CN107834849B - 开关电源控制电路及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种开关电源控制电路及控制方法，包括第一调节电路或/和第二调节电路，所述第一调节电路，将表征主开关管和辅开关管公共端电压的第一电压信号与第一参考信号比较，得到第一比较信号，所述第一比较信号表征是否调节第一死区时间，所述第一死区时间为主开关管关断时刻至辅开关管开通时刻的时间；所述第二调节电路，将表征主开关管和辅开关管公共端电压的第一电压信号与第二参考信号比较，得到第二比较信号，所述第二比较信号表征是否调节第二死区时间，所述第二死区时间为辅开关管关断时刻至主开关管开通时刻的时间。本发明在调节死区时间时，响应快，可靠性高。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力电子技术领域，特别涉及一种开关电源控制电路及控制方法。
背景技术
在开关电源中，涉及同步控制的场合，由于不能发生开关管直通的现象，所以需要设置死区时间。同步控制的两个开关管不能同时导通，否则就会出现短路的情况。为了使开关管工作可靠，避免由于关断延迟效应造成两个开关管直通，有必要设置死区时间，也就是两个开关管同时关断的时间。死区时间可有效地避免延迟效应所造成的一个开关管未完全关断，而另一开关管又处于导通状态。但是死区时间过长会降低电源输出效率，会使得控制电路受到干扰从而影响电路正常工作，以及产生闩锁效应导致电路失效。
现有技术中，以调节Buck电路死区时间为例，参考图1所示，现有技术的死区调节电路包括第一比较器U01、第二比较器U02和控制电路U03。Buck电路包括上管M1、下管M2、电感L和电容C，所述上管M1一端和下管M2一端相连，其公共端电压为Vsw，上管M1另一端接输入电压Vin，下管M2另一端接地。电感L一端连接Vsw，另一端接电容C一端，电容C另一端接地。第一比较器U01正相输入端接收Buck电路下管M2栅极电压信号Vgb，负相输入端接收基准信号0，输出第一比较信号；第二比较器正相输入端接收Vsw电压信号，负相输入端接收参考Vref，输出第二比较信号。所述控制电路U03接收第一比较信号和第二比较信号，输出控制上、下管M1、M2通断的控制信号，进而控制上、下管M1和M2之间的死区时间。
当下管的栅极电压Vgb下降到0时，开通上管从而设置下管关断时刻和上管开通时刻之间的死区时间；当上、下管公共端处的电压Vsw下降到参考Vref时，开通下管从而设置上管关断时刻和下管开通时刻之间的死区时间。这种开关电源控制电路会有很大的延时，并且死区时间会随着温度和工艺的变化而变化，导致芯片之间的一致性差，电路可靠性差。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种开关电源控制电路及控制方法，用于解决现有技术存在的死区调节延时、电路可靠性差的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种开关电源控制电路，包括：
第一调节电路或/和第二调节电路；
所述第一调节电路，将表征主开关管和辅开关管公共端电压的第一电压信号与第一参考信号比较，得到第一比较信号，所述第一比较信号表征是否调节第一死区时间，所述第一死区时间为主开关管关断时刻至辅开关管开通时刻的时间；
所述第二调节电路，将表征主开关管和辅开关管公共端电压的第一电压信号与第二参考信号比较，得到第二比较信号，所述第二比较信号表征是否调节第二死区时间，所述第二死区时间为辅开关管关断时刻至主开关管开通时刻的时间
可选的，所述第一调节电路包括第一比较器，所述第一比较器第一端接收所述第一电压信号，第二端接收所述第一参考信号，在主开关管关断时刻后的一段时间内，对第一电压信号和第一参考信号进行比较以输出所述第一比较信号；若第一比较信号判断需要进行第一死区时间调节，则调节主开关管关断时刻或辅开关管开通时刻。
可选的，所述第一调节电路还包括第一脉冲发生器，所述第一脉冲发生器接收主开关管的PWM信号，输出第一脉冲信号，所述第一脉冲信号脉宽表征主开关管关断时刻后的一段时间。
可选的，所述第一调节电路还包括第一与门，所述第一与门接收所述第一比较信号和所述第一脉冲信号，输出第一逻辑信号。
可选的，所述第一调节电路还包括调节辅开关管开通时刻或/和主开关管关断时刻的第一调节模块，所述第一调节模块接收辅开关管PWM信号或/和主开关管PWM信号和所述第一逻辑信号，输出调节第一死区时间的辅开关管开通调节信号或/和主开关管关断调节信号。
可选的，所述第二调节电路包括第二比较器，所述第二比较器第一端接收所述第一电压信号，第二端接收所述第二参考信号，在辅开关管关断时刻后的一段时间内，对第一电压信号和第二参考信号进行比较以输出所述第二比较信号；若第二比较信号判断需要进行第二死区时间调节，则调节辅开关管关断时刻或主开关管开通时刻。
可选的，所述第二调节电路还包括第二脉冲发生器，所述第二脉冲发生器接收辅开关管的PWM信号，输出第二脉冲信号，所述第二脉冲信号脉宽表征辅开关管关断时刻后的一段时间。
可选的，所述第二调节电路还包括第二与门，所述第二与门接收所述第二比较信号和所述第二脉冲信号，输出第二逻辑信号。
可选的，所述第二调节电路还包括调节辅开关管关断时刻或/和主开关管开通时刻的第二调节模块，所述第二调节模块接收辅开关管PWM信号或/和主开关管PWM信号和所述第二逻辑信号，输出调节第二死区时间的辅开关管开通调节信号或/和主开关管关断调节信号。
可选的，所述开关电路还包括逻辑电路，所述的逻辑电路接收所述辅开关管开通调节信号或/和所述辅开关管关断调节信号或/和所述主开关管关断调节信号或/和所述主开关管开通调节信号，输出辅开关管的PWM信号和主开关管的PWM信号。
本发明还提供一种开关电源控制方法：
将表征主开关管和辅开关管公共端电压的第一电压信号与第一参考信号比较，得到第一比较信号，所述第一比较信号表征是否调节第一死区时间，所述第一死区时间为主开关管关断时刻至辅开关管开通时刻的时间；将表征主开关管和辅开关管公共端电压的第一电压信号与第二参考信号比较，得到第二比较信号，所述第二比较信号表征是否调节第二死区时间，所述第二死区时间为辅开关管关断时刻至主开关管开通时刻的时间。
与现有技术相比，本发明之技术方案具有以下优点：将表征主开关管和辅开关管公共端电压的第一电压信号与第一参考信号比较，得到第一比较信号，所述第一比较信号表征是否调节第一死区时间；将表征主开关管和辅开关管公共端电压的第一电压信号与第二参考信号比较，得到第二比较信号，所述第二比较信号表征是否调节第二死区时间；调节第一死区时间时，可以只调辅开关管的开通时刻，也可以只调主开关管的关断时刻，还可以同时调节辅开关的开通时刻和主开关管的关断时刻，调节第二死区时间同理。本发明在调节延时时间时，不会出现延时，不会出现芯片之间一致性差和电路可靠性差的问题。
附图说明
图1为现有技术开关电源控制电路结构示意图；
图2为开关电源中的死区示意图；
图3为本发明开关电源控制电路结构示意图；
图4为图3中第一调节电路结构示意图；
图5为图3中第二调节电路结构示意图；
图6为本发明开关电源死区调节波形示意图；
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。
为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图2所示，示意了本发明开关电源中的死区示意图，其中PWML为辅开关管脉宽调制波形，PWMH为主开关管脉宽调制波形，Vsw为主开关管和辅开关管公共端处的电压波形，Vrefl、Vref2为第一参考信号和第二参考信号。PWML和PWMH均为低电平时的时间为死区时间，即主、辅开关管同时关断的时间，主开关管关断至辅开关管开通的时间为第一死区时间，辅开关管关断至主开关管开通的时间为第二死区时间。
如图3所示，示意了本发明开关电源控制电路结构示意图，所述开关电源以Buck电路为例，所述控制电路包括第一调节电路U301、第二调节电路U302和逻辑电路U303。所述Buck电路包括上管M1、下管M2、电感L和电容C，所述上管M1一端和下管M2一端相连，其公共端电压为第一电压Vsw，上管M1另一端接输入电压Vin，下管M2另一端接地。电感L一端连接Vsw，另一端接电容C一端，电容C另一端接地。所述第一调节电路U301和所述第二调节电路U302分别接收PWML信号、PWMH信号和电压Vsw，所述第一调节电路输出PWML1信号或/和PWMH1信号，所述第二调节电路输出PWML2信号或/和PWMH2信号；所述逻辑电路U303收所述PWML1信号或/和所述PWMH1信号或/和PWML2信号或/和所述PWMH2信号，输出辅开关管M2和主开关管M1的PWM信号。通过调节主开关管M1或/和辅开关管M2上个开关周期的PWM信号来得到主开关管M1或/和辅开关管M2当前开关周期的PWM信号，进而去调节Buck电路的开关死区时间。所述PWML信号和PWMH信号分别为上个开关周期辅开关管M2和主开关管M1上个开关周期的PWM信号，所述PWML1信号和所述PWML2信号分别为PWML信号上升沿和PWML信号下降沿调节后的信号，即辅开关管M2的开通调节信号和关断调节信号，所述PWMH1信号和所述PWMH2信号分别为PWMH信号下降沿和PWMH信号上升沿调节后的信号，即主开关管M1的关断调节信号和开通调节信号。
如图4所示，示意了图3中第一调节电路结构示意图，包括第一比较电路U401、第一脉冲发生器U402、第一与门U403和辅开关管开通或/和主开关管关断调节电路U404。所述第一比较电路U401正相输入端接收第一参考信号Vrefl，反相输入端输入第一电压信号Vsw，输出第一比较信号comp1；所述第一脉冲发生器U402输入信号PWMH，输出脉冲信号pulse1；所述与门U403接收所述第一比较信号comp1和第一脉冲信号pulse1，输出第一逻辑信号logic1；所述调节电路U404接收辅开关管M2或/和主开关管M1上个开关周期的脉宽调制信号PWML或/和PWMH和第一逻辑信号logic1，输出辅开关管开通调节信号PWML1或/和主开关管关断调节信号PWMH1。
当第一参考信号Vref1大于第一电压信号Vsw时，比较器U401输出高电平信号comp1；当主开关管M1脉冲调制信号PWMH出现下降沿时，第一脉冲发生器U402输出一个高电平脉冲信号pulse1，所述脉冲信号pulse1脉宽表征PWMH信号出现下降沿后的一段时间；当信号comp1和信号pulse1均为高电平时，即在第一死区时间内，存在一段Vrefl大于Vsw的时间，即表明第一死区时间(参照图2)过长。第一与门U403接收高电平信号comp1和pulse，输出高电平逻辑信号logicl，通过调节电路U404控制PWML信号上升沿提前输出(参照图6中的PWML1波形)或/和PWMH的下降沿延时输出，即减小第一死区时间。
如图5所示，示意了图3中第二调节电路结构示意图，包括第二比较电路U501、第二脉冲发生器U502、第二与门U503和辅开关管关断或/和主开关管开通调节电路U504。所述第二比较电路U501正相输入端接收第二参考信号Vref2，反相输入端输入第一电压信号Vsw，输出第二比较信号comp2；所述第二脉冲发生器U502输入信号PWML，输出脉冲信号pulse2；所述与门U503接收所述第二比较信号comp2和第二脉冲信号pulse2，输出第一逻辑信号logic2；所述调节电路U504接收辅开关管M2或/和主开关管M1上个开关周期的脉宽调制信号PWML或/和PWMH和第一逻辑信号logic1，输出辅开关管关断调节信号PWML1或/和主开关管开通调节信号PWMH1。
当第二参考信号Vref2大于第一电压信号Vsw时，比较器U501输出高电平信号comp2；当辅开关管M2脉宽调制信号PWML出现下降沿时，第二脉冲发生器U502输出一个高电平脉冲信号pulse2，所述脉冲信号pulse2的脉宽表征PWML信号出现下降沿后的一段时间；当信号comp2和信号pulse2均为高电平时，即在第二死区时间内，存在一段Vref2大于Vsw的时间，即表明第二死区时间(参照图2)过长。第二与门U503接收高电平信号comp2和pulse2，输出高电平逻辑信号logic2，通过调节电路U504控制PWML信号下降沿延时输出(参照图6中的PWML2波形)或/和PWMH的上升沿提前输出，即减小第二死区时间。
参照图6，示意了本发明开关死区调节波形图，参照以上实施例示意图，其中PWML为辅开关管脉宽调制波形，PWMH为主开关管脉宽调制波形，PWML1为辅开关管开通调节信号，即PWML上升沿提前输出的信号；PWML2为辅开关管关断调节信号，即PWML下降沿延时输出的信号；PWML-next为辅开关管M2调节后的PWM信号，所述PWML-next信号根据PWML1信号和PWML2得到。PWML-next和PWMH均为低电平时的时间为调节后死区时间。本发明所述的死区调节时间，可以只调节第一死区时间，也可以只调节第二死区时间，还可以同时调节第一死区时间和第二死区时间；调节第一死区时间时，可以只调辅开关管的开通时刻，也可以只调主开关管的关断时刻，还可以同时调节辅开关的开通时刻和主开关管的关断时刻；调节第二死区时间同理。
虽然以上将实施例分开说明和阐述，但涉及部分共通之技术，在本领域普通技术人员看来，可以在实施例之间进行替换和整合，涉及其中一个实施例未明确记载的内容，则可参考有记载的另一个实施例。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种开关电源控制电路，包括：
第一调节电路或/和第二调节电路；
所述第一调节电路，将表征主开关管和辅开关管公共端电压的第一电压信号与第一参考信号比较，得到第一比较信号，所述第一比较信号表征是否调节第一死区时间，所述第一死区时间为主开关管关断时刻至辅开关管开通时刻的时间；
所述第二调节电路，将表征主开关管和辅开关管公共端电压的第一电压信号与第二参考信号比较，得到第二比较信号，所述第二比较信号表征是否调节第二死区时间，所述第二死区时间为辅开关管关断时刻至主开关管开通时刻的时间；
在所述主开关管关断时刻后的一段时间内，根据所述第一比较信号调节所述第一死区时间；在所述辅开关管的关断时刻后的一段时间内，根据所述第二比较信号调节所述第二死区时间。
2.根据权利要求1所述的开关电源控制电路，其特征在于：所述第一调节电路包括第一比较器，所述第一比较器第一端接收所述第一电压信号，第二端接收所述第一参考信号，在主开关管关断时刻后的一段时间内，对第一电压信号和第一参考信号进行比较以输出所述第一比较信号；若第一比较信号判断需要进行第一死区时间调节，则调节主开关管关断时刻或辅开关管开通时刻。
3.根据权利要求2所述的开关电源控制电路，其特征在于：所述第一调节电路还包括第一脉冲发生器，所述第一脉冲发生器接收主开关管的PWM信号，输出第一脉冲信号，所述第一脉冲信号脉宽表征主开关管关断时刻后的一段时间。
4.根据权利要求3所述的开关电源控制电路，其特征在于：所述第一调节电路还包括第一与门，所述第一与门接收所述第一比较信号和所述第一脉冲信号，输出第一逻辑信号。
5.根据权利要求4所述的开关电源控制电路，其特征在于：所述第一调节电路还包括调节辅开关管开通时刻或/和主开关管关断时刻的第一调节模块，所述第一调节模块接收辅开关管PWM信号或/和主开关管PWM信号和所述第一逻辑信号，输出调节第一死区时间的辅开关管开通调节信号或/和主开关管关断调节信号。
6.根据权利要求1所述的开关电源控制电路，其特征在于：所述第二调节电路包括第二比较器，所述第二比较器第一端接收所述第一电压信号，第二端接收所述第二参考信号，在辅开关管关断时刻后的一段时间内，对第一电压信号和第二参考信号进行比较以输出所述第二比较信号；若第二比较信号判断需要进行第二死区时间调节，则调节辅开关管关断时刻或主开关管开通时刻。
7.根据权利要求6所述的开关电源控制电路，其特征在于：所述第二调节电路还包括第二脉冲发生器，所述第二脉冲发生器接收辅开关管的PWM信号，输出第二脉冲信号，所述第二脉冲信号脉宽表征辅开关管关断时刻后的一段时间。
8.根据权利要求7所述的开关电源控制电路，其特征在于：所述第二调节电路还包括第二与门，所述第二与门接收所述第二比较信号和所述第二脉冲信号，输出第二逻辑信号。
9.根据权利要求8所述的开关电源控制电路，其特征在于：所述第二调节电路还包括调节辅开关管关断时刻或/和主开关管开通时刻的第二调节模块，所述第二调节模块接收辅开关管PWM信号或/和主开关管PWM信号和所述第二逻辑信号，输出调节第二死区时间的辅开关管开通调节信号或/和主开关管关断调节信号。
10.根据权利要求5或9所述的开关电源控制电路，其特征在于：所述开关电源控制电路还包括逻辑电路，所述的逻辑电路接收所述辅开关管开通调节信号或/和所述辅开关管关断调节信号或/和所述主开关管关断调节信号或/和所述主开关管开通调节信号，输出辅开关管的PWM信号和主开关管的PWM信号。
11.一种开关电源控制方法：
将表征主开关管和辅开关管公共端电压的第一电压信号与第一参考信号比较，得到第一比较信号，所述第一比较信号表征是否调节第一死区时间，所述第一死区时间为主开关管关断时刻至辅开关管开通时刻的时间；将表征主开关管和辅开关管公共端电压的第一电压信号与第二参考信号比较，得到第二比较信号，所述第二比较信号表征是否调节第二死区时间，所述第二死区时间为辅开关管关断时刻至主开关管开通时刻的时间；
在所述主开关管关断时刻后的一段时间内，根据所述第一比较信号调节所述第一死区时间；在所述辅开关管的关断时刻后的一段时间内，根据所述第二比较信号调节所述第二死区时间。
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