CN210297567U - 改善动态性能的开关电源控制电路和开关电源*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种改善动态性能的开关电源控制电路和开关电源***，能够实时监测开关电源的峰值电流，并当检测到连续出现第一类峰值电流的周期个数达到预设的阈值个数时，就认为***处于轻载切换为重载的切动态模式，这时立即把第一类峰值电流切换到第二类峰值电流(即大Ipk)，其中，所述第一类峰值电流为所述开关电源处于轻载状态时的峰值电流，所述第一类峰值电流小于预设的峰值阈值且以满占空比的形式出现；此状态下，开关电源的输出电压只下跌阈值个数(例如4个)的第一类峰值电流(即小Ipk)的时间就会迅速抬起，从而优化了动态响应性能。

Description

改善动态性能的开关电源控制电路和开关电源***

技术领域

本实用新型涉及开关电源控制技术领域，特别是涉及一种改善动态性能的开关电源控制电路和开关电源***。

背景技术

电源是各个电子设备不可或缺的组成部分，其性能的优劣直接关系到电子设备的技术指标以及其能否安全可靠的工作，而目前主流应用是开关电源(Switch Mode PowerSupply)。开关电源又称之为开关变换器，是利用现代电力电子技术，通过调整开关器件的导通比或者频率来使输出电压恒定或输出电流恒定的一种电源。开关电源相对于传统线性电源具有体积小、稳定性好、转换效率高的特点，因此被广泛应用于充电器、电源适配器、LED驱动电源、无线通信设备、液晶屏电源管理、电子冰箱、以太网电源等场合。

由于开关电源需要适应于不同的工作条件，对开关电源的动态响应性能要求越来越高。举例而言，在开关电源应用于电子设备(例如手机)充电器时，充电器的线端电压(也即被充电端，例如手机端)的稳定性是衡量充电器的性能的一个重要指标。请参考图1，图1为现有的充电器(即原边控制的开关电源)的***原理图。该充电器由桥式整流电路U1、高压滤波电容C1、变压器原边绕组Lp、变压器辅助绕组Laux、变压器副边绕组Ls、开关电源控制电路IC、功率开关管M1等组成。变压器原边绕组Lp、变压器辅助绕组Laux和变压器副边绕组Ls组成变压器，主要用于输入和输出的电气隔离和能量传输。交流电源Vac经过桥式整流电路U1产生输入电压Vin，输入电压Vin为变压器的原边供电。功率开关管M1的栅极连接开关电源控制电路IC的驱动端DRI，漏极连接变压器原边绕组Lp的一端，源极通过串联采样电阻Rcs而接地，功率开关管M1的源极和采样电阻Rcs的公共端连接开关电源控制电路IC的峰值电流采样端CS端。变压器原边绕组Lp的另一端连接桥式整流电路U1的输出端，以接收输入电压Vin。变压器辅助绕组Laux同名端通过连接串联的两个反馈电阻Rfb1和Rfb2而接地，以得到反馈电压V_FB，用于实现副边输出电压Vout向开关电源控制电路IC的反馈，具体地，因为变压器辅助绕组Laux的电压与变压器副边绕组Ls的电压存在匝比关系，所以反馈电压V_FB能够反映副边输出电压Vout的变化，两个反馈电阻Rfb1和Rfb2的公共端连接开关电源控制电路IC的输出电压反馈端FB端。变压器辅助绕组Laux的一端还通过连接供电二极管Daux的阳极，供电二极管Daux的阴极连接电阻Rst和电容C2的公共端，变压器辅助绕组Laux的另一端接地，电阻Rst和电容C2组成RC启动电路，电阻Rst和电容C2的公共端连接控制电路IC的电源供电端VCC端，以为开关电源控制电路IC提供工作电压。变压器副边绕组Ls的一端连接二极管Ds的阳极，变压器副边绕组Ls的另一端接地。二极管Ds的阴极和地之间并联电容C3和电阻R0以及负载RL，二极管Ds用于整流、稳压，并联的电容C3和电阻R0用于组成输出滤波电路，对输出电压Vout进行滤波。开关电源控制电路IC根据得到V_FB、V_CC、V_CS以及内部预设的参考电压V_REF来调整原边绕组Lp的峰值电流Ipk，进而产生PFM信号输出至驱动端DRI来控制功率开关管M1的导通和关断，实现能量由变压器原边绕组Lp传送到变压器副边绕组Ls的输出端的过程，并调整输出电压Vout以快速响应副边的负载RL状态的切换。

图2中示出了V_FB随时间的变化曲线，从图2中可以看出，充电器正常工作时，功率开关管M1的一个开关周期T实际被分为三个阶段：原边导通阶段Tonp(Tonp即原边导通时间)，副边导通阶段Tons(Tons即副边导通时间)以及原边和副边均关断阶段Toff(Toff即关断时间)，结合图1，在原边导通阶段Tonp内原边绕组Lp存储能量，在副边导通阶段Tons内原边绕组Lp存储的能量向副边电路进行传输，副边电流逐渐降为0。然而，在电子设备的负载RL状态突然从轻载切换到重载(例如10％负载切换到90％负载)的情况下，如图2所示，当开关电源控制电路IC在Tsample时刻检测到V_FB(该时刻的V_FB与Vout成正比)低于V_REF时，开关电源控制电路IC内部就会把当前的小Ipk切换为大Ipk，输出电压Vout此时才开始上升，如图3所示，这种情况下，小Ipk的脉冲会出一簇，达到十几个甚至二十来个脉冲，输出电压在这期间会持续下掉，动态性能就会变差。因此，如何提供一种提高充电器的输出动态性能的开关电源控制电路和开关电源***是本领域技术人员目前需要解决的问题。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种改善动态性能的开关电源控制电路和开关电源***，能够使得输出电压快速响应开关电源的负载状态从轻载切换到重载的情况，提升开关电源的动态响应性能。

为实现上述目的，本实用新型提供一种改善动态性能的开关电源控制电路，包括：

动态监测电路，用于监测开关电源连续出现第一类峰值电流的周期个数，且当监测到的所述周期个数达到预设的阈值个数时，产生峰值电流切换信号，其中，所述第一类峰值电流为所述开关电源处于轻载状态时的峰值电流，所述第一类峰值电流小于预设的峰值阈值且以满占空比的形式出现；

峰值电流控制电路，用于根据所述峰值电流切换信号，产生一用于将所述开关电源的峰值电流切换为第二类峰值电流的峰值电流控制信号，其中，所述第二类峰值电流为所述开关电源处于重载状态时的峰值电流；

主控电路，连接所述动态监测电路和所述峰值电流控制电路，用于控制所述动态监测电路和所述峰值电流控制电路的工作，并根据所述峰值电流控制信号，调整所述开关电源的峰值电流切换为第二类峰值电流，同时输出与所述第二类峰值电流相关的控制逻辑信号；以及

驱动电路，连接所述主控电路，用于根据所述控制逻辑信号输出驱动信号，以控制所述开关电源的功率开关管的通断，使得所述开关电源的输出电压被抬升。

可选地，所述第二类峰值电流以满占空比的形式出现。

可选地，所述动态监测电路包括：

使能信号产生模块，连接所述主控电路，并用于根据所述主控电路的初始化信号进行初始化，并根据所述主控电路的相应的控制信号产生使能信号；

时钟信号产生模块，用于根据开关电源的原边导通时间信号以及所述开关电源的峰值电流，产生周期性时钟信号；

计数模块，用于在所述使能信号的控制下对为高电平或低电平的所述周期性时钟信号进行累计计数，以监测开关电源连续出现第一类峰值电流的周期个数；

脉冲发生器，用于在所述计数模块计数得到的所述周期个数达到预设的阈值个数时，产生峰值电流切换信号。

可选地，所述使能信号产生模块包括第一或非门、第二或非门和第三或非门，所述时钟信号产生模块包括与门，所述计数模块包括级联的三个触发器；其中，所述第一或非门的一输入端接收第一信号，所述第一或非门的另一输入端连接所述第二或非门的输出端和第三或非门的一输入端，所述第一或非门的输出端连接所述第二或非门的第一输入端；所述第二或非门的第二输入端和所述第三或非门的另一输入端均接入用于初始化所述动态监测电路的初始化信号，所述第二或非门的第三输入端接入第二信号；所述第三或非门的输出端连接三个触发器的异步置位端，所述与门的一输入端接入第三信号，所述与门的另一输入端接入第四信号；三个触发器中的第一级触发器的时钟端连接所述与门的输出端，第三级触发器的反相输出端连接所述脉冲发生器的输入端；所述第一信号是在所述开关电源进入关断阶段的时间大于设定的时间阈值至所述关断阶段结束的时间段内为高的信号，所述第三信号为所述开关电源的原边导通时间信号，所述第二信号为所述原边导通时间信号延迟预定时间后的信号，所述第四信号为当所述开关电源的峰值电流小于所述峰值阈值时为高的信号。

可选地，所述开关电源控制电路还包括与所述主控电路连接的负载状态监控电路，用于监控所述开关电源的负载状态是否从轻载切换到重载，并在监测到所述负载状态从轻载切换到重载时产生一计数触发信号；所述主控电路用于根据所述计数触发信号初始化所述动态监测电路，以使所述动态监测电路开始监测所述开关电源中第一类峰值电流连续出现的周期个数。

可选地，所述开关电源控制电路还包括连接在所述主控电路和所述开关电源的副边输出电压反馈端之间的输出电压检测电路，所述输出电压检测电路用于向所述主控电路反馈所述开关电源的副边的输出电压的变化情况。

可选地，所述开关电源控制电路还包括连接在所述主控电路和所述开关电源的原边输入电压反馈端之间的参考电压产生电路，所述参考电压产生电路用于根据所述原边输入电压反馈端的电压产生相应的基准电压并输出至所述主控电路，所述主控电路基于所述基准电压和所述峰值电流控制信号来调整所述开关电源的峰值电流从所述第一类峰值电流切换为所述第二类峰值电流。

基于同一实用新型构思，本实用新型还提供一种开关电源***，包括功率开关管和如本实用新型所述的改善动态性能的开关电源控制电路，所述功率开关管的控制端连接所述开关电源控制电路的驱动电路。

可选地，所述的开关电源***还包括：

输入整流滤波电路，用于将交流电压信号转换为周期性的直流脉冲电压信号；

变压器，具有与所述输入整流滤波电路耦合的原边绕组、副边绕组以及一个辅助绕组，所述开关电源控制电路中的驱动电路耦合到所述原边绕组；

输出整流滤波电路，与所述副边绕组电连接，用以将所述副边绕组的输出信号进行整流滤波；

输出电压反馈电路，连接在所述辅助绕组和所述开关电源控制电路之间，用于对所述副边绕组的输出电压进行采样和反馈。

与现有技术相比，本实用新型的技术方案，能够实时监测开关电源的峰值电流Ipk，当检测到连续出现第一类峰值电流(即小Ipk，没有Toff时间的峰值电流，其脉冲以满占空比的形式在连续出现)的周期个数达到预设的阈值个数(例如为4个，即小Ipk连续出现了4个周期)时，就认为***处于轻载切换为重载的切动态模式，这时立即把第一类峰值电流(即小Ipk)切换到第二类峰值电流(即大Ipk，其脉冲以满占空比的形式在出)，此状态下，开关电源的输出电压只下跌了阈值个数(例如4个)小Ipk的时间就会迅速抬起，从而优化了动态响应性能。本实用新型的技术方案能够应用于各自开关电源***，例如充电器、电源适配器、LED驱动电源、无线通信设备、液晶屏电源管理、电子冰箱或以太网电源等，以增强开关电源***的动态响应性能。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有的一种充电器的***原理图。

图2是图1所示的充电器***的输出电压的反馈值V_FB随时间的变化曲线。

图3是图1所示的充电器***的轻载切换为重载时输出电压Vout、峰值电流Ipk以及输出电压的反馈值V_FB随时间的变化曲线。

图4是本实用新型具体实施例的改善动态性能的开关电源控制电路的电路原理图。

图5是本实用新型具体实施例的开关电源***的原理图。

图6是本实用新型具体实施例的动态监测电路的原理图。

图7是本实用新型具体实施例的动态监测电路所需的输入信号和开关电源的各阶段对应的时序图。

图8是本实用新型具体实施例的动态监测电路的输入信号、输出信号以及开关电源的输出电压、反馈值的时序图。

图9是在轻载切换为重载时本实用新型和现有技术之间的动态响应效果对比图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图4和图5，本实用新型一实施例提供一种改善动态性能的开关电源控制电路，包括：参考电压产生电路101、负载状态监控电路102、输出电压检测电路103、主控电路104、动态监测电路105、峰值电流控制电路106、驱动电路107。开关电源控制电路具有电源供电端VCC、电压反馈端FB、峰值电流采样端CS以及驱动端DRI。本实用新型的开关电源控制电路可以是一控制器芯片，能够接入到原边控制式开关电源***中，以对开关电源***的原边峰值电流Ipk进行采样，并驱动开关电源***的功率开关管工作，进而控制开关电源***的副边输出电压的大小。

请参考图4至图7，动态监测电路105的一个输入端连接峰值电流采样端CS，另一个输入端接收主控电路104的控制信号，输出端连接峰值电流控制电路106的输入端。动态监测电路105用于监测开关电源连续出现第一类峰值电流Ipk1的周期个数n，且当监测到的所述周期个数n达到预设的阈值个数N(例如N＝4)时，产生峰值电流切换信号，其中，所述第一类峰值电流为所述开关电源处于轻载状态时的峰值电流，所述第一类峰值电流小于预设的峰值阈值且以满占空比的形式出现。请参考图6，所述动态监测电路105包括使能信号产生模块105a、时钟信号产生模块105b、计数模块105c以及脉冲发生器P1。其中使能信号产生模块105a连接所述主控电路104，并用于根据所述主控电路104的初始化信号Init_HL进行初始化，并根据所述主控电路104的相应的控制信号产生使能信号Enable。时钟信号产生模块105b用于根据开关电源的原边导通时间信号PD_ON(即Tonp)以及所述开关电源的峰值电流Ipk，产生周期性时钟信号clk。计数模块105c连接峰值电流采样端CS，用于在所述使能信号Enable的控制下对为高电平或低电平的所述周期性时钟信号clk进行累计计数，以监测开关电源连续出现第一类峰值电流Ipk1的周期个数。脉冲发生器用于根据所述计数模块105v计数得到的所述周期个数达到预设的阈值个数，产生峰值电流切换信号Dynamic_pulse。

本实施例中，所述使能信号产生模块105a包括包括第一或非门NOR1、第二或非门NOR2和第三或非门NOR3，所述时钟信号产生模块105b包括与门and4所述计数模块105c包括级联的三个触发器TFF1～TFF3。其中，所述第一或非门NOR1的一输入端接收第一信号Toff_2μsLH，所述第一或非门NOR1的另一输入端连接所述第二或非门NOR2的输出端和第三或非门NOR3的一输入端，所述第一或非门NOR1的输出端连接所述第二或非门NOR2的第一输入端；所述第二或非门NOR2的第二输入端和所述第三或非门NOR3的另一输入端均接入用于初始化所述动态监测电路105的初始化信号Init_HL，所述第二或非门NOR2的第三输入端接入第二信号PDON_LEB；所述第三或非门NOR3的输出端连接三个触发器TFF1～TFF3的异步置位端present，所述与门and4的一输入端接入第三信号PD_ON，所述与门and4的另一输入端接入第四信号Ipklow；三个触发器TFF1～TFF3依次串联(即级联)，且其中的第一级触发器TFF1的时钟端clk连接所述与门and4的输出端，其中的第三级触发器TFF3的反相输出端Qb连接所述脉冲发生器P1的输入端，所述脉冲发生器P1的输出端输出峰值电流切换信号Dynamic_pulse。请参考图7和图8，第一信号Toff_2μsLH是在所述开关电源进入关断阶段的时间Toff大于设定的时间阈值(本实施例中设定的时间阈值为2μs)至所述关断阶段结束的时间段内为高的信号，所述第三信号PD_ON为所述开关电源的原边导通时间信号Tonp，所述第二信号PDON_LEB为所述原边导通时间信号Tonp(即PD_ON)延迟预定时间(例如500ns)后的信号，所述第四信号Ipklow为当所述开关电源的峰值电流Ipk为第一类峰值电流Ipk1(开关电源的峰值电流Ipk小于预设的峰值阈值)时为高的信号。第三或非门NOR3向三个触发器TFF1～TFF3的异步置位端present输出使能信号Enable，以使得三个触发器TFF1～TFF3工作，第一级触发器TFF1的同相输出端Q输出信号Q1至第二触发器TFF2的时钟端clk，第二级触发器TFF2的同相输出端Q输出信号Q2至第三级触发器TFF3的时钟端clk，第三级触发器TFF3的同相输出端Q输出信号Q3且反相输出端输出信号Q3b。图8中示出了Vout、VFB、Ipk、Ipklow、PD_ON、PDON_LEB、Toff_2μsLH、Enable、Q1～Q3、Q3b以及峰值电流切换信号Dynamic_pulse的时序图。

峰值电流控制电路106用于根据所述峰值电流切换信号Dynamic_pulse，产生一用于将所述开关电源的峰值电流Ipk切换为第二类峰值电流Ipk2的峰值电流控制信号(未图示)，其中，所述第二类峰值电流Ipk2为所述开关电源处于重载状态时的峰值电流，所述第二类峰值电流Ipk2以满占空比的形式出现且可以设定为峰值电流Ipk的最大值；主控电路104连接所述动态监测电路105和所述峰值电流控制电路106，用于控制所述动态监测电路105和所述峰值电流控制电路106的工作，并根据所述峰值电流控制信号，调整所述开关电源的峰值电流Ipk从第一类峰值电流Ipk1(即小Ipk)切换为第二类峰值电流Ipk2(即大Ipk)，同时输出与所述第二类峰值电流Ipk2相关的控制逻辑信号；驱动电路107连接所述主控电路104，用于根据所述控制逻辑信号输出驱动信号，以控制所述开关电源的功率开关管的通断，使得所述开关电源的输出电压Vout被抬升。

负载状态监控电路102与所述主控电路104连接，用于监控所述开关电源的负载状态是否从轻载切换到重载，并在监测到所述负载状态从轻载切换到重载时产生一计数触发信号；所述主控电路104用于根据所述计数触发信号初始化所述动态监测电路105，以使所述动态监测电路105开始监测所述开关电源中第一类峰值电流Ipk1连续出现的周期个数。

输出电压检测电路103连接在所述主控电路105和所述开关电源的副边输出电压反馈端FB之间的，所述输出电压检测电路103用于向所述主控电路104反馈所述开关电源的副边的输出电压Vout的变化情况。

参考电压产生电路101连接在所述主控电路104和的原边输入电压反馈端VCC(即开关电源的原边控制器的控制端、电源供电端VCC端)之间的，所述参考电压产生电路101用于根据所述原边输入电压反馈端的电压VFB产生相应的基准电压VREF并输出至所述主控电路104，所述主控电路104基于所述基准电压VREF和所述峰值电流控制信号Dynamic_pulse来调整所述开关电源的峰值电流Ipk从所述第一类峰值电流Ipk1切换为所述第二类峰值电流Ipk2。

请参考图4-图8，本实施例中，动态监测电路105实时监测开关电源的峰值电流Ipk，并在监测到小Ipk的脉冲以满占空比(就是没有Toff时间)的形式连续出了4个周期(在本实用新型的其他实施例中，也可以是连续出现6个周期)时，即所述开关电源连续出现第一类峰值电流的周期个数达到预设的阈值个数时，就可以判定所述开关电源的负载状态处于从轻载切换为重载的状况，且此时所述开关电源的输出电压下跌，进而会产生有效的峰值电流切换信号Dynamic_pulse(例如该信号为高时有效)，峰值电流控制电路106根据有效的峰值电流切换信号Dynamic_pulse将开关电源的峰值电流切换为第二类峰值电流Ipk2(即大的峰值电流Ipk)，并使得主控电路104根据调整后的第二类峰值电流Ipk2输出相应的控制逻辑信号，以控制功率晶体管(即图5中的M1)在允许的范围内导通，从而使得变压器能提供更多的能量来补偿输出电压下跌，改善了***的动态性能。

为了更好地说明本实施例的开关电源控制电路对开关电源的动态响应性能的改善效果，在图9中显示了图1所示的现有的开关电源控制电路和本实施例的开关电源控制电路在开关电源从轻载切换为重载时对输出电压的调整的时序对比图。请参考图9，从图9中可以看出，现有的开关电源控制电路在检测到Tsample时刻的输出电压(通过FB电压检测，Tsample时刻的V_FB电压与输出电压Vout成正比)低于其内部预设的参考电压V_REF时，会把当前的小Ipk切换为大Ipk，以使得输出电压Vout上升，但是这个过程需要经历十几个甚至二十多个小Ipk的脉冲，即在从轻载到重载的动态切换期间(即这十几个甚至二十多个小Ipk的脉冲期间)，输出电压Vout会持续下掉，因此动态响应性能比较差；而本实施例中，在动态监测电路105检测到小Ipk(即第一类峰值电流Ipk1)连续出现下跌例如4个周期时，就会切换成大Ipk(即第二类峰值电流Ipk2)，从而使输出电压Vout快速恢复至正常值，即在从轻载到重载的动态切换期间，输出电压Vout只下跌了4个小Ipk的时间就会迅速抬起，因此，本实施例的开关电源控制电路提高了负载动态响应速度，解决了现有技术的问题。

此外，需要说明的是，图6中所示的动态监测电路的设计仅仅是本实用新型的一种具体实施例中，但本实用新型的技术方案并不仅仅限定于此，只要能够实现动态监测电路的核心思想(即动态检测机制)的电路设计，均属于本实用新型意图保护的范围之内，其中动态监测电路的核心思想(即动态检测机制)是：当检测到小Ipk的脉冲以满占空比(没有Toff时间)的形式连续出了例如4个或6个周期等阈值个数时，就认为***处于从轻载切重载的切动态模式，就进行后续的一系列动作，包括小Ipk切换为大Ipk，同时大Ipk以满占空比在出等。

基于同一实用新型构思，请参考图5，本实用新型一实施例还提供一种开关电源***，包括功率开关管M1和如本实用新型所述的改善动态性能的开关电源控制电路，所述开关电源控制电路的驱动电路107的输出端连接功率开关管M1的控制端，当功率开关管M1为MOS晶体管时，功率开关管M1的控制端为MOS晶体管的栅极。本实施例的开关电源***还包括：输入整流滤波电路、变压器、输出整流滤波电路、输出电压反馈电路、峰值电流采样电路以及供电电压采样电路。其中，变压器具有变压器原边绕组Lp、变压器辅助绕组Laux和变压器副边绕组Ls，变压器主要用于输入和输出的电气隔离和能量传输。输入整流滤波电路用于将交流电压信号Vac转换为直流电压信号(即输入电压)Vin，以为变压器的原边绕组Lp供电。输出整流滤波电路与所述变压器副边绕组Ls电连接，用以将所述副边绕组Ls的输出信号Vout进行整流滤波。输出电压反馈电路连接在所述辅助绕组Laux和所述开关电源控制电路之间，用于对所述副边绕组Ls的输出电压Vout进行采样和反馈。峰值电流采样电路用于对峰值电流进行采样，并将采样结果传输至动态监测电路105RC启动电路用于对直流脉冲电压信号(即输入电压)Vin进行采样，为开关电源控制电路提供工作电压V_CC。

本实施例中，输入整流滤波电路包括桥式整流电路U1、输入滤波电容C1。输出整流滤波电路包括输出滤波电容C3和整流二极管Ds。输出电压反馈电路包括供电二极管Daux、串联在一起的两个反馈电阻Rfb1和Rfb2。峰值电流采样电路包括峰值电流采样电阻Rcs。RC启动电路包括采样电阻Rst和滤波电容C2。本实施例的开关电源***中的具体电路连接包括：

输入滤波电容C1一端连接在桥式整流电路U1的输出端和变压器原边绕组Lp的一端，输入滤波电容C1的另一端接地，交流电源Vac经过桥式整流电路U1的整流以及输入滤波电容C1的滤波后产生输入电压Vin，输入电压Vin为变压器的原边供电。功率开关管M1的栅极连接开关电源控制电路的驱动端DRI，漏极连接变压器原边绕组Lp的一端，源极通过串联峰值电流采样电阻Rcs而接地，功率开关管M1的源极和峰值电流采样电阻Rcs的公共端连接开关电源控制电路的峰值电流采样端CS端。变压器原边绕组Lp的另一端连接桥式整流电路U1的输出端，以接收输入Vin。变压器辅助绕组Laux一端通过连接串联的两个反馈电阻Rfb1和Rfb2而接地，以得到反馈电压V_FB，用于实现副边输出电压Vout向开关电源控制电路的反馈，具体地，因为变压器辅助绕组Laux的电压与变压器副边绕组Ls的电压存在匝比关系，所以反馈电压V_FB能够反映副边输出电压Vout的变化，两个反馈电阻Rfb1和Rfb2的公共端连接开关电源控制电路的电压反馈端FB端。变压器辅助绕组Laux的一端还通过连接供电二极管Daux的阳极，供电二极管Daux的阴极连接采样电阻Rst和滤波电容C2的公共端，以对输入电压Vin采样得到开关电源控制电路所需的电压V_CC，V_CC一方面可以作为开关电源控制电路工作所需的工作电压，另一方面还能使得开关电源控制电路中的参考电压产生电路根据V_CC而产生基准电压VREF。变压器辅助绕组Laux的另一端接地，采样电阻Rst和滤波电容C2的公共端还连接开关电源控制电路的VCC端。输出变压器副边绕组Ls的一端连接整流二极管Ds的阳极，变压器副边绕组Ls的另一端接地。整流二极管Ds的阴极和地之间并联输出滤波电容C3和滤波电阻R0以及负载RL，整流二极管Ds用于整流、稳压，并联的滤波电容C3和滤波电阻R0用于组成滤波电路，对输出电压Vout进行滤波。开关电源控制电路根据其电压反馈端得到的V_FB、供电端得到的V_CC、峰值电流采样端得到V_CS以及内部预设的参考电压V_REF来调整原边绕组Lp的峰值电流Ipk，进而产生相应的PFM信号输出至驱动端DRI来控制功率开关管M1的导通和关断，实现能量由变压器原边绕组Lp传送到变压器副边绕组Ls的输出端的过程，以调整输出电压Vout以快速响应副边的负载RL状态的切换。

本实施例的开关电源***正常工作时，功率开关管M1的一个开关周期T实际被分为三个阶段：原边导通阶段Tonp(Toff即原边导通时间)，副边导通阶段Tons(Tons即副边导通时间)以及原边和副边均关断阶段Toff(Toff即关断时间)，结合图5，在原边导通阶段Tonp内原边绕组Lp存储能量，在副边导通阶段Tons内原边绕组Lp存储的能量向副边电路进行传输，副边电流逐渐降为0。

本实施例的开关电源***，由此采用了本实用新型的改善动态性能的开关电源控制电路，动态响应性能较好，尤其是当负载状态从轻载(例如为不高于最大负载的10％)切换到重载(例如为不低于最大负载的90％)时，能快速提升输出电压。本实用新型的开关电源***可以是任意原边控制式的开关电源***，例如充电器、电源适配器、LED驱动电源、无线通信设备、液晶屏电源管理、电子冰箱或以太网电源等。

综上，本实用新型的开关电源控制电路和开关电源***，能够实时监测开关电源的峰值电流Ipk，当检测到第一类峰值电流(即小Ipk，没有Toff时间的峰值电流，其脉冲以满占空比的形式在连续出现)连续出了预设的阈值个数(例₊如为4个，即小Ipk连续出现了4个周期)时，就认为***处于轻载切换为重载的切动态模式，会立即把小Ipk切换到第二类峰值电流(即大Ipk，其脉冲以满占空比的形式在出)，此状态下，开关电源的输出电压只下跌了阈值个数(例如4个周期)的小Ipk时间后就会迅速抬起，从而优化了动态性能。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种改善动态性能的开关电源控制电路，其特征在于，包括：

动态监测电路，用于监测开关电源连续出现第一类峰值电流的周期个数，且当监测到的所述周期个数达到预设的阈值个数时，产生峰值电流切换信号，其中，所述第一类峰值电流为所述开关电源处于轻载状态时的峰值电流，所述第一类峰值电流小于预设的峰值阈值且以满占空比的形式出现；

峰值电流控制电路，用于根据所述峰值电流切换信号，产生一用于将所述开关电源的峰值电流切换为第二类峰值电流的峰值电流控制信号，其中，所述第二类峰值电流为所述开关电源处于重载状态时的峰值电流；

主控电路，连接所述动态监测电路和所述峰值电流控制电路，用于控制所述动态监测电路和所述峰值电流控制电路的工作，并根据所述峰值电流控制信号，调整所述开关电源的峰值电流切换为第二类峰值电流，同时输出与所述第二类峰值电流相关的控制逻辑信号；以及

驱动电路，连接所述主控电路，用于根据所述控制逻辑信号输出驱动信号，以控制所述开关电源的功率开关管的通断，使得所述开关电源的输出电压被抬升。

2.如权利要求1所述的开关电源控制电路，其特征在于，所述第二类峰值电流以满占空比的形式出现。

3.如权利要求1所述的开关电源控制电路，其特征在于，所述动态监测电路包括：

使能信号产生模块，连接所述主控电路，并用于根据所述主控电路的初始化信号进行初始化，并根据所述主控电路的相应的控制信号产生使能信号；

时钟信号产生模块，用于根据开关电源的原边导通时间信号以及所述开关电源的峰值电流，产生周期性时钟信号；

计数模块，用于在所述使能信号的控制下对为高电平或低电平的所述周期性时钟信号进行累计计数，以监测开关电源连续出现第一类峰值电流的周期个数；

脉冲发生器，用于在所述计数模块计数得到的所述周期个数达到预设的阈值个数时，产生峰值电流切换信号。

4.如权利要求3所述的开关电源控制电路，其特征在于，所述使能信号产生模块包括第一或非门、第二或非门和第三或非门，所述时钟信号产生模块包括与门，所述计数模块包括级联的三个触发器；其中，所述第一或非门的一输入端接收第一信号，所述第一或非门的另一输入端连接所述第二或非门的输出端和第三或非门的一输入端，所述第一或非门的输出端连接所述第二或非门的第一输入端；所述第二或非门的第二输入端和所述第三或非门的另一输入端均接入用于初始化所述动态监测电路的初始化信号，所述第二或非门的第三输入端接入第二信号；所述第三或非门的输出端连接三个触发器的异步置位端，所述与门的一输入端接入第三信号，所述与门的另一输入端接入第四信号；三个触发器中的第一级触发器的时钟端连接所述与门的输出端，第三级触发器的反相输出端连接所述脉冲发生器的输入端；所述第一信号是在所述开关电源进入关断阶段的时间大于设定的时间阈值至所述关断阶段结束的时间段内为高的信号，所述第三信号为所述开关电源的原边导通时间信号，所述第二信号为所述原边导通时间信号延迟预定时间后的信号，所述第四信号为当所述开关电源的峰值电流小于所述峰值阈值时为高的信号。

5.如权利要求1～4中任一项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与所述主控电路连接的负载状态监控电路，用于监控所述开关电源的负载状态是否从轻载切换到重载，并在监测到所述负载状态从轻载切换到重载时产生一计数触发信号；所述主控电路用于根据所述计数触发信号初始化所述动态监测电路，以使所述动态监测电路开始监测所述开关电源中第一类峰值电流连续出现的周期个数。

6.如权利要求1～4中任一项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连接在所述主控电路和所述开关电源的副边输出电压反馈端之间的输出电压检测电路，所述输出电压检测电路用于向所述主控电路反馈所述开关电源的副边的输出电压的变化情况。

7.如权利要求1～4中任一项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连接在所述主控电路和所述开关电源的原边输入电压反馈端之间的参考电压产生电路，所述参考电压产生电路用于根据所述原边输入电压反馈端的电压产生相应的基准电压并输出至所述主控电路，所述主控电路基于所述基准电压和所述峰值电流控制信号来调整所述开关电源的峰值电流从所述第一类峰值电流切换为所述第二类峰值电流。

8.一种开关电源***，其特征在于，包括功率开关管和如权利要求1～7中任一项所述的改善动态性能的开关电源控制电路，所述功率开关管的控制端连接所述开关电源控制电路的驱动电路。

9.如权利要求8所述的开关电源***，其特征在于，还包括：

输入整流滤波电路，用于将交流电压信号转换为直流电压信号；

变压器，具有与所述输入整流滤波电路耦合的原边绕组、副边绕组以及一个辅助绕组，所述开关电源控制电路中的驱动电路耦合到所述原边绕组；

输出整流滤波电路，与所述副边绕组电连接，用以将所述副边绕组的输出信号进行整流滤波；

输出电压反馈电路，连接在所述辅助绕组和所述开关电源控制电路之间，用于对所述副边绕组的输出电压进行采样和反馈。

Images