CN109450257A - 隔离型开关变换器及其控制电路和控制方法 - Google Patents

隔离型开关变换器及其控制电路和控制方法 Download PDF

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Abstract

公开了一种隔离型开关变换器及其控制电路和控制方法，通过在输出电压设置信号变化时使得隔离型开关变换器的功率级的原边电流峰值保持小于电流阈值，并在检测到所述功率级的原边电流峰值达到所述电流阈值期间设置与输出电压设置信号相适应的过压保护阈值，并响应于输出电压反馈信号超出所述过压保护阈值启动过压保护，由此，可以使得过压保护阈值随输出电压自适应变化，并在电压设置信号变化时不进行过压保护，在副边控制器故障时启动过压保护，提高了隔离型开关变换器的可靠性。

Description

隔离型开关变换器及其控制电路和控制方法
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，更具体地，涉及一种隔离型开关变换器及其控制电路和控制方法。
背景技术
隔离型开关变换器被广泛应用于各种离线供电系统中，隔离型开关变换器通常包括原边侧电路和副边侧电路，通过控制原边侧电路中功率开关的通断，以实现在副边侧电路输出恒定的电压或恒定的电流。
为了防止输出电压过压对电路造成损坏，需要在出现过压时启动过压保护。在现有技术中，隔离型开关变换器通常设置一个固定的过压保护阈值以在输出电压大于该过压保护阈值时启动过压保护。但是如果过压保护阈值设置较低，则在负载设备电压需求较高时，可能会导致过压保护的误触发。在过压保护阈值设置较高时，当输出电压增大到很大时才能触发过压保护，在负载设备电压需求较低时可能有过压损坏的风险。
发明内容
有鉴于此,本发明实施例提供一种隔离型开关变换器及其控制电路和控制方法，以使得过压保护阈值随输出电压自适应变化，并在电压设置信号变化时不进行过压保护，在副边控制失效时启动过压保护，提高了隔离型开关变换器的可靠性。
第一方面，本发明实施例提供一种控制电路，用于控制隔离型开关变换器的功率级，所述控制电路包括：
原边控制器，被配置为在检测到所述功率级的原边电流峰值达到所述电流阈值期间，设置与输出电压设置信号相适配的过压保护阈值，并响应于输出电压反馈信号超出所述过压保护阈值启动过压保护；以及
副边控制器，被配置为接收输出电压设置信号设置输出电压基准信号，并在所述输出电压设置信号变化时使得所述功率级的原边电流峰值保持小于电流阈值。
进一步地，所述副边控制器被配置为在所述输出电压设置信号变化时以渐变方式调节所述输出电压基准信号以使得所述功率级的原边电流峰值保持小于电流阈值。
进一步地，所述原边控制器被配置为响应于在N个开关周期中检测到所述功率级的原边电流峰值达到所述电流阈值，采样所述输出电压反馈信号获取采样信号，并根据所述采样信号设置所述过压保护阈值，N大于等于1。
进一步地，所述原边控制器被配置为响应于未检测到所述功率级的原边电流峰值达到所述电流阈值，将所述过压保护阈值设置为预设值，所述预设值与当前输出电压设置信号无关。
进一步地，所述原边控制器被配置为在未检测到所述功率级的原边电流峰值达到所述电流阈值期间，将过压保护使能信号设置为无效，在检测到所述功率级的原边电流峰值达到所述电流阈值期间将所述过压保护使能信号设置为有效；
所述原边控制器还被配置为在所述过压保护使能信号为无效时不启动过压保护。
进一步地，所述原边控制器被配置为对辅助绕组两端电压采样保持以获得所述输出电压反馈信号。
进一步地，所述原边控制器包括：
电流峰值检测电路，被配置为检测所述功率级的原边电流或原边电流采样信号，输出峰值状态信号；
过压保护阈值生成电路，被配置为响应于所述峰值状态信号为第一状态，将所述过压保护阈值设置为预设值，响应于所述峰值状态信号为第二状态，将所述过压保护阈值设置为与输出电压设置信号相适配的值；
比较器，被配置为比较所述过压保护阈值和所述输出电压反馈信号，输出过压保护标志信号；以及
开关信号生成电路，被配置为响应于所述过压保护标志信号为有效启动过压保护。
进一步地，所述过压保护阈值生成电路被配置为响应于所述峰值状态信号由第一状态切换为第二状态采样所述输出电压反馈信号获取采样值，并将所述过压保护阈值设置为所述采样值的K倍，K为大于1的实数。
进一步地，所述原边控制器包括：
电流峰值检测电路，被配置为检测所述功率级的原边电流或原边电流采样信号，输出峰值状态信号；
过压保护使能电路，被配置为响应于所述峰值状态信号为第一状态，将过压保护使能信号设置为无效，响应于所述峰值状态信号为第二状态，将过压保护使能信号设置为有效；
过压保护阈值生成电路，被配置为生成与输出电压设置信号相适配的过压保护阈值；
比较器，被配置为比较所述过压保护阈值和所述输出电压反馈信号，输出比较信号；
逻辑电路，输入所述比较信号和所述过压保护使能信号输出过压保护标志信号；以及
开关信号生成电路，被配置为响应于所述过压保护标志信号为有效启动过压保护。
进一步地，所述原边控制器还包括：
采样保持电路，被配置为对辅助绕组两端进行电压采样保持输出所述输出电压反馈信号。
进一步地，所述副边控制器被配置为以连续渐变方式或阶梯渐变方式调节所述输出电压基准信号。
第二方面，本发明实施例提供一种隔离型开关变换器，包括：
功率级；以及
如上所述的控制电路。
第三方面，本发明实施例提供一种隔离型开关变换器的过压保护方法，所述隔离型开关变换器被配置为输出电压可调，所述方法包括：
在输出电压设置信号变化时使得隔离型开关变换器的功率级的原边电流峰值保持小于电流阈值，其中，所述输出电压设置信号用于设置输出电压基准信号，所述输出电压基准信号用于表征所述功率级的输出电压的期望值；
在检测到所述功率级的原边电流峰值达到所述电流阈值期间，设置与输出电压设置信号相适配的过压保护阈值；以及
响应于输出电压反馈信号超出所述过压保护阈值启动过压保护。
本发明实施例的技术方案通过在输出电压设置信号变化时使得隔离型开关变换器的功率级的原边电流峰值保持小于电流阈值，并在检测到所述功率级的原边电流峰值达到所述电流阈值期间设置与输出电压设置信号相适应的过压保护阈值，并响应于输出电压反馈信号超出所述过压保护阈值启动过压保护，由此，可以使得过压保护阈值随输出电压自适应变化，并在电压设置信号变化时不进行过压保护，在副边控制失效时启动过压保护，提高了隔离型开关变换器的可靠性。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1是本发明实施例的隔离型开关变换器的电路图；
图2是本发明第一实施例的隔离型开关变换器的电路图；
图3和图4为本发明实施例调节输出电压基准信号的波形图；
图5是本发明第一实施例的采样保持电路的工作波形图；
图6是本发明第一实施例的电流峰值检测电路的电路图；
图7是本发明第一实施例的电流峰值检测电路的工作波形图；
图8是本发明第一实施例的隔离型开关变换器的工作波形图；
图9是本发明第二实施例的隔离型开关变换器的电路图；
图10是本发明第二实施例的过压保护使能电路的电路图；
图11是本发明第二实施例的隔离型开关变换器的工作波形图；
图12是本发明实施例的隔离型开关变换器的过压保护方法的流程图。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。
除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
图1是本发明实施例的隔离型开关变换器的电路图。本实施例中的隔离型开关变换器被配置为输出电压可调。如图1所示，本实施例的隔离型开关变换器1包括功率级11(包括电路11a和11b)、光电耦合电路12(包括电路12a和12b)和控制电路1a。其中，控制电路1a包括原边控制器13和副边控制器14。其中，功率级11包括原边绕组W1、副边绕组W2、辅助绕组W3和功率开关Q。原边绕组W1电连接至接地电位GND，副边绕组W2电连接至参考电位REF。原边绕组W1用于接收输入电压Vin，副边绕组W2用于产生输出电压Vout，辅助绕组W3用于获取输出电压反馈信号。功率开关Q与原边绕组W1耦接，受控于开关控制信号gate导通和关断，以将输入电压Vin转换为输出电压Vout。光电耦合电路12与副边绕组W2、原边控制器13及副边控制器14耦接，被配置为隔离原边侧电路和副边侧电路，并通过光电耦合传输信号。副边控制器14用于根据输出电压设置信号Tcom和输出电压Vout生成误差信号Vadj，从而控制光电耦合电路12生成补偿信号comp。其中，输出电压设置信号Tcom用于表征当前负载设备所需的电压。原边控制器13与功率开关Q的控制端耦接，用于根据补偿信号comp、原边电流采样信号Vipk和输出电压反馈信号生成功率开关Q的开关控制信号gate。其中，原边电流采样信号Vipk用于表征流过功率开关Q的电流。
在一种可选的实现方式中，光电耦合电路12包括发光二极管E1和光敏三极管E2。发光二极管E1将误差信号Vadj转换为光信号，光敏三极管E2接收光信号并将其转换为电信号。由此，光电耦合电路12可以将隔离型开关变换器的原边侧电路和副边侧电路进行隔离，并根据输出电压设置信号Tcom生成补偿信号comp，以控制功率开关Q的导通和关断，从而使得隔离型开关变换器1的输出电压Vout与输出电压设置信号Tcom相对应。
在本实施例中，副边控制器14被配置为接收输出电压设置信号Tcom设置输出电压基准信号，并在输出电压设置信号Tcom变化时使得功率级11的原边电流峰值保持小于电流阈值，从而使得在输出电压设置信号Tcom变化时将过压保护阈值设置为预设值或不进行过压保护以避免过压误操作，提高了隔离型开关变换器的可靠性。其中，输出电压基准信号用于表征隔离型开关变换器的功率级的输出电压的期望值。
在一种可选的实现方式中，副边控制器14被配置为在输出电压设置信号Tcom变化时以连续渐变方式调节输出电压基准信号以使得功率级11的原边电流峰值保持小于电流阈值。
原边控制器13被配置为在检测到功率级11的原边电流峰值达到电流阈值期间，设置与输出电压设置信号Tcom相适配的过压保护阈值，并响应于输出电压反馈信号超出过压保护阈值启动过压保护，由此，可以使得过压保护阈值随输出电压Vout自适应变化，在副边控制器出现故障时启动过压保护，提高了隔离型开关变换器的可靠性。
进一步地，原边控制器13被配置为响应于在N个开关周期中检测到功率级11的原边电流峰值达到电流阈值，采样输出电压反馈信号以获取采样信号，并根据该采样信号设置过压保护阈值。由此，可以使得过压保护阈值随输出电压Vout自适应变化，提高了隔离型开关变换器的可靠性。其中，N大于等于1。
进一步地，原边控制器13被配置为响应于未检测到功率级11的原边电流峰值达到电流阈值，将过压保护阈值设置为预设值。其中，该预设值与当前输出电压设置信号无关。在一种可选的实现方式中，预设值可以根据该隔离型开关变换器输出的最大输出电压值进行设定。例如，隔离型开关变换器的输出电压的范围为5V-25V，则预设值可以设置为30V。由此，可以在输出电压Vout受控于输出电压设置信号Tcom逐渐增大时，避免过压保护的误操作，提高了隔离型开关变换器的可靠性。
进一步地，原边控制器13被配置为在未检测到功率级11的原边电流峰值达到电流阈值期间，将过压保护使能信号设置为无效，在检测到功率级的原边电流峰值达到电流阈值期间将过压保护使能信号设置为有效。原边控制器13还被配置为在过压保护使能信号无效时不启动过压保护，从而避免过压保护的误操作，提高隔离型开关变换器的可靠性。
进一步地，原边控制器13被配置为对辅助绕组W3的两端电压进行采样保持以获取输出电压反馈信号。
本实施例的技术方案通过在输出电压设置信号变化时以渐变方式调节输出电压基准信号以使得隔离型开关变换器的功率级的原边电流峰值保持小于电流阈值，并在检测到所述功率级的原边电流峰值达到所述电流阈值期间设置与输出电压设置信号相适应的过压保护阈值，并响应于输出电压反馈信号超出所述过压保护阈值启动过压保护，由此，可以使得过压保护阈值随输出电压自适应变化，并在电压设置信号变化时不进行过压保护，在副边控制失效时启动过压保护，提高了隔离型开关变换器的可靠性。
图2是本发明第一实施例的隔离型开关变换器的电路图。如图2所示，本实施例中的隔离型开关变换器2包括功率级21(包括电路21a和21b)、光电耦合电路22(包括电路22a和22b)和控制电路2a。其中，控制电路2a包括原边控制器23和副边控制器24。
副边控制器24被配置为接收输出电压设置信号Tcom1设置输出电压基准信号Vref1，并在输出电压设置信号Tcom1变化时以连续渐变方式调节输出电压基准信号Vref1以使得功率级21的原边电流峰值保持小于电流阈值，从而使得在输出电压设置信号Tcom1变化时不进行过压保护以避免过压误操作，提高了隔离型开关变换器的可靠性。
图3和图4为本发明实施例调节输出电压基准信号的波形图。如图3和图4所示，在本发明实施例中，为了避免在负载设备请求增大输出电压时，由于原边电流过大使得过压保护误操作，本实施例的副边控制器24被配置为以连续渐变方式或阶梯渐变方式调节输出电压基准信号，以使得在正常工作下原边电流采样信号的峰值不会达到电流阈值，从而避免过压保护误操作，提高隔离型开关变换器的可靠性。
副边控制器24包括通信电路241、基准电压控制电路242、分压电路243和误差放大器gm1。其中，通信电路241被配置为与负载设备通信以获取负载设备所需的电压。也就是说，在负载设备发出改变输出电压的指令，通信电路241改变表征负载设备所需电压的电压设置信号Tcom1，并将输出电压设置信号Tcom1传输给基准电压控制电路242。
在一种可选的实现方式中，输出电压设置信号Tcom1为数字信号。基准电压控制电路242被配置为根据输出电压设置信号Tcom1生成模拟形式的以连续渐变方式或阶梯渐变方式变化的输出电压基准信号Vref1。分压电路243用于获取表征输出电压的输出分压Vo。误差放大器gm1用于根据输出电压基准信号Vref1和输出分压Vo生成误差信号Vadj1。光电耦合电路22根据误差信号Vadj1生成补偿信号comp1，从而驱动原边控制器23控制功率开关Q1的导通和关断以使得隔离型开关变换器2的输出电压Vout与输出电压设置信号Tcom1相对应。
原边控制器23被配置为在检测到功率级21的原边电流峰值达到电流阈值期间，设置与输出电压设置信号Tcom1相适配的过压保护阈值，并响应于输出电压反馈信号超出过压保护阈值启动过压保护，由此，可以使得过压保护阈值随输出电压Vout自适应变化，在副边控制器出现故障时启动过压保护，提高了隔离型开关变换器的可靠性。
原边控制器23还被配置为受控于补偿信号comp1生成开关控制信号gate1以驱动功率开关Q1的导通和关断，以使得隔离型开关变换器2的输出电压Vout与输出电压设置信号Tcom1相对应。
原边控制器23包括开关信号生成电路231、电流峰值检测电路232、采样保持电路233、过压保护阈值生成电路234以及比较器cmp1。其中，电流峰值检测电路232被配置为获取功率级21的原边电流采样信号Vipk1，并输出峰值状态信号Vtrig1。过压保护阈值生成电路234被配置为响应于峰值状态信号Vtrig1为第一状态，将过压保护阈值Vovp1设置为预设值，响应于峰值状态信号Vtrig1为第二状态，将过压保护阈值Vovp1设置为与输出电压设置信号Tcom1相适配的值。比较器cmp1被配置为比较过压保护阈值Vovp1和输出电压反馈信号Vfb1，输出过压保护标志信号Vovs1。开关信号生成电路231被配置为响应于过压保护标志信号Vovs1为有效，启动过压保护，也即使得开关控制信号gate1无效，以控制功率开关Q1关断。开关信号生成电路231还被配置为响应于过压保护标志信号Vovs1为无效，根据补偿信号comp1生成开关控制信号gate1，以控制功率开关Q1导通或关断，从而使得隔离型开关变换器2的输出电压Vout与输出电压设置信号Tcom1相对应。
采样保持电路233被配置为对辅助绕组W31两端进行电压采样保持以生成输出电压反馈信号Vfb1。优选地，开关信号生成电路231还被配置为根据开关控制信号gate1生成输出电压采样脉冲信号Vsyn1。采样保持电路233被配置为在接收到输出电压采样脉冲信号Vsyn1后，对辅助绕组W3两端进行电压采样保持以生成输出电压反馈信号Vfb1。
图5是本发明第一实施例的采样保持电路的工作波形图。如图5所示，响应于开关控制信号gate1由高变低(也即开关控制信号gate1出现下降沿)，开关信号生成电路231在一个延迟时间Tblk后生成输出电压采样脉冲信号Vsyn1。采样保持电路233受控于输出电压采样信号Vsyn1对表征辅助绕组W31两端电压的信号Vsen1进行电压采样保持以生成输出电压反馈信号Vfb1。应理解，辅助绕组W31的输出电压与副边绕组W21的输出电压基本相等，在隔离型开关变换器的输出电压Vout上升时，表征辅助绕组两端电压的信号Vsen1上升，输出电压反馈信号Vfb1上升。因此，在隔离型开关变换器的输出电压Vout上升时，输出电压反馈信号Vfb1呈阶梯上升。应当理解，在隔离型开关变换器的输出电压Vout下降时，输出电压反馈信号Vfb1呈阶梯下降。在隔离型开关变换器的输出电压Vout基本保持不变时，输出电压反馈信号Vfb1也基本保持不变。
图6是本发明第一实施例的电流峰值检测电路的电路图。如图6所示，在一种可选的实现方式中，电流峰值检测电路232包括比较器cmp2、单触发电路Oneshot1和RS触发电路61。其中，比较器cmp2用于比较原边电流采样信号Vipk1的峰值和电流预设峰值信号Vipkmax输出比较信号Vtcm。其中，电流预设峰值信号Vipkmax用于表征电流阈值。单触发电路Oneshot1受控于开关控制信号gate1的上升沿输出一个脉冲。RS触发电路61被配置为响应于比较信号Vtcm有效被置位，输出有效的峰值状态信号Vtrig1，响应于单脉冲电路Oneshot1输出的脉冲被复位，输出无效的峰值状态信号Vtrig1。
开关信号生成电路231根据误差信号comp1生成功率开关Q1的开关控制信号。因此，流过功率开关Q1的电流(也即原边电流)与误差信号comp1相关。由此，容易理解，电流阈值与补偿信号comp1的最大值相对应，也就是说，电流预设峰值信号Vipkmax与补偿信号comp1的最大值相对应。
图7是本发明第一实施例的电流峰值检测电路的工作波形图。如图7所示，原边电流采样信号Vipk1用于表征流过功率开关Q1的电流，因此，在开关控制信号gate1有效(本实施例中开关控制信号置高时有效)，功率开关Q1导通时，原边电流采样信号Vipk1逐渐上升。在开关控制信号gate1无效，功率开关Q1关断时，原边电流采样信号Vipk1下降为0。在隔离型开关变换器2的输出电压增大时，隔离型开关变换器2的输出功率增大，使得隔离型开关变换器2的原边电流增大，因此，可以通过原边电流的峰值来检测隔离型开关变换器2的输出电压的变化。在原边采样信号Vipk1的峰值达到电流预设峰值信号Vipkmax时，电流峰值检测电路232输出有效的峰值状态信号Vtrig1。
图8是本发明第一实施例的隔离型开关变换器的工作波形图。如图8所示，在t0时刻，负载设备发出增大输出电压的指令，通信电路241输出的表征负载设备所需电压的输出电压设置信号Tcom1增大。基准电压控制电路242根据输出电压设置信号Tcom1生成输出电压基准信号Vref1。在一种可选的实现方式中，基准电压控制电路242控制使得输出电压基准信号Vref1以连续渐变方式增大。光耦合电路22根据输出电压基准信号Vref1生成以渐变方式增大的补偿信号comp1。开关信号生成电路231根据补偿信号comp1生成开关控制信号gate1。由于补偿信号comp1逐渐增大，因此，开关控制信号gate1的占空比逐渐增大，隔离型开关变换器的输出电压Vout逐渐增大。如图8所示，在t1时刻，隔离型开关变换器的输出电压Vout与输出电压设置信号Tcom1相对应，开关控制信号gate1的占空比保持不变以使得隔离型开关变换器的输出电压Vout保持稳定。
电流峰值检测电路232获取原边电流采样信号Vipk1的峰值。如图8所示，在t0时刻-t1时刻，由于补偿信号comp1缓慢增大，且不会被拉高到最大值，因此，原边电流采样信号Vipk1的峰值不会达到电流预设峰值信号Vipkmax，峰值状态信号Vtrig1保持无效(也即第一状态)，过压保护阈值Vovp1被设置为预设值Vove。其中，预设值Vove与当前输出电压设置信号Tcom1无关。在一种可选的实现方式中，预设值可以根据该隔离型开关变换器输出的最大输出电压值进行设定。由此，在t0时刻-t1时刻，输出电压反馈信号Vfb始终小于预设值Vove，过压保护标志信号Vovs1始终无效。也就是说，在副边控制器24根据输出电压设置信号Tcom1来控制原边控制器23以渐变方式增大隔离型开关变换器的输出电压时，可以避免过压保护误操作，提高了隔离型开关变换器的可靠性。
在t2时刻，负载设备没有发出改变输出电压的指令，输出电压设置信号Tcom1不变，由于副边控制器故障等原因导致隔离型开关变换器的输出电压Vout突然增大。由于原边侧电路的功率与副边侧电路的功率相等，在输入电压Vin不变时，原边电流会突然增大。因此，在t2时刻，原边电流采样信号Vipk1突然增大，并在t3时刻达到电流预设峰值信号Vipkmax。由此，在t3时刻，峰值状态信号Vtrig1变为有效，过压保护阈值Vovp1被配置为与输出电压设置信号Tcom1相适配的值。在一种可选的实现方式中，过压保护阈值生成电路234被配置为响应于峰值状态信号由第一状态(无效状态)切换为第二状态(有效状态)，即t3时刻，采样输出电压反馈信号Vfb1以获取采样值Vfbsh1，并将过压保护阈值Vovp1设置为采样值Vfbsh1的K倍，也即Vovp1＝K*Vfbsh1。其中，K为大于1的实数。优选地，K＝1.2。
如图8所示，在t4时刻，输出电压反馈信号Vfb1达到过压保护阈值Vovp1，过压保护标志信号Vovs1置为有效，以控制开关信号生成电路231生成无效的开关控制信号gate1，功率开关Q1受控关断，输出电压Vout快速减小。由此，在隔离型开关变换器的副边侧电路出现故障时，触发过压保护以保护电路。
本实施例的技术方案通过在输出电压设置信号变化时以渐变方式调节输出电压基准信号以使得隔离型开关变换器的功率级的原边电流峰值保持小于电流阈值，并在检测到所述功率级的原边电流峰值达到所述电流阈值期间设置与输出电压设置信号相适应的过压保护阈值，并响应于输出电压反馈信号超出所述过压保护阈值启动过压保护，由此，可以使得过压保护阈值随输出电压自适应变化，并在电压设置信号变化时不进行过压保护，在副边控制失效时启动过压保护，提高了隔离型开关变换器的可靠性。
图9是本发明第二实施例的隔离型开关变换器的电路图。如图9所示，本实施例中的隔离型开关变换器9包括功率级91(包括电路91a和91b)、光电耦合电路92(包括电路92a和92b)和控制电路9a。其中，控制电路9a包括原边控制器93和副边控制器94。其中，光电耦合电路92与副边控制器94的连接方式和工作原理均与图2中的第一实施例类似，在此不再赘述。
原边控制器93被配置为在检测到功率级91的原边电流峰值达到电流阈值期间，设置与输出电压设置信号Tcom2相适配的过压保护阈值，并响应于输出电压反馈信号超出过压保护阈值启动过压保护，由此，可以使得过压保护阈值随输出电压Vout自适应变化，在副边控制器出现故障时启动过压保护，提高了隔离型开关变换器的可靠性。
原边控制器93还被配置为受控于补偿信号comp2生成开关控制信号gate2以驱动功率开关Q2的导通和关断，以使得隔离型开关变换器9的输出电压与输出电压设置信号Tcom2相对应。
原边控制器93包括开关信号生成电路931、电流峰值检测电路932、过压保护使能电路933、过压保护阈值生成电路934、采样保持电路935、比较器cmp3以及逻辑电路936。其中，电流峰值检测电路932被配置为获取功率级91的原边电流采样信号Vipk2，并输出峰值状态信号Vtrig2。过压保护使能电路933被配置为响应于峰值状态信号Vtrig2为第一状态，将过压保护使能信号EN设置为无效，响应于峰值状态信号Vtrig2为第二状态，过压保护使能信号EN设置为有效。过压保护电路阈值生成电路934被配置为生成与输出电压设置信号Tcom2相适配的过压保护阈值Vovp2。比较器cmp3被配置为比较过压保护阈值Vovp2和输出电压反馈信号Vfb2，输出比较信号Vcovp。逻辑电路936被配置为根据比较信号Vcovp和过压保护使能信号EN生成过压保护标志信号Vovs2。在一种可选的实现方式中，逻辑电路936可以为与门电路，以在比较信号Vcovp和过压保护使能信号EN均有效时生成有效的过压保护标志信号Vovs2。
开关信号生成电路931被配置为响应于过压保护标志信号Vovs2为有效，启动过压保护，也即使得开关控制信号gate2无效，以控制功率开关Q2关断。开关信号生成电路931还被配置为响应于过压保护标志信号Vovs2为无效，根据补偿信号comp2生成开关控制信号gate2，以控制功率开关Q2导通或关断，从而使得隔离型开关变换器9的输出电压Vout与输出电压设置信号Tcom2相对应。
采样保持电路935被配置为对辅助绕组W32两端进行电压采样保持以生成输出电压反馈信号Vfb2。优选地，开关信号生成电路931还被配置为根据开关控制信号gate2生成输出电压采样脉冲信号Vsyn2。采样保持电路935被配置为在接收到输出电压采样脉冲信号Vsyn2后，对辅助绕组W32两端进行电压采样保持以生成输出电压反馈信号Vfb2。
图10是本发明第二实施例的过压保护使能电路的电路图。如图10所示，本实施例的过压保护使能电路933包括反相器inv、或非门电路nor、与门电路and1、与门电路and2和RS触发器101。反相器inv将反相后的开关控制信号gate'输出至与门电路and1。或非门电路nor的输入端分别接收开关控制信号gate2和峰值状态信号Vtrig2，并将输出信号输出至与门电路and2。与门电路and1的输入端分别接收峰值状态信号Vtrig2、一脉冲信号Vplu和反相后的开关控制信号gate2'，输出端与RS触发器101的置位端S连接。与门电路and2的输入端接收或非门电路nor的输出信号和脉冲信号Vplu，输出端与RS触发器101的复位端R连接。也就是说，响应于一脉冲信号Vplu且在开关控制信号gate2无效、峰值状态信号Vtrig2有效(也即第二状态)时，RS触发器101被置位输出有效的过压保护使能信号EN，响应于一脉冲信号Vplu且在开关控制信号gate2无效、峰值状态信号Vtrig2无效(也即第一状态)时，RS触发器101被复位输出无效的过压保护使能信号EN。由此，在副边控制器24出现故障等原因导致输出电压Vout突然增大时生成有效的过压保护使能信号EN，从而在输出电压反馈信号Vfb2大于过压保护阈值Vovp2时启动过压保护，以提高隔离型开关变换器的可靠性。
图11是本发明第二实施例的隔离型开关变换器的工作波形图。如
图11所示，在t5时刻，原边电流采样信号Vipk2的峰值达到电流预设峰值信号Vipkmax'，峰值状态信号Vtrig2置为有效。并且，在t5时刻，开关控制信号gate2置低，过压保护使能电路933响应于一脉冲信号Vplu输出有效的过压保护使能信号EN。过压保护阈值生成电路934响应于过压保护使能信号EN有效，生成与输出电压设置信号Tcom2相适配的过压保护阈值Vovp2。在一种可选的实现方式中，采样t4时刻的输出电压反馈信号以获取采样信号Vfbsh2，使得过压保护阈值Vovp2与采样信号Vfbsh2成比例。例如，Vovp2＝K*Vfbsh2，其中K为大于1的实数。优选地，K＝1.2。由此，可以获得与输出电压设置信号Tcom2相适配的过压保护阈值。由于在t4时刻后的每个开关周期，原边电流采样信号Vipk2的峰值均达到电流预设峰值信号Vipkmax'，因此，过压保护阈值Vovp2一直保持为K*Vfbsh2。
直到t6时刻，输出电压反馈信号Vfb2达到过压保护阈值Vovp2，比较信号Vcovp置为有效。并且，此时，过压保护使能信号EN有效。因此，在t6时刻，逻辑电路936响应于有效的比较信号Vcovp和过压保护使能信号EN生成有效的过压保护标志信号Vovs2。开关信号生成电路931受控于有效过压保护标志信号Vovs2使得开关控制信号gate2置为无效，功率开关Q2受控关断，以实现过压保护。在本实施例中，通过在过压保护使能信号有效时，使得过压保护阈值与输出电压设置信号相适配，以在输出电压反馈信号达到该过压保护阈值时启动过压保护。并且，在过压保护使能信号无效时，不启动过压保护，以在保证隔离型开关变换器的高可靠性的同时，减小了损耗。
图12是本发明实施例的隔离型开关变换器的过压保护方法的流程图。其中，本发明实施例的隔离型开关变换器被配置为输出电压可调。如图12所示，本发明实施例的隔离型开关变换器的过压保护方法包括以下步骤：
在步骤S100，在输出电压设置信号变化时使得隔离型开关变换器的功率级的原边电流峰值保持小于电流阈值，其中，输出电压设置信号用于设置输出电压基准信号，输出电压基准信号用于表征隔离型开关变换器的功率级的输出电压的期望值。
在一种可选的实现方式中，在输出电压设置信号变化时以渐变方式调节输出基准信号以使得隔离型开关变换器的功率级的原边电流峰值保持小于电流阈值。
在步骤S200，在检测到隔离型开关变换器的功率级的原边电流峰值达到电流阈值期间，设置与输出电压设置信号相适配的过压保护阈值。
在步骤S300，响应于输出电压反馈信号超出过压保护阈值启动过压保护。
优选地，在N个开关周期中检测到功率级的原边电流峰值达到电流阈值后，采样输出电压反馈信号以获取采样信号，并根据采样信号设置过压保护阈值。其中，N大于等于1。
优选地，在未检测到功率级的原边电流峰值达到电流阈值时，将过压保护阈值设置为预设值。其中，该预设值以当前输出电压设置信号无关。
优选地，在未检测到功率级的原边电流峰值达到电流阈值期间，将过压保护使能信号设置为无效，在检测到功率级的原边电流峰值达到电流阈值期间，将过压保护使能信号设置为有效。其中，在过压保护使能信号为无效时不启动过压保护。
优选地，响应于原边电流峰值由小于电流阈值切换为大于电流阈值，采样输出电压反馈信号获取采样值，并将过压保护阈值设置为该采样值的K倍，K为大于1的实数。
优选地，通过对辅助绕组两端电压采样保持以获得输出电压反馈信号。
优选地，以连续渐变方式或阶梯渐变方式调节输出电压基准信号以使得在正常工作下原边电流采样信号的峰值不会达到电流阈值，从而避免过压保护误操作，提高隔离型开关变换器的可靠性。
本发明实施例的技术方案通过在输出电压设置信号变化时以渐变方式调节输出电压基准信号以使得隔离型开关变换器的功率级的原边电流峰值保持小于电流阈值，并在检测到所述功率级的原边电流峰值达到所述电流阈值期间设置与输出电压设置信号相适应的过压保护阈值，并响应于输出电压反馈信号超出所述过压保护阈值启动过压保护，由此，可以使得过压保护阈值随输出电压自适应变化，并在电压设置信号变化时不进行过压保护，在副边控制失效时启动过压保护，提高了隔离型开关变换器的可靠性。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种控制电路，用于控制隔离型开关变换器的功率级，其特征在于，所述控制电路包括：
原边控制器，被配置为在检测到所述功率级的原边电流峰值达到所述电流阈值期间，设置与输出电压设置信号相适配的过压保护阈值，并响应于输出电压反馈信号超出所述过压保护阈值启动过压保护；以及
副边控制器，被配置为接收输出电压设置信号设置输出电压基准信号，并在所述输出电压设置信号变化时使得所述功率级的原边电流峰值保持小于电流阈值。
2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述副边控制器被配置为在所述输出电压设置信号变化时以渐变方式调节所述输出电压基准信号以使得所述功率级的原边电流峰值保持小于电流阈值。
3.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述原边控制器被配置为响应于在N个开关周期中检测到所述功率级的原边电流峰值达到所述电流阈值，采样所述输出电压反馈信号获取采样信号，并根据所述采样信号设置所述过压保护阈值，N大于等于1。
4.根据权利要求3所述的控制电路，其特征在于，所述原边控制器被配置为响应于未检测到所述功率级的原边电流峰值达到所述电流阈值，将所述过压保护阈值设置为预设值，所述预设值与当前输出电压设置信号无关。
5.根据权利要求3所述的控制电路，其特征在于，所述原边控制器被配置为在未检测到所述功率级的原边电流峰值达到所述电流阈值期间，将过压保护使能信号设置为无效，在检测到所述功率级的原边电流峰值达到所述电流阈值期间将所述过压保护使能信号设置为有效；
所述原边控制器还被配置为在所述过压保护使能信号为无效时不启动过压保护。
6.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述原边控制器被配置为对辅助绕组两端电压采样保持以获得所述输出电压反馈信号。
7.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述原边控制器包括：
电流峰值检测电路，被配置为检测所述功率级的原边电流或原边电流采样信号，输出峰值状态信号；
过压保护阈值生成电路，被配置为响应于所述峰值状态信号为第一状态，将所述过压保护阈值设置为预设值，响应于所述峰值状态信号为第二状态，将所述过压保护阈值设置为与输出电压设置信号相适配的值；
比较器，被配置为比较所述过压保护阈值和所述输出电压反馈信号，输出过压保护标志信号；以及
开关信号生成电路，被配置为响应于所述过压保护标志信号为有效启动过压保护。
8.根据权利要求7所述的控制电路，其特征在于，所述过压保护阈值生成电路被配置为响应于所述峰值状态信号由第一状态切换为第二状态采样所述输出电压反馈信号获取采样值，并将所述过压保护阈值设置为所述采样值的K倍，K为大于1的实数。
9.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述原边控制器包括：
电流峰值检测电路，被配置为检测所述功率级的原边电流或原边电流采样信号，输出峰值状态信号；
过压保护使能电路，被配置为响应于所述峰值状态信号为第一状态，将过压保护使能信号设置为无效，响应于所述峰值状态信号为第二状态，将过压保护使能信号设置为有效；
过压保护阈值生成电路，被配置为生成与输出电压设置信号相适配的过压保护阈值；
比较器，被配置为比较所述过压保护阈值和所述输出电压反馈信号，输出比较信号；
逻辑电路，输入所述比较信号和所述过压保护使能信号输出过压保护标志信号；以及
开关信号生成电路，被配置为响应于所述过压保护标志信号为有效启动过压保护。
10.根据权利要求7-9中任一项所述的控制电路，其特征在于，所述原边控制器还包括：
采样保持电路，被配置为对辅助绕组两端进行电压采样保持输出所述输出电压反馈信号。
11.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述副边控制器被配置为以连续渐变方式或阶梯渐变方式调节所述输出电压基准信号。
12.一种隔离型开关变换器，包括：
功率级；以及
如权利要求1-11中任一项所述的控制电路。
13.一种隔离型开关变换器的过压保护方法，所述隔离型开关变换器被配置为输出电压可调，其特征在于，所述方法包括：
在输出电压设置信号变化时使得隔离型开关变换器的功率级的原边电流峰值保持小于电流阈值，其中，所述输出电压设置信号用于设置输出电压基准信号，所述输出电压基准信号用于表征所述功率级的输出电压的期望值；
在检测到所述功率级的原边电流峰值达到所述电流阈值期间，设置与输出电压设置信号相适配的过压保护阈值；以及
响应于输出电压反馈信号超出所述过压保护阈值启动过压保护。
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Application publication date: 20190308

Assignee: Silergy Corp.

Assignor: Silergy Semiconductor Technology (Hangzhou) Ltd.

Contract record no.: X2021990000823

Denomination of invention: Isolated switching converter and its control circuit and control method

Granted publication date: 20190827

License type: Common License

Record date: 20211227