波谷导通控制电路及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及开关电源，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。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]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。
【发明内容】
[0004]鉴于上述现有技术的缺点和局限性，本发明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。
[0005]为了实现上述目的，根据本发明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。本发明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、0SC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OlOl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PffM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，PffM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VG0
[0006]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。
[0007]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MNl漏极电压处于电平较低的情况。
[0008]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。
[0009]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。
[0010]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；
[0011]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；
[0012]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；
[0013]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OV时，发出时钟同步信号的上升沿电压信号。
[0014]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。
[0015]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。
[0016]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。
[0017]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。
[0018]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。
[0019]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模块输出延时时间的结束点就是控制系统外部功率开关管开启的时间，且延时时间结束点都处在所述半波选择器0102输出的负半波时间段内，可以确保控制系统外部功率开关管也在波谷导通。
[0020]第一驱动器0106，主要作用是加强驱动；
[0021]RS触发器0107，主要作用是用于锁定逻辑时序信号，控制第一N型MOS管的开启与关闭；
[0022]第二驱动模块0109，主要作用是将RS触发器发出的低压驱动信号，加强转换为高压信号，并提高驱动能力，从而驱动控制系统00外部的第一N型MOS管MNl;
[0023]P丽检测模块0108，主要作用是检测第一 N型MOS管MNl的电流信号，通过第三电阻将电流信号转换为电压信号，与控制系统00内部的电源副边反馈的反馈电平大小比较，当第三电阻第一端电压超过了电源副边反馈电平时，所述PWM检测模块0108输出一个负的窄脉冲，输出到RS触发器0107的R输入端，所述RS触发器0107的输出端Q端输出低电平，通过驱动模块0109控制外部第一 N型MOS管关闭。
[0024]因此本发明提供控制系统，即具备了抖频功能特点，又具备了波谷导通功能的特点。
[0025]本发明提供的一种新颖频率抖动的波谷导通控制系统的更加具体工作原理可以通过该控制系统的核心控制模块实施例工作原理来进行理解，控制系统的核心控制模块为可变延时器0103。
[0026]作为一种新颖频率抖动的波谷导通控制系统的一种具体的实施方式，可变延时器0103内部电路包括:可变基准电压10321、电源端VCC、接地端、电流源11、电流源12、第四电阻R4、第二 N型MOS管丽2、第二电容C2、第一比较器C0MP、输出端Vo。所述可变延时器0103中的可变基准电压模块10321主要用于控制电流源Il的大小