[发明专利]开关电源及其控制电路和控制方法

说明书

技术领域

本发明的实施例涉及电子电路，特别地，涉及一种开关电源及其控制电路和控制方法。

背景技术

如今，开关电源被广泛地用于为电子设备提供电能。开关电源通常采用变压器或电感器作为储能元件。例如在降压变换器中即采用电感器作为储能元件，主开关管耦接至电感器，控制电路控制主开关管的导通与关断，使能量交替地在电感器中被存储或被传递到负载。

开关电源的控制方式很多，其中以定频峰值电流控制最为常用。在定频峰值电流控制中，开关电源的输出信号被采样并用作与参考信号进行比较，以产生与开关电源输出信号相关的反馈信号。流过主开关管的电流被采样，以产生电流采样信号。该电流采样信号与反馈信号进行比较，当电流采样信号大于反馈信号时，主开关管被关断。当固定开关周期到达时，主开关管被导通。

众所周知，在定频峰值电流控制中，为了使开关电源在占空比大于50％的情况下保持稳定，需要在电流采样信号上叠加一斜坡补偿信号。为了保证在最恶劣的情况下，例如输出电压大、电感值小的情况下，开关电源仍能保持稳定，该斜坡补偿信号的斜率常被设计得较大。在大占空比的情况下，该斜坡补偿信号的幅值尤为可观。

一般地，主开关管具有最小关断时间，该最小关断时间限制了主开关管的占空比。在实际应用中，例如低压差(输出电压接近输入电压)的降压变换器中，为了进一步增大主开关管的占空比，常常在主开关管的占空比大于预设占空比时，对开关电源采用恒定关断时长控制。在恒定关断时长控制下，主开关管在电流采样信号大于反馈信号时被关断，在关断时长到达最小关断时长时被导通。此时开关电源的开关频率不再是固定，而是变化的。

恒定关断时长控制并不需要斜坡补偿信号来维持开关电源稳定。此外，斜坡补偿信号在大占空比下的幅值可能会过大，从而导致开关电源的控制电路无法正常工作。为此，在进入恒定关断时长控制后，斜坡补偿信号的幅值通常被钳位至一预设值。

然而，在斜坡补偿信号被钳位至预设值后，若电流采样信号的上升速度过慢，会使得主开关管的控制信号极易受到反馈信号或电流采样信号上噪声的干扰。特别地，在降压变换器中，电流采样信号的上升速率仅取决于输入电压与输出电压的差值以及电感器的电感值。在低压差的情况下，电流采样信号的上升速度会过慢，从而导致开关电源的开关频率由于系统噪声的干扰而不稳定。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种稳定性好的开关电源及其控制电路和控制方法。

根据本发明实施例的一种用于开关电源的控制电路，该开关电源包括具有主开关管的开关电路，该控制电路包括：振荡电路，产生斜坡补偿信号和时钟信号；第一比较电路，耦接至振荡电路，根据代表流过主开关管电流的电流采样信号、斜坡补偿信号以及与开关电路输出信号相关的反馈信号产生第一比较信号；以及逻辑电路，耦接至振荡电路和第一比较电路，基于时钟信号和第一比较信号产生控制信号，以控制主开关管的导通与关断；其中若主开关管的导通时长大于预设时长，斜坡补偿信号在主开关管导通的预设时长内具有第一斜率，在主开关管导通的预设时长外具有第二斜率，主开关管在其关断时长达到最小关断时长时被导通；其中第一斜率和第二斜率均大于零，且第二斜率小于第一斜率。

根据本发明实施例的一种开关电源，包括如前所述的控制电路。

根据本发明实施例的一种用于开关电源的控制电路，该开关电源包括具有主开关管的开关电路，该控制电路包括：振荡电路，产生斜坡补偿信号和时钟信号；第一比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端接收代表流过主开关管电流的电流采样信号与斜坡补偿信号之和，第二输入端接收与开关电路输出信号相关的反馈信号；以及第一触发器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至振荡电路以接收时钟信号，第二输入端耦接至第一比较器的输出端，输出端提供控制信号以控制主开关管的导通与关断；其中在电流采样信号与斜坡补偿信号之和大于反馈信号时，主开关管被关断；若主开关管的导通时长小于预设时长，斜坡补偿信号在主开关管的导通时长内具有第一斜率，主开关管以固定的开关频率被导通；若主开关管的导通时长大于预设时长，斜坡补偿信号在主开关管导通的预设时长内具有第一斜率，在主开关管导通的预设时长外具有第二斜率，主开关管在其关断时长达到最小关断时长时被导通；其中第一斜率和第二斜率均大于零，且第二斜率小于第一斜率。