CN104682745A - 一种隔离式电压变换电路、控制电路及其控制方法 - Google Patents

一种隔离式电压变换电路、控制电路及其控制方法 Download PDF

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Abstract

公开了一种隔离式电压变换电路、控制电路以及控制方法。该隔离式电压变换电路包括储能元件、可控开关、反馈电路、控制模块和电压纹波控制电路。其中储能元件具有第三绕组用于感应隔离式电压变换电路的输出电压，反馈电路根据第三绕组的感应电压产生一个反馈信号代表输出电压信号，控制模块根据反馈信号控制可控开关的导通和关断切换。当电压变换电路轻载时，电压纹波控制电路检测输出电压的纹波，并将电压纹波信号和一阈值信号比较，当纹波信号大于阈值信号时，导通可控开关。该隔离式电压变换电路具有良好的动态性能，且功耗较小。

Description

一种隔离式电压变换电路、控制电路及其控制方法
技术领域
本发明涉及隔离式电压变换电路，具体涉及原边控制的隔离式电压变换电路、控制电路以及控制方法。
背景技术
随着电子技术的发展和环保要求的提高，效率和稳定性成为电压变换电路至关重要的设计因素。
隔离式电压变换电路可用于对安全性要求高的适配器和充电器，它包括原边电路和副边电路，通过变压器隔离。在传统的次级端调节的隔离型变换电路中，为了实现恒压和/或恒流控制，常需要采样副边的电压和/或电流信号，并根据副边的电压和/或电流信号进行反馈调节，控制原边开关管的导通和关断，进而调节副边的电压和/或电流。传统的次级端调节的隔离式电压变换电路可以提供精确的电压、电流控制，但是其组件数目较多，采样电阻增加功耗，同时由于变压器的隔离作用，通常在采样副边电流和/或电压信号时，常需要昂贵的光耦器件将副边电流和/或电压信号进行采样并输出至原边控制电路。因此传统的次级端调节的隔离式电压变换电路成本高昂，结构复杂。
如今，为了减小组件数目，避免使用光耦器件，降低电路的成本和复杂性，进而提高效率，通常通过原边采样来获取隔离式电压变换电路输出电压和/或输出电流的大小。
具体地，通过采样原边峰值电流来计算副边输出电流的大小，以及通过变压器的第三绕组感测输出电压的大小，并将获得的输出电流 信号和输出电压信号送至控制电路进行反馈控制。
图1所示为一个原边控制的隔离式电压变换电路50。如图所示，交流电压信号VAC通过一个整流桥和隔直电容后转换为一个直流电压信号VDC。
直流电压信号VDC经过一个反激变换电路进而转换为一个输出电压信号VOUT。反激变换电路包括一个变压器T和一个可控开关管4。变压器T包括原边绕组1，副边绕组2以及第三绕组3。当可控开关4导通时，原边绕组1流过电流IP,并存储能量；当可控开关4关断时，副边绕组2将原边绕组存储的能量通过一个二极管传递给负载，此时该二极管流过电流IS，此时第三绕组3上的电压VT与输出电压VOUT成正比。当流过与副边绕组2相连的二极管的电流IS减小为零后，第三绕组3上的电压VT为零。
隔离式电压变换电路50进一步包括一个反馈电路5，反馈电路5耦接变压器T的的第三绕组3，当输出电压信号VOUT升高，第三绕组上的感应电压VT也升高。感应电压VT经过分压电阻分压，得到一个输出电压反馈信号VFB。
隔离式电压变换电路50进一步包括一个控制模块6，接收输出电压反馈信号VFB，并根据接收输出电压反馈信号VFB输出一个控制信号CS至可控开关4的栅极，控制可控开关4的导通和关断，进而调节输出电压VOUT，使输出电压VOUT恒定在一个期望值。
图2示出了根据隔离式电压变换电路50一个实施例的工作波形图60。在图2示出的实施例中，隔离式电压变换电路50的负载将经历额定负载、轻载和重载三个工作阶段。其中，当隔离式电压变换电路50的负载为额定负载和重载等正常带载阶段时，其工作在第一工作模式。 当隔离式电压变换电路50的负载为轻载阶段时，其工作在第二工作模式，其中，轻载阶段也包括空载。在图2所示的示例中，隔离式电压变换电路50的第一工作模式为脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)模式，第二工作模式为跳周期模式，即某些周期内控制可控开关4停止导通和关断切换。在其他一些示例中，隔离式电压变换电路50的第一工作模式为PWM模式，第二工作模式为脉冲频率调制(Pulse Frequency Modulation,PFM)模式，即可控开关4导通和关断频率变低。在其他一些示例中，隔离式电压变换电路50的第一工作模式可以为PFM模式，第二工作模式可以为跳周期模式。
如图所示，隔离式电压变换电路50的开关周期为T，在额定负载的工作阶段，其工作在第一工作模式，占空比D的值为d1。在t0时刻，可控开关4导通，原边电流IP上升，第三绕组3的感应电压VT等于 输出电压反馈信号VFB等于零，其中NP是第一绕组1的匝数，NT是第三绕组3的匝数。在t1时刻，可控开关4关断，副边电流IS下降，并经与副边绕组2相连的二极管流向负载，此时，第三绕组3的感应电压VT等于输出电压反馈信号VFB等于其中NS是第二绕组2的匝数，k为一比例系数，由反馈电路5中的分压电阻值决定。在t2-t3期间，由于副边电流IS为零，输出电压反馈信号VFB等于零。同时，在t2-t3期间，隔离式电压变换电路50的负载由额定负载变为轻载，输出电压VOUT升高。在下一个可控开关4关断期间(t4-t5)，输出电压反馈信号VFB变高，控制模块6将调整隔离式电压变换电路50进入第二工作模式，即跳周期模式。可控开关4停止导通 和关断切换，第三绕组3不能感应输出电压VOUT的大小，输出电压反馈信号VFB为零。在图2所示实施例中，两个空白周期(Blank time)只是示意性的，在实际工作中，可根据负载需要自行设定空白周期的数量。如果在空白周期期间，负载发生变化，如图中所示负载在t6-t7期间从轻载变为重载，输出电压VOUT被拉低，而此时输出电压反馈信号VFB依然为零，控制模块6不能及时的从第二工作模式恢复到第一工作模式，因而不能根据负载的变化及时对输出电压VOUT进行调整。只有当空白周期结束以后，第三绕组3感应到输出电压VOUT的值以后，控制模块6才能根据输出电压反馈信号VFB对输出电压VOUT进行调节。如图所示，在t8-t9时刻，输出电压反馈信号VFB变小，控制模块6通过在下一周期增大占空比D的值(从d1变为d2)来拉高输出电压VOUT的值。
也即是说，当隔离式电压变换电路50从轻载阶段恢复到正常带载的阶段，由于第三绕组3感测的输出电压反馈信号VFB延后，隔离式电压变换电路50不能及时从第二工作模式恢复到第一工作模式，因而动态响应缓慢，效率低。
在其他一些示例中，隔离式电压变换电路50在正常带载阶段和轻载阶段只有一个工作模式。当隔离式电压变换电路50进入轻载阶段，可控开关4的导通和关断时间极为有限，因而也会造成如上所述的第三绕组3不能及时的感测输出电压信号VOUT。隔离式电压变换电路50依然会造成动态响应缓慢、效率低下等后果。
同时，本领域技术人员能够理解，这里示意的反激变换电路只是示意型的，在其他的隔离式拓扑结构中，比如正激变换电路，隔离桥式变换电路等，采用第三绕组的原边控制方法和电路也同样存在相同 的问题。因此，需要考虑在原边采样控制电路中，如何提高变换电路的动态响应速度和效率。
发明内容
针对现有技术中的一个或多个问题，提出了一种原边控制的隔离式电压变换电路、控制电路以及控制方法。
本发明一方面提供了一种隔离式电压变换电路，包括：储能元件，用于储存能量，具有原边绕组，副边绕组和第三绕组，其中所述第三绕组用于感应所述电压变换电路的一输出电压，并产生一输出电压感应信号；可控开关，电耦接至所述储能元件，通过所述可控开关的导通和关断切换在所述储能元件中存储和释放能量，进而将一输入电压转换为所述输出电压；反馈电路，包括电压反馈电路具有输入端和输出端，所述电压反馈电路的输入端接收所述输出电压感应信号，并在所述电压反馈电路的输出端提供一个输出电压反馈信号表征所述输出电压；控制模块，接收所述输出电压反馈信号，并根据所述输出电压反馈信号产生第一控制信号，以及根据所述输出电压反馈信号判定所述电压变换电路是轻载或正常带载，其中，当所述输出电压反馈信号小于期望值时，所述第一控制信号有效；电压纹波控制电路，当所述电压变换电路轻载时，所述电压纹波控制电路检测输出电压的纹波，并将电压纹波信号和第一阈值信号比较，产生一个第二控制信号；其中，当所述纹波信号大于所述第一阈值信号时，所述第二控制信号有效；以及逻辑电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端接收所述第一控制信号，所述第二输入端接收所述第二控制信号，所述逻辑电路对所述第一控制信号和所述第二控制信号进行逻辑运算，并在输出端提供一个第三控制信号用于控制所述可控开关的导通和关断切换；其中，当所述第一控制信号和所述第二控制信号任意一个信号有效时，所述第三控制信号导通所述可控开关。
本发明另一方面提供了一种用于隔离式电压变换电路的原边控制 电路，其中，所述隔离式电压变换电路包括一可控开关和变压器，所述变压器具有原边绕组，副边绕组和第三绕组，其中所述第三绕组用于感应所述电压变换电路的一输出电压，并产生一个输出电压感应信号作为输出电压反馈信号；其中，所述控制电路包括：控制模块，接收所述输出电压反馈信号，并根据所述输出电压反馈信号产生第一控制信号和轻载状态检测信号，其中，当所述轻载状态检测信号有效时，所述隔离式电压变换电路进入轻载状态，当所述输出电压反馈信号小于期望值时，所述第一控制信号有效；电压纹波控制电路，接收所述轻载状态检测信号，当所述轻载状态信号有效时，所述电压纹波控制电路检测输出电压的纹波，并将电压纹波信号和第一阈值信号比较，产生一个第二控制信号，其中，当所述纹波信号大于所述第一阈值信号时，所述第二控制信号有效；以及逻辑电路，接收所述第一控制信号和所述第二控制信号，所述逻辑电路对所述第一控制信号和所述第二控制信号进行逻辑运算，并提供一个第三控制信号至所述可控开关用于控制所述可控开关的导通和关断切换，当所述第一控制信号和所述第二控制信号任意一个有效时，所述第三控制信号导通所述可控开关。
本发明又一方面提供了一种用于隔离式电压变换电路的原边控制方法，其中，所述控制方法包括：通过一变压器第三绕组检测所述输出电压，并产生一个输出电压反馈信号；根据输出电压反馈信号判定系统是否进入轻载状态；当所述电压变换电路进入轻载状态，检测输出电压的纹波；将输出电压的纹波和一阈值信号比较，判定输出电压的纹波和阈值信号的大小；以及当输出电压的纹波大于所述阈值信号时，所述电压变换电路跳出轻载状态。
附图说明
在下面所有附图中，相同的标号表示具有相同、相似或相应的特征或功能。
图1示出了一种现有的原边控制电压变换电路50的简化示意图；
图2示出了图1所示原边控制电压变换电路50中的相关波形60示意图；
图3示出了根据本发明一实施例的隔离式电压变换电路100示意图；
图4示出了根据本发明一实施例的隔离式电压变换电路的一控制电路200示意图；
图5示出了根据本发明一实施例的隔离式电压变换电路的又一控制电路300示意图；
图6示出了根据本发明一实施例的隔离式电压变换电路400的原理图；
图7示出了根据本发明一实施例的隔离式电压变换电路的控制方法500示意图。
具体实施方式
下面将详细描述本公开的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本公开。相反，本公开意在涵盖由所附权利要求所界定的本公开精神和范围内所定义的各种备选方案、修改方案和等同方案。在以下描述中，为了提供对本公开的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员应当理解，没有这些具体细节，本公开同样可以实施。在其他一些实施例中，为了便于凸显本公开的主旨，对于众所周知的方案、流程、元器件以及电路或方法未作详细的描述。
图3示出了根据本发明一实施例的隔离式电压转换电路100的简化框图。如图3所示，隔离式电压变换电路100包括整流电路10，接收交流电压信号VAC，并将交流电压信号VAC整流，同时经过隔直电 容11滤波后，提供一个直流电压信号VDC。
隔离式电压变换电路100进一步包括一个开关转换电路，如图所示，开关转换电路示意为一个反激式变换电路，包括变压器T、可控开关管26、二极管24以及滤波电容25。开关转换电路通过可控开关26的导通和关断，将直流电压信号VDC转换为一个输出电压信号VOUT。变压器T包括匝数为NP的原边绕组21，匝数为NS的副边绕组22，匝数为NT的第三绕组23。当可控开关26导通时，原边绕组21流过电流IP,并存储能量；当可控开关26关断时，副边绕组22将原边绕组存储的能传递给负载，二极管24流过流过电流IS。副边绕组电压22经电容25滤波后作为输出电压VOUT。第三绕组23用于感测输出电压VOUT，当可控开关26导通时，第三绕组23上的感应电压为VT等于当可控开关26关断时，第三绕组23上的电压为本领域技术人员能够理解，这里，开关转换电路示意为反激变换电路只是一个实施例，开关转换电路还可以包括其他的隔离式拓扑结构，比如正激变换电路，隔离桥式变换电路等。此外，在隔离式电压变换电路100中，开关转换电路中的可控开关26示意为金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)，在其他实施例中，可控开关26包括其他合适的功率开关管，比如结型场效应管(JFET)等功率开关管。
隔离式电压变换电路100进一步包括一个反馈电路。反馈电路包括电压反馈电路，该电压反馈电路耦接变压器T的的第三绕组23，接收感应电压信号VT，并将感应电压VT转换为一个输出电压反馈信号VFB，表征输出电压VOUT的值。在一个实施例中，输出电压反馈信号 VFB等于其与输出电压VOUT和第三绕组的匝数NT成正比，与副边绕组的匝数NS成反比。在一个实施例中，例如在一个电压、电流双环控制的控制环路中，反馈电路还包括电流反馈电路，该电流反馈电路采样流过可控开关26的电流ISW，电流ISW的峰值可表征副边输出电流的值，因此可提供一个输出电流反馈信号IFB。
隔离式电压变换电路100进一步包括一个控制模块40。在一个实施例中，控制模块40接收输出电压反馈信号VFB，并根据接收输出电压反馈信号VFB提供第一控制信号CS和轻载状态检测信号UL。在另一个实施例中，控制模块40接收输出电压反馈信号VFB和输出电流反馈信号IFB，并根据接收输出电压反馈信号VFB和输出电流反馈信号IFB提供第一控制信号CS和轻载状态检测信号UL。第一控制信号CS为一个逻辑高低电平信号，代表控制可控开关26导通和关断的状态。在一个实施例中，高电平代表导通可控开关26，低电平代表关断可控开关26。在另一个实施例中，也可反而为之。当输出电压反馈信号VFB小于一个预设值，第一控制信号CS有效。在一个实施例中，第二控制信号CV有效时为高电平，在另一个实施例中，第二控制信号CV有效时为低电平。
隔离式电压变换电路100进一步包括一个电压纹波控制电路70具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中，电压纹波控制电路70的第一输入端耦接隔离式电压变换电路100的输出端，接收输出电压VOUT；第二输入端耦接控制模块接收轻载状态检测信号UL；电压纹波控制电路70在隔离式电压变换电路100进入轻载工作阶段后，检测输出电压VOUT的纹波并产生一个纹波信号ΔVOUT。电压纹波控制电路70 将纹波信号ΔVOUT与一阈值信号比较产生一个第二控制信号CV。第二控制信号CV为一个逻辑高低电平信号，当纹波信号ΔVOUT大于阈值信号时，第二控制信号CV有效，可控开关26导通。在一个实施例中，第二控制信号CV有效时为高电平，在另一个实施例中，第二控制信号CV有效时为低电平。电压纹波控制电路70包括电压纹波检测电路701和电压纹波比较电路702，电压纹波检测电路701检测输出电压VOUT的纹波并产生纹波信号ΔVOUT，电压纹波比较电路702接收纹波信号ΔVOUT，将纹波信号ΔVOUT与一阈值信号比较产生第二控制信号CV。
隔离式电压变换电路100进一步包括一个逻辑电路80具有第一输入端、第二输入端和输出端，逻辑电路80的第一输入端接收第一控制信号CS，逻辑电路80的第二输入端接收第二控制信号CV，逻辑电路80将第一控制信号CS和第二控制信号CV做逻辑运算并在输出端输出第三控制信号CTRL至可控开关26的栅极，控制可控开关26的导通和关断切换，进而调节输出电压VOUT，使输出电压VOUT恒定在一个期望值。其中，当第一控制信号CS和第二控制信号CV任意一个信号有效时，导通可控开关26。
在图3所示隔离式电压变换电路100中，将控制模块40、逻辑电路80和电压纹波比较电路702示意为一个电源管理芯片，该电源管理芯片具有电压反馈信号输入管脚接收电压反馈信号VFB、电流反馈信号输入管脚接收输出电流反馈信号IFB、纹波信号输入管脚接收纹波信号ΔVOUT、驱动管脚输出第三控制信号CTRL、电源管脚接收供电电压VCC、接地管脚电连接至逻辑地以及补偿管脚接收环路补偿信号CP。在其他的一些示例中，电源管理芯片还可以将开关转换电路中的可控开关26集成到芯片内部。此时，电源管理芯片增加一个可控开关漏极 引出管脚，先前的电流反馈信号输入管脚、驱动管脚均可以省略。控制模块40中可以包括多种控制方法，比如在一个实施例中，控制模块40仅包括电压控制环路，控制输出电压；在又一个实施例中，控制模块40仅包括电流控制环路，控制输出电流；在又一个实施例中，控制电路包括40电压、电流双环控制环路，控制输出电流和输出电压。同样，控制模块40包括多种工作模式，在一个实施例中，控制模块40控制隔离式电压变换电路100工作在PWM模式；在又一个实施例中，控制模块40控制隔离式电压变换电路100工作在PFM模式。在又一个实施例中，控制模块40控制隔离式电压变换电路100工作在多模式下，比如，在正常带载的工作条件下工作在PWM模式下，在轻载工作条件下工作在PFM模式，又或在轻载的工作条件下工作在跳周期的模式。
图4示出了根据本发明一实施例的隔离式电压变换电路的控制电路200示意图。控制电路200包括反馈电路、控制模块40、电压纹波控制电路70和逻辑电路80。
在一个实施例中，反馈电路包括电压反馈电路30，具有输入端和输出端。电压反馈电路30的输入端耦接变压器T的第三绕组23，接收感应电压VT并在输出端提供输出电压反馈信号VFB。
在一个实施例中，控制模块40包括电压控制电路401和轻载状态检测电路402。电压控制电路401具有输入端和输出端，其输入端接收输出电压反馈信号VFB，并根据输出电压反馈信号VFB第一控制信号CS。在一个实施例中，电压控制电路401包括电压误差放大电路和电压比较电路，电压误差放大电路将输出电压反馈信号VFB与一个参考电压信号比较，输出一个误差放大信号；电压比较电路将误差放大信号和一个斜坡信号比较，第一控制信号CS。在另一个实施例中，电压 控制电路401包括恒定导通时间控制电路的所有模块，比如恒定导通时间产生模块、电压比较电路和逻辑电路。恒定时间导通模块产生一个恒定导通时间信号；电压比较模块将输出电压反馈信号VFB与一个参考电压信号比较产生一个比较信号；逻辑模块将恒定导通时间信号和比较信号做逻辑运算，进而产生第一控制信号CS。总之，电压控制电路401可以包括任一一种电压控制方式所需的电路模块。
控制模块40进一步包括轻载状态检测电路402，具有输入端和输出端。轻载状态检测电路402的输入端接收输出电压反馈信号VFB，并根据输出电压反馈信号VFB输出一个轻载状态检测信号UL，用于判定隔离式电压变换电路100是否进入轻载模式。在一个实施例中，轻载状态检测电路将输出电压反馈信号VFB和一阈值信号比较，当输出电压反馈信号VFB大于该阈值信号时，代表隔离式电压变换电路进入轻载模式。
在一个实施例中，逻辑电路80接收第一控制信号CS和第二控制信号CV，并将第一控制信号CS和第二控制信号CV做逻辑运算，在输出端输出第三控制信号CTRL进而控制可控开关26的导通和关断切换。
在一个实施例中，反馈电路进一步包括输出电流反馈电路31，具有输入端和输出端。电流反馈电路31的输入端接收开关电流信号ISW，并在输出端提供输出电流反馈信号IFB。在此实施例中，控制模块40中的电压控制电路401还将接收该输出电流反馈信号IFB，并根据输出电压反馈信号VFB和输出电流反馈信号IFB，在输出端提供第一控制信号CS。此时电压控制电路401为一个电压、电流双环控制电路，可以包括任一一种电压、电流双环控制方式所需的电路模块。
在一个实施例中，控制电路200还包括保护电路90，接收需要过压和/或过流保护的一个或多个电压和/或信号，并将该一个或多个电压和/或信号与各自的阈值比较，并根据比较结果提供一个或多个控制信号PRO至逻辑电路80。在此实施例中，逻辑电路80将该一个或多个控制信号与第一控制信号CS和第二控制信号CV进行逻辑运算，产生所述第三控制信号CTRL，进而控制可控开关26的导通和关断切换。
图5示出了根据本发明另一实施例的隔离式电压变换电路的控制电路300示意图。如图所示，控制电路200包括反馈电路、控制模块40、电压纹波控制电路70和逻辑电路80。
与图4所示的控制电路200相比，控制电路300最大的不同在于控制模块40。控制模块40中进一步包括一个模式控制电路403，用于设定隔离式电压变换电路100工作在第一工作模式和第二工作模式。其中，当隔离式电压变换电路100的负载为正常带载阶段时，其工作在第一工作模式。当隔离式电压变换电路100的负载为轻载阶段时，其工作在第二工作模式，其中，轻载阶段也包括空载。在一个实施例中，第一工作模式为PWM模式，第二工作模式为跳周期模式，即某些周期内开关停止导通和关断切换。在另一个实施例中，第一工作模式为PWM模式，第二工作模式为PFM模式，即开关导通和关断频率变低。在其他一些实施例中，第一工作模式可以为PFM模式，第二工作模式为跳周期模式。
在图5所示实施例300中，电压控制电路401不再直接输出第一控制信号CS，而是作为第四控制信号CA送至模式控制电路403。模式控制电路403具有第一输入端、第二输入端和输出端。其第一输入端耦接电压控制电路401的输入端，接收第四控制信号CA；其第二端耦 接轻载状态检测电路402的输出端，接收轻载状态检测信号UL；模式控制电路403根据轻载状态检测信号UL和第四控制信号CA设定隔离式电压变换电路100的第一工作模式和第二工作模式，并在输出端输出第一控制信号CS。其中，当隔离式电压变换电路100正常带载时工作在第一工作模式，在轻载时工作在第二工作模式。在一个实施例中，当隔离式电压变换电路100工作在第一工作模式时，第一控制信号CS和第四控制信号CA相同。
图6示出了根据本发明一实施例的隔离式电压变换电路400的电路原理图。
隔离式电压变换电路400包括一个开关转换电路，如图6所示，开关转换电路示意为一个反激式变换电路，包括变压器T、可控开关管26、二极管24以及滤波电容25。开关转换电路通过可控开关26的导通和关断，将直流电压信号VDC转换为一个输出电压信号VOUT。变压器T包括匝数为NP的原边绕组21，匝数为NS的副边绕组22，匝数为NT的第三绕组23。当可控开关26导通时，原边绕组21流过电流IP,并存储能量；当可控开关26关断时，副边绕组22将原边绕组存储的能量传递给负载，二极管24流过流过电流IS。副边绕组电压22经电容25滤波后作为输出电压VOUT。第三绕组23用于感测输出电压VOUT，当可控开关26导通时，第三绕组23上的感应电压为VT等于当可控开关26关断时，第三绕组23上的感应电压为VT电压为
隔离式电压变换电路400进一步包括一个电压反馈电路30，电压 反馈电路30耦接变压器T的的第三绕组23，第三绕组23感测副边绕组电压，当输出电压信号VOUT升高，第三绕组上的感应电压VT也升高。感应电压VT经过二极管34以及分压电阻32、33分压，得到一个输出电压反馈信号VFB。输出电压反馈信号VFB等于其与输出电压VOUT和第三绕组的匝数NT成正比，与副边绕组的匝数NS成反比。同时，第三绕组23还为隔离式电压变换电路400的控制电路提供一个供电电压VCC。
隔离式电压变换电路400进一步包括一个电压控制电路401。电压控制电路401包括一个电压误差放大电路41和第一电压比较电路42。电压误差放大电路41具有第一输入端、第二输入端和输出端。电压误差放大电路41的第一输入端接收输出电压反馈信号VFB；电压误差放大电路41的第二输入端接收一参考电压信号VREF；电压误差放大电路41将输出电压反馈信号VFB和参考电压信号VREF的误差放大，并在输出端输出一个误差放大信号COMP。第一电压比较电路42具有第一输入端、第二输入端和输出端。第一电压比较电路42的第一输入端接收误差放大信号COMP；第一电压比较电路42的第二输入端接收一斜坡信号VRAMP；第一电压比较电路42将误差放大信号COMP和斜坡信号VRAMP比较，并在输出端输出第四控制信号CA。
隔离式电压变换电路400进一步包括一个轻载状态检测电路402。轻载状态检测电路402包括与电压控制电路401共用的电压误差放大电路41。轻载状态检测电路402进一步包括第二电压比较电路43，具有第一输入端、第二输入端和输出端。第二电压比较电路43的第一输入端接收误差放大信号COMP；第二电压比较电路43的第二输入端接 收一阈值信号VTH；第一电压比较电路42将误差放大信号COMP和阈值信号VTH比较，并在输出端输出轻载状态检测信号UL。
隔离式电压变换电路400进一步包括一个模式控制电路403。模式控制电路403具有第一输入端、第二输入端和输出端。其第一输入端耦接电压控制电路401的输入端，接收第四控制信号CA；其第二端耦接轻载状态检测电路402的输出端，接收轻载状态检测信号UL；模式控制电路403根据轻载状态检测信号UL和第四控制信号CA设定隔离式电压变换电路400的第一工作模式和第二工作模式，并在输出端输出第一控制信号CS。
隔离式电压变换电路400进一步包括一个电压纹波控制电路70。电压纹波控制电路70包括第一电容72、第二电容73、比较电路77和基准电压源76。其中，比较电路77具有第一输入端、第二输入端和输出端；基准电压源76具有第一端和第二端。当隔离式电压变换电路400正常带载时，第一电容72电连接在第一逻辑地电位GND1和第二逻辑地电位GND2之间；第二电容73电连接在输出电压信号VOUT和第二逻辑地电位GND2之间。当隔离式电压变换电路400正常带载时轻载时，第一电容72电连接在第一逻辑地电位GND1和比较电路77的第一输入端；第二电容73电连接在输出电压信号VOUT和基准电压源76的第一端；基准电压源的第二端电连接至比较电路77的第二输入端；比较电路77的输出端输出第二控制信号CV。
在一个实施例中，电压纹波控制电路70进一步包括电压延时模块71、第一开关74和第二开关75。延时模块71具有输入端和输出端，其输入端接收轻载状态检测信号UL，延时模块71对轻载状态检测信号UL进行延时并输出一个延时信号UL’，其中延时信号UL在隔离式 电压变换电路400进入轻载后有效。第一开关74，具有第一端a、第二端b、第三端c和控制端。第二开关75，具有第一端a、第二端b、第三端c和控制端。第一电容72一端电连接第一逻辑地电位GND1，另一端电连接第一开关74的第一端a；第一开关74的第二端b电连接比较电路77的第一输入端，第一开关74的第三端c电连接第二逻辑地电位GND2，第一开关74的控制端接收所述延时信号UL’；第二电容73一端电连接输出电压VOUT，另一端电连接第二开关75的第一端a。第二开关75的第二端b电连接比较电路77的第二输入端，第二开关75的第三端c电连接第二逻辑地电位GND2，第二开关的控制接收延时信号UL’。当隔离式电压变换电路400正常带载时，第一开关74和第二开关75各自的第一端a和第三端c相连；当延时信号UL’有效时，第一开关74和第二开关75各自的的第一端a和第二端b相连；比较电路77的输出端输出第二控制信号CV。
隔离式电压变换电路400进一步包括一个逻辑电路80。在一个实施例中，逻辑电路80进一步包括一个或门，具有第一输入端、第二输入端和输出端，或门的第一输入端接收第一控制信号CS，或门的第二输入端接收第二控制信号CV，或门将第一控制信号CS和第二控制信号CV做逻辑或运算并在输出端输出第三控制信号CTRL至可控开关26的栅极，控制可控开关26的导通和关断切换。其中，当第一控制信号CS和第二控制信号CV任意一个信号为高电平时，导通可控开关26。
图7示出了根据本发明一实施例的隔离式电压变换电路的控制方法500示意图。如图7所示，控制方法包括步骤501-505。
步骤501，通过一变压器的第三绕组检测所述输出电压，并产生一个电压反馈信号；
步骤502，根据电压反馈信号判定隔离式电压变换电路是否进入轻载模式；当隔离式电压变换电路未进入轻载模式，转至步骤503；当隔离式电压变换电路进入轻载工作模式，转至步骤504；
步骤503，隔离式电压变换电路位于正常带载工作模式，并返回至步骤501；
步骤504，检测输出电压的纹波；
步骤505，将输出电压的纹波和一阈值比较，判定输出电压的纹波和阈值信号的大小；当输出电压的纹波大于等于阈值信号，转至步骤503，隔离式电压变换电路跳出轻载模式；当输出电压的纹波小于阈值信号，返回步骤504。
以上对根据本发明实施例的控制方法及步骤的描述仅为示例性的，并不用于对本发明进行限定。另外，一些公知的控制步骤及所用控制参数等并未给出或者并未详细描述，以使本发明清楚、简明且便于理解。发明所属技术领域的技术人员应该理解，以上对根据本发明各实施例的控制方法及步骤的描述中所述使用的步骤编号并不用于表示各步骤的绝对先后顺序，这些步骤并不按照步骤编号顺序实现，而可能采用不同的顺序实现，也可能同时并列地实现，并不仅仅局限于所描述的实施例。
上述本发明的说明书和实施方式仅以示例性的方式对本发明实施例的隔离式电压变换电路、控制电路以及控制方法的描述仅为示例性的，并不用于限定本发明的范围。对于公开的实施例进行变化和修改都是可能的，其他可行的选择性实施例和对实施例中元件的等同变化可以被本技术领域的普通技术人员所了解。本发明所公开的实施例的其他变化和修改并不超出本发明的精神和保护范围。

Claims (18)

1.一种隔离式电压变换电路，包括：
储能元件，用于储存能量，具有原边绕组，副边绕组和第三绕组，其中所述第三绕组用于感应所述电压变换电路的一输出电压，并产生一输出电压感应信号；
可控开关，电耦接至所述储能元件，通过所述可控开关的导通和关断切换在所述储能元件中存储和释放能量，进而将一输入电压转换为所述输出电压；
反馈电路，包括电压反馈电路具有输入端和输出端，所述电压反馈电路的输入端接收所述输出电压感应信号，并在所述电压反馈电路的输出端提供一个输出电压反馈信号表征所述输出电压；
控制模块，接收所述输出电压反馈信号，并根据所述输出电压反馈信号产生第一控制信号，以及根据所述输出电压反馈信号判定所述电压变换电路是轻载或正常带载，其中，当所述输出电压反馈信号小于期望值时，所述第一控制信号有效；
电压纹波控制电路，当所述电压变换电路轻载时，所述电压纹波控制电路检测输出电压的纹波，并将电压纹波信号和第一阈值信号比较，产生一个第二控制信号；其中，当所述纹波信号大于所述第一阈值信号时，所述第二控制信号有效；以及
逻辑电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端接收所述第一控制信号，所述第二输入端接收所述第二控制信号，所述逻辑电路对所述第一控制信号和所述第二控制信号进行逻辑运算，并在输出端提供一个第三控制信号用于控制所述可控开关的导通和关断切换；其中，当所述第一控制信号和所述第二控制信号任意一个信号有效时，所述第三控制信号导通所述可控开关。
2.如权利要求1所述隔离式电压变换电路，其中，所述电压变换电路至少包括第一工作模式和第二工作模式，其中，所述电压变换电路正常带载时工作在第一工作模式，所述电压变换电路轻载时工作在第二工作模式；其中，当所述纹波信号大于所述第一阈值信号时，所述电压变换电路跳出第二工作模式进入第一工作模式。
3.如权利要求2所述隔离式电压变换电路，其中，在所述第二工作模式下，所述可控开关停止导通和关断切换。
4.如权利要求2所述隔离式电压变换电路，其中，在所述第二工作模式下，所述可控开关导通和关断切换频率变低。
5.如权利要求1所述隔离式电压变换电路，其中，所述控制模块包括：
电压控制电路，具有第一输入端和输出端，其中，所述电压控制电路的第一输入端耦接至所述电压反馈电路的输出端，接收所述输出电压反馈信号，并在输出端提供所述第一控制信号；以及
轻载状态检测电路，具有输入端和输出端，其中，所述输入端耦接至所述电压反馈电路，接收所述输出电压反馈信号，根据输出电压反馈信号判定所述电压变换电路是否轻载，并在输出端提供一个轻载状态检测信号；其中，当所述电压变换电路轻载，所述轻载状态检测信号有效。
6.如权利要求2所述隔离式电压变换电路，其中，所述控制模块包括：
电压控制电路，具有输入端和输出端，其中，所述输入端耦接至所述电压反馈电路，接收所述输出电压反馈信号，并根据所述输出电压反馈信号在输出端提供第四控制信号；
轻载状态检测电路，具有输入端和输出端，其中，所述输入端耦接至所述电压反馈电路，接收所述输出电压反馈信号，并根据输出电压反馈信号判定所述电压变换电路是否轻载，并在输出端提供一个轻载状态检测信号；其中，当所述电压变换电路轻载，所述轻载状态检测信号有效；以及
模式控制电路，具有第一输入端，第二输入端和输出端，所述第一输入端耦接电压控制电路的输出端接收所述第四控制信号，所述第二输入端耦接轻载状态检测电路的输出端接收所述轻载状态检测信号，所述模式控制电路根据所述第四控制信号和所述轻载状态检测信号设定所述电压变换电路工作于第一工作模式或第二工作模式，并在输出端提供所述第一控制信号。
7.如权利要求5或6所述隔离式电压变换电路，其中，所述反馈电路进一步包括电流反馈电路，所述电流反馈电路具有输入端和输出端，其中，所述电流反馈电路的输入端接收一电流采样信号，并在所述电流反馈电路的输出端提供一个电流反馈信号表征所述电流采样信号；
其中，所述电压控制电路进一步包括第二输入端，所述电压控制电路的第二输入端耦接至所述电流反馈电路的输出端，接收所述电流反馈信号。
8.如权利要求1所述隔离式电压变换电路，其中，所述隔离式电压变换电路还包括：
保护电路，接收需要过压和/或过流保护的一个或多个电压和/或电流信号，并将所述一个或多个电压和/或电流信号与各自的阈值比较，并根据比较结果提供一个或多个控制信号；
其中，所述逻辑电路将所述一个或多个控制信号与所述第一控制信号和第二控制信号进行逻辑运算，产生所述第三控制信号，进而控制所述可控开关的导通和关断切换。
9.如权利要求5或6所述隔离式电压变换电路，其中，所述电压纹波控制电路包括：
电压纹波检测电路具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述电压纹波检测电路的第一输入端接收所述输出电压信号；所述电压纹波检测电路的第二输入端接收所述轻载状态检测信号；所述电压纹波检测电路在所述轻载状态检测信号有效期间，在输出端提供所述电压纹波信号；以及
电压纹波比较电路具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述电压纹波比较电路的第一输入端接收所述电压纹波信号；所述电压纹波比较电路的第二输入端接收所述第一阈值信号；所述电压纹波比较电路将所述电压纹波信号和所述第一阈值信号比较，并在输出端提供第二控制信号。
10.如权利要求5或6所述隔离式电压变换电路，其中，在所述电压纹波控制电路包括：
延时模块，具有输入端和输出端，其输入端接收轻载状态检测信号，所述延时模块对轻载状态检测信号进行延时并输出一个延时信号，其中所述延时信号在所述电压变换电路进入轻载后有效；
比较电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端；
基准电压源，具有正端和负端；
第一开关，具有第一端、第二端、第三端和控制端；
第二开关，具有第一端、第二端、第三端和控制端；
第一电容；以及
第二电容；
其中，第一电容一端电连接第一逻辑地电位，另一端电连接第一开关的第一端；第一开关的第二端电连接比较电路的第一输入端，第一开关的第三端电连接第二逻辑地电位，第一开关的控制端接收所述延时信号；第二电容一端电连接输出电压，另一端电连接第二开关的第一端；第二开关的第二端电连接比较电路的第二输入端，第二开关的第三端电连接第二逻辑地电位，第二开关的控制端接收所述延时信号；当所述电压变换电路正常带载时，第一开关和第二开关各自的第一端和各自的第三端相连；当所述电压变换电路轻载时，第一开关和第二开关各自的的第一端和各自的第二端相连；所述比较电路的输出端输出所述第二控制信号。
11.如权利要求1所述隔离式电压变换电路，其中，所述电压纹波控制电路包括：
比较电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端；
基准电压源，作为第一阈值信号，具有第一端和第二端；
第一电容，具有第一端和第二端，当所述电压变换电路正常带载时，电连接在第一逻辑地电位和第二逻辑地电位之间；当所述电压变换电路轻载时，电连接在所述第一逻辑地电位和所述比较电路的第一输入端之间；以及
第二电容，当所述电压变换电路正常带载时，电连接在所述电压变换电路的输出端和所述第二逻辑地电位之间；当所述电压变换电路轻载时，电连接在所述电压变换电路的输出端和所述基准电压源的第一端之间，所述基准电压源的第二端电连接至所述比较电路的第二输入端；其中，所述比较电路的第一输入端和第二输入端之间的差值为所述电压纹波信号，所述比较电路的输出端输出所述第二控制信号。
12.如权利要求1所述隔离式电压变换电路，其中，当所述可控开关导通时，所述原边绕组存储能量，当所述可控开关关断时所述原边绕组存储的能量通过副边绕组被传送至负载。
13.如权利要求5或6所述隔离式电压变换电路，其中，所述轻载状态检测电路包括：
误差放大电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，第一输入端接收所述输出电压反馈信号，第二输入端接收参考电压信号，所述误差放大电路将所述输出电压反馈信号和参考电压信号的误差放大，并在输出端提供一个误差放大信号；以及
第一比较电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，第一输入端接收所述误差放大信号，第二输入端接收第二阈值信号，第一比较电路将所述误差放大信号和第二阈值信号比较，并在输出端提供所述轻载状态检测信号，其中，当误差放大信号大于等于第二阈值信号时，所述轻载状态信号为逻辑高状态，当误差放大信号小于第二阈值信号时，所述轻载状态信号为逻辑低状态。
14.一种用于隔离式电压变换电路的原边控制电路，其中，所述隔离式电压变换电路包括一可控开关和变压器，所述变压器具有原边绕组，副边绕组和第三绕组，其中所述第三绕组用于感应所述电压变换电路的一输出电压，并产生一个输出电压感应信号作为输出电压反馈信号；其中，所述控制电路包括：
控制模块，接收所述输出电压反馈信号，并根据所述输出电压反馈信号产生第一控制信号和轻载状态检测信号，其中，当所述隔离式电压变换电路进入轻载状态时，所述轻载状态检测信号有效；，当所述输出电压反馈信号小于期望值时，所述第一控制信号有效；
电压纹波控制电路，接收所述轻载状态检测信号，当所述轻载状态信号有效时，所述电压纹波控制电路检测输出电压的纹波，并将电压纹波信号和第一阈值信号比较，产生一个第二控制信号，其中，当所述纹波信号大于所述第一阈值信号时，所述第二控制信号有效；以及
逻辑电路，接收所述第一控制信号和所述第二控制信号，所述逻辑电路对所述第一控制信号和所述第二控制信号进行逻辑运算，并提供一个第三控制信号至所述可控开关用于控制所述可控开关的导通和关断切换，当所述第一控制信号和所述第二控制信号任意一个有效时，所述第三控制信号导通所述可控开关。
15.一种用于隔离式电压变换电路的原边控制方法，其中，所述控制方法包括：
通过一变压器第三绕组检测所述输出电压，并产生一个输出电压反馈信号；
根据输出电压反馈信号判定系统是否进入轻载状态；
当所述电压变换电路进入轻载状态，检测输出电压的纹波；
将输出电压的纹波和一阈值信号比较，判定输出电压的纹波和阈值信号的大小；以及
当输出电压的纹波大于所述阈值信号时，所述电压变换电路跳出轻载状态。
16.如权利要求15所述隔离式电压变换电路，其中，所述电压变换电路包括一个可控开关，在所述轻载状态下，所述可控开关停止导通和关断切换。
17.如权利要求15所述隔离式电压变换电路，其中，所述电压变换电路包括一个可控开关，在所述轻载状态下，所述可控开关导通和关断切换频率变低。
18.如权利要求15所述隔离式电压变换电路，其中，检测输出电压的纹波包括采用一个电压纹波检测电路，所述电压纹波检测电路具有第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，包括：
第一电容，具有第一端和第二端，第一电容的第一端作为电压纹波检测电路的第一输入端电连接在第一逻辑地电位；当所述电压变换电路正常带载时，第一电容的第二端电连接在第二逻辑地电位；当所述电压变换电路轻载时，第一电容的第二端与第二逻辑地电位断开，并作为所述电压纹波检测电路的第一输出端；以及
第二电容，具有第一端和第二端，第二电容的第一端作为电压纹波检测电路的第二输入端电连接在所述电压变换电路的输出端；当所述电压变换电路正常带载时，第二电容的第二端电连接在第二逻辑地电位；当所述电压变换电路轻载时，第二电容的第二端与第二逻辑地电位断开，并作为所述电压纹波检测电路的第二输出端；其中，所述电压纹波检测电路第一输出端和第二输出端之间的差值为所述输出电压的纹波。
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