CN105471270A - 一种具有自适应消隐时间的控制电路及控制方法 - Google Patents

一种具有自适应消隐时间的控制电路及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有自适应消隐时间的控制电路及控制方法。消隐时间控制电路根据主开关管的电流的峰值产生消隐控制信号，消隐控制信号用以控制反馈电压信号采样过程中的消隐时间，这样可使得消隐时间随着主开关管的电流的峰值变化而变化。本发明一方面可以使得反馈采样准确，不会发生误检测的情况，另外可以使得电路根据实际变化很好的控制消隐时间，减小空载损耗。

Description

一种具有自适应消隐时间的控制电路及控制方法
技术领域
本发明涉及开关电源领域，更具体的说，涉及一种具有自适应消隐时间的控制电路及控制方法。
背景技术
在反激式开关电源中，通常采用原边反馈的方式进行输出电压的控制，如图1为现有技术中一种反激式开关电源的原边反馈控制的电路框架图，通过位于原边的辅助绕组与变压器的副边绕组耦合来获取表征输出电压的反馈信号，在副边二极管D1的续流电流接近零时，输出电压和辅助绕组的电压成一定的比例，此时采样辅助绕组的电压作为输出电压的反馈信号，就可以很好地控制输出电压。采样辅助绕组的电压时刻一般是：当副边电流为零时，辅助绕组的电压不再被输出电压钳位，会发生震荡，之后辅助绕组电压会有一个比较大的跌落，一般是通过检测这个电压跌落来确定采样时刻。
但是由于变压器漏感的存在以及辅助电源二极管反向恢复等的影响，在原边主开关管关断后，辅助绕组上的电压会发生较大的震荡，这样就有可能发生反馈电压的误检测。因此需要在原边主开关管关断后设定一个消隐时间来避开震荡时间区间才开始采样检测。但是这个震荡时间并不是固定的，而是会随着原边主开关管峰值电流的变化而变化。
这样，如何设置这个消隐时间就成为一个关注的问题。现有技术通常的做法有两种，一种是设置一个较大的消隐时间以避免原边开关管峰值电流较大时的误检测；另一种是通过判定负载的轻重来设置一个自适应的消隐时间。对第一种方法来说，较长的消隐时间需要在较小的峰值电流时副边导通的时间都大于这个时间，这样意味着空载时需要较大的假负载来满足这个消隐时间，空载损耗就会变得比较高，在对节能要求越来越高的今天，这样做显然不行。对第二种方法来说，在一些控制方式下，负载的轻重并不能完全表征峰值电流的大小，比如说采用恒定导通时间控制的功率因数校正电路，在负载不变时，峰值电流也会随着输入电压的增加而增加，这种情况下，靠负载的轻重就不能很好的设置消隐时间，也会发生检测错误的情况。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种具有自适应消隐时间的控制电路及控制方法。根据主开关管的电流的峰值信息产生消隐控制信号，消隐控制信号用以控制反馈电压信号的采样时刻，因此，本申请可以很好的自适应调节消隐时间，使得反馈采样准确。
依据本发明的一种具有自适应消隐时间的控制电路，用于控制反激式变换器的功率级电路，所述功率级电路包括由原边绕组和副边绕组构成的变压器、与原边绕组连接的主开关管、与副边绕组连接的续流管，所述控制电路包括，
消隐时间控制电路，用以根据所述主开关管的峰值电流信息获得消隐控制信号；
采样时间控制电路，用以根据所述消隐控制信号和反馈电压信号产生采样时刻控制信号；
电压检测电路，接收所述反馈电压信号和所述采样时刻控制信号，根据所述采样时刻控制信号确定检测所述反馈电压信号的时刻，以获得检测信号，所述控制电路根据所述检测信号控制所述主开关管的开关动作；
其中，所述反馈电压信号为表征副边输出电压的反馈电压信号，当所述消隐控制信号为有效状态时，则所述电压检测电路停止对所述反馈电压信号进行的检测，所述消隐控制信号的有效状态的宽度跟随所述峰值电流的大小变化而变化。
进一步的，所述采样时间控制电路包括消隐电路、保持电路、电压差值电路和第一比较电路，
所述消隐电路接收所述反馈电压信号和所述消隐控制信号；
所述保持电路连接在消隐电路输出端，当所述消隐控制信号为有效状态时，则所述反馈电压信号直接传输给所述保持电路，当所述消隐控制信号为无效状态时，则所述反馈电压信号通过延迟电路传输给所述保持电路，所述保持电路接收所述反馈电压信号以输出保持信号；
所述电压差值电路接收所述反馈电压信号，经差值运算后，获得大于所述反馈电压信号的第一电压信号；
所述第一比较电路接收所述第一电压信号和所述保持信号，以产生所述采样时刻控制信号。
进一步的，所述消隐电路包括第一电阻和与第一电阻并联的第一开关，所述第一电阻的第一端接收所述反馈电压信号，第二端连接至所述保持电路，所述第一开关通过所述消隐控制信号控制其开关状态；
所述保持电路包括第一电容，所述第一电容的第一端接所述第一电阻的第二端，第二端接地，所述第一电容的两端电压作为所述保持信号，其中，所述第一电阻和第一电容组成所述延迟电路；
所述电压差值电路包括第一电压源，所述第一电压源的负极接收所述反馈电压信号，正极连接至所述第一比较电路，
所述第一比较电路包括第一比较器，所述第一比较器的正向输入端接收所述保持信号，反向输入端接收所述第一电压信号，当所述保持信号大于所述第一电压信号时，则所述采样时刻控制信号变为高电平有效状态。
进一步的，所述消隐时间控制电路包括充放电电路和第二比较电路，
所述充放电电路包括第一电流源、第二开关和第二电容，所述第一电流源根据所述主开关管的峰值电流信息产生第一电流信号；
所述第二开关和所述第二电容并联连接，所述第一电流源对所述第二电容充电，所述第二电容两端的电压作为第二电压信号；
所述比较电路包括第二比较器，所述第二比较器比较所述第二电压信号和第一参考信号，以产生所述消隐控制信号。
进一步的，所述消隐时间控制电路还包括第二电流源，
所述第二电流源与所述第一电流源并联连接，所述第二电流源用以对所述第二电容充电，且所述第二电流源为一固定的电流源。
依据本发明的一种具有自适应消隐时间的控制方法，用于控制反激式变换器的功率级电路，所述功率级电路包括由原边绕组和副边绕组构成的变压器、与原边绕组连接的主开关管、与副边绕组连接的续流管，包括以下步骤：
根据所述主开关管的峰值电流信息获得消隐控制信号；
根据所述消隐控制信号和反馈电压信号产生采样时刻控制信号；
接收所述反馈电压信号和所述采样时刻控制信号，根据所述采样时刻控制信号确定检测所述反馈电压信号的时刻，以获得检测信号，所述检测信号用以控制所述主开关管的开关动作；
其中，所述反馈电压信号为表征副边输出电压的反馈电压信号，当所述消隐控制信号为有效状态时，则停止对所述反馈电压信号进行的检测，所述消隐控制信号的有效状态的宽度跟随所述峰值电流的大小变化而变化。
进一步的，所述消隐控制信号的产生步骤具体包括：
利用第一电流源对第二电容充电，以在所述第二电容的两端产生第二电压信号；
比较所述第二电压信号和第一参考信号，以产生所述消隐控制信号；
其中，所述第一电流源根据所述主开关管的峰值电流信息产生第一电流信号。
进一步的，所述采样时刻控制信号的产生步骤具体包括：
接收所述反馈电压信号和所述消隐控制信号，当所述消隐控制信号为有效状态时，则直接将所述反馈电压信号传输给保持电路，当所述消隐控制信号为无效状态时，则通过延迟电路将所述反馈电压信号传输给所述保持电路，所述保持电路接收所述反馈电压信号以输出保持信号；
接收所述反馈电压信号，经差值运算后，获得大于所述反馈电压信号的第一电压信号；
接收所述第一电压信号和所述保持信号，以产生所述采样时刻控制信号。根据上述的具有自适应消隐时间的控制电路及控制方法。消隐时间控制电路根据主开关管的电流的峰值产生消隐控制信号，消隐控制信号用以控制反馈电压信号采样过程中的消隐时间，这样可使得消隐时间随着主开关管的电流的峰值变化而变化。本申请一方面可以使得反馈采样准确，不会发生误检测的情况，另外可以使得电路根据实际变化很好的控制消隐时间，减小空载损耗。
附图说明
图1所示现有技术中的反激式开关电源的原边反馈控制的电路框图；
图2所示为依据本发明的具有自适应消隐时间的控制电路的结构图；
图3所示为图2中采样时间控制电路的具体模块图；
图4所示为图3中采样时间控制电路的具体实现电路图；
图5所示为图2中所示消隐时间控制电路的具体实现电路图；
图6所示为图2所示电路的第一实施例的工作波形图；
图7所示为图2所示电路的第二实施例的工作波形图。
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2所示为依据本发明的具有自适应消隐时间的控制电路的结构图，图2中，所述控制电路应用于反激式变换器的原边反馈控制中。在本实施例中，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T、与原边绕组连接的主开关管S1以及与副边绕组连接的续流管，本实施例中，所述续流管以二极管D1为例，所述二极管阴极连接所述副边绕组，阳极接到输出端。
参考图2所示，在本实施方式中，所述控制电路包括输出电压反馈电路201、消隐时间控制电路202、采样时间控制电路203、电压检测电路204和驱动控制电路205。所述输出电源反馈电路201包括辅助绕组NA、分压电阻R1和电阻R2，以获得表征副边输出电压的反馈电压信号VZCS。本实施例中，消隐时间控制电路202用以根据所述主开关管的峰值电流信息获得消隐控制信号Tblanking；采样时间控制电路203用以根据所述消隐控制信号Tblanking和反馈电压信号VZCS产生采样时刻控制信号Tsample；电压检测电路204接收所述反馈电压信号VZCS和所述采样时刻控制信号Tsample，根据所述采样时刻控制信号确定检测所述反馈电压信号的时刻，以获得检测信号Vd，驱动控制电路205根据所述检测信号Vd产生开关控制信号VGate控制所述主开关管S1的开关动作。
具体地，参考图5所示为消隐时间控制电路的具体实现图，所述消隐时间控制电路202包括充放电电路和比较电路，具体的，所述充放电电路包括第一电流源I1、第二开关S2和第二电容C2，所述第一电流源根据所述主开关管的峰值电流信息产生第一电流信号，本实施例中，所述第一电流信号的大小与所述峰值电流(VIPK)成反比例关系；所述第二开关S2和所述第二电容C2并联连接，所述第一电流源对所述第二电容充电，所述第二电容两端的电压作为第二电压信号Vs2；所述比较电路具体包括第二比较器，所述第二比较器的负向输入端接收所述第二电压信号Vs2，正向输入端接收第一参考信号Vref，所述第二比较器比较所述第二电压信号Vs2和第一参考信号Vref，以产生消隐控制信号Tblanking。这里，所述第二开关通过主开关管的开关控制信号控制其开关状态。
本实施例中，所述消隐时间控制电路还包括第二电流源I2，所述第二电流源I2与所述第一电流源I1并联连接，所述第二电流源用以对所述第二电容C2充电，且所述第二电流源为一固定的电流源。所述第二电流源I2用以保证消隐时间有一个最大值，以使得不会在反馈电压信号震荡的过程中进行采样。
进一步的，参考图3所示为图2中采样时间控制电路的具体模块图，以及图4所示为图3中采样时间控制电路的具体实现电路图。所述消隐电路包括第一电阻R11和与第一电阻并联的第一开关S1，所述第一电阻的第一端接收所述反馈电压信号，第二端连接至所述保持电路，所述第一开关S1通过所述消隐控制信号Tblanking控制其开关状态。
所述保持电路包括第一电容C1，所述第一电容C1的第一端接所述第一电阻R11的第二端，第二端接地，当所述消隐控制信号Tblanking为有效状态时，则所述第一开关S1导通，所述反馈电压信号VZCS直接传输给所述第一电容C1，当所述消隐控制信号为无效状态时，则所述消隐电路将所述反馈电压信号VZCS通过第一电阻R11传输给所述第一电容C1，所述第一电容C1的两端电压作为所述保持信号V2；第一电阻R11和第一电容C1同时形成一个延迟电路。
所述电压差值电路包括第一电压源，所述第一电压源的负极接收所述反馈电压信号，正极连接至所述第一比较电路，这里，所述第一电压值为一微小电压源，如100mV的电压源，所述反馈电压信号VZCS经过电压差值电路差值运算后获得大于所述反馈电压信号的第一电压信号V1；所述第一比较电路包括第一比较器，所述第一比较器的正向输入端接收所述保持信号V2，反向输入端接收所述第一电压信号V1，输出端输出采样时刻控制信号Tsample，当所述保持信号V2大于所述第一电压信号V1时，则所述采样时刻控制信号变为高电平有效状态。
这里，所述消隐控制信号Tblanking的有效状态的宽度也称之为消隐时间，即在这段时间里，由于第一开关S1导通，第一比较器不会发生翻转，这段时间即使反馈电压信号VZCS发生波动也不会对反馈电压信号进行检测处理，达到了消隐的目的。
本领域技术人员可知，上述的采样时间控制电路实施方式仅示出了一种具体的实现方式，还可以有其他的等同或替代的方案，均在本发明的保护范围之内。
以下参照图6所示的工作波形图阐述本申请的工作原理，在负载为轻载的情况下，系统工作在断续工作模式下，原边的主开关管的峰值电流Ipp会较小，Is为副边二极管的放电电流，在t1时刻，主开关管S1关断，辅助绕组的反馈电压信号会发生震荡，由于副边放电时间较短，TDIS较短，这时，消隐控制信号的有效状态(也即是消隐时间如图6中T1时间段)会较短，以使得电压检测电路能够快速检测到反馈电压信号VZCS。
而对于图7所示的工作波形图，在负载为重载时，系统工作在准谐振工作模式下，原边的主开关管的峰值电流Ipp会较大，Is为副边二极管的放电电流，在t1时刻，主开关管S1关断，辅助绕组的反馈电压信号会发生震荡，由于副边放电时间较长，TDIS较长，这时，消隐控制信号的有效状态(也即是消隐时间如图6中T2时间段)会较长，以使得电压检测电路完成完全避开反馈电压信号的震荡，能够准确检测到反馈电压信号VZCS。
从上述电路图和波形图可以看出，通过主开关管的峰值电流的大小控制消隐时间的长短，可使得系统根据实际情况很好的控制反馈电压的检测，不会受到外界或负载的干扰，而且，通过峰值电流的控制不受系统工作模式的限制，系统可以工作在峰值电流控制模式或恒定导通时间控制模式或其他合适的工作模式，本发明的消隐时间的控制方式可适用于任何场合的反激式原边控制的电路，检测准确。
最后，本发明还提供了一种具有自适应消隐时间的控制方法，用于控制反激式变换器的功率级电路，所述功率级电路包括由原边绕组和副边绕组构成的变压器、与原边绕组连接的主开关管、与副边绕组连接的续流管，包括以下步骤：
根据所述主开关管的峰值电流信息获得消隐控制信号；
根据所述消隐控制信号和反馈电压信号产生采样时刻控制信号；
接收所述反馈电压信号和所述采样时刻控制信号，根据所述采样时刻控制信号确定检测所述反馈电压信号的时刻，以获得检测信号，所述检测信号用以控制所述主开关管的开关动作；
其中，所述反馈电压信号为表征副边输出电压的反馈电压信号，当所述消隐控制信号为有效状态时，则停止对所述反馈电压信号进行的检测，所述消隐控制信号的有效状态的宽度跟随所述峰值电流的大小变化而变化。
进一步的，所述消隐控制信号的产生步骤具体包括：
利用第一电流源对第二电容充电，以在所述第二电容的两端产生第二电压信号；
比较所述第二电压信号和第一参考信号，以产生所述消隐控制信号；
其中，所述第一电流源根据所述主开关管的峰值电流信息产生第一电流信号。
进一步的，所述采样时刻控制信号的产生步骤具体包括：
接收所述反馈电压信号和所述消隐控制信号，当所述消隐控制信号为有效状态时，则直接将所述反馈电压信号传输给保持电路，当所述消隐控制信号为无效状态时，则通过延迟电路将所述反馈电压信号传输给所述保持电路，所述保持电路接收所述反馈电压信号以输出保持信号；
接收所述反馈电压信号，经差值运算后，获得大于所述反馈电压信号的第一电压信号；
接收所述第一电压信号和所述保持信号，以产生所述采样时刻控制信号。
以上对依据本发明的优选实施例的具有自适应消隐时间的控制电路及控制方法进行了详尽描述，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 (8)

1.一种具有自适应消隐时间的控制电路，用于控制反激式变换器的功率级电路，所述功率级电路包括由原边绕组和副边绕组构成的变压器、与原边绕组连接的主开关管、与副边绕组连接的续流管，其特征在于，所述控制电路包括，
消隐时间控制电路，用以根据所述主开关管的峰值电流信息获得消隐控制信号；
采样时间控制电路，用以根据所述消隐控制信号和反馈电压信号产生采样时刻控制信号；
电压检测电路，接收所述反馈电压信号和所述采样时刻控制信号，根据所述采样时刻控制信号确定检测所述反馈电压信号的时刻，以获得检测信号，所述控制电路根据所述检测信号控制所述主开关管的开关动作；
其中，所述反馈电压信号为表征副边输出电压的反馈电压信号，当所述消隐控制信号为有效状态时，则所述电压检测电路停止对所述反馈电压信号进行的检测，所述消隐控制信号的有效状态的宽度跟随所述峰值电流的大小变化而变化。
2.根据权利要求1所述的具有自适应消隐时间的控制电路，其特征在于，所述采样时间控制电路包括消隐电路、保持电路、电压差值电路和第一比较电路，
所述消隐电路接收所述反馈电压信号和所述消隐控制信号；
所述保持电路连接在消隐电路输出端，当所述消隐控制信号为有效状态时，则所述反馈电压信号直接传输给所述保持电路，当所述消隐控制信号为无效状态时，则所述反馈电压信号通过延迟电路传输给所述保持电路，所述保持电路接收所述反馈电压信号以输出保持信号；
所述电压差值电路接收所述反馈电压信号，经差值运算后，获得大于所述反馈电压信号的第一电压信号；
所述第一比较电路接收所述第一电压信号和所述保持信号，以产生所述采样时刻控制信号。
3.根据权利要求2所述的具有自适应消隐时间的控制电路，其特征在于，所述消隐电路包括第一电阻和与第一电阻并联的第一开关，所述第一电阻的第一端接收所述反馈电压信号，第二端连接至所述保持电路，所述第一开关通过所述消隐控制信号控制其开关状态；
所述保持电路包括第一电容，所述第一电容的第一端接所述第一电阻的第二端，第二端接地，所述第一电容的两端电压作为所述保持信号，其中，所述第一电阻和第一电容组成所述延迟电路；
所述电压差值电路包括第一电压源，所述第一电压源的负极接收所述反馈电压信号，正极连接至所述第一比较电路，
所述第一比较电路包括第一比较器，所述第一比较器的正向输入端接收所述保持信号，反向输入端接收所述第一电压信号，当所述保持信号大于所述第一电压信号时，则所述采样时刻控制信号变为高电平有效状态。
4.根据权利要求1所述的具有自适应消隐时间的控制电路，其特征在于，所述消隐时间控制电路包括充放电电路和第二比较电路，
所述充放电电路包括第一电流源、第二开关和第二电容，所述第一电流源根据所述主开关管的峰值电流信息产生第一电流信号；
所述第二开关和所述第二电容并联连接，所述第一电流源对所述第二电容充电，所述第二电容两端的电压作为第二电压信号；
所述比较电路包括第二比较器，所述第二比较器比较所述第二电压信号和第一参考信号，以产生所述消隐控制信号。
5.根据权利要求4所述的具有自适应消隐时间的控制电路，其特征在于，所述消隐时间控制电路还包括第二电流源，
所述第二电流源与所述第一电流源并联连接，所述第二电流源用以对所述第二电容充电，且所述第二电流源为一固定的电流源。
6.一种具有自适应消隐时间的控制方法，用于控制反激式变换器的功率级电路，所述功率级电路包括由原边绕组和副边绕组构成的变压器、与原边绕组连接的主开关管、与副边绕组连接的续流管，其特征在于，包括以下步骤：
根据所述主开关管的峰值电流信息获得消隐控制信号；
根据所述消隐控制信号和反馈电压信号产生采样时刻控制信号；
接收所述反馈电压信号和所述采样时刻控制信号，根据所述采样时刻控制信号确定检测所述反馈电压信号的时刻，以获得检测信号，所述检测信号用以控制所述主开关管的开关动作；
其中，所述反馈电压信号为表征副边输出电压的反馈电压信号，当所述消隐控制信号为有效状态时，则停止对所述反馈电压信号进行的检测，所述消隐控制信号的有效状态的宽度跟随所述峰值电流的大小变化而变化。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述消隐控制信号的产生步骤具体包括：
利用第一电流源对第二电容充电，以在所述第二电容的两端产生第二电压信号；
比较所述第二电压信号和第一参考信号，以产生所述消隐控制信号；
其中，所述第一电流源根据所述主开关管的峰值电流信息产生第一电流信号。
8.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述采样时刻控制信号的产生步骤具体包括：
接收所述反馈电压信号和所述消隐控制信号，当所述消隐控制信号为有效状态时，则直接将所述反馈电压信号传输给保持电路，当所述消隐控制信号为无效状态时，则通过延迟电路将所述反馈电压信号传输给所述保持电路，所述保持电路接收所述反馈电压信号以输出保持信号；
接收所述反馈电压信号，经差值运算后，获得大于所述反馈电压信号的第一电压信号；
接收所述第一电压信号和所述保持信号，以产生所述采样时刻控制信号。
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