开关电源及其控制电路的制作方法

本实用新型属于电力电子技术领域，更具体地，涉及开关电源及其控制电路。

背景技术：

开关电源是采用开关信号控制开关管的导通和关断，通过对储能元件的充电和放电维持稳定输出的电源电路。在开关电源中，控制电路产生开关信号，以控制开关管的导通和关断。开关管的导通时间占整个开关周期的比值称为占空比。开关电源的输入电压、输出电压和占空比之间存在着特定的关系。因此，在输入电压波动时，可以通过占空比的反馈调节获得稳定的输出电压，开关电源的电压调节范围受到占空比范围的限制。

开关电源的恒定时间控制方法包括恒导通控制方法(Constant On Time,COT)和恒关断控制方法(Constant Off Time,COT)。其中，恒导通控制方法通过控制所述开关电源的开关管以恒定的时间导通，实现将输入电压转换为输出电压以驱动负载，恒关断控制方法通过控制所述开关电源的开关管以恒定的时间关断，实现将输入电压转换为输出电压以驱动负载。通常，由于控制电路中的运算放大器、比较器和驱动模块等需要一定的时间来检测和动作，因此，开关信号的关断时间应该大于等于最小关断时间，开关信号的导通时间应该大于等于最小导通时间。

由于最小关断时间的存在，在恒导通控制方法中，占空比的最大值受到限制；由于最小导通时间的存在，在恒关断控制方法中，占空比的最小值受到限制。因此开关电源的输入电压与输出电压的范围受到限制。

因此，期望进一步实现宽输入和输出电压范围。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供开关电源及其控制电路，其中控制电路根据时间参数调节参考周期。

根据本实用新型的第一方面，提供一种用于开关电源的控制电路，包括：调节模块，用于将开关信号的周期与参考周期进行比较以产生第一控制电压；电流源模块，用于根据所述第一控制电压产生第一充电电流；脉冲信号产生模块，用于将所述第一充电电流转换为开关导通或关断时间信号；驱动模块，用于根据所述开关导通或关断时间信号产生所述开关信号，以控制开关管的导通与关断；以及时间测量模块，用于根据所述开关信号得到时间参数并且根据所述时间参数产生周期调节信号，其中，所述调节模块根据所述周期调节信号调节所述参考周期，从而调节所述开关信号的周期。

优选地，在所述开关电源的恒导通控制模式下，所述时间测量模块包括关断时间测量电路，用于测量所述开关信号的关断时间作为所述时间参数，并且当所述关断时间小于第一阈值时，所述周期调节信号使所述参考周期增大。

优选地，在所述开关电源的恒关断控制模式下，所述时间测量模块包括导通时间检测电路，并且当所述导通时间小于第一阈值时，所述周期调节信号使所述参考周期增大。

优选地，所述调节模块包括：计时模块，用于根据所述开关信号产生参考周期信号，所述参考周期信号是与所述开关信号同步触发的脉冲信号；边沿比较模块，用于将所述参考周期信号和所述开关信号进行比较，以产生第一使能信号和第二使能信号；补偿模块，用于提供所述第一控制电压，以及根据第一使能信号和第二使能信号调节所述第一控制电压的电压值。

优选地，所述计时模块包括：第一电容，在所述第一电容的两端产生第二控制电压；第一电流源，与所述第一电容串联连接，用于向所述第一电容提供第一电流；第一开关，与所述第一电容并联连接，用于控制所述第一电容的充电和放电过程；第一比较器，用于将所述第二控制电压与第一参考电压相比较，从而产生所述参考周期信号，其中，所述第一开关在所述开关信号的控制下导通和关断，所述计时模块通过改变所述第一电容的充电时间来调节所述参考周期。

优选地，所述调节模块还包括：第一电压源，用于提供所述第一参考电压，在所述调节模块增大所述参考周期的情形下，所述第一电流源的电流值减小或/和所述第一参考电压升高，从而延长所述第一电容的充电时间，在所述调节模块减小所述参考周期的情形下，所述第一电流源的电流值增加或/和所述第一参考电压减小，从而减少所述第一电容的充电时间。

根据本实用新型的第二方面，提供一种开关电源，包括：主电路；以及上述的控制电路，其中，所述主电路包括开关管，所述控制电路控制所述开关管的导通和关断。

优选地，所述主电路为升压型拓扑、降压型拓扑、升降压型拓扑和反激型拓扑中的任一种。

根据本实用新型实施例的开关电源控制电路，利用参考周期的动态控制补偿开关信号的事件参数的变化，从而实现宽输入、输出电压范围，并提高系统稳定性。

在开关电源的恒导通控制模式下，在对应的优选实施例中，如果关断时间小于第一阈值，则参考周期延长，第一阈值对应于系统的最小关断时间。根据开关信号的关断时间动态调节参考周期，使得所述关断时间始终大于最小关断时间。因而，该控制方法通过对参考周期的动态控制来补偿开关信号的关断时间的变化，从而可以进一步提高最大占空比Dmax，实现宽输入和输出电压范围。

在开关电源的恒导通控制模式下，在对应的优选实施例中，如果关断时间大于等于第一阈值，则参考周期减小。根据开关信号的关断时间动态调节参考周期，在开关信号的关断时间大于最小关断时间的前提下，该控制电路进一步提高开关信号的频率，从而可以提高系统效率以及避免音频噪声的产生。

在开关电源的恒关断控制模式下，在对应的优选实施例中，如果导通时间小于第二阈值，则参考周期延长，第二阈值对应于系统的最小导通时间。根据开关信号的导通时间动态调节参考周期，使得所述导通时间始终大于最小导通时间。因而，该控制方法通过对参考周期的动态控制来补偿开关信号的导通时间的变化，从而可以进一步降低最小占空比Dmin，实现宽输入和输出电压范围。

在开关电源的恒关断控制模式下，在对应的优选实施例中，如果导通时间大于等于第二阈值，则参考周期减小。根据开关信号的导通时间动态调节参考周期，在开关信号的导通时间大于最小导通时间的前提下，该控制电路进一步提高开关信号的频率，从而可以提高系统效率以及避免音频噪声的产生。

附图说明

通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。

图1示出BUCK型开关电源的示意性框图。

图2示出BOOST型开关电源的示意性框图。

图3示出在图1和2所示开关电源中采用的现有控制电路的示意性框图。

图4至5分别示出在图2所示控制电路中采用的计时模块、调节模块和驱动模块的示意性框图。

图6a示出在开关电源的恒导通控制模式下图2所示的控制电路中采用的脉冲信号产生模块的示意性框图。

图6b示出在开关电源的恒关断控制模式下图2所示的控制电路中采用的脉冲信号产生模块的示意性框图。

图7示出根据本实用新型第一实施例的开关电源控制电路的示意性框图。

图8示出图7所示控制电路中采用的一种计时模块的示意性框图。

图9示出图7所示控制电路中采用的另一种计时模块的示意性框图。

图10示出根据本实用新型第二实施例的开关电源的恒导通时间控制方法的流程图。

图11示出根据本实用新型第三实施例的开关电源的恒导通时间控制方法的流程图。

图12示出根据本实用新型第四实施例的开关电源的恒导通时间控制方法的流程图。

图13示出根据本实用新型第五实施例的开关电源的恒关断时间控制方法的流程图。

图14示出根据本实用新型第六实施例的开关电源的恒关断时间控制方法的流程图。

图15示出根据本实用新型第七实施例的开关电源的恒关断时间控制方法的流程图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本实用新型。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，在图中可能未示出某些公知的部分。

在下文中描述了本实用新型的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本实用新型。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本实用新型。

以下将参照附图更详细地描述本实用新型。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，在图中可能未示出某些公知的部分。

在下文中描述了本实用新型的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本实用新型。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本实用新型。

图1示出降压型(BUCK)开关电源的示意性框图。如图1所示，开关电源100具有接收直流输入电压Vin的输入端和用于提供直流输出电压Vout的输出端。开关电源100的主电路包括电容Cin和Cout、开关管M1、二极管D1和电感L1。开关电源100的控制电路110为开关管M1提供开关信号Vg。

在开关电源100的主电路中，电容Cin连接在输入端和地之间，用于对直流输入电压Vin进行滤波。电容Cout连接在输出端和地之间，用于提供直流输出电压Vout。开关管M1和二极管D1串联连接在输入端和地之间。开关管M1具有第一端、第二端和控制端。开关管M1的控制端接收开关信号Vg，并且在导通状态下电流从第一端流至第二端。二极管D1的阳极接地，阴极连接至开关管M1的第二端。电感L1连接在开关管M1与二极管D1的中间节点和输出端之间。

开关管M1例如是选自金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和双极晶体管的一种。例如，开关管M1为N型MOSFET，第一端、第二端和控制端分别为漏极、源极和栅极。

开关电源100的控制电路110分别连接输至主电路的输入端和输出端以及开关管M1的控制端。如下文所述，控制电路110包括比较器和脉冲信号产生模块等电路模块。控制电路110采用输入端提供的直流输入电压Vin和输出端提供的直流输出电压Vout，产生供电电压和/或参考电压，以提供给内部电路模块使用。此外，直流输入电压Vin和直流输出电压Vout进一步提供反馈信号，控制电路110根据反馈信号产生开关信号，从而控制开关管M1在每个开关周期中的导通时间和关断时间，即调节占空比，使得直流输出电压大致恒定。

在开关管M1的导通期间，开关管M1与二极管D1的中间节点的电压大致等于直流输入电压Vin，二极管D1反向截止。直流输入电压Vin经由开关管M1给电感L1充电，电感电流IL流经电感L1且线性增加。同时，直流输入电压Vin对电容Cout充电，在电容Cout的两端产生直流输出电压Vout。

在开关管M1的关断期间，由于电感L1的电流保持特性，电感电流IL继续流经电感L1，电感电流IL线性减小。电感L1两端的极性改变，使得二极管D1正向导通。电容Cout放电，从而维持直流输出电压Vout。

在BUCK型开关电源中，直流输出电压Vout与直流输入电压Vin和开关信号Vg的占空比D相关，即满足Vout＝Vin*D的关系。

图2示出升压型(BOOST)开关电源的示意性框图。如图2所示，开关电源200具有接收直流输入电压Vin的输入端和用于提供直流输出电压Vout的输出端。开关电源200的主电路包括电容Cin和Cout、开关管M1、二极管D1和电感L1。开关电源200的控制电路210为开关管M1提供开关信号Vg。

在开关电源200的主电路中，电容Cin连接在输入端和地之间，用于对直流输入电压Vin进行滤波。电容Cout连接在输出端和地之间，用于提供直流输出电压Vout。电感L1和开关管M1串联连接在输入端和地之间。开关管M1具有第一端、第二端和控制端。开关管M1的控制端接收开关信号Vg，并且在导通状态下电流从第一端流至第二端。二极管D1的阳极连接在电感L1与开关管M1的中间节点，二极管D1的阴极连接至输出端。

开关电源200的控制电路210分别连接输至主电路的输入端和输出端以及开关管M1的控制端。如下文所述，控制电路210包括比较器和脉冲信号产生模块等电路模块。控制电路210采用输入端提供的直流输入电压Vin和输出端提供的直流输出电压Vout，产生供电电压和/或参考电压，以提供给内部电路模块使用。此外，直流输入电压Vin和直流输出电压Vout进一步提供反馈信号，控制电路210根据反馈信号产生开关信号，从而控制开关管M1在每个开关周期中的导通时间和关断时间，即调节占空比，使得直流输出电压大致恒定。

在开关管M1的导通期间，电感L1与开关管M1的中间节点经由开关管M1接地，二极管D1反向截止。直流输入电压Vin给电感L1充电，电感电流IL流经电感L1且线性增加。二极管D1防止电容Cout经由开关管M1放电，从而维持电容Cout两端的直流输出电压Vout。

在开关管M1的关断期间，由于电感L1的电流保持特性，电感电流IL继续流经电感L1，电感电流IL线性减小。电感L1两端的极性改变，使得二极管D1正向导通。电感电流IL给电容Cout充电，在电容Cout的两端产生直流输出电压Vout。此时，电容Cout两端的直流输出电压Vout高于直流输入电压Vin。

在BOOST型开关电源中，直流输出电压Vout与直流输入电压Vin和开关信号Vg的占空比D相关，即满足Vout＝Vin/D的关系。

下面主要针对开关电源的恒导通控制模式下电路工作原理进行描述。

图3示出在图1和2所示开关电源中采用的现有控制电路的示意性框图。

如图3所示，控制电路110包括调节模块111、电流源模块112、脉冲信号产生模块113和驱动模块115。调节模块111根据开关信号Vg产生控制电压Vc。电流源模块112根据控制电压Vc产生充电电流Ic。脉冲信号产生模块113根据充电电流Ic产生开关导通时间信号TON。驱动模块根据开关导通时间信号TON产生开关信号Vg。在恒关断控制模式下，脉冲信号产生模块113根据充电电流Ic产生开关关断时间信号TOFF。驱动模块根据开关关断时间信号TOFF产生开关信号Vg。

调节模块111包括计时模块1111、边沿比较模块1112、以及补偿模块1113。计时模块1111接收开关信号Vg，以及根据开关信号Vg产生参考周期信号Tref。边沿比较模块1112的输入端IN1和IN2分别接收参考周期信号Tref和开关信号Vg，将二者进行比较，以获得上调使能信号u_en和下调使能信号d_en。补偿模块1113用于产生控制电压Vc，并且根据上调使能信号u_en和下调使能信号d_en调节控制电压Vc的电压值。

在控制电路110的工作过程中，调节模块111在开关信号Vg的多个连续周期中执行以下操作。

在时刻t0，开关信号Vg从低电平转变为高电平，从而开始新的周期。计时模块1111从开关信号Vg的上升沿开始计时，产生参考周期信号Tref。

在时刻t2，经过开关信号Vg的一个周期T，边沿比较模块1112的第二输入端IN2接收到下一个开关信号Vg的上升沿。

边沿比较模块1112的第一输入端IN1的开关导通时间信号TON的电平与开关信号Vg的实际周期T相关。当开关信号Vg的实际周期T小于参考周期时，计时模块1111输出的参考周期信号Tref在时刻t2为低电平。当开关信号Vg的实际周期T大于参考周期时，计时模块1111输出的参考周期信号Tref在时刻t2为高电平。

边沿比较模块1112将第一输入端IN1检测到的参考周期信号Tref和第二输入端IN2检测到的开关信号Vg相比较。在时刻t1，如果参考周期信号Tref为高电平，则边沿比较模块1112的第一输出端UP提供的上调使能信号u_en有效，第二输出端DOWN提供的下调使能信号d_en无效。反之，如果边沿比较模块1112的第一输入端IN1检测到的参考周期信号Tref为低电平，则边沿比较模块1112的第一输出端UP提供的上调使能信号u_en无效，第二输出端DOWN提供的下调使能信号d_en有效。

补偿模块1113根据上调使能信号u_en和下调使能信号d_en调节控制电压Vc的电压值。如果上调使能信号u_en有效，则补偿模块1113将电流源模块112输出的控制电压Vc升高预定值。如果下调使能信号d_en有效，则补偿模块1113将电流源模块112输出的控制电压Vc降低预定值。

电流源模块112接收控制电压Vc，并根据该电压调整充电电流Ic的电流值。如果控制电压Vc升高，充电电流Ic升高预定值。如果控制电压Vc降低，充电电流Ic降低预定值。

在一个实施例中，电流源模块112包括电压电流转换模块，即将控制电压Vc按一定比例转换为充电电流Ic输出。在替代的实施例中，电流源模块112包括受控电流源，即将控制电压Vc作为控制信号，通过控制电流源改变充电电流Ic的大小。

在恒导通控制模式下，脉冲信号产生模块113利用充电电流Ic对电容进行充电和放电，产生开关导通时间信号TON。驱动模块115根据开关导通时间信号TON产生开关信号Vg，开关信号Vg的周期与充电电流Ic的电流值相关，因而可以通过控制充电电流Ic的电流值，实现对开关信号Vg周期T的调整。在恒关断控制模式下，脉冲信号产生模块113利用充电电流Ic对电容进行充电和放电，产生开关关断时间信号TOFF。驱动模块115根据开关关断时间信号TOFF产生开关信号Vg，

在开关信号Vg的多个连续周期中，控制电路110重复上述过程，使得开关信号Vg的周期逐次逼近参考周期，最终实现稳定的开关周期T。

图4示出在图2所示控制电路中采用的计时模块的示意性框图。如图4所示，计时模块1111包括比较器U11、电压源VS11、电流源CS11、电容C11、以及开关K11。

电流源CS11与电容C11串联连接在供电端和地之间，二者的中间节点产生控制电压Vc1。开关K11与电容C11并联连接，并且在开关信号Vg的控制下导通和关断。

比较器U11的同相输入端连接至电流源CS11与电容C11的中间节点以接收控制电压Vc1，反相输入端连接至电压源VS11以接收参考电压Vref1。比较器U11的输出端连接至边沿比较模块1112，从而向后者提供参考周期信号Tref。

在控制电路110的工作过程中，计时模块1111在开关信号Vg的多个连续周期中执行以下操作。

在时刻t0，开关信号Vg从低电平转变为高电平，从而开始新的周期。开关K11在开关信号Vg的控制下导通，电容C11开始放电。电流源CS11与电容C11的中间节点产生的控制电压Vc1为零电压。开关K11的导通时间，短于MOS导通时间，如30ns。此时，电容C11上电压复位到0。开关K11断开，电流源CS11对电容C11进行充电。电流源CS11与电容C11的中间节点产生的控制电压Vc1逐渐升高。

在时刻t1，开关信号Vg从高电平转变为低电平，在时刻t2，开关信号Vg从低电平转变为高电平。

在上述时刻t1至t2的时间段，开关信号Vg为低电平阶段，主电路的开关管M1在开关信号Vg的控制下关断。该低电平阶段对应于开关管M1的关断阶段，从而相应的时间段对应于开关管M1的关断时间Tf。在时刻t2，开关信号Vg开始下一个周期，开关K11在开关信号Vg的控制下重新导通，电容C11重新开始放电。

在开关信号Vg的多个连续周期中，计时模块1111重复上述过程。

计时模块1111中的电压源VS11提供参考电压Vref1，用于表征开关信号Vg的参考周期。比较器U11将控制电压Vc1和参考电压Vref1进行比较，从而在输出端提供参考周期信号Tref。

如果控制电压Vc1的最高电压升高至参考电压Vref1，则表明开关信号Vg的周期T与计时模块1111内部设置的参考周期相同。在关断时间Tf结束时(即上述的时刻t2)，参考周期信号Tref与开关信号Vg大致同时翻转，即从低电平转变为高电平。

如果控制电压Vc1的最高电压未能达到参考电压Vref1，则表明开关信号Vg的周期T小于计时模块1111内部设置的参考周期。在关断时间Tf结束时(即上述的时刻t2)，开关信号Vg翻转而参考周期信号Tref未翻转，即开关信号Vg从低电平转变为高电平，参考周期信号Tref仍然维持为低电平。

如果控制电压Vc1在关断时间Tf结束以前已经升高至参考电压Vref1，则表明开关信号Vg的周期T大于计时模块1111内部设置的参考周期。在关断时间Tf结束时(即上述的时刻t2)，开关信号Vg翻转，即开关信号Vg从低电平转变为高电平。在关断时间Tf结束以前，参考周期信号Tref已经从低电平转变为高电平，并且在关断时间Tf结束时(即上述的时刻t2)仍然维持为高电平。

计时模块1111产生的参考周期信号Tref的不同电平状态表示开关信号Vg与参考周期的比较结果。如上所述，参考周期信号Tref与开关信号Vg的同步翻转表示开关信号Vg的周期等于参考周期，参考周期信号Tref相对于开关信号Vg提前翻转表示开关信号Vg的周期大于参考周期，参考周期信号Tref未翻转表示开关信号Vg的周期小于参考周期。

图5示出在图2所示控制电路中采用的补偿模块的示意性框图。补偿模块1113包括电流源CS21、电流源CS22、开关K21、开关K22、以及电容C21。电流源CS21、开关K21、开关K22和电流源CS22依次串联连接在供电端和地之间。开关K21在上调使能信号u_en的控制下导通和关断，开关K22在下调使能信号d_en的控制下导通和关断。电容C21连接在开关K21与开关K22的中间节点和地之间。在电容C21的两端产生控制电压Vc。

在控制电路110的工作过程中，补偿模块1113在开关信号Vg的多个连续周期中执行以下操作。

如果补偿模块1113接收到的上调使能信号u_en和下调使能信号d_en均无效，则开关K21与开关K22均关断，电容C21的上极板电压保持不变，即控制电压Vc不变。

如果补偿模块1113接收到的上调使能信号u_en有效而下调使能信号d_en无效，则开关K21导通，开关K22关断。此时，电流源CS21对电容C21进行充电，使控制电压Vc升高。

如果补偿模块1113接收到的上调使能信号u_en无效而下调使能信号d_en有效，则开关K21关断，开关K22导通。此时，电容C21的两端经由开关K22和电流源CS22彼此连接。电流源CS22为电容C21提供放电电流，使控制电压Vc降低。

因而，补偿模块1113通过对电容C21的充电和放电产生控制电压Vc，并且根据上调使能信号u_en和下调使能信号d_en调节控制电压Vc的电压值。

图6a与6b分别示出在开关电源的恒导通控制模式与恒关断控制模式下图2所示控制电路中采用的脉冲信号产生模块的示意性框图。

如图6a与图6b所示，脉冲信号产生模块113包括比较器U10、电压源VS10、电流源CS10、电容C10、开关K10。

电容C10的第一端接收充电电流Ic，第二端接地。在电容C10的两端产生控制电压Vc2。开关K10与电容C10并联连接，并且在开关信号Vg的控制下导通和关断。

在恒导通控制模式中，比较器U10的输出端输出开关导通时间信号TON；在恒关断控制模式中，比较器U10的输出端输出开关关断时间信号TOFF；所述开关导通时间信号TON或开关关断时间信号TOFF输入至驱动模块115，驱动模块115输出开关信号Vg。

比较器U10的反相输入端连接至电容C10的第一端以接收控制电压Vc2，同相输入端连接至电压源VS10以接收参考电压Vref2。

下面以开关电源在恒导通控制模式下的控制电路为例进行描述。

在控制电路110的工作过程中，脉冲信号产生模块113与驱动模块115在开关信号Vg的多个连续周期中执行以下操作。

在时刻t1，驱动模块115产生的开关信号Vg为高电平。

开关K10在开关信号Vg的控制下关断，采用充电电流Ic对电容C10充电。电流源CS10与电容C10的中间节点产生的控制电压Vc2逐渐升高。

比较器U10将控制电压Vc2和参考电压Vref2进行比较，并且产生开关导通时间信号TON。在控制电压Vc2小于参考电压Vref2的情形下，开关导通时间信号TON维持高电平。

在时刻t2，控制电压Vc2升高至参考电压Vref2，比较器U10产生的开关导通时间信号TON从高电平转变为低电平。

时刻t1至t2的时间段为开关信号Vg的导通时间Tn。所述驱动模块115检测到开关导通时间信号TON的下降沿，使得开关信号Vg从高电平转变为低电平。

在开关信号Vg的多个连续周期中，脉冲信号产生模块113与驱动模块115重复上述过程。在开关信号Vg的关断时间Tf中，电容C10放电至零电压。在开关信号Vg的导通时间Tn中，电流源CS10对电容C10进行充电。

因而，驱动模块115产生的开关信号Vg呈现为PWM信号。开关信号Vg的高电平阶段对应于主电路的开关管M1的导通时间Tn，低电平阶段对应于主电路的开关管M1的关断时间Tf。该开关信号Vg的周期T等于导通时间Tn和关断时间Tf之和。

在理想情况下，开关信号Vg的周期T大致恒定。然而，由于脉冲信号产生模块113中的比较器U10延时等因素的影响，因此开关信号Vg的周期可能不稳定。如图3所示的现有控制电路110采用调节模块111，根据开关信号Vg产生参考周期信号Tref，所述参考周期信号Tref是与所述开关信号同步触发的具有参考周期的脉冲信号，用于与开关信号Vg相比较以指示二者周期的差别，进一步根据参考周期信号Tref产生控制电压Vc。该控制电压Vc用于修正电流源模块112提供的充电电流Ic，从而使得开关信号Vg的周期T大致恒定。

上述的现有控制电路可以实现定频开关控制，从而解决因延时、误差等原而导致工作周期不稳定的问题。然而，在开关电源的恒导通控制模式下，控制电路的各个模块的执行时间与检测时间决定了控制电路的最小关断时间Tf_min。在开关信号Vg的周期恒定的情形下，开关信号Vg的最大占空比Dmax＝1-最小关断时间Tf_min/T，从而最大占空比受到最小关断时间Tf_min的限制。在开关电源的恒关断控制模式下，控制电路的各个模块的执行时间与检测时间决定了控制电路的最小导通时间Tn_min。在开关信号Vg的周期恒定的情形下，开关信号Vg的最小占空比Dmin＝最小导通时间Tn_min/T，从而最小占空比收到最小导通时间Tn_min的限制。

进一步地，由于占空比D与开关电源的输入电压Vin和输出电压Vout具有一定关系，因此最大占空比Dmax与最小占空比Dmin限制了开关电源的输入输出电压范围。例如在BUCK电路中，Vout＝Vin*D，当系统要求的输出电压Vout大于最大占空比Dmax与最大输入电压Vin_max的乘积时，由于Dmax固定，因此系统所要求的输出电压将无法通过上述现有控制电路实现。又例如在BOOST电路中，Vout＝Vin/D，当系统要求的输出电压Vout小于最小输入电压Vin_min与最大占空比Dmax的比值时，由于Dmax固定，将无法通过上述现有控制电路实现得到系统所要求的输出电压Vout。

图7示出根据本实用新型第一实施例的开关电源控制电路的示意性框图。如图7所示，控制电路210包括调节模块211、电流源模块212、脉冲信号产生模块213、时间测量模块214和驱动模块215。调节模块211根据开关信号Vg产生控制电压Vc。电流源模块212根据控制电压Vc产生充电电流Ic。在恒导通控制模式中，脉冲信号产生模块213根据充电电流Ic产生开关导通时间信号TON。驱动模块215根据开关导通时间信号TON产生开关信号Vg。

根据该实施例的开关电源控制电路210中的电流源模块212、脉冲信号产生模块213和驱动模块215与图3所示的现有开关电源控制电路110中的相应模块的电路结构和功能相同，在此不再详述。以下仅描述二者的不同之处。

调节模块211包括计时模块2111、边沿比较模块2112、以及补偿模块2113。计时模块2111接收开关信号Vg，以及根据开关信号Vg产生参考周期信号Tref。边沿比较模块2112的输入端IN1和IN2分别接收参考周期信号Tref和开关信号Vg，将二者进行比较，以获得上调使能信号u_en和下调使能信号d_en。补偿模块2113用于产生控制电压Vc，并且根据上调使能信号u_en和下调使能信号d_en调节控制电压Vc的电压值。

在开关电路的恒导通时间控制模式下，时间测量模块214用于检测开关信号Vg的关断时间Tf，并且根据检测结果产生周期调节信号l_en，用于控制调节模块211的参考周期。

例如，时间测量模块214包括脉冲宽度测量电路和比较器。该脉冲宽度测量电路用于测量开关信号Vg的低电平持续时间，从而获得开关信号Vg的关断时间Tf。该比较器将关断时间Tf与第一阈值Tth1进行比较，以及产生周期调节信号l_en。例如，第一阈值Tth1大于等于最小关断时间Tf_min。

在开关信号Vg的关断时间Tf小于第一阈值Tth1时，时间测量模块214产生的周期调节信号l_en使得计时模块2111的参考周期增大。因而，控制电路210利用参考周期的动态控制补偿开关信号的关断时间的变化，从而可以进一步提高最大占空比Dmax，实现宽输入和输出电压范围。

进一步地，在开关信号Vg的关断时间Tf大于等于第一阈值Tth1时，该控制电路可以进一步提高开关信号Vg的频率。时间测量模块214产生的周期调节信号l_en使得计时模块2111的参考周期减小。因而，在开关信号Vg的关断时间Tf大于等于最小关断时间Tf_min的前提下，控制电路210进一步提高开关信号的频率，从而可以提高系统效率以及避免音频噪声的产生。

在开关电路的恒关断时间控制模式下，时间测量模块214用于检测开关信号Vg的导通时间Tn，并且根据检测结果产生周期调节信号l_en，用于控制调节模块211的参考周期。

例如，时间测量模块214包括脉冲宽度测量电路和比较器。该脉冲宽度测量电路用于测量开关信号Vg的高电平持续时间，从而获得开关信号Vg的导通时间Tn。该比较器将导通时间Tn与第二阈值Tth2进行比较，以及产生周期调节信号l_en。例如，第二阈值Tth2大于等于最小导通时间Tn_min。

在开关信号Vg的导通时间Tn小于第二阈值Tth2时，时间测量模块214产生的周期调节信号l_en使得计时模块2111的参考周期增大。因而，控制电路210利用参考周期的动态控制补偿开关信号的导通时间的变化，从而可以进一步降低最小占空比Dmin，实现宽输入和输出电压范围。

进一步地，在开关信号Vg的导通时间Tn大于等于第二阈值Tth2时，该控制电路可以进一步提高开关信号Vg的频率。时间测量模块214产生的周期调节信号l_en使得计时模块2111的参考周期减小。因而，在开关信号Vg的导通时间Tn大于等于最小导通时间Tn_min的前提下，控制电路210进一步提高开关信号的频率，从而可以提高系统效率以及避免音频噪声的产生。

图8示出图7所示控制电路中采用的一种计时模块的示意性框图。如图8所示，计时模块2111包括比较器U11、电压源VS11、电流源CS11、电容C11、以及开关K11。

电流源CS11与电容C11串联连接在供电端和地之间，二者的中间节点产生控制电压Vc1。开关K11与电容C11并联连接，并且在开关信号Vg的控制下导通和关断。

比较器U11的同相输入端连接至电流源CS11与电容C11的中间节点以接收控制电压Vc1，反相输入端连接至电压源VS11以接收参考电压Vref1。比较器U11的输出端连接至边沿比较模块2112，从而向后者提供参考周期信号Tref。

根据该实施例的开关电源控制电路210中的计时模块2111与图4所示的现有开关电源控制电路110中的相应模块的电路结构的不同之处在于电流源CS11为根据周期调节信号l_en改变电流值的受控电流源。

进一步地，电流源CS11根据周期调节信号l_en改变电流值。

在周期调节信号l_en有效时，电流源CS11的电流值减小。电容C11充电时间变长，从而增大参考周期。相应地，调节模块111上调控制电压Vc，使电流源模块112产生的充电电流Ic减小，从而达到增大开关周期T的目的。

在周期调节信号l_en无效时，电流源CS11的电流值维持不变，实现定频开关控制，或者电流值增加。在电流值增加的情形下，电容C11充电时间变短，从而减小参考周期。相应地，调节模块111下调控制电压Vc，使电流源模块112产生的充电电流Ic增大，从而达到减小增大开关周期T的目的。

图9示出图7所示控制电路中采用的另一种计时模块的示意性框图。如图9所示，计时模块3111包括比较器U11、电压源VS11、电流源CS11、电容C11、以及开关K11。

电流源CS11与电容C11串联连接在供电端和地之间，二者的中间节点产生控制电压Vc1。开关K11与电容C11并联连接，并且在开关信号Vg的控制下导通和关断。

比较器U11的同相输入端连接至电流源CS11与电容C11的中间节点以接收控制电压Vc1，反相输入端连接至电压源VS11以接收参考电压Vref1。比较器U11的输出端连接至边沿比较模块2112，从而向后者提供参考周期信号Tref。

根据该实施例的开关电源控制电路210中的计时模块3111与图4所示的现有开关电源控制电路110中的相应模块的电路结构的不同之处在于电压源VS11为根据周期调节信号l_en改变电压值的受控电压源。

进一步地，电流源CS11根据周期调节信号l_en改变电流值。

在周期调节信号l_en有效时，电流源CS11的电流值减小。电容C11充电时间变长，从而增大参考周期。相应地，调节模块111上调控制电压Vc，使电流源模块112产生的充电电流Ic减小，从而达到增大开关周期T的目的。

在周期调节信号l_en无效时，电流源CS11的电流值维持不变，实现定频开关控制，或者电流值增加。在电流值增加的情形下，电容C11充电时间变短，从而减小参考周期。相应地，调节模块111下调控制电压Vc，使电流源模块112产生的充电电流Ic增大，从而达到减小增大开关周期T的目的。

进一步地，电压源VS11根据周期调节信号l_en改变电压值。

在周期调节信号l_en有效时，电压源VS11的电压值增大。电容C11充电时间变长，从而增大参考周期。相应地，调节模块111上调控制电压Vc，使电流源模块112产生的充电电流Ic减小，从而达到增大开关周期T的目的。

在周期调节信号l_en无效时，电压源VS11的电压值维持不变，实现定频开关控制，或者电压值减小。在电压值减小的情形下，电容C11充电时间变短，从而减小参考周期。相应地，调节模块111下调控制电压Vc，使电流源模块112产生的充电电流Ic增大，从而达到减小增大开关周期T的目的。

图10示出根据本实用新型第二实施例的开关电源的恒导通时间控制方法的流程图。在该实施例中，在开关电源上电工作之后，采用图7所示的控制电路和图8所示的计时模块实现该控制方法。然而，本实用新型不限于此。

在步骤S101中，检测开关信号的关断时间Tf。

在步骤S102中，判断开关信号的关断时间Tf是否小于第一阈值Tth1。例如，第一阈值Tth1对应于系统的最小关断时间Tf_min。如果关断时间Tf小于第一阈值Tth1，则执行步骤S105，如果关断时间Tf大于等于第一阈值Tth1，则执行步骤S104。

在步骤S104中，将计时模块2111中电流源CS11的电流值设置为预定值。计时模块2111中的电容C11的充电时间大致恒定，使得计时模块2111的参考周期大致恒定。该控制电路进行定频开关控制。

在步骤S105中，判断电流源的电流值是否已经达到最小值。如果是，则放弃计时模块2111中电流源CS11的调节，返回执行步骤S101。如果否，则执行步骤S106。电流源的最小电流值决定计时模块2111的参考周期最大值。

在步骤S106中，将计时模块2111中电流源CS11的电流值减小，从而延长计时模块2111中的电容C11的充电时间，使得计时模块2111的参考周期延长。该控制电路进行定频开关控制。然后，返回执行步骤S101。

图11示出根据本实用新型第三实施例的开关电源的恒导通时间控制方法的流程图。在该实施例中，在开关电源上电工作之后，采用图7所示的控制电路和图8所示的计时模块实现该控制方法。然而，本实用新型不限于此。

根据该实施例的开关电源控制方法的步骤S201、S202、S205和S206与图10所示控制方法的步骤S101、S102、S105和S106分别相同。以下仅描述二者的不同之处。

在步骤S202中，判断开关信号的关断时间Tf是否小于第一阈值Tth1。例如，第一阈值Tth1对应于系统的最小关断时间Tf_min。如果关断时间Tf小于第一阈值Tth1，则执行步骤S205，如果关断时间Tf大于等于第一阈值Tth1，则执行步骤S207。

在步骤S207中，判断计时模块2111中电流源CS11的电流值是否已经达到最大值。如果是，则返回执行步骤S201，如果否，则执行步骤S208。电流源的最大电流值决定计时模块2111的参考周期最小值。

在步骤S208中，将计时模块2111中电流源CS11的电流值增大。计时模块2111中的电容C11的充电时间减小，使得计时模块2111的参考周期减小。然后，返回执行步骤S201。

图12示出根据本实用新型第四实施例的开关电源的恒导通时间控制方法的流程图。在该实施例中，在开关电源上电工作之后，采用图7所示的控制电路和图9所示的计时模块实现该控制方法。然而，本实用新型不限于此。

在步骤S301中，检测开关信号的关断时间Tf。

在步骤S302中，判断开关信号的关断时间Tf是否小于第一阈值Tth1。例如，第一阈值Tth1对应于系统的最小关断时间Tf_min。如果关断时间Tf小于第一阈值Tth1，则执行步骤S305，如果关断时间Tf大于等于第一阈值Tth1，则执行步骤S307。

在步骤S305中，判断电流源的电压值是否已经达到最大值。如果是，则放弃计时模块2111中电压源VS11的调节，返回执行步骤S301。如果否，则执行步骤S306。电流源的最大电压值决定计时模块2111的参考周期最大值。

在步骤S306中，将计时模块2111中电压源VS11的电压值增大，从而延长计时模块2111中的电容C11的充电时间，使得计时模块2111的参考周期延长。该控制电路进行定频开关控制。然后，返回执行步骤S301。

在步骤S307中，判断计时模块2111中电压源VS11的电压值是否已经达到最小值。如果是，则返回执行步骤S301，如果否，则执行步骤S308。电流源的最小电压值决定计时模块2111的参考周期最小值。

在步骤S308中，将计时模块2111中电压源VS11的电压值减小。计时模块2111中的电容C11的充电时间减小，使得计时模块2111的参考周期减小。然后，返回执行步骤S301。

图13示出根据本实用新型第五实施例的开关电源的恒关断时间控制方法的流程图。在该实施例中，在开关电源上电工作之后，采用图7所示的控制电路和图8所示的计时模块实现该控制方法。然而，本实用新型不限于此。

在步骤S401中，检测开关信号的导通时间Tn。

在步骤S402中，判断开关信号的导通时间Tn是否小于第二阈值Tth2。例如，第二阈值Tth2对应于系统的最小导通时间Tn_min。如果导通时间Tn小于第二阈值Tth2，则执行步骤S405，如果导通时间Tn大于等于第二阈值Tth2，则执行步骤S404。

在步骤S404至步骤S406与步骤S104至步骤S106相同。

图14示出根据本实用新型第六实施例的开关电源的恒关断时间控制方法的流程图。在该实施例中，在开关电源上电工作之后，采用图7所示的控制电路和图8所示的计时模块实现该控制方法。然而，本实用新型不限于此。

根据该实施例的开关电源控制方法的步骤S501、S502、S505和S506与图13所示控制方法的步骤S401、S402、S405和S406分别相同。以下仅描述二者的不同之处。

在步骤S502中，判断开关信号的导通时间Tn是否小于第二阈值Tth2。例如，第二阈值Tth2对应于系统的最小导通时间Tn_min。如果导通时间Tn小于第二阈值Tth2，则执行步骤S505，如果导通时间Tn大于等于第二阈值Tth2，则执行步骤S507。

在步骤S507中，判断计时模块2111中电流源CS11的电流值是否已经达到最大值。如果是，则返回执行步骤S501，如果否，则执行步骤S508。电流源的最大电流值决定计时模块2111的参考周期最小值。

在步骤S508中，将计时模块2111中电流源CS11的电流值增大。计时模块2111中的电容C11的充电时间减小，使得计时模块2111的参考周期减小。然后，返回执行步骤S501。

图15示出根据本实用新型第七实施例的开关电源的恒关断时间控制方法的流程图。在该实施例中，在开关电源上电工作之后，采用图7所示的控制电路和图9所示的计时模块实现该控制方法。然而，本实用新型不限于此。

在步骤S601中，检测开关信号的导通时间Tn。

在步骤S602中，判断开关信号的关断时间Tn是否小于第二阈值Tth2。例如，第二阈值Tth2对应于系统的最小导通时间Tn_min。如果导通时间Tn小于第二阈值Tth2，则执行步骤S605，如果导通时间Tn大于等于第二阈值Tth2，则执行步骤S607。

在步骤S605中，判断电流源的电压值是否已经达到最大值。如果是，则放弃计时模块2111中电压源VS11的调节，返回执行步骤S601。如果否，则执行步骤S606。电流源的最大电压值决定计时模块2111的参考周期最大值。

在步骤S606中，将计时模块2111中电压源VS11的电压值增大，从而延长计时模块2111中的电容C11的充电时间，使得计时模块2111的参考周期延长。该控制电路进行定频开关控制。然后，返回执行步骤S601。

在步骤S607中，判断计时模块2111中电压源VS11的电压值是否已经达到最小值。如果是，则返回执行步骤S601，如果否，则执行步骤S608。电流源的最小电压值决定计时模块2111的参考周期最小值。

在步骤S608中，将计时模块2111中电压源VS11的电压值减小。计时模块2111中的电容C11的充电时间减小，使得计时模块2111的参考周期减小。然后，返回执行步骤S601。

上述实施例的控制方法根据开关信号的关断时间或者导通时间动态调节计时模块的参考周期，使得在开关电源的恒导通时间控制模式下所述关断时间始终大于最小关断时间Tf_min、在开关电源的恒关断时间控制模式下所述导通时间始终大于最小导通时间Tn_min。因而，该控制方法利用参考周期的动态控制补偿开关信号的时间参数的变化，从而可以进一步提高最大占空比Dmax或进一步减小最小占空比Dmin，实现宽输入和输出电压范围。优选地，该控制电路进一步提高开关信号的频率，从而可以提高系统效率以及避免音频噪声的产生。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

依照本实用新型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，也不限制该实用新型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实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本实用新型以及在本实用新型基础上的修改使用。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。