。当节点J处的电压小于或等于所述预设定的参考值时，表明此时不需要限制电感电流的峰值，输出第二控制信号Hs_ILM变为无效状态，第一开关M_A在导通后经过一恒定时间被关断。

接着参考图3，模数转换输出电路可以为包括第一反相器N₁和第二反相器N₂的电路。其中，第一反相器的输入端与第二晶体管M₂的第二端相连，即连接到第二晶体管M₂与第二电流源I₂串联的节点J处，输出端与第二反相器N₂的输入端相连，第二反相器N₂的输出端输出第二控制信号Hs_ILM，且第一反相 器N₁的供电端与第二反相器N₂的供电端均与模数转换输出电路的供电端相连，即与第三晶体管M₃的控制端相连，以接收相同的电压V_cc。当节点J处的电压大于所述预设定的参考值时，第一反相器N₁输出低电平，第二反相器N₂输出高电平，即第二控制信号Hs_ILM变为有效状态，反之第二控制信号Hs_ILM变为无效状态。

图1中的导通控制电路用于根据实际输出电压与期望输出电压的大小判断当前是否需要导通第一开关M_A，其实现方式有多种，例如可以为一个比较电路(第二比较电路)，该比较电路的两个比较信号输入端分别输入当前开关电源的实际输出电压的反馈电压信号V_fb和一表征开关电源期望输出电压的第二参考电压信号V_ref，输出端输出二者的比较结果，并将比较结果作为第一控制信号Q_S，当反馈电压信号V_fb小于第二参考电压信号V_ref时，第一控制信号Q_S变为有效状态，可指示第一开关M_A导通。

图4a为图1中导通控制电路的另一种可选实现方式的原理图。

请参考图4a所示，为了更快响应速度的控制第一开关M_A，导通控制电路可以比较引入纹波控制，将反馈电压信号V_fb与一个纹波产生电路所产生与电感电流同步变化的纹波信号V_ripple叠加后与一个表征开关电源期望输出电压的第二参考电压信号V_ref进行比较。为了补偿纹波信号V_ripple对输出电压带来的影响，还可以加入补偿电路，用于将反馈电压信号V_fb与第二参考电压信号V_ref之间的误差进行补偿，以产生一个补偿信号V_corr，然后再将叠加了纹波信号的反馈电压信号与叠加了补偿信号的第二参考电压信号进行比较，以输出第一控制信号Q_S。因此，如图4a所示的导通控制电路包括用于获取与电感电流同步变化的纹波信号的纹波产生电路、用于对反馈电压信号V_fb与第二参考电压信号V_ref之间的误差进行补偿以产生补偿信号的补偿电路以及第二电压比较器，其中第二电压比较器的反相输入端接收叠加了纹波信号的反馈电压信号(V_fb+V_ripple)，同相输入端接收叠加了补偿信号的第二参考电压信号(V_ref+V_corr)，输出端输出第一控制信号Q_S。

图4b为一产生纹波信号及将纹波信号与反馈电压信号叠加的的电路图，如图所示，该电路包括电流源I₃、开关S₁、开关S₂、电阻R₃、电容C₁、电容C₂、电阻R₄、电阻R₅、压控电流源I₄、晶体管M₃以及偏置电流源I_B。其中，电流源I₃通过开关S₁与开关S₂的第一端相连，开关S₂第二端通过电阻R₃连接到地，电容C₁的第一端接地，第二端与开关S₂的第一端相连，电阻R₄的第一 端与电容C₁的第二端相连，第二端与电容C₂的第一端相连，电容C₂的第二端接地，电阻R₄上电压为压控电流源I₄的控制电压，电阻R₅与压控电流源I₄串联连接，晶体管M₃上的控制端接收反馈电压信号V_fb，第一端与电阻R₅的一端相连，第二端接地，偏置电流源I_B用于给晶体管M₃提供偏置电流。开关S₁与第一开关的M_A同步，开关S₂的控制信号与开关电源的待机信号同步，因此，电容C₁上的电压与电容C₂上的电压差(该电压差的大小为|V_C1-V_C2|，即电阻R₄上的电压)为一个与电感电流同步的电压信号，用该信号控制的压控电流预案I₅输出的电流也为一个与电感电流同步的电流，因此R₅上的电压为一个与电感电流同步的电压信号，即所获得的纹波信号V_ripple，并纹波信号V_ripple与反馈电压信号V_fb叠加后输出(即V_fb+V_ripple)。

图4c为一产生补偿信号及将补偿信号与第二参考电压信号叠加的电路图，如图所示，该电路包括一个跨导放大器Gm、电容C₃、压控电流源I₅、电阻R₆、晶体管M₄及偏置电流源I_B。其中，跨导放大器Gm的同相输入端接收反馈电压信号V_fb，反相输入端接收第二参考电压信号V_ref，输出端通过电容C₃接地，电容C₃的电压控制压控电流源I₅的电流，电阻R₆与压控电流源I₅串联连接，晶体管M₄上的控制端接收反馈电压信号V_ref，第一端与电阻R₆的一端相连，第二端接地，偏置电流源I_B用于给晶体管M₄提供偏置电流。C₃的电压为一个与V_fb和V_ref的差值相关的电压，因此R₆上的电压可表征反馈电压信号V_fb与第二参考电压信号V_ref之间的之间的误差，即所需要产生的补偿信号V_corr，并补偿信号V_corr与反馈电压信号V_ref叠加后输出(即V_ref+V_corr)。

图5为图1中的导通时间产生电路的一种可选实现方式电路图，该电路可以包括开关S₃、电流源I₆、电容C₄以及电压比较器Comp3。其中，电流源I₆通过开关S₃接地，开关S₃根据第一开关M_A的控制信号Q_A的非信号控制导通与关断，即与第一开关的开关状态相反。电容C₄的两端分别与开关S₃的两端相连，电压比较器Comp3的同相输入端接收电容C₄上的电压V_C4，反相输入端接收一参考电压V_N，V_N在一恒定的值也可以为图4b中电容C₂上的电压V_C2。当第一开关M_A导通时，开关S₄关断，电流源I₆对电容C₄充电，当V_C4等于V_N时，电压比较器Comp3输出的恒定时间控制信号TON变为有效状态。

图6为图1中的谷值限制电路的一种可选实现方式电路图，该电路可以包括电压比较器Comp4、电阻R₇、电流源I₇。其中，电阻R₇的第一端连接到第一开关M_A与电感L相连的节点处Lx，以接收该处的电压V_LX，第二端与电压比较器Comp4的反相输入端相连，电流源I₇连接在电源端与电阻R₇的第二端之间，电压比较器Comp4的同相输入端接地。当电压比较器Comp4的反相输入端的电压V₃大于反相输入端电压V₂时，输出的谷值限制信号Ls_ILM(第三控制信号)为有效信号。

图7为图1中的逻辑驱动电路的一种可选实现方式电路图，该电路可以包或门OR、与门AND、RS触发器和驱动电路。其中，或门OR的输入端接收第二控制信号Hs_ILM和恒定时间控制信号TON，输出Q_ret信号到RS触发器的复位端R，与门AND的输入端接收第一控制信号Q_S与第三控制信号Ls_ILM，输 出Q_set信号到RS触发器的置位端S，RS触发器的输出端相驱动电路输出PWM信号，以控制驱动电路输出第一开关M_A与续流开关M_B的开关控制信号Q_A、Q_B。

依据本发明提供的开关电源控制电路，本发明还提供一种开关电源，所述开关电源包括上述任意一开关电源控制电路，以及主功率级电路。其中，主功率级电路包括第一开关以及与第一开关相连的电感，其拓扑结构可以为Buck也可以为Boost等类型。开关电源控制电路与主功率级电路相连，一控制第一开关的导通和关断。

此外，本发明还提供了一种开关电源的控制方法，其中，所控制的开关电源包括第一开关及与第一开关相连的电感，该控制方法具体为：

在每一开关周期内，当所述开关电源的实际输出电压小于所述开关电源的期望输出电压时，控制所述第一开关导通；

在所述第一开关导通后的一恒定时间内，若存在流过所述电感的电感电流大于或等于一峰值限制电流，则控制所述第一开关在所述电感电流大于或等于所述峰值限制电流时被关断，否则控制所述第一开关在导通后持续所述恒定时间时被关断。

进一步的，为了能对开关电源实现短路保护控制，在每一所述开关周期内，还可以判断电感电流是否小于一谷值限制电流；

在所述电感电流大于所述谷值限制电流期间，当所述实际输出电压小于所述期望输出电压时，控制所述第一开关导通；

在所述第一开关导通后的一所述恒定时间内，若存在所述电感电流大于或等于所述峰值限制电流，则控制所述第一开关在所述电感电流大于或等于所述峰值限制电流时被关断，否则控制所述第一开关在导通后持续所述恒定时间时被关断。

在所述电感电流小于或等于所述谷值限制电流期间，控制所述第一开关一直种关断。

本发明提供的开关电源控制方法，可以在对开关电源实现恒定导通时间控制的同时，对电感电流的峰值和谷值均作了限定，以有效的防止电感饱和进行短路保护，且控制方式简单

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (12)

1.一种开关电源控制电路，与开关电源的主功率级电路相连，所述主功率级电包括第一开关以及与所述第一开关相连的电感，所述控制电路包括：

导通控制电路，用于根据所述开关电源的实际输出电压和所述开关电源的期望输出电压产生第一控制信号，所述第一控制信号在所述实际输出电压小于所述期望输出电压时变为有效状态；

峰值电流限制电路，根据流过所述电感的电感电流和一峰值限制电流产生第二控制信号，所述第二控制信号在所述电感电流大于所述峰值限制电流时变为有效状态；

恒定时间产生电路，根据第一开关控制信号产生一恒定时间控制信号，所述恒定时间控制信号在所述第一开关导通后持续一恒定时间时变为有效信号；

逻辑驱动电路，根据所述第一控制信号、第二控制信号和恒定时间控制信号产生所述第一开关控制信号，以控制所述第一开关导通和关断；

每一开关周期内，当所述第一控制信号变为有效状态时，所述第一开关导通，直到所述恒定时间控制信号和第二控制信号中任意一个变为有效状态时，所述第一开关关断，使得在所述恒定时间内若所述电感电流大于所述峰值限制电流，所述开关电源控制电路控制所述第一开关关断，在所述恒定时间内若所述电感电流小于或等于所述峰值限制电流，则所述开关电源控制电路控制所述第一开关在导通后并持续所述恒定时间时被关断。

2.根据权利要求1所述的开关电源控制电路，其特征在于，还包括一谷值电流限制电路；

所述谷值电流限制电路用于根据所述电感电流和谷值限制电流产生第三控制信号，所述第三控制信号在所述电感电流小于所述谷值限制电流时变为有效信号；

每一开关周期内，在所述第三控制信号为无效状态期间，当所述第一控制信号变为有效状态时，所述第一开关导通，直到所述恒定时间控制信号和第二控制信号中任意一个变为有效状态时，所述第一开关关断，在所述第三控制信号为有效状态期间，所述第一开关一直关断。

3.根据权利要求1所述的开关电源控制电路，所述峰值电流限制电路包括第一比较电路，所述第一比较电路用于比较一表征所述电感电流的采样信号和一表征所述峰值限制电流的第一参考信号，并输出比较结果作为所述第二控制信号。

4.根据权利要求3所述的控制电路，所述第一比较电路包括第一电压比较器、第一电阻和第一电流源；

所述第一电阻的第一端和所述开关电源的电压输入端相连，第二端通过所述第一电流源接地；

所述第一电压比较器的同向输入端连接到所述第一电阻的第二端，以接收所述第一参考信号，反向输入端连接到所述第一开关和所述电感相连的节点处，以接收所述采样信号，输出端输出所述第二控制信号。

5.根据权利要求3所述的开关电源控制电路，所述第一比较电路包括电感电流采样电路、第二电流源和模数转换输出电路；

所述电感电流采样电路用于采样所述电感电流，并输出所述采样信号；

所述第二电流源与所述电感电流采样电路串联连接，用于输出所述第一参考信号；

所述模数转换输出电路的输入端连接到所述第二电流源与所述电感电流采样电路串联连接的节点，用于将所述节点处的电压信号转换成数字信号，并输出所述数字信号作为所述第二控制信号。

6.根据权利要求5所述的开关电源控制电路，所述电感电流采样电路包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第二电阻、第三电阻、第一运算放大器；

所述第一晶体管的第一端连接到所述第一开关和所述电感相连的节点处，第二端通过第二电阻与所述开关电源的电压输入端相连，控制端与所述第一开关的控制端相连；

所述第一运算放大器的第一输入端与所述第一晶体管的第二端相连，第二输入端通过所述第三电阻连接到所述电压输入端，输出端与所述第二晶体管的控制端相连；

所述第二晶体管的第一端与所述运算放大器的第二输入端相连，第二端与所述第三晶体管的第一端相连；

所述第三晶体管的第二端通过所述第二电流源连接到地，控制端与所述模数转换输出电路的供电端相连。

7.根据权利要求6所述的开关电源控制电路，所述模数转换输出电路包括第一反相器和第二反相器；

所述第一反相器的输入端与所述第二晶体管的第二端相连，输出端与所述第二反相器的输入端相连，所述第二反相器的输出端输出所述第二控制信号，所述第一反相器与所述第二反相器的供电端与所述模数转换输出电路的供电端相连。

8.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述导通控制电路包括第二比较电路，所述第二比较电路用于比较所述实际输出电压的反馈电压信号和一表征所述期望输出电压的第二参考电压信号，并输出所述第一控制信号。

9.根据权利要求8所述的开关电源控制电路，其特征在于，所述第二比较电路包括纹波发生电路、补偿电路、第二电压比较器；

所述纹波发生电路用于获取与所述电感电流同步变化的纹波信号；

所述补偿电路用于对所述反馈电压信号和表征所述期望输出电压的第二参考电压信号之间的误差进行补偿，以产生一补偿信号；

所述第二电压比较器的反相输入端接收所述纹波信号和所述反馈电压信号的叠加信号，同相输入端接收所述补偿信号和所述第二参考电压信号的叠加信号，输出端输出所述第一控制信号。

10.一种开关电源，包括主功率级电路和如权利要求1～9中任意一所述的开关电源控制电路；

所述主功率级电路包括第一开关以及与所述第一开关相连的电感；

所述开关电源控制电路与所述主功率级电路相连，以控制所述第一开关的导通和关断。

11.一种开关电源的控制方法，所述开关电源的主功率级电路包括第一开关以及与所述第一开关相连的电感，所述控制方法包括：

在每一开关周期内，当所述开关电源的实际输出电压小于所述开关电源的期望输出电压时，控制所述第一开关导通；

在所述第一开关导通后的一恒定时间内，若存在流过所述电感的电感电流大于或等于一峰值限制电流，则控制所述第一开关在所述电感电流大于或等于所述峰值限制电流时被关断，否则控制所述第一开关在导通后持续所述恒定时间时被关断。

12.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，还包括在每一所述开关周期内，判断所述电感电流是否小于一谷值限制电流；

在所述电感电流大于所述谷值限制电流期间，当所述实际输出电压小于所述期望输出电压时，控制所述第一开关导通；

在所述第一开关导通后的一所述恒定时间内，若存在所述电感电流大于或等于所述峰值限制电流，则控制所述第一开关在所述电感电流大于或等于所述峰值限制电流时被关断，否则控制所述第一开关在导通后持续所述恒定时间时被关断；

在所述电感电流小于或等于所述谷值限制电流期间，控制所述第一开关一直关断。