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CN107947560A - 开关电路控制电路及开关电路 - Google Patents

开关电路控制电路及开关电路 Download PDF

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CN107947560A
CN107947560A CN201711347567.6A CN201711347567A CN107947560A CN 107947560 A CN107947560 A CN 107947560A CN 201711347567 A CN201711347567 A CN 201711347567A CN 107947560 A CN107947560 A CN 107947560A
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output voltage
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胡长伟
黄必亮
周逊伟
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Joulwatt Technology Hangzhou Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种开关电路控制电路及开关电路，开关电路控制电路包括补偿电路，所述补偿电路包括输出电压判断电路、计时电路、跨导增益调节电路和跨导运放，跨导运放的第一输入端接收表征输出电流的第一电压信号，所述跨导运放的第二输入端接收参考电压，跨导运放的输出端连接补偿电容的一端，补偿电容的另一端接地，输出电压判断电路和计时电路均接收表征输出电压的采样信号，且分别连接到所述跨导增益调节电路，所述跨导增益调节电路控制所述跨导运放的跨导增益，在开关电路的启动阶段增大补偿电容的充电电流，加快补偿电容的电压上升。本发明通过控制补偿电容在起始工作状态时电压的上升速率，使得补偿电容能快速充电，进而完成快速启动。

Description

开关电路控制电路及开关电路
技术领域
本发明涉及开关电路领域，更具体地说，涉及一种开关电路控制电路及开关电路。
背景技术
传统的LED驱动电路的原理框图如图1所示，外部交流输入电压经过整流桥整流后得到脉动的直流电压VIN，然后直流电压VIN经过开关电路转换处理后产生输出电压VO供给负载，控制电路接收直流电压VIN、输出电压VO以及开关电路输出的采样信号，以产生控制信号用以控制开关电路中的开关状态，从而使得开关电路输出预期的输出电压信号。
如图2所示，控制电路一般包括5个子模块：供电模块、采样电路、补偿电路、导通关断控制电路和驱动电路。供电模块接收直流电压VIN和输出电压VO以产生供电电压为其他所有子模块供电；采样电路接收开关电路传输的采样信号经过处理后获得采样信号传输到补偿电路；补偿电路经过补偿处理得到补偿信号，补偿信号传输给开通关断控制电路得到开关电路的控制信号，控制信号再经过驱动电路最终输出驱动信号控制开关电路中的开关状态以调节输出电压VO。一般而言，供电模块的输入结构如图3所示，直流电压VIN通过启动电阻R0到电容C02，输出电压VO通过限流电阻R1和续流二极管D1到电容C02，电容C02的两端电压VCC为供电电压。直流电压VIN通过启动电阻R0给电容C02充电，为控制电路提供启动电流，当芯片开始工作后，输出电压VO通过限流电阻和续流二极管开始给电容C02充电，电容C02的供电电压通过供电电路为整个控制电路供电，保持系统正常运作。
然而，在实际的工作中，为了滤除工频纹波，补偿电路中的补偿电容和开关电路中的输出电容选取往往很大，导致在驱动电路启动后输出电压VO上升很慢，且每个开关周期导通时间很短，因此供电模块中的输出电压VO对电容C02的有效充电能力很弱，从驱动电路开始工作到供电电压VCC达到供电平衡需要较长的时间，经常会多次重启才能完成启动过程，从而使得启动时间很长，甚至在连续开关机等场合下完成不了启动过程。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种开关电路控制电路及开关电路，通过控制补偿电路中补偿电容在起始工作状态时电压的上升速率，可增强输出电压对充电电容的充电能力，从而快速完成启动到正常工作中的供电电压需求。
本发明的一种开关电路控制电路，包括补偿电路，所述补偿电路包括输出电压判断电路、计时电路、跨导增益调节电路和跨导运放，所述跨导运放的第一输入端接收表征开关电路的输出电流的第一电压信号，所述跨导运放的第二输入端接收参考电压，所述跨导运放的输出端连接补偿电容的一端，所述补偿电容的另一端接地，所述输出电压判断电路和所述计时电路均接收表征开关电路的输出电压的采样信号，且分别与所述跨导增益调节电路连接，所述跨导增益调节电路调节所述跨导运放的跨导增益，在开关电路的启动阶段增大对补偿电容的充电电流，加快补偿电容的电压上升速度。
可选的，所述跨导运放的跨导增益在启动时为第一跨导增益，当所述计时电路计时达到第一时间阈值时，所述跨导增益调节电路调节所述跨导运放的跨导增益变为第二跨导增益，所述第二跨导增益小于所述第一跨导增益。
可选的，所述跨导运放的跨导增益在启动时为第一跨导增益，当所述输出电压判断电路检测到所述输出电压达到第一电压阈值或所述计时电路计时达到第一时间阈值时，所述跨导增益调节电路调节所述跨导运放的跨导增益变为第二跨导增益，所述第二跨导增益小于所述第一跨导增益。
可选的，所述跨导运放的第一输入端经第一开关接收表征开关电路的输出电流的第一电压信号；
当所述输出电压采样信号小于第二电压阈值时，所述第一开关断开，当所述输出电压采样信号大于第二电压阈值时，所述第一开关闭合。
可选的，采用对开关周期计数的方式实现计时，开关次数达到预设值时，所述跨导增益从第一跨导增益变为第二跨导增益。
可选的，所述开关次数固定，所述补偿电容的电压调节开关管开通时间，
当输出电压小于第三电压阈值时，所述开关管关断时间固定；
当输出电压等于或者大于第三电压阈值时，所述输出电压调节所述开关管关断时间。
本发明还提出了一种开关电路，包括功率级电路和以上任一项所述的开关电路控制电路，
所述开关电路控制电路接收整流桥输出的电压和开关电路的输出电压信号和输出电流信号，以产生开关控制信号控制所述功率级电路中功率开关管的开关动作。
可选的，所述开关电路为LED驱动电路。
综上所述，依据本发明开关电路控制电路及开关电路，通过控制所述跨导运放的跨导增益使得补偿电路中补偿电容在起始工作状态时电压的上升速率加快，使得补偿电容能快速充电，从而加长功率开关管的导通时间，可增强输出电压对输出电容的充电能力，之后，待启动一段时间后，将跨导运放的跨导增益切换导正常工作状态。本发明可通过控制补偿电容的充电电流，增强了输出电压对输出电容的充电能力，使得可以完成快速启动。
附图说明
图1为传统的LED驱动电路的原理框图；
图2为图1中控制电路的模块图；
图3为图2中供电模块的输入结构图；
图4为本发明开关电路控制电路的补偿电路电路图；
图5为本发明中补偿电路的第一种控制原理图；
图6为本发明中补偿电路的第二种控制原理图；
图7为本发明中补偿电路的第三种控制原理图；
图8为本发明中补偿电路的第四种控制原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的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神和范围上做的替代、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。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
以下将结合附图详细说明本发明的一些优选实施例，但本发明不限于此。
在本发明实施例中，所述开关电路以LED驱动电路为例，但本发明的控制电路应用不限于此，所述LED驱动电路的控制电路如图2所示，控制电路中的供电模块、采样电路、导通关断控制电路和驱动电路的结构和功能与图2中一致，在此不再赘述。所不同的是，由于存在现有技术中的启动慢的问题，在本发明中对补偿电路进行了改进。
参考图4所示为依据本发明的补偿电路的电路图，所述补偿电路包括输出电压判断电路、计时电路、跨导增益调节电路和跨导运放OTA，所述跨导运放OTA的第一输入端接收采样得到的表征输出电流的第一电压信号Vi，所述跨导运放OTA的第二输入端接收参考电压Vref，所述跨导运放OTA的输出端连接补偿电容C1的一端，所述补偿电容C1的另一端接地，所述输出电压判断电路和所述计时电路均接收表征输出电压的采样信号VFB，且分别连接到所述跨导增益调节电路，所述跨导增益调节电路控制所述跨导运放的跨导增益gm，在开关电路的启动阶段增大补偿电容的充电电流，加快补偿电容的电压上升。
在输出不带电时，所述的补偿电路的控制原理图如图5所示，所述跨导运放的跨导增益gm在启动时为第一跨导增益gm1，当所述计时电路计时达到第一时间阈值t1时，所述跨导增益调节电路控制使得所述跨导运放的跨导增益变gm为第二跨导增益gm2，所述第二跨导增益gm2小于所述第一跨导增益gm1。启动阶段的跨导增益比较大，使得跨导运放的输出电流较大，进而加快补偿电容电压的上升。如图5所示，可以看出补偿电容C1的电压Vc1在t1之前的变化速率比较大，t1之后的变化比较小，说明启动阶段可以完成对补偿电容C1的快速充电。
如图6所示，所述跨导运放的跨导增益gm在启动时为第一跨导增益gm1，当所述输出电压判断电路做出输出电压VFB达到第一电压阈值VFB1的判断，所述跨导增益调节电路控制使得所述跨导运放的跨导增益变gm为第二跨导增益gm2，所述第二跨导增益gm2小于所述第一跨导增益gm1。启动阶段的跨导增益比较大，使得跨导运放的输出电流较大，进而加快补偿电容电压的上升。如图6所示，可以看出补偿电容C1的电压Vc1在VFB1之前的变化速率比较大，VFB1之后的变化比较小，说明启动阶段可以完成对补偿电容C1的快速充电。
在输出带电时，主要看图5中的t1和图6中的VFB1谁先达到，就按照上述图5或者图6中的过程进行控制。
在上述方案的基础上，为了进一步加快启动速率，在跨导的第一输入端加第一开关S1，即所述跨导运放OTA的第一输入端经第一开关S1接收表征开关电路的输出电流的第一电压信号。
当输出带电时，如图7所示，当所述输出电压采样信号VFB小于第二电压阈值VFB2时，所述第一开关S1断开，当所述输出电压采样信号VFB大于第二电压阈值VFB2时，所述第一开关S2闭合。所述跨导运放的跨导增益gm在启动时为第一跨导增益gm1，当所述计时电路计时达到第一时间阈值t1时，所述跨导增益调节电路控制使得所述跨导运放的跨导增益变gm为第二跨导增益gm2，所述第二跨导增益gm2小于所述第一跨导增益gm1。
在VFB小于VFB2时，所述跨导运放的输出电流为gm1*Vref
在VFB大于VFB2且t小于t1时，所述跨导运放的输出电流为gm1*(Vref-Vi)
当t大于t1时，所述跨导运放的输出电流为gm2*(Vref-Vi)
跨导运放的输出直接给补偿电容充电，由于
gm1*Vref＞gm1*(Vref-Vi)＞gm2*(Vref-Vi)
故补偿电容的充电过程中的电压变化如图7所示，在启动阶段的跨导增益比较大，使得跨导运放的输出电流较大，进而加快补偿电容电压的上升。且在最开始直接给补偿电容冲一段时间的电，使得启动更快。如图7所示，可以看出补偿电容C1在VFB2之前的电压Vc1变化很快，之后Vc1在t1之前的变化速率比较大，t1之后的变化比较小，说明启动阶段可以完成对补偿电容C1的快速充电。
如图8所示，当所述输出电压采样信号VFB小于第二电压阈值VFB2时，所述第一开关S1断开，当所述输出电压采样信号VFB大于第二电压阈值VFB2时，所述第一开关S2闭合。所述跨导运放的跨导增益gm在启动时为第一跨导增益gm1，当所述输出电压判断电路做出输出电压VFB达到第一电压阈值VFB1的判断时，所述跨导增益调节电路控制使得所述跨导运放的跨导增益变gm为第二跨导增益gm2，所述第二跨导增益gm2小于所述第一跨导增益gm1。
在VFB小于VFB2时，所述跨导运放的输出电流为gm1*Vref
在VFB大于VFB2且VFB小于VFB1时，所述跨导运放的输出电流为gm1*(Vref-Vi)
当VFB大于VFB1时，所述跨导运放的输出电流为gm2*(Vref-Vi)
跨导运放的输出直接给补偿电容充电，由于
gm1*Vref＞gm1*(Vref-Vi)＞gm2*(Vref-Vi)
故补偿电容的充电过程中的电压变化如图7所示，在在启动阶段的跨导增益比较大，使得跨导运放的输出电流较大，进而加快补偿电容电压的上升。且在最开始直接给补偿电容冲一段时间的电，使得启动更快。如图7所示，可以看出补偿电容C1在VFB2之前的电压Vc1变化很快，之后Vc1在VFB1之前的变化速率比较大，VFB1之后的变化比较小，说明启动阶段可以完成对补偿电容C1的快速充电。
在输出带电时，主要看图7中的t1和图8中的VFB1谁先达到，就按照上述图7或者图8中的过程进行控制。
采用对开关周期计数的方式实现计时，开关次数达到预设值时，所述跨导增益从第一跨导增益变为第二跨导增益。
本发明中可以使得所述开关次数固定，通过开关周期来确定所述第一时间阈值。所述开关次数固定，所述补偿电容的电压调节开关管开通时间，
所述计时电路接收表征输出电压的采样信号VFB，
当表征输出电压的采样信号VFB小于第三电压阈值VFB3时，开关管关断时间等于最大关断时间；
当表征输出电压的采样信号VFB等于或者大于第三电压阈值VFB3时，所述输出电压调节所述开关管关断时间，当输出电压越大时，开关管的关断时间越小。
所述输出电压的采样信号VFB可能起始值为小于、等于和大于第三电压阈值VFB3，最终一般情况下为大于第三电压阈值VFB3。
故第一时间阈值t1等于开关计数内的所有开关周期之和。
本实施例中采用的是开关计数的次数固定，也可以是直接固定时间。
需要说明的是，这里的第一时间阈值t1、第一电压阈值VFB1、第二电压阈值VFB2都是可以根据实际情况自行设置的，一般认为在t1时刻或者输出电压达到VFB1后启动已经完成。所述第一跨导增益gm1和所述第二跨导增益gm2均可以根据实际情况设置不同的值。所述第一电压阈值VFB1和所述第三电压阈值VFB3没有任何直接关系。第二电压阈值VFB2小于第一电压阈值VFB1。
以上以开关电路为LED驱动电路为例，但本发明开关电路的控制电路还可以应用于交流-直流电压转换电路、直流-直流电压转换电路等合适的开关电路中。虽然，本发明之实施例为交流输入，但是本发明之方案同样适用于直流输入，根据本发明的教导，这一点可为本领域普通技术人员所知悉。
虽然以上将实施例分开说明和阐述，但涉及部分共通之技术，在本领域普通技术人员看来，可以在实施例之间进行替换和整合，涉及其中一个实施例未明确记载的内容，则可参考有记载的另一个实施例。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种开关电路控制电路，包括补偿电路，其特征在于：
所述补偿电路包括输出电压判断电路、计时电路、跨导增益调节电路和跨导运放，所述跨导运放的第一输入端接收表征开关电路的输出电流的第一电压信号，所述跨导运放的第二输入端接收参考电压，所述跨导运放的输出端连接补偿电容的一端，所述补偿电容的另一端接地，所述输出电压判断电路和所述计时电路均接收表征开关电路的输出电压的采样信号，且分别与所述跨导增益调节电路连接，所述跨导增益调节电路调节所述跨导运放的跨导增益，在开关电路的启动阶段增大对补偿电容的充电电流，加快补偿电容的电压上升。
2.根据权利要求1所述的开关电路控制电路，其特征在于：
所述跨导运放的跨导增益在启动时为第一跨导增益，当所述计时电路计时达到第一时间阈值时，所述跨导增益调节电路调节所述跨导运放的跨导增益变为第二跨导增益，所述第二跨导增益小于所述第一跨导增益。
3.根据权利要求1所述的开关电路控制电路，其特征在于：
所述跨导运放的跨导增益在启动时为第一跨导增益，当所述输出电压判断电路检测到所述输出电压达到第一电压阈值或所述计时电路计时达到第一时间阈值时，所述跨导增益调节电路调节所述跨导运放的跨导增益变为第二跨导增益，所述第二跨导增益小于所述第一跨导增益。
4.根据权利要求2或3所述的开关电路控制电路，其特征在于：所述跨导运放的第一输入端经第一开关接收表征开关电路的输出电流的第一电压信号；
当所述输出电压采样信号小于第二电压阈值时，所述第一开关断开，当所述输出电压采样信号大于第二电压阈值时，所述第一开关闭合。
5.根据权利要求2-4任意一项所述的开关电路控制电路，其特征在于：采用对开关周期计数的方式实现计时，开关次数达到预设值时，所述跨导增益从第一跨导增益变为第二跨导增益。
6.根据权利要求5所述的开关电路控制电路，其特征在于：所述开关次数固定，所述补偿电容的电压调节开关管开通时间，
当输出电压小于第三电压阈值时，所述开关管关断时间固定；
当输出电压等于或者大于第三电压阈值时，所述输出电压调节所述开关管关断时间。
7.一种开关电路，其特征在于：包括功率级电路和权利要求1-6任一项所述的开关电路控制电路，
所述开关电路控制电路接收整流桥输出的电压和开关电路的输出电压信号和输出电流信号，以产生开关控制信号控制所述功率级电路中功率开关管的开关动作。
8.根据权利要求7所述的开关电路，其特征在于：所述开关电路为LED驱动电路。
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