CN105406691B - 用于隔离式开关电源的电压采样控制方法及控制电路 - Google Patents

用于隔离式开关电源的电压采样控制方法及控制电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于隔离式开关电源的电压采样控制方法及控制电路，通过对两个消隐时间进行控制，第一消隐时间和第二消隐时间的重叠度会随着原始采样信号的斜率变化而变化，原始采样信号的斜率越大则相应的谐振一般也就相对靠前，此时所需的消隐时间较短，本发明中的第一消隐时间和第二消隐时间则根据这一特性进行设计和控制，其效果明显优于简单地延长消隐时间。本发明能够利用消隐的控制，确保在谐振期间不进行检测采样，排除了谐振对检测和采样的干扰，能够得到精确的电压信息。

Description

用于隔离式开关电源的电压采样控制方法及控制电路
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种用于隔离式开关电源的电压采样控制方法及控制电路。
背景技术
在隔离式开关电源中，具有由原边绕组和副边绕组组成的变压器，通常会利用变压器绕组间的耦合特性从变压器的一侧来检测另一侧的电压信号。例如，在原边反馈开关电源中，通过变压器原边侧绕组或原边侧辅助绕组来检测副边侧的输出电压，并在原边侧控制器中对检测到的电压信号进行反馈控制；在副边反馈开关电源中，通过变压器副边侧绕组或副边侧辅助绕组来检测原边侧的输出电压，并在副边侧控制器中根据检测到的电压进行过压保护控制；或者需要通过变压器副边侧绕组来检测原边侧的电压信号，并在副边侧控制器中对检测到的电压信号进行控制；等等。
图1示意了现有技术中工作于准谐振模式的隔离式反激式变换器的电路结构图，所述的反激式变换器包括由原边绕组Np和副边绕组Ns组成的变压器和主功率开关管S1，Na为辅助绕组，U1为原边控制电路，通过辅助绕组Na与副边绕组Ns耦合，可以得到副边绕组Ns的输出电压的信息，即将副边绕组Ns的输出电压耦合至辅助绕组Na，并通过由电阻R2和R3组成的分压电路采样得到电压采样信号VSEN，所述的原边控制电路通过电阻R1采样流经主功率开关管的电流，产生驱动信号DRV以驱动主功率开关管S1。图2中示意了上述现有技术的工作波形，从图2中可以看出，由于变压器漏感以及其他寄生参数的影响，在原边开关管S1关断后，变压器绕组电压及VSEN电压会存在一段时间的谐振振荡，从而会对VSEN电压的检测及采样造成干扰，甚至得到错误的电压信息。
为了避免这种情况，通常的做法是在对VSEN电压进行检测前设置一段时间的消隐时间，在消隐时间VBLK内不对VSEN电压进行检测，从而避免谐振带来的影响。然而，当VSEN电压上升时间较长时，会出现消隐时间结束后VSEN电压仍在谐振的情况，从而可能会造成误检测，导致电路工作异常。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于隔离式开关电源的电压采样控制方法及控制电路，用以解决现有技术存在的可能因消隐时间结束后仍在谐振而造成误检测的技术问题。
本发明的技术解决方案是，提供一种以下步骤的用于隔离式开关电源的电压采样控制方法，包括以下步骤：
由待采样绕组与所述隔离式开关电源的变压器耦合，对待采样绕组上的电压进行采样，得到原始采样信号；
所述的原始采样信号大于第一参考电压时，产生第一消隐时间，所述的原始采样信号上升至第二参考电压时，产生第二消隐时间，所述的第一消隐时间和第二消隐时间部分重叠；在所述的第一消隐时间和第二消隐时间内，不对所述的原始采样信号进行检测；
所述的原始采样信号经所述的第一消隐时间和第二消隐时间后，得到待检测信号；
对所述的待检测信号进行检测采样，得到检测采样信号。
优选地，所述的待检测信号经采样保持电路实现检测采样，得到所述的检测采样信号。
优选地，所述检测采样信号与第三参考电压进行比较，产生用于控制开关电源开关状态的驱动信号。
优选地，在所述的原始采样信号与待检测信号之间设置开关，所述的第一消隐时间和第二消隐时间分别输入或非门，所述的或非门输出用于控制所述开关通断的控制信号。
优选地，所述第一消隐时间和第二消隐时间相等，所述控制信号的脉宽等于所述消隐时间的脉宽与原始采样信号从第一参考电压到第二参考电压所需的时间之和。
本发明的另一技术解决方案是，提供一种以下结构的用于隔离式开关电源的电压采样控制电路，包括
待采样绕组，与所述隔离式开关电源的变压器耦合；
分压电路，对待采样绕组上的电压进行采样，得到原始采样信号；
消隐时间控制电路，当所述的原始采样信号大于第一参考电压时，产生第一消隐时间，所述的原始采样信号上升至第二参考电压时，产生第二消隐时间，所述的第一消隐时间和第二消隐时间部分重叠；在所述的第一消隐时间和第二消隐时间内，不对所述的原始采样信号进行检测；
其中，所述的原始采样信号经所述的第一消隐时间和第二消隐时间后，得到待检测信号；并对所述的待检测信号进行检测采样，得到检测采样信号。
优选地，所述的电压采样控制电路还包括采样保持电路，所述的待检测信号经采样保持电路实现检测采样，得到所述的检测采样信号。
优选地，所述检测采样信号与第三参考电压进行比较，产生用于控制开关电源开关状态的驱动信号。
优选地，在所述的原始采样信号与待检测信号之间设置开关，所述的第一消隐时间和第二消隐时间分别输入或非门，所述的或非门输出用于控制所述开关通断的控制信号。
优选地，所述第一消隐时间和第二消隐时间相等，所述控制信号的脉宽等于所述消隐时间的脉宽与原始采样信号从第一参考电压到第二参考电压所需的时间之和。
采用本发明的电路结构和控制方法，与现有技术相比，具有以下优点：本发明通过对两个消隐时间进行控制，第一消隐时间和第二消隐时间的重叠度会随着原始采样信号的斜率变化而变化，原始采样信号的斜率越大则相应的谐振一般也就相对靠前，此时所需的消隐时间较短，本发明中的第一消隐时间和第二消隐时间则根据这一特性进行设计和控制，其效果明显优于简单地延长消隐时间。本发明能够利用消隐的控制，确保在谐振期间不进行检测采样，排除了谐振对检测和采样的干扰，能够得到精确的电压信息。
附图说明
图1为现有技术中工作于准谐振模式的隔离式反激式变换器的电路结构图；
图2为图1中现有技术的工作波形图；
图3为本发明的电压采样控制电路的结构示意图；
图4为图3中本发明的工作波形图；
具体实施方式
以下结合附图对本发明的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神和范围上做的替代、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。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
参考图3所示，示意了本发明电压采样控制电路的具体电路图，基于图1中的相关现有技术。所述的电压采样控制电路部分位于原边控制器内，包括辅助绕组Na、由电阻R2和电阻R3组成的分压电路、消隐时间控制电路和检测采样电路。所述的辅助绕组与所述隔离式开关电源的变压器耦合，并辅助绕组上的电压能够用于表征变压器原副边的电压。所述的分压电路对辅助绕组上的电压进行采样，得到原始采样信号VSEN。通过消隐时间控制电路形成第一消隐时间VBLK1和第二消隐时间VBLK2，即当所述的原始采样信号大于零(本实施例中的第一参考电压采用零电压)时，产生第一消隐时间VBLK1，所述的原始采样信号上升至第二参考电压REF1时，产生第二消隐时间VBLK2，所述的第一消隐时间VBLK1和第二消隐时间VBLK2部分重叠；在所述的第一消隐时间VBLK1和第二消隐时间VBLK2内，不对所述的原始采样信号VSEN进行检测，在这个过程中，通过控制开关S的开合来实现，即在第一消隐时间VBLK1和第二消隐时间VBLK2期间，开关S断开。所述的原始采样信号VSEN经所述的第一消隐时间VBLK1和第二消隐时间VBLK2后，得到待检测信号VSEN_S；并由采样保持电路对所述的待检测信号VSEN_S进行检测采样，得到检测采样信号VSEN_FB。所述检测采样信号VSEN_FB与第三参考电压REF3通过比较器comp3进行比较，产生用于控制开关电源开关状态的驱动信号DRV。在本发明的实施例中，待检测绕组为辅助绕组，但不限于辅助绕组，也可能是原边绕组。
所述的消隐时间控制电路包括第一比较器comp1和第二比较器comp2，将原始采样信号VSEN和零基准信号分别输入第一比较器comp1的两个输入端，从而产生第一消隐时间VBLK1；将原始采样信号VSEN和第二参考电压REF2分别输入第二比较器comp2的两个输入端，从而产生第二消隐时间VBLK2，所述的第一消隐时间VBLK1和第二消隐时间VBLK2均可采样高电平表征消隐时间有效的部分，将所述的第一消隐时间VBLK1和第二消隐时间VBLK2分别输入或非门，所述的或非门输出用于控制所述开关S通断的控制信号Vcontrol。
所述第一消隐时间VBLK1和第二消隐时间VBLK2的宽度可设置成相等，所以，所述控制信号的脉宽等于所述消隐时间的脉宽与原始采样信号从零到第二参考电压所需的时间之和。但不限于二者相等的情形。对于消隐时间的计算，则可预设时间宽度，在原始采样信号VSEN与相应的参考信号进行比较翻转后开始计算。
参考图4所示，示意了图3中电压采样控制电路相应的工作波形图，分别给出了原始采样信号VSEN、第一消隐时间VBLK1、第二消隐时间VBLK2和待检测信号VSEN_S的波形及其对应关系。由图可知，由于原始采样信号VSEN上升较慢，因而相应的谐振也会延后，仅在第一消隐时间VBLK1中无法有效屏蔽谐振阶段，并继续由第二消隐时间VBLK2进行有效屏蔽，VSEN上升越慢，则第二消隐时间VBLK2也会延后。第一消隐时间VBLK1和第二消隐时间VBLK2的脉宽分别用TBLK1和TBLK2表示。t0时刻为原始采样信号VSEN为零以及第一消隐时间VBLK1开始的时刻，t1时刻为原始采样信号VSEN达到REF1以及第二消隐时间VBLK2开始的时刻，t2时刻为第一消隐时间VBLK1结束的时刻，t3时刻为第二消隐时间VBLK2结束的时刻。
待检测信号VSEN_S在t0时刻～t3时刻之间正好位于相应的消隐时间，因此在该区间段无信号，在t3时刻则恢复与原始采样信号VSEN保持一致的波形，供采样保持电路适时进行检测采样。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于隔离式开关电源的电压采样控制方法，包括以下步骤：
由待采样绕组与所述隔离式开关电源的变压器耦合，对待采样绕组上的电压进行采样，得到原始采样信号；
所述的原始采样信号大于第一参考电压时，产生第一消隐时间，所述的原始采样信号上升至第二参考电压时，产生第二消隐时间，所述的第一消隐时间和第二消隐时间部分重叠；在所述的第一消隐时间和第二消隐时间内，不对所述的原始采样信号进行检测；
所述的原始采样信号经所述的第一消隐时间和第二消隐时间后，得到待检测信号；
对所述的待检测信号进行检测采样，得到检测采样信号。
2.根据权利要求1所述的用于隔离式开关电源的电压采样控制方法，其特征在于：所述的待检测信号经采样保持电路实现检测采样，得到所述的检测采样信号。
3.根据权利要求1所述的用于隔离式开关电源的电压采样控制方法，其特征在于：所述检测采样信号与第三参考电压进行比较，产生用于控制开关电源开关状态的驱动信号。
4.根据权利要求1或2所述的用于隔离式开关电源的电压采样控制方法，其特征在于：在所述的原始采样信号与待检测信号之间设置开关，所述的第一消隐时间和第二消隐时间分别输入或非门，所述的或非门输出用于控制所述开关通断的控制信号。
5.根据权利要求4所述的用于隔离式开关电源的电压采样控制方法，其特征在于：所述第一消隐时间和第二消隐时间相等，所述控制信号的脉宽等于所述消隐时间的脉宽与原始采样信号从第一参考电压到第二参考电压所需的时间之和。
6.一种用于隔离式开关电源的电压采样控制电路，包括
待采样绕组，与所述隔离式开关电源的变压器耦合；
分压电路，对待采样绕组上的电压进行采样，得到原始采样信号；
消隐时间控制电路，当所述的原始采样信号大于第一参考电压时，产生第一消隐时间，所述的原始采样信号上升至第二参考电压时，产生第二消隐时间，所述的第一消隐时间和第二消隐时间部分重叠；在所述的第一消隐时间和第二消隐时间内，不对所述的原始采样信号进行检测；
其中，所述的原始采样信号经所述的第一消隐时间和第二消隐时间后，得到待检测信号；并对所述的待检测信号进行检测采样，得到检测采样信号。
7.根据权利要求6所述的用于隔离式开关电源的电压采样控制电路，其特征在于：所述的电压采样控制电路还包括采样保持电路，所述的待检测信号经采样保持电路实现检测采样，得到所述的检测采样信号。
8.根据权利要求6所述的用于隔离式开关电源的电压采样控制电路，其特征在于：所述检测采样信号与第三参考电压进行比较，产生用于控制开关电源开关状态的驱动信号。
9.根据权利要求6或7所述的用于隔离式开关电源的电压采样控制电路，其特征在于：在所述的原始采样信号与待检测信号之间设置开关，所述的第一消隐时间和第二消隐时间分别输入或非门，所述的或非门输出用于控制所述开关通断的控制信号。
10.根据权利要求9所述的用于隔离式开关电源的电压采样控制电路，其特征在于：所述第一消隐时间和第二消隐时间相等，所述控制信号的脉宽等于所述消隐时间的脉宽与原始采样信号从第一参考电压到第二参考电压所需的时间之和。
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