CN114362505B - 一种控制电路、电源装置和电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提出一种控制电路、电源装置和电子设备，该控制电路包括：检测模块，用于检测目标开关元件的电压振铃面积与阈值的关系并输出使能信号；逻辑模块，响应于使能信号，控制目标开关元件切换工作状态。通过检测模块和逻辑模块配合工作，能够保证变压器原边导通时，变压器副边才导通；通过检测目标开关元件的电压振铃面积与阈值的关系控制目标开关元件切换工作状态，能够防止目标开关元件因为振铃现象引起误导通。

Description

一种控制电路、电源装置和电子设备

技术领域

本发明涉及控制技术领域，具体而言，涉及一种控制电路、电源装置和电子设备。

背景技术

在同步整流芯片中，副边开关管关闭后两边会产生振铃，电压振铃大小与电感、寄生的电感电容、输出电压及负载大小有关，当振铃触及开关管开启阈值时就会引起同步整流开关管出现误开通，产生交越现象(原边和副边开关管同时导通，致使开关管电流急速增大)，轻者产生额外的芯片损耗，重者烧毁芯片。

发明内容

本发明的目的在于提供一种控制电路、电源装置和电子设备，其能够防止目标开关元件误开启。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种控制电路，包括：

检测模块，用于检测目标开关元件的电压振铃面积与阈值的关系并输出使能信号；

逻辑模块，响应于所述使能信号，控制所述目标开关元件切换工作状态。

进一步地，所述检测模块包括：

状态检测单元，用于检测目标开关元件的实时电压，并输出第一使能信号，当所述实时电压增加或减小时，所述第一使能信号翻转一次；

比较单元，受控于所述第一使能信号，当所述电压振铃面积满足阈值时，输出第二使能信号。

进一步地，所述状态检测单元包括延时子单元和第一比较器；

所述延时子单元，用于对所述实时电压进行延时处理，得到并输出延时电压；

所述第一比较器，用于根据所述实时电压和所述延时电压输出所述第一使能信号。

进一步地，所述比较单元包括：

电压电流转换子单元，用于将所述实时电压转换为电流，并将所述电流输入至积分子单元；

所述积分子单元，用于根据所述电流和所述第一使能信号计算得到所述电压振铃面积，并在所述电压振铃面积大于所述阈值的情况下，输出所述第二使能信号。

进一步地，所述延时子单元包括电阻和电容，所述目标开关元件与所述电阻的一端和所述第一比较器的第一输入端电连接，所述电容的一端连接于所述电阻另一端与所述第一比较器的第二输入端，所述电容的另一端接地。

进一步地，所述电压电流转换子单元采用压控电流源，所述压控电流源的输入端输入所述实时电压，所述压控电流源的输出端输出所述电流。

进一步地，所述积分子单元采用计时器或积分器，所述计时器的第一输入端或所述积分器的第一输入端输入所述电流，所述计时器的第二输入端或所述积分器的第二输入端输入所述阈值，所述计时器的使能控制端或所述积分器的使能控制端输入所述第一使能信号，所述计时器的输出端或所述积分器的输出端输出所述第二使能信号。

进一步地，所述逻辑单元包括：

第二比较器，受控于所述使能信号，根据所述目标开关元件的实时电压与阈值电压的关系，输出控制信号；

控制单元，用于接收所述控制信号并输出所述目标开关元件的控制指令。

第二方面，本发明实施例还提供了一种电源装置，包括目标开关元件、变压器和如第一方面所述的控制电路，所述目标开关元件设置在所述变压器的副边，所述目标开关元件与所述控制电路电连接。

第三方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括如第二方面所述的电源装置。

本发明实施例提供的控制电路、电源装置和电子设备的有益效果为：该控制电路包括：检测模块，用于检测目标开关元件的电压振铃面积与阈值的关系并输出使能信号；逻辑模块，响应于使能信号，控制目标开关元件切换工作状态。通过检测模块和逻辑模块配合工作，能够保证变压器原边和副边的交替导通；通过将目标开关元件的电压振铃面积与阈值的关系控制目标开关元件切换工作状态，能够防止目标开关元件因为振铃现象引起误导通。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例提供的一种电源装置的结构示意图；

图2示出了本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图；

图3示出了本发明实施例提供的一种控制电路的结构示意图；

图4示出了本发明实施例提供的另一种控制电路的结构示意图；

图5示出了本发明实施例提供的又一种控制电路的结构示意图；

图6示出了本发明实施例提供的又一种控制电路的结构示意图；

图7示出了本发明实施例提供的一种控制电路的电路示意图；

图8示出了本发明实施例提供的一种控制电路的波形示意图。

附图标号：10-电子设备；100-电源装置；110-控制电路；111-检测模块；1111-状态检测单元；1112-比较单元；1113-延时子单元；1114-第一比较器；1115-电压电流转换子单元；1116-积分子单元；112-逻辑模块；1121-第二比较器；1122-控制单元；120-目标开关元件；130-变压器；200-负载；R1-电阻；C1-电容。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

请参照图1，为本申请实施例提供的一种电源装置100的结构示意图,该电源装置100包括目标开关元件120、变压器130和控制电路110，目标开关元件120设置在变压器130的副边，目标开关元件120与控制电路110电连接。

控制电路110用于控制目标开关元件120在变压器130原边导通时，处于导通状态；在变压器130原边未导通时，处于断开状态；能够防止目标开关元件120因为振铃现象引起误导通。

请参照图2，为本申请实施例提供的一种电子设备10的结构示意图,该电子设备10包括图1所示的电源装置100，电源装置100用于为电子设备10的负载200供电。

其中，电子设备10可以为功率电源设备和显示驱动设备等。

请参照图3，为图1所示的控制电路110的一种结构示意图，该控制电路110包括：检测模块111，用于检测目标开关元件120的电压振铃面积与阈值的关系并输出使能信号；逻辑模块112，响应于使能信号，控制目标开关元件120切换工作状态。

在本实施例中，电压振铃面积可以理解为目标开关元件120的电压处于波动时间段，计算得到的平均值。阈值可以由目标开关元件120正常导通时电压形成的面积确认，目标开关元件120正常导通可以理解为：变压器130原边导通时，目标开关元件120导通的情形为正常导通；若变压器130原边未导通，而目标开关元件120导通的情形为非正常导通。该阈值可以为一个具体数值，也可以为范围值；该阈值可以取值为目标开关元件120正常导通的限值，也可以取值为目标开关元件120正常导通的限值与目标开关元件120关断的限值之间的值；例如，若目标开关元件120正常导通的限值为3V，目标开关元件120关断的限值为1V，则阈值可以为大于1V和小于等于3V之间的值，如2V、2.5V或3V等。

由于阈值的设置能够保证变压器130原边关闭后，目标开关元件120产生的电压振铃无法超过阈值，在目标开关元件120产生的电压振铃未超过阈值的情况下，逻辑模块112控制目标开关元件120处于断开状态，进而保证目标开关元件120不会被误导通。可以理解，阈值由目标开关元件120正常导通时电压形成的面积确认。目标开关管在变压器130原边未导通时，产生的电压振铃面积总是小于变压器130原边导通时目标开关管电压形成的面积。

可见，通过检测模块111和逻辑模块112配合工作，能够保证变压器130原边和副边的交替导通；通过将目标开关元件120的电压振铃面积与阈值的关系控制目标开关元件120切换工作状态，能够防止目标开关元件120因为振铃现象引起误导通。

应理解，检测模块111与逻辑模块112连接，检测模块111和逻辑模块112还用于与目标开关元件120连接。在检测模块111需要检测目标开关元件120的电压振铃面积的情况下，检测模块111与目标开关元件120处于连接状态，在逻辑模块112控制目标开关元件120切换工作状态的情况下，逻辑模块112与目标开关元件120处于连接状态。在检测模块111和逻辑模块112未处于工作状态的情况下，检测模块111和逻辑模块112可与目标开关元件120处于断开连接的状态。即控制电路110可以设计为独立的模块，在不工作或未组装的情况下，控制电路110与目标开关元件120是断开连接的。

请参照图4，为图3所示的检测模块111的一种结构示意图，该检测模块111包括：状态检测单元1111，用于检测目标开关元件120的实时电压，并输出第一使能信号，当实时电压增加或减小时，第一使能信号翻转一次；比较单元1112，受控于第一使能信号，当电压振铃面积满足阈值时，输出第二使能信号。

应理解，状态检测单元1111与比较单元1112连接，比较单元1112与逻辑模块112连接；在检测模块111需要检测目标开关元件120的电压振铃面积的情况下，状态检测单元1111与目标开关元件120处于连接状态。

其中，当状态检测单元1111检测到目标开关元件120的实时电压增加时，可以输出为高电平的第一使能信号；当状态检测单元1111检测到目标开关元件120的实时电压减小时，可以输出为低电平的第一使能信号。即第一使能信号翻转表示在实时电压增加情况下的第一使能信号，与在实时电压减小情况下的第一使能信号为相反的逻辑电平。

请参照图5，状态检测单元1111包括延时子单元1113和第一比较器1114；延时子单元1113，用于对实时电压进行延时处理，得到并输出延时电压；第一比较器1114，用于根据实时电压和所述延时电压输出第一使能信号。

延时子单元1113与第一比较器1114连接，第一比较器1114与比较单元1112连接；延时子单元1113和第一比较器1114在需要检测目标开关元件120的电压振铃面积的情况下，与目标开关元件120处于连接状态。

应理解，第一比较器1114的第二输入端可与目标开关元件120连接，第一比较器1114的第一输入端与延时子单元1113连接，第一比较器1114的输出端与比较单元1112连接。

第一比较器1114的第二输入端接收目标开关元件120的实时电压，第一比较器1114的第一输入端接收延时子单元1113产生的延时电压，第一比较器1114将实时电压与延时电压进行比较，得到第一使能信号。由于延时子单元1113的迟滞作用，产生的延时电压相当于目标开关元件120上一时刻产生的电压，即延时电压为实时电压上一时刻的电压。若实时电压大于延时电压，即表明实时电压增加；若实时电压小于延时电压，即表示实时电压减小。

比较单元1112根据第一使能信号确定是否处于工作状态，即在实时电压增加时产生的第一使能信号能够控制比较单元1112处于工作状态，在实时电压减小时产生的第一使能信号能够控制比较单元1112处于非工作状态。比较单元1112处于工作状态时，计算得到电压振铃面积，并将电压振铃面积与阈值进行比较，当电压振铃面积满足阈值时，向逻辑模块112输出第二使能信号。

请参照图6，比较单元1112包括：电压电流转换子单元1115，用于将实时电压转换为电流，并将电流输入至积分子单元1116；积分子单元1116，用于根据电流和第一使能信号计算得到电压振铃面积，并在电压振铃面积大于阈值的情况下，输出第二使能信号。

应理解，需要检测目标开关元件120的电压振铃面积的情况下，电压电流转换子单元1115与目标开关元件120连接；电压电流转换子单元1115还与积分子单元1116连接，积分子单元1116还与第一比较器1114和逻辑模块112连接。

其中，电压电流转换子单元1115可以采用压控电流源，压控电流源的输入端用于与目标开关元件120连接，压控电流源的输出端与积分子单元1116连接；压控电流源的输入端输入实时电压，压控电流源的输出端输出电流，即压控电流源通过一直检测目标开关元件120的实时电压生成对应的电流。

积分子单元1116可以采用计时器或积分器，计时器的第一输入端或积分器的第一输入端输入电流，计时器的第二输入端或积分器的第二输入端输入阈值，计时器的使能控制端或积分器的使能控制端输入第一使能信号，计时器的输出端或积分器的输出端输出第二使能信号。即计时器或积分器依据电流和第一使能信号进行积分计算，得到电压振铃面积。电流的大小控制计时器的计时速度或积分器的积分速度，而第一使能信号控制计时速度或积分器的工作时间。

请参照图7，为控制电路110一种可实施的电路示意图，延时子单元1113包括电阻R1和电容C1，目标开关元件120与电阻R1的一端和第一比较器1114的第一输入端电连接，电容C1的一端连接于电阻R1的另一端与第一比较器1114的第二输入端，电容C1的另一端接地。

应理解，通过电容C1的迟滞作用，可以对目标开关元件120的实时电压进行延时处理，生成延时电压。

请继续参照图7，逻辑单元包括：第二比较器1121，受控于使能信号，根据目标开关元件120的实时电压与阈值电压的关系，输出控制信号；控制单元1122，用于接收控制信号并输出目标开关元件120的控制指令。

应理解，第二比较器1121的第一输入端与积分子单元1116连接，第二比较器1121的第二输入端用于与目标开关元件120连接，第二比较器1121的输出端与控制单元1122的输入端连接，控制单元1122的输出端用于与目标开关元件120连接。

第二比较器1121通过其第一输入端接收积分子单元1116产生的第二使能信号，第二比较器1121通过其第二输入端接收目标开关元件120的实时电压，第二比较器1121通过其输出端向控制单元1122输出控制信号。

在本实施例中，阈值电压根据目标开关元件120的开启阈值确定；第二比较器1121在第二使能信号的控制下处于工作状态，第二比较器1121处于工作状态时，将目标开关元件120的实时电压与阈值电压进行比较，若实时电压大于或等于阈值电压，则输出第一控制信号，控制单元1122根据第一控制信号生成控制目标开关元件120切换为导通状态的控制指令；若实时电压小于阈值电压，则输出第二控制信号，控制单元1122根据第二控制信号生成控制目标开关元件120切换为断开状态的控制指令。

为了更清晰的了解控制电路110的工作原理，现结合图8的内容进行描述。图8中的Vds表示目标开关元件120的实时电压，I_vds表示电流，EN_CNT表示第一使能信号，vref表示阈值，timer_ready表示第二使能信号，SR_ON表示控制信号，gate_ON表示控制指令，gate_off表示复位信号。

在本实施例中，目标开关元件120可以采用开关管，例如MOS管。那么实时电压Vds即为开关管的漏极和源极之间的电压，而控制指令gate_ON提供至开关管的栅极。

控制电路110在需要检测目标开关元件120的电压振铃面积的情况下，延时子单元1113获取实时电压Vds，并对实时电压Vds进行延时处理，得到延时电压，将延时电压提供至第一比较器1114的第二输入端；第一比较器1114的第一输入端获取实时电压Vds，将实时电压Vds与延时电压进行比较，得到第一使能信号EN_CNT；当实时电压Vds大于延时电压时，为实时电压Vds增加的情况，则输出为高电平的第一使能信号EN_CNT；当实时电压Vds小于延时电压时，为实时电压Vds减小的情况，则输出为低电平的第一使能信号EN_CNT；积分子单元1116在第一使能信号EN_CNT为高电平时处于工作状态，积分子单元1116将电压电流转换子单元1115产生的电流I_vds和第一使能信号EN_CNT进行积分计算，得到电压振铃面积，将电压振铃面积与预设的阈值vref进行比较，在电压振铃面积大于阈值vref的情况下，输出第二使能信号timer_ready；电压电流转换子单元1115产生的电流I_vds根据实时电压Vds生成。第二比较器1121在第二使能信号timer_ready的控制下处于工作状态，第二比较器1121处于工作状态时，将目标开关元件120的实时电压Vds与阈值电压进行比较，若实时电压Vds大于或等于阈值电压，则输出第一控制信号SR_ON(此时的第一控制信号SR_ON为高电平)，控制单元1122根据第一控制信号SR_ON生成控制目标开关元件120切换为导通状态的控制指令gate_ON(此时的控制指令gate_ON为高电平)；若实时电压Vds小于阈值电压，则输出第二控制信号SR_ON(此时的第二控制信号SR_ON为低电平)，控制单元1122根据第二控制信号SR_ON生成控制目标开关元件120切换为断开状态的控制指令gate_ON(此时的控制指令gate_ON为低电平)。

在本实施例中，积分子单元1116和控制单元1122均具有复位功能，在积分子单元1116和控制单元1122接收到复位信号gate_off时，会进行复位处理，重新开始下一个目标开关元件120的开启条件检测。积分子单元1116接收到复位信号gate_off则处于非工作状态，控制单元1122接收到复位信号gate_off，则会控制目标开关元件120处于关闭状态。其中，复位信号gate_off在目标开关元件120达到关闭条件时产生。

综上所述，本发明实施例提供了一种控制电路、电源装置和电子设备，该控制电路包括：检测模块，用于检测目标开关元件的电压振铃面积与阈值的关系并输出使能信号；逻辑模块，响应于使能信号，控制目标开关元件切换工作状态。通过检测模块和逻辑模块配合工作，能够保证变压器130原边导通时，变压器130副边才导通；通过将目标开关元件的电压振铃面积与阈值的关系控制目标开关元件切换工作状态，能够防止目标开关元件因为振铃现象引起误导通。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

Claims (9)

1.一种控制电路，其特征在于，包括：

检测模块，包括状态检测单元和比较单元，用于检测目标开关元件的电压振铃面积与阈值的关系并输出使能信号；

逻辑模块，响应于所述使能信号，控制所述目标开关元件切换工作状态；

其中，所述状态检测单元，用于检测目标开关元件的实时电压，并输出第一使能信号，当所述实时电压增加或减小时，所述第一使能信号翻转一次；

所述比较单元，根据所述第一使能信号确定是否处于工作状态，并在处于工作状态时，比较所述电压振铃面积与阈值，并根据比较结果向所述逻辑模块输出使能信号。

2.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述状态检测单元包括延时子单元和第一比较器；

所述延时子单元，用于对所述实时电压进行延时处理，得到并输出延时电压；

所述第一比较器，用于根据所述实时电压和所述延时电压输出所述第一使能信号。

3.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述比较单元包括：

电压电流转换子单元，用于将所述实时电压转换为电流，并将所述电流输入至积分子单元；

所述积分子单元，用于根据所述电流和所述第一使能信号计算得到所述电压振铃面积，并在所述电压振铃面积大于所述阈值的情况下，输出第二使能信号。

4.如权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述延时子单元包括电阻和电容，所述目标开关元件与所述电阻的一端和所述第一比较器的第一输入端连接，所述电容的一端连接于所述电阻另一端与所述第一比较器的第二输入端，所述电容的另一端接地。

5.如权利要求3所述的控制电路，其特征在于，所述电压电流转换子单元采用压控电流源，所述压控电流源的输入端输入所述实时电压，所述压控电流源的输出端输出所述电流。

6.如权利要求3所述的控制电路，其特征在于，所述积分子单元采用计时器或积分器，所述计时器的第一输入端或所述积分器的第一输入端输入所述电流，所述计时器的第二输入端或所述积分器的第二输入端输入所述阈值，所述计时器的使能控制端或所述积分器的使能控制端输入所述第一使能信号，所述计时器的输出端或所述积分器的输出端输出所述第二使能信号。

7.如权利要求1-6任一项所述的控制电路，其特征在于，所述逻辑模块包括：

第二比较器，受控于所述使能信号，根据所述目标开关元件的实时电压与阈值电压的关系，输出控制信号；

控制单元，用于接收所述控制信号并输出所述目标开关元件的控制指令。

8.一种电源装置，其特征在于，包括目标开关元件、变压器和如权利要求1-7任一项所述的控制电路，所述目标开关元件设置在所述变压器的副边，所述目标开关元件与所述控制电路电连接。

9.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求8所述的电源装置。