CN115378283A - 开关电源控制器、开关电源及其供电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开关电源控制器，包括：功率开关管，其漏端与输入电压连接，用于控制功率转换电路的功率传输；逻辑控制电路，用于产生控制所述功率开关管开关动作的控制信号；驱动电路，与所述功率开关管的栅端相连，用于根据所述控制信号驱动所述功率开关管导通或关断；以及供电电路，与所述功率开关管的漏端连接，用于基于所述功率开关管的漏端电压向所述驱动电路和所述逻辑控制电路提供供电电压，其中，所述驱动电路还用于在所述功率开关管导通阶段，将所述功率开关管的漏端电压钳位于设定电压，从而节省了外部供电电容以及内部版图面积，降低了成本。本发明实施例同时公开了一种开关电源及其供电方法。

Description

开关电源控制器、开关电源及其供电方法

技术领域

本发明涉及开关电源技术领域，特别涉及一种开关电源控制器、开关电源及其供电方法。

背景技术

开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管导通和关断的时间比率，维持稳定输出电压Vo的一种电源。高压降压型AC-DC开关电源广泛应用于家电、智能模组供电领域。随着技术的更新换代，业界对于高性能、少***、低成本的要求越来越高。

图1是现有技术的AC-DC开关电源的结构示意图。交流输入源AC输入交流电至整流电路DB1以及输入电容C1，再经过控制芯片U1的控制后，通过功率转化电路10输出一个恒定电压Vo。功率转换电路10包括续流二极管D1、电感L1、负载电容C3以及负载RL。输出电压Vo经二极管D2、供电电容C2后输入控制芯片U1的供电引脚VCC，控制芯片U1由此间接检测到输出电压Vo，并控制其输出电压Vo稳定。另外外置供电电容C2为控制芯片U1提供正常工作所需要能量以及MOS管驱动所需的能量。此种控制芯片U1的供电方式，待机功耗良好，但是需要额外供电电容C2，且对输出电压Vo不是直接采样，而是经过了二极管D2，则供电引脚VCC处采样的电压是输出电压Vo减去消耗在二极管D2上的压降，从而其输出电压的准确性及动态特性都较差。

图2给出了基于图1的开关电源控制器的电路示意图，如图1和图2所示，开关电源控制器通过供电电路11与其VCC端口的连接，对供电电容C2充电。在功率开关管Q1导通与关断期间，通过储存了电能的供电电容C2给开关电源控制器内部的逻辑控制电路13和驱动电路12供电。由于功率开关管Q1在导通期间完全导通，所以功率开关管Q1的漏端(Drain)通过功率开关管Q1及电流检测模块14连接到地，导致功率开关管Q1的漏端的电压掉落至零，低于开关电源控制器正常工作的阈值电压，所以供电电路11不工作。必须需要外置或者内置的储能单元，例如供电电容C2，将供电电路11在功率开关管Q1断开期间给储能单元储存的能量用于提供给开关电源控制器内部的逻辑控制电路13和驱动电路12。所以供电端口VCC既是电源端口，又是输出电压反馈端口。

可见，现有技术必须需要储能单元才可给开关电源控制器供电，开关电源控制器需要的***器件多，成本高，不适用于目前开关电源的小体积、低成本的发展要求。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种开关电源控制器、开关电源及其供电方法，从而可以节省外部供电电容。

根据本发明的一方面，提供一种开关电源控制器，用于控制功率转换电路，所述功率转换电路用于根据输入电压向负载提供输出电流，其中，所述开关电源控制器包括功率开关管，其漏端与所述输入电压连接，用于控制所述功率转换电路的功率传输；逻辑控制电路，用于产生控制所述功率开关管开关动作的控制信号；驱动电路，与所述功率开关管的栅端相连，用于根据所述控制信号驱动所述功率开关管导通或关断；以及供电电路，与所述功率开关管的漏端连接，用于基于所述功率开关管的漏端电压向所述驱动电路和所述逻辑控制电路提供供电电压，其中，所述驱动电路还用于在所述功率开关管导通阶段，将所述功率开关管的漏端电压钳位于设定电压。

可选地，所述供电电路包括结型场效应管，第一导通端连接至所述功率开关管的漏端，第二导通端与所述驱动电路相连，控制端接地；以及低压差线性稳压器，输入端与所述结型场效应管的第二导通端相连，输出端与所述逻辑控制电路连接。

可选地，所述驱动电路包括第一稳压管，所述第一稳压管的阴极与所述结型场效应管的第二导通端连接，阳极与所述功率开关管的栅端连接；第一开关，第一端与所述功率开关管的栅端连接，第二端接地，控制端接收所述控制信号。

可选地，所述第一开关响应于所述控制信号导通或关断，以及当所述第一开关导通时，所述功率开关管关断，当所述第一开关关断时，所述功率开关管导通，在所述功率开关管导通阶段，所述驱动电路将所述功率开关管的栅端电压控制在开启电压与米勒平台电压之间。

可选地，所述驱动电路包括比较器，用于将所述结型场效应管的第二导通端的第一电压与预设的参考电压进行比较，以得到比较结果；依次连接于所述供电电压和地之间的第三开关和第二开关，所述第三开关和所述第二开关的中间节点与所述功率开关管的栅端连接；以及驱动控制电路，用于根据所述控制信号和所述比较结果控制所述第二开关和所述第三开关的导通和关断，以控制所述功率开关管的栅端压。

可选地，所述驱动控制电路还配置为基于所述比较结果交替导通或关断所述第二开关和所述第三开关，控制所述功率开关管的栅端电压，以将所述第一电压钳位于所述参考电压。

可选地，所述驱动控制电路配置为当所述控制信号为逻辑高电平时，控制所述功率开关管导通，以及当所述控制信号为逻辑低电平时，控制所述功率开关管关断，在所述功率开关管导通阶段，所述驱动电路将所述功率开关管的栅端电压控制在开启电压与米勒平台电压之间。

可选地，所述驱动电路包括：依次连接于所述功率开关管的漏端和地之间的第四开关和第五开关，所述第四开关和所述第五开关的中间节点与所述功率开关管的栅端连接，其中，所述第四开关和所述第五开关分别受控于所述逻辑控制电路交替导通或关断，以控制所述功率开关管的导通或关断。

可选地，所述驱动电路设置为在所述第四开关导通、所述第五开关关断时控制所述功率开关管导通，在所述第四开关关断、第五开关导通时控制所述功率开关管关断，在所述功率开关管导通阶段，所述功率开关管的栅端电压控制在开启电压与米勒平台电压之间。

可选地，所述开关电源控制器还包括电压选择模块，第一端与所述供电电路相连，第二端连接至所述输出电压，第三端连接至所述逻辑控制电路，所述电压选择模块用于根据所述逻辑控制电路输出的控制信号，选择所述供电电路或所述输出电压给所述逻辑控制电路和所述驱动电路供电。

可选地，所述功率转换电路包括降压式拓扑、反激式拓扑或者升降压拓扑。

可选地，所述开关电源控制器还包括电流检测模块，输入端与所述功率开关管的源端相连，输出端与所述逻辑控制电路相连，用于检测流经所述功率开关管的电流。

可选地，所述开关电源控制器还包括电压检测电路，输出端与所述逻辑控制电路相连，用于对输出电压进行周期性电压采样，以使得所述逻辑控制电路根据所述周期性电压采样的结果控制所述驱动电路驱动所述功率开关管的开关动作，继而调整所述输出电压。

可选地，所述开关电源控制器还包括保护模块，输出端与所述逻辑控制电路相连，用于确保所述开关电源控制器在异常情况下及时动作。

根据本发明的另一方面，提供一种开关电源，包括功率转换电路、采样电阻、交流输入源、整流电路以及开关电源控制器，所述功率转换电路用于根据输入电压向负载提供输出电流，其中，所述开关电源控制器包括功率开关管，其漏端与所述输入电压连接，用于控制所述功率转换电路的功率传输；逻辑控制电路，用于产生控制所述功率开关管开关动作的控制信号；驱动电路，与所述功率开关管的栅端相连，用于根据所述控制信号驱动所述功率开关管导通或关断；以及供电电路，与所述功率开关管的漏端连接，用于基于所述功率开关管的漏端电压向所述驱动电路和所述逻辑控制电路提供供电电压，其中，所述驱动电路还用于在所述功率开关管导通阶段，将所述功率开关管的漏端电压钳位于设定电压。

可选地，所述供电电路包括结型场效应管，第一导通端连接至所述功率开关管的漏端，第二导通端与所述驱动电路相连，控制端接地；以及低压差线性稳压器，输入端与所述结型场效应管的第二导通端相连，输出端与所述逻辑控制电路连接。

可选地，所述驱动电路包括第一稳压管，所述第一稳压管的阴极与所述结型场效应管的第二导通端连接，阳极与所述功率开关管的栅端连接；第一开关，第一端与所述功率开关管的栅端连接，第二端接地，控制端接收所述控制信号。

可选地，所述第一开关响应于所述控制信号导通或关断，以及当所述第一开关导通时，所述功率开关管关断，当所述第一开关关断时，所述功率开关管导通，在所述功率开关管导通阶段，所述驱动电路将所述功率开关管的栅端电压控制在开启电压与米勒平台电压之间。

可选地，所述驱动电路包括比较器，用于将所述结型场效应管的第二导通端的第一电压与预设的参考电压进行比较，以得到比较结果；依次连接于所述供电电压和地之间的第三开关和第二开关，所述第三开关和所述第二开关的中间节点与所述功率开关管的栅端连接；以及驱动控制电路，用于根据所述控制信号和所述比较结果控制所述第二开关和所述第三开关的导通和关断，以控制所述功率开关管的栅端电压。

可选地，所述驱动控制电路还配置为基于所述比较结果交替导通或关断所述第二开关和所述第三开关，控制所述功率开关管的栅端电压，以将所述第一电压钳位于所述参考电压。

可选地，所述驱动控制电路配置为当所述控制信号为逻辑高电平时，控制所述功率开关管导通，以及当所述控制信号为逻辑低电平时，控制所述功率开关管关断，在所述功率开关管导通阶段，所述驱动电路将所述功率开关管的栅端电压控制在开启电压与米勒平台电压之间。

可选地，所述驱动电路包括依次连接于所述功率开关管的漏端和地之间的第四开关和第五开关，所述第四开关和所述第五开关的中间节点与所述功率开关管的栅端连接，其中，所述第四开关和所述第五开关分别受控于所述逻辑控制电路交替导通或关断，以控制所述功率开关管的导通或关断。

可选地，所述驱动电路设置为在所述第四开关导通、所述第五开关关断时控制所述功率开关管导通，在所述第四开关关断、第五开关导通时控制所述功率开关管关断，在所述功率开关管导通阶段，所述驱动电路将所述功率开关管的栅端电压控制在开启电压与米勒平台电压之间。

可选地，所述开关电源还包括电压选择模块，第一端与所述供电电路相连，第二端连接至输出电压，第三端连接至所述逻辑控制电路，所述电压选择模块用于根据所述逻辑控制电路输出的控制信号，选择所述供电电路或所述输出电压给所述逻辑控制电路和所述驱动电路供电。

可选地，所述功率转换电路包括降压式拓扑、反激式拓扑或者升降压拓扑。

可选地，所述开关电源还包括电流检测模块，输入端与所述功率开关管的源端相连，输出端与所述逻辑控制电路相连，用于检测流经所述功率开关管的电流。

可选地，所述开关电源还包括电压检测电路，输出端与所述逻辑控制电路相连，用于对开关输出电压进行周期性电压采样，以使得所述逻辑控制电路根据所述周期性电压采样的结果控制所述驱动电路驱动所述功率开关管的开关动作，继而调整所述输出电压。

可选地，所述开关电源还包括保护模块，输出端与所述逻辑控制电路相连，用于确保所述开关电源控制器在异常情况下及时动作。

根据本发明的另一方面，提供一种向开关电源中的用电电路供电的方法，所述开关电源包括功率开关管，其漏端与输入电压连接，用于根据输入电压向负载提供输出电流，其中，所述方法包括使用逻辑控制电路产生控制所述功率开关管开关动作的控制信号；使用驱动电路根据所述控制信号产生驱动所述功率开关管的导通或关断的驱动信号；将所述功率开关管的漏端电压转换成供电电压，向所述用电电路进行供电；以及在所述功率开关管的导通阶段，通过所述驱动电路将所述功率开关管的漏端电压钳位于设定电压。

可选地，所述方法还包括：当所述功率开关管处于关断阶段时，判断所述开关电源的电感电流是否进入断续；若所述电感电流未进入断续，则根据所述开关电源的输出电压向所述用电电路供电；若所述电感电流进入断续，则将所述功率开关管的漏端电压转换成供电电压，向所述用电电路进行供电。

可选地，所述用电电路包括所述逻辑控制电路和/或所述驱动电路。

可选地，所述方法还包括：根据所述驱动信号的电平状态判断所述功率开关管处于导通状态还是关断状态，其中，在所述驱动信号处于逻辑高电平时，所述功率开关管处于导通状态，在所述驱动信号处于逻辑低电平时，所述功率开关管处于关断状态，在所述功率开关管导通阶段，所述功率开关管的栅端电压控制在开启电压与米勒平台电压之间。

可选地，所述判断所述开关电源的电感电流是否进入断续的步骤包括：检测所述电感电流是否下降到零，若所述电感电流下降到零，则判定所述电感电流进入断续，否则判定所述电感电流未进入断续。

可选地，所述设定电压高于能使得所述开关电源内的供电电路正常工作的阈值电压。

本发明实施例提供的开关电源控制器、开关电源及其供电方法始终通过供电电路给逻辑控制电路和驱动电路供电，因此，将现有技术中的VCC端口变换成了输出电压反馈端口VFB；在功率开关管导通期间，功率开关管的栅极电压不超过米勒平台电压，使得功率开关管工作在线性工作区间，从而功率开关管的漏端不会直接连接到地，功率开关管的漏端电压维持在供电电路正常工作阈值电压以上，从而保证供电电路始终工作，给所述开关电源控制器内部的逻辑控制电路和驱动电路供电，从而节省外部供电电容，并且开关电源控制器内部也无需增加储能单元，节省了内部版图面积，成本更低。

进一步地，开关电源控制器可以通过采样电阻直接对输出电压进行采样，节省了二极管，既减少了成本，也避免了二极管的压降对输出电压反馈的影响，从而提高了输出电压的采样准确性。

进一步地，在优选的实施例中，采用输出电压供电和供电电路结合的方式给逻辑控制电路和驱动电路供电；在开关电源刚开启和功率开关管导通时，由供电电路给逻辑控制电路和驱动电路供电；在功率开关管关断后，且电感电流未进入断续之前，选择输出电压给所述逻辑控制电路和驱动电路供电；在功率开关管关断后，且电感电流进入断续后，由供电电路给逻辑控制电路和驱动电路供电。其中，在功率开关管关断且未进入电感电流断续，为避免采用高压供电，使高压供电模块损耗大，采用输出电压给逻辑控制电路和驱动电路供电，节省功耗。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出了根据现有技术的AC-DC开关电源的结构示意图；

图2示出了基于图1的AC-DC开关电源控制器的电路示意图；

图3示出了根据本发明实施例的开关电源的结构示意图；

图4示出了根据本发明第一实施例的开关电源控制器的电路示意图；

图5示出了根据本发明第一实施例的开关电源控制器的信号时序图；

图6示出了根据本发明第二实施例的开关电源控制器的电路示意图；

图7示出了根据本发明第二实施例的开关电源控制器的信号时序图；

图8示出了根据本发明第三实施例的开关电源控制器的电路示意图；

图9示出了根据本发明第三实施例的开关电源控制器的信号时序图；

图10示出了根据本发明第四实施例的开关电源控制器的电路示意图；

图11示出了根据本发明实施例的开关电源的供电方法的流程图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例，但是本发明并不仅仅局限于这些实施例。在各个附图中，相同的元件或者模块采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

应当理解，在以下的描述中，“电路”可包括单个或多个组合的硬件电路、可编程电路、状态机电路和/或能存储由可编程电路执行的指令的元件。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件或电路“连接在”两个节点之间时，它可以直接耦合或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的，或者其结合。相反，当称元件“直接耦合到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。

同时，在本专利说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定的组件。本领域普通技术人员应当可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个组件。本专利说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

图3示出了根据本发明实施例的开关电源的结构示意图，如图3所示，开关电源包括交流输入源AC、整流电路DB1、输入电容C1、采样电阻Rcs、功率转换电路100、负载RL以及开关电源控制器U2。功率转换电路100用于根据输入电压Vin向负载RL提供输出电感电流IL。开关电源控制器U2用于控制功率转换电路100的工作状态。

示例性的，本发明实施例提供一种AC-DC升压降压型开关电源，功率转换电路100包括续流二极管D1、负载电容C3以及电感L1。续流二极管D1的阴极连接至开关电源控制器U2的接地引脚GND、采用电阻Rcs的第二端以及电感L1的第一端相连的节点A，阳极连接至接地端。电感L1的第二端与负载电容C3的第一端及开关电源控制器U2的VFB引脚相连，负载电容C3的第二端接地，负载电阻RL与负载电容C3并联，负载电容C3主要用于对输出电压Vo进行滤波，从而减小输出电流和输出电压Vo的纹波，由于输出电压Vo直接连接到开关电源控制器U2，可被开关电源控制器U2直接检测到，输出电压Vo精度较高。

开关电源工作时，输入电流源AC输入交流电至整流电路DB1，将交流电转换为直流电，再经过输入电容C1后将输入电压Vin输入开关电源控制器U2的Drain引脚，从而由开关电源控制器U2输出一个恒定的输出电压Vo。采样电阻Rcs的第一端与开关电源控制器U2的采样引脚CS相连，第二端与电感L1的第一端和开关电源控制器U2的接地引脚GND的中间节点相连，采样电阻Rcs采样流过功率开关管Q1的电流用于做相关保护功能。

图4示出了根据本发明第一实施例的开关电源控制器的电路示意图。如图4所示，开关电源控制器U2包括功率开关管Q1、供电电路21、驱动电路22、逻辑控制电路23、电流检测模块24、电压检测模块25，开关电源控制器U2的所有单元集成于同一控制芯片。

功率开关管Q1的漏端连接至输入电容C1的第一端，用于接收输入电压Vin，源端连接至采样引脚CS，栅端连接至驱动电路22以接收驱动信号Vg。功率开关管Q1用于根据驱动信号Vg控制功率转换电路100的功率传输。采样电阻Rcs用于将流经功率开关管Q1的电流转换为采样电压Vcs。

供电电路21用于根据功率开关管Q1的漏端电压为驱动电路22和逻辑控制电路23提供正常工作的供电电压VCC。供电电路21包括结型场效应管Q2和低压差线性稳压器LDO，结型场效应管Q2的第一导通端连接至开功率开关管Q1的漏端，第二导通端连接至低压差线性稳压器LDO的输入端以及驱动电路22，给驱动电路22供电，控制端接地，低压差线性稳压器LDO的输出端连接至逻辑控制电路23的输入端，给逻辑控制电路23供电，结型场效应管Q2在开关电源工作期间一直处于导通状态。

逻辑控制电路23的输入端连接在电流检测模块24的输出端、电压检测模块25的输出端、保护模块26的输出端、供电电路21的输出端。逻辑控制电路23用于产生间接控制功率开关管Q1开关动作的控制信号Vg-d，保持输出电压Vo稳定在设定值，并在开关电源异常时可以及时动作，避免出现危险。

驱动电路22用于根据控制信号Vg-d驱动功率开关管Q1的导通或关断，以及在功率开关管Q1的导通阶段，将功率开关管Q1的漏端电压钳位于设定电压，所述设定电压的电压值保持在供电电压VCC的电压值之上。驱动电路22包括第一稳压管Z1和第一开关S1。第一稳压管Z1的阴极连接至供电电路21中的低压差线性稳压器LDO和结型场效应管Q2相连的节点B上，阳极连接至功率开关管Q1的栅端和第一开关S1的第一端相连的节点C，第一开关S1的第二端接地，控制端连接至逻辑控制电路23的输出端。第一开关S1在逻辑控制电路23输出的控制信号Vg-d的控制下导通或关断，节点B根据第一开关S1的状态输出驱动信号Vg以控制功率开关管Q1的导通或关断。

进一步地，在第一开关S1导通时，功率开关管Q1关断，开关电源处于续流阶段；在第一开关S1关断时，功率开关管Q1导通，功率开关管Q1的漏端与开关电源控制器U2的GND引脚之间的电压维持在供电电路正常工作阈值电压以上，使得功率开关管Q1的漏端电压被钳位于设定电压。在功率开关管Q1的导通阶段，功率开关管Q1的栅端电压控制在开启电压与米勒平台电压之间，

电流检测模块24的输入端连接在功率开关管Q1的源端，输出端连接在逻辑控制电路23的输入端；电流检测模块24用于检测流经功率开关管Q1的电流。

电压检测模块25的输入端连接至开关电源的输出端，输出端连接至逻辑控制电路23的输入端。电压检测模块25用于对开关电源的输出电压Vo进行周期性电压采样，以使得逻辑控制单元23根据周期性电压采样的结果控制驱动电路22驱动功率开关管Q1导通或关断，继而调整开关电源的输出电压Vo。

进一步地，开关电源控制器U2还包括保护模块26，保护模块26与逻辑控制电路23的输入端相连，用于确保控制芯片在异常情况下及时动作，避免危险发生。

图5示出了根据本发明第一实施例的开关电源控制器的信号时序图，结合图4和图5所示，在t1阶段，逻辑控制电路23输出高电平的控制信号Vg-d，第一开关S1导通，节点B输出低电平的驱动信号Vg，功率开关管Q1关断，此时功率开关管Q1的漏端电压维持第一高电平，供电电路21根据第一高电平对逻辑控制电路23和驱动电路22供电，电感电流IL由第一电流逐渐降低到零后不再变化；在t2阶段，逻辑控制电路23输出低电平的第一控制信号Vg-d，第一开关S1关断，节点C的电压上升致使功率开关管Q1导通，漏端电压下降，最终驱动信号Vg的电压稳定在功率开关管Q1的开启电压与米勒平台电压之间，使得节点B的电压高于供电电路正常工作阈值电压；由于功率开关管Q1导通，电感电流IL上升，在MOS管上的导通电阻上形成压降，故功率开关管Q1的漏端电压由第二高电平逐渐升高至第三高电平，驱动信号Vg由第四高电平逐渐升高至第五高电平，第二高电平的电压值始终保持在供电电压VCC之上，供电电路21根据功率开关管Q1的漏端电压对驱动电路22和逻辑控制电路23供电。

根据本发明第一实施例提供的开关电源控制器U2，逻辑控制电路23输出控制信号Vg-d控制第一开关S1的导通和关断，从而间接控制功率开关管Q1的导通和关断，在功率开关管Q1导通期间，功率开关管Q1的漏端与开关电源控制器U2的GND引脚之间的电压维持在供电电路21正常工作阈值电压以上，从而将其漏端电压钳位于设定电压，使得供电电路21仍然对驱动电路22和逻辑控制电路23供电，从而节省外部供电电容，并且开关电源控制器U2内部也无需增加储能单元，节省了内部版图面积，成本更低。

图6示出了根据本发明第二实施例的开关电源控制器的电路示意图。

根据本发明第二实施例提供的开关电源控制器与根据本发明第一实施例提供的开关电源控制器的结构基本相同，以下仅说明二者之间的区别。

在本实施例中供电电路31同样由结型场效应管Q2和低压差线性稳压器LDO组成，但是结型场效应管Q2和低压差线性稳压器LDO与驱动电路32各元件的电路连接与第一实施例略有不同。

驱动电路32包括比较器Cmp、驱动控制电路321、第二开关S2和第三开关S3。

比较器Cmp的正输入端连接至供电电路31中的结型场效应管Q2和低压差线性稳压器LDO相连的节点D，比较器Cmp的负输入端接参考电压Vref，比较器Cmp的输出端连接至驱动控制电路321的输入端，比较器Cmp用于比较节点D的第一电压Vr和参考电压Vref，并根据比较结果输出第二控制信号Vg_d2。参考电压Vref的电压值可以根据实际情况进行设定，但是需要大于供电电压VCC。

第三开关S3和第二开关S2依次连接于供电电压VCC和地之间，第三开关S3和所述第二开关S2的中间节点E与功率开关管Q1的栅端连接。

驱动控制电路321的另一输入端连接至逻辑控制电路33的输出端，接收逻辑控制电路33输出的第一控制信号Vg_d1，驱动控制电路321的一个输出端接第二开关S2的控制端，另一个输出端连接至第三开关S3的控制端，驱动控制电路321用于根据第一控制信号Vg_d1和第二控制信号Vg_d2输出第一驱动信号Vg1和第二驱动信号Vg2以控制第二开关S2和第三开关S3交替导通或关断，以对所述功率开关管Q1的栅端电容进行充电或放电。节点D根据第二开关S2和第三开关S3的状态输出控制功率开关管Q1导通或关断的驱动信号Vg，以控制功率开关管Q1的栅端电压；在功率开关管Q1的导通阶段，功率开关管Q1的栅端电压控制在开启电压与米勒平台电压之间，以将第一电压Vr钳位于参考电压Vref，即保证功率开关管Q1的漏端电压钳位于设定电压。

图7示出了根据本发明第二实施例的开关电源控制器的信号时序图。结合图6和图7所示，在第一控制信号Vg_d1为低电平时，第一驱动信号Vg1为高电平、第二驱动信号Vg2为低电平，故功率开关管Q1关断，对应图7中的t4阶段；而当第一控制信号Vg_d1为高电平时，第一驱动信号Vg1和第二驱动信号Vg2是根据第二控制信号Vg_d2和第一控制信号Vg_d1产生的互补信号，控制第二开关S2和第三开关S3交替导通，使得节点D的电压在参考电压Vref附近波动，对应图7中的t3阶段；具体地，在t3阶段，当第一电压Vr高于参考电压Vref时，第二控制信号Vg_d2为高电平，此时第一驱动信号Vg1为低电平，第二驱动信号Vg2为高电平，第二开关S2关断，第三开关S3导通，功率开关管Q1的栅端电压上升，漏端电压下降；当第一电压Vr低于参考电压Vref时，第二控制信号Vg_d2为低电平，第一驱动信号Vg1为高电平，第二驱动信号Vg2为低电平，第二开关S2导通，第三开关S3关断，功率开关管Q1的栅端电压下降，漏端电压上升，使得第一电压Vr始终参考电压Vref附近波动，使得功率开关管Q1的漏端与开关电源控制器U2的GND引脚之间的电压维持在供电电路21正常工作阈值电压以上，从而保证供电电路31在功率开关管Q1导通期间始终工作，给逻辑控制电路33和驱动电路32供电。

根据发明第二实施例提供的开关电源控制器U2，在功率开关管Q1导通时，驱动电路32基于第一电压Vr和参考电压Vref的比较结果交替导通或关断第二开关S2和第三开关S3，控制功率开关管Q1的栅端电压，以将第一电压Vr钳位于参考电压Vref，使得功率开关管Q1的漏端与开关电源控制器U2的GND引脚之间的电压维持在供电电路21正常工作阈值电压以上，以保证供电电路31始终在工作，从而节省外部供电电容，并且开关电源控制器U2内部也无需增加储能单元，节省了内部版图面积，成本更低。

图8示出了根据本发明第三实施例的开关电源控制器的电路示意图。

根据本发明第三实施例提供的开关电源控制器与根据本发明第一实施例提供的开关电源控制器的结构基本相同，以下仅说明二者之间的区别。

驱动电路42包括第四开关S4、第五开关S5。第四开关S4和第五开关S5依次连接在功率开关管Q1的漏端与地，第四开关S4和第五开的中间节点F与功率开关管Q1的栅端相连，第四开关S4和第五开关S5的控制端连接至逻辑控制电路43的输出端。

逻辑控制电路43用于输出第三驱动信号Vg3和第四驱动信号Vg4以控制第四开关S4、第五开关S5的交替导通和关断，节点F根据第四开关S4和第五开关S5的状态输出驱动信号Vg以控制功率开关管Q1的导通和关断，从而控制输出电压Vo的稳定。

具体地，在第四开关S4导通、第五开关S5关断时，功率开关管Q1导通，由功率开关管Q1的漏端电压给驱动电路42供电，供电电路41给逻辑控制电路43供电，在第四开关S4关断、第五开关S5导通时，功率开关管Q1关断，由供电电路41给逻辑控制电路43和驱动电路42供电，供电电路41为上述实施例中的任一供电电路。

图9示出了根据本发明第三实施例的开关电源控制器的信号时序图，结合图8和图9所示，在第三驱动信号Vg3为低电平，第四驱动信号Vg4为高电平时，第四开关S4关断，第五开关S5导通，此时节点F的电压为低电平致使功率开关管Q1关断，功率开关管Q1的漏端电压维持于第六高电平，电感电流IL由第二电流逐渐降低到零后不再变化；在第三驱动信号Vg3为高电平，第四驱动信号Vg4为低电平时，第四开关S4导通，第五开关S5关断，此时节点F的电压上升致使功率开关管Q1导通，漏端电压下降，最终驱动信号Vg的电压稳定在功率开关管Q1的开启电压与米勒平台电压之间，使得节点B的电压高于供电电路正常工作阈值电压；由于功率开关管Q1导通，电感电流IL上升，在MOS管上的导通电阻上形成压降，故功率开关管Q1的漏端电压由第其高电平逐渐升高至第八高电平，驱动信号Vg的电压由第九高电平逐渐升高至第十高电平，第七高电平的电压值始终保持在供电电压VCC之上，供电电路41根据功率开关管Q1的漏端电压对驱动电路42和逻辑控制电路43供电。

根据本发明第三实施例提供的开关电源控制器U2，在功率开关管Q1导通时，在第四开关S4导通、第五开关S5关断，功率开关管Q1导通，由功率开关管Q1的漏端电压给驱动电路42供电，供电电路41给逻辑控制电路43供电，使得功率开关管Q1的漏端与开关电源控制器的GND引脚之间的电压维持在供电电路41正常工作的阈值电压以上，从而将其漏端电压钳位于设定电压，从而节省外部供电电容，并且开关电源控制器U2内部也无需增加储能单元，节省了内部版图面积，成本更低。

图10示出了根据本发明第四实施例的开关电源控制器的电路结构示意图。

本实施例在前三个实施例的任一基础上，开关电源控制器U2还包括电压选择模块57，使得开关电源控制器U2可以通过输出电压Vo给逻辑控制电路53和驱动电路52供电。

供电电路51的第一端连接至功率开关管Q1的漏端，供电电路51的第二端连接至电压选择模块57的第一端，电压选择模块57的第二端连接至开关电源的输出端，电压选择模块57的第三端连接至逻辑控制电路53的输入端，电压选择模块57用于根据逻辑控制电路53输出的控制信号Vg_g选择供电电路51或输出电压Vo给逻辑控制电路53和驱动电路52供电。供电电路51的输入端连接至驱动电路52的输入端，驱动电路52的输入端接逻辑控制电路53的输出端，驱动电路52输出驱动信号Vg至功率开关管Q1的栅端，以控制功率开关管Q1的导通或关断。

具体地，开关电源刚开启及功率开关管Q1导通时，逻辑控制电路53输出控制信号Vg_g控制供电电路51给逻辑控制电路53和驱动电路52供电；在功率开关管Q1关断后，且电感电流IL未进入断续之前，逻辑控制电路53输出控制信号Vg_g控制输出电压Vo给逻辑控制电路53和所述驱动电路52供电；在功率开关管Q1关断，且电感电流进入断续后，逻辑控制电路53输出控制信号Vg_g控制供电电路51给所述逻辑控制电路53和所述驱动电路52供电。

根据本发明第四实施例提供的开关电源控制器U2，采用输出电压Vo供电和供电电路51结合的方式给逻辑控制电路53和驱动电路52供电；在开关电源刚开启和功率开关管Q1导通时，由供电电路51给逻辑控制电路53和驱动电路52供电；在功率开关管Q1关断后，且电感电流IL未进入断续之前，选择输出电压Vo给所述逻辑控制电路53和驱动电路52供电；在功率开关管Q1关断后，且电感电流IL进入断续后，由供电电路51给逻辑控制电路53和驱动电路52供电，使得开关电源控制器U2可以通过采样电阻Rcs直接对输出电压Vo进行采样，从而节省外部供电电容，并且控制芯片内部也无需增加储能单元，节省了内部版图面积，成本更低。

本发明还提供一种向开关电源中的用电电路供电的方法，开关电源包括功率开关管Q1，其漏端与输入电压Vin连接，用于根据输入电压Vin向负载提供输出电流，如图11所示，包括以下步骤：

步骤S1：使用逻辑控制电路产生控制功率开关管Q1开关动作的控制信号；

步骤S2：使用驱动电路根据控制信号产生驱动功率开关管Q1的导通或关断的驱动信号；

步骤S3：将功率开关管Q1的漏端电压转换成供电电压，向用电电路进行供电；

在步骤S3中，用电电路包括逻辑控制电路和/或驱动电路，作为一个实施例，供电电路根据功率开关管Q1的漏端电压为逻辑控制电路和/或驱动电路进行供电，作为另一个实施例，功率开关管Q1的漏端电压直接为驱动电路进行供电，供电电路根据功率开关管Q1的漏端电压给逻辑控制电路进行供电。

步骤S4：在功率开关管Q1的导通阶段，通过驱动电路将功率开关管Q1的漏端电压钳位于设定电压。

在步骤S4中，设定电压高于能使得开关电源内的供电电路正常工作的阈值电压。

步骤S5：当功率开关管Q1处于关断阶段时，判断开关电源的电感电流IL是否进入断续；若电感电流IL未进入断续，则根据开关电源的输出电压向用电电路供电；若电感电流IL进入断续，则将功率开关管Q1的漏端电压转换成供电电压，向用电电路进行供电。

在步骤S5中，判断开关电源的电感电流IL是否进入断续的步骤包括检测电感电流IL是否下降到零，若电感电流IL下降到零，则判定电感电流IL进入断续，否则判定电感电流IL未进入断续。

在步骤S4和S5中，可以根据驱动信号Vg的电平状态判断功率开关管Q1处于导通状态还是关断状态，在驱动信号Vg处于逻辑高电平时，功率开关管Q1处于导通状态，在驱动信号Vg处于逻辑低电平时，功率开关管Q1处于关断状态。

依照本发明的实施例如上文，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明的保护范围应当以本发明权利要求及其等效物所界定的范围为准。

Claims (34)

1.一种开关电源控制器，用于控制功率转换电路，所述功率转换电路用于根据输入电压向负载提供输出电流，其中，所述开关电源控制器包括：

功率开关管，其漏端与所述输入电压连接，用于控制所述功率转换电路的功率传输；

逻辑控制电路，用于产生控制所述功率开关管开关动作的控制信号；

驱动电路，与所述功率开关管的栅端相连，用于根据所述控制信号驱动所述功率开关管导通或关断；以及

供电电路，与所述功率开关管的漏端连接，用于基于所述功率开关管的漏端电压向所述驱动电路和所述逻辑控制电路提供供电电压，

其中，所述驱动电路还用于在所述功率开关管导通阶段，将所述功率开关管的漏端电压钳位于设定电压。

2.根据权利要求1所述的开关电源控制器，其中，所述供电电路包括：

结型场效应管，第一导通端连接至所述功率开关管的漏端，第二导通端与所述驱动电路相连，控制端接地；以及

低压差线性稳压器，输入端与所述结型场效应管的第二导通端相连，输出端与所述逻辑控制电路连接。

3.根据权利要求2所述的开关电源控制器，其中，所述驱动电路包括：

第一稳压管，所述第一稳压管的阴极与所述结型场效应管的第二导通端连接，阳极与所述功率开关管的栅端连接；

第一开关，第一端与所述功率开关管的栅端连接，第二端接地，控制端接收所述控制信号。

4.根据权利要求3所述的开关电源控制器，其中，所述第一开关响应于所述控制信号导通或关断，以及当所述第一开关导通时，所述功率开关管关断，当所述第一开关关断时，所述功率开关管导通，在所述功率开关管导通阶段，所述驱动电路将所述功率开关管的栅端电压控制在开启电压与米勒平台电压之间。

5.根据权利要求2所述的开关电源控制器，其中，所述驱动电路包括：

比较器，用于将所述结型场效应管的第二导通端的第一电压与预设的参考电压进行比较，以得到比较结果；

依次连接于所述供电电压和地之间的第三开关和第二开关，所述第三开关和所述第二开关的中间节点与所述功率开关管的栅端连接；以及

驱动控制电路，用于根据所述控制信号和所述比较结果控制所述第二开关和所述第三开关的导通和关断，以控制所述功率开关管的栅端电压。

6.根据权利要求5所述的开关电源控制器，其中，所述驱动控制电路配置为基于所述比较结果交替导通或关断所述第二开关和所述第三开关，控制所述功率开关管的栅端电压，以将所述第一电压钳位于所述参考电压。

7.根据权利要求6所述的开关电源控制器，其中，所述驱动控制电路还配置为当所述控制信号为逻辑高电平时，控制所述功率开关管导通，以及当所述控制信号为逻辑低电平时，控制所述功率开关管关断，在所述功率开关管导通阶段，所述驱动电路将所述功率开关管的栅端电压控制在开启电压与米勒平台电压之间。

8.根据权利要求1所述的开关电源控制器，所述驱动电路包括：

依次连接于所述功率开关管的漏端和地之间的第四开关和第五开关，所述第四开关和所述第五开关的中间节点与所述功率开关管的栅端连接，

其中，所述第四开关和所述第五开关分别受控于所述逻辑控制电路交替导通或关断，以控制所述功率开关管的导通或关断。

9.根据权利要求8所述的开关电源控制器，其中，所述驱动电路设置为在所述第四开关导通、所述第五开关关断时控制所述功率开关管导通，在所述第四开关关断、第五开关导通时控制所述功率开关管关断，在所述功率开关管导通阶段，所述驱动电路将所述功率开关管的栅端电压控制在开启电压与米勒平台电压之间。

10.根据权利要求1-9任一项所述的开关电源控制器，所述开关电源控制器还包括：

电压选择模块，第一端与所述供电电路相连，第二端连接至所述输出电压，第三端连接至所述逻辑控制电路，所述电压选择模块用于根据所述逻辑控制电路输出的控制信号，选择所述供电电路或所述输出电压给所述逻辑控制电路和所述驱动电路供电。

11.根据权利要求1所述的开关电源控制器，其中，所述功率转换电路包括降压式拓扑、反激式拓扑或者升降压拓扑。

12.根据权利要求1所述的开关电源控制器，所述开关电源控制器还包括：

电流检测模块，输入端与所述功率开关管的源端相连，输出端与所述逻辑控制电路相连，用于检测流经所述功率开关管的电流。

13.根据权利要求1所述的开关电源控制器，所述开关电源控制器还包括：

电压检测模块，输出端与所述逻辑控制电路相连，用于对输出电压进行周期性电压采样，以使得所述逻辑控制电路根据所述周期性电压采样的结果控制所述驱动电路驱动所述功率开关管的开关动作，继而调整所述输出电压。

14.根据权利要求1所述的开关电源控制器，所述开关电源控制器还包括：

保护模块，输出端与所述逻辑控制电路相连，用于确保所述开关电源控制器在异常情况下及时动作。

15.一种开关电源，包括功率转换电路、采样电阻、交流输入源、整流电路以及开关电源控制器，所述功率转换电路用于根据输入电压向负载提供输出电流，其中，所述开关电源控制器包括：

功率开关管，其漏端与所述输入电压连接，用于控制所述功率转换电路的功率传输；

逻辑控制电路，用于产生控制所述功率开关管开关动作的控制信号；

驱动电路，与所述功率开关管的栅端相连，用于根据所述控制信号驱动所述功率开关管导通或关断；以及

供电电路，与所述功率开关管的漏端连接，用于基于所述功率开关管的漏端电压向所述驱动电路和所述逻辑控制电路提供供电电压，

其中，所述驱动电路还用于在所述功率开关管导通阶段，将所述功率开关管的漏端电压钳位于设定电压。

16.根据权利要求15所述的开关电源，其中，所述供电电路包括：

结型场效应管，第一导通端连接至所述功率开关管的漏端，第二导通端与所述驱动电路相连，控制端接地；以及

低压差线性稳压器，输入端与所述结型场效应管的第二导通端相连，输出端与所述逻辑控制电路连接。

17.根据权利要求16所述的开关电源，其中，所述驱动电路包括：

第一稳压管，所述第一稳压管的阴极与所述结型场效应管的第二导通端连接，阳极与所述功率开关管的栅端连接；

第一开关，第一端与所述功率开关管的栅端连接，第二端接地，控制端接收所述控制信号。

18.根据权利要求17所述的开关电源，其中，所述第一开关响应于所述控制信号导通或关断，以及当所述第一开关导通时，所述功率开关管关断，当所述第一开关关断时，所述功率开关管导通，在所述功率开关管导通阶段，所述驱动电路将所述功率开关管的栅端电压控制在开启电压与米勒平台电压之间。

19.根据权利要求16所述的开关电源，其中，所述驱动电路包括：

比较器，用于将所述结型场效应管的第二导通端的第一电压与预设的参考电压进行比较，以得到比较结果；

依次连接于所述供电电压和地之间的第三开关和第二开关，所述第三开关和所述第二开关的中间节点与所述功率开关管的栅端连接；以及

驱动控制电路，用于根据所述控制信号和所述比较结果控制所述第二开关和所述第三开关的导通和关断，以控制所述功率开关管的栅端电压。

20.根据权利要求19所述的开关电源，其中，所述驱动控制电路配置为基于所述比较结果交替导通或关断所述第二开关和所述第三开关，控制所述功率开关管的栅端电压，以将所述第一电压钳位于所述参考电压。

21.根据权利要求20所述的开关电源，其中，所述驱动控制电路还配置为当所述控制信号为逻辑高电平时，控制所述功率开关管导通，以及当所述控制信号为逻辑低电平时，控制所述功率开关管关断，在所述功率开关管导通阶段，所述驱动电路将所述功率开关管的栅端电压控制在开启电压与米勒平台电压之间。

22.根据权利要求15所述的开关电源，所述驱动电路包括：

依次连接于所述功率开关管的漏端和地之间的第四开关和第五开关，所述第四开关和所述第五开关的中间节点与所述功率开关管的栅端连接，

其中，所述第四开关和所述第五开关分别受控于所述逻辑控制电路交替导通或关断，以控制所述功率开关管的导通或关断。

23.根据权利要求22所述的开关电源，所述驱动电路设置为在所述第四开关导通、所述第五开关关断时控制所述功率开关管导通，在所述第四开关关断、第五开关导通时控制所述功率开关管关断，在所述功率开关管导通阶段，所述驱动电路将所述功率开关管的栅端电压控制在开启电压与米勒平台电压之间。

24.根据权利要求15-23任一项所述的开关电源，所述开关电源控制器还包括：

电压选择模块，第一端与所述供电电路相连，第二端连接至输出电压，第三端连接至所述逻辑控制电路，所述电压选择模块用于根据所述逻辑控制电路输出的控制信号，选择所述供电电路或所述输出电压给所述逻辑控制电路和所述驱动电路供电。

25.根据权利要求15所述的开关电源，其中，所述功率转换电路包括降压式拓扑、反激式拓扑或者升降压拓扑。

26.根据权利要求15所述的开关电源，所述开关电源还包括：

电流检测模块，输入端与所述功率开关管的源端相连，输出端与所述逻辑控制电路相连，用于检测流经所述功率开关管的电流。

27.根据权利要求15所述的开关电源，所述开关电源还包括：

电压检测模块，输出端与所述逻辑控制电路相连，用于对开关输出电压进行周期性电压采样，以使得所述逻辑控制电路根据所述周期性电压采样的结果控制所述驱动电路驱动所述功率开关管的开关动作，继而调整所述输出电压。

28.根据权利要求15所述的开关电源，所述开关电源还包括：

保护模块，输出端与所述逻辑控制电路相连，用于确保所述开关电源控制器在异常情况下及时动作。

29.一种向开关电源中的用电电路供电的方法，所述开关电源包括功率开关管，其漏端与输入电压连接，用于根据输入电压向负载提供输出电流，其中，所述方法包括：

使用逻辑控制电路产生控制所述功率开关管开关动作的控制信号；

使用驱动电路根据所述控制信号产生驱动所述功率开关管的导通或关断的驱动信号；

将所述功率开关管的漏端电压转换成供电电压，向所述用电电路进行供电；以及

在所述功率开关管的导通阶段，通过所述驱动电路将所述功率开关管的漏端电压钳位于设定电压。

30.根据权利要求29所述的方法，其中，还包括：

当所述功率开关管处于关断阶段时，判断所述开关电源的电感电流是否进入断续；

若所述电感电流未进入断续，则根据所述开关电源的输出电压向所述用电电路供电；

若所述电感电流进入断续，则将所述功率开关管的漏端电压转换成供电电压，向所述用电电路进行供电。

31.根据权利要求29所述的方法，其中，所述用电电路包括所述逻辑控制电路和/或所述驱动电路。

32.根据权利要求29所述的方法，其中，还包括：根据所述驱动信号的电平状态判断所述功率开关管处于导通状态还是关断状态，

其中，在所述驱动信号处于逻辑高电平时，所述功率开关管处于导通状态，在所述驱动信号处于逻辑低电平时，所述功率开关管处于关断状态，在所述功率开关管导通阶段，所述驱动电路将所述功率开关管的栅端电压控制在开启电压与米勒平台电压之间。

33.根据权利要求30所述的方法，其中，所述判断所述开关电源的电感电流是否进入断续的步骤包括：

检测所述电感电流是否下降到零，若所述电感电流下降到零，则判定所述电感电流进入断续，否则判定所述电感电流未进入断续。

34.根据权利要求29所述的方法，其中，所述设定电压高于能使得所述开关电源内的供电电路正常工作的阈值电压。

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