CN109617418B - 轻载控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种轻载控制电路,包括轻载控制辅助模块和轻载检测及控制模块;所述轻载控制辅助模块设有与高压端口、电源端口、输出端口、PWM控制驱动电路以及轻载检测及控制模块相连接的各端口,并通过相应端口接受由高压端口输入的高压信号、及由轻载检测及控制模块输出的轻载模式信号;所述轻载检测及控制模块分别与所述轻载控制辅助模块以及PWM控制驱动电路相连接,接收由所述轻载控制辅助模块输出的斩波信号、并输出轻载模式信号至所述轻载控制辅助模块和PWM控制驱动电路。本发明结构精简,应用本发明的同步整流控制器进入轻载状态后,可实现超低功耗待机;退出轻载状态后,内部电源能够快速建立,开关MOS管重新作为整流管工作。

Description

轻载控制电路
技术领域
本发明涉及一种控制电路,具体而言,涉及一种轻载控制电路,属于开关电源技术领域。
背景技术
目前,反激式开关电源系统凭借其电路精简、输入输出电气隔离、体积小、成本低等优点而得到广泛地普及和应用。但是当输出电压较低、输出电流较大时,传统的反激式开关电源系统中的次级整流二极管的导通损耗和反向恢复损耗较大、效率较低。为了减少整流二极管的损耗,目前业内主要采用的方式是使用导通阻值极低的开关MOS管来取代二极管作为整流器,这种同步整流技术能够很好地提高整个电源系统的转换效率。
但是,在轻载状态下,开关MOS管相较于二极管整流减少的导通损耗很少,加上驱动电路所带来的损耗,同步整流的实际损耗甚至大于二极管整流的损耗。在这种情况下,为了提高效率,就需要暂时停止使用开关MOS管作为整流管、利用开关MOS管的体二极管作为此时的整流管。
在反激式电压变换器中,典型的轻载检测方式可结合如图1的工作波形图来说明。初始状态下轻载信号VLight为低,次级预先使用开关MOS管同步整流,驱动电压VGS为高,开关MOS管导通。驱动电压VGS为高的持续时间,可以反映负载的轻重,负载越重,VGS为高的持续时间越长;反之,持续时间越短。如图1所示,在t0~t1时期内检测到VGS为高的持续时间为T1、短于设置的轻载模式进入时间,则轻载信号VLight由低跳为高,进入轻载模式,驱动电压VGS为低,禁止开关MOS管继续导通作为整流管,此时利用体二极管作为此时的整流管。同样的,开关MOS管漏源两端的压降VDS为低持续的时间也可以反映负载的轻重,负载越重,VDS为低持续的时间越长;反之,持续的时间越短。如图1所示,在t2~t3时期内检测到VDS为低的持续时间为T2、长于设置的轻载模式退出时间,则轻载信号VLight由高跳为低,退出轻载模式,允许开关MOS管作为整流管。
由上述表述可以得知,现有轻载检测方式存在两个主要问题。第一,同步整流控制器为避免负载处于临界状态时,需要频繁地在开关MOS管整流和体二极管整流之间进行切换,为了应对不同系统的使用要求,就需要增加端口以在轻载模式进入时间和退出时间之间设置滞回时间,从而增加了电路的复杂程度。第二,同步整流控制器在进入轻载模式后,虽然减少了驱动电路的损耗,但检测漏源两端的压降VDS持续时间的电路和供电电路等仍处于工作状态,仍会带来较大的损耗。
正因现有技术中存在着上述诸多不足,因此,如何在现有技术的基础上提供一种全新的轻载控制电路,以克服上述诸多问题,也就成为了目前行业内技术人员亟待解决的问题。
发明内容
鉴于现有技术存在上述缺陷,本发明的目的是提出一种轻载控制电路,包括轻载控制辅助模块和轻载检测及控制模块;
所述轻载控制辅助模块设有与高压端口、电源端口、输出端口、PWM控制驱动电路以及轻载检测及控制模块相连接的各连接端口,并通过相应的连接端口接受由高压端口输入的高压信号、及由轻载检测及控制模块输出的轻载模式信号;
所述轻载检测及控制模块分别与所述轻载控制辅助模块以及PWM控制驱动电路相连接,接收由所述轻载控制辅助模块输出的斩波信号、并输出轻载模式信号至所述轻载控制辅助模块和PWM控制驱动电路;
所述轻载控制辅助模块分别设有三个信号输入端、一个信号输出端以及一个双向信号端;
所述轻载控制辅助模块的一信号输入端与所述高压端口电性连接、另一信号输入端与所述输出端口电性连接、再一信号输入端与所述轻载检测及控制模块电性连接;所述轻载控制辅助模块的信号输出端与所述轻载检测及控制模块电性连接;所述轻载控制辅助模块的双向信号端分别与所述电源端口以及PWM控制驱动电路电性连接;
所述轻载检测及控制模块分别设有一个信号输入端以及一个信号输出端,所述轻载检测及控制模块的信号输入端与所述轻载控制辅助模块的信号输出端电性连接,所述轻载检测及控制模块的信号输出端分别与所述轻载控制辅助模块的信号输入端以及PWM控制驱动电路电性连接。
优选地,所述轻载控制辅助模块包括第一比较器、第二比较器、线性稳压器、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第一电阻、第二电阻、第一二极管以及第二二极管;
所述第一比较器的第一输入端分别与所述第三NMOS管的源极、电源端口以及第四NMOS管的漏极电性连接,所述第一比较器的第二输入端接收来自电路内部的第一阈值,所述第一比较器的输出端输出控制信号至所述第三NMOS管的栅极,所述第一比较器的控制端接收来自所述轻载检测及控制模块的轻载模式信号;
所述第二比较器的第一输入端分别与所述线性稳压器的输入端、输出端口电性连接,所述第二比较器的第二输入端接收来自电路内部的第二阈值,所述第二比较器的输出端输出控制信号至所述第四NMOS管的栅极,所述第二比较器的控制端接收来自所述轻载检测及控制模块的轻载模式信号;
所述线性稳压器的输入端分别与其输出端口、所述第二比较器的第一输入端电性连接,所述线性稳压器的输出端与所述第四NMOS管的源极电性连接,所述线性稳压器的控制端接收来自所述轻载检测及控制模块的轻载模式信号;
所述第二NMOS管的栅极分别与所述第二电阻的一端以及第二二极管的负极电性连接,所述第二NMOS管的漏极分别与所述第二电阻的一端、第一二极管的负极以及第一电阻的一端电性连接,所述第二NMOS管的源极输出斩波信号;
所述第三NMOS管的栅极与所述第一比较器的输出端电性连接并接收由其输出的控制信号,所述第三NMOS管的源极分别与所述电源端口、第一比较器的第一输入端、第四NMOS管的漏极电性连接,所述第三NMOS管的漏极分别与所述高压端口以及第一电阻的一端电性连接并接收由高压端口输入的高压信号;
所述第四NMOS管的栅极与所述第二比较器的输出端电性连接并接收由其输出的控制信号,所述第四NMOS管的源极与所述线性稳压器的输出端电性连接,所述第四NMOS管的漏极分别与所述第一比较器的输入端、第三MOS管的源极以及电源端口电性连接;
所述第一电阻的一端分别与所述第二NMOS管的漏极、第二电阻的一端以及第一二极管的负极电性连接,所述第一电阻的另一端分别与所述第三NMOS管的漏极以及高压端口电性连接并接收由高压端口输入的高压信号;
所述第二电阻的一端分别与所述第二NMOS管的漏极、第一电阻的一端以及第一二极管的负极电性连接,所述第二电阻的另一端分别与所述第二NMOS管的栅极以及第二二极管的负极电性连接;
所述第一二极管的正极分别与所述第二二极管的正极以及参考地电性连接,所述第一二极管的负极分别与所述第二NMOS管的漏极、第一电阻的一端以及第二电阻的一端电性连接;
所述第二二极管的正极分别与所述第一二极管的正极以及参考地电性连接,所述第二二极管的负极分别与所述第二NMOS管的栅极以及第二电阻的一端电性连接。
优选地,所述轻载检测及控制模块包括轻载状态判断子模块和轻载信号产生子模块;
所述轻载状态判断子模块的输入端与所述轻载信号产生子模块电性连接并接收由轻载控制辅助模块输出的斩波信号,所述轻载状态判断子模块的输出端与所述轻载信号产生子模块电性连接并向其输出轻载控制信号;
所述轻载信号产生子模块的第一输入端与所述轻载状态判断子模块的输入端电性连接并共同接收由所述轻载控制辅助模块输出的斩波信号,所述轻载信号产生子模块的第二输入端与所述轻载状态判断子模块的输出端电性连接并接收由其输出的轻载控制信号,所述轻载信号产生子模块的输出端输出轻载模式信号。
优选地,所述轻载状态判断子模块包括第五NMOS管、第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第三电阻、第四电阻以及第二电容;
所述第五NMOS管的栅极分别与所述第三PMOS管的源极以及第二电容的一端电性连接,所述第五NMOS管的漏极分别与所述第三电阻的一端以及轻载状态判断子模块的输出端电性连接,所述第五NMOS管的源极分别与所述第二电容的一端、第三PMOS管的漏极以及参考地电性连接;
所述第一PMOS管的栅极分别与所述第二PMOS管的栅极和漏极以及第四电阻的一端电性连接,所述第一PMOS管的漏极分别与所述第五NMOS管的栅极、第三PMOS管的源极以及第二电容的一端电性连接,所述第一PMOS管的源极分别与第二PMOS管的源极、第三PMOS管的栅极、第三电阻的一端以及轻载状态判断子模块的输入端电性连接;
所述第二PMOS管的栅极分别与其自身的漏极、第一PMOS管的栅极以及第四电阻的一端电性连接,所述第二PMOS管的漏极分别与其自身的栅极、第一PMOS管的栅极和第四电阻的一端电性连接,所述第二PMOS管的源极分别与所述第一PMOS管的源极、第三PMOS管的栅极、第三电阻的一端以及轻载状态判断子模块的输入端电性连接;
所述第三PMOS管的栅极分别与所述第一PMOS管的源极、第二PMOS管的源极、第三电阻的一端以及轻载状态判断子模块的输入端电性连接,所述第三PMOS管的漏极分别与所述第二电容的一端、第五NMOS管的源极以及参考地电性连接,所述第三PMOS管的源极分别与所述第五NMOS管的栅极以及第二电容的一端电性连接;
所述第三电阻的一端分别与所述第一PMOS管的源极、第二PMOS管的源极、第三PMOS管的栅极以及轻载状态判断子模块的输入端电性连接,所述第三电阻的另一端分别与所述第五NMOS管的漏极以及轻载状态判断子模块的输出端电性连接;
所述第四电阻的一端分别与所述第二PMOS管的栅极、第二PMOS管的漏极以及第一PMOS管的栅极电性连接,所述第四电阻的另一端与参考地电性连接;
所述第二电容的一端分别与所述第五NMOS管的栅极以及第三PMOS管的源极电性连接,所述第二电容的另一端分别与所述第三PMOS管的漏极、第五NMOS管的源极以及参考地电性连接。
优选地,所述轻载信号产生子模块包括第四PMOS管、第五PMOS管、第六电阻以及第四电容;
所述第四PMOS管的栅极与所述轻载信号产生子模块的第二输入端电性连接,所述第四PMOS管的漏极分别与所述第五PMOS管的源极、第四电容的一端以及轻载信号产生子模块的输出端电性连接,所述第四PMOS管的源极与所述轻载信号产生子模块的第一输入端电性连接;
所述第五PMOS管的栅极分别与所述第四PMOS管的源极以及轻载信号产生子模块的第一输入端电性连接,所述第五PMOS管的漏极与所述第六电阻的一端电性连接,所述第五PMOS管的源极分别与所述第四电容的一端、第四PMOS管的漏极以及轻载信号产生子模块的输出端电性连接;
所述第六电阻的一端与所述第五PMOS管的漏极电性连接,所述第六电阻的另一端分别与所述第四电容的一端以及参考地电性连接;
所述第四电容的一端分别与所述第六电阻的一端以及参考地电性连接,所述第四电容的另一端分别与所述第五PMOS管的源极、第四PMOS管的漏极以及轻载信号产生子模块的输出端电性连接。
与现有技术相比,本发明的优点主要体现在以下几个方面:
本发明的轻载控制电路结构精简、电路规模较小,不需要增加过多的电路资源,避免了资源浪费和冗余损耗。同时,本发明通过高压端口SW和输出端口VO实现双供电,无需增加额外的端口,利用斩波信号即可实现轻载检测及轻载控制。将本发明应用于同步整流控制器后,不仅能够实现超低功耗待机,而且还能够显著缩短VCC建立时间,有效地实现了电路的快速响应。
此外,本发明也为同领域内的其他相关方案提供了参考,可以以此为依据进行拓展延伸,运用于同领域内其他轻载控制电路的构方案中,具有十分广阔的应用前景。
以下便结合实施例附图,对本发明的具体实施方式作进一步的详述,以使本发明技术方案更易于理解、掌握。
附图说明
图1为现有技术中轻载检测的工作波形图;
图2为本发明轻载控制电路所应用系统的框图;
图3为本发明轻载控制电路中的轻载控制辅助模块的示例图;
图4为本发明轻载控制电路中的轻载控制辅助模块的工作波形图;
图5为本发明轻载控制电路中的轻载检测及控制模块的示例图;
图6为本发明轻载控制电路的轻载检测及控制模块中的轻载状态判断子模块的示例图;
图7为本发明轻载控制电路的轻载检测及控制模块中的轻载状态判断子模块的工作波形图;
图8为本发明轻载控制电路的轻载检测及控制模块中的轻载信号产生子模块的示例图;
图9为本发明轻载控制电路的轻载检测及控制模块中的轻载信号产生子模块的工作波形图;
图10为本发明轻载控制电路所应用系统的工作波形图。
具体实施方式
如图2所示,本发明揭示了一种轻载控制电路200,包括轻载控制辅助模块201和轻载检测及控制模块202。
所述轻载控制辅助模块201设有与高压端口SW、电源端口VCC、输出端口VO、PWM控制驱动电路以及轻载检测及控制模块202相连接的各连接端口,并通过相应的连接端口接受由高压端口SW输入的高压信号VDS、及由轻载检测及控制模块202输出的轻载模式信号VLL
所述轻载检测及控制模块202分别与所述轻载控制辅助模块201以及PWM控制驱动电路相连接,接收由所述轻载控制辅助模块201输出的斩波信号Vclamp、并输出轻载模式信号VLL至所述轻载控制辅助模块201和PWM控制驱动电路。
总体而言,所述轻载控制辅助模块201分别设有三个信号输入端、一个信号输出端以及一个双向信号端;所述轻载控制辅助模块201的一信号输入端与所述高压端口电性连接、另一信号输入端与所述输出端口电性连接、再一信号输入端与所述轻载检测及控制模块202电性连接;所述轻载控制辅助模块201的信号输出端与所述轻载检测及控制模块202电性连接;所述轻载控制辅助模块201的双向信号端分别与所述电源端口以及PWM控制驱动电路电性连接。
所述轻载检测及控制模块202分别设有一个信号输入端以及一个信号输出端,所述轻载检测及控制模块202的信号输入端与所述轻载控制辅助模块201的信号输出端电性连接,所述轻载检测及控制模块202的信号输出端分别与所述轻载控制辅助模块201的信号输入端以及PWM控制驱动电路电性连接。
如图3所示,所述轻载控制辅助模块201包括第一比较器201a、第二比较器201b、线性稳压器201c、第二NMOS管N2、第三NMOS管N3、第四NMOS管N4、第一电阻R1、第二电阻R2、第一二极管D1以及第二二极管D2。
所述第一比较器201a的第一输入端A分别与所述第三NMOS管N3的源极、电源端口VCC以及第四NMOS管N4的漏极电性连接,所述第一比较器201a的第二输入端B接收来自电路内部的第一阈值VA,所述第一比较器201a的输出端OUT输出控制信号Ctrl_A至所述第三NMOS管N3的栅极,所述第一比较器201a的控制端CTRL接收来自所述轻载检测及控制模块的轻载模式信号VLL
所述第二比较器201b的第一输入端A分别与所述线性稳压器201c的输入端IN、输出端口VO电性连接,所述第二比较器201b的第二输入端B接收来自电路内部的第二阈值VB,所述第二比较器201b的输出端OUT输出控制信号Ctrl_B至所述第四NMOS管N4的栅极,所述第二比较器201b的控制端CTRL接收来自所述轻载检测及控制模块的轻载模式信号VLL
所述线性稳压器201c的输入端IN分别与其输出端口VO、所述第二比较器201b的第一输入端A电性连接,所述线性稳压器201c的输出端OUT与所述第四NMOS管N4的源极电性连接,所述线性稳压器201c的控制端CTRL接收来自所述轻载检测及控制模块的轻载模式信号VLL
所述第二NMOS管N2的栅极分别与所述第二电阻R2的一端以及第二二极管D2的负极电性连接,所述第二NMOS管N2的漏极分别与所述第二电阻R2的一端、第一二极管D1的负极以及第一电阻R1的一端电性连接,所述第二NMOS管N2的源极输出斩波信号Vclamp
所述第三NMOS管N3的栅极与所述第一比较器201a的输出端OUT电性连接并接收由其输出的控制信号Ctrl_A,所述第三NMOS管N3的源极分别与所述电源端口VCC、第一比较器201a的第一输入端A、第四NMOS管N4的漏极电性连接,所述第三NMOS管N3的漏极分别与所述高压端口SW以及第一电阻R1的一端电性连接并接收由高压端口SW输入的高压信号VDS
所述第四NMOS管N4的栅极与所述第二比较器201b的输出端OUT电性连接并接收由其输出的控制信号Ctrl_B,所述第四NMOS管N4的源极与所述线性稳压器201c的输出端OUT电性连接,所述第四NMOS管N4的漏极分别与所述第一比较器201a的输入端A、第三MOS管N3的源极以及电源端口VCC电性连接。
所述第一电阻R1的一端分别与所述第二NMOS管N2的漏极、第二电阻R2的一端以及第一二极管D1的负极电性连接,所述第一电阻R1的另一端分别与所述第三NMOS管N3的漏极以及高压端口SW电性连接并接收由高压端口SW输入的高压信号VDS
所述第二电阻R2的一端分别与所述第二NMOS管N2的漏极、第一电阻R1的一端以及第一二极管D1的负极电性连接,所述第二电阻R2的另一端分别与所述第二NMOS管N2的栅极以及第二二极管D2的负极电性连接。
所述第一二极管D1的正极分别与所述第二二极管D2的正极以及参考地电性连接,所述第一二极管D1的负极分别与所述第二NMOS管N2的漏极、第一电阻R1的一端以及第二电阻R2的一端电性连接。
所述第二二极管D2的正极分别与所述第一二极管D1的正极以及参考地电性连接,所述第二二极管D2的负极分别与所述第二NMOS管N2的栅极以及第二电阻R2的一端电性连接。
本发明的轻载控制电路200中的轻载控制辅助模块201的工作波形图如图4所示,以下结合图3,对所述轻载控制辅助模块201的工作特点进行说明。
第二NMOS管N2、第一电阻R1、第二电阻R2、第一二极管D1和第二二极管D2组成钳位结构,当输入高压信号VDS的变化幅度较大时,输出的斩波信号Vclamp的变化幅度会被限制在虚线电位以下,处于合适的电压范围,可作为其他电路的工作电源,且仍保留关键信息,可用于轻载检测判断。第一比较器201a、第二比较器201b、线性稳压器201c、第三NMOS管N3、第四NMOS管N4组成双供电结构。如图4所示,当电源端口VCC低于第一阈值VA时,此处第一阈值VA为内部基准电压值。此时第一比较器201a输出的控制信号Ctrl_A为高电位,当高压端口SW输入的高压信号VDS电压变高后,第三NMOS管N3对电源端口VCC开始充电。当VDS电压变低后,第三NMOS管N3停止工作,直到下次VDS电压变高。在t0时刻,当电源端口VCC高于第一阈值VA时,第一比较器201a输出的控制信号Ctrl_A跳变为低,第三NMOS管N3不再对电源端口VCC充电。
当输出电压VO低于第二阈值VB时,此处第二阈值VB为内部基准电压值。为了防止电源端口VCC通过线性稳压电路201c倒灌到输出端口VO,第二比较器201b输出的控制信号Ctrl_B为低,会关闭第四NMOS管N4。随着输出端口VO建立,在t1时刻,当输出端口VO的电压大于第二阈值VB后,第二比较器201b开启第四NMOS管N4,输出端口VO通过线性稳压电路201c对电源端口VCC供电,电源端口VCC逐步维持到电压VC处。
在t2时刻,轻载模式信号VLL由低跳高,此时进入轻载状态。轻载模式信号VLL会同时控制第一比较器201a、第二比较器201b和线性稳压电路201c,高压端口SW无法对电源端口VCC供电,输出端口VO也不再通过线性稳压电路201c对电源端口VCC供电,电源端口VCC快速降低。
在t3时刻,轻载模式信号VLL由高跳低,此时退出轻载状态。轻载模式信号VLL会不再控制第一比较器201a、第二比较器201b和线性稳压电路201c。此时由于负载突然由轻加重,输出端口VO的电压会掉至第二阈值VB以下,此时第一比较器201a输出的控制信号Ctrl_A为高,打开第三NMOS管N3对电源端口VCC快速充电。
在t4时刻,当输出端口VO的电压重新回升高于第二阈值VB,输出端口VO也通过线性稳压电路201c对电源端口VCC供电,使得VCC快速重新建立。
如图5所示,本发明中所述轻载检测及控制模块202包括轻载状态判断子模块202a和轻载信号产生子模块202b。
所述轻载状态判断子模块202a的输入端IN1与所述轻载信号产生子模块202b电性连接并接收由轻载控制辅助模块201输出的斩波信号Vclamp,所述轻载状态判断子模块202a的输出端OUT1与所述轻载信号产生子模块202b电性连接并向其输出轻载控制信号VLL_Ctrl
所述轻载信号产生子模块202b的第一输入端IN2与所述轻载状态判断子模块202a的输入端电性连接并共同接收由所述轻载控制辅助模块201输出的斩波信号Vclamp,所述轻载信号产生子模块202b的第二输入端IN3与所述轻载状态判断子模块202a的输出端电性连接并接收由其输出的轻载控制信号VLL_Ctrl,所述轻载信号产生子模块202b的输出端OUT2输出轻载模式信号VLL
如图6所示,所述轻载状态判断子模块202a包括第五NMOS管N5、第一PMOS管P1、第二PMOS管P2、第三PMOS管P3、第三电阻R3、第四电阻R4以及第二电容C2。
所述第五NMOS管N5的栅极分别与所述第三PMOS管P3的源极以及第二电容C2的一端电性连接,所述第五NMOS管N5的漏极分别与所述第三电阻R3的一端以及轻载状态判断子模块202a的输出端OUT1电性连接,所述第五NMOS管N5的源极分别与所述第二电容C2的一端、第三PMOS管P3的漏极以及参考地电性连接。
所述第一PMOS管P1的栅极分别与所述第二PMOS管P2的栅极和漏极以及第四电阻R4的一端电性连接,所述第一PMOS管P1的漏极分别与所述第五NMOS管N5的栅极、第三PMOS管P3的源极以及第二电容C2的一端电性连接,所述第一PMOS管P1的源极分别与第二PMOS管P2的源极、第三PMOS管P3的栅极、第三电阻R3的一端以及轻载状态判断子模块202a的输入端IN1电性连接。
所述第二PMOS管P2的栅极分别与其自身的漏极、第一PMOS管P1的栅极以及第四电阻R4的一端电性连接,所述第二PMOS管P2的漏极分别与其自身的栅极、第一PMOS管P1的栅极和第四电阻R4的一端电性连接,所述第二PMOS管P2的源极分别与所述第一PMOS管P1的源极、第三PMOS管P3的栅极、第三电阻R3的一端以及轻载状态判断子模块202a的输入端IN1电性连接。
所述第三PMOS管P3的栅极分别与所述第一PMOS管P1的源极、第二PMOS管P2的源极、第三电阻R3的一端以及轻载状态判断子模块202a的输入端IN1电性连接,所述第三PMOS管P3的漏极分别与所述第二电容C2的一端、第五NMOS管N5的源极以及参考地电性连接,所述第三PMOS管P3的源极分别与所述第五NMOS管N5的栅极以及第二电容C2的一端电性连接。
所述第三电阻R3的一端分别与所述第一PMOS管P1的源极、第二PMOS管P2的源极、第三PMOS管P3的栅极以及轻载状态判断子模块202a的输入端IN1电性连接,所述第三电阻R3的另一端分别与所述第五NMOS管N5的漏极以及轻载状态判断子模块202a的输出端OUT1电性连接。
所述第四电阻R4的一端分别与所述第二PMOS管P2的栅极、第二PMOS管P2的漏极以及第一PMOS管P1的栅极电性连接,所述第四电阻R4的另一端与参考地电性连接。
所述第二电容C2的一端分别与所述第五NMOS管N5的栅极以及第三PMOS管P3的源极电性连接,所述第二电容C2的另一端分别与所述第三PMOS管P3的漏极、第五NMOS管N5的源极以及参考地电性连接。
所述轻载状态判断子模块202a的工作波形图如图7所示,结合图6,对所述轻载状态判断子模块202a的工作特点进行说明。
根据输入端IN1的输入信号,当输入信号进入特定的振铃阶段,在t0时刻,第一PMOS管P1会对第二电容C2充电,实现对该阶段的计时,当计时超过预设时间T3后,判断此时为轻载状态,在t1时刻,输出端OUT1的输出信号由高电位变低电位。
如图8所示,所述轻载信号产生子模块202b包括第四PMOS管P4、第五PMOS管P5、第六电阻R6以及第四电容C4。
所述第四PMOS管P4的栅极与所述轻载信号产生子模块202b的第二输入端IN3电性连接,所述第四PMOS管P4的漏极分别与所述第五PMOS管P5的源极、第四电容C4的一端以及轻载信号产生子模块202b的输出端OUT2电性连接,所述第四PMOS管P4的源极与所述轻载信号产生子模块202b的第一输入端IN2电性连接。
所述第五PMOS管P5的栅极分别与所述第四PMOS管P4的源极以及轻载信号产生子模块202b的第一输入端IN2电性连接,所述第五PMOS管P5的漏极与所述第六电阻R6的一端电性连接,所述第五PMOS管P5的源极分别与所述第四电容C4的一端、第四PMOS管P4的漏极以及轻载信号产生子模块202b的输出端OUT2电性连接。
所述第六电阻R6的一端与所述第五PMOS管P5的漏极电性连接,所述第六电阻R6的另一端分别与所述第四电容C4的一端以及参考地电性连接。
所述第四电容C4的一端分别与所述第六电阻R6的一端以及参考地电性连接,所述第四电容C4的另一端分别与所述第五PMOS管P5的源极、第四PMOS管P4的漏极以及轻载信号产生子模块202b的输出端OUT2电性连接。
所述轻载信号产生子模块202b的工作波形图如图9所示,结合图8,对所述轻载信号产生子模块202b的工作特点进行说明。
当轻载状态判断子模块202a判断此时为轻载状态,在t0时刻,第二输入端IN3的输入信号为低电位,第四PMOS管P4打开,充电电流对第四电容C4快速充电,输出端OUT2的输出信号快速上升到接近此时第一输入端IN2的电位,第四PMOS管P4工作于线性区,此时对第四电容C4充电电流很小,输出端OUT2的电位基本稳定。
随后,第一输入端IN2与第二输入端IN3的电位差继续增加,第四PMOS管P4产生的充电电流增大,对第四电容C4快速充电,输出端OUT2的电位继续上升,在t1时刻,经过预设的时间T4,输出端OUT2的电位超过虚线电位,则判定轻载控制信号处于高电平,进入轻载模式。
在t1~t2时期,轻载状态交替出现,输出端OUT2的电位会根据第一输入端IN2的输入信号和第二输入端IN3的输入信号的变化出现升高或降低,但均未低于设置的虚线电位。
在t2时刻后,轻载状态未再出现,此时当第一输入端IN2的输入信号和第二输入端IN3的输入信号均为低电平,第五PMOS管P5打开时,下拉电流会对第四电容C4放电,输出端OUT2的电位会逐步下降,直至t3时刻,经过了预设时间T5后,输出端OUT2的电位低于设置的虚线电位,则判定轻载控制信号处于低电平,退出轻载模式。
图10为本发明的轻载控制电路所应用系统的工作波形图,结合图2,对应轻载控制电路200的具体工作原理如下:
系统初始工作于正常模式,当系统工作于轻载,振铃阶段的持续时间较长,轻载检测电路由输入的斩波信号Vclamp检测到振铃阶段的持续时间达到预设轻载进入时间,轻载模式信号VLL迅速上升,在t0时刻,达到预设电压值Vset,则认为轻载模式信号VLL由低跳高,此时系统进入轻载模式,会关闭轻载控制辅助模块201和PWM控制驱动电路,VCC快速降低,且控制PWM控制驱动电路输出的驱动信号VGS始终为低,此时开关MOS管N1的体二极管作为此时的整流管。
在t0~t1时期,由于系统工作不稳定,出现了轻载交替出现的工作波形,此时不稳定状态引起的轻载模式信号VLL下降均未使其低于预设电压值Vset,系统仍处于轻载模式。在t1时刻,系统工作的负载开始加重,振铃阶段持续时间变短,轻载模式信号VLL逐渐下降。在t1~t2时期,系统经过若干工作周期,在t2时刻,轻载模式信号VLL下降至低于预设电压值Vset,则认为轻载模式信号VLL由高变低,此时系统退出轻载模式,恢复为正常模式。此时轻载控制辅助模块201和PWM控制驱动电路重新工作。在t3时刻,双供电帮助VCC快速重新建立,轻载控制电路不再控制PWM控制驱动电路输出的驱动信号VGS始终为低,开关MOS管N1重新作为整流管。
与现有技术相比,本发明的优点主要体现在以下几个方面:
1、本发明的轻载控制电路实现轻载检测功能的电路结构精简,相较于传统的轻载检测电路规模较小,不需增加过多的电路资源,避免了资源浪费和冗余损耗。
2、本发明的轻载控制电路通过高压端口SW和输出端口VO实现双供电的同时,不需要增加额外的端口,仅利用斩波信号即可实现轻载检测及轻载控制,实现方式灵活。
3、本发明的轻载控制电路应用于同步整流控制器后,进入轻载状态后产生的损耗极小,可实现超低功耗待机,极大地延长了本发明的使用寿命。
4、本发明的轻载控制电路应用于同步整流控制器后,退出轻载状态后的双供电方式使得VCC能够快速建立,开关MOS管N1重新作为整流管工作,整个过程耗时较短,最大限度上保证了使用效果。
对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神和基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内,不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种轻载控制电路,其特征在于:包括轻载控制辅助模块和轻载检测及控制模块;
所述轻载控制辅助模块设有与高压端口、电源端口、输出端口、PWM控制驱动电路以及轻载检测及控制模块相连接的各连接端口,并通过相应的连接端口接受由高压端口输入的高压信号、及由轻载检测及控制模块输出的轻载模式信号;
所述轻载检测及控制模块分别与所述轻载控制辅助模块以及PWM控制驱动电路相连接,接收由所述轻载控制辅助模块输出的斩波信号、并输出轻载模式信号至所述轻载控制辅助模块和PWM控制驱动电路;
所述轻载控制辅助模块分别设有三个信号输入端、一个信号输出端以及一个双向信号端;
所述轻载控制辅助模块的一信号输入端与所述高压端口电性连接、另一信号输入端与所述输出端口电性连接、再一信号输入端与所述轻载检测及控制模块电性连接;所述轻载控制辅助模块的信号输出端与所述轻载检测及控制模块电性连接;所述轻载控制辅助模块的双向信号端分别与所述电源端口以及PWM控制驱动电路电性连接;
所述轻载检测及控制模块分别设有一个信号输入端以及一个信号输出端,所述轻载检测及控制模块的信号输入端与所述轻载控制辅助模块的信号输出端电性连接,所述轻载检测及控制模块的信号输出端分别与所述轻载控制辅助模块的信号输入端以及PWM控制驱动电路电性连接。
2.根据权利要求1所述的轻载控制电路,其特征在于:所述轻载控制辅助模块包括第一比较器、第二比较器、线性稳压器、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第一电阻、第二电阻、第一二极管以及第二二极管;
所述第一比较器的第一输入端分别与所述第三NMOS管的源极、电源端口以及第四NMOS管的漏极电性连接,所述第一比较器的第二输入端接收来自电路内部的第一阈值,所述第一比较器的输出端输出控制信号至所述第三NMOS管的栅极,所述第一比较器的控制端接收来自所述轻载检测及控制模块的轻载模式信号;
所述第二比较器的第一输入端分别与所述线性稳压器的输入端、输出端口电性连接,所述第二比较器的第二输入端接收来自电路内部的第二阈值,所述第二比较器的输出端输出控制信号至所述第四NMOS管的栅极,所述第二比较器的控制端接收来自所述轻载检测及控制模块的轻载模式信号;
所述线性稳压器的输入端分别与其输出端口、所述第二比较器的第一输入端电性连接,所述线性稳压器的输出端与所述第四NMOS管的源极电性连接,所述线性稳压器的控制端接收来自所述轻载检测及控制模块的轻载模式信号;
所述第二NMOS管的栅极分别与所述第二电阻的一端以及第二二极管的负极电性连接,所述第二NMOS管的漏极分别与所述第二电阻的一端、第一二极管的负极以及第一电阻的一端电性连接,所述第二NMOS管的源极输出斩波信号;
所述第三NMOS管的栅极与所述第一比较器的输出端电性连接并接收由其输出的控制信号,所述第三NMOS管的源极分别与所述电源端口、第一比较器的第一输入端、第四NMOS管的漏极电性连接,所述第三NMOS管的漏极分别与所述高压端口以及第一电阻的一端电性连接并接收由高压端口输入的高压信号;
所述第四NMOS管的栅极与所述第二比较器的输出端电性连接并接收由其输出的控制信号,所述第四NMOS管的源极与所述线性稳压器的输出端电性连接,所述第四NMOS管的漏极分别与所述第一比较器的输入端、第三MOS管的源极以及电源端口电性连接;
所述第一电阻的一端分别与所述第二NMOS管的漏极、第二电阻的一端以及第一二极管的负极电性连接,所述第一电阻的另一端分别与所述第三NMOS管的漏极以及高压端口电性连接并接收由高压端口输入的高压信号;
所述第二电阻的一端分别与所述第二NMOS管的漏极、第一电阻的一端以及第一二极管的负极电性连接,所述第二电阻的另一端分别与所述第二NMOS管的栅极以及第二二极管的负极电性连接;
所述第一二极管的正极分别与所述第二二极管的正极以及参考地电性连接,所述第一二极管的负极分别与所述第二NMOS管的漏极、第一电阻的一端以及第二电阻的一端电性连接;
所述第二二极管的正极分别与所述第一二极管的正极以及参考地电性连接,所述第二二极管的负极分别与所述第二NMOS管的栅极以及第二电阻的一端电性连接。
3.根据权利要求1所述的轻载控制电路,其特征在于:所述轻载检测及控制模块包括轻载状态判断子模块和轻载信号产生子模块;
所述轻载状态判断子模块的输入端与所述轻载信号产生子模块电性连接并接收由轻载控制辅助模块输出的斩波信号,所述轻载状态判断子模块的输出端与所述轻载信号产生子模块电性连接并向其输出轻载控制信号;
所述轻载信号产生子模块的第一输入端与所述轻载状态判断子模块的输入端电性连接并共同接收由所述轻载控制辅助模块输出的斩波信号,所述轻载信号产生子模块的第二输入端与所述轻载状态判断子模块的输出端电性连接并接收由其输出的轻载控制信号,所述轻载信号产生子模块的输出端输出轻载模式信号。
4.根据权利要求3所述的轻载控制电路,其特征在于:所述轻载状态判断子模块包括第五NMOS管、第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第三电阻、第四电阻以及第二电容;
所述第五NMOS管的栅极分别与所述第三PMOS管的源极以及第二电容的一端电性连接,所述第五NMOS管的漏极分别与所述第三电阻的一端以及轻载状态判断子模块的输出端电性连接,所述第五NMOS管的源极分别与所述第二电容的一端、第三PMOS管的漏极以及参考地电性连接;
所述第一PMOS管的栅极分别与所述第二PMOS管的栅极和漏极以及第四电阻的一端电性连接,所述第一PMOS管的漏极分别与所述第五NMOS管的栅极、第三PMOS管的源极以及第二电容的一端电性连接,所述第一PMOS管的源极分别与第二PMOS管的源极、第三PMOS管的栅极、第三电阻的一端以及轻载状态判断子模块的输入端电性连接;
所述第二PMOS管的栅极分别与其自身的漏极、第一PMOS管的栅极以及第四电阻的一端电性连接,所述第二PMOS管的漏极分别与其自身的栅极、第一PMOS管的栅极和第四电阻的一端电性连接,所述第二PMOS管的源极分别与所述第一PMOS管的源极、第三PMOS管的栅极、第三电阻的一端以及轻载状态判断子模块的输入端电性连接;
所述第三PMOS管的栅极分别与所述第一PMOS管的源极、第二PMOS管的源极、第三电阻的一端以及轻载状态判断子模块的输入端电性连接,所述第三PMOS管的漏极分别与所述第二电容的一端、第五NMOS管的源极以及参考地电性连接,所述第三PMOS管的源极分别与所述第五NMOS管的栅极以及第二电容的一端电性连接;
所述第三电阻的一端分别与所述第一PMOS管的源极、第二PMOS管的源极、第三PMOS管的栅极以及轻载状态判断子模块的输入端电性连接,所述第三电阻的另一端分别与所述第五NMOS管的漏极以及轻载状态判断子模块的输出端电性连接;
所述第四电阻的一端分别与所述第二PMOS管的栅极、第二PMOS管的漏极以及第一PMOS管的栅极电性连接,所述第四电阻的另一端与参考地电性连接;
所述第二电容的一端分别与所述第五NMOS管的栅极以及第三PMOS管的源极电性连接,所述第二电容的另一端分别与所述第三PMOS管的漏极、第五NMOS管的源极以及参考地电性连接。
5.根据权利要求3所述的轻载控制电路,其特征在于:所述轻载信号产生子模块包括第四PMOS管、第五PMOS管、第六电阻以及第四电容;
所述第四PMOS管的栅极与所述轻载信号产生子模块的第二输入端电性连接,所述第四PMOS管的漏极分别与所述第五PMOS管的源极、第四电容的一端以及轻载信号产生子模块的输出端电性连接,所述第四PMOS管的源极与所述轻载信号产生子模块的第一输入端电性连接;
所述第五PMOS管的栅极分别与所述第四PMOS管的源极以及轻载信号产生子模块的第一输入端电性连接,所述第五PMOS管的漏极与所述第六电阻的一端电性连接,所述第五PMOS管的源极分别与所述第四电容的一端、第四PMOS管的漏极以及轻载信号产生子模块的输出端电性连接;
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所述第四电容的一端分别与所述第六电阻的一端以及参考地电性连接,所述第四电容的另一端分别与所述第五PMOS管的源极、第四PMOS管的漏极以及轻载信号产生子模块的输出端电性连接。
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