CN105553263A - 恒定导通时长控制的开关电源及其控制电路和控制方法 - Google Patents

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Abstract

公开了恒定导通时长控制的开关电源及其控制电路和控制方法。该开关电源包括具有第一开关管的开关电路，该开关电路通过控制第一开关管的导通与关断将输入电压转换为输出电压。当开关电源的开关频率接近音频范围时，开关电路的第一开关管被导通，开关电路的最低开关频率被限制，从而避免音频噪声的产生。

Description

恒定导通时长控制的开关电源及其控制电路和控制方法
技术领域
本发明的实施例涉及电子电路，尤其涉及恒定导通时长控制的开关电源及其控制电路和控制方法。
背景技术
恒定导通时间(COT，constanton-time)控制由于其优越的负载瞬态响应、简单的内部结构和平滑的工作模式切换，在电源领域得到了很好的应用。在传统的COT控制开关电源中，开关管在开关电源的输出电压小于参考信号时被导通，而在导通时间到达预设时间时被关断。
对于传统的COT控制开关电源而言，其开关频率会随着负载的减小而逐渐减小。在轻载场合，开关频率可能被减小至落入音频范围(例如200Hz～20kHz)，从而引起音频噪声。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供安静的恒定导通时长控制开关电源及其控制电路和控制方法。
基于本发明实施例的一种用于恒定导通时长控制开关电源的控制电路，该开关电源包括具有第一开关管的开关电路，开关电路通过第一开关管的导通与关断将输入电压转换为输出电压，该控制电路包括：比较电路，耦接至开关电路，将代表开关电路输出电压的反馈信号与参考信号相比较，产生第一置位信号；模式判断电路，判断开关电源的开关频率是否接近音频范围，产生第二置位信号；导通时长控制电路，产生控制第一开关管导通时长的导通时长控制信号；以及逻辑电路，接收第一置位信号、第二置位信号和导通时长控制信号，产生控制第一开关管导通与关断的控制信号，其中当开关电源的开关频率接近音频范围时，第二置位信号将第一开关管导通。
基于本发明实施例的一种恒定导通时长控制的开关电源，包括：具有第一开关管的开关电路，将输入电压转换为输出电压；反馈电路，耦接至开关电路，提供代表开关电路输出电压的反馈信号；以及如前所述的控制电路。
基于本发明实施例的一种用于开关电源的恒定导通时长控制方法，该开关电源包括具有第一开关管的开关电路，开关电路通过第一开关管的导通与关断将输入电压转换为输出电压，该控制方法包括：将参考信号和代表开关电路输出电压的反馈信号相比较，产生第一置位信号；判断开关电源的开关频率是否接近音频范围，产生第二置位信号；产生控制第一开关管导通时长的导通时长控制信号；以及基于第一置位信号、第二置位信号控制第一开关管的导通，基于导通时长控制信号控制第一开关管的关断，其中当开关电源的开关频率接近音频范围时，第二置位信号控制第一开关管导通。
根据本发明实施例，当开关电源的开关频率接近音频范围时，开关电路的第一开关管被导通，开关电源的最低开关频率被限制，从而避免音频噪声的产生。
附图说明
通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干可行实施方式，其中：
图1为根据本发明一实施例的恒定导通时长控制的开关电源100的框图；
图2对比了现有技术中开关电源的反馈信号VFB1与控制信号CTRL1的波形和依据本发明一实施例的开关电源100的反馈信号VFB与控制信号CTRL的波形；
图3为根据本发明一实施例的恒定导通时长控制的开关电源200的电路图；
图4对比了根据本发明一实施例的图1所示开关电源100与图3所示开关电源200在超声模式下的工作波形图；
图5为根据本发明一实施例的恒定导通时长控制的开关电源300的电路图；
图6为根据本发明一实施例的放电电路207B的电路图；
图7为根据本发明一实施例的恒定导通时长控制的开关电源400的电路图；
图8是根据本发明一实施例的恒定导通时长控制的开关电源的控制方法500的流程图。
在附图中，相同或对应的标号被用以表示相同或对应的元件。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。
根据本发明的实施例，采用恒定导通时长控制的开关电源在其开关频率接近音频范围(例如200Hz～20KHz)时进入超声模式，使得开关电源的开关频率不小于预设频率。通过这种方法，可以有效避免音频噪声的产生。
图1为根据本发明一实施例的恒定导通时长控制的开关电源100的框图。开关电源100包括导通时长控制电路101、比较电路102、模式判断电路103、逻辑电路104、开关电路105和反馈电路106。导通时长控制电路101、比较电路102、模式判断电路103和逻辑电路104可以被集成在同一集成电路(例如控制IC)中，该集成电路可为数字集成电路、模拟集成电路或数模结合的集成电路。开关电路105包括第一开关管，通过第一开关管的导通与关断将输入电压VIN转换为输出电压VOUT。开关电路105可采用任何直流/直流或交流/直流变换拓扑结构，例如同步或非同步的升压、降压变换器，以及正激、反激变换器等等。开关电路105中的开关管可以为任何可控半导体开关器件，例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)等。反馈电路106耦接至开关电路105的输出端以接收输出电压VOUT，并产生代表输出电压VOUT的反馈信号VFB。在一些实施例中，反馈电路106可被省略。
导通时长控制电路101用于产生控制第一开关管导通时长的导通时长控制信号COT。比较电路102耦接至反馈电路106，基于反馈信号VFB和参考信号VREF产生第一置位信号S1。模式判断电路103用于判断开关电源100的开关频率FS是否接近音频范围，并产生第二置位信号S2。逻辑电路104耦接至导通时长控制电路101、比较电路102以及模式判断电路103，基于导通时长控制信号COT、第一置位信号S1和第二置位信号S2产生控制信号CTRL，以控制开关电路105中第一开关管的导通与关断。在正常工作状态下，第一开关管在反馈信号VFB小于参考信号VREF时被导通，在其导通时间到达导通时长控制电路101所设定的导通时长ton时被关断。在开关电源100的开关频率FS接近音频范围时，开关电源100进入超声模式，模式判断电路103产生的第二置位信号S2控制第一开关管导通，从而避免音频噪声的产生。
图2对比了现有技术中开关电源的反馈信号VFB1与控制信号CTRL1的波形和依据本发明一实施例的开关电源100的反馈信号VFB与控制信号CTRL的波形。如图2所示，在现有技术中，只有当反馈信号VFB1降低至参考信号VREF时，第一开关管才会被导通，轻载场合下控制信号CTRL1的频率为FDSM。然而，在依据本发明实施例的开关电源100中，当开关频率FS接近音频范围时，开关电路105中的第一开关管立即被导通，控制信号CTRL的最低频率被限制在FUSM，因此不会进入音频范围。此外，如果开关电路105的负载增大，开关频率FS远离音频范围时，开关电源100将离开超声模式而回到正常工作状态。
由于最低开关频率被限制，开关电源100提供的能量可能会大于负载需求，输出电压VOUT将会超调。为了避免输出电压VOUT被增大至过高而影响开关电源100的正常工作，当开关电路105的输出电压VOUT大于第一参考电压Vref1时，导通时长控制信号COT可被调节以减小第一开关管的导通时长ton。图3为根据本发明一实施例的恒定导通时长控制的开关电源200的电路图。开关电源200包括控制电路、开关电路205和反馈电路206。开关电路205采用降压变换器拓扑结构，包括第一开关管M1、第二开关管M2、电感器L以及输出电容器COUT。反馈电路206包括电阻器Ra和Rb组成的电阻分压器。
控制电路包括导通时长控制电路201A、比较电路202、模式判断电路203和逻辑电路204。导通时长控制电路201A产生控制第一开关管M1导通时长的导通时长控制信号COT。比较电路202包括比较器CMP1，比较器CMP1的同相输入端接收参考信号VREF，反相输入端耦接至反馈电路206以接收反馈信号VFB，输出端提供第一置位信号S1。模式判断电路203用于判断开关电源200的开关频率FS是否接近音频范围，产生第二置位信号S2。判断开关频率FS是否接近音频范围的方式多种多样，例如可以将开关频率FS与预设频率阈值Fth(例如25KHz)进行比较。若开关频率FS小于预设频率阈值Fth或者在一段时间内持续小于预设频率阈值Fth，则认为开关频率FS已接近音频范围。开关频率FS是否接近音频范围还可以通过第一开关管M1与第二开关管M2均关断的时间是否达到预设时间阈值(例如30μs)来实现，也可采用任何其他合适的方法。逻辑电路204包括或门OR1和RS触发器FF。或门OR1具有两个输入端，分别接收比较电路202提供的第一置位信号S1和模式判断电路203提供的第二置位信号S2。RS触发器FF具有置位端、复位端和输出端，其中置位端耦接至或门OR1的输出端，复位端耦接至导通时长控制电路201A的输出端以接收导通时长控制信号COT，输出端提供控制信号CTRL。
在一个实施例中，开关电源200还包括驱动电路208，其输入端耦接至逻辑电路204的输出端，输出端分别耦接至第一开关管M1和第二开关管M2以控制这两个开关管的导通与关断。
在一些实施例中，为了消除次谐波振荡，开关电源200还包括产生斜坡补偿信号的斜坡补偿电路。该斜坡补偿信号可以被叠加至反馈信号VFB，亦或从参考信号VREF中被减去。
如图3所示，导通时长控制电路201A包括电流源IS1、电容器C1、控制开关管MC、比较器CMP2和非门NOT1。电流源IS1的一端耦接至供电电压Vcc，另一端提供充电电流，对电容器C1充电。控制开关管MC具有第一端、第二端和控制端，其中第一端电连接至电流源的另一端和电容器C1的一端，第二端和电容器C1的另一端接地。非门NOT1的输入端电耦接至逻辑电路204以接收控制信号CTRL，输出端电连接至控制开关管MC的控制端。比较器CMP2的同相输入端电连接至控制开关管MC的第一端和电容器C1的一端，反向输入端接收阈值电压VTH，输出端提供导通时长控制信号COT。
在一个实施例中，阈值电压VTH例如可以是输出电压VOUT。在其它实施例中，阈值电压VTH也可以是固定的电平值。在一个实施例中，电流源IS1输出的充电电流的大小与标识信号Flag有关。当输出电压VOUT小于第一参考电压Vref1，标识信号Flag为无效状态，充电电流为恒定值，亦或为与输入电压VIN相关的可变值，例如随着输入电压VIN的增大或减小而增大或减小。当输出电压VOUT大于第一参考电压Vref1时，标识信号Flag处于有效状态，导通时长控制电路201A通过增大电流源IS1的充电电流来减小第一开关管M1的导通时长ton。在另一个实施例中，电容器C1的容值大小与标识信号Flag有关。当开关电路205的输出电压VOUT大于第一参考电压Vref1，标识信号Flag处于有效状态，导通时长控制电路201A通过减小电容器C1的电容值来减小第一开关管M1的导通时长ton。
图4对比了根据本发明一实施例的图1所示开关电源100与图3所示开关电源200在超声模式下的工作波形图。其中信号411和413分别为开关电源100和开关电源200进入超声模式下反馈信号VFB的波形。信号413和414分别为开关电源100和开关电源200中控制信号CTRL的波形。IL为开关电源200中开关电路205中流过电感器L的电流波形。如图4所示，减小导通时长ton可以有效地抑制输出电压VOUT的过冲。而且，导通时长ton的减小还可以降低开关管的导通损耗，从而提高开关电源的工作效率。
图5为根据本发明一实施例的恒定导通时长控制的开关电源300的电路图。开关电源300包括控制电路、开关电路205和反馈电路206。图5所示的控制电路包括导通时长控制电路201B、比较电路202、模式判断电路203A、放电电路207A和逻辑电路204。
在图5所示的实施例中，模式判断电路203A基于第一开关管M1的关断时间来判断开关频率FS是否进入音频范围。当第一开关管M1被关断，模式判断电路203A开始计时，当计时时间达到预设时间阈值TTH，例如33μs时，产生高电平的第二置位信号S2以导通第一开关管M1。如图5所示，模式判断电路203A包括或门OR2和计时器CNT。或门OR2具有两个输入端，分别接收时钟信号CLK和第二置位信号S2。计时器CNT具有时钟端C、输入端R和输出端Q，其中时钟端C耦接至或门OR2的输出端，输入端R接收控制信号CTRL。计时器CNT在输入端R接收到低电平信号时开始计数，接收到高电平信号时停止计数并清零，当计时时间达到预设时间阈值TTH时，输出端Q输出高电平的第二置位信号S2。
导通时长控制电路201B包括电阻器R1～R4、电流运算放大器OP1、二极管D1、电流源IS2、电容器C2、非门NOT2、控制开关管MC以及比较器CMP2。其中电阻器R1和R2构成电阻分压器，对输出电压VOUT进行分压，产生代表输出电压VOUT的反馈电压FB。电流运算放大器OP1具有同相输入端、反相输入端和输出端，其中同相输入端接收第一参考阈值REF1，反相输入端接收反馈电压FB，在输出端提供第一电流。二极管D1的阴极耦接至电流运算放大器OP1的输出端。电阻器R3一端耦接至输出电压VOUT，另一端耦接至二极管D1的阳极。电阻器R4的一端耦接至电阻器R3的另一端，另一端接地。电阻器R3的另一端提供阈值电压VTH。电流源IS2具有供电端和输出端，其中供电端耦接至供电电压Vcc，输出端提供充电电流。在一个实施例中，充电电流的大小与输入电压VIN成正比。电容器C2的一端电连接至电流源IS2的输出端，另一端接地。控制开关管MC具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至电容器C2的一端，第二端接地。非门NOT2的输入端电耦接至逻辑电路204的输出端，输出端电连接至控制开关管MC的控制端。比较器CMP2的同相输入端电连接至控制开关管MC的第一端和电容器C2的一端，反向输入端接收阈值电压VTH，输出端提供导通时长控制信号COT。
放电电路207A在检测到反馈电压FB大于第二参考阈值REF2时，对输出电容器COUT进行放电，直至反馈电压FB小于第二参考阈值REF2，其中第二参考阈值REF2大于第一参考阈值REF1。放电电路207A包括比较器CMP3和放电开关管MD。比较器CMP3具有同相输入端、反相输入端和输出端，其中同相输入端耦接至电阻器R1和R2的公共端，以接收反馈电压FB，反相输入端接收第二参考阈值REF2。放电开关管MD具有源极、漏极和栅极，其中漏极耦接至开关电路205的输出端以接收输出电压VOUT，源极接地，栅极耦接至比较器CMP3的输出端。
在正常工作状态下，第一开关管M1在反馈信号VFB小于参考信号VREF时被导通，在其导通时间到达导通时长控制电路101所设定的导通时长ton时被关断。当第一开关管M1的关断时间达到预设时间阈值TTH，即开关电源300的开关频率FS接近音频范围时，开关电源300进入超声模式，模式判断电路203A产生的第二置位信号S2控制第一开关管M1导通，从而避免音频噪声的产生。在图5所示的实施例中，当反馈电压FB大于第一参考阈值REF1时，二极管D1导通，参考阈值Vth被减小，因此导通时长ton被减小。
一般地，第一开关管M1的导通时长不能被无限制的减小。在图5所示的实施例中，如果开关电路205的负载减小，输出电压VOUT将继续增大，运算放大器OP1最终进入饱和状态。当第一开关管M1的导通时长ton被减小到最小值而输出电压VOUT仍然上升，使得反馈电压FB大于第二参考阈值REF2时，放电开关管MD被导通，输出电压VOUT被放电直到小于第二参考阈值REF2。
图6为根据本发明一实施例的放电电路207B的电路图。放电电路207B包括比较器CMP3和CMP4、RS触发器FF3和放电开关管MD。比较器CMP3具有同相输入端、反相输入端和输出端，其中同相输入端接收第一参考阈值REF1，反相输入端接收反馈电压FB。比较器CMP3具有同相输入端、反相输入端和输出端，其中同相输入端接收反馈电压FB，反相输入端接收第二参考阈值REF2。RS触发器FF3具有置位端、复位端和输出端，其中置位端耦接至比较器CMP4的输出端，复位端耦接至比较器CMP3的输出端。放电开关管MD具有源极端、漏极端和控制端，其中漏极端耦接至输出电压VOUT，源极端接地，控制端耦接至RS触发器FF3的输出端。其中第一参考阈值REF1小于第二参考阈值REF2。在图6所示的实施例中，放电电路207B用于抑制输出电压VOUT的过冲。当反馈电压FB大于第二参考阈值REF2时，放电电路207B开始工作，通过RS触发器FF3将放电开关管MD导通，对输出电压VOUT进行放电，直到输出电压VOUT小于第一参考阈值REF1。
图7为根据本发明一实施例的恒定导通时长控制的开关电源400的电路图。开关电源400包括控制电路、开关电路205、反馈电路206和驱动电路208。图7所示的控制电路包括导通时长控制电路201C、比较电路202、模式判断电路203B、放电电路207C和逻辑电路204。驱动电路208的输入端耦接至逻辑电路204的输出端，输出端分别产生控制信号HS和LS以分别控制第一开关管M1和第二开关管M2的导通与关断。
在图7所示的实施例中，模式判断电路203B包括或门OR2、计时器CNT1和CNT2、RS触发器FF1和FF2。或门OR2具有两个输入端，分别接收时钟信号CLK和第二置位信号S2。计时器CNT1具有时钟端C、输入端R和输出端Q，其中时钟端C耦接至或门OR2的输出端，输入端R耦接至第一开关管M1的控制信号HS。计时器CNT2的时钟端C耦接至计时器CNT1的输出端Q，输入端R耦接至第一开关管M1的控制信号HS，输出端Q提供第二置位信号S2。计时器CNT1和CNT2的总计时时长等于预设时间阈值TTH。触发器FF1的复位端耦接至第一开关管M1的控制信号HS，置位端耦接至计时器CNT1的输出端，在输出端提供第一使能信号ENV。触发器FF2的复位端耦接至第二开关管M2的控制信号LS，置位端耦接至计时器CNT1的输出端Q，在输出端提供第二使能信号ENT。触发器FF1和FF2提供的第一使能信号ENV和第二使能信号ENT分别被提供至电流运算放大器OP2的使能端和比较器CMP5的使能端，以节约静态电流。
图8是根据本发明一实施例的用于恒定导通时长控制的开关电源的控制方法500的流程图。该开关电源包括具有第一开关管的开关电路，开关电路通过第一开关管的导通与关断将输入电压转换为输出电压，该控制方法包括S521～S522。
在步骤S521，将参考信号和代表开关电路输出电压的反馈信号相比较，产生第一置位信号。
在步骤S522，判断开关电源的开关频率是否接近音频范围，产生第二置位信号。
在步骤S523，产生控制第一开关管导通时长的导通时长控制信号。
在步骤S524，基于第一置位信号、第二置位信号控制第一开关管的导通，基于导通时长控制信号控制第一开关管的关断，其中当开关电源的开关频率接近音频范围时，第一置位信号控制第一开关管导通。
在一个实施例中，当开关电源的开关频率接近音频范围时，减小第一开关管的导通时长。
在另一个实施例中，当输出电压大于第一参考电压时，减小第一开关管的导通时长。
在又一个实施例中，当输出电压大于第二参考电压时，对开关电路的输出电压进行放电，直至输出电压小于第二参考电压。
注意，在上文描述的流程图中，框中所标注的功能也可以按照不同于图中所示的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这取决于所涉及的具体功能。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。应当理解，当称“元件”“连接到”或“耦接”到另一元件时，它可以是直接连接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (15)

1.一种用于恒定导通时长控制开关电源的控制电路，该开关电源包括具有第一开关管的开关电路，开关电路通过第一开关管的导通与关断将输入电压转换为输出电压，该控制电路包括：
比较电路，耦接至开关电路，将代表开关电路输出电压的反馈信号与参考信号相比较，产生第一置位信号；
模式判断电路，判断开关电源的开关频率是否接近音频范围，产生第二置位信号；
导通时长控制电路，产生控制第一开关管导通时长的导通时长控制信号；以及
逻辑电路，接收第一置位信号、第二置位信号和导通时长控制信号，产生控制第一开关管导通与关断的控制信号，其中当开关电源的开关频率接近音频范围时，第二置位信号将第一开关管导通。
2.如权利要求1所述的控制电路，其中当输出电压大于第一参考电压时，减小第一开关管的导通时长以减小输出电压的过冲。
3.如权利要求2所述的控制电路，其中导通时长控制电路包括：
电流源，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至供电电压，第二端输出充电电流；
第一电容器，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至电流源的第二端，第二端接地；
第一非门，具有输入端和输出端，其中输入端耦接至控制信号；
控制开关管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至第一电容器的第一端，第二端耦接至第一电容器的第二端，控制端耦接至第一非门的输出端；以及
第一比较器，具有同相输入端、反相输入端和输出端，其中同相输入端耦接至第一电容器的第一端，反相输入端接收阈值电压，输出端输出导通时长控制信号；其中
当输出电压大于第一参考电压时，通过增大电流源输出的充电电流或者减小第一电容器的电容值，导通时长控制电路控制第一开关管的导通时长减小。
4.如权利要求2所述的控制电路，其中导通时长控制电路包括：
第一电阻器，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至开关电路以接收输出电压；
第二电阻器，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至第一电阻器的第二端，第二端接地；
电流运算放大器，具有同相输入端、反相输入端和输出端，其中同相输入端接收第一参考阈值，反相输入端接耦接至第一电阻器的第二端，在输出端产生第一电流；
第三电阻器，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至开关电路以接收输出电压；
第四电阻器，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至第三电阻器的第二端，第二端接地；
二极管，具有阳极和阴极，其中阳极耦接至第三电阻器的第二端，阴极耦接至电流运算放大器的输出端；
电流源，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至供电电压，第二端输出充电电流，其中充电电流与开关电路的输入电压成正比；
第一电容器，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至电流源的第二端，第二端接地；
第一非门，具有输入端和输出端，其中输入端耦接至控制信号；
控制开关管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至第一电容器的第一端，第二端耦接至第一电容器的第二端，控制端耦接至第一非门的输出端；以及
第一比较器，具有同相输入端、反相输入端和输出端，其中同相输入端耦接至第一电容器的第一端，反相输入端耦接至第三电阻器的第二端，输出端输出导通时长控制信号。
5.如权利要求4所述的控制电路，进一步包括放电电路，该放电电路包括：
第二比较器，具有同相输入端、反相输入端和输出端，其中同相输入端耦接至第一电阻器的第二端，反相输入端接收第二参考阈值，第二参考阈值大于第一参考阈值；以及
放电开关管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至开关电路的输出电压，第二端耦接至地，控制端耦接至第二比较器的输出端。
6.如权利要求1所述的控制电路，进一步包括放电电路，该放电电路包括：
第三比较器，具有同相输入端、反相输入端和输出端，其中同相输入端接收第一参考电压，反相输入端耦接至开关电路以接收输出电压；
第四比较器，具有同相输入端、反相输入端和输出端，其中同相输入端耦接至开关电路以接收输出电压，反相输入端接收第二参考电压，第二参考电压大于第一参考电压；
RS触发器，具有置位端、复位端和输出端，其中置位端耦接至第四比较器的输出端，复位端耦接至第三比较器的输出端；以及
放电开关管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至开关电路的输出端，第二端接地，控制端耦接至RS触发器的输出端。
7.如权利要求1所述的控制电路，其中逻辑电路包括：
第一或门，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至比较电路接收第一置位信号，第二输入端耦接至模式判断电路接收第二置位信号；以及
RS触发器，具有置位端、复位端和输出端，其中置位端耦接至第一或门的输出端，复位端耦接至导通时长控制电路以接收导通时长控制信号，在输出端提供控制信号。
8.如权利要求1所述的控制电路，其中若开关电源的当前开关周期大于预设开关周期，则视为开关电源的开关频率接近音频范围。
9.如权利要求1所述的控制电路，其中若第一开关管的关断时间达到预设时间阈值，则视为开关电源的开关频率接近音频范围。
10.一种恒定导通时长控制的开关电源，包括：
具有第一开关管的开关电路，将输入电压转换为输出电压；
反馈电路，耦接至开关电路，提供代表开关电路输出电压的反馈信号；以及
如权利要求1至9中任一项所述的控制电路。
11.一种用于开关电源的恒定导通时长控制方法，该开关电源包括具有第一开关管的开关电路，开关电路通过第一开关管的导通与关断将输入电压转换为输出电压，该控制方法包括：
将参考信号和代表开关电路输出电压的反馈信号相比较，产生第一置位信号；
判断开关电源的开关频率是否接近音频范围，产生第二置位信号；
产生控制第一开关管导通时长的导通时长控制信号；以及
基于第一置位信号、第二置位信号控制第一开关管的导通，基于导通时长控制信号控制第一开关管的关断，其中当开关电源的开关频率接近音频范围时，第二置位信号控制第一开关管导通。
12.如权利要求11所述的控制方法，其中当输出电压大于第一参考电压时，减小第一开关管的导通时长以减小输出电压的过冲。
13.如权利要求11所述的控制方法，其中当输出电压大于第二参考电压时，对开关电路的输出电压进行放电，直至输出电压小于第二参考电压。
14.如权利要求11所述的控制电路，其中判断开关电源的开关频率接近音频范围的方式为：将开关电源的当前开关周期与预设的开关周期进行比较，若当前开关周期大于预设开关周期，则视为开关电源的开关频率接近音频范围。
15.如权利要求11所述的控制电路，其中判断开关电源的开关频率接近音频范围的方式为：将第一开关管的关断时间与预设的时间阈值进行比较，若第一开关管的关断时间达到预设时间阈值，则视为开关电源的开关频率接近音频范围。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107508464A (zh) * 2017-08-28 2017-12-22 东莞市长工微电子有限公司 一种电流反馈单边迟滞控制cot电源管理芯片控制电路
CN108832805A (zh) * 2018-04-24 2018-11-16 山特电子（深圳）有限公司 开关电源、充电桩、逆变器、变频器、ups及其保护电路
TWI802319B (zh) * 2022-03-14 2023-05-11 晶豪科技股份有限公司 恆定導通時間轉換器控制電路及恆定導通時間轉換器
WO2023217104A1 (zh) * 2022-05-12 2023-11-16 上海芯龙半导体技术股份有限公司 开关电源控制电路及电源芯片

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105141114B (zh) * 2015-09-07 2018-01-23 成都芯源***有限公司 恒定导通时长控制的开关变换器及其控制电路
JP6656956B2 (ja) * 2016-03-07 2020-03-04 エイブリック株式会社 スイッチングレギュレータ
US10211723B2 (en) * 2016-04-25 2019-02-19 Mediatek Inc. Regulator for DC-DC hybrid-mode power regulation
TW201917999A (zh) * 2017-10-17 2019-05-01 力智電子股份有限公司 電源轉換裝置、時間信號產生器與其方法
CN110971107A (zh) * 2019-12-20 2020-04-07 杰华特微电子（杭州）有限公司 开关电路的控制方法、控制电路及开关电路
CN115176405A (zh) * 2020-04-02 2022-10-11 德州仪器公司 具有模拟接通时间延长控制的切换转换器
CN113644639A (zh) * 2021-08-27 2021-11-12 成都芯源***有限公司 一种efuse开关电路及控制方法
TWI829110B (zh) * 2022-03-17 2024-01-11 茂達電子股份有限公司 電源轉換裝置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101645656A (zh) * 2009-09-01 2010-02-10 成都芯源***有限公司 电流峰值压缩方法及采用该方法的控制电路
CN102891596A (zh) * 2012-09-27 2013-01-23 成都芯源***有限公司 控制电路、开关变换器及其控制方法
CN103701323A (zh) * 2013-12-30 2014-04-02 成都芯源***有限公司 恒定导通时长控制的开关电源及其控制电路和控制方法
CN104242644A (zh) * 2014-10-11 2014-12-24 成都芯源***有限公司 用于开关转换器的控制电路和控制方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7652461B2 (en) * 2004-12-03 2010-01-26 Texas Instruments Incorporated High efficiency power converter operating free of an audible frequency range
US8253403B2 (en) * 2008-12-16 2012-08-28 Green Solution Technology Co., Ltd. Converting circuit and controller for controlling the same
TWI505618B (zh) * 2010-11-30 2015-10-21 Richtek Technology Corp 用於固定導通時間電源轉換器之音頻跳略控制方法及電路
TWI477048B (zh) * 2011-07-27 2015-03-11 Upi Semiconductor Corp 直流對直流轉換器及其電壓轉換方法
US10003265B2 (en) * 2014-07-28 2018-06-19 Rohm Co., Ltd. Switching power supply device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101645656A (zh) * 2009-09-01 2010-02-10 成都芯源***有限公司 电流峰值压缩方法及采用该方法的控制电路
CN102891596A (zh) * 2012-09-27 2013-01-23 成都芯源***有限公司 控制电路、开关变换器及其控制方法
CN103701323A (zh) * 2013-12-30 2014-04-02 成都芯源***有限公司 恒定导通时长控制的开关电源及其控制电路和控制方法
US20150188433A1 (en) * 2013-12-30 2015-07-02 Chengdu Monolithic Power Systems Co., Ltd. Constant on-time switching converters with ultrasonic mode determination circuit and control methods thereof
CN104242644A (zh) * 2014-10-11 2014-12-24 成都芯源***有限公司 用于开关转换器的控制电路和控制方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107508464A (zh) * 2017-08-28 2017-12-22 东莞市长工微电子有限公司 一种电流反馈单边迟滞控制cot电源管理芯片控制电路
CN108832805A (zh) * 2018-04-24 2018-11-16 山特电子（深圳）有限公司 开关电源、充电桩、逆变器、变频器、ups及其保护电路
TWI802319B (zh) * 2022-03-14 2023-05-11 晶豪科技股份有限公司 恆定導通時間轉換器控制電路及恆定導通時間轉換器
WO2023217104A1 (zh) * 2022-05-12 2023-11-16 上海芯龙半导体技术股份有限公司 开关电源控制电路及电源芯片

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