专利名称：一种控制开关电源输出电流的方法及控制器的制作方法
技术领域：
本发明属于开关电源领域，尤其涉及开关电源输出电流的控制方法，及实 现该方法的控制器。
背景技术：
随着开关电源效率的提高，体积的减小和成本的降低，开关电源越来越被 广泛地应用到电子产品中。在实际应用中，不仅仅需要控制开关电源的输出电
压，也常常要求控制开关电源的输出电流，比如控制恒定的输出电流驱动LED 等。
目前，在反激型开关电源(反激型交流-直流变换器)应用中，有两种常见 的恒定输出电流的控制方法。最常见的方法是利用变压器次级边(开关电源的 二次侧)输出电流的反馈信号参与调制，以控制输出电流。该方法可通过在变 压器的次级输出端串联一个电阻来检测输出电流，控制该串联电阻两端的电压 就可以控制输出电流。由于控制信号必须反馈到初级边(开关电源的一次侧) 控制芯片，所以必须在初级边和次级边之间增加隔离器件，这样不仅提高了系 统成本，也降低了效率。
另一种技术是利用变压器初级边反馈信号参与PWM (Pulse-Width Modulation,脉宽调制控制)，在恒定电流控制上，利用输出电压的反馈信号控 制调制器IC的频率，使其频率与输出电压保持线形关系，并且控制变压器初级边电流恒定，从而控制输出电流恒定，这种方法的基本原理是 & *敬=4 = /離* ( L + W ( !)
其中，4，尸。 ,分别是输入功率、输出功率；/。^和^^分别是输出电流和 负载电压；^是整流二极管的导通压降；￡#是功率转换效率，在一个电源系统 中，功率转换效率是相对固定的。
又由于反激开关电源在DCM (Discontinuous Conduction Mode,断续工作模 式).时
其中，
P^是电感中存储的能量；
丄p是初级线圈的电感量；
/是功率开关的开关频率；
由于电感中存储的能量L与输出功率L相等，因此，上述公式(1)、 (2) 可以得出
,—、x/)x/
由于工作温度、工作电源等条件的影响，初级线圈电流/p的值很难保持恒 定，并且当批量生产时，由于制造工艺的影响，系统分立器件(如检测电阻) 存在不一致性，如此，初级线圈电流/p很难保持一致，这就需要增加补偿电路 对初级线圈电流/f进行补偿，使其保持一致。因此，利用输出电压的反馈信号 控制调制系统的频率，并同时使初级线圈电流/p保持恒定的方法，使得控制电路变得复杂，增大了芯片和系统的成本。
发明内容
本发明的目的是针对在控制开关电源输出电流恒定时存在的成本偏高的问 题，提供结构简单、成本较低的控制开关电源输出电流的方法，以及能够实现 该方法的控制器。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案
一种控制开关电源输出电流的方法，所述开关电源包括变压器，在该变压 器的初级边具有控制开关电源输出电流的功率开关，该方法包括以下步骤
在所述变压器的初级边对开关电源的输出电压或者其等效信号进行采样， 得到输出电压的缩放信号，同时，对初级线圈电流或其等效信号进行采样，得 到初级线圈电流的縮放信号；
对采样到的初级线圈电流的縮放信号进行平方处理，得到待比较电流平方 信号；
.对输出电压的缩放信号与待比较电流平方信号进行比较，得到电流使能控 制信号，如果待比较电流平方信号小于或等于输出电压的縮放信号，则电流使 能控制信号不关断所述功率开关，否则，电流使能控制信号关断所述的功率开 关。
优选的是，得到输出电压的縮放信号后，还包括对其进行滤波和放大处理的 步骤，得到待比较电压信号，再与所述的待比较电流平方信号进行比较而得到 所述的电流使能控制信号，如果待比较电流平方信号小于或等于待比较电压信号，电流使能控制信号不关断所述功率开关，否则，电流使能信号关断所述功 率开关。
优选的是，在得到所述输出电压的縮放信号和初级线圈电流的縮放信号后还 包括以下步骤
对输出电压的縮放信号进行另一滤波和放大处理，得到输出电压的第一縮放 信号；
对输出电压的第一缩放信号和初级线圈电流的縮放信号进行比较，得到脉宽 控制信号；如果初级线圈电流的缩放信号小于或等于输出电压的第一縮放信号， 脉宽控制信号不关断所述功率开关，否则，脉宽控制信号关断所述功率开关；
将所述的脉宽控制信号和电流使能信号进行数字逻辑处理后共同控制所述 功率开关的导通与截止，进而保持开关电源的输出电流恒定。
优选的是，还包括以下步骤
对所述开关电源进行欠压检测、过压检测，以及过温检测的处理过程，检测 后输出保护使能信号，如果检测到欠压、过压，或者过温现象，则保护使能信 号关断所述功率开关，否则不关断所述功率开关；
将所述的脉宽控制信号、电流使能信号，以及保护使能信号进行数字逻辑处 理后共同控制所述功率开关的导通与截止，进而保持开关电源的输出电流恒定。
一种控制器，其对外端口包括电压采样端口，接入采样到的输出电压的缩放 信号；电流采样端口，接入采样到的初级线圈电流的縮放信号；以及，控制输 出端口，与所述功率开关的控制端连接；控制器的内部包括电流控制模块，该 电流控制模块包括乘法器或者平方电路，其输入端与所述的电流采样端口电连接，对采样到 的初级线圈电流的縮放信号进行平方处理，得到待比较电流平方信号；以及，
比较器，其两个输入端分别与电压采样端口和乘法器或者平方电路的输出 端连接，对输出电压的縮放信号与待比较电流平方信号进行比较，输出电流使 能控制信号，比较器的输出端与所述的控制输出端口电连接。
一种控制器，其对外端口包括电压采样端口，接入采样到的输出电压的缩放 信号；电流采样端口，接入采样到的初级线圈电流的縮放信号；以及，控制输 出端口，与所述功率开关的控制端连接；控制器的内部包括电流控制模块，该 电流控制模块包括
增益滤波器，其输入端与所述的电压采样端口电连接，对采样到的输出电 压的縮放信号进行滤波和放大处理，得到待比较电压信号；
乘法器或者平方电路，其输入端与所述的电流采样端口电连接，对采样到 的初级线圈电流的缩放信号进行平方处理，得到待比较电流平方信号；以及，
比较器，其两个输入端分别与增益滤波器和乘法器或者平方电路的输出端 连接，对待比较电压信号和待比较电流平方信号进行比较，输出电流使能控制 信号，比较器的输出端与所述的控制输出端口电连接。
一种控制器，其对外端口包括电压采样端口，接入采样到的输出电压的縮放 信号；电流采样端口，接入采样到的初级线圈电流的縮放信号；以及，控制输 出端口，与所述功率开关的控制端连接；控制器的内部包括
电流控制模块，包括增益滤波器，其输入端与所述的电压采样端口电连接， 对采样到的输出电压的縮放信号进行滤波和放大处理，得到待比较电压信号；乘法器或者平方电路，其输入端与所述的电流釆样端口电连接，对采样到的初 级线圈电流的縮放信号进行平方处理，得到待比较电流平方信号；以及，比较 器，其两个输入端分别与增益滤波器和乘法器或者平方电路的输出端连接，对 待比较电压信号和待比较电流平方信号进行比较，比较器的输出端与控制输出 端口电连接，输出电流使能控制信号；
时钟电路，为所述控制器的内部提供时钟信号；
PWM脉宽调制电路，包括第一增益滤波器和第一比较器，其中，第一增益 滤波器的输入端与电压采样端口电连接，对输出电压的縮放信号进行另一滤波 和放大处理，得到输出电压的第一缩放信号；第一增益滤波器的输出端和电流 采样端口分别与所述的第一比较器的两个输入端电连接，第一比较器对输出电 压的第一縮放信号和初级线圈电流的縮放信号进行比较，通过第一比较器的输 出端输出脉宽控制信号；
保护电路，对所述控制器进行电源的欠压保护、过压保护，以及过温保护， 其输出端输出保护使能信号；以及，
数字逻辑处理电路，接收所述的时钟信号、脉宽控制信号、保护使能信号， 以及电流使能信号，并进行逻辑处理；所述数字逻辑处理电路的输出端与控制 输出端口电连接，通过时钟信号、脉宽控制信号、保护使能信号，和所述的电 流使能信号共同控制功率开关的导通与截止。
本发明所述方法的有益之处是 一方面，在开关电源的变压器初级边检测 输出电压或者输出电压等效信号的变化，所以不必在初级边和次级边之间增加 隔离器件，降低了系统成本，也提高了效率；另一方面，当设计的开关电源的变压器确定了，则初级线圈的电感量^是恒定的，将开关电源的功率开关的开
关频率/保持恒定，由公式(3)可知，如果有
<formula>formula see original document page 12</formula> (4)
其中，K为初级线圈电流/p的平方与输出电压^^和变压器次级边上整流 二极管的导通压降^之和的比值。
如果比值/r为一个恒定的常数，即保持初级线圈电流的平方或者初级线圈 电流等效信号的平方与输出电压或者输出电压等效信号为线形关系，即可保持 开关电源的输出电流/。『恒定；此种方法不需要增加补偿电路对初级线圈电流/p 进行补偿，因此，可以简化电路，降低系统成本。
本发明所述控制器的有益之处是该控制器可对外部输入的电压通过增益 器进行滤波、采样和放大处理，对外部输入的电流通过乘法器或者平方电路进 行平方处理，并对增益器和乘法器或者平方电路的输出信号进行比较后输出对 外的控制信号，能够较好地实现本发明所述的控制开关电源输出电流的方法， 并且具有结构简单、成本低的特点。
图1为实现本发明所述的方法的电路原理图； 图2为图1中所述控制器的结构框图。
具体实施例方式
图1所示为反激型开关电源的应用示意图，反激型开关电源由功率开关105、反激型变压器104、电阻器102， 201、 202、 106,电容器101、 110， 二极管103、 109和控制器200组成。由图1可知，变压器104的输出电压，即负载电压F。m 与整流二极管的导通压降^的和，与初级边辅助线圈的感应电压^之间为线性 关系，即
H匿+。 (5) 其中，n为次级线圈与辅助线圈的厄数比。
而电阻器201与电阻器202对辅助线圈的感应电压^进行分压，所以，通 过检测电阻器202的电压，即可检测到输出电压K的縮放信号，检测到的电阻 器202两端的电压输入至控制器200的电压采样端口 VFB。通过检测电阻器106 (电阻器106可以集成到控制器200的内部)两端的电压，即可检测到初级线 圈电流斗的值，电阻器106两端的电压作为初级线圈电流/p的等效信号，即初 级线圈电流^的縮放信号(经过处理可以得到縮放比例为1的初级线圈电流/p的 信号)，输入至控制器200的电流采样端口 VS。
由图2可知，控制器200包括电流控制模块21，其包括增益滤波器2102， 增益滤波器的输入端与电压采样端口 VFB电连接。乘法器2102(或者平方电路) 的输入端与电流采样端口 VS电连接。
比较器2103，其两个输入端分别与增益滤波器2102和乘法器2101 (或者 平方电路)的输出端连接。电阻器202两端的电压通过电压采样端口 VFB输入 至增益滤波器2102的输入端，由增益滤波器2102对电阻器202两端的电压进 行滤波、采样和放大处理，得到待比较电压信号^nr。『+^)。而电阻器106 两端的电压通过电流采样端口 VS输入至乘法器2101的输入端，经过乘法器2102处理后得到待比较电流平方信号&*/〗。待比较电压信号&*(^^十^)和待比较 电流平方信号^ * "(该待比较电流平方信号& * "实际为可以表示初级线圈电流
平方信号的电压信号)分别输入至比较器2103的两个输入端，经比较器2103 的比较产生电流使能信号I一en 。
如果待比较电流平方信号^ *小于或等于待比较电压信号& *( + 。， 则电流使能信号I一en为高电平(也可以设置为低)，则不关断功率开关105 (在
本例中可以选择MOS管或者三极管)，如果待比较电流平方信号;tj/j大于待比 较电压信号、*(^^+^)，则电流使能信号I—en为低电平(也可以设置为高电 平)，则关断功率开关105。
由图2还可知，控制器200内部还可以包括PWM脉宽调制电路23，其包 括第一增益滤波器2301和第一比较器2302。第一增益滤波器2301的输入端与 所述的电压采样端口 VFB电连接，对检测到的电阻器202两端的电压进行滤波， 采样，放大处理，得到输出电压的第一縮放信号^*(^^+^)。第一比较器2302 的一个输入端接入输出电压的第一縮放信号k。 *(r。OT +rD)，另一个输入端接入初 级线圈电流^的縮放信号，如果初级线圈电流/p的缩放信号小于或等于输出电 压的第一縮放信号^n^^+^)，第一比较器2302输出的脉宽控制信号PWM 为高电平(也可以设置为低电平)，不关断功率开关105，否则，脉宽控制信号 PWM为低电平(也可以设置为高电平)，关断功率开关105。
所述的脉宽控制信号PWM可以与电流使能信号I—en输入至数字逻辑处理 电路22进行数字逻辑处理后共同控制功率开关105的导通与截止，进而保持开 关电源的输出电流恒定。同时，控制器200的内部，除了设置有电流控制模块21、 PWM脉宽调制电 路23、数字逻辑处理电路22之外，还可以设置电源产生模块27、基准电路26、 时钟电路24、保护电路25等。
其中，电源产生模块27用来产生控制器200内部电路的工作电压，控制器 200通过其电源输入端口 VCC接入外部电源(电容器101两端的电压)， 一般是 12V以上的直流电压，电源产生模块27利用电压VCC，产生控制器200内部电 路的工作电压(如5V)。内部的基准电路26，时钟电路24，保护电路25， PWM 脉宽调制电路23，数字逻辑处理电路22和电流控制模块21等都使用电源产生 模块27产生的电源。控制器200的内部电路通过其接地端口 GND接地。
基准电路26产生内部电路需要的基准电压和基准电流，如比较器2103和 第一比较器2302的偏置电流等。
时钟电路24产生控制器200和系统的工作时钟。
保护电路25对通过电源输入端口 VCC接入的外部电源进行电源欠压保护、 过压保护以及过温保护，输出保护使能信号P一en，当电源发生过压或欠压或过 温时，保护使能信号P—en输出为逻辑低电平(也可以为高电平)，控制功率开关 105截止，从而保护控制器200和整个系统。
数字逻辑处理电路22接收时钟信号Fosc、脉宽控制信号PWM、保护使能 信号Pjn，和所述的电流使能信号I一en，并进行逻辑处理，通过控制输出端口 OUT输出功率开关控制信号至功率开关105的控制端，通过时钟信号Fosc、电 流使能信号Ijn、脉宽控制信号PWM，和保护使能信号Pjn，共同控制功率 开关105的导通与截止，实现对系统的调制。如果时钟信号Fosc、电流使能信号l」n、脉宽控制信号PWM，和保护使能信号P一en之一出现低电平时(也可 以为高电平，通过数字逻辑处理电路22进行转换处理)，功率开关105关断， 否则功率开关105导通。
另外，为了能够更好地恒定输出电流，可以加入一些补偿电路，补偿系统 的寄生参数等。
随着集成度的提高和工艺的发展，功率开关105同样可以集成到控制器200 的内部。
综上所述仅为本发明较佳的实施例，并非用来限定本发明的实施范围。即 凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化及修饰，皆应属于本发明的技 术范畴。
权利要求
1. 一种控制开关电源输出电流的方法，所述开关电源包括变压器，在该变压器的初级边具有控制开关电源输出电流的功率开关，其特征在于该方法包括以下步骤在所述变压器的初级边对开关电源的输出电压或者其等效信号进行采样，得到输出电压的缩放信号，同时，对初级线圈电流或其等效信号进行采样，得到初级线圈电流的缩放信号；对采样到的初级线圈电流的缩放信号进行平方处理，得到待比较电流平方信号；对输出电压的缩放信号与待比较电流平方信号进行比较，得到电流使能控制信号，如果待比较电流平方信号小于或等于输出电压的缩放信号，则电流使能控制信号不关断所述功率开关，否则，电流使能控制信号关断所述的功率开关。
2. 根据权利要求1所述的控制开关电源输出电流的方法，其特征在于得到 输出电压的縮放信号后，还包括对其进行滤波和放大处理的步骤，得到待比较 电压信号，再与所述的待比较电流平方信号进行比较而得到所述的电流使能控 制信号，如果待比较电流平方信号小于或等于待比较电压信号，电流使能控制 信号不关断所述功率开关，否则，电流使能信号关断所述功率开关。
3. 根据权利要求2所述的一种控制开关电源输出电流的方法，其特征在于在得到所述输出电压的縮放信号和初级线圈电流的縮放信号后还包括以下步 骤对输出电压的缩放信号进行另一滤波和放大处理，得到输出电压的第一缩放信号；对输出电压的第一縮放信号和初级线圈电流的縮放信号进行比较，得到脉 宽控制信号；如果初级线圈电流的縮放信号小于或等于输出电压的第一縮放信 号，脉宽控制信号不关断所述功率开关，否则，脉宽控制信号关断所述功率开 关；将所述的脉宽控制信号和电流使能信号进行数字逻辑处理后共同控制所 述功率开关的导通与截止，进而保持开关电源的输出电流恒定。
4. 根据权利要求3所述的控制开关电源输出电流的方法，其特征在于还包 括以下步骤对所述开关电源进行欠压检测、过压检测，以及过温检测的处理过程，检 测后输出保护使能信号，如果检测到欠压、过压，或者过温现象，则保护使能 信号关断所述功率开关，否则不关断所述功率开关；将所述的脉宽控制信号、电流使能信号，以及保护使能信号进行数字逻辑 处理后共同控制所述功率开关的导通与截止，进而保持开关电源的输出电流恒 定。
5. 实现权利要求1所述控制开关电源输出电流的方法的一种控制器，其特征 在于控制器的对外端口包括电压采样端口，接入采样到的输出电压的縮放信 号；电流采样端口，接入采样到的初级线圈电流的縮放信号；以及，控制输出 端口，与所述功率开关的控制端连接；控制器的内部包括电流控制模块，该电 流控制模块包括乘法器或者平方电路，其输入端与所述的电流采样端口电连接；以及，比较器，其两个输入端分别与电压采样端口和乘法器或者平方电路的输出 端连接，其输出端与所述的控制输出端口电连接。
6. 实现权利要求2所述控制开关电源输出电流的方法的一种控制器，其特征 在于控制器的对外端口包括电压采样端口，接入采样到的输出电压的缩放信 号；电流采样端口，接入采样到的初级线圈电流的縮放信号；以及，控制输出端口，与所述功率开关的控制端连接；控制器的内部包括电流控制模块，该电流控制模块包括增益滤波器，其输入端与所述的电压采样端口电连接； 乘法器或者平方电路，其输入端与所述的电流采样端口电连接；以及， 比较器，其两个输入端分别与增益滤波器和乘法器或者平方电路的输出端 连接，其输出端与所述的控制输出端口电连接。
7. 实现权利要求4所述控制开关电源输出电流的方法的一种控制器，其特征 在于控制器的对外端口包括电压采样端口，接入采样到的输出电压的縮放信 号；电流采样端口，接入采样到的初级线圈电流的縮放信号；以及，控制输出 端口，与所述功率开关的控制端连接；控制器的内部包括 电流控制模块，包括增益滤波器，其输入端与所述的电压采样端口电连接； '乘法器或者平方电路，其输入端与所述的电流采样端口电连接；以及， 比较器，其两个输入端分别与增益滤波器和乘法器或者平方电路的输出端连接，比较器的输出端与所述控制输出端口电连接，输出所述的电流使能控制信号；时钟电路，为所述控制器的内部提供时钟信号；PWM脉宽调制电路，包括第一增益滤波器和第一比较器，其中，第一增益滤 波器的输入端与电压采样端口电连接，第一增益滤波器的输出端和电流采样端 口分别与所述的第一比较器的两个输入端电连接；第一比较器的输出端输出所 述的脉宽控制信号；保护电路，对所述控制器进行电源的欠压保护、过压保护，以及过温保护，其 输出端输出保护使能信号；以及，数字逻辑处理电路，接收所述的时钟信号、脉宽控制信号、保护使能信号，以 及电流使能信号，并进行逻辑处理；所述数字逻辑处理电路的输出端与控制输 出端口电连接，通过时钟信号、脉宽控制信号、保护使能信号，和所述的电流 使能信号共同控制功率开关的导通与截止。
全文摘要
本发明公开了一种控制开关电源输出电流的方法及实现该方法的控制器，属于开关电源领域，包括步骤为在变压器的初级边采样开关电源的输出电压或者其等效信号，得到输出电压的缩放信号，同时，采样初级线圈电流或其等效信号，得到初级线圈电流的缩放信号后对其进行平方处理，得到待比较电流平方信号；对输出电压的缩放信号与待比较电流平方信号进行比较，得到电流使能控制信号，如果待比较电流平方信号小于或等于输出电压的缩放信号，则电流使能控制信号不关断所述功率开关，否则，电流使能控制信号关断所述的功率开关。所述控制器包括对初级线圈电流进行平方处理的乘法器或者平方电路，以及进行比较的比较器。本发明具有结构简单、成本低的特性。
文档编号H02M3/24GK101425754SQ20081018824
公开日2009年5月6日 申请日期2008年12月22日 优先权日2008年12月22日
发明者李照华, 王乐康, 赵春波 申请人:深圳市明微电子股份有限公司