技术领域
[0001] 本
发明属于
电子技术领域，尤其涉及一种开关电源系统及用于开关电源系统的控制电路及装置。
背景技术
[0002] 开关电源作为一种采用开关方式控制的直流稳压电源，以体积小、重量轻、效率高、稳压范围宽、安全可靠等优点广泛应用于计算机、网络通信设备和消费类电子产品等领域中，随着电子技术的发展，电子产品的种类不断丰富，对现有的开关电源的设计不断提出新的要求。
[0003] 现有的AC-DC开关电源中，电感
电流随着输出负载增加进入连续导通模式，在AC-DC开关电源系统的输入线
电压也增加时，会使得电感电流的输出过载保护点的一致性降低，增加了电感电流的误差，给AC-DC开关电源以及后端电路带来了极大的安全隐患。
发明内容
[0004] 本发明的提供一种开关电源系统及用于开关电源系统的控制电路及装置，解决了现有的AC-DC开关电源中，电感电流随着输出负载增加进入连续导通模式，在AC-DC开关电源系统的输入线电压也增加时，会使得电感电流的输出过载保护点的一致性降低，增加了电感电流的误差，给AC-DC开关电源以及后端电路带来了极大的安全隐患的问题。
[0005] 本发明提供了一种用于开关电源系统的控制电路，包括：
[0006] 用于控制所述开关电源系统输入的第一线电压
信号的导通与关断，并输出第一
采样电压信号的开关模
块；
[0007] 与所述开关模块连接，用于根据所述第一采样电压信号输出第一过压保护信号的第一过压保护模块；
[0008] 与所述开关模块连接，用于根据所述第一采样电压信号输出第二过压保护信号的第二过压保护模块；
[0009] 与所述第一过压保护模块以及所述第二过压保护模块连接，用于根据所述第一过压保护信号以及所述第二过压保护信号输出
脉宽调制信号的逻辑模块；所述
[0010] 与所述逻辑模块连接，用于根据所述脉宽调制信号输出驱动信号的驱动模块。
[0011] 可选的，所述第一过压保护模块包括：第一比较单元以及第一与
门；
[0012] 所述第一比较单元的第一端与第一参考电压源连接，所述第一比较单元的第二端与所述开关模块的第一采样电压信号输出端连接，所述第一比较单元的输出端与所述第一与门的第一端连接，所述第一与门的第二端与屏蔽信号源连接，所述第一与门的输出端与所述逻辑模块的第一输入端连接。
[0013] 可选的，所述第一比较单元为电压比较器，所述电压比较器的
反相输入端作为所述第一比较单元的第一端，所述电压比较器的正相输入端作为所述第一比较单元的第二端，所述电压比较器的输出端作为所述第一比较单元的输出端。
[0014] 可选的，所述第二过压保护模块包括：第二比较单元、反相延时单元、第一触发单元以及第一或非门；
[0015] 所述第二比较单元的第一端与第二参考电压源连接，所述第二比较单元的第二端与所述开关模块的第一采样电压信号输出端连接，所述反相延时单元的输入端以及所述第一或非门的第一输入端与
时钟信号源连接，所述反相延时单元的输出端与所述第一触发单元的第一输入端连接，所述第二比较单元的输出端与所述第一触发单元的第二输入端连接，所述第一触发单元的输出端与所述第一或非门的第二输入端连接，所述第一或非门的输出端与所述逻辑模块的第二输入端连接。
[0016] 可选的，所述第一触发单元为复
位置位触发器，所述复位置位触发器的第一输入端作为所述第一触发单元的第一输入端，所述复位置位触发器的第二输入端作为所述第一触发单元的第二输入端，所述复位置位触发器的输出端作为所述第一触发单元的输出端。
[0017] 可选的，所述开关模块包括：第一开关管以及采样
电阻单元；
[0018] 所述第一开关管的控制端与所述驱动模块的输出端连接，所述第一开关管的电流输入端作为所述控制电路的电流输入端，所述第一开关管的电流输出端与所述采样电阻单元的第一端共接作为所述开关模块的第一采样电压信号输出端，所述采样电阻单元的第二端作为所述控制电路的电流输出端。
[0019] 可选的，所述采样电阻单元为第一采样电阻，所述第一采样电阻的第一端作为所述采样电阻单元的第一端，所述第一采样电阻的第二端作为所述采样电阻单元的第二端。
[0020] 可选的，所述第一开关管为N型MOS管，所述N型MOS管的栅极为所述第一开关管的控制端，所述N型MOS管的漏极为所述第一开关管的电流输入端，所述N型MOS管的源极为所述第一开关管的电流输出端。
[0021] 为了解决上述技术问题，本发明
实施例还提出了一种用于开关电源系统的控制装置，所述控制装置包括：第一参考电压源、第二参考电压源、时钟信号源以及屏蔽信号源，所述控制装置还包括上述任一项所述的控制电路，所述控制电路的电流输入端作为所述控制装置的第一电流输入端，所述控制电路的电流输出端作为所述控制装置的第一电流输出端。
[0022] 本发明实施例还提出了一种开关电源系统，所述开关电源系统包括：第一电容、第二电容、第一电感、第一
二极管、第二二极管、第三电容以及负载；所述开关电源系统还包括如上述任一项实施例所述的控制装置；所述第一电容的第一端、所述控制装置的第一电流输入端以及所述开关电源系统的正极输入端共接，所述控制装置的第一电流输出端、所述第二电容的第一端、所述第二二极管的
阴极以及所述第一电感的第一端共接，所述控制装置的电源端、所述第二电容的第二端以及所述第一二极管的阴极共接，所述第一二极管的
阳极、所述第一电感的第二端以及所述负载的第一端共接，所述第一电容的第二端、所述第二二极管的阳极、所述第三电容的第二端以及所述负载的第二端共接于地。
[0023] 在本发明实施例提供的一种用于开关电源系统的控制电路中，通过逻辑模块对第一过压保护模块输出的第一过压保护信号以及第二过压保护模块输出的第二过压保护信号进行处理得到对应的脉宽调制信号，并通过脉宽调制信号控制驱动模块输出对应的驱动信号对开关模块的导通和关断进行控制，在开关电源系统的输入电压为高电压时，提高了开关电源输出过载保护点的一致性，解决了现有的AC-DC开关电源中，电感电流随着输出负载增加进入连续导通模式，在AC-DC开关电源系统的输入线电压也增加时，会使得电感电流的输出过载保护点的一致性降低，增加了电感电流的误差，给AC-DC开关电源以及后端电路带来了极大的安全隐患的问题。
附图说明
[0024] 图1为本发明实施例提供的一种用于开关电源系统的控制电路的模块结构示意图；
[0025] 图2为本发明实施例提供的一种用于开关电源系统的控制电路的电路结构示意图；
[0026] 图3为本发明实施例提供的一种开关电源系统的电路结构示意图；
[0027] 图4为图3所示的AC-DC开关电源系统在理想工作状态下的电感电流的
波形；
[0028] 图5为AC-DC开关电源系统在实际工作中的输入线电压分别为高电压和
低电压时工作时的电感电流波形图；
[0029] 图6为AC-DC开关电源系统在不同的输入线电压下的电感电流的波形与IOCP
阈值的比较图；
[0030] 图7为AC-DC开关电源系统的
输出电压波与对应的过载点的关系图。
[0031] 图8为本发明实施例中AC-DC开关电源系统中的控制电路中各单元的
输出信号与电感电流的关系图。
具体实施方式
[0032] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。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。
[0033] 应当理解，当在本
说明书和所附
权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
[0034] 还应当理解，在此本
申请说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本申请。如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
[0035] 还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
[0036] 为了说明本申请上述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
[0037] 图1为本发明实施例提供的一种用于开关电源系统的控制电路的模块结构示意图，如图1所示，本实施例中的控制电路包括：用于控制开关电源系统输入的第一线电压信号的导通与关断，并输出第一采样电压信号的开关模块50；与开关模块50连接，用于根据第一采样电压信号输出第一过压保护信号的第一过压保护模块10；与开关模块50连接，用于根据第一采样电压信号输出第二过压保护信号的第二过压保护模块20；与第一过压保护模块10以及第二过压保护模块20连接，用于根据第一过压保护信号以及第二过压保护信号输出脉宽调制信号的逻辑模块30；与逻辑模块30连接，用于根据脉宽调制信号输出驱动信号的驱动模块40。
[0038] 作为本发明一实施例，在本实施例中，当开关电源系统中输入的第一线电压信号较高时，开关电源系统输出的电感电流在连续导通模式(Continuous Conduction Mode，CCM)下出现连续升高，此时，开关模块50输出的第一采样电压信号也会周期性增大。当第一采样电压信号达到第一过压保护模块10中设置的第一参考电压信号vref时，使得第一过压保护模块10中输出的第一过压保护信号控制逻辑模块30输出的脉宽调制信号为低电平信号。当第一采样电压信号达到第二过压保护模块20中设置的第二参考电压信号vref2时，第二过压保护模块20输出的第二过压保护信号将会使得逻辑模块30输出的脉宽调制信号在下一个周期内一直保持为低电平状态。此时，开关模块50处于关断状态，开关电源系统中的第一电感L1处于第二二极管D2的续流状态，第一采样电压信号保持为低电平信号，从而提升开关电源系统输出的电感电流的峰值的一致性。
[0039] 作为本发明一实施例，第二参考电压信号vref2与第一参考电压信号vref的比值为1.15。
[0040] 作为本发明一实施例，图2为本发明实施例提供的一种用于开关电源系统的控制电路的电路结构示意图，如图2所示，本实施例中的第一过压保护模块10包括：第一比较单元101以及第一与门102；第一比较单元101的第一端与第一参考电压源连接，第一比较单元101的第二端与开关模块50的第一采样电压信号输出端连接，第一比较单元101的输出端与第一与门102的第一端连接，第一与门102的第二端与屏蔽信号源连接，第一与门102的输出端与逻辑模块30的第一输入端连接。
[0041] 在本实施例中，第一比较单元101用于将第一参考电压源输出的第一参考电压信号vref与开关模块50输出的第一采样电压信号VRcs进行比较，当第一比较单元101的第二端输入的第一采样电压信号VRcs大于第一比较单元101的第一端输入的第一参考电压信号vref时，第一比较单元101输出
高电平信号，当第一比较单元101的第二端输入的第一采样电压信号VRcs小于第一比较单元101的第一端输入的第一参考电压信号vref时，第一比较单元101输出低电平信号。
[0042] 作为本发明一实施例，第一比较单元101为电压比较器，电压比较器的反相输入端作为第一比较单元的第一端，电压比较器的正相输入端作为第一比较单元的第二端，电压比较器的输出端作为第一比较单元的输出端。
[0043] 在本实施例中，电压比较器用于比较正相输入端和反向输入端输入的电压信号的大小，当正相输入端输入的电压信号高于反相输入端输入的电压信号时，电压比较器输出为高电平，当正相输入端输入的电压信号低于反相输入端输入的电压信号时，电压比较器输出为低电平。
[0044] 作为本发明一实施例，如图2所示，第二过压保护模块20包括：第二比较单元202、反相延时单元201、第一触发单元203以及第一或非门204。具体的，第二比较单元202的第一端与第二参考电压源连接，第二比较单元202的第二端与开关模块50的第一采样电压信号输出端连接，反相延时单元201的输入端以及第一或非门204的第一输入端与时钟信号源连接，反相延时单元201的输出端与第一触发单元203的第一输入端连接，第二比较单元202的输出端与第一触发单元203的第二输入端连接，第一触发单元203的输出端与第一或非门204的第二输入端连接，第一或非门204的输出端与逻辑模块30的第二输入端连接。
[0045] 具体的，时钟信号源输出的振荡信号osc经过反相延时单元201处理后得到延迟振荡信号osc_del，延迟振荡信号osc_del与第二比较单元202输出的第二过压保护信号经过第一触发单元203处理得到触发信号pwm_mask。
[0046] 作为本发明一实施例，第一触发单元203为复位置位触发器，复位置位触发器的第一输入端作为第一触发单元203的第一输入端，复位置位触发器的第二输入端作为第一触发单元203的第二输入端，复位置位触发器的输出端作为第一触发单元203的输出端。
[0047] 在本实施例中，本实施例中的复位置位触发器为RS触发器，复位置位触发器的第一输入端为S端，复位置位触发器的第二输入端为R端，复位置位触发器的输出端为QN端，当R端输入为高电平时，QN端输出为高电平，RS触发器处于“0”态，即称为复位状态。
[0048] 作为本发明一实施例，如图2所示，开关模块50包括：第一开关管M1以及采样电阻单元501。具体的，第一开关管M1的控制端与驱动模块40的输出端连接，第一开关管M1的电流输入端作为控制电路的电流输入端，第一开关管M1的电流输出端与采样电阻单元501的第一端共接作为开关模块50的第一采样电压信号输出端，采样电阻单元501的第二端作为控制电路的电流输出端。
[0049] 在本实施例中，采样电阻单元501可以为多个电阻的
串联或者并联形成的电阻单元。
[0050] 作为本发明一实施例，如图2所示，采样电阻单元501为第一采样电阻Rcs，第一采样电阻Rcs的第一端作为采样电阻单元501的第一端，第一采样电阻Rcs的第二端作为采样电阻单元501的第二端。
[0051] 在本实施例中，第一采样电阻Rcs的阻值大小根据用户需要设置。
[0052] 作为本发明一实施例，如2所示，第一开关管M1为N型MOS管，N型MOS管的栅极为第一开关管M1的控制端，N型MOS管的漏极为第一开关管M1的电流输入端，N型MOS管的源极为第一开关管M1的电流输出端。
[0053] 作为本发明一实施例，本实施例提供了一种用于开关电源系统的控制装置110，控制装置110包括：第一参考电压源、第二参考电压源、时钟信号源以及屏蔽信号源，控制装置100还包括上述任一项实施例的控制电路。具体的，控制电路的电流输入端作为控制装置
110的第一电流输入端VIN，控制电路的电流输出端作为控制装置110的第一电流输出端GND。
[0054] 作为本发明一实施例，图3为本发明实施例提供的一种开关电源系统的电路结构示意图，本实施例中的开关电源系统为AC-DC开关电源系统，该AC-DC开关电源系统包括：第一电容C1、第二电容C2、第一电感L1、第一二极管D1、第二二极管D2、第三电容C3、负载R1以及上述实施例中的控制装置110，具体的，第一电容C1的第一端、控制装置110的第一电流输入端VIN以及AC-DC开关电源系统的正极输入端共接，控制装置110的第一电流输出端、第二电容C2的第一端、第二二极管D2的阴极以及第一电感L1的第一端共接，控制装置110的电源端VCC、第二电容C2的第二端以及第一二极管D1的阴极共接，第一二极管D1的阳极、第一电感L1的第二端以及负载R1的第一端共接，第一电容C1的第二端、第二二极管D2的阳极、第三电容C3的第二端以及负载R1的第二端共接于地。
[0055] 在如图3所示的AC-DC开关电源系统中，第一电容C1用于作为AC-DC开关电源系统中的输入电容，第二电容C2用于作为控制装置110的供电电容，第一电感L1用于作为AC-DC开关电源系统中的储能电感，第一二极管D1用于向控制装置110输入AC-DC开关电源系统的输出电压反馈信号，第二二极管D2用于对电感电流进行续流。
[0056] 如图3所示的AC-DC开关电源系统在理想工作状态下，开关电源系统输出的电感电流的波形如图4所示，其中I1和I2分别为开关电源系统的输入线电压为高电压以及低电压时开关电源系统输出的电感电流对应的上升斜率和对应的电流波形，从图4可以发现，其峰值与开关电源系统内部设置的电流I_OCP阈值完全一致，且开关电源系统输出的电感电流IL可以表达为：
[0057] IL＝(V/L)*T，
[0058] 其中，V是开关电源系统的输入线电压，L是第一电感L1的感量，T是在一个开关周期内电感电流从初始点上升到过电流保护(Over Current Protection，OCP)阈值时所需要的时间。
[0059] 图3所示的AC-DC开关电源系统在实际工作时，其峰值通常会超出内部设置的OCP阈值。此时电感电流IL可以表达为：
[0060] IL＝(V/L)*T＝V/L*(T+Td)＝V/L*T+V/L*Td，
[0061] 其中，V是开关电源系统的输入线电压，L是第一电感L1的感量，时间T是在一个开关周期内电感电流从初始点上升到OCP阈值时所需要的时间，Td是从电感电流IL达到OCP阈值时与控制电路中的开关单元关断之间的延时时间。延时时间Td可以表达为，Td＝Tcomp+Tds，其中Tcomp为控制电路中的比较单元的响应时间，Tds表示从图2中所示的第一比较单元101输出的关断信号Vcomp到图2中所示的第一开关管M1的栅极信号VG由高变低所需要的时间。可见，对于实际的AC-DC开关电源系统来说，由于Td的存在，电感电流会产生ΔI＝LVTd的误差，且与输入线电压及延时Td成正比例关系，而对于一个已知的AC-DC系统来说上述的延时Td是固定的，系统中的电感L1的感量是
[0062] ΔI＝TdV＝k*V
[0063] 固定的，那么电流误差可以进一步表达为L，即输入线电压越大，电感电流误差越大，输入线电压越小电感电流误差越小，正如图5中的波形所示，其中I1波形对应的输入线电压为高，I2波形对应的输入线电压为低。
[0064] 对于一般的AC-DC系统来说，当输出负载从小到大变化时，电感电流将从非连续导通模式(Discontinuous Condition Mode，DCM)渐进入到连续导通模式(Conti nuous Condition Mode，CCM)。当输入线电压较小时，由于上述Td引起的电感电流误差较小，电感电流波形如图6中IL1所示，在CCM时其峰值电流的一致性较好，IPEAK1与IOCP阈值接近。当输入线电压较大时，由于上述Td引起的电感电流误差较大，如图6中电感电流波形IL2所示，在CCM时峰值电流的一致性很差，在CCM的最后一个周期时电感电流的峰值IPEAK2远大于电感电流的关断阈值IOCP，这就意味着输入线电压较高时，每个开关周期向电感L1储存的
能量大于输入线电压较低时所储存的能
力，从而导致系统输出端的负载能力在低输入线电压时较小，高输入线电压时较大，就如图7所示的输出电压Vo1和Vo2分别对应的过载点为Iload1和Iload2，因此，一般控制方法实现的AC-DC系统的负载过载保护点在不同的线电压下的一致性较差。
[0065] 在本实施例中，当AC-DC开关电源系统处于CCM工作模式时，电感电流峰值在高、低不同的输入电压下仍然可以达到很好的一致性，可以使得系统的过载保护点达到很好的一致性，同时可以有效避免在第一线电压信号为高电压信号时电感电流进入饱和状态，例如，本实施例中的高电压信号可以为380V。
[0066] 在本实施例中，通过第二过压保护模块20有效抑制了在高输入线电压下CCM模式时，峰值电流连续升高的现象，避免了电感电流进入饱和。从而保证了电感电流峰值不论输入线电压的高、低，都可以保持很好的一致性，进一步保证了AC-DC开关电源系统的输出过载保护点达到很好的一致性，就如图7中AC-DC开关电源系统的输出电压波Vo1和Vo3分别对应的过载点Iload1和Iload3一样。
[0067] 具体的，第一过压保护模块10中的时钟信号源将通过第一或非门204将逻辑模块30输出的脉宽调制信号pwm设置为高电平信号，然后脉宽调制信号pwm通过控制驱动模块30将第一开关管M1导通，当第一开关管M1导通时，AC-DC开关电源系统中的输入线电压VIN为第一电感L1充电，电感电流开始线性上升，直到第一采样电压信号VRcs达到第一过压保护模块10的第一参考电压vref时，第一过压保护模块10中的第一比较单元101输出高电平信号，将逻辑模块30输出的脉宽调制信号pwm复位为低电平信号，此时，第一开关管M1关断，第一电感L1通过第二二极管D2进行续流。当第一采样电压信号VRcs达到第二过压保护模块20的第二参考电压vref2时，所述第二比较单元202输出高电平信号，该高电平信号将第一触发单元203复位，使第一触发单元203输出高电平信号，此时，第一触发单元203输出的高电平信号将会屏蔽时钟信号源输出的振荡信号osc对逻辑模块30输出的脉宽调制信号下个周期的开启，使得逻辑模块30输出的脉宽调制信号在下一个周期一直保持低电平状态，就如图8所示的第6个振荡信号osc周期时，PWM_MASK信号由低变高，则第7个OSC周期对应的脉宽调制信号pwm未被置为高电平，也就意味着第一开关管M1在第7个振荡信号osc周期内保持关断。第一电感L1处于第二二极管D2的续流状态，使得第一采样电压信号VRcs保持为低电平，第二比较单元202的第一输入端输入的第二参考电压信号vref高于第二输入端输入的第一采样电压信号VRcs，第二比较单元202输出为低电平信号，第一触发单元203不再被复位，图8中所示第8个振荡信号osc周期会将第一触发单元203置位，使得触发信号pwm_mask由高电平变为低电平，同时振荡信号osc可以正常设置逻辑模块30，使得第8个振荡信号osc周期时，脉宽调制信号pwm由低变高，从而所述功率管M1在第8个振荡信号osc周期可以被正常开启。如上所述，若第一采样电压信号VRcs再次达到vref2，如图8中所示的第9个振荡信号osc周期时，触发信号pwm_mask再次为高电平信号，则第一开关管M1会在第10个振荡信号osc周期被再次屏蔽开启一次。
[0068] 为了使得电感电流的峰值达到很好的一致性，本发明中vref及vref2的取值比例为vref2/vref＝1.15。
[0069] 在本发明实施例提供的一种用于开关电源系统的控制电路中，通过逻辑模块对第一过压保护模块输出的第一过压保护信号以及第二过压保护模块输出的第二过压保护信号进行处理得到对应的脉宽调制信号，并通过脉宽调制信号控制驱动模块输出对应的驱动信号对开关模块的导通和关断进行控制，在开关电源系统的输入电压为高电压时，提高了开关电源输出过载保护点的一致性，解决了现有的AC-DC开关电源中，电感电流随着输出负载增加进入连续导通模式，在AC-DC开关电源系统的输入线电压也增加时，会使得电感电流的输出过载保护点的一致性降低，增加了电感电流的误差，给AC-DC开关电源以及后端电路带来了极大的安全隐患的问题。
[0070] 以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉
本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
