波谷导通控制电路及其控制方法技术

本发明专利技术提供一种新颖的频率抖动的波谷导通控制系统，不仅仅具备了波谷导通功能的特点，更能够在全输入电压范围内，以及在全负载内实现频率抖频功能特点，将电磁干扰的能量分散于整个抖频范围内的频率段内，从而将电磁干扰带来的影响控制到最低，提高控制器的整体性能，并且两种技术的控制能够进行电路复用，能够节省掉很大一部分晶圆，提高了应用率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及开关电源，尤其涉及一种控制开关管在合适的时间导通和在合适的时间断开的波谷导通控制电路及其控制方法。
技术介绍
在科技高速发展的情况下，消费电子运用变得越来越普及，晶体管集成度按照摩尔定律向前推进，相同晶园面积内所包含的器件个数越来越多，器件尺寸也越来越小，这样不仅仅导致了对能源的要求越来越高，同时在目前集成电路所使用的电源电压也变得更低，信号的驱动能力会变弱情况下，也导致了芯片在抗电磁干扰能力上要求变得更加严格。在现阶段的ACDC开关电源行业内，提高效率以及电磁干扰性能的方式有很多，其中一个重要的技术就是让工作于不连续开关状态下的电源功率管于波谷开通，这样不仅仅能够降低开关损耗，更重要的是能够减小功率管关断时的电压变化率，从而降低辐射，降低电磁干扰。尽管波谷导通存在了提高效率以及降低电磁干扰的优点，但是这些都是在电源输入电压较高的情况下，效果才会比较明显；因为功率管的损耗以及电压变化率与输入电压大小成正比关系，所以在ACDC开关电源输入电压较低时，波谷导通技术在抗电磁干扰方面带来的好处就会有所下降。同时在ACDC开关电源应用中，改善电磁干扰的另外一种使用较广泛的技术就是频率抖动技术，通过控制器内部控制电路，使开关电源的工作频率在一定的范围内周期性地抖动，并且抖动幅度为±5％左右，这样会使电磁干扰的能量分散于整个抖频范围内的频率段，而不是集中于某个频率点，从而使抖频控制系统具有很低的电磁干扰。不管在输入高压或者输入低压下，抖动的幅度以及抖动的周期大小都是一样的，都能够将电磁干扰的能量分散化，因此这种技术并不会像波谷导通那样，有受限于输入电压大小的缺点。但是频率抖动这种技术又没有提高效率的优点。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的缺点和局限性，本专利技术提供一种新颖的频率抖动的波谷导通控制系统，不仅仅具备了波谷导通功能的特点，更能够在全输入电压范围内，以及在全负载内实现频率抖频功能特点，将电磁干扰的能量分散于整个抖频范围内的频率段内，从而将电磁干扰带来的影响控制到最低，提高控制器的整体性能，并且两种技术的控制能够进行电路复用，能够节省掉很大一部分晶圆，提高了应用率。为了实现上述目的，根据本专利技术提供一种开关电源控制系统，又可称开关电源控制器，所述开关电源控制系统用于控制开关管在合适的时间导通和在合适的时间断开。本专利技术提供一种开关电源控制系统包括了：辅助绕组NA电压信号反馈引脚VS、驱动引脚VG、电流信号采样引脚CS、负半波检测器0101、半波选择器0102、可变延时器0103、OSC时钟0104、周期循环计数器(频率抖动模块)0105、第一驱动器0106、RS触发器0107、PWM检测0108、第二驱动器0109。模块之间的连接关系如下：负半波检测器0101的输入连接至辅助绕组NA电压信号反馈引脚VS；负半波检测器0101的输出连接至半波选择器0102的第一输入端，半波选择器0102的第二输入端连接至OSC时钟0104的第一输出端，OSC时钟0104的第二输出端连接至周期循环计数器(频率抖动模块)0105的输入端，半波选择器0102的输出端连接至可变延时器0103的第一输入端，周期循环计数器(频率抖动模块)0105的输出端连接到可变延时器0103的第二输入端，可变延时器0103的输出端则连接至第一驱动器0106，第一驱动器的输出连接至RS触发器0107的S输入端，RS触发器0107的R输入端连接至PWM检测0108的输出端，RS触发器0107的输出端连接至第二驱动器0109的输入端，PWM检测0108的输入端连接至控制器01的电流信号采样引脚CS，而第二驱动器0109的输出端连接至控制器01的驱动引脚VG。负半波检测器0101，主要作用是检测变压器T在原边绕组Np励磁电感消磁结束后的电压振荡的负半波波形，所述负半波检测器0101输出高低电平方波信号。优选地，所述振荡电压波形的正半波对应该检测器输出的高电平，而负半波对应该检测器输出的低电平，所述低电平信号正好对应外部开关第一N型MOS管MN1漏极电压处于电平较低的情况。半波选择器0102，主要作用是以内部频率振荡器0104发出时钟同步信号作为开始点，选择时钟同步信号后的第一个负半波信号。优选地，以所述内部OSC时钟0104输出的电压上升沿为时钟同步起点。更优选地，所述负半波检测器0101输出的低电平方波信号作为所述半波选择器0102的输入信号，半波选择器0102需要选择的就是时钟同步信号后第一个低电平方波信号；更优选地，所述第一个低电平方波信号是一个完整的半波低电平信号，即该低电平信号的起点(下降沿)必须在所述时钟同步信号的后面；同时，该低电平信号的起点(下降沿)时刻也是可变延时器0103的起点时刻，可以将同步时钟信号至所述第一个负半波低电平方波信号的起点(下降沿)的这一时间段称之为半波选择器0102的选择时间；内部频率振荡器0104，主要作用是提供控制器内部电路模块工作的时钟信号；优选地，一般振荡器可以用电流与电容(即振荡器内部振荡电容)之间充放电来实现，同时以振荡器输出的逻辑信号上升沿作为内部时钟同步信号，即在所述振荡器内部的所述振荡电容上的电压变为0V时，发出时钟同步信号的上升沿电压信号。更优选地，振荡器内部振荡电容上的电压信号为上升与下降的斜坡电压信号。可变延时器0103，主要作用是在所述半波选择器0102输出的第一个半波信号内选择一个时间点，且输出一个负窄脉冲，用于打开第一N型MOS管。优选地，开启第一N型MOS管是通过所述可变延时器0103模块中第二电容上的斜坡电压与第三基准电压v3之间的进行比较所得到一个负的窄脉冲电压。周期循环计数器0105，主要作用是为可变延时器提供一个低频可变的控制信号，用于频率抖动控制。优选地，低频可变信号的低频频率一般为125Hz左右，且该控制信号作为所述可变延时器0113的输入信号，控制所述可变延时器0113内部的可变基准电压模块01131。更优选地，可变延时器0103，接受到周期循环计数器0105输出的循环可变控制信号后，可变延时器0103会产生一个与该可变控制信号对应的延时时间，而该延时时间与所述振荡器0104的振荡周期共同组成了整个控制器的时钟周期，因为振荡器的RC振荡周期是不变的，而可变延时器0103产生的延时时间是可变的；因此在周期循环计数器0105输出的低频可变控制信号与所述可变延时器0113相互作用下，实现了频率抖动功能，并且频率抖动幅度一般±5％左右；同时因为所述可变延时器0103本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种波谷导通控制电路，包括负半波检测器和频率振荡器，频率振荡器，用于向控制器的内部电路模块提供时钟信号，其特征在于：还包括半波选择器、内部频率振荡器、周期循环计数器和可变延时器，所述周期循环计数器，接收频率振荡器的时钟信号，以为可变延时器提供周期循环变化的控制信号，用于频率抖动控制；所述负半波检测器，用于通过电压信号反馈引脚VS，检测变压器T在原边绕组Np励磁电感消磁结束后的电压振荡的负半波波形，并转换为方波信号，提供给半波选择器；所述半波选择器，用于接收负半波检测器的方波信号和频率振荡器的时钟信号，从频率振荡器发出的时钟同步信号开始选择其后的负半波逻辑信号，选择出来的第一个负半波信号的开始点就是频率抖动控制的起点，并将起点提供给可变延时器；所述可变延时器，用于接收半波选择器所确定的频率抖动控制的起点，作为可变延时器工作的开启点；并接收周期循环计数器的周期循环变化的控制信号，来周期地改变在第一个负半波信号内选定的时间点，由此决定频率抖动的幅度大小，并在选定的时间点输出负窄脉冲，用以周期循环变化地控制第一N型MOS管的开启。

【技术特征摘要】
1.一种波谷导通控制电路，包括负半波检测器和频率振荡器，频率振荡器，用于向控
制器的内部电路模块提供时钟信号，其特征在于：还包括半波选择器、内部频率振荡器、
周期循环计数器和可变延时器，
所述周期循环计数器，接收频率振荡器的时钟信号，以为可变延时器提供周期循环变
化的控制信号，用于频率抖动控制；
所述负半波检测器，用于通过电压信号反馈引脚VS，检测变压器T在原边绕组Np励磁
电感消磁结束后的电压振荡的负半波波形，并转换为方波信号，提供给半波选择器；
所述半波选择器，用于接收负半波检测器的方波信号和频率振荡器的时钟信号，从频
率振荡器发出的时钟同步信号开始选择其后的负半波逻辑信号，选择出来的第一个负半波
信号的开始点就是频率抖动控制的起点，并将起点提供给可变延时器；
所述可变延时器，用于接收半波选择器所确定的频率抖动控制的起点，作为可变延时
器工作的开启点；并接收周期循环计数器的周期循环变化的控制信号，来周期地改变在第
一个负半波信号内选定的时间点，由此决定频率抖动的幅度大小，并在选定的时间点输出
负窄脉冲，用以周期循环变化地控制第一N型MOS管的开启。
2.根据权利要求1所述的波谷导通控制电路，其特征在于：所述可变延时器，包括：
可变基准电压、电源端VCC、接地端、第一电流源I1、第二电流源I2、第四电阻R4、第二
N型MOS管MN2、第二电容C2、比较器COMP、输出端Vo，可变基准电压的输入端连接至所
述周期循环计数器0105的输出端，可变基准电压的输出连接至第一电流源I1的输入端，
第一电流源I1的第二输入端连接至电源端VCC，第一电流源I1的输出经第四电阻R4接地；
第一电流源I1的输出还连接至比较器的同相输入端；比较器的反相输入端分别连接第二电
流源的输出端第二电容C2的一端及第二N型MOS管的漏极，第二电流源I2的输入端连接
到电源端VCC；第二电容C2的另一端接地；第二N型MOS管的栅极连接到第一输入端Vi1，
第二N型MOS管的源极接地；比较器的输出端引出作为可变延时器的输出端，用于连接到
第一驱动器0106的输入端。
3.根据权利要求2所述的波谷导通控制电路，其特征在于：所述可变延时器，还包
括半波时间检测模块，用于实时检测半波选择器的方波信号的负脉宽时间变化量，来控制
可变延时模块中的可变基准电压，使第一电流源I1输出电流正比于半波时间检测模块所检
测的负半波时间变化量，从而在第四电阻R4上得到正比于第一电流源I1输出电流的第三
基准电压v3，以通过第三基准电压与半波时间检测模块输出的低电平时间长度成正比，来

\t屏蔽外部寄生参数变化的影响。
4.一种波谷导通控制方法，包括如下步骤，
通过频率振荡器向控制器的内部电路模块提供时钟信号；
通过周期循环计数器接收频率振荡器的时钟信号，以为可变延时器提供周期循环变化
的控制信号，用于频率抖动控制；
通过电压信号反馈引脚VS，检测变压器T在原边绕组Np励磁电感消磁结束后的电压振
荡的负半波波形，并转换为方波信号，提供给半波选择器；
通过半波选择器接收方波信号和频率振荡器的时钟信号，从频率振荡器发出的时钟同
步信号开始选择其后的负半波逻辑信号，选择出来的第一个负半波信号的开始点就是频率
抖动控制的起点，并将起点提供给可变延时器；
通过可变延时器接收半波选择器所确定的频率抖动控制的起点，作为可变延时器工作
的开启点；并接收周期循环计数器的周期循环变化的...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐盛斌，曾正球，
申请(专利权)人：深圳南云微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44