[发明专利]开关电源及其启动控制电路和方法

说明书

提供了一种开关电源及其启动控制电路和方法。用于开关电源的启动控制电路包括：振荡信号生成单元，可操作以基于斜坡电流信号或斜坡电压信号生成振荡信号，其中，斜坡电流信号或斜坡电压信号在开关电源启动时开始随时间增大，振荡信号的频率随斜坡电流信号或斜坡电压信号的增大而增大，并且振荡信号被用作控制开关电源中的功率开关的导通的第一控制信号；控制信号生成单元，可操作以基于输出电压反馈信号、电感电流反馈信号、以及振荡信号生成用于控制功率开关的关断的第二控制信号；以及驱动信号生成单元，可操作以基于第一控制信号和第二控制信号生成用于驱动功率开关的栅极驱动信号。

技术领域

本发明涉及电路领域，更具体地涉及一种开关电源及其启动控制电路和方法。

背景技术

在开关电源应用中，定频系统是一种常见的系统架构，其优点是功率开关的工作频率不会随输入电感的改变而变化，因此有利于输入电感的选择。图1示出了传统的开关电源中的启动控制电路100及相关外围元件的电路连接的示意图。这里，Vin和Vout分别为开关电源的输入电压和输出电压，C1和C2分别为开关电源的输入电容和输出电容，R1和R2分别为开关电源的输出电压检测电阻和输入电压检测电阻，L1为开关电源的输入电感。

在图1所示的电路连接中，当功率开关Q1处于导通状态时，输入电感L1储存能量；当功率开关Q1处于关断状态时，输入电感L1储存的能量通过续流二极管D1充能到输出电容C2，输出电容C2在充能结束后向开关电源的负载供电；输出电压检测电阻R1在检测到输出电压Vout时，将输出电压Vout的检测电压(下面称为输出电压反馈信号)传输到启动控制电路100的电压反馈脚(即，FB脚)；输入电压检测电阻R2在检测到流过输入电感L1的电感电流I_L时，将电感电流I_L的检测电压(下面称为电感电流反馈信号)传输到启动控制电路100的电流感测脚(即，CS脚)。

进一步地，如图1所示，启动控制电路100的工作过程如下：误差放大器通过对输出电压反馈信号和基准电压信号Vref_ea之间的差值进行放大生成补偿信号comp；加法器通过将振荡器生成的频率固定的振荡信号clk和电流感测模块基于电感电流反馈信号生成的电感电流感测信号进行叠加生成斜坡信号ramp；脉宽调制(PWM)比较器通过对补偿信号comp和斜坡信号ramp进行比较生成控制功率开关Q1的关断的第二控制信号；振荡器生成的振荡信号clk被用作为控制功率开关Q1的导通的第一控制信号；控制逻辑模块和栅极驱动器基于第一控制信号和第二控制信号生成栅极驱动信号gate，用于驱动功率开关Q1从关断状态切换到导通状态、从导通状态切换到关断状态、保持在导通状态、或者保持在关断状态。

在实际应用中，为了提高开关电源的供电效率，通常会将栅极驱动信号的占空比设置得比较小，从而使得输出电压Vout和输入电压Vin之间的差值比较小。在开关电源的启动过程中，由于输出电压Vout较低，输入电感L1在功率开关Q1处于导通状态时存储的能量无法在功率开关Q1处于关断状态时充分退磁，导致流过输入电感L1的电感电流I_L不断增大甚至可能会出现过冲状态，因而可能会导致功率开关Q1损坏。

图2示出了图1所示的开关电源的启动过程中的栅极驱动信号gate、电感电流I_L、以及功率开关Q1的工作频率freq的时序图。从图2可以看出，在图1所示的开关电源的启动过程中，功率开关Q的工作频率(即，栅极驱动信号的频率)freq固定，电感电流I_L的峰值不断增大且最终可能超出功率开关Q1的最大电流，从而导致功率开关Q1损坏。

发明内容

鉴于以上所述的一个或多个问题，本发明提供了开关电源及其启动控制电路和方法。