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CN111769734B - 同时防止输出过压和欠压的开关电源控制电路及控制芯片 - Google Patents

同时防止输出过压和欠压的开关电源控制电路及控制芯片 Download PDF

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CN111769734B
CN111769734B CN202010571504.4A CN202010571504A CN111769734B CN 111769734 B CN111769734 B CN 111769734B CN 202010571504 A CN202010571504 A CN 202010571504A CN 111769734 B CN111769734 B CN 111769734B
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Abstract

本发明公开了一种同时防止输出过压和欠压的开关电源控制电路及控制芯片。开关电源控制电路包括：模式切换检测模块用于对开关电源的CC/CV模式的切换进行检测；有效时间设置模块用于在模式切换检测模块检测到开关电源切换至CC模式或CV模式时，设置有效控制时间；输出电压检测模块用于在有效控制时间内检测开关电源的输出电压的变化方向和变化速率；自适应控制模块用于在有效控制时间内根据输出电压的变化方向和变化速率自动调节CV模式的调整方向和响应速度，其中，变化方向与调整方向成反比例关系，变化速率与响应速度成正比例关系。本发明能够在CC/CV模式切换后及时、准确响应输出电压变化。

Description

同时防止输出过压和欠压的开关电源控制电路及控制芯片
技术领域
本发明涉及开关电源技术领域，特别是涉及一种同时防止输出过压和欠压的开关电源控制电路及控制芯片。
背景技术
随着开关电源应用越来越普遍，电源控制芯片对于降低成本、增加功能以及优化性能等方面的要求也更加严格，尤其对输出电压变化范围提出了更高的要求。特别是针对某一些在CC/CV模式切换过程中容易导致输出过压或者欠压问题的应用中，用户已经对输出过压范围和欠压范围提出了明确要求。
针对输出过压或欠压的问题，现有技术一般都通过调整误差放大器输出电压的变化速率来调节CC/CV模式切换的响应速度，其缺点如下：1、由于误差放大器输出响应具有一定的延迟性，因此无法对输出电压的变化做出及时、准确响应；2、由于误差放大器输出电压调节电源的工作频率和初级绕组电流的速率比较固定，现有技术一般只能在加快或减慢电源的工作频率和初级绕组电流的变化速率之间采取一个折中方案，无法同时兼顾输出过压和欠压的应用问题。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种同时防止输出过压和欠压的开关电源控制电路，能够在CC/CV模式切换后及时、准确响应输出电压变化。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种同时防止输出过压和欠压的开关电源控制电路，包括模式切换检测模块、有效时间设置模块、输出电压检测模块和自适应控制模块；所述模式切换检测模块用于对开关电源的CC/CV模式的切换进行检测；所述有效时间设置模块用于在模式切换检测模块检测到开关电源切换至CC模式或CV模式时，设置有效控制时间；所述输出电压检测模块用于在所述有效控制时间内检测开关电源的输出电压的变化方向和变化速率；所述自适应控制模块用于在所述有效控制时间内根据输出电压的变化方向和变化速率自动调节CV模式的调整方向和响应速度，其中，变化方向与调整方向成反比例关系，变化速率与响应速度成正比例关系。
优选的，开关电源的CC/CV模式的切换场景包括输出负载状态变化所导致的CC/CV模式的切换、开关电源启动过程中的CC/CV模式的切换以及开关电源工作状态变化所导致的CC/CV模式的切换。
优选的，所述自适应控制模块还用于在所述有效控制时间外，停止调节CV模式的调整方向和响应速度。
优选的，所述自适应控制模块具体用于在所述有效控制时间内根据输出电压的变化方向和变化速率自动调节开关电源的工作频率和初级绕组电流，其中，变化方向为变小时，工作频率和初级绕组电流增大，且变化速率越大，工作频率和初级绕组电流的增大速率越大；变化方向为变大时，工作频率和初级绕组电流减小，且变化速率越大，工作频率和初级绕组电流的减小速率越大。
优选的，所述输出电压检测模块具体用于在所述有效控制时间内将开关电源当前周期的FB采样电压与上一周期的FB采样电压进行对比，根据当前周期与上一周期的FB采样电压的电压值大小确定输出电压的变化方向，根据当前周期与上一周期的FB采样电压的电压差值大小确定输出电压的变化速率。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种控制芯片，用于开关电源，所述控制芯片集成有前述任一种所述的开关电源控制电路。
区别于现有技术的情况，本发明的有益效果是：在CC/CV模式切换过程中，在通过调整误差放大器输出电压的变化速率来调节CC/CV模式切换的响应速度的基础上，增加输出电压的变化方向和变化速率的检测来自动调节CV模式的调整方向和响应速度，从而加快调节CV模式的调整方向和响应速度，能够在CC/CV模式切换后及时、准确响应输出电压变化，同时也解决了输出过压或欠压难以同时兼顾的应用问题。
附图说明
图1是本发明实施例的同时防止输出过压和欠压的开关电源控制电路的结构示意图；
图2是本发明实施例的开关电源控制电路的一种应用场景示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参阅图1，是本发明实施例的同时防止输出过压和欠压的开关电源控制电路的结构示意图。该开关电源控制电路与现有技术的输出电压的变化速率调节系统集成在一起，现有技术的输出电压的变化速率调节系统包括采样保持电路、误差放大器、低通滤波器、逻辑控制电路等。本发明实施例的开关电源控制电路包括模式切换检测模块1、有效时间设置模块2、输出电压检测模块3和自适应控制模块4。
模式切换检测模块1用于对开关电源的CC/CV模式的切换进行检测。其中，开关电源的CC/CV模式的切换场景包括输出负载状态变化所导致的CC/CV模式的切换、开关电源启动过程中的CC/CV模式的切换以及开关电源工作状态变化所导致的CC/CV模式的切换。只要开关电源从CC模式切换到CV模式，或者从CV模式切换到CC模式，都能检测到。优选的，模式切换检测模块1可以根据低通滤波器的输出信号VEA_RC的大小来检测CC/CV模式的切换。
有效时间设置模块2用于在模式切换检测模块检测到开关电源切换至CC模式或CV模式时，设置有效控制时间。
输出电压检测模块3用于在有效控制时间内检测开关电源的输出电压的变化方向和变化速率。优选的，输出电压检测模块3可以通过采样保持电路输出的电压值变化来确定输出电压的变化方向和变化速率。例如，输出电压检测模块3具体用于在有效控制时间内将开关电源当前周期的FB采样电压与上一周期的FB采样电压进行对比，根据当前周期与上一周期的FB采样电压的电压值大小确定输出电压的变化方向，根据当前周期与上一周期的FB采样电压的电压差值大小确定输出电压的变化速率。比如：如果当前周期的FB采样电压大于上一周期的FB采样电压，则说明输出电压的变化方向为变大；如果当前周期的FB采样电压小于上一周期的FB采样电压，则说明输出电压的变化方向为变小。而当前周期的FB采样电压与上一周期的FB采样电压之间的电压差值越大，则说明输出电压的变化速率越大。图中，信号FB_SH表示FB采样电压，输出电压检测模块3通过向自适应控制模块4发送信号FB_EA来指示输出电压的变化方向和变化速率。
自适应控制模块4用于在有效控制时间内根据输出电压的变化方向和变化速率自动调节CV模式的调整方向和响应速度，其中，变化方向与调整方向成反比例关系，变化速率与响应速度成正比例关系。变化方向有变大和变小两个方向，变化方向为变大时，调整方向则变小，反之，调整方向变大。变化速率越大，响应速度越大，反之，响应速度越小。在本实施例中，自适应控制模块4还用于在有效控制时间外，停止调节CV模式的调整方向和响应速度。此时，仅由现有技术的输出电压的变化速率调节系统来调节CV模式的调整方向和响应速度。
在本实施例中，自适应控制模块4具体用于在有效控制时间内根据输出电压的变化方向和变化速率自动调节开关电源的工作频率和初级绕组电流，其中，变化方向为变小时，工作频率和初级绕组电流增大，且变化速率越大，工作频率和初级绕组电流的增大速率越大；变化方向为变大时，工作频率和初级绕组电流减小，且变化速率越大，工作频率和初级绕组电流的减小速率越大。
参阅图1和2，在该应用场景中，开关电源系统为典型的原边反馈检测反激电源转换器系统，该系统包括控制芯片101、功率NMOS管102，初级绕组峰值电流限制电阻103，辅助绕组分压上端电阻104，辅助绕组分压下端电阻105，变压器106，输出整流二极管107，VDD整流二极管108和输出电容109。控制芯片101集成有前述实施例的开关电源控制电路，同时还集成现有技术的输出电压的变化速率调节系统。
在GATE端控制功率NMOS管102导通期间，变压器106的初级绕组电感Lp和交流输入电压整流后的直流电源电压Vin一起控制流过变压器初级绕组的电流的上升斜率该电流流过初级绕组峰值电流限制电阻103，并在CS端产生一个固定斜率上升的电压信号，当CS端的电压达到所设定的电压值以后，控制芯片101通过GATE端控制功率NMOS管102关断。在功率NMOS管102关断期间，输出整流二极管107正向导通，变压器106次级绕组和输出电容109一起对输出提供能量，次级绕组电流按照一定的斜率/>逐渐减小，次级绕组电流从最大值下降到0的时间即为FB退磁时间。在FB退磁时间固定比例点进行采样得到FB采样电压，且忽略其它影响因素条件下，输出电压Vout与FB采样电压之间的关系可以由如下等式来表示:
其中，N为变压器106初级线圈与次级线圈匝数之比，Vout为输出电压，Vd为输出整流二极管107的正向导通电压，NF为变压器106辅助绕组线圈匝数，NS为变压器106次级绕组线圈匝数，R104和R105分别为辅助绕组分压上端电阻104，和辅助绕组分压下端电阻105的电阻值，VFB为FB采样电压。
需要注意的是，本发明的开关电源控制电路还可以用于其他形式的开关电源，例如副边反馈的开关电源，不同拓扑结构的开关电源的工作表现方式稍有差异，在不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明要求保护的范围内。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种同时防止输出过压和欠压的开关电源控制电路，其特征在于，包括模式切换检测模块、有效时间设置模块、输出电压检测模块和自适应控制模块；
所述模式切换检测模块用于对开关电源的CC/CV模式的切换进行检测；
所述有效时间设置模块用于在模式切换检测模块检测到开关电源切换至CC模式或CV模式时，设置有效控制时间；
所述输出电压检测模块用于在所述有效控制时间内检测开关电源的输出电压的变化方向和变化速率；
所述自适应控制模块用于在所述有效控制时间内根据输出电压的变化方向和变化速率自动调节CV模式的调整方向和响应速度；其中，变化方向与调整方向成反比例关系，变化速率与响应速度成正比例关系，所述自适应控制模块在所述有效控制时间内根据输出电压的变化方向和变化速率自动调节开关电源的工作频率和初级绕组电流，其中，变化方向为变小时，工作频率和初级绕组电流增大，且变化速率越大，工作频率和初级绕组电流的增大速率越大；变化方向为变大时，工作频率和初级绕组电流减小，且变化速率越大，工作频率和初级绕组电流的减小速率越大。
2.根据权利要求1所述的开关电源控制电路，其特征在于，开关电源的CC/CV模式的切换场景包括输出负载状态变化所导致的CC/CV模式的切换、开关电源启动过程中的CC/CV模式的切换以及开关电源工作状态变化所导致的CC/CV模式的切换。
3.根据权利要求1所述的开关电源控制电路，其特征在于，所述自适应控制模块还用于在所述有效控制时间外，停止调节CV模式的调整方向和响应速度。
4.根据权利要求1所述的开关电源控制电路，其特征在于，所述输出电压检测模块具体用于在所述有效控制时间内将开关电源当前周期的FB采样电压与上一周期的FB采样电压进行对比，根据当前周期与上一周期的FB采样电压的电压值大小确定输出电压的变化方向，根据当前周期与上一周期的FB采样电压的电压差值大小确定输出电压的变化速率。
5.一种控制芯片，用于开关电源，其特征在于，所述控制芯片集成有根据权利要求1至4任一项所述的开关电源控制电路。
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