电源适配器及其适配控制电路和适配控制方法
【专利摘要】本发明公开一种适配控制电路，包括具有功率开关管的Buck式变换电路或者Buck/Boost式变换电路；还包括电流源、第一电容、电流采样模块和控制器模块，所述控制器模块具有用于输入工作电压的第一引脚端、接地的第二引脚端、与所述电流采样模块连接并接收采样电流输入的第三引脚端和与所述功率开关管的控制端连接并输出开关信号的第四引脚端；所述Buck式变换电路或者Buck/Boost式变换电路的电压输出端还通过反馈二极管连接所述第一引脚端，其中，所述控制器模块由被所述电流源充电的第一电容供电。还公开一种适配控制方法和一种适配控制器。上述适配控制器有效地降低了电路设计成本和复杂度。
【专利说明】电源适配器及其适配控制电路和适配控制方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及电子设备领域，特别是涉及一种电源适配器及其适配控制电路和适配控制方法。
【背景技术】
[0002]电源适配器是小型便携式电子设备及电子电器的供电电源变换设备。目前，很多电子设备工作时，都需要电源适配器对其进行供电。
[0003]传统的电源适配器中以隔离式的反激变换器为典型代表，其在电路设计过程中需要一个2绕组或者3绕组的变压器。另外，为了实现输出电压的闭环控制，有些电路还需要一个光耦隔离器和TL431。这样增加了电路的设计成本。
【发明内容】
[0004]基于此，有必要提供一种低成本的电源适配器及其适配控制电路和适配控制方法。
[0005]一种适配控制电路，包括:具有功率开关管的Buck式变换电路或者Buck/Boost式变换电路；还包括:电流源，用于提供充电电流；第一电容，与所述电流源连接并被所述电流源充电；电流采样模块，用于采样通过所述功率开关管的电流；控制器模块，具有用于输入工作电压的第一引脚端、接地的第二引脚端、与所述电流采样模块连接并接收采样电流输入的第三引脚端和与所述功率开关管的控制端连接并输出开关信号的第四引脚端；所述第一电容连接在所述第一引脚端和第二引脚端之间；所述Buck式变换电路或者Buck/Boost式变换电路的电压输出端还通过反馈二极管连接所述第一引脚端，将输出电压加在所述第一电容上；其中，所述控制器模块由被所述电流源充电的第一电容供电，并通过调节所述开关信号将所述第一电容上的电压动态地维持在第一参考电压。
[0006]在其中一个实施例中，所述控制器模块包括启动电路和控制电路，所述启动电路在所述第一电容上的电压值大于预设的启动电压阈值时启动对所述控制电路的供电，所述控制电路通过调节所述开关信号将所述第一电容上的电压动态地维持在第一参考电压。
[0007]在其中一个实施例中，所述启动电路包括欠压保护电路和低压差线性稳压器，所述欠压保护电路输入所述启动电压阈值和第一电容上的电压，并在所述第一电容上的电压大于预设的启动电压阈值时，将输出信号由低电平翻转为高电平，所述低压差线性稳压器根据所述高电平为所述控制电路供电。
[0008]在其中一个实施例中，所述控制电路包括时钟发生器、第一比较器、第二比较器、与门和RS触发器；所述第一比较器的正向输入端连接基准电压源，并接收第一参考电压的输入，所述第一比较器的反向输入端连接所述第一电容的正极并接收第一电容电压的输入，所述第一比较器的输出端、所述时钟发生器的输出端分别和所述与门的输入端连接，所述与门的输出端接所述RS触发器的置位端；所述第二比较器的正向输入端连接所述电流采样模块并接收采样电流的输入，所述第二比较器的反向输入端连接基准电流源，并接收基准峰值电流的输入，所述第二比较器的输出端连所述RS触发器的复位端；所述RS触发器的输出端连接所述功率开关管的控制端。
[0009]一种应用于电源适配器的适配控制方法，包括如下步骤:
[0010]对电源适配器中的第一电容充电；
[0011]判断所述第一电容两端的电压是否大于电源适配器中的控制器模块预设的启动电压阈值；
[0012]若是，将与所述第一电容正极连接的欠压保护电路的输出信号由低电平翻转为高电平，同时，与所述第一电容正极连接的低压差线性稳压器开始给所述控制器模块内部电路供电，所述第一电容两端的电压开始下降；若否，继续对所述第一电容充电；
[0013]所述控制器模块开始调节输出至功率开关管的开关信号，输出电压开始升高；
[0014]判断输出电压是否大于第一电容两端的电压；
[0015]若是，则在所述功率开关管关断时，正向导通连接在电压输出端与所述第一电容正极之间的反馈二极管将输出电压加在所述第一电容上，第一电容两端电压跟随输出电压逐渐升高直至所述第一电容和所述输出电压与第一参考电压相等；若否，反向截止所述反馈二极管。
[0016]在其中一个实施例中，所述控制器模块开始调节输出至功率开关管的开关信号，输出电压开始升高的步骤包括:
[0017]当所述控制器模块中的时钟发生器输出为高时，判断所述第一电容两端的电压是否小于第一参考电压；
[0018]若是，导通所述功率开关管，输出电压升高；若否，关断所述功率开关管；
[0019]当功率开关管导通时，判断流过所述功率开关管的电流是否大于预设的基准峰值电流；
[0020]若是，关断所述功率开关管，并在所述时钟发生器再次输出为高时，判断所述供电模块两端的电压是否小于第一参考电压；若否，则保持功率开关管导通。
[0021 ] 一种电源适配器，包括所述的适配控制电路。
[0022]上述适配控制器不需要多绕组变压器、光耦隔离器和TL431，通过适配控制电路中的控制器模块调节开关信号实现了第一电容两端的电压与第一参考电压相等从而实现了恒压输出这目的，有效地降低了设计成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为一实施例电源适配控制电路工作模块图；
[0024]图2为一实施例电源适配控制电路原理图；
[0025]图3为另一实施例电源适配控制电路原理图；
[0026]图4为一实施例电源适配控制电路工作时的相关波形图；
[0027]图5为第一参考电压小于启动电压阈值时电路工作时序图；
[0028]图6为第一参考电压大于启动电压阈值时电路工作时序图；
[0029]图7为一实施例的适配控制方法流程图。
【具体实施方式】
[0030]如图1所示，为一实施例电源适配控制电路工作模块图。该适配控制电路包括Buck式变换电路10、电流源20、电流采样模块30、控制器模块40、第一电容C1以及反馈二极管Dl。Buck式变换电路10包括输入电压Vin、功率开关管S1、电感L1、续流二极管D2、输出电容C2。
[0031]其中，控制器模块40具有用于输入工作电压的第一引脚端VIN、接地的第二引脚端GND、与所述电流采样模块30连接并接收采样电流输入的第三引脚端CS和与所述功率开关管S1的控制端连接并输出开关信号的第四引脚端GATE。
[0032]电流源20连接在输入电压Vin与第一电容C1之间，用于给第一电容C1提供充电电流Ichg。
[0033]电流采样模块30的输入端连接功率开关管S1的输出端，电流采样模块30的输出端连接控制器模块40第三引脚端CS。电流采样模块30用于采样通过所述功率开关管S1的电流。
[0034]第一电容C1连接在控制器模块40的第一引脚端VIN和第二引脚端GND之间。第一电容C1与电流源20连接并被电流源20充电。
[0035]反馈二极管D1的正极与Buck式变换电路10的电压输出端连接，反馈二极管D1的负极与控制器模块40的第一引脚端VIN连接。反馈二极管D1将输出电压Vout加在第一电容C1上。
[0036]控制器模块40由被电流源20充电的第一电容C1供电，并通过调节输出至功率开关管S1的开关信号将第一电容C1上的电压动态地维持在第一参考电压Vref。
[0037]请结合图2。
[0038]该适配控制电路的控制模块40包括启动电路410和控制电路420。启动电路410在第一电容C1上的电压值大于预设的启动电压阈值Vin_on时启动对控制电路420的供电。控制电路420通过调节输出至功率开关管S1的开关信号将第一电容C1上的电压动态地维持在第一参考电压Vref。
[0039]启动电路410包括欠压保护电路411和LDO (low dropout regulator,低压差线性稳压器)412。欠压保护电路411输入启动电压阈值Vin_on和第一电容C1上的电压,并在第一电容C1上的电压大于预设的启动电压阈值Vin_on时，将输出信号PG由低电平翻转为高电平，LD0412根据所述高电平为控制电路420供电。
[0040]控制电路420包括时钟发生器421、第一比较器U1、第二比较器U2、与门422和RS触发器423。
[0041]第一比较器U1的正向输入端(+ )连接基准电压源，并接收第一参考电压Vref的输入，第一比较器U1的反向输入端(-)连接第一电容C1的正极并接收第一电容C1电压的输入。第一比较器U1的输出端、时钟发生器422的输出端分别和与门422的输入端连接，与门422的输出端接RS触发器423的置位端。
[0042]第二比较器U2的正向输入端(+ )连接电流采样模块30并接收采样电流的输入，第二比较器U2的反向输入端(_)连接基准电流源，并接收基准峰值电流Ipk的输入，第二比较器U2的输出端连RS触发器423的复位端。RS触发器423的输出端连接功率开关管S1的控制端。
[0043]图3所示为另一实施例电源适配控制电路原理图。该适配控制电路包括Buck/Boost式变换电路10、电流源20、电流采样模块30、控制器模块40、第一电容C1以及反馈二极管Dl。Buck/Boost式变换电路10包括输入电压Vin、功率开关管S1、电感L1、续流二极管D2、输出电容C2。
[0044]其中，电流源20、电流采样模块30、控制器模块40、第一电容C1以及反馈二极管D2的具体连接方式和工作原理与图2所示实施例电源适配控制电路相似。
[0045]以下以图2所示的电路图说明电路的工作原理。
[0046]当输入电压Vin建立稳定后，连接在控制器模块40的第一引脚端VIN和第二引脚端GND之间的第一电容C1通过电流源20从输入电压Vin获得充电电流Ichg。当第一电容C1上的电压逐步升高并大于预设的启动电压阈值Vin_on时，启动电路410中的欠压保护电路411的输出信号PG由低电平翻转为高电平，LD0412开始为控制器模块40内部控制电路420供电，控制器模块40的其他组成部分开始正常工作。同时，通过控制器模块40的第一引脚端VIN流入控制器模块40的工作电流lop大于电流源20提供的充电电流Ichg，第一电容Cl电压开始下降。
[0047]当第一电容C1两端的电压即控制器模块40的第一引脚端VIN的电压下降到低于第一参考电压Vref时，第一比较器U1的输出为高。当时钟发生器421的输出也为高时，RS触发器4423被置位，在控制器模块40的第四引脚端GATE的驱动下Buck式变换电路10中的功率开关管S1导通，输入电压Vin开始给电感L1和输出电容C2充电(图3中输入电压Vin开始给电感L1充电)。在功率开关管S1导通的时间内电流采样模块30将流过功率开关管S1的电流输出至比较器U2与基准峰值电流Ipk比较，当流过功率开关管S1的电流大于基准峰值电流Ipk时，比较器U2输出为高，RS触发器423的输出被复位，功率开关管S1关断。在下一个时钟周期即时钟发生器421的输出再为高时判断第一电容C1上的电压是否低于第一参考电压Vref来决定是否再次导通功率开关管S1。
[0048]反馈二极管D1的作用是在功率开关管S1关断后将输出电压Vout与控制器模块40的第一引脚端VIN连通,将输出电压Vout加在第一电容C1上，所以控制器模块40的第一引脚端VIN上的电压可以代表输出电压Vout的大小。最终,在控制器模块40的控制下第一引脚端VIN上的电压即第一电容C1两端的电压实现了与第一参考电压Vref相等，也就实现了输出电压Vout与第一参考电压Vref相等。电路工作时的相关波形图如图4所示。
[0049]请结合图5，为第一参考电压小于启动电压阈值时电路工作时序图。当第一参考电压Vref小于基准开启电压Vin_on时，电路工作可以分为4个时序阶段:
[0050]T1:充电电流Ichg大于工作电流Ιορ，第一电容C1两端的电压(也即加载VIN端的电压)逐渐升高直到超过了预设的启动电压阈值Vin_on。
[0051]T2:启动电路410中的欠压保护电路411输出信号PG为高，控制器模块40内部控制电路420开始工作，由于第一电容C1两端的电压高于第一参考电压Vref，所以控制器模块40第四引脚端GATE输出为低，输出电压Vout无法升高。另外，由于工作电流Ιορ大于了充电电流Ichg，所以第一电容C1两端的电压逐渐下降。
[0052]T3:第一电容C1两端电压逐渐下降并小于了第一参考电压Vref，控制器模块40中的RS触发器423开始不断的重复性的置位和复位，此时，输出电压Vout逐渐升高。这段时间内由于输出电压Vout还小于第一电容C1两端的电压，所以反馈二极管D1被反向截止且第一电容C1两端的电压继续降低。
[0053]T4:输出电压Vout开始大于第一电容C1两端的电压，当控制器模块40中的RS触发器423被复位，功率开关管S1关断后，反馈二极管D1正向导通给第一电容C1充电。在输出电压Vout的反馈控制下，第一电容C1两端的电压跟随输出电压Vout逐渐升高直至系统稳定，即第一电容C1和输出电压Vout与第一参考电压Vref相等。
[0054]请结合图6，为第一参考电压大于启动电压阈值时电路工作时序图。当第一参考电压Vref大于启动电压阈值Vin_on时，电路工作可以分为3个时序阶段:
[0055]T1:充电电流Ichg大于工作电流Ιορ，第一电容C1两端的电压逐渐升高直到超过了预设的启动电压阈值Vin_on。
[0056]T2:启动电路410中的欠压保护电路411输出信号PG为高，控制器模块40内部控制电路420开始工作，由于工作电流Ιορ大于了充电电流Ichg，所以第一电容C1两端的电压逐渐下降；第一电容C1两端电压逐渐下降并小于了第一参考电压Vref，控制器模块40中的RS触发器423开始不断的重复性的置位和复位，此时，输出电压Vout逐渐升高。这段时间内由于输出电压Vout还小于第一电容C1两端的电压，所以反馈二极管D1被反向截止且第一电容C1两端的电压继续降低。
[0057]T3:输出电压Vout开始大于第一电容C1两端的电压，当控制器模块40中的RS触发器423被复位，功率开关管S1关断后，反馈二极管D1正向导通给第一电容C1充电。在输出电压Vout的反馈控制下，第一电容C1两端的电压跟随输出电压Vout逐渐升高直至系统稳定，即第一电容C1和输出电压Vout与第一参考电压Vref相等。
[0058]图7所示为一实施例的适配控制方法流程图。该方法具体包括如下步骤:
[0059]S110:对电源适配器中的第一电容充电。
[0060]在本实施例中，电源适配器中的控制器模块具有用于输入工作电压的第一引脚端、接地的第二引脚端、与电流采样模块连接并接收采样电流输入的第三引脚端和与功率开关管的控制端连接并输出开关信号的第四引脚端。
[0061]第一电容连接在所述控制器模块第一引脚端与第二引脚端之间，所述第一电容两端的电压值就是控制器模块第一引脚端的电压值，在充电过程中，第一电容两端的电压逐渐升闻。
[0062]S120:判断所述第一电容两端的电压是否大于电源适配器中的控制器模块预设的启动电压阈值。
[0063]在本实施例中，如果第一电容两端的电压大于电源适配器中的控制器模块预设的启动电压阈值，则执行步骤S130;如果第一电容两端的电压还小于电源适配器中的控制器模块预设的启动电压阈值，则返回到步骤S110，即第一电容继续充电。
[0064]S130:将欠压保护电路的输出信号由低电平翻转为高电平，低压差线性稳压器开始给控制器模块内部电路供电，所述第一电容两端的电压开始下降。
[0065]在本实施例中，如果第一电容两端的电压大于电源适配器中的控制器模块预设的启动电压阈值，那么通过控制器模块第一引脚端的电流会大于电路中电流源提供的充电电流，所述第一电容两端的电压会下降。
[0066]S140:所述控制器模块开始调节输出至功率开关管的开关信号，输出电压开始升闻。
[0067]在本实施例中，所述控制器模块开始调节输出至功率开关管的开关信号，输出电压开始升高的具体过程为:当控制器模块中的时钟发生器输出为高时，判断所述第一电容两端的电压是否小于第一参考电压。若第一电容两端的电压小于第一参考电压，则所述功率开关管导通，输出电压升高；若第一电容两端的电压大于第一参考电压，所述功率开关管关断；
[0068]当功率开关管导通时，判断流过所述功率开关管的电流是否大于预设的基准峰值电流。若所述功率开关管的电流大于预设的基准峰值电流，所述功率开关管关断，并在所述时钟发生器再次输出为高时，判断所述第一电容两端的电压是否小于第一参考电压来决定是否导通功率开关管；若所述功率开关管的电流小于预设的基准峰值电流，则保持功率开关管导通。
[0069]S150:判断输出电压是否大于第一电容两端的电压。
[0070]S160:在所述功率开关管关断时，正向导通连接在电压输出端与所述第一电容正极之间的反馈二极管给所述第一电容充电，第一电容两端电压跟随输出电压逐渐升高直至系统稳定。
[0071]在本实施例中，所述系统稳定是指所述第一电容和所述输出电压与第一参考电压相等。
[0072]S170:反向截止反馈二极管。
[0073]一实施例的电源适配器，包括上述的适配控制电路。因为上述适配控制电路不需要多绕组变压器、光耦隔离器和TL431，通过适配控制电路中的控制器模块调节开关信号实现了第一电容两端的电压与第一参考电压相等从而实现了恒压输出这目的，有效地降低了设计成本。
[0074]以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【权利要求】
1.一种适配控制电路，包括:具有功率开关管的Buck式变换电路或者Buck/Boost式变换电路；其特征在于，还包括: 电流源，用于提供充电电流； 第一电容，与所述电流源连接并被所述电流源充电； 电流采样模块，用于采样通过所述功率开关管的电流； 控制器模块，具有用于输入工作电压的第一引脚端、接地的第二引脚端、与所述电流采样模块连接并接收采样电流输入的第三引脚端和与所述功率开关管的控制端连接并输出开关信号的第四引脚端；所述第一电容连接在所述第一引脚端和第二引脚端之间； 所述Buck式变换电路或者Buck/Boost式变换电路的电压输出端还通过反馈二极管连接所述第一引脚端，将输出电压加在所述第一电容上； 其中，所述控制器模块由被所述电流源充电的第一电容供电，并通过调节所述开关信号将所述第一电容上的电压动态地维持在第一参考电压。
2.根据权利要求1所述的适配控制电路，其特征在于，所述控制器模块包括启动电路和控制电路，所述启动电路在所述第一电容上的电压值大于预设的启动电压阈值时启动对所述控制电路的供电，所述控制电路通过调节所述开关信号将所述第一电容上的电压动态地维持在第一参考电压。
3.根据权利要求2所述的适配控制电路，其特征在于，所述启动电路包括欠压保护电路和低压差线性稳压器，所述欠压保护电路输入所述启动电压阈值和第一电容上的电压，并在所述第一电容上的电压大于预设的启动电压阈值时，将输出信号由低电平翻转为高电平，所述低压差线性稳压器根据所述高电平为所述控制电路供电。
4.根据权利要求2所述的适配控制电路，其特征在于，所述控制电路包括时钟发生器、第一比较器、第二比较器、与门和RS触发器； 所述第一比较器的正向输入端连接基准电压源，并接收第一参考电压的输入，所述第一比较器的反向输入端连接所述第一电容的正极并接收第一电容电压的输入，所述第一比较器的输出端、所述时钟发生器的输出端分别和所述与门的输入端连接，所述与门的输出端接所述RS触发器的置位端； 所述第二比较器的正向输入端连接所述电流采样模块并接收采样电流的输入，所述第二比较器的反向输入端连接基准电流源，并接收基准峰值电流的输入，所述第二比较器的输出端连所述RS触发器的复位端； 所述RS触发器的输出端连接所述功率开关管的控制端。
5.—种应用于电源适配器的适配控制方法,基于权利要求1?4任一项所述的适配控制电路，包括如下步骤: 对电源适配器中的第一电容充电； 判断所述第一电容两端的电压是否大于电源适配器中的控制器模块预设的启动电压阈值； 若是，将与所述第一电容正极连接的欠压保护电路的输出信号由低电平翻转为高电平，同时，与所述第一电容正极连接的低压差线性稳压器开始给所述控制器模块内部电路供电，所述第一电容两端的电压开始下降；若否，继续对所述第一电容充电； 所述控制器模块开始调节输出至功率开关管的开关信号，输出电压开始升高； 判断输出电压是否大于第一电容两端的电压； 若是，则在所述功率开关管关断时，正向导通连接在电压输出端与所述第一电容正极之间的反馈二极管将大于第一电容上电压的输出电压加在所述第一电容上，第一电容两端电压跟随输出电压逐渐升高直至所述第一电容和所述输出电压与第一参考电压相等；若否，反向截止所述反馈二极管。
6.根据权利要求5所述的适配控制方法，其特征在于，所述控制器模块开始调节输出至功率开关管的开关信号，输出电压开始升高的步骤包括: 当所述控制器模块中的时钟发生器输出为高时，判断所述第一电容两端的电压是否小于第一参考电压； 若是，导通所述功率开关管，输出电压升高；若否，关断所述功率开关管； 当功率开关管导通时，判断流过所述功率开关管的电流是否大于预设的基准峰值电流； 若是，关断所述功率开关管，并在所述时钟发生器再次输出为高时，判断所述供电模块两端的电压是否小于第一参考电压；若否，则保持功率开关管导通。
7.一种电源适配器，其特征在于，包括权利要求1?4任一项所述的适配控制电路。
【文档编号】H02M3/155GK104426370SQ201310409696
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年9月10日 优先权日:2013年9月10日
【发明者】张波, 易长根, 胡遇杰 申请人:杭州必易科技有限公司