CN109039093A - 隔离式开关电源及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种隔离式开关电源及其控制方法，所述隔离式开关电源包括主功率开关管、变压器、整流管和光耦，所述变压器包括原边绕组和副边绕组，所述的主功率开关管与所述原边绕组连接，所述的整流管与所述副边绕组连接；所述主功率开关管的控制端连接原边控制电路，所述原边控制电路用以控制所述主功率开关管的状态；所述光耦包括发光器和光敏半导体管；将采样信号与参考信号分别输入运算放大器进行运算处理，所述运算放大器的输出端与所述发光器连接，根据所述运算放大器输出端的电压，调节所述发光器的发光强度；光敏半导体管与所述原边控制电路连接，且所述光敏半导体管与补偿电容串联。采用本发明，大大降低了轻载工况下的电路功耗。

Description

隔离式开关电源及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种电力电子技术领域，特别涉及一种隔离式开关电源及其控制方法。
背景技术
现有技术的隔离式开关电源，一般包括主功率开关管、变压器和整流管，由原边控制电路控制主功率开关管的开关状态。在隔离式开关电源中，由于需要进行原副边信息的传输，但又需要对原副边之间进行隔离，所以往往采用光耦来实现原副边反馈信号的传输。
以反激式开关电路为例，如图1所示，示意了现有技术的反激式开关电路，通过采样副边的输出电压，经光耦将副边信号传输给原边，并由控制电路所接收，所述控制电路根据由光耦传输的反馈信号，相应地控制主功率开关管的动作。上述现有技术中，作为受光器的光敏半导体管与一个电容并联，该电容上的电压作为反馈信号，通过输出电压采样信号与参考值经运放处理后，所述运放的输出信号用于控制光耦中发光器的发光强度，位于原边的光敏半导体管接收到发光器发出的光照，以调节所述光敏半导体管的导通状态，从而调节所述电容上的电压。根据现有技术的信号传输和反馈关系，在轻载条件下，运放A1的输出电压增大，则发光器的发光强度增强，因此，流过所述光敏半导体管的电流增大，从而加速对电容放电。通过加大电容放电的方式来响应输出电压的变化，增大了电路的功耗。
发明内容
本发明的目的是提供一种隔离式开关电源及其控制方法，解决现有技术存在的轻载工况下功耗较高的技术问题，以降低轻载工况下的功耗，提升电源转换效率。
为实现上述目的，本发明提供了一种隔离式开关电源，包括主功率开关管、变压器、整流管和光耦，所述变压器包括原边绕组和副边绕组，所述的主功率开关管与所述原边绕组连接，所述的整流管与所述副边绕组连接；所述主功率开关管的控制端连接原边控制电路，所述原边控制电路用以控制所述主功率开关管的状态；所述光耦包括发光器和作为受光器的光敏半导体管；
将采样信号与参考信号分别输入运算放大器进行运算处理，所述运算放大器的输出端与所述发光器连接，根据所述运算放大器输出端的电压，调节所述发光器的发光强度；
所述光敏半导体管与所述原边控制电路连接，且所述光敏半导体管与补偿电容串联。
可选的，根据所述发光器的发光强度，调节流经所述光敏半导体管的电流，从而调节所述补偿电容上的电压。
可选的，所述采样信号由采样隔离式开关电源的输出电压得到，所述采样信号表征所述输出电压。
可选的，在轻载工况下，所述输出电压降低，所述运算放大器输出端的电压也降低，所述发光器的发光强度减小，则流经所述光敏半导体管的电流减小，从而减小对所述补偿电容的充电电流，以减小所述补偿电容上的电压。
可选的，在轻载工况下，所述原边控制电路根据所述补偿电容上的电压调节主功率开关管开关频率或/和电感电流峰值，从而降低主功率开关管的开关频率或/和电感电流峰值。
本发明还提供一种隔离式开关电源的控制方法，所述隔离式开关电源包括主功率开关管、变压器、整流管和光耦，所述变压器包括原边绕组和副边绕组，所述的主功率开关管与所述原边绕组连接，所述的整流管与所述副边绕组连接；所述主功率开关管的控制端连接原边控制电路，所述原边控制电路用以控制所述主功率开关管的状态；所述光耦包括发光器和作为受光器的光敏半导体管；
将采样信号与参考信号分别输入运算放大器进行运算处理，所述运算放大器的输出端与所述发光器连接，根据所述运算放大器输出端的电压，调节所述发光器的发光强度；
所述光敏半导体管与所述原边控制电路连接，且所述光敏半导体管与补偿电容串联。
可选的，根据所述发光器的发光强度，调节流经所述光敏半导体管的电流，从而调节所述补偿电容上的电压。
可选的，所述采样信号由采样隔离式开关电源的输出电压得到，所述采样信号表征所述输出电压。
可选的，在轻载工况下，所述运算放大器输出端的电压降低，所述发光器的发光强度减小，则流经所述光敏半导体管的电流减小，从而减小对所述补偿电容的充电电流，以减小所述补偿电容上的电压。
可选的，在轻载工况下，所述原边控制电路根据所述补偿电容上的电压调节主功率开关管开关频率或/和电感电流峰值，从而降低主功率开关管的开关频率或/和电感电流峰值。
与现有技术相比，本发明之技术方案具有以下优点：在轻载工况下，本发明通过降低对补偿电容的充电电流来改变补偿电容的电压，从而改变了现有技术采用增大放电电流的方式，大大降低了轻载工况下的电路功耗。
附图说明
图1为现有技术反激式开关电源的结构原理图；
图2为本发明隔离式开关电源的结构原理图。
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。
如图2所示，示意了本发明隔离式开关电源的电路结构，以反激式拓扑为例。所述的隔离式开关电源包括主功率开关管M1、变压器和同步整流管M2，所述变压器包括原边绕组L1和副边绕组L2，所述的主功率开关管M1与所述原边绕组L1连接，所述的同步整流管M2与所述副边绕组L2连接；所述同步整流管M2也可以用二极管替代。所述主功率开关管M1的控制端连接原边控制电路，所述原边控制电路用以控制所述主功率开关管M1的状态；本实施例中，原副边之间的信号传输采用光耦实现，所述光耦包括发光器led和作为受光器的光敏半导体管M3；所述发光器led连接在副边，所述光敏半导体管M3连接在原边。
通过由电阻R1和R2组成的分压电路采样所述隔离式开关电源的输出电压Vout，得到电压采样信号VFB，将所述电压采样信号VFB与参考信号Vref分别输入运算放大器A1的两个输入端进行误差处理，所述运算放大器A1的输出端与光耦中的发光器led连接。运算放大器A1的同相输入端接收所述参考信号Vref，其反相输入端接收所述采样信号VFB，与现有技术的接法不同。
根据所述所述运算放大器A1输出端的电压，调节所述发光器led的发光强度，发光器led的另一端连接稳压器TL431；
所述光敏半导体管M3与所述原边控制电路连接，且所述光敏半导体管M3与补偿电容C1串联。根据所述发光器led的发光强度，调节流经所述光敏半导体管M3的电流，从而调节对所述补偿电容C1的充电电流。
所述采样信号由采样隔离式开关电源的输出电压Vout得到，所述采样信号表征所述输出电压Vout。虽然，本实施例给出了采样输出电压Vout的例子，但是也可以采样其他参数，例如，副边的输出电流，某段电流或电压曲线的持续时间，等等。此外，采样的参数既可以是瞬时值，也可以是平均值。
在轻载工况下，所述运算放大器A1输出端的电压降低，所述发光器led的发光强度减小，则流经所述光敏半导体管M3的电流减小，从而减小对所述补偿电容C1的充电电流。
在轻载工况下，负载减小，所述原边控制电路根据所述补偿电容C1上的电压调节主功率开关管M1开关频率或/和电感电流峰值，从而降低主功率开关管M1的开关频率或/和电感电流峰值。从而减小对所述补偿电容C1的充电电流，补偿电容C1上的电压作为反馈电压，所述反馈电压也相应减小。
以上描述了隔离式开关电源的电路结构和工作原理，基于此，同样可以得到相应的隔离式开关电源的控制方法。在本发明实施例下，由于轻载工况的功耗较小，因此，开关电源一般工作于断续导通模式(CCM)。
虽然以上将实施例分开说明和阐述，但涉及部分共通之技术，在本领域普通技术人员看来，可以在实施例之间进行替换和整合，涉及其中一个实施例未明确记载的内容，则可参考有记载的另一个实施例。
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)

1.一种隔离式开关电源，包括主功率开关管、变压器、整流管和光耦，所述变压器包括原边绕组和副边绕组，所述的主功率开关管与所述原边绕组连接，所述的整流管与所述副边绕组连接；所述主功率开关管的控制端连接原边控制电路，所述原边控制电路用以控制所述主功率开关管的状态；所述光耦包括发光器和作为受光器的光敏半导体管；其特征在于：
将采样信号与参考信号分别输入运算放大器进行运算处理，所述运算放大器的输出端与所述发光器连接，根据所述运算放大器输出端的电压，调节所述发光器的发光强度；
所述光敏半导体管与所述原边控制电路连接，且所述光敏半导体管与补偿电容串联。
2.根据权利要求1所述的隔离式开关电源，其特征在于，根据所述发光器的发光强度，调节流经所述光敏半导体管的电流，从而调节所述补偿电容上的电压。
3.根据权利要求2所述的隔离式开关电源，其特征在于，所述采样信号由采样隔离式开关电源的输出电压得到，所述采样信号表征所述输出电压。
4.根据权利要求3所述的隔离式开关电源，其特征在于，在轻载工况下，所述运算放大器输出端的电压降低，所述发光器的发光强度减小，则流经所述光敏半导体管的电流减小，从而减小对所述补偿电容的充电电流，以减小所述补偿电容上的电压。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的隔离式开关电源，其特征在于，在轻载工况下，所述原边控制电路根据所述补偿电容上的电压调节主功率开关管开关频率或/和电感电流峰值，从而降低主功率开关管的开关频率或/和电感电流峰值。
6.一种隔离式开关电源的控制方法，所述隔离式开关电源包括主功率开关管、变压器、整流管和光耦，所述变压器包括原边绕组和副边绕组，所述的主功率开关管与所述原边绕组连接，所述的整流管与所述副边绕组连接；所述主功率开关管的控制端连接原边控制电路，所述原边控制电路用以控制所述主功率开关管的状态；所述光耦包括发光器和作为受光器的光敏半导体管；其特征在于：
将采样信号与参考信号分别输入运算放大器进行运算处理，所述运算放大器的输出端与所述发光器连接，根据所述运算放大器输出端的电压，调节所述发光器的发光强度；
所述光敏半导体管与所述原边控制电路连接，且所述光敏半导体管与补偿电容串联。
7.根据权利要求6所述的隔离式开关电源的控制方法，其特征在于，根据所述发光器的发光强度，调节流经所述光敏半导体管的电流，从而调节所述补偿电容上的电压。
8.根据权利要求7所述的隔离式开关电源的控制方法，其特征在于，所述采样信号由采样隔离式开关电源的输出电压得到，所述采样信号表征所述输出电压。
9.根据权利要求8所述的隔离式开关电源的控制方法，其特征在于，在轻载工况下，所述运算放大器输出端的电压降低，所述发光器的发光强度减小，则流经所述光敏半导体管的电流减小，从而减小对所述补偿电容的充电电流，以减小所述补偿电容上的电压。
10.根据权利要求6-9任意一项所述的隔离式开关电源的控制方法，其特征在于，在轻载工况下，所述原边控制电路根据所述补偿电容上的电压调节主功率开关管开关频率或/和电感电流峰值，从而降低主功率开关管的开关频率或/和电感电流峰值。
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