[发明专利]改善动态性能的开关电源控制电路及方法和开关电源系统

说明书

本发明公开了一种改善动态性能的开关电源控制电路及方法和开关电源系统，能够实时监测开关电源的峰值电流，并当检测到连续出现第一类峰值电流的周期个数达到预设的阈值个数时，就认为系统处于轻载切换为重载的切动态模式，这时立即把第一类峰值电流切换到第二类峰值电流(即大Ipk)，其中，所述第一类峰值电流为所述开关电源处于轻载状态时的峰值电流，所述第一类峰值电流小于预设的峰值阈值且以满占空比的形式出现；此状态下，开关电源的输出电压只下跌阈值个数(例如4个)的第一类峰值电流(即小Ipk)的时间就会迅速抬起，从而优化了动态响应性能。

技术领域

本发明涉及开关电源控制技术领域，特别是涉及一种改善动态性能的开关电源控制电路及方法和开关电源系统。

背景技术

电源是各个电子设备不可或缺的组成部分，其性能的优劣直接关系到电子设备的技术指标以及其能否安全可靠的工作，而目前主流应用是开关电源(Switch Mode PowerSupply)。开关电源又称之为开关变换器，是利用现代电力电子技术，通过调整开关器件的导通比或者频率来使输出电压恒定或输出电流恒定的一种电源。开关电源相对于传统线性电源具有体积小、稳定性好、转换效率高的特点，因此被广泛应用于充电器、电源适配器、LED驱动电源、无线通信设备、液晶屏电源管理、电子冰箱、以太网电源等场合。

由于开关电源需要适应于不同的工作条件，对开关电源的动态响应性能要求越来越高。举例而言，在开关电源应用于电子设备(例如手机)充电器时，充电器的线端电压(也即被充电端，例如手机端)的稳定性是衡量充电器的性能的一个重要指标。请参考图1，图1为现有的充电器(即原边控制的开关电源)的系统原理图。该充电器由桥式整流电路U1、高压滤波电容C1、变压器原边绕组Lp、变压器辅助绕组Laux、变压器副边绕组Ls、开关电源控制电路IC、功率开关管M1等组成。变压器原边绕组Lp、变压器辅助绕组Laux和变压器副边绕组Ls组成变压器，主要用于输入和输出的电气隔离和能量传输。交流电源Vac经过桥式整流电路U1产生输入电压Vin，输入电压Vin为变压器的原边供电。功率开关管M1的栅极连接开关电源控制电路IC的驱动端DRI，漏极连接变压器原边绕组Lp的一端，源极通过串联采样电阻Rcs而接地，功率开关管M1的源极和采样电阻Rcs的公共端连接开关电源控制电路IC的峰值电流采样端CS端。变压器原边绕组Lp的另一端连接桥式整流电路U1的输出端，以接收输入电压Vin。变压器辅助绕组Laux同名端通过连接串联的两个反馈电阻Rfb1和Rfb2而接地，以得到反馈电压V_FB，用于实现副边输出电压Vout向开关电源控制电路IC的反馈，具体地，因为变压器辅助绕组Laux的电压与变压器副边绕组Ls的电压存在匝比关系，所以反馈电压V_FB能够反映副边输出电压Vout的变化，两个反馈电阻Rfb1和Rfb2的公共端连接开关电源控制电路IC的输出电压反馈端FB端。变压器辅助绕组Laux的一端还通过连接供电二极管Daux的阳极，供电二极管Daux的阴极连接电阻Rst和电容C2的公共端，变压器辅助绕组Laux的另一端接地，电阻Rst和电容C2组成RC启动电路，电阻Rst和电容C2的公共端连接控制电路IC的电源供电端VCC，以为开关电源控制电路IC提供工作电压。变压器副边绕组Ls的一端连接二极管Ds的阳极，变压器副边绕组Ls的另一端接地。二极管Ds的阴极和地之间并联电容C3和电阻R0以及负载RL，二极管Ds用于整流、稳压，并联的电容C3和电阻R0用于组成输出滤波电路，对输出电压Vout进行滤波。开关电源控制电路IC根据得到V_FB、V_CC、V_CS以及内部预设的参考电压V_REF来调整原边绕组Lp的峰值电流Ipk，进而产生PFM信号输出至驱动端DRI来控制功率开关管M1的导通和关断，实现能量由变压器原边绕组Lp传送到变压器副边绕组Ls的输出端的过程，并调整输出电压Vout以快速响应副边的负载RL状态的切换。