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TWI683521B - 準諧振控制的開關電源電路及方法 - Google Patents

準諧振控制的開關電源電路及方法 Download PDF

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TWI683521B TW107121678A TW107121678A TWI683521B TW I683521 B TWI683521 B TW I683521B TW 107121678 A TW107121678 A TW 107121678A TW 107121678 A TW107121678 A TW 107121678A TW I683521 B TWI683521 B TW I683521B
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王斯然
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美商茂力科技股份有限公司
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Abstract

本發明揭示了一種準諧振控制的開關電源電路及方法，透過調節電流峰值和開關頻率的對應關係，達到防止音訊雜訊產生的目的。其電路包括：儲能元件，能夠儲存能量；開關，電耦接至所述儲能元件，在所述開關導通時所述儲能元件儲存能量，在所述開關關斷時所述儲能元件中儲存的能量被傳送至負載；谷底檢測電路，檢測開關兩端的開關電壓是否低於谷底基準信號；模式檢測電路，檢測開關電源電路是否操作於連續電流模式；以及峰值信號調整電路，在滿足非連續電流模式和非谷底導通的條件下，調整峰值信號的值。

Description

準諧振控制的開關電源電路及方法
本發明係有關一種開關電源，特別地，有關開關電源的準諧振控制。
開關電源通常採用變壓器或電感器作為儲能元件。例如反激變換器中即採用變壓器作為儲能元件，一開關電耦接至變壓器的一次側，控制電路控制該開關的導通與關斷，使能量交替地在變壓器中被儲存或被傳遞到變壓器的二次側。變壓器的二次側經過濾波器在輸出電容器兩端產生一輸出電壓，該輸出電壓即為反激變換器的直流輸出電壓。直流輸出電壓的增大與減小與傳遞到負載的功率大小相反，負載增大會導致直流輸出電壓減小，而負載減小則會導致直流輸出電壓增大。通常情況下，直流輸出電壓被回饋至控制電路以使開關電源能補償負載的變化。 　　開關電源的控制方式很多，主要分為定頻控制和變頻控制兩類，其中，以定頻控制最為常用。但定頻控制下的開關電源開關損耗大，且其效率會隨負載和輸入電壓變化而變化，變頻控制則克服了這些缺點。最常用的變頻控制為準諧振控制(Quasi-Resonant Control)，圖1為準諧振控制開關穩壓電路的波形圖。準諧振控制中，開關電源操作在臨界模式下，當流過儲能元件的電流下降至零後，儲能元件和開關的寄生電容開始諧振，當開關兩端的諧振電壓在其最小電壓值時開關被導通(通常被稱為谷底開通)，從而減小開關損耗。當流過開關的電流大於一與輸出電壓相關的回饋信號時開關被關斷，從而達到調節輸出電壓的目的。 　　然而，谷底開通會導致開關電源的輸出功率不連續，經過迴路調節後，開關頻率會在幾個開關週期內跳變，從而引起音訊雜訊。
本發明提供一種準諧振控制的開關電源電路及方法，透過調整峰值電流信號來實現準諧振控制，在檢測到非電流連續模式下開關端電壓未實現谷底開通時，調整峰值電流信號的值，使其最終達到谷底開通，達到防止音訊雜訊產生的目的。 　　依據本發明提出的一種準諧振控制的開關電源電路，具有開關和儲能元件，包括：峰值信號調整電路，輸出峰值調整信號，在開關電源電路操作於非連續電流模式下並且開關兩端的開關電壓高於谷底基準信號時，所述峰值信號調整電路調整峰值調整信號的值。 　　在一個實施例中，所述峰值信號調整電路包括：脈衝電路，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，所述第一輸入端接收谷底檢測信號，所述第二輸入端接收模式檢測信號，基於谷底檢測信號和模式檢測信號，所述輸出端輸出脈衝信號；計數電路，具有輸入端和輸出端，所述輸入端耦接至脈衝電路的輸出端以接收脈衝信號，基於脈衝信號，所述計數電路在輸出端輸出計數信號；以及數位類比轉換電路，具有輸入端和輸出端，所述輸入端耦接至計數器的輸出端以接收計數信號，基於計數信號，所述輸出端輸出峰值調整信號。 　　在一個實施例中，所述峰值信號調整電路包括：計數電路，具有輸入端、時鐘端、重定端和輸出端，所述輸入端接收谷底檢測信號，所述時鐘端接收頻率控制信號，所述重定端接收模式檢測信號，基於谷底檢測信號、頻率控制信號和模式檢測信號，所述計數電路在輸出端輸出計數信號；以及數位類比轉換電路，具有輸入端和輸出端，所述輸入端耦接至計數電路的輸出端以接收計數信號，基於所述計數信號，所述輸出端輸出峰值調整信號。 　　在一個實施例中，所述峰值信號調整電路包括：閾值比較器，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，所述第一輸入端接收峰值調整信號，所述第二輸入端接收基準信號，基於峰值調整信號和基準信號，所述閾值比較器在輸出端輸出比較信號；邏輯電路，具有第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端、第一輸出端和第二輸出端，所述第一輸入端耦接至閾值比較器的輸出端以接收比較信號，所述第二輸入端接收谷底檢測信號，所述第三輸入端接收模式檢測信號，基於比較信號、谷底檢測信號和模式檢測信號，所述邏輯電路在第一輸出端輸出充電開關控制信號，在第二輸出端輸出放電開關控制信號；以及充放電電路，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，所述第一輸入端耦接至邏輯電路的第一輸出端以接收充電開關控制信號，所述第二輸入端耦接至邏輯電路的第二輸出端以接收放電開關控制信號，基於充電開關控制信號和放電開關控制信號，所述充放電電路在輸出端輸出峰值調整信號。 　　在上述實施例中，所述谷底檢測信號表徵開關兩端的開關電壓是否低於谷底基準信號，而模式檢測信號表徵開關電源電路是否處於連續電流模式。 　　依據本發明提出的一種開關電源電路的控制方法，所述開關電源電路包括儲能元件和開關，所述控制方法包括在開關電源電路操作於連續電流模式下並且開關兩端的開關電壓高於谷底基準信號時，調整峰值調整信號的值。 　　在一個實施例中，所述控制方法包括：基於頻率控制信號而導通開關；檢測開關電源電路是否處於連續電流模式，若是，則設定峰值調整信號的值為初始值或者保持峰值調整信號的值不變；在開關電源電路處於非連續電流模式下時檢測開關電壓在開關導通時刻是否處於谷底，若是，則保持峰值調整信號的值不變，否則調整峰值調整信號的值；以及基於電流檢測信號和峰值信號的值而關斷開關；其中，電流檢測信號表徵流過儲能元件的電流，峰值信號包括峰值基準信號和峰值調整信號。 　　在一個實施例中，其中，峰值基準信號與頻率控制信號具有如下關係：當頻率控制信號的頻率低於預設的第一頻率時，峰值基準信號具有最小值；當頻率控制信號的頻率在預設的第一頻率和第二頻率之間時，峰值基準信號的值隨著頻率控制信號的頻率的增大而增大；當頻率控制信號的頻率大於預設的第二頻率時，峰值基準信號的值保持最大值不變。 　　在一個實施例中，其中，峰值基準信號與頻率控制信號具有如下關係：當頻率控制信號的頻率低於預設的第一頻率時，峰值基準信號具有最小值；當頻率控制信號的頻率在預設的第一頻率和第二頻率之間時，峰值基準信號的值隨著頻率控制信號的頻率的增大而增大；當頻率控制信號的頻率在預設的第二頻率和第三頻率之間時，峰值基準信號的值具有中間值；當頻率控制信號的頻率大於預設的第三頻率時，峰值基準信號的值隨著頻率控制信號的頻率的增大而增大；當頻率控制信號的頻率到達最大值時，峰值基準信號的值達到最大值。 　　本發明採用上述結構的電路和/或上述方法，在非電流連續模式下，逐步地調整峰值信號的值，使開關在開關端電壓谷底時刻導通。從而在不影響開關頻率的前提下，透過調整電流峰值和開關頻率的對應關係，實現了準諧振控制，同時確保開關頻率和電流峰值的相對穩定，有效地避免了音訊雜訊的產生。此外，本發明採用的電路和方法可以相容開關電源電路的電流連續模式。
下面將詳細描述本發明的具體實施例，應當注意，這裡描述的實施例只用於舉例說明，並不用於限制本發明。在以下描述中，為了提供對本發明的透徹理解，闡述了大量特定細節。然而，對於本領域普通技術人員顯而易見的是：不必採用這些特定細節來實行本發明。在其他實例中，為了避免混淆本發明，未具體描述公知的電路、材料或方法。 　　在整個說明書中，對“一個實施例”、“實施例”、“一個示例”或“示例”的提及意味著：結合該實施例或示例描述的特定特徵、結構或特性被包含在本發明的至少一個實施例中。因此，在整個說明書的各個地方出現的短語“在一個實施例中”、“在實施例中”、“一個示例”或“示例”不一定都指同一個實施例或示例。此外，可以以任何適當的組合和/或子組合將特定的特徵、結構或特性組合在一個或多個實施例或示例中。此外，本領域普通技術人員應當理解，在此提供的附圖都是為了說明的目的，並且附圖不一定是按比例繪製的。應當理解，當稱元件“連接到”或“耦接到”另一元件時，它可以是直接連接或耦接到另一元件或者可以存在有中間元件。相反地，當稱元件“直接連接到”或“直接耦接到”另一元件時，不存在有中間元件。相同的附圖標記指示相同的元件。這裡使用的術語“和/或”包括一個或多個相關列出的專案的任何和所有組合。 　　圖2為根據本發明一實施例的準諧振控制開關電源電路20的電路方塊圖。如圖2所示，開關電源電路20包括變壓器T1、開關M1、二極體D1、輸出電容器Co、谷底檢測電路201、模式檢測電路202、峰值信號調整電路203、峰值比較電路204以及邏輯電路205。 　　所述谷底檢測電路201檢測開關M1兩端的開關電壓VDS，即諧振電壓，是否低於谷底基準信號ZCD_ref，並且輸出谷底檢測信號VL。在一個實施例中，當開關電壓VDS高於谷底基準信號ZCD_ref時，所述谷底檢測信號VL具有第一電平值；當開關電壓VDS低於或等於谷底基準信號ZCD_ref時，所述谷底檢測信號VL具有第二電平值。 　　所述模式檢測電路202檢測開關電源電路20是否操作於連續電流模式(CCM, continuous current mode)，並且輸出模式檢測信號VM表徵開關電源電路20的操作模式。在一個實施例中，當開關電源電路20操作於非連續電流模式下時，模式檢測信號VM具有第二電平值；當開關電源電路20操作於連續電流模式下時，模式檢測信號VM具有第一電平值。所述非連續電流模式包括斷續電流模式(DCM, discontinuous current mode)和臨界電流模式(CRM, critical current mode)。 　　在一個實施例中，模式檢測電路可透過檢測流過儲能元件T1的電流是否過零來得到模式檢測信號VM，包括檢測儲能元件T1的二次側線圈的電流、檢測二次側開關D1的電流、或者檢測輔助線圈(未在圖2示出)的電流等方法。任何公知的檢測開關電源電路是否操作於連續電流模式的電路均可以用於本發明。 　　在一個實施例中，所述第一電平值為低電平，所述第二電平值為高電平。在其他實施例中，第一電平值和第二電平值的值也可以根據應用需要有所變化。相應地，其對應的邏輯電路也需要用適應性調整。 　　所述峰值信號調整電路203接收谷底檢測信號VL和模式檢測信號VM，輸出峰值調整信號ΔIpk。在一個實施例中，當模式檢測信號VM表徵開關電源電路20操作於非連續電流模式，並且當谷底檢測信號VL表徵開關電壓VDS在開關M1導通時刻並非處於谷底時，所述峰值信號調整電路203調整峰值調整信號ΔIpk的值。 　　所述峰值比較電路204的第一輸入端(正相輸入端)接收電流檢測信號Ics，第二輸入端接收峰值信號Ipk，基於電流檢測信號Ics和峰值信號Ipk的比較結果，峰值比較電路204在輸出端輸出電流控制信號Ictrl。在一個實施例中，所述峰值信號Ipk由峰值基準信號Ipk_ref和峰值調整信號ΔIpk經過運算產生。例如圖2所示峰值信號Ipk是峰值基準信號Ipk_ref和峰值調整信號ΔIpk的差值信號。在其他實施例中，峰值信號Ipk可以是峰值基準信號Ipk_ref和峰值調整信號ΔIpk的疊加信號。本領域普通技術人員應當瞭解，峰值調整信號ΔIpk也可以作用於電流檢測信號Ics。例如圖2中，峰值比較電路204的正相輸入端可以是電流檢測信號Ics和峰值調整信號ΔIpk的疊加信號，而負相輸入端可以是峰值基準信號Ipk_ref。 　　所述電流檢測信號Ics表徵流過儲能元件T1的電流。任何用於檢測流過儲能元件T1的電流的電路都可以用於本發明。在一個實施例中，透過檢測流過儲能元件T1的一次側線圈可得到電流檢測信號Ics。在其他實施例中，也可以透過檢測流過開關M1的電流來得到電流檢測信號Ics。 　　所述邏輯電路205具有第一輸入端以接收頻率控制信號Fs，第二輸入端以接收電流控制信號Ictrl，基於頻率控制信號Fs和電流控制信號Ictrl，輸出端輸出開關控制信號PG來控制開關M1的通斷。在一個實施例中，所述邏輯電路205包括RS觸發器FF1。RS觸發器FF1的設定端“S”接收頻率控制信號，重定端“R”接收電流控制信號Ictrl。在一個實施例中，當頻率控制信號Fs設定RS觸發器FF1時，開關控制信號PG控制開關M1導通，所述變壓器T1的一次側儲存能量；當電流檢測信號Ics增大至峰值信號Ipk的值時，峰值比較電路204輸出電流控制信號Ictrl重定RS觸發器FF1，此時開關控制信號PG控制開關M1關斷，能量由變壓器T1的一次側傳遞至二次側。 　　圖3示出了根據本發明一實施例的開關電源電路的控制方法30。該方法可用於控制本發明實施例的開關電源電路，如圖2所示電路。如圖3所示，開關電源電路的開關週期開始後，在步驟301，基於頻率控制信號Fs來導通開關M1。在步驟302，檢測流過變壓器T1的電流是否過零來判斷開關電源電路是否處於連續電流模式，若是，則設定峰值調整信號ΔIpk的值為初始值或者保持峰值調整信號ΔIpk的值不變，並跳轉至步驟304，若否，則跳轉至步驟303；步驟303，檢測開關電壓VDS在開關M1導通時刻是否處於谷底，若是，則峰值調整信號ΔIpk的值保持不變，並跳轉至步驟304，否則，調整峰值調整信號ΔIpk的值後跳轉至步驟304；步驟304，基於電流檢測信號和峰值信號的值來關斷開關M1，其中，電流檢測信號表徵流過儲能元件的電流，峰值信號包括峰值基準信號Ipk_ref和峰值調整信號ΔIpk。 　　在一個實施例中，所述峰值調整信號ΔIpk具有預設最大值和預設最小值。 　　在一個實施例中，所述調整峰值調整信號ΔIpk的值包括使峰值調整信號ΔIpk的值在預設最大值和預設最小值之間以三角波形式演變。 　　在一個實施例中，所述調整峰值調整信號ΔIpk的值包括使峰值調整信號ΔIpk的值在預設最大值和預設最小值之間以踞齒波形式演變。 　　圖4示出了根據本發明一實施例的峰值信號調整電路40的電路結構示意圖。如圖4所示，峰值信號調整電路40包括：脈衝電路401，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，所述第一輸入端接收谷底檢測信號VL，所述第二輸入端接收模式檢測信號VM，基於谷底檢測信號VL和模式檢測信號VM，所述輸出端輸出脈衝信號VP；計數電路402，具有輸入端和輸出端，所述輸入端耦接至脈衝電路401的輸出端接收脈衝信號VP，基於脈衝信號VP，所述計數電路402在輸出端輸出計數信號Xn；以及數位類比轉換電路403，具有輸入端和輸出端，所述輸入端耦接至計數器402的輸出端以接收計數信號Xn，基於計數信號Xn，所述輸出端輸出峰值調整信號ΔIpk。 　　如圖4所示，所述脈衝電路401包括阻抗網路RN1、或閘電路OR1、開關S1、電容器C1和比較器COMP1。所述阻抗網路RN1包括電阻器R1和二極體D2串聯後再與電阻器R2並聯組成的電路。 　　圖5示出了圖4所示峰值信號調整電路40的部分波形示意圖。下面結合圖5和圖4來闡述峰值信號調整電路40的操作原理。如圖5所示，在時間段T1，模式檢測信號VM表徵開關電源電路20操作於非連續電流模式(圖中未示出)，並且谷底檢測信號VL表徵開關M1未在開關電壓VDS的谷底開通，即VL高電平，此時開關S1斷開，阻抗網路RN1給電容器C1充電，電容器C1上的電壓信號VC1增大。當電壓信號VC1增大至基準信號T_ref時，比較器COMP1翻轉，脈衝信號VP的脈衝開始，並且透過或閘電路OR1而導通開關S1。從而電容器C1被放電，電壓信號VC1下降，比較器COMP1再次翻轉，脈衝信號VP的脈衝結束。在時間段T2，谷底檢測信號VL表徵開關M1已是在開關電壓VDS的谷底開通，即VL低電平。此時阻抗網路RN1未對電容器C1充電，脈衝信號VP始終為低電平，無脈衝產生。若模式檢測信號VM為高電平，則電容器C1的殘存的電荷透過開關S1而放電。若模式檢測信號VM為低電平，則電容器C1的殘存電荷透過電阻器R2而放電。在該情況下，計數電路402未計數，計數信號Xn和峰值調整信號ΔIpk保持不變。 　　由圖4所示電路可以看出，當開關電源電路20處於連續電流模式時，模式檢測信號VM為高電平，開關S1導通，故此比較器COMP1輸出的脈衝信號VP始終為低電平。 　　計數電路402接收脈衝信號VP，並且每一次脈衝都將觸發計數電路402計數。本領域普通技術人員可以根據應用的需要，將計數電路402設定為順序計數器、倒序計數器或迴圈計數器等任意形式的計數電路。數位類比轉換電路403將計數電路402輸出的計數信號Xn轉換為類比信號，即峰值調整信號ΔIpk。圖5示出計數電路402為順序計數器時的峰值信號Ipk的波形。結合圖3、圖4和圖5可知，每當脈衝信號VP產生一次脈衝，計數電路402計數一次，計數信號Xn和峰值調整信號ΔIpk增加。相應地，峰值信號Ipk減小。所述計數信號Xn可以是任意位元的數位信號。 　　在一些實施例中，阻抗網路RN1也可以有其他形式，例如可以由單個電阻器組成。在其他實施例中，阻抗網路RN1也可以由受控電流源替代。該受控電流源可由谷底檢測信號VL控制。當谷底檢測信號VL表徵開關M1非谷底導通時，受控電流源給電容器C1充電，否則，該受控電流源不操作。 　　圖6示出了根據本發明一實施例的峰值信號調整電路60的電路結構示意圖。如圖6所示，峰值信號調整電路60包括：計數電路601，具有輸入端、時鐘端、重定端和輸出端，所述輸入端接收谷底檢測信號VL，所述時鐘端接收頻率控制信號Fs，所述重定端接收模式檢測信號VM，基於谷底檢測信號VL、頻率控制信號Fs和模式檢測信號VM，所述計數電路601在輸出端輸出計數信號Xn；以及數位類比轉換電路403，具有輸入端和輸出端，所述輸入端耦接至計數電路601的輸出端以接收計數信號Xn，基於所述計數信號Xn，所述輸出端輸出峰值調整信號ΔIpk。 　　在圖6實施例中，計數電路601包括D觸發器FF2、計數器CT1和CT2、以及及閘電路AND1。當滿足非連續電流模式和非谷底導通的條件，即谷底檢測信號VL為高電平，而模式檢測信號VM為低電平時，計數器CT1在每個時鐘到來時(即每個週期)遞增計數。當計數器CT1計數至預設最大值，即計數器CT1的多位元輸出信號均為高電平時，及閘電路AND1觸發D觸發器FF2，使其輸出高電平信號至計數器CT2，使計數器CT2計數，調整計數信號Xn的值，進而調整峰值調整信號ΔIpk的值。當開關電源電路進入連續電流模式時，模式選擇信號VM重定計數器CT2，峰值調整信號ΔIpk的值保持不變。 　　在一個實施例中，當模式檢測信號VM為高電平，而谷底檢測信號VL為低電平時，計數器CT1在每個時鐘到來時(即每個週期)遞減計數。當計數器CT1計數至預設最小值時，則重新開始遞增計數。即計數器CT1迴圈計數。 　　在一些實施例中，當開關電源電路進入連續電流模式時，模式選擇信號VM同時重定計數器CT1和CT2，使計數信號Xn的值變為初始值。相應地，峰值調整信號ΔIpk的值也還原為初始值。 　　在其他實施例中，計數電路601包括單個計數器。在每個週期中，只要滿足非連續電流模式和開關在非谷底導通兩個條件，計數器就開始計數。模式檢測信號VM可作為計數電路的重定信號。在一些實施例中，在滿足非連續電流模式和開關在非谷底導通兩個條件的前提下，計數器每隔N個開關週期計數一次。N的數值可根據應用的需要進行調整。 　　圖7示出了根據本發明一實施例的峰值信號調整電路70的電路結構示意圖。如圖7所示，峰值信號調整電路70包括：閾值比較器701，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，所述第一輸入端接收峰值調整信號ΔIpk，所述第二輸入端接收基準信號Hys_ref，基於峰值調整信號ΔIpk和基準信號Hys_ref，所述閾值比較器701在輸出端輸出比較信號Vcp；邏輯電路702，具有第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端、第一輸出端和第二輸出端，所述第一輸入端耦接至閾值比較器701的輸出端以接收比較信號Vcp，所述第二輸入端接收谷底檢測信號VL，所述第三輸入端接收模式檢測信號VM，基於比較信號Vcp、谷底檢測信號VL和模式檢測信號VM，所述邏輯電路702在第一輸出端輸出充電開關控制信號CHA，在第二輸出端輸出放電開關控制信號DCHA；以及充放電電路703，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，所述第一輸入端耦接至邏輯電路702的第一輸出端以接收充電開關控制信號CHA，所述第二輸入端耦接至邏輯電路702的第二輸出端以接收放電開關控制信號DCHA，基於充電開關控制信號CHA和放電開關控制信號DCHA，所述充放電電路703在輸出端輸出峰值調整信號ΔIpk。 　　在圖8所示實施例中，邏輯電路701包括及閘電路AND2、AND3和AND4。閾值比較器701為遲滯比較器。充放電電路703包括電流源Is1、開關S2和S3、以及電容器C2。當開關電源電路操作在非電流連續模式，並且開關M1在開關電壓VDS非谷底時開通，即模式檢測信號VM為低電平而谷底檢測信號VL為高電平時，及閘電路AND2輸出高電平信號，比較信號Vcp控制及閘電路AND3和AND4分別輸出相位相反的充電開關控制信號CHA和放電開關控制信號DCHA，因此開關S2和S3輪流導通。當開關S2導通，開關S3關斷時，電流源Is2給電容器C2充電，峰值調整信號ΔIpk上升。當峰值調整信號ΔIpk的值上升至基準信號Hys_ref的上限值時，閾值比較器701翻轉，充電開關控制信號CHA控制開關S2關斷，放電開關控制信號DCHA控制開關S2導通，電容器C2被放電，峰值調整信號ΔIpk下降。當峰值調整信號ΔIpk下降至基準信號Hys_ref的下限值時，閾值比較器701再次翻轉，開關S2導通而S3關斷，電容器C2再次充電，峰值調整信號ΔIpk上升。如此周而復始。當谷底檢測信號VL為低電平或者模式檢測信號VM為高電平時，及閘電路AND2輸出低電平信號，充電開關控制信號CHA和放電開關控制信號DCHA控制開關S2和S3關斷，峰值調整信號ΔIpk的值保持不變。 　　圖8示出了根據本發明一實施例的谷底檢測電路80的電路結構示意圖。如圖8所示，谷底檢測電路80包括谷底比較器801和D觸發器FF3。頻率控制信號Fs輸入至D觸發器FF3的時鐘端。當頻率控制信號Fs導通開關M1，谷底比較器801的輸出信號輸入至D觸發器FF3。當開關電壓VDS小於或等於谷底基準信號ZCD_ref時，谷底比較器801輸出高電平信號至D觸發器FF3的輸入端。從而D觸發器FF3的輸出信號，即谷底檢測信號VL也為高電平。 　　谷底檢測電路並不限於圖8所示實施例。本領域公知的任意可在開關M1導通時刻，檢測開關電壓VDS是否處於谷底的電路均可用作谷底檢測電路。 　　本發明中的頻率控制信號Fs可採用本領域的常用技術手段來產生。例如可透過壓控振盪器來實現，壓控振盪器的輸入信號可以是開關電源電路的輸出電壓Vout的回饋信號與基準信號之間的誤差放大信號。 　　本發明中的峰值基準信號Ipk_ref可以是恆定值，也可以是與頻率控制信號Fs成一定函數關係的信號，即Ipk_ref=f(Fs)。圖9和圖10分別示出了根據本發明實施例的峰值基準信號Ipk_ref和頻率控制信號Fs之間的關係圖。 　　在圖9中，當頻率控制信號Fs的頻率低於預設的第一頻率f1時，峰值基準信號Ipk_ref具有最小值Ipk_ref_min；當頻率控制信號Fs的頻率在預設的頻率t第一頻率f1和第二頻率f2之間時，峰值基準信號Ipk_ref的值隨著頻率控制信號Fs的頻率的增大而增大；當頻率控制信號Fs的頻率大於預設的第二頻率f2時，峰值基準信號Ipk_ref的值保持最大值Ipk_ref_max不變。 　　在圖10中，當頻率控制信號Fs的頻率低於預設的第一頻率f1時，峰值基準信號Ipk_ref具有最小值Ipk_ref_min；當頻率控制信號Fs的頻率在預設的第一頻率f1和第二頻率f2之間時，峰值基準信號Ipk_ref的值隨著頻率控制信號Fs的頻率的增大而增大；當頻率控制信號Fs的頻率在預設的第二頻率f2和第三頻率f3之間時，峰值基準信號Ipk_ref的值具有中間值Ipk_ref_mid；當頻率控制信號Fs的頻率大於預設的第三頻率f3時，峰值基準信號Ipk_ref的值隨著頻率控制信號Fs的頻率的增大而增大；當頻率控制信號Fs的頻率到達最大值f_max時，峰值基準信號Ipk_ref的值達到最大值Ipk_ref_max。 　　本領域普通技術人員可以根據圖9和圖10的波形示意圖，採用開關、電容器和電流源等電路來產生峰值基準信號Ipk_ref。同時，本領域普通技術人員也可以根據圖9和圖10的啟發，使峰值基準信號Ipk_ref與頻率控制信號Fs具有符合應用的任意合適的函數關係。 　　本發明採用了反激電路作為實施例來具體闡述電路操作原理。應當理解，本發明也可用於BUCK、BOOST、BUCK-BOOST等其他開關電源電路。 　　雖然已參照幾個典型實施例來描述了本發明，但應當理解，所用的術語是說明和示例性、而非限制性的術語。由於本發明能夠以多種形式來予以具體實施而不脫離發明的精神或實質，所以應當理解，上述實施例不限於任何前述的細節，而應在隨附申請專利範圍所限定的精神和範疇內廣泛地解釋，因此落入申請專利範圍或其等效範疇內的全部變化和改型都應為隨附申請專利範圍所涵蓋。
20‧‧‧開關電源電路201‧‧‧谷底檢測電路202‧‧‧模式檢測電路203‧‧‧峰值信號調整電路204‧‧‧峰值比較電路205‧‧‧邏輯電路40‧‧‧峰值信號調整電路401‧‧‧脈衝電路402‧‧‧計數電路403‧‧‧數位類比轉換電路60‧‧‧峰值信號調整電路601‧‧‧計數電路70‧‧‧峰值信號調整電路701‧‧‧閾值比較器702‧‧‧邏輯電路703‧‧‧充放電電路80‧‧‧谷底檢測電路801‧‧‧谷底比較器T1‧‧‧變壓器M1‧‧‧開關D1‧‧‧二極體Co‧‧‧輸出電容器VDS‧‧‧開關電壓ZCD_ref‧‧‧谷底基準信號VL‧‧‧谷底檢測信號VM‧‧‧模式檢測信號ΔIpk‧‧‧峰值調整信號Ics‧‧‧電流檢測信號Ipk‧‧‧峰值信號Ictrl‧‧‧電流控制信號Ipk_ref‧‧‧峰值基準信號Fs‧‧‧頻率控制信號PG‧‧‧開關控制信號FF1‧‧‧RS觸發器VP‧‧‧脈衝信號Xn‧‧‧計數信號RN1‧‧‧阻抗網路OR1‧‧‧或閘電路S1、S2、S3‧‧‧開關C1、C2‧‧‧電容器COMP1‧‧‧比較器R1‧‧‧電阻器D2‧‧‧二極體R2‧‧‧電阻器T-ref‧‧‧基準信號VC1‧‧‧電壓信號“S”‧‧‧設定端“R”‧‧‧重定端FF2、FF3‧‧‧D觸發器CT1、CT2‧‧‧計數器AND1、AND2、AND3、AND4‧‧‧及閘電路Hys_ref‧‧‧基準信號Vcp‧‧‧比較信號CHA‧‧‧充電開關控制信號DCHA‧‧‧放電開關控制信號Is1、Is2‧‧‧電流源Vout‧‧‧輸出電壓
圖1為準諧振控制開關穩壓電路的波形圖； 　　圖2為根據本發明一實施例的準諧振控制開關電源電路的方塊圖； 　　圖3示出了根據本發明一實施例的開關電源電路的控制方法30； 　　圖4為根據本發明一實施例的峰值信號調整電路40的電路結構示意圖； 　　圖5示出了圖4所示峰值信號調整電路40的部分波形示意圖； 　　圖6示出了根據本發明一實施例的峰值信號調整電路60的電路結構示意圖； 　　圖7示出了根據本發明一實施例的峰值信號調整電路70的電路結構示意圖； 　　圖8示出了根據本發明一實施例的谷底檢測電路80的電路結構示意圖； 　　圖9示出了根據本發明實施例的峰值基準信號Ipk_ref和頻率控制信號Fs之間的關係圖； 　　圖10示出了根據本發明實施例的峰值基準信號Ipk_ref和頻率控制信號Fs之間的關係圖。
20‧‧‧開關電源電路
201‧‧‧谷底檢測電路
202‧‧‧模式檢測電路
203‧‧‧峰值信號調整電路
204‧‧‧峰值比較電路
205‧‧‧邏輯電路

Claims (15)

  1. 一種準諧振控制的開關電源電路，具有開關和儲能元件，包括：峰值信號調整電路，輸出峰值調整信號，在開關電源電路操作於非連續電流模式下並且開關兩端的開關電壓高於谷底基準信號時，該峰值信號調整電路調整峰值調整信號的值。
  2. 如請求項1所述的開關電源電路，其中，該峰值信號調整電路包括：脈衝電路，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，該第一輸入端接收谷底檢測信號，該第二輸入端接收模式檢測信號，基於谷底檢測信號和模式檢測信號，該輸出端輸出脈衝信號；計數電路，具有輸入端和輸出端，該輸入端耦接至脈衝電路的輸出端接收脈衝信號，基於脈衝信號，該計數電路在輸出端輸出計數信號；以及數位類比轉換電路，具有輸入端和輸出端，該輸入端耦接至計數器的輸出端以接收計數信號，基於計數信號，該輸出端輸出峰值調整信號；其中，該谷底檢測信號表徵開關兩端的開關電壓是否低於谷底基準信號，而模式檢測信號表徵開關電源電路是否處於連續電流模式。
  3. 如請求項1所述的開關電源電路，其中，該峰值信號調整電路包括：計數電路，具有輸入端、時鐘端、重定端和輸出端，該輸入端接收谷底檢測信號，該時鐘端接收頻率控制信號，該重定端接收模式檢測信號，基於谷底檢測信號、頻率控制信號和模式檢測信號，該計數電路在輸出端輸出計數信號；以及數位類比轉換電路，具有輸入端和輸出端，該輸入端耦接至計數電路的輸出端以接收計數信號，基於該計數信號，該輸出端輸出峰值調整信號；其中，該谷底檢測信號表徵開關兩端的開關電壓是否低於谷底基準信號，而模式檢測信號表徵開關電源電路是否處於連續電流模式。
  4. 如請求項2或3所述的開關電源電路，其中，該計數電路包括順序計數器、倒序計數器或迴圈計數器。
  5. 如請求項1所述的開關電源電路，其中，該峰值信號調整電路包括：閾值比較器，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，該第一輸入端接收峰值調整信號，該第二輸入端接收基準信號，基於峰值調整信號和基準信號，該閾值比較器在輸出端輸出比較信號； 邏輯電路，具有第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端、第一輸出端和第二輸出端，該第一輸入端耦接至閾值比較器的輸出端以接收比較信號，該第二輸入端接收谷底檢測信號，該第三輸入端接收模式檢測信號，基於比較信號、谷底檢測信號和模式檢測信號，該邏輯電路在第一輸出端輸出充電開關控制信號，在第二輸出端輸出放電開關控制信號；以及充放電電路，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，該第一輸入端耦接至邏輯電路的第一輸出端以接收充電開關控制信號，該第二輸入端耦接至邏輯電路的第二輸出端以接收放電開關控制信號，基於充電開關控制信號和放電開關控制信號，該充放電電路在輸出端輸出峰值調整信號；其中，該谷底檢測信號表徵開關兩端的開關電壓是否低於谷底基準信號，而模式檢測信號表徵開關電源電路是否處於連續電流模式。
  6. 如請求項1所述的開關電源電路，還包括谷底檢測電路，包括：谷底比較器，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，該第一輸入端接收開關兩端的開關電壓，該第二輸入端接收谷底基準信號，基於開關電壓和谷底基準信號，該谷底比較器在輸出端輸出谷底比較信號；以及D觸發器，具有輸入端、時鐘端和輸出端，該輸入端 耦接至谷底比較器的輸出端以接收谷底比較信號，該時鐘端接收頻率控制信號，基於谷底檢測信號和頻率控制信號，該輸出端輸出谷底檢測信號。
  7. 如請求項1至3、5及6中任一項所述的開關電源電路，還包括：峰值比較電路，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，該第一輸入端接收電流檢測信號，該第二輸入端接收峰值信號，基於電流檢測信號和峰值信號，該輸出端輸出電流控制信號；以及邏輯電路，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，該第一輸入端接收頻率控制信號，該第二輸入端接收電流控制信號，基於頻率控制信號和電流控制信號，該輸出端輸出開關控制信號以控制開關電源電路的開關的通斷；其中，該峰值信號為峰值基準信號和峰值調整信號的疊加信號，或者該峰值信號為峰值基準信號和峰值調整信號的差值信號。
  8. 如請求項7所述的開關電源電路，其中，峰值基準信號與頻率控制信號具有如下關係：當頻率控制信號的頻率低於預設的第一頻率時，峰值基準信號具有最小值；當頻率控制信號的頻率在預設的第一頻率和第二頻率之間時，峰值基準信號的值隨著頻率控制信號的頻率的增 大而增大；以及當頻率控制信號的頻率大於預設的第二頻率時，峰值基準信號的值保持最大值不變。
  9. 如請求項7所述的開關電源電路，其中，峰值基準信號與頻率控制信號具有如下關係：當頻率控制信號的頻率低於預設的第一頻率時，峰值基準信號具有最小值；當頻率控制信號的頻率在預設的第一頻率和第二頻率之間時，峰值基準信號的值隨著頻率控制信號的頻率的增大而增大；當頻率控制信號的頻率在預設的第二頻率和第三頻率之間時，峰值基準信號的值具有中間值；當頻率控制信號的頻率大於預設的第三頻率時，峰值基準信號的值隨著頻率控制信號的頻率的增大而增大；以及當頻率控制信號的頻率到達最大值時，峰值基準信號的值達到最大值。
  10. 一種開關電源電路的控制方法，該開關電源電路包括儲能元件和開關，該控制方法包括在開關電源電路操作於非連續電流模式下並且開關兩端的開關電壓高於谷底基準信號時，調整峰值調整信號的值。
  11. 如請求項10所述的控制方法，其中，在開關電源電路操作於連續電流模式下並且開關兩端的開關電壓高於谷底基準信號時，調整峰值調整信號的值包括：基於頻率控制信號而導通開關；檢測開關電源電路是否處於連續電流模式，若是，則設定峰值調整信號的值為初始值或者保持峰值調整信號的值不變；在開關電源電路處於非連續電流模式下時檢測開關電壓在開關導通時刻是否處於谷底，若是，則保持峰值調整信號的值不變，否則調整峰值調整信號的值；以及基於電流檢測信號和峰值信號的值而關斷開關；其中，電流檢測信號表徵流過儲能元件的電流，峰值信號包括峰值基準信號和峰值調整信號。
  12. 如請求項10所述的控制方法，其中，峰值基準信號與頻率控制信號具有如下關係：當頻率控制信號的頻率低於預設的第一頻率時，峰值基準信號具有最小值；當頻率控制信號的頻率在預設的第一頻率和第二頻率之間時，峰值基準信號的值隨著頻率控制信號的頻率的增大而增大；以及當頻率控制信號的頻率大於預設的第二頻率時，峰值基準信號的值保持最大值不變。
  13. 如請求項10所述的控制方法，其中，峰值基準信號與頻率控制信號具有如下關係：當頻率控制信號的頻率低於預設的第一頻率時，峰值基準信號具有最小值；當頻率控制信號的頻率在預設的第一頻率和第二頻率之間時，峰值基準信號的值隨著頻率控制信號的頻率的增大而增大；當頻率控制信號的頻率在預設的第二頻率和第三頻率之間時，峰值基準信號的值具有中間值；當頻率控制信號的頻率大於預設的第三頻率時，峰值基準信號的值隨著頻率控制信號的頻率的增大而增大；以及當頻率控制信號的頻率到達最大值時，峰值基準信號的值達到最大值。
  14. 如請求項10所述的控制方法，其中，調整峰值調整信號的值包括使峰值調整信號的值在預設最大值和預設最小值之間以三角波形式演變。
  15. 如請求項10所述的控制方法，其中，調整峰值調整信號的值包括使峰值調整信號的值在預設最大值和預設最小值之間以鋸齒波形式演變。
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