一种多环路反馈的控制电路及应用其的开关电源的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种多环路反馈的控制电路及应用其的开关电源，采用多路反馈电路和多路选择电路选择一个最小的误差信号，之后采用补偿电路将上述误差信号转换为补偿信号，所述补偿电路由多个电阻和一个电容串联而成，相对于现有技术，本发明的技术方案电路更加简洁，成本低，并且本发明的技术方案在不同的反馈环路切换时平滑，不会产生电流过冲的现象。
【专利说明】—种多环路反馈的控制电路及应用其的开关电源
【技术领域】
[0001]本发明涉及开关电源领域，更具体地说，涉及一种多环路反馈的控制电路及应用其的开关电源。
【背景技术】
[0002]在开关电源应用中，经常需要有多个反馈量需要控制，例如在对充电电池充放电过程中，需要对输入电压、输入电流、输出电压、输出电流、系统温度等多个反馈量进行反馈控制，这时，系统就会存在多个反馈控制环路，而多个反馈控制环路需要多个补偿电路，传统的做法是每个控制环路各自都有单独的补偿电路，而每个补偿电路均需要单独的补偿电容和补偿电阻，因此，电路中会有多个补偿信号，在工作过程中选择其中的一个补偿信号作为主环路的补偿信号来控制系统。
[0003]但这类方法都有如下的缺点:
[0004]1.由于每个环路的补偿电路均需要单独的补偿电容和补偿电阻，电容和电阻在集成电路里面占用的面积都非常大，所以环路越多，会导致所消耗的面积越大；
[0005]2.在不同的补偿电路切换时，由于每个补偿电容在切换之前预存了一定值的补偿电压，因此，在环路切换过程中，由于电压的调节需要一定的时间，在这个过程中可能会造成电路中电感电流的过冲。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明提出了一种多环路反馈的控制电路及应用其的开关电源，所述控制电路只需一个补偿电路就可以满足多路反馈电路的要求，所述补偿电路包括多个串联的电阻和一个电容即可，相对于现有技术，本发明的技术方案电路结构简单，器件少，并且在不同的环路切换过程中，不会存在电流过冲的现象。
[0007]依据本发明的一种多环路反馈的控制电路，应用于开关电源中，所述开关电源中包含有一功率级电路和PWM控制电路，所述控制电路包括多路反馈电路、多路开关电路和补偿电路，
[0008]所述多路反馈电路接收所述功率级电路中的多路反馈信号，以产生多路误差信号;
[0009]所述多路开关电路与所述多路反馈电路一一对应连接，所述多路开关电路用于将所述多路误差信号传输至所述补偿电路，在稳定工作状态时，所述多路开关电路中的一个导通，以将所述多路误差信号中的一个误差信号传输至所述补偿电路；
[0010]所述补偿电路接收所述误差信号，以产生一补偿信号；所述补偿信号传输给所述PWM控制电路以产生PWM控制信号来控制所述功率级电路中的功率开关管的开关动作；
[0011]进一步的，所述补偿电路包括依次串联在所述开关电路中的第一路开关电路输出端和地之间的多个电阻和电容，所述多个电阻与所述多路反馈电路的数量相一致。
[0012]进一步的，所述多路反馈电路中的每一路反馈电路包括一跨导放大器，
[0013]所述跨导放大器的第一输入端接收所述反馈信号，第二输入端接收表征所述反馈信号的期望值的参考信号，输出端输出所述误差信号和开关控制信号。
[0014]进一步的，所述跨导放大器包括成镜像关系的第一晶体管和第二晶体管，
[0015]所述第一晶体管和第二晶体管的第一功率端接收一第一电流源，所述第一晶体管的控制端接收所述参考信号，所述第二晶体管的控制端接收所述反馈信号，所述第一晶体管的第二功率端连接第三晶体管的第一功率端，所述第二晶体管的第二功率端连接第四晶体管的第一功率端；所述第三晶体管的第二功率端接地；
[0016]所述第四晶体管的第二功率端接地，控制端与其第一功率端和第五晶体管的控制端连接；
[0017]所述第五晶体管的第二功率端接地，第一功率端连接第六晶体管的第二功率端；
[0018]所述第六晶体管的第一功率端接收电压源信号，控制端与其第二功率端、第七晶体管的控制端、第九晶体管的控制端连接；
[0019]所述第七晶体管的第一功率端接收所述电压源信号，第二功率端连接第八晶体管的第一功率端；
[0020]所述第八晶体管的第二功率端接地，控制端与所述第三晶体管的控制端连接；
[0021]其中，所述第七晶体管和第八晶体管的公共连接点的信号作为所述误差信号；
[0022]所述第九晶体管的第一功率端接收所述电压源信号，第二功率端通过第二电流源接地；
[0023]其中，所述第二电流源的大小为在所述第一电流源的一半至第一电流源的范围之间内的任一数值，其中，所述第九晶体管和第二电流源的公共连接点的信号作为所述开关控制信号。
[0024]进一步的，所述多路开关电路中的每一路开关电路包括一开关管，
[0025]所述开关管的第一极性端连接所述跨导放大器的输出端，第二极性端连接至所述补偿电路，控制端接收所述开关控制信号，
[0026]当所述开关控制信号为有效状态时，所述开关管导通，所述误差信号传输至所述补偿电路。
[0027]进一步的，所述多路开关管中的第一路开关管的第二极性端连接至所述补偿电路中的第一个电阻的第一端，所述多路开关管中的剩余开关管的第二极性端依次连接至所述补偿电路中的剩余电阻的公共连接点。
[0028]进一步的，所述控制电路还包括放电电路，所述放电电路的一端连接在所述补偿电路和所述PWM控制电路的公共连接点，另一端接地，
[0029]当所述多路开关电路中的开关管全部关断时，所述补偿电路中的电容通过所述放电电路放电。
[0030]进一步的，所述控制电路还包括缓冲电路，所述缓冲电路连接在所述补偿电路和所述PWM控制电路之间，
[0031 ] 所述缓冲电路用以增强所述补偿信号的驱动能力。
[0032]依据本发明的一种开关电源，包括功率级电路和PWM控制电路，所述功率级电路中包括有一功率开关管，还包括上述的控制电路，
[0033]所述控制电路接收所述功率级电路中的多路反馈信号，以产生补偿信号传输给PWM控制电路；
[0034]所述PWM控制电路接收所述补偿信号以产生PWM控制信号控制所述功率开关管的开关动作，以使得所述多路反馈信号与期望值相一致。
[0035]根据上述的多环路反馈的控制电路及开关电源，采用多路反馈电路和多路选择电路选择一个最小的误差信号，之后采用补偿电路将上述误差信号转换为补偿信号，上述补偿电路由多个电阻和一个电容串联而成，相对于现有技术，本发明的技术方案电路更加简洁，成本低，并且本发明的技术方案在不同的反馈环路切换时平滑，不会产生电流过冲的现象。
【专利附图】
【附图说明】
[0036]图1所示为依据本发明的一种多环路反馈的控制电路的原理图；
[0037]图2所示为图1中跨导放大器的一种具体实现方式的电路图；
[0038]图3所示为现有技术中采用多个补偿电路时电流过冲波形图；
【具体实施方式】
[0039]以下结合附图对本发明的几个优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。
[0040]参考图1，所示为依据本发明的一种多环路反馈的控制电路的原理图；所述多环路反馈的控制电路应用于开关电源中，如图1所示，所述开关电源还包括以功率级电路101和PWM控制电路102，所述功率级电路101接收一输入信号VIN，以输出一稳定的输出信号Vo，其中所述功率级电路101中包括有一功率开关管(图1中没有示出)，所述PWM控制电路102控制所述功率开关管的开关动作以维持输出信号Vo稳定。所述开关电源还包括控制电路103，控制电路103包括多路反馈电路、多路开关电路和补偿电路。
[0041]进一步的，在本实施例方式中，多路反馈电路的每一路反馈电路包括一跨导放大器，如图1所示，多路反馈电路包括多路跨导放大器gml......gmn，所述跨导放大器的第一输入端接收反馈信号，如图1中的Vfbl......Vfbn，第二输入端接收表征所述反馈信号的期望值的参考信号，如图1中的VMfl......VMfn，输出端输出误差信号
Vcl......丫。?和开关控制信号Cl......Cn。
[0042]具体地，如图2所示为跨导放大器gmn的一种具体实现方式的电路图；所述跨导放大器包括成镜像关系的第一晶体管Ml和第二晶体管M2，所述第一晶体管Ml和第二晶体管M2的第一功率端接收一第一电流源II，所述第一晶体管Ml的控制端接收所述参考信号V-，所述第二晶体管M2的控制端接收所述反馈信号Viefn，所述第一晶体管Ml的第二功率端连接第三晶体管M3的第一功率端，所述第二晶体管M2的第二功率端连接第四晶体管M4的第一功率端；所述第三晶体管M3的第二功率端接地；所述第四晶体管M4的第二功率端接地，控制端与其第一功率端和第五晶体管M5的控制端连接；所述第五晶体管M5的第二功率端接地，第一功率端连接第六晶体管M6的第二功率端；所述第六晶体管M3的第一功率端接收电压源信号Vcc，控制端与其第二功率端、第七晶体管M7的控制端、第九晶体管M9的控制端连接；所述第七晶体管M7的第一功率端接收所述电压源信号Vcc，第二功率端连接第八晶体管M8的第一功率端；所述第八晶体管M8的第二功率端接地，控制端与所述第三晶体管M3的控制端连接；其中，所述第七晶体管M7和第八晶体管M8的公共连接点处的信号作为所述误差信号;所述第九晶体管M9的第一功率端接收所述电压源信号Vcc，第二功率端通过第二电流源12接地。
[0043]其中，所述第二电流源的大小为在所述第一电流源的一半至第一电流源的范围之间内的任一数值，例如，本实施例中所述第二电流源设置为所述第一电流源的2/3。其中，所述第九晶体管M9和第二电流源12的公共连接点处的信号作为所述开关控制信号Cn。
[0044]在上述跨导放大器gmn的实施例中，第一晶体管Ml、第二晶体管M2、第六晶体管M6、第七晶体管M7、第九晶体管M9为P型晶体管，第三晶体管M3、第四晶体管M4、第五晶体管M5、第八晶体管M8为N型晶体管，本领域技术人员容易理解，上述的跨导放大器的技术方案不限于上述电路结构和晶体管类型，能实现相同功能的电路或等同替换都在本发明的保护范围之内。
[0045]进一步的，在本实施方式中，所述多路开关电路中的每一路开关电路包括一开关管，如图1所示，多路反馈电路包括多路开关管Qi...*Qn，本实施例中所述开关管以P型晶体管为例，所述开关管Q1....Qn的第一极性端(这里为源极)连接所述跨导放大器的输出端，第二极性端(漏极)连接至所述补偿电路，控制端(栅极)接收所述开关控制信号C1...Cn，当所述开关控制信号C1...Οι为有效状态时，所述对应的开关管导通，所述误差信号传输至所述补偿电路。具体地，所述多路开关管中的第一路开关管的第二极性端(漏极)连接至所述补偿电路中的第一个电阻的第一端如图1中Α点，所述多路开关管中的剩余开关管的第二极性端(漏极)依次连接至所述补偿电路中的剩余电阻的公共连接点，如图1中的B点、C点等公共连接点。这里需要说明的是，当系统工作在稳定工作状态时，所述多路开关电路中的一个导通，以将所述多路误差信号中的一个误差信号传输至补偿电路。一般的，选取多路误差信号中的最小者作为误差信号传输至补偿电路。
[0046]进一步的，本实施例中的所述补偿电路包括依次串联在所述开关电路输出端和地之间的多个电阻(R1...*Rn)和电容Cc，所述多个电阻与所述多路反馈电路的数量相一致。从图1中可以看出，当第一路反馈环路工作时，即对应的开关管Q1导通时，对应的补偿电路的电阻为R1+R2+..?Rn，补偿电容为Cc ;当第二路反馈环路工作时，即对应的开关管Q2导通时，对应的补偿电路的电阻为R2+R3+...Rn，补偿电容为Cc ;依次类推，当第η路反馈环路工作时，开关管Qn导通时，对应的补偿电路的电阻为Rn，补偿电容为Cc，其中，各个电阻的大小由每路补偿信号的需要决定。因此，本实施例中的补偿电路无需每一反馈环路都对应单独的补偿电容，通过上述的技术方案通过对补偿电阻的调节，所述多路反馈环路可以共用一个补偿电容，一方面系统电路在元器件上可以大大减少，体积上可以减小很多，另一方面可以解决在不同的环路切换时，电流过冲的问题。
[0047]如现有技术中所说，如果是每个反馈环路都有单独的补偿电容，由于切换之前预存了一定值的补偿电压，如图3所示，例如当反馈环路从第一路切换至第二路时，由于第二路中的补偿电容积累了较多的电压，在切换之前，其电压值已经为较高值，如3V，在切换之后，其补偿电压会慢慢调整至参考值，如1.5V，而第一路的补偿电容在断开环路后，其补偿信号的值则从参考值如IV慢慢升高，如升高至2.5V，而在这个切换过程中，电感电流的值会存在一个较大幅度的变化，如图3中所示，在两路补偿信号切换的时间中，如tl时间段，电感电流会有一个过冲。而采用本发明实施例的技术方案，由于只采用一个补偿电容，在不同环路切换过程中没有电压交叉调节的问题，则无论哪两路之间的切换都不会出现电流过冲问题。
[0048]结合上述的跨导放大器和多路开关电路可以推知，当某一路反馈环路中，Vfbn>Vrefn时，则根据跨导放大器的具体电路图可知，流经第九晶体管M9的电流小于第二电流源12的电流，因此，对应的那一路开关控制信号Cn为低电平，这里由于开关管Qn为P型晶体管，当开关控制信号Cn为低电平时,为有效状态,开关管Qn导通。而又由于Vfbn>Vrefn时,对应的那一路的误差信号Vcn误最小，最小的误差信号可以保证电感电流在安全范围内工作，不会对电路其他器件造成损害。因此，通过上述的电路，在一个工作周期中，最小的误差信号被选择出，通过补偿电路补偿后，传输给PWM控制电路102。
[0049]进一步的，所述控制电路103还包括放电电路，参考图1，所述放电电路具体包括开关控制电路、开关管S1和放电电流源，所述开关管S1的一端连接在所述补偿电路输出端和所述PWM控制电路的公共连接点，另一端接放电电流源的一端，所述放电电流源的另一端接地。所述开关控制电路接收所述多路开关控制信号cl...Cn，当所述多路开关控制信号全部无效状态时，即所述多路开关电路中的开关管全部关断时，所述开关控制电路控制所述开关管S1导通，所述补偿电路中的电容通过所述放电电流源放电。
[0050]进一步的，所述控制电路还包括缓冲电路，所述缓冲电路连接在所述补偿电路输出端和所述PWM控制电路之间，这里缓冲电路可以为现有技术或现有技术改进的任何合适的电路，例如由运算放大器组成的缓冲电路，所述缓冲电路用以增强所述补偿信号的驱动能力。
[0051]综上，通过本发明实施例的多环路反馈的控制电路，电路结构简单易行，成本和体积都较现有技术大大减小，控制效果也大大提高。
[0052]最后，本发明还公开了一种开关电源，包括功率级电路和PWM控制电路，所述功率级电路中包括有一功率开关管，还包括上述的多环路反馈的控制电路，所述控制电路接收所述功率级电路中的多路反馈信号，以产生补偿信号传输给PWM控制电路；所述PWM控制电路接收所述补偿信号以产生PWM控制信号控制所述功率开关管的开关动作，以使得所述多路反馈信号与期望值相一致。同理，本发明的开关电源也具有成本低、体积小，效果好的有益效果。
[0053]以上对依据本发明的优选实施例的一种多环路反馈的控制电路及应用其的开关电源进行了详尽描述，本领域普通技术人员据此可以推知其他技术或者结构以及电路布局、元件等均可应用于所述实施例。
[0054]依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属【技术领域】技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
【权利要求】
1.一种多环路反馈的控制电路，应用于开关电源中，所述开关电源中包含有一功率级电路和PWM控制电路，其特征在于，所述控制电路包括多路反馈电路、多路开关电路和补偿电路， 所述多路反馈电路接收所述功率级电路中的多路反馈信号，以产生多路误差信号；所述多路开关电路与所述多路反馈电路一一对应连接，所述多路开关电路用于将所述多路误差信号传输至所述补偿电路，在稳定工作状态时，所述多路开关电路中的一个导通，以将所述多路误差信号中的一个误差信号传输至所述补偿电路； 所述补偿电路接收所述误差信号，以产生一补偿信号；所述补偿信号传输给所述PWM控制电路以产生PWM控制信号来控制所述功率级电路中的功率开关管的开关动作。
2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述补偿电路包括依次串联在所述多路开关电路中的第一路开关电路输出端和地之间的多个电阻和电容，所述多个电阻与所述多路反馈电路的数量相一致。
3.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述多路反馈电路中的每一路反馈电路包括一跨导放大器， 所述跨导放大器的第一输入端接收所述反馈信号，第二输入端接收表征所述反馈信号的期望值的参考信号，输出端输出所述误差信号和开关控制信号。
4.根据权利要求3所述的控制电路，其特征在于，所述跨导放大器包括成镜像关系的第一晶体管和第二晶体管， 所述第一晶体管和第二晶体管的第一功率端接收一第一电流源，所述第一晶体管的控制端接收所述参考信号，所述第二晶体管的控制端接收所述反馈信号，所述第一晶体管的第二功率端连接第三晶体管的第一功率端，所述第二晶体管的第二功率端连接第四晶体管的第一功率端；所述第三晶体管的第二功率端接地； 所述第四晶体管的第二功率端接地，控制端与其第一功率端和第五晶体管的控制端连接; 所述第五晶体管的第二功率端接地，第一功率端连接第六晶体管的第二功率端； 所述第六晶体管的第一功率端接收电压源信号，控制端与其第二功率端、第七晶体管的控制端、第九晶体管的控制端连接； 所述第七晶体管的第一功率端接收所述电压源信号，第二功率端连接第八晶体管的第一功率端； 所述第八晶体管的第二功率端接地，控制端与所述第三晶体管的控制端连接； 其中，所述第七晶体管和第八晶体管的公共连接点的信号作为所述误差信号； 所述第九晶体管的第一功率端接收所述电压源信号，第二功率端通过第二电流源接地； 其中，所述第二电流源的大小为在所述第一电流源的一半至第一电流源的范围之间内的任一数值，其中，所述第九晶体管和第二电流源的公共连接点的信号作为所述开关控制信号。
5.根据权利要求3所述的控制电路，其特征在于，所述多路开关电路中的每一路开关电路包括一开关管， 所述开关管的第一极性端连接所述跨导放大器的输出端，第二极性端连接至所述补偿电路，控制端接收所述开关控制信号， 当所述开关控制信号为有效状态时，所述开关管导通，所述误差信号传输至所述补偿电路。
6.根据权利要求5所述的控制电路，其特征在于，所述多路开关管中的第一路开关管的第二极性端连接至所述补偿电路中的第一个电阻的第一端，所述多路开关管中的剩余开关管的第二极性端依次连接至所述补偿电路中的剩余电阻的公共连接点。
7.根据权利要求5所述的控制电路，其特征在于，所述控制电路还包括放电电路，所述放电电路的一端连接在所述补偿电路和所述PWM控制电路的公共连接点，另一端接地， 当所述多路开关电路中的开关管全部关断时，所述补偿电路中的电容通过所述放电电路放电。
8.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述控制电路还包括缓冲电路，所述缓冲电路连接在所述补偿电路和所述PWM控制电路之间， 所述缓冲电路用以增强所述补偿信号的驱动能力。
9.一种开关电源，包括功率级电路和PWM控制电路，所述功率级电路中包括有一功率开关管，其特征在于，包括权利要求1-8任一所述的控制电路， 所述控制电路接收所述功率级电路中的多路反馈信号，以产生补偿信号传输给PWM控制电路； 所述PWM控制电路接收所述补偿信号以产生PWM控制信号控制所述功率开关管的开关动作，以使得所述多路反馈信号与期望值相一致。
【文档编号】H02M1/32GK104283426SQ201410474470
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年9月17日 优先权日:2014年9月17日
【发明者】陈君 申请人:矽力杰半导体技术(杭州)有限公司