專利名稱：開關電源的控制方法、開關電源及pwm控制芯片的制作方法
技術領域：
本發明涉及電子信息技術領域，特別涉及一種開關電源的控制方法、開關電源及 PWM(Pulse Width Modulation，脈沖寬度調制)控制芯片。
背景技術：
目前幾乎所有的家用電器設備主供電或控制部分供電都需要用到低壓直流電源， 然而由于供電電網考慮電壓傳輸的損耗問題，當前只能提供220V(部分國家為110V)交流電源。因此，高效率、高性價比的交流-直流(AC-DC)轉換器成為不可或缺的一部分。傳統的交流_直流裝置通常采用線性變換器實現，但由于線性變換器巨大的體積、沉重的重量、 低下的轉換效率以及不再明顯的成本優勢導致其正被迅速淘汰，在目前的交流-直流轉換裝置中，開關電源適配器已經成為絕對的主流。為了給用電設備提供一個精確的輸出電壓， 通常會使用具有恒壓功能的PWM控制芯片精確控制輸出電壓。如圖1所示，為現有技術中一個電流型PWM控制開關電源適配器典型電路。交流市電電壓通過全波整流器后轉換為高壓直流電壓并存儲與電容Cl中，PWM控制芯片IC3通過控制開關管Ql的導通時間或工作頻率用于控制輸出電壓在不同負載電流下保持恒定。電阻R4、R5組成的分壓網絡用于檢測輸出電壓并通過誤差放大器IC2放大與基準電壓的誤差信號后，通過光電耦合器IClA將該誤差信號傳輸至PWM控制芯片(圖中IC3)的FB端，由 PWM控制芯片根據該反饋信號與PWM控制芯片Ise端的反饋信號送入PWM比較器后做出相應控制。芯片IC3需要的能量由R3和C3提供。上述方案為當前最為常見的電流型PWM控制方式，由光耦反饋所得在電壓信號與 Rl檢測到的電流信號送入至PWM控制芯片內部做斬波處理后得到對應的信號用于控制開關Ql的占空比。該方案雖然可以實現較高精度的輸出電壓控制，但是由于采用了電壓和電流反饋的雙環路控制模式，整個系統的環路穩定性較差，特別是在輸出占空比大于50%的情況下。因此如果沒有良好的補償的話，整個系統環路將很難穩定。另外，當前各國對開關電源待機功耗和全負載范圍內的效率要求越來越高，單一的電流型PWM控制方式已經很難滿足各國對于開關電源能效的要求。
發明內容
本發明的目的旨在解決上述技術缺陷，特別是解決環路穩定性差的問題。為達到上述目的，本發明實施例一方面提出了一種開關電源，包括輸入濾波整流模塊，用于對輸入的交流電壓進行濾波，并將所述交流電壓整流為直流電壓；初級繞組，用于在初級開關管的控制下將所述直流電壓變化為電磁信號；所述初級開關管，用于對所述初級繞組進行控制；輸出繞組，用于根據所述初級繞組產生的電磁信號產生相應的輸出交流電壓；輸出濾波整流模塊，所述輸出濾波整流模塊與所述輸出繞組相連，用于對所述輸出交流電壓進行濾波，并將所述輸出交流電壓整流為輸出直流電壓；負載電流檢測模塊，用于根據負載狀況檢測輸出側的負載電流；初級電流檢測模塊，用于檢測所述初級開關管的初級電流；合并模塊，用于將所述負載電流和所述初級電流分別轉換為電壓信號，并合并為反饋信號；和控制器，用于根據所述反饋信號生成具有相應占空比的信號，并根據所述信號控制所述初級開關管以穩定所述輸出直流電壓。本發明實施例另一方面還提出了一種開關電源的控制方法，包括以下步驟對輸入的交流電壓進行濾波整流，并將所述交流電壓整流為直流電壓；通過初級開關管調整初級繞組的導通時間以使輸出繞組產生相應的輸出交流電壓；對所述輸出交流電壓進行濾波，并將所述輸出交流電壓整流為輸出直流電壓；檢測所述初級開關管的初級電流，及根據負載狀況檢測輸出側的負載電流；將所述負載電流和所述初級電流分別轉換為電壓信號， 并合并為反饋信號；和根據所述反饋信號生成相應占空比的信號，并根據所述信號控制所述初級開關管以穩定所述輸出直流電壓。本發明實施例再一方面還提出了一種PWM控制芯片，包括采樣保持模塊，用于對反饋的反饋信號進行采樣，其中，所述反饋信號通過將負載電流和初級電流轉換為電壓信號之后合并獲得；PWM控制模塊，用于進行脈沖寬度調制控制以生成PWM控制信號；突發控制模塊，用于維持輸出預設占空比的低頻控制信號；模式選擇模塊，用于判斷所述采樣保持模塊的采樣結果是否高于第一閾值或是否低于第二閾值，其中，所述第一閾值大于所述第二閾值，如果低于所述第二閾值則啟動所述PWM控制模塊，如果高于所述第一閾值則啟動所述突發控制模塊；振蕩器，用于提供時鐘信號；邏輯控制模塊，用于根據所述振蕩器的時鐘信號以及所述PWM控制模塊的PWM控制信號或突發控制模塊的低頻控制信號生成所述具有相應占空比的信號；和輸出控制與驅動模塊，用于對所述具有相應占空比的信號進行放大。本發明實施例通過將初級電流和負載電流進行整合后生成相應的反饋信號，因此在保證高精度輸出電壓的同時，還可以極大地提高整個環路的穩定性。另外，在本發明中還可對PWM控制模式和突發控制模式相結合，通過在輕負載狀態下增加突發模式，從而不僅可以極大地提高電源的輕負載效率，并且還降低了空載損耗。因此，通過本發明實施例實現了一個全負載范圍內的高效率、高精度的電壓輸出。本發明附加的方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。
本發明上述的和/或附加的方面和優點從下面結合附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖1為現有技術中一個電流型PWM控制開關電源適配器典型電路；圖2為本發明實施例的開關電源的結構圖；圖3為本發明實施例的開關電源的控制方法流程圖；圖4為本發明一個實施例的開關電源電路圖；圖5為本發明實施例的PWM控制時序圖；圖6為本發明實施例的上述控制芯片的結構圖；圖7為本發明實施例的具體的采樣時序圖；圖8為本發明實施例的工作模式選擇示意圖。
具體實施例方式下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發明，而不能解釋為對本發明的限制。如圖2所示，為本發明實施例的開關電源的結構圖。該開關電源包括輸入濾波整流模塊1100、初級繞組1200、初級開關管1300、輸出繞組1400、負載電流檢測模塊1500、初級電流檢測模塊1600、合并模塊1700、控制器1800和輸出濾波整流模塊2000。其中，輸入濾波整流模塊1100對輸入的交流電壓進行濾波，并將輸入的交流電壓整流為直流電壓。初級繞組1200在初級開關管1300的控制下將直流電壓變化為電磁信號。輸出繞組1400根據初級繞組1200產生的電磁信號產生相應的輸出交流電壓。輸出濾波整流模塊2000與輸出繞組1400相連，輸出濾波整流模塊2000對輸出繞組1400輸出的交流電壓進行濾波，并將輸出交流電壓整流為輸出直流電壓并輸出。負載電流檢測模塊1500根據當前的負載狀況檢測輸出側的負載電流。初級電流檢測模塊1500用于檢測初級開關管1300的初級電流， 該初級電流通常為電流斜坡信號。合并模塊1700將負載電流和初級電流分別轉換為電壓信號，并合并為反饋信號。控制器1800根據反饋信號生成相應占空比的信號，并根據該相應占空比的信號控制初級開關管1300以穩定輸出直流電壓。本發明實施例通過合并模塊 1700將初級電流和負載電流進行整合，并反饋給控制器1800以生成相應的反饋信號，因此本發明實施例在保證高精度輸出電壓的同時，還可以極大地提高整個環路的穩定性。在本發明的一個實施例中，該開關電源還包括連接在輸入濾波整流模塊1100和初始繞組1200之間的尖峰電壓吸收模塊1900，該尖峰電壓吸收模塊1900可以吸收漏感尖峰電壓以防止由于漏感導致的尖峰電壓，從而防止損傷初級開關管1300。在本發明的一個實施例中，該開關電源還包括光耦發射部分2100和光耦接收部分2200。其中，光耦發射部分2100與負載電流檢測模塊1500相連，光耦接收部分2200與合并模塊1700相連，通過光耦發射部分2100和光耦接收部分2200可以將負載電流檢測模塊1500檢測的負載電流反饋至合并模塊1700，由合并模塊1700進行合并。當然本領域技術人員還可選擇其他方式將負載電流反饋至合并模塊1700，這些均應包含在本發明的保護范圍之內。在本發明的一個實施例中，合并模塊1700包括相互并聯的第一電阻和第二電阻， 以及第三電阻。其中，第一電阻和第二電阻的第一端接地，第一電阻和第二電阻的第二端與初級開關管1300相連，第三電阻的第一端與第一電阻和第二電阻相連，第三電阻的第二端分別與光耦接收部分2200和控制器1800相連。在本發明的一個實施例中，控制器1800還用于根據合并模塊1700提供的反饋信號判斷所述負載狀態是否高于第一閾值或是否低于第二閾值，其中，第一閾值大于第二閾值，如果低于所述第二閾值則工作于脈沖寬度調制工作模式，如果高于所述第一閾值則工作于突發模式以降低所述控制器的工作頻率。如圖3所示，為本發明實施例的開關電源的控制方法流程圖。該方法包括以下步驟步驟S301，對輸入的交流電壓進行濾波整流，并將交流電壓整流為直流電壓。
步驟S302，通過初級開關管調整初級繞組的導通時間以使輸出繞組產生相應的輸出交流電壓，對輸出交流電壓進行濾波，并將輸出交流電壓整流為輸出直流電壓。步驟S303，檢測初級開關管的初級電流，及根據負載狀況檢測輸出側的負載電流。步驟S304，將負載電流和初級電流分別轉換為電壓信號，并合并為反饋信號。步驟S305，根據反饋信號生成相應占空比的信號，并根據該信號控制初級開關管以穩定輸出直流電壓。在本發明的一個實施例中，該方法還包括判斷反饋信號是否高于第一閾值或是否低于第二閾值，如果低于第二閾值則工作于脈沖寬度調制工作模式，如果高于第一閾值則工作于突發模式以降低所述控制器的工作頻率和占空比。為了能夠更清楚的理解本發明，以下將以具體的實施例對本發明進行描述。但需要說明的是以下實施例僅為本發明的優選實施方式，但并不是說本發明僅能通過以下實施例實現，本領域技術人員可根據上述的發明思想對本發明做出等同的修改或替換，這些等同的修改或替換均應包含在本發明的保護范圍之內。如圖4所示，為本發明一個實施例的開關電源電路圖。其中，在本發明的一個實施例中，芯片ICi的引腳定義如下
權利要求
1.一種開關電源，其特征在于，包括輸入濾波整流模塊，用于對輸入的交流電壓進行濾波，并將所述交流電壓整流為直流電壓；初級繞組，用于在初級開關管的控制下將所述直流電壓變化為電磁信號； 所述初級開關管，用于對所述初級繞組進行控制；輸出繞組，用于根據所述初級繞組產生的電磁信號產生相應的輸出交流電壓； 輸出濾波整流模塊，所述輸出濾波整流模塊與所述輸出繞組相連，用于對所述輸出交流電壓進行濾波，并將所述輸出交流電壓整流為輸出直流電壓； 負載電流檢測模塊，用于根據負載狀況檢測輸出側的負載電流； 初級電流檢測模塊，用于檢測所述初級開關管的初級電流；合并模塊，用于將所述負載電流和所述初級電流分別轉換為電壓信號，并合并為反饋信號；和控制器，用于根據所述反饋信號生成具有相應占空比的信號，并根據所述信號控制所述初級開關管以穩定所述輸出直流電壓。
2.如權利要求1所述的開關電源，其特征在于，還包括尖峰電壓吸收模塊，所述尖峰電壓吸收模塊連接在所述輸入濾波整流模塊和所述初始繞組之間，用于吸收漏感尖峰電壓。
3.如權利要求1所述的開關電源，其特征在于，還包括光耦發射部分和光耦接收部分，所述光耦發射部分與所述負載電流檢測模塊相連，所述光耦接收部分與所述合并模塊相連，通過所述光耦發射部分和光耦接收部分將所述負載電流反饋至所述合并模塊。
4.如權利要求3述的開關電源，其特征在于，所述合并模塊包括相互并聯的第一電阻和第二電阻，所述第一電阻和第二電阻的第一端接地，所述第一電阻和第二電阻的第二端與所述初級開關管相連；和第三電阻，所述第三電阻的第一端與所述第一電阻和第二電阻相連，所述第三電阻的第二端分別與所述光耦接收部分和控制器相連。
5.如權利要求1所述的開關電源，其特征在于，所述控制器還用于判斷反饋信號是否高于第一閾值或是否低于第二閾值，其中，所述第一閾值大于所述第二閾值，如果低于所述第二閾值則工作于脈沖寬度調制工作模式，如果高于所述第一閾值則工作于突發模式以降低所述控制器的工作頻率。
6.如權利要求5所述的開關電源，其特征在于，所述控制器包括 采樣保持模塊，用于對所述合并模塊反饋的反饋信號進行采樣；脈沖寬度調制PWM控制模塊，用于進行脈沖寬度調制控制以生成PWM控制信號； 突發控制模塊，用于維持輸出預設占空比的低頻控制信號；模式選擇模塊，用于判斷所述采樣保持模塊的采樣結果是否高于第一閾值或是否低于第二閾值，其中，所述第一閾值大于所述第二閾值，如果低于所述第二閾值則啟動所述PWM 控制模塊，如果高于所述第一閾值則啟動所述突發控制模塊； 振蕩器，用于提供時鐘信號；邏輯控制模塊，用于根據所述振蕩器的時鐘信號以及所述PWM控制模塊的PWM控制信號或突發控制模塊的低頻控制信號生成所述具有相應占空比的信號；和輸出控制與驅動模塊，用于對所述具有相應占空比的信號進行放大。
7.如權利要求6所述的開關電源，其特征在于，所述控制器還包括過壓保護模塊，用于檢測輸入電壓是否超過電壓閾值，如果超過所述電壓閾值則停止所述控制器的工作。
8.如權利要求6所述的開關電源，其特征在于，所述模式選擇模塊包括遲滯比較器，用于在延遲第一時間之后判斷所述采樣結果是否高于第一閾值或是否低于第二閾值，如果低于所述第二閾值則啟動所述PWM控制模塊，如果高于所述第一閾值則啟動所述突發控制模塊。
9.如權利要求6所述的開關電源，其特征在于，所述控制器還包括遲滯啟動模塊，用于在所述控制器的輸入電壓達到第一電壓閾值之后，延遲第二時間控制所述控制器啟動，且在所述控制器的輸入電壓低于第二電壓閾值之后控制所述控制器關閉，其中，所述第一電壓閾值大于所述第二電壓閾值。
10.一種開關電源的控制方法，其特征在于，包括以下步驟對輸入的交流電壓進行濾波整流，并將所述交流電壓整流為直流電壓； 通過初級開關管調整初級繞組的導通時間以使輸出繞組產生相應的輸出交流電壓； 對所述輸出交流電壓進行濾波，并將所述輸出交流電壓整流為輸出直流電壓； 檢測所述初級開關管的初級電流，及根據負載狀況檢測輸出側的負載電流； 將所述負載電流和所述初級電流分別轉換為電壓信號，并合并為反饋信號；和根據所述反饋信號生成相應占空比的信號，并根據所述信號控制所述初級開關管以穩定所述輸出直流電壓。
11.如權利要求10所述的開關電源的控制方法，其特征在于，還包括判斷所述反饋信號是否高于第一閾值或是否低于第二閾值，其中，所述第一閾值大于所述第二閾值，如果低于所述第二閾值則工作于脈沖寬度調制工作模式，如果高于所述第一閾值則工作于突發模式以降低所述控制器的工作頻率和占空比。
12.—種PWM控制芯片，其特征在于，包括采樣保持模塊，用于對反饋的反饋信號進行采樣，其中，所述反饋信號通過將負載電流和初級電流轉換為電壓信號之后合并獲得；PWM控制模塊，用于進行脈沖寬度調制控制以生成PWM控制信號； 突發控制模塊，用于維持輸出預設占空比的低頻控制信號；模式選擇模塊，用于判斷所述采樣保持模塊的采樣結果是否高于第一閾值或是否低于第二閾值，其中，所述第一閾值大于所述第二閾值，如果低于所述第二閾值則啟動所述PWM 控制模塊，如果高于所述第一閾值則啟動所述突發控制模塊； 振蕩器，用于提供時鐘信號；邏輯控制模塊，用于根據所述振蕩器的時鐘信號以及所述PWM控制模塊的PWM控制信號或突發控制模塊的低頻控制信號生成所述具有相應占空比的信號；和輸出控制與驅動模塊，用于對所述具有相應占空比的信號進行放大。
13.如權利要求12所述的PWM控制芯片，其特征在于，還包括過壓保護模塊，用于檢測所述PWM控制芯片的輸入電壓是否超過電壓閾值，如果超過所述電壓閾值則停止所述PWM控制芯片的工作。
14.如權利要求12所述的PWM控制芯片，其特征在于，還包括遲滯比較器，用于在延遲第一時間之后判斷所述采樣結果是否高于第一閾值或是否低于第二閾值，如果低于所述第二閾值則啟動所述脈沖寬度調制控制模塊，如果高于所述第一閾值則啟動所述突發控制模塊。
15.如權利要求12所述的PWM控制芯片，其特征在于，所述模式選擇模塊包括 遲滯啟動模塊，用于在所述PWM控制芯片的輸入電壓達到第一電壓閾值之后，延遲第二時間控制所述PWM控制芯片啟動，且在所述PWM控制芯片的輸入電壓低于第二電壓閾值之后控制所述PWM控制芯片關閉，其中，所述第一電壓閾值大于所述第二電壓閾值。
全文摘要
本發明提出一種開關電源、開關電源的控制方法和PWM控制芯片。其中，該開關電源包括輸入濾波整流模塊；初級繞組；初級開關管；輸出繞組；輸出濾波整流模塊；負載電流檢測模塊，用于根據負載狀況檢測輸出側的負載電流；初級電流檢測模塊，用于檢測所述初級開關管的初級電流；合并模塊，用于將所述負載電流和所述初級電流分別轉換為電壓信號，并合并為反饋信號；和控制器，用于根據所述反饋信號生成具有相應占空比的信號，并根據所述信號控制所述初級開關管以穩定所述輸出直流電壓。本發明實施例通過將初級電流和負載電流進行整合后生成相應的反饋信號，因此在保證高精度輸出電壓的同時，還可以極大地提高整個環路的穩定性。
文檔編號H02M3/335GK102487246SQ201010577220
公開日2012年6月6日 申請日期2010年12月1日 優先權日2010年12月1日
發明者楊小華, 王平原 申請人:比亞迪股份有限公司