[发明专利]控制电路、开关电源电路和控制方法

说明书

公开了一种功率转换器的控制电路及其控制方法、开关电源电路以及驱动控制方法。控制电路包括：采样单元，用于对功率转换器的输入电压、输出电压和输出电流进行采样，以获得多个采样信号；谷底锁定控制器，与采样单元电连接，并根据所述多个采样信号自适应地选定与当前输入输出规格匹配的最适配谷底；以及驱动控制器，用于在功率转换器退磁结束后的最适配谷底处导通功率管。本公开提供了一种新的准谐振控制技术，可以实现谷底锁定以及对各输入输出规格的自适应调整，从而在适配于多种输入输出规格的同时避免出现“跳谷底”现象，提升了效率和抗电磁干扰的性能。

技术领域

本公开涉及电力电子技术，尤其是，涉及到功率转换器的控制电路及其控制方法、开关电源电路以及驱动控制方法。

背景技术

开关电源具有易于控制、效率高、体积小、可靠性好等优点，被广泛应用于电视电源、手机充电器、LED、工业仪表、电源适配器等设备上。在开关电源中，通过提高功率开关器件的开关频率可以带来诸多有益效果，例如可以降低开关电源的音频噪声、提高动态响应速度，且开关频率的提升也有助于减小电路的体积和重量，因此，提高开关频率是开关电源技术发展的一个重要方向。但是，由于开关电源的功率开关器件并不是理想的开关器件，开关频率的提高会带来更大的开关损耗。

为了在实现更高的工作频率的同时减少开关损耗，可以采用准谐振控制技术。工作在准谐振模式下的开关电源在检测到功率开关器件两端的电压为零电压或低电压时导通功率开关器件，从而减少开关损耗，且准谐振控制技术也有利于弱化电磁干扰(Electromagnetic Interference，可简称为EMI)信号。

以反激式架构的开关电源为例，传统的准谐振控制技术通常会设置屏蔽时间T_blk和谷底检测窗口时间T_w。其中，屏蔽时间T_blk可以被设置为固定值，并起始于原边的功率管的导通时刻，屏蔽时间T_blk的结束时刻对应于谷底检测窗口时间T_w的起始时刻，谷底检测窗口时间T_w的结束时刻可以对应于下一屏蔽时间T_blk的起始时刻。

驱动控制器用于向功率管提供开关控制信号，从而控制功率管的导通和关断。在功率管被导通后，开关电源的输入电压对变压器励磁电感充磁，并在变压器中存储能量；在功率管被关断后，开关电源的输入电压不再向变压器充磁，变压器中存储的能量转移到输出电容上用以补充输出电容的电压跌落；当变压器中的能量释放完毕之后，在功率管的漏极出现振荡电压，即功率管的漏源电压可以出现波峰和波谷。

在屏蔽时间T_blk内，驱动控制器不允许再次导通功率管。而在各谷底检测窗口时间T_w内，驱动控制器检测功率管的漏源电压V_ds，以便在在谷底检测窗口时间内第一次检测到漏源电压V_ds振荡至谷底之时或之后将功率管导通，从而开启功率管的下一导通阶段和下一屏蔽时间T_blk。

然而，上述传统的准谐振控制技术虽然能够实现谷底导通，但随着开关电源输出功率或其它参数的改变，变压器在功率管被关断后消耗能量的速度可能会发生变化，导致漏源电压开始振荡的时间出现偏移。若屏蔽时间T_blk为固定值，则漏源电压可能会在屏蔽时间T_blk内或谷底检测窗口时间T_w内开始振荡，驱动控制器可能会在振荡开始后的不同谷底处导通功率管，因此无法实现谷底“锁定”，即，对于任一输出功率，驱动控制器不能保证始终在振荡开始后的第x个谷底处导通功率管(x为固定值且为大于0的自然数)，即使在开关电源的稳态下，功率管的导通时刻也可能在相邻谷底间周期性地来回切换。由于相邻谷底之间存在着一个谐振周期的间隔，这一缺陷将可能导致开关周期出现大幅度变化(即“跳谷底”现象)，使得开关频率不稳定、开关电源抗电磁干扰性能较差。特别是在手机快充产品等应用中，若开关电源采用传统准谐振技术而不“锁定”谷底，则在手机充电时对手机进行操作容易引起手机屏幕的“鬼手”现象(即，出现用户无法控制且不期望的点击或滑动等操作)。