CN105262333A - 一种准谐振反激式控制器及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种准谐振反激式控制器及控制方法，控制器包括：谷底检测电路，检测反激电源系统中的谐振信号，检测到谐振谷底时发出谷底信号；设定时间电路，用于设定反激电源系统的工作周期时间段，发出谷底锁定时间段的开始信号和结束信号；选定谷底运算逻辑电路，根据谷底锁定时间段的开始信号和结束信号、谷底信号进行谐振谷底数量锁存，发出第一控制信号；峰值电流检测电路，用于设定峰值电流，将峰值电流与控制器的电流反馈端的电流进行比较，发出第二控制信号；功率开关驱动电路，根据第一控制信号或第二控制信号驱动功率开关导通或关断。本发明能够明显提高反激电源系统的效率，消除反激电源系统工作在不同谐振谷底造成的音频噪声。
Description
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域，特别是涉及一种准谐振反激式控制器及控制方法。
背景技术
当前，节能环保已经成为一种共识，各国纷纷制定出相应的能效标准来规范外围电源产品和家用电器等电子产品的效率和能耗。随着能效标准的逐年升级，能效标准要求也越来越高，一般的反激式拓扑应用已经难以满足新的能效标准的要求。准谐振反激控制器由于是功率开关在源漏电压较低的时候导通，使系统的效率有所提高；但是，由于准谐振反激控制方式为了在第一个谷底导通，随着负载的降低而使系统工作频率升高较多，虽然功率开关的源漏电压降低有利于功率开关损耗的降低，但是逐步升高的频率又使功率开关的损耗逐步增加，系统效率提升的效果不明显，在负载较轻时系统效率反而降低。为了改善这种情况，有的准谐振反激控制器在负载较轻时降低工作频率，变为平均频率控制方式，但准谐振系统需要在谷底的时候开通，由于设定的频率变为平均值，准谐振系统会工作在几个不同谷底抖动的状态，频率的变化造成音频噪声。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种准谐振反激式控制器及控制方法，能够明显提高反激电源系统的效率，消除反激电源系统由于工作在不同谐振谷底造成的音频噪声。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种准谐振反激式控制器，应用于反激电源系统，包括：谷底检测电路，其检测反激电源系统中的谐振信号，检测到谐振谷底时发出谷底信号；设定时间电路，其根据控制器的电压反馈端的电压设定反激电源系统的工作周期时间段，发出谷底锁定时间段的开始信号和结束信号；选定谷底运算逻辑电路，其根据谷底锁定时间段的开始信号和结束信号、以及谷底信号进行谐振谷底数量锁存，并发出第一控制信号，该第一控制信号用于控制功率开关的导通；峰值电流检测电路，其根据控制器的电压反馈端的电压设定峰值电流，并将该峰值电流与控制器的电流反馈端的电流进行比较，发出第二控制信号，该第二控制信号用于控制功率开关的关断；功率开关驱动电路，其用于根据第一控制信号或第二控制信号驱动功率开关导通或关断。
所述功率开关驱动电路包括：功率开关逻辑控制电路，其根据第一控制信号或第二控制信号输出驱动功率开关导通或关断的逻辑信号；驱动控制电路，其根据逻辑信号驱动功率开关导通或关断。
所述设定时间电路包括第一时间设定电路和第二时间设定电路；第一时间设定电路根据控制电压反馈端的电压设定第一时间段，第一时间段跟随该电压变化；第二时间设定电路用于设定第二时间段，第二时间段从第一时间段结束的时刻开始计时。
所述第一时间段用于控制反激电源系统的工作周期时间段的下限，第一时间段结束时，第一时间设定电路发出谷底锁定时间段的开始信号。
所述第二时间段用于控制反激电源系统的工作周期时间段的上限，第二时间段结束时，第二时间设定电路发出谷底锁定时间段的结束信号。
所述谷底运算逻辑电路包括：谷底计数电路，其用于记录反激电源系统当前工作周期发生的谐振谷底数量；选定谷底锁存电路，其用于锁存反激电源系统上一个工作周期所设定的谐振谷底数量；选定谷底比较电路，其用于比较当前工作周期发生的谐振谷底数量和锁存的谐振谷底数量是否一致，当两者数量一致时发出谷底比较结果；谷底运算电路，其用于根据谷底比较结果、第一时间段和第二时间段计算功率开关导通的谷底时间，并发出信号在指定谐振谷底处进行谐振谷底数量锁存，并发出第一控制信号控制功率开关导通。
一种准谐振反激式控制器的控制方法，包括以下步骤：
S1.根据控制器的电压反馈端的电压设定电源反馈系统的工作周期时间段，发出谷底锁定时间段的开始信号和结束信号；
S2.检测反激电源系统中的谐振信号，检测到谐振谷底时发出谷底信号；
S3.根据谷底锁定时间段的开始信号和结束信号、以及谷底信号进行谐振谷底数量锁存，并发出第一控制信号，该第一控制信号用于控制功率开关的导通；
S4.根据控制器的电压反馈端的电压设定峰值电流，并将该峰值电流与控制器的电流反馈端的电流进行比较，发出第二控制信号，该第二控制信号用于控制功率开关的关断。
所述步骤S3包括以下子步骤：
S31.记录当前工作周期发生的谐振谷底数量；
S32.比较当前工作周期发生的谐振谷底数量与锁存的上一个工作周期所设定的谐振谷底数量是否一致，当两者数量一致时发出谷底比较结果；
S33.根据谷底比较结果、第一时间段和第二时间段计算功率开关导通的谷底时间，并发出信号在指定谐振谷底处进行谐振谷底数量锁存，并发出第一控制信号控制功率开关导通。
所述谷底计数电路记录的谐振谷底数量为N，选定谷底锁存电路锁存的谐振谷底数量为M，N和M均为正整数。
所述锁存的谐振谷底数量在反激电源系统初始状态时为1。
当谷底锁定时间段内检测到谷底比较结果发出时，则发出第一控制信号控制功率开关导通，并保持上一工作周期锁存的谐振谷底数量；当谷底锁定时间段内未检测到谷底信号发出时，则在谷底锁定时间段结束时发出第一时间控制信号控制功率开关导通，并保持上一工作周期锁存的谐振谷底数量。
当谷底比较结果发出时，谷底锁定时间段的开始信号还未发出，则选择谷底锁定时间段的开始信号的下一个谐振谷底数量进行锁存，并发出第一控制信号控制功率开关导通。
当谷底锁定时间段的结束信号发出时，谷底比较结果还未发出，则选择当前谐振谷底数量进行锁存，并在下一个谐振谷底到来时发出第一控制信号控制功率开关的导通。
本发明的有益效果是：本发明通过检测控制器反馈引脚的电压，选定适合负载状态需要的工作频率和谷底时刻，并对谐振谷底数量进行锁存，使反激电源系统工作在一个确定频率的准谐振状态，避免了一般准谐振控制方式使反激电源系统在某些负载时工作在两个不同频率范围内而产生的音频噪音问题。同时，由于本发明直接通过控制器反馈引脚的电压设定反激电源系统的实际工作周期时间段，可以快速地达到输出负载所需的工作状态，负载状态切换时反应更迅速。
附图说明
图1为本发明一种准谐振反激式控制器的结构框图；
图2为本发明中谷底运算逻辑电路和设定时间电路的结构框图；
图3为本发明一种准谐振反激式控制器的应用的一个实施例；
图4为本发明一种准谐振反激式控制器的控制方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，一种准谐振反激式控制器，应用于反激电源系统，准谐振反激式控制器包括：谷底检测电路，其检测反激电源系统中的谐振信号，检测到谐振谷底时发出谷底信号；设定时间电路，其根据控制器的电压反馈端的电压设定反激电源系统的工作周期时间段，发出谷底锁定时间段的开始信号和结束信号；选定谷底运算逻辑电路，其根据谷底锁定时间段的开始信号和结束信号、以及谷底信号进行谐振谷底数量锁存，并发出第一控制信号，该第一控制信号用于控制功率开关的导通；峰值电流检测电路，其根据控制器的电压反馈端的电压设定峰值电流，并将该峰值电流与控制器的电流反馈端的电流进行比较，发出第二控制信号，该第二控制信号用于控制功率开关的关断；功率开关驱动电路，其用于根据第一控制信号或第二控制信号驱动功率开关导通或关断。
所述功率开关驱动电路包括：功率开关逻辑控制电路，其根据第一控制信号或第二控制信号输出驱动功率开关导通或关断的逻辑信号；驱动控制电路，其根据逻辑信号驱动功率开关导通或关断，并调整驱动输出能力。
如图2所示，所述设定时间电路包括第一时间设定电路和第二时间设定电路；第一时间设定电路根据控制电压反馈端的电压设定第一时间段，第一时间段跟随该电压变化；第二时间设定电路用于设定第二时间段，第二时间段从第一时间段结束的时刻开始计时。
所述第一时间段用于控制反激电源系统的工作周期时间段的下限，第一时间段结束时，第一时间设定电路发出谷底锁定时间段的开始信号。
所述第二时间段用于控制反激电源系统的工作周期时间段的上限，第二时间段结束时，第二时间设定电路发出谷底锁定时间段的结束信号。
所述第二时间段为固定时间段或非固定时间段，非固定时间段的时长由控制器的引脚的电压决定。
所述谷底运算逻辑电路包括：谷底计数电路，其用于记录反激电源系统当前工作周期发生的谐振谷底数量；选定谷底锁存电路，其用于锁存反激电源系统上一个工作周期所设定的谐振谷底数量；选定谷底比较电路，其用于比较当前工作周期发生的谐振谷底数量和锁存的谐振谷底数量是否一致，当两者数量一致时发出谷底比较结果；谷底运算电路，其用于根据谷底比较结果、第一时间段和第二时间段计算功率开关导通的谷底时间，并发出信号在指定谐振谷底处进行谐振谷底数量锁存，并发出第一控制信号控制功率开关导通。
所述谷底计数电路记录的谐振谷底数量为N，选定谷底锁存电路锁存的谐振谷底数量为M，N和M均为正整数。
所述选定谷底锁存电路锁存的谐振谷底数量在反激电源系统初始状态时为1。
当谷底锁定时间段内检测到谷底比较结果发出时，则发出第一控制信号控制功率开关导通，并保持上一工作周期锁存的谐振谷底数量；当谷底锁定时间段内未检测到谷底信号发出时，则在谷底锁定时间段结束时发出第一时间控制信号控制功率开关导通，并保持上一工作周期锁存的谐振谷底数量。
当谷底比较结果发出时，谷底锁定时间段的开始信号还未发出，则选择谷底锁定时间段的开始信号的下一个谐振谷底数量进行锁存，并发出第一控制信号控制功率开关导通；当谷底锁定时间段的结束信号发出时，谷底比较结果还未发出，则选择当前谐振谷底数量进行锁存，并在下一个谐振谷底到来时发出第一控制信号控制功率开关的导通。
如图3所示，当功率开关M1导通时，能量被存储在变压器T1中。准谐振反激式控制器U1通过CS引脚（控制器的电流反馈端）检测与功率开关M1串联的电流采样电阻RS的电压，判断电流大小是否与负载设定功率相符，当电流达到设定值后，准谐振反激式控制器U1的GATE引脚（控制器的功率开关驱动端）发出低信号（第二控制信号）关断功率开关M1。当功率开关M1关断后，被存储在变压器T1中的能量由变压器输出绕组LS传输到负载。准谐振反激式控制器U1通过DEM引脚（控制器的谐振谷底检测端）采样接在辅助绕组LA上的分压电阻R1和R2的电压来监控能量传输情况。当输出电流下降到零后，变压器T1和功率开关M1漏源电容上的剩余能量形成谐振，谐振的波形在准谐振反激式控制器U1的DEM引脚上被实时监控，当谐振处于谷底时，功率开关M1漏源电容上能量最少，此时导通功率开关M1损耗能量最少，从而实现更高的效率。准谐振反激式控制器U1还通过FB引脚（电压反馈端）检测光电耦合器U2传输的负载状态信号对原边电感LP的峰值电流进行控制。准谐振反激式控制器U1的VDD引脚为芯片供电引脚，准谐振反激式控制器U1的GND引脚为芯片参考地引脚。
如图4所示，一种准谐振反激式控制器的控制方法，包括以下步骤：
S1.根据控制器的电压反馈端的电压设定电源反馈系统的工作周期时间段，发出谷底锁定时间段的开始信号和结束信号；
S2.检测反激电源系统的谐振信号，检测到谐振谷底时发出谷底信号；
S3.根据谷底锁定时间段的开始信号和结束信号、以及谷底信号进行谐振谷底数量锁存，并发出第一控制信号，该第一控制信号用于控制功率开关的导通；
S4.根据控制器的电压反馈端的电压设定峰值电流，并将该峰值电流与控制器的电流反馈端的电流进行比较，发出第二控制信号，该第二控制信号用于控制功率开关的关断。
所述步骤S3包括以下子步骤：
S31.记录当前工作周期发生的谐振谷底数量；
S32.比较当前工作周期发生的谐振谷底数量与锁存的上一个工作周期所设定的谐振谷底数量是否一致，当两者数量一致时发出谷底比较结果；
S33.根据谷底比较结果、第一时间段和第二时间段计算功率开关导通的谷底时间，并发出信号在指定谐振谷底处进行谐振谷底数量锁存，并发出第一控制信号控制功率开关导通。
所述谷底计数电路记录的谐振谷底数量为N，选定谷底锁存电路锁存的谐振谷底数量为M，N和M均为正整数。
所述锁存的谐振谷底数量在反激电源系统初始状态时为1。
当谷底锁定时间段内检测到谷底比较结果发出时，则发出第一控制信号控制功率开关导通，并保持上一工作周期锁存的谐振谷底数量；当谷底锁定时间段内未检测到谷底信号发出时，则在谷底锁定时间段结束时发出第一时间控制信号控制功率开关导通，并保持上一工作周期锁存的谐振谷底数量。
当谷底比较结果发出时，谷底锁定时间段的开始信号还未发出，则选择谷底锁定时间段的开始信号的下一个谐振谷底数量进行锁存，并发出第一控制信号控制功率开关导通；当谷底锁定时间段的结束信号发出时，谷底比较结果还未发出，则选择当前谐振谷底数量进行锁存，并在下一个谐振谷底到来时发出第一控制信号控制功率开关的导通。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种准谐振反激式控制器，应用于反激电源系统，其特征在于：包括：
谷底检测电路，其检测反激电源系统中的谐振信号，检测到谐振谷底时发出谷底信号；
设定时间电路，其根据控制器的电压反馈端的电压设定反激电源系统的工作周期时间段，发出谷底锁定时间段的开始信号和结束信号；
选定谷底运算逻辑电路，其根据谷底锁定时间段的开始信号和结束信号、以及谷底信号进行谐振谷底数量锁存，并发出第一控制信号，该第一控制信号用于控制功率开关的导通；
峰值电流检测电路，其根据控制器的电压反馈端的电压设定峰值电流，并将该峰值电流与控制器的电流反馈端的电流进行比较，发出第二控制信号，该第二控制信号用于控制功率开关的关断；
功率开关驱动电路，其用于根据第一控制信号或第二控制信号驱动功率开关导通或关断。
2.根据权利要求1所述的一种准谐振反激式控制器，其特征在于：所述功率开关驱动电路包括：
功率开关逻辑控制电路，其根据第一控制信号或第二控制信号输出驱动功率开关导通或关断的逻辑信号；
驱动控制电路，其根据逻辑信号驱动功率开关导通或关断。
3.根据权利要求1所述的一种准谐振反激式控制器，其特征在于：所述设定时间电路包括第一时间设定电路和第二时间设定电路；第一时间设定电路根据控制电压反馈端的电压设定第一时间段，第一时间段跟随该电压变化；第二时间设定电路用于设定第二时间段，第二时间段从第一时间段结束的时刻开始计时；
所述第一时间段用于控制反激电源系统的工作周期时间段的下限，第一时间段结束时，第一时间设定电路发出谷底锁定时间段的开始信号；
所述第二时间段用于控制反激电源系统的工作周期时间段的上限，第二时间段结束时，第二时间设定电路发出谷底锁定时间段的结束信号。
4.根据权利要求1所述的一种准谐振反激式控制器，其特征在于：所述谷底运算逻辑电路包括：
谷底计数电路，其用于记录反激电源系统当前工作周期发生的谐振谷底数量；
选定谷底锁存电路，其用于锁存反激电源系统上一个工作周期所设定的谐振谷底数量；
选定谷底比较电路，其用于比较当前工作周期发生的谐振谷底数量和锁存的谐振谷底数量是否一致，当两者数量一致时发出谷底比较结果；
谷底运算电路，其用于根据谷底比较结果、第一时间段和第二时间段计算功率开关导通的谷底时间，并发出信号在指定谐振谷底处进行谐振谷底数量锁存，并发出第一控制信号控制功率开关导通。
5.一种准谐振反激式控制器的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.根据控制器的电压反馈端的电压设定电源反馈系统的工作周期时间段，发出谷底锁定时间段的开始信号和结束信号；
S2.检测反激电源系统中的谐振信号，检测到谐振谷底时发出谷底信号；
S3.根据谷底锁定时间段的开始信号和结束信号、以及谷底信号进行谐振谷底数量锁存，并发出第一控制信号，该第一控制信号用于控制功率开关的导通；
S4.根据控制器的电压反馈端的电压设定峰值电流，并将该峰值电流与控制器的电流反馈端的电流进行比较，发出第二控制信号，该第二控制信号用于控制功率开关的关断。
6.根据权利要求5所述的一种准谐振反激式控制器的控制方法，其特征在于：所述步骤S3包括以下子步骤：
S31.记录当前工作周期发生的谐振谷底数量；
S32.比较当前工作周期发生的谐振谷底数量与锁存的上一个工作周期所设定的谐振谷底数量是否一致，当两者数量一致时发出谷底比较结果；
S33.根据谷底比较结果、第一时间段和第二时间段计算功率开关导通的谷底时间，并发出信号在指定谐振谷底处进行谐振谷底数量锁存，并发出第一控制信号控制功率开关导通。
7.根据权利要求6所述的一种准谐振反激式控制器的控制方法，其特征在于：所述谷底计数电路记录的谐振谷底数量为N，选定谷底锁存电路锁存的谐振谷底数量为M，N和M均为正整数。
8.根据权利要求6所述的一种准谐振反激式控制器的控制方法，其特征在于：所述锁存的谐振谷底数量在反激电源系统初始状态时为1。
9.根据权利要求6所述的一种准谐振反激式控制器的控制方法，其特征在于：当谷底锁定时间段内检测到谷底比较结果发出时，则发出第一控制信号控制功率开关导通，并保持上一工作周期锁存的谐振谷底数量；当谷底锁定时间段内未检测到谷底信号发出时，则在谷底锁定时间段结束时发出第一时间控制信号控制功率开关导通，并保持上一工作周期锁存的谐振谷底数量。
10.根据权利要求6所述的一种准谐振反激式控制器的控制方法，其特征在于：当谷底比较结果发出时，谷底锁定时间段的开始信号还未发出，则选择谷底锁定时间段的开始信号的下一个谐振谷底数量进行锁存，并发出第一控制信号控制功率开关导通；
当谷底锁定时间段的结束信号发出时，谷底比较结果还未发出，则选择当前谐振谷底数量进行锁存，并在下一个谐振谷底到来时发出第一控制信号控制功率开关的导通。
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