CN103929063A - 一种原边反馈控制方法及原边反馈控制的隔离式变换器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种原边反馈控制方法和原边反馈控制的隔离式变换器，根据输出电压信号来产生一脉冲信号，所述脉冲信号的变化趋势表征输出电压信号低于或高于预设值，根据脉冲信号控制副边同步开关管的开关动作，从而使得变压器的原边绕组或副边绕组的电压信息表征所述脉冲信号的信息；然后利用辅助绕组与变压器的原边绕组或副边绕组耦合以获得表征所述脉冲信号信息的电压检测信号，根据所述电压检测信号来控制原边功率开关管的开关动作，从而调节输出电压与预期驱动电压值一致。本发明的技术方案无需另外的光耦合器或是电容进行信号传递，而是利用变压器进行副边到原边的信号传递，电路结构简单、成本低，并且采用本发明的技术方案响应速度快。

Description

一种原边反馈控制方法及原边反馈控制的隔离式变换器

技术领域

本发明涉及电源领域，更具体地说，涉及一种原边反馈控制方法及原边反馈控制的隔离式变换器。

背景技术

原边控制的开关电源例如反激式变换器具有电路简洁、安全性好和稳定性好的特点，因此，采用原边反馈控制的反激式变换器在电源领域如LED驱动电源得到广泛的应用。在原边反馈控制模式的反激式变换器的工作过程中，副边的信息例如输出电压信息需要通过光耦合器或者电容之类的途径传递给原边集成控制芯片，以实现对输出的控制。但在负载发生瞬态变化的时候，这种反馈控制方式的动态特性相对比较差，为了提高电源的负载动态响应的速度，必须要有副边的信息通过变压器的途径传递给原边集成控制芯片。本发明提出了一种利用反激式变换器中的变压器作为信息传递途径的反馈模式，动态响应速度快，电路成本低。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种原边反馈控制的隔离式变换器，通过脉冲信号的变化趋势表征输出电压信号低于或高于预设值，然后通过变压器将所述脉冲信号传递至原边集成控制电路，以据此来控制功率开关管的开关动作，从而调节输出电压。

一种应用于隔离式变换器中的原边反馈控制方法，所述隔离式变换器包括有由原边绕组和副边绕组构成的变压器、位于原边的功率开关管和位于副边的同步开关管，其特征在于，包括以下步骤：

接收所述隔离式变换器的输出电压信号，以产生一固定频率的脉冲信号，所述脉冲信号用以控制所述同步开关管的开关动作；其中，在设定的周期内，所述脉冲信号的有效宽度的变化趋势表征所述输出电压信号低于或高于预定值；

检测所述原边绕组或者是所述副边绕组的电压信息，以获得一电压检测信号；

接收所述电压检测信号，并据此控制所述功率开关管的开关动作，以使得所述输出电压信号与预期驱动电压值相一致。

进一步的，所述脉冲信号产生的步骤具体包括：

比较所述输出电压信号和第一参考电压信号，产生第一比较信号；

比较所述输出电压信号和第二参考电压信号，产生第二比较信号；

接收所述第一比较信号、所述第二比较信号和振荡器的输出信号，产生所述脉冲信号。

进一步的，所述预定值包括第一预定值和第二预定值，当所述输出电压信号高于所述第一预定值时，在设定的周期内所述脉冲信号呈递减变化；当所述输出电压信号低于所述第二预定值时，在设定的周期内所述脉冲信号呈递增变化；

其中，所述第一预定值与所述第一参考电压信号成函数关系；所述第二预定值与所述第二参考电压信号成函数关系。

进一步的，利用一辅助绕组与所述原边绕组或所述副边绕组相耦合以获得一第一电压信号；

利用一分压电阻网络对所述第一电压信号进行分压处理后获得所述电压检测信号。

一种原边反馈控制的隔离式变换器，所述隔离式变换器包括有由原边绕组和副边绕组构成的变压器、位于原边的功率开关管和位于副边的同步开关管，其特征在于，还包括脉冲信号生成电路、电压检测电路和原边集成控制电路，

所述脉冲信号生成电路接收所述隔离式变换器的输出电压信号，以产生一固定频率的脉冲信号，所述脉冲信号用以控制所述同步开关管的开关动作；其中，在设定的周期内，所述脉冲信号的有效宽度的变化趋势表征所述输出电压信号低于或高于预定值；

所述电压检测电路用以检测所述原边绕组或所述副边绕组的电压信息，以获得一电压检测信号；

所述原边集成控制电路接收所述电压检测信号，并据此控制所述功率开关管的开关动作，以使得所述输出电压信号与预期驱动电压值相一致。

进一步的，所述脉冲信号生成电路包括第一迟滞比较器、第二迟滞比较器、振荡器和脉冲控制电路，

所述第一迟滞比较器接收所述输出电压信号和第一参考电压信号，产生第一比较信号；

所述第二迟滞比较器接收所述输出电压信号和第二参考电压信号，产生第二比较信号；

所述脉冲控制电路接收所述第一比较信号、所述第二比较信号和振荡器的输出信号，产生所述脉冲信号。

进一步的，所述预定值包括第一预定值和第二预定值，当所述输出电压信号高于所述第一预定值时，所述脉冲信号呈递减变化；当所述输出电压信号低于所述第二预定值时，所述脉冲信号呈递增变化；

其中，所述第一预定值为所述第一迟滞比较器的上门限电压，所述第二预定值为所述第二迟滞比较器的下门限电压。

进一步的，所述电压检测电路包括辅助绕组和分压电阻网络，

所述辅助绕组与所述原边绕组或副边绕组相耦合以获得一第一电压信号；

所述分压电阻网络接收所述第一电压信号经分压处理后获得所述电压检测信号。

进一步的，所述隔离式变换器还包括辅助供电电路，所述辅助供电电路包括所述辅助绕组、第一二极管和第一电容，

所述第一二极管的阳极与所述辅助绕组的一端相连接，所述第一二极管的阴极与所述第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端接地；

所述辅助供电电路用以给所述原边集成控制电路提供供电电源。

上述的原边反馈控制方法和原边反馈控制的隔离式变换器，脉冲信号生成电路根据输出电压信号来产生一脉冲信号，所述脉冲信号的变化趋势表征输出电压信号低于或高于预设值，根据脉冲信号控制副边同步开关管的开关动作，从而使得变压器的原边绕组或副边绕组的电压信息表征所述脉冲信号的信息；然后利用辅助绕组与变压器的原边绕组或副边绕组耦合以获得表征所述脉冲信号信息的电压检测信号，根据所述电压检测信号来控制原边功率开关管的开关动作，从而调节输出电压与预期驱动电压值一致。

本发明的技术方案无需另外的光耦合器或是电容进行信号传递，而是利用变压器进行副边到原边的信号传递，电路结构简单、成本低，并且采用本发明的技术方案响应速度快。

附图说明

图1所示为依据本发明的一种原边反馈控制的隔离式变换器的电路图；

图2所示为图1所示的电路图的工作波形图；

图3所示为依据本发明的应用于隔离式变换器中的原边反馈控制方法的流程图；

具体实施方式

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。

参考图1，所示为依据本发明的一种原边反馈控制的隔离式变换器的电路图；在本实施例中，所述隔离式变换器以反激式为例，但不限于与此，所述反激式变换器接收输入电压信号Vin，以为负载提供稳定的输出电压信号Vo。具体地，所述反激式变换器包括有由原边绕组Np和副边绕组Ns构成的变压器、位于原边的功率开关管Q_M和位于副边的同步开关管SR。进一步的，在本实施例中，所述反激式变换器还包括脉冲信号生成电路101、电压检测电路102和原边集成控制电路103。此外，所述反激式变换器还包括同步驱动控制电路10，所述同步驱动控制电路10包括所述脉冲信号生成电路101、同步控制电路和同步驱动电路，所述脉冲信号生成电路101和所述同步控制电路的输出信号传输给所述同步驱动电路，所述同步驱动电路的输出信号用以控制同步开关管SR的开关动作。

所述脉冲信号生成电路101接收所述隔离式变换器的输出电压信号Vo，以产生一固定频率的脉冲信号Vgate，所述脉冲信号Vgate用以控制所述同步开关管SR的开关动作，具体地，所述脉冲信号Vgate传输至同步驱动电路，所述同步驱动电路据此控制同步开关管SR的开关动作。若输出电压信号Vo没有发生过高或过低时，则通过同步控制电路和同步驱动电路控制所述同步开关管SR的开关动作。

如图1所示，本实施例中的脉冲信号生成电路101具体包括第一迟滞比较器I1、第二迟滞比较器I2、振荡器101-1和脉冲控制电路101-2，所述第一迟滞比较器I1接收所述输出电压信号Vo和第一参考电压信号Vref1，产生第一比较信号V1；所述第二迟滞比较器I2接收所述输出电压信号Vo和第二参考电压信号Vref2，产生第二比较信号V2；所述脉冲控制电路101-2接收所述第一比较信号V1、所述第二比较信号V2和振荡器的输出信号，产生所述脉冲信号Vgate。

需要说明的是，所述脉冲信号Vgate的有效宽度的变化趋势表征所述输出电压信号低于或高于预定值；这里，所述预定值包括第一预定值和第二预定值，所述第一预定值为第一迟滞比较器的上门限电压，根据迟滞比较器的工作原理，所述第一预定值与所述第一参考电压信号成函数关系；所述第二预定值为第二迟滞比较器的下门限电压，所述第二预定值与所述第二参考电压信号成函数关系。本发明实施例中设定：当所述输出电压信号高于所述第一预定值时，在设定的周期内，本实施例以三个周期为例，所述脉冲控制电路101-2控制所述振荡器的输出信号呈递减变化，因此，所述脉冲信号呈递减变化；当所述输出电压信号低于所述第二预定值时，在设定的周期内，本实施例以三个周期为例，所述脉冲控制电路101-2控制所述振荡器的输出信号呈递增变化，因此，所述脉冲信号呈递增变化，例如，所述脉冲信号的频率固定为50KHz时，当所述脉冲信号的有效宽度（高电平状态）从15%、10%、5%变化时，则认为所述输出电压信号高于第一预定值；当所述脉冲信号的有效宽度从5%、10%、15%变化时，则认为所述输出电压信号低于第二预定值。本领域技术人员可知，所述脉冲信号的有效宽度的变化趋势不限于上述的表达，例如，也可以是当所述输出电压信号高于所述第一预定值时，所述脉冲信号呈递增变化，当所述输出电压信号低于所述第二预定值时，所述脉冲信号呈递减变化，其它相同或类似的表达方式均在本发明的保护范围之内。

所述电压检测电路102用以检测所述原边绕组Np或所述副边绕组Ns的电压信息，以获得一电压检测信号Vzcs。如图1所示，所述电压检测电路102包括辅助绕组N_T和由电阻R1和电阻R2组成的分压电阻网络，所述辅助绕组N_T与所述原边绕组Np或副边绕组Ns相耦合以获得一第一电压信号V_V1；所述分压电阻网络接收所述第一电压信号V_V1经分压处理后获得所述电压检测信号Vzcs。根据反激式变换器的工作原理可知，当上述的脉冲信号控制同步开关管SR的开关动作时，所述副边绕组的电压信息与所述脉冲信号的变化趋势相同，这样，通过耦合获得的第一电压信号V_V1亦与所述脉冲信号的变化趋势相同，因而电压检测信号Vzcs与所述脉冲信号的变化趋势相同，也即是电压检测信号Vzcs表征了输出电压信号的信息。

所述原边集成控制电路103接收所述电压检测信号Vzcs，经解码后可获知输出电压信号的信息，当确认所述输出电压信号高于所述第一预定值时，则产生开关信号V_M控制所述功率开关管Q_M关断以减小从原边传递至副边的能量，当确认所述输出电压信号低于所述第二预定值时，则产生开关信号V_M控制所述功率开关管Q_M导通以增加从原边传递至副边的能量，最终使得所述输出电压信号与预期的驱动电压值相一致。

如图1所示，本发明实施例的反激式变换器还包括辅助供电电路104，所述辅助供电电路用以给所述原边集成控制电路103提供供电电源。所述辅助供电路104包括所述辅助绕组N_T、第一二极管D1和第一电容C1，所述第一二极管D1的阳极与所述辅助绕组N_T的一端相连接，所述第一二极管D1的阴极与所述第一电容C1的一端连接，所述第一电容C1的另一端接地，所述第一电容C1两端电压作为供电电压提供给所述原边集成控制电路103。本发明实施例的电压检测电路与辅助供电电路中的辅助绕组为同一绕组，可节约成本，减小系统体积。

下面参考图2所示为图1所示的反激式变换器的电路图的工作波形图；如图所示，在t1时刻，输出电压信号Vo下降至第二迟滞比较器I2的下门限电压V_L2时，第二比较信号V2翻转为高电平，脉冲信号生成电路101输出一个脉冲信号，之后，在t1到t2的时间内，输出电压信号Vo小于第二迟滞比较器I2的上门限电压V_H2，第二比较信号V2保持为高电平状态，脉冲信号生成电路101输出的脉冲信号的有效宽度成递增变化，如图2所示，以三个周期为一组，脉冲信号Vgate呈递增变化趋势，相应的，副边绕组的电压信息V_Ns、通过辅助绕组耦合获得的第一电压信号V_V1以及电压检测信号Vzcs均呈相同的变化趋势，原边集成控制电路根据电压检测信号Vzcs控制功率开关管导通以增大输出电压信号Vo。到t2时刻，输出电压信号Vo上升至第二迟滞比较器I2的上门限电压V_H2，第二比较信号V2翻转为低电平，脉冲信号停止输出，输出电压信号Vo回归至期望驱动电压值。在t3时刻，输出电压信号Vo上升至第一迟滞比较器I1的上门限电压V_H1，第一比较信号V1翻转为高电平，脉冲信号生成电路101输出一个脉冲信号，之后，在t3到t4的时间内，输出电压信号Vo大于第一迟滞比较器I1的下门限电压V_L1，第一比较信号V1保持为高电平状态，脉冲信号生成电路101输出的脉冲信号的有效宽度成递减变化，如图2所示，以三个周期为一组，脉冲信号Vgate呈递减变化趋势，相应的，副边绕组的电压信息V_Ns、通过辅助绕组耦合获得的第一电压信号V_V1以及电压检测信号Vzcs均呈相同的变化趋势，原边集成控制电路根据电压检测信号Vzcs控制功率开关管关断以减小输出电压信号Vo。到t4时刻，输出电压信号Vo下降至第一迟滞比较器I1的下门限电压V_L1，第一比较信号V1翻转为低电平，脉冲信号停止输出，输出电压信号Vo回归至期望驱动电压值。

通过上述的过程可知利用脉冲信号的变化趋势表征输出电压信息，通过变压器将副边信息传递至原边，然后通过原边的集成控制电路控制功率开关管的开关动作以实现对输出电压的调节。

参考图3所示为依据本发明的应用于隔离式变换器中的原边反馈控制方法的流程图；具体包括：所述隔离式变换器包括有由原边绕组和副边绕组构成的变压器、位于原边的功率开关管和位于副边的同步开关管，包括以下步骤：

S301：接收所述隔离式变换器的输出电压信号，以产生一固定频率的脉冲信号，所述脉冲信号用以控制所述同步开关管的开关动作；其中，在设定的周期内，所述脉冲信号的有效宽度的变化趋势表征所述输出电压信号低于或高于预定值；

S302：检测所述原边绕组或者是所述副边绕组的电压信息，以获得一电压检测信号；

S303：接收所述电压检测信号，并据此控制所述功率开关管的开关动作，以使得所述输出电压信号与预期驱动电压值相一致。

进一步的，所述预定值包括第一预定值和第二预定值，当所述输出电压信号高于所述第一预定值时，在设定的周期内所述脉冲信号呈递减变化；当所述输出电压信号低于所述第二预定值时，在设定的周期内所述脉冲信号呈递增变化。

综上，本发明实施例公开的原边反馈控制方法和原边反馈控制的隔离式变换器，脉冲信号生成电路根据输出电压信号来产生一脉冲信号，所述脉冲信号的变化趋势表征输出电压信号低于或高于预设值，根据脉冲信号控制副边同步开关管的开关动作，从而使得变压器的原边绕组或副边绕组的电压信息表征所述脉冲信号的信息；然后利用辅助绕组与变压器的原边绕组或副边绕组耦合以获得表征所述脉冲信号信息的电压检测信号，根据所述电压检测信号来控制原边功率开关管的开关动作，从而调节输出电压与预期驱动电压值一致。

以上对依据本发明的优选实施例的原边反馈控制方法及原边反馈控制的隔离式变换器进行了详尽描述，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。

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。

Claims (9)

1.一种应用于隔离式变换器中的原边反馈控制方法，所述隔离式变换器包括有由原边绕组和副边绕组构成的变压器、位于原边的功率开关管和位于副边的同步开关管，其特征在于，包括以下步骤：

接收所述隔离式变换器的输出电压信号，以产生一固定频率的脉冲信号，所述脉冲信号用以控制所述同步开关管的开关动作；其中，在设定的周期内，所述脉冲信号的有效宽度的变化趋势表征所述输出电压信号低于或高于预定值；

检测所述原边绕组或者是所述副边绕组的电压信息，以获得一电压检测信号；

接收所述电压检测信号，并据此控制所述功率开关管的开关动作，以使得所述输出电压信号与预期驱动电压值相一致。

2.根据权利要求1所述的原边反馈控制方法，其特征在于，所述脉冲信号产生的步骤具体包括：

比较所述输出电压信号和第一参考电压信号，产生第一比较信号；

比较所述输出电压信号和第二参考电压信号，产生第二比较信号；

接收所述第一比较信号、所述第二比较信号和振荡器的输出信号，产生所述脉冲信号。

3.根据权利要求2所述的原边反馈控制方法，其特征在于，进一步包括：所述预定值包括第一预定值和第二预定值，当所述输出电压信号高于所述第一预定值时，在设定的周期内所述脉冲信号呈递减变化；当所述输出电压信号低于所述第二预定值时，在设定的周期内所述脉冲信号呈递增变化；

其中，所述第一预定值与所述第一参考电压信号成函数关系；所述第二预定值与所述第二参考电压信号成函数关系。

4.根据权利要求1所述的原边反馈控制方法，其特征在于，进一步包括：

利用一辅助绕组与所述原边绕组或所述副边绕组相耦合以获得一第一电压信号；

利用一分压电阻网络对所述第一电压信号进行分压处理后获得所述电压检测信号。

5.一种原边反馈控制的隔离式变换器，所述隔离式变换器包括有由原边绕组和副边绕组构成的变压器、位于原边的功率开关管和位于副边的同步开关管，其特征在于，还包括脉冲信号生成电路、电压检测电路和原边集成控制电路，

所述脉冲信号生成电路接收所述隔离式变换器的输出电压信号，以产生一固定频率的脉冲信号，所述脉冲信号用以控制所述同步开关管的开关动作；其中，在设定的周期内，所述脉冲信号的有效宽度的变化趋势表征所述输出电压信号低于或高于预定值；

所述电压检测电路用以检测所述原边绕组或所述副边绕组的电压信息，以获得一电压检测信号；

所述原边集成控制电路接收所述电压检测信号，并据此控制所述功率开关管的开关动作，以使得所述输出电压信号与预期驱动电压值相一致。

6.根据权利要求5所述的隔离式变换器，其特征在于，所述脉冲信号生成电路包括第一迟滞比较器、第二迟滞比较器、振荡器和脉冲控制电路，

所述第一迟滞比较器接收所述输出电压信号和第一参考电压信号，产生第一比较信号；

所述第二迟滞比较器接收所述输出电压信号和第二参考电压信号，产生第二比较信号；

所述脉冲控制电路接收所述第一比较信号、所述第二比较信号和振荡器的输出信号，产生所述脉冲信号。

7.根据权利要求6所述的隔离式变换器，其特征在于，所述预定值包括第一预定值和第二预定值，当所述输出电压信号高于所述第一预定值时，所述脉冲信号呈递减变化；当所述输出电压信号低于所述第二预定值时，所述脉冲信号呈递增变化；

其中，所述第一预定值为所述第一迟滞比较器的上门限电压，所述第二预定值为所述第二迟滞比较器的下门限电压。

8.根据权利要求5所述的隔离式变换器，其特征在于，所述电压检测电路包括辅助绕组和分压电阻网络，

所述辅助绕组与所述原边绕组或副边绕组相耦合以获得一第一电压信号；

所述分压电阻网络接收所述第一电压信号经分压处理后获得所述电压检测信号。

9.根据权利要求8所述的隔离式变换器，其特征在于，进一步包括辅助供电电路，所述辅助供电电路包括所述辅助绕组、第一二极管和第一电容，

所述第一二极管的阳极与所述辅助绕组的一端相连接，所述第一二极管的阴极与所述第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端接地；

所述辅助供电电路用以给所述原边集成控制电路提供供电电源。