应用于交错并联式开关电源的控制电路

(10)申请公布号 (43)申请公布日 2013.12.11C N 103441659 A (21)申请号 201310432481.9
(22)申请日 2013.09.18
H02M 1/08(2006.01)
(71)申请人矽力杰半导体技术（杭州）有限公司
地址310012 浙江省杭州市文三路90号东
部软件园科技大厦A1501
(72)发明人余峰 赵晨
(74)专利代理机构北京集佳知识产权代理有限
公司 11227
代理人
王宝筠
(54)发明名称
应用于交错并联式开关电源的控制电路
(57)摘要
本申请公开了一种应用于交错并联式开关电
源的控制电路，其通过对交错并联式开关电源的
输出电压采样并运算得到一反馈补偿信号；当表
征第一路电压变换电路中电感电流大小的第一电
压信号小于该补偿信号时，生成一高电平的第一
开通信号，第一开关管开通；根据相邻两个第一
开通信号上升沿到来的时刻确定第一功率开关管
的开关周期；进而在本开关周期中第一开通信号
上升沿到来后、经过开关周期的一半后，生成第二
开通信号，进而根据该第二开通信号控制第二功
率开关管开通，使得两个功率开关管的开通时间
间隔为半个开关周期，即实现了两个功率开关管
交错导通。

同时，本申请控制过程不受开关电源工
作频率的影响，提高了开关电源的动态特性、稳定
性和效率。

(51)Int.Cl.
权利要求书4页 说明书10页 附图4页
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书4页 说明书10页 附图4页(10)申请公布号CN 103441659 A
*CN103441659A*
1.一种应用于交错并联式开关电源的控制电路，所述交错并联式开关电源包括并联连接的第一路电压变换电路和第二路电压变换电路，所述第一路电压变换电路包括第一功率开关管，所述第二路电压变换电路包括第二功率开关管，其特征在于，所述控制电路包括：反馈补偿信号产生电路，用于采样所述交错并联式开关电源输出端的输出电压，并对所述输出电压进行运算和补偿，以产生一反馈补偿信号；
第一功率开关管控制电路，用于接收表征所述第一路电压变换电路中电感电流大小的第一电压信号和所述反馈补偿信号，对所述第一电压信号和所述反馈补偿信号进行比较，当所述第一电压信号小于所述反馈补偿信号时产生第一开通信号，根据所述第一开通信号产生第一功率开关管控制信号；其中，当所述第一开通信号有效时，所述第一功率开关管控制信号有效，所述第一功率开关管开通，当所述第一功率开关管开通一预设时间后，所述第一功率开关管控制信号无效，所述第一功率开关管关断；
第二功率开关管控制电路，用于接收所述第一开通信号，记录所述前一个开关周期中第一开通信号上升沿到来的时刻一与当前开关周期中所述第一开通信号上升沿到来的时刻二，将所述时刻一与时刻二的的时间间隔作为所述第一功率开关管的开关周期，并在所述第一开通信号上升沿到来后、经过所述开关周期的一半时，产生第二开通信号，根据所述第二开通信号产生第二功率开关管控制信号；其中，当所述第二开通信号有效时，所述第二功率开关管控制信号有效，所述第二功率开关管开通，当所述第二功率开关管开通所述预设时间后，产生第二关断信号，所述第二功率开关管控制信号无效，所述第二功率开关管关断。

2.根据权利要求1所述的应用于交错并联式开关电源的控制电路，其特征在于，所述反馈补偿信号产生电路包括采样电路、第一跨导运算放大器和第一补偿电容；
所述采样电路，用于采样所述交错并联式开关电源输出端的输出电压，以得到电压采样信号；
所述第一跨导运算放大器的同相输入端接收第一参考电压，反相输入端接收所述电压采样信号，用于对所述第一参考电压和电压采样信号进行运算；
所述第一补偿电容连接在所述第一跨导运算放大器的输出端和地之间，所述第一补偿电容上的电压为所述反馈补偿信号。

3.根据权利要求1所述的应用于交错并联式开关电源的控制电路，其特征在于，所述第一功率开关管控制电路包括第一比较器、第一关断信号产生电路和第一RS触发器；
所述第一比较器的同相输入端接收所述反馈补偿信号，反相输入端接收所述第一电压信号，输出端输出所述第一开通信号；
所述第一关断信号产生电路，用于接收所述第一功率开关管控制信号，当所述第一功率开关管控制信号有效时，开始第一计时，并在所述第一计时时长达到所述预设时间时，产生第一关断信号；
所述第一RS触发器的置位端接收所述第一开通信号，复位端接收所述第一关断信号，输出端输出所述第一功率开关管控制信号。

4.根据权利要求3所述的应用于交错并联式开关电源的控制电路，其特征在于，所述第一关断信号产生电路包括第二电容、第一电流源、第一可控开关和第二比较器；
所述第二电容、第一电流源和第一可控开关并联连接，其一公共端与所述第二比较器
所述第一功率开关管控制信号控制所述第一可控开关，当所述第一功率开关管控制信号有效时，所述第一可控开关关断，以使所述第一电流源对所述第二电容充电，得到第二电容电压；当所述第一功率开关管控制信号无效时，所述第一可控开关开通，以使所述第二电容放电至电压为零；
所述第二比较器的同相输入端接收所述第二电容电压，反相输入端接收第二参考电压，输出端输出所述第一关断信号；其中，
所述第二电容的电容值和第一电流源的电流值满足：通过所述第一电流源为所述第二电容充电时，所述第二电容电压由零上升至所述第二参考电压所需的时间为所述预设时间。

5.根据权利要求1所述的应用于交错并联式开关电源的控制电路，其特征在于，所述第二功率开关管控制电路包括第二开通信号产生电路、第二关断信号产生电路和第二RS 触发器；
所述第二开通信号产生电路，用于接收所述第一开通信号，在所述第一开通信号上升沿到来后、经过所述开关周期的一半时，产生所述第二开通信号；
所述第二关断信号产生电路，用于接收所述第二功率开关管控制信号，当所述第二功率开关管控制信号有效时，开始第二计时，并在所述第二计时时长达到所述预设时间时，产生第二关断信号；
所述第二RS触发器的置位端接收所述第二开通信号，复位端接收所述第二关断信号，输出端输出所述第二功率开关管控制信号。

6.根据权利要求5所述的应用于交错并联式开关电源的控制电路，其特征在于，所述第二开通信号产生电路包括：第一缓冲器、第二缓冲器、第三缓冲器、第三RS触发器、第四RS触发器、第五RS触发器、第四电压产生电路、第五电压产生电路和第三比较器；
所述第一缓冲器接收所述第一开通信号，以输出第一缓冲信号；
所述第二缓冲器接收所述第一缓冲信号，以输出第二缓冲信号；
所述第三缓冲器接收所述第一开通信号，以输出第三缓冲信号；
所述第三RS触发器的置位端接收所述第一缓冲信号，复位端接收所述第二缓冲信号，输出端输出第二可控信号；
所述第四RS触发器的置位端接收所述第一开通信号，复位端接收所述第三缓冲信号，输出端输出第三可控信号；
所述第五RS触发器的置位端接收所述第一开通信号，复位端接收所述第二开通信号，输出端输出第四可控信号；
所述第四电压产生电路接收所述第二可控信号和第三可控信号，以产生第四电压；
所述第五电压产生电路接收所述第四可控信号，以产生第五电压；
所述第三比较器的反相输入端接收所述第四电压，同相输入端接收所述第五电压，输出端输出所述第二开通信号。

7.根据权利要求6所述的应用于交错并联式开关电源的控制电路，其特征在于，所述第四电压产生电路包括第二可控开关、第三可控开关、第三电容、第四电容和第二电流源；
所述第二可控开关、第三电容和第二电流源并联连接，其一公共端与所述第三可控开
所述第四电容的一端和所述第三可控开关的另一非控制端共同连接于所述第三比较器的反相输入端，所述第四电容的另一端接地；其中，所述第四电压为所述第四电容上的电压；
所述第二可控信号控制所述第二可控开关，当所述第二可控信号无效时，所述第二可控开关关断，以使所述第二电流源给所述第三电容充电，当所述第二可控信号有效时，所述第二可控开关开通；其中，所述第二可控开关开通时，所述第三电容上的电压为第三电容电压最大值，且所述第三电容的电容值和所述第二电流源的电流值满足：通过所述第二电流源为所述第三电容充电，并使所述第三电容的电压由零上升到所述第三电容电压最大值的时间等于所述第一功率开关管的开关周期；
所述第三可控信号控制所述第三可控开关，当所述第三可控信号有效时，所述第三可控开关开通，以使所述第四电压等于所述第三电容上的电压，当所述第三可控信号无效时，所述第三可控开关关断，以使所述第四电压保持为所述第三电容电压最大值。

8.根据权利要求7所述的应用于交错并联式开关电源的控制电路，其特征在于，所述第五电压产生电路包括第四可控开关、第五电容和第三电流源；
所述第四可控开关、第五电容和第三电流源并联连接，其一公共端与所述第三比较器的同相输入端连接，另一公共端与地连接；
所述第四可控信号控制所述第四可控开关，当所述第四可控信号无效时，所述第四可控开关关断，以使所述第三电流源给所述第五电容充电；其中，所述第五电压为所述第五电容上的电压；
所述第三电容的容值为所述第五电容的容值的2倍，或者，所述第三电流源的电流值为所述第二电流源的电流值的2倍。

9.根据权利要求5所述的应用于交错并联式开关电源的控制电路，其特征在于，所述第二关断信号产生电路包括第六电容、第四电流源、第五可控开关和第四比较器；
所述第六电容、第四电流源和第五可控开关并联连接，其一公共端与所述第四比较器的同相输入端连接，另一公共端与地连接；
所述第二功率开关管控制信号控制所述第五可控开关；当所述第二功率开关的控制信号有效时，所述第五可控开关关断，以使所述第四电流源对第六电容充电，得到第六电容电压；当所述第二功率开关的控制信号无效时，所述第五可控开关开通，以使所述第六电容放电至电压为零；
所述第四比较器的同相输入端接收所述第六电容电压，反相输入端接收第三参考电压，输出端输出所述第二关断信号；其中，
所述第六电容和第四电流源满足：通过所述第四电流源为所述第六电容充电时，所述第六电容电压由零上升至所述第三参考电压所需的时间为所述预设时间。

10.根据权利要求9所述的应用于交错并联式开关电源的控制电路，其特征在于，所述第二功率开关管控制电路还包括均流电路；
所述均流电路，用于接收所述第一电压信号和表征所述第二路电压变换电路电流大小的第二电压信号，以产生第六电流信号；当所述第五可控开关关断时，所述第六电流信号用于对所述第六电容充电。

11.根据权利要求10所述的应用于交错并联式开关电源的控制电路，其特征在于，所述均流电路包括第二跨导放大器、第三跨导放大器和第七电容；
所述第二跨导放大器的同相输入端接收所述第二电压信号，反相输入端接收所述第一电压信号，输出端输出第五电流信号；
所述第七电容的一端与所述第二跨导放大器的输出端连接，另一端与地连接；所述第五电流信号用于对所述第七电容充电，以得到第七电容电压；
所述第三跨导放大器的同相输入端接收所述第七电容电压，反相输入端与地连接，输出端输出所述第六电流信号。

应用于交错并联式开关电源的控制电路
技术领域
[0001] 本申请涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种应用于交错并联式开关电源的控制电路。

背景技术
[0002] 交错并联式开关电源，即主电路是由两路电压变换电路交错并联而成的功率电路。

如图1所示的交错并联式功率电路中，主电路包括两路并联连接的降压变换（buck）电
路，其两个功率开关管Q
1和Q
2
错相180°导通（即所谓的“交错”），电感电流i
L1
和i
L2
叠加
后，可使输出电流i
o 和电压v
o
的纹波均大大减小，同时两路电压变换电路分别承担一半的
输出功率，使功率开关管和电感的电流应力减小了，而且在高频下，输出滤波电容也可采用等效电阻较小的陶瓷电容，从而提高开关电源的动态特性、稳定性和效率。

鉴于上述优点，交错并联式开关电源拥有广阔的应用前景。

[0003] 交错并联式开关电源的控制核心在于对两路电压变换电路中功率开关管的错相控制，现有技术一般采用定频控制和恒定导通时间控制。

然而实际应用中二者各有优缺点，均难以满足应用需求：定频控制易于实现，但动态特性较差；恒定导通时间控制能获得良好的动态特性，但由于开关电源的工作频率是变化的，很难实现不同相之间的交错并联。

发明内容
[0004] 有鉴于此，本申请目的在于提供一种应用于交错并联式开关电源的控制电路，以更好地实现两相之间的180°交错并联，提高开关电源的动态特性、稳定性和效率。

[0005] 为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：
[0006] 一种应用于交错并联式开关电源的控制电路，所述交错并联式开关电源包括并联连接的第一路电压变换电路和第二路电压变换电路，所述第一路电压变换电路包括第一功率开关管，所述第二路电压变换电路包括第二功率开关管，所述控制电路包括：
[0007] 反馈补偿信号产生电路，用于采样所述交错并联式开关电源输出端的输出电压，并对所述输出电压进行运算和补偿，以产生一反馈补偿信号；
[0008] 第一功率开关管控制电路，用于接收表征所述第一路电压变换电路中电感电流大小的第一电压信号和所述反馈补偿信号，对所述第一电压信号和所述反馈补偿信号进行比较，当所述第一电压信号小于所述反馈补偿信号时产生第一开通信号，根据所述第一开通信号产生第一功率开关管控制信号；其中，当所述第一开通信号有效时，所述第一功率开关管控制信号有效，所述第一功率开关管开通，当所述第一功率开关管开通一预设时间后，所述第一功率开关管控制信号无效，所述第一功率开关管关断；
[0009] 第二功率开关管控制电路，用于接收所述第一开通信号，记录所述前一个开关周期中第一开通信号上升沿到来的时刻一与当前开关周期中所述第一开通信号上升沿到来的时刻二，将所述时刻一与时刻二的的时间间隔作为所述第一功率开关管的开关周期，并在所述第一开通信号上升沿到来后、经过所述开关周期的一半时，产生第二开通信号，根据
所述第二开通信号产生第二功率开关管控制信号；其中，当所述第二开通信号有效时，所述第二功率开关管控制信号有效，所述第二功率开关管开通，当所述第二功率开关管开通所述预设时间后，产生第二关断信号，所述第二功率开关管控制信号无效，所述第二功率开关管关断。

[0010] 优选的，所述反馈补偿信号产生电路包括采样电路、第一跨导运算放大器和第一补偿电容；
[0011] 所述采样电路，用于采样所述交错并联式开关电源输出端的输出电压，以得到电压采样信号；
[0012] 所述第一跨导运算放大器的同相输入端接收第一参考电压，反相输入端接收所述电压采样信号，用于对所述第一参考电压和电压采样信号进行运算；
[0013] 所述第一补偿电容连接在所述第一跨导运算放大器的输出端和地之间，所述第一补偿电容上的电压为所述反馈补偿信号。

[0014] 优选的，所述第一功率开关管控制电路包括第一比较器、第一关断信号产生电路和第一RS触发器；
[0015] 所述第一比较器的同相输入端接收所述反馈补偿信号，反相输入端接收所述第一电压信号，输出端输出所述第一开通信号；
[0016] 所述第一关断信号产生电路，用于接收所述第一功率开关管控制信号，当所述第一功率开关管控制信号有效时，开始第一计时，并在所述第一计时时长达到所述预设时间时，产生第一关断信号；
[0017] 所述第一RS触发器的置位端接收所述第一开通信号，复位端接收所述第一关断信号，输出端输出所述第一功率开关管控制信号。

[0018] 优选的，所述第一关断信号产生电路包括第二电容、第一电流源、第一可控开关和第二比较器；
[0019] 所述第二电容、第一电流源和第一可控开关并联连接，其一公共端与所述第二比较器的同相输入端连接，另一公共端与地连接；
[0020] 所述第一功率开关管控制信号控制所述第一可控开关，当所述第一功率开关管控制信号有效时，所述第一可控开关关断，以使所述第一电流源对所述第二电容充电，得到第二电容电压；当所述第一功率开关管控制信号无效时，所述第一可控开关开通，以使所述第二电容放电至电压为零；
[0021] 所述第二比较器的同相输入端接收所述第二电容电压，反相输入端接收第二参考电压，输出端输出所述第一关断信号；其中，
[0022] 所述第二电容的电容值和第一电流源的电流值满足：通过所述第一电流源为所述第二电容充电时，所述第二电容电压由零上升至所述第二参考电压所需的时间为所述预设时间。

[0023] 优选的，所述第二功率开关管控制电路包括第二开通信号产生电路、第二关断信号产生电路和第二RS触发器；
[0024] 所述第二开通信号产生电路，用于接收所述第一开通信号，在所述第一开通信号上升沿到来后、经过所述开关周期的一半时，产生所述第二开通信号；
[0025] 所述第二关断信号产生电路，用于接收所述第二功率开关管控制信号，当所述第
二功率开关管控制信号有效时，开始第二计时，并在所述第二计时时长达到所述预设时间时，产生第二关断信号；
[0026] 所述第二RS触发器的置位端接收所述第二开通信号，复位端接收所述第二关断信号，输出端输出所述第二功率开关管控制信号。

[0027] 优选的，所述第二开通信号产生电路包括：第一缓冲器、第二缓冲器、第三缓冲器、第三RS触发器、第四RS触发器、第五RS触发器、第四电压产生电路、第五电压产生电路和第三比较器；
[0028] 所述第一缓冲器接收所述第一开通信号，以输出第一缓冲信号；
[0029] 所述第二缓冲器接收所述第一缓冲信号，以输出第二缓冲信号；
[0030] 所述第三缓冲器接收所述第一开通信号，以输出第三缓冲信号；
[0031] 所述第三RS触发器的置位端接收所述第一缓冲信号，复位端接收所述第二缓冲信号，输出端输出第二可控信号；
[0032] 所述第四RS触发器的置位端接收所述第一开通信号，复位端接收所述第三缓冲信号，输出端输出第三可控信号；
[0033] 所述第五RS触发器的置位端接收所述第一开通信号，复位端接收所述第二开通信号，输出端输出第四可控信号；
[0034] 所述第四电压产生电路接收所述第二可控信号和第三可控信号，以产生第四电压；
[0035] 所述第五电压产生电路接收所述第四可控信号，以产生第五电压；
[0036] 所述第三比较器的反相输入端接收所述第四电压，同相输入端接收所述第五电压，输出端输出所述第二开通信号。

[0037] 优选的，所述第四电压产生电路包括第二可控开关、第三可控开关、第三电容、第四电容和第二电流源；
[0038] 所述第二可控开关、第三电容和第二电流源并联连接，其一公共端与所述第三可控开关的一非控制端连接，另一公共端与地连接；
[0039] 所述第四电容的一端和所述第三可控开关的另一非控制端共同连接于所述第三比较器的反相输入端，所述第四电容的另一端接地；其中，所述第四电压为所述第四电容上的电压；
[0040] 所述第二可控信号控制所述第二可控开关，当所述第二可控信号无效时，所述第二可控开关关断，以使所述第二电流源给所述第三电容充电，当所述第二可控信号有效时，所述第二可控开关开通；其中，所述第二可控开关开通时，所述第三电容上的电压为第三电容电压最大值，且所述第三电容的电容值和所述第二电流源的电流值满足：通过所述第二电流源为所述第三电容充电，并使所述第三电容的电压由零上升到所述第三电容电压最大值的时间等于所述第一功率开关管的开关周期；
[0041] 所述第三可控信号控制所述第三可控开关，当所述第三可控信号有效时，所述第三可控开关开通，以使所述第四电压等于所述第三电容上的电压，当所述第三可控信号无效时，所述第三可控开关关断，以使所述第四电压保持为所述第三电容电压最大值。

[0042] 优选的，所述第五电压产生电路包括第四可控开关、第五电容和第三电流源；[0043] 所述第四可控开关、第五电容和第三电流源并联连接，其一公共端与所述第三比。