CN110829846A - 一种应用于开关电源的零电压开关控制电路及方法 - Google Patents

一种应用于开关电源的零电压开关控制电路及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种零电压开关的控制电流及方法,利用副边反馈式开关电源辅助绕组与PMOS管结合实现开关电源的零电压开启功能,与现有技术相比电路相对简单,电路元器件少,有利于充电器和适配器体积的缩小。

Description

一种应用于开关电源的零电压开关控制电路及方法
技术领域
本公开涉及开关电源,特别涉及适用于开关电源的一种应用于开关电源的零电压开关控制电路及方法。
背景技术
市场上对充电器以及能够进行变压、整理和稳压的适配器的功率密度以及体积提出更高要求,即在体积更小的情况下,功率密度更高,而解决上述问题的有效办法就是通过降低功率管的导通损耗和开关损耗。
现有技术中,通过在充电器或适配器中额外增加一个MOSFET功率管、一个电容以及一个变压器绕组组成零电压开关控制电路,从而降低充电器以及适配器中变压器功率管导通或开关损耗,提高输出功率密度。
上述方式有效解决了输出功率密度问题,但是,额外增加的MOSFET功率管、电容以及变压器绕组不利于充电器和适配器体积的缩小,并且电路设计相对复杂。
发明内容
为了解决上述功率密度提高情况下,缩小充电器和适配器的体积问题,本公开提出了一种新的、结构简单、输出功率高的零电压开关控制电路及方法,该方法,包括:
包括包含变压器、启动电路、零电压控制电路,其中
包括原边绕组、副边绕组、辅助绕组、第二功率开关以及检测电阻的变压器;
包括启动电容的启动电路;
所述辅助绕组与PMOS结构的第一功率开关以及所述启动电容构成强制谐振电路,所述辅助绕组另一端接地;
所述第一功率开关分别与所述辅助绕组一端、所述启动电容以及开关电源管理芯片第一管脚连接;
用于在开关电源反激完成处于断续模式时产生强制谐振电压;
具体的,所述的电源管理芯片包括,模式判断电路、零电压驱动电路、谷底导通电路;
所述模式判断电路通过所述电源管理芯片第二管脚与所述辅助绕组连接,用于在所述第二功率开关输出低电平情况下,被配置生产所述模式判断信号;
所述零电压驱动电路输出端与所述第一管脚连接,用于在所述开关电源处于断续模式情况下,被配置生成包括开关频率以驱动所述第一功率开关的ZVS驱动信号;
与所述零电压驱动电路和所述模式判断电路连接的谷底导通电路,被配置为生成驱动信号至所述第二功率开关;
具体的,还包括母线电压补偿电路,其中,
所述母线电压补偿电路包括母线电压补偿电路,被配置为生成表征输入母线电压的补偿电压信号和或补偿电流信号,通过所述电源管理芯片第二管脚获得输入母线电压分压信号,并通过母线电压补偿模块获得表征输入母线电压的补偿电压信号和或补偿电流信号。
具体的,还包括母线电压补偿电路,其中:
所述母线电压补偿电路包括母线电压补偿电路,被配置为生成表征输入母线电压的补偿电压信号和或补偿电流信号,通过所述电源管理芯片第六管脚获得输入母线电压分压信号,并通过母线电压补偿模块获得表征输入母线电压的补偿电压信号和或补偿电流信号。
具体的,所述第一功率开关漏极与所述辅助绕组一连接,其源极与开关电源启动电容连接;
所述第一功率开关栅极与开关电源管理芯片第一管脚连接。
具体的,所述模式判断电路包括过零模块、模式判断模块、主驱动模块以及逻辑控制模块的模式判断电路;
所述过零检测模块、模式判断模块、逻辑控制模块以及主驱动模块依次连接,并且所述过零检测模块输入端连接至所述电源管理芯片第二管脚,所述主驱动模块连接至所述电源管理芯片第六管脚。
具体的,所述零电压驱动电路包括ZVS模块、ZVS驱动模块,其中:
所述ZVS模块和所述ZVS驱动模块依次连接,并且所述ZVS模块输入端连接至所述过零检测模块另一输出端,所述ZVS驱动模块输出端连接至所述电源管理芯片第一管脚。
具体的,所述ZVS模块包括电容和预设电压值和或预设电流值;
所述第一功率开关的开关频率调制方式包括以下任一方式或任意组合:
当所述母线电压补偿电路接收输入母线电压分压信号,输出母线电压的补偿电压信号时,所述ZVS模块将所述补偿电压信号作为参考电压信号,以所述预设电流向所述电容充电使其达到参考电压;
当所述母线电压补偿电路接收输入母线电压分压信号,输出母线电压的补偿电流信号时,所述ZVS模块将所述补偿电流信号作为所述电容充电电流向所述电容充电使其达到预设电压值。
具体的,所述谷底导通电路包括时钟模块、谷底导通模块,其中所述时钟模块分别与所述ZVS模块、谷底导通模块以及逻辑控制模块连接,所述谷底导通模块分别与所述过零检测模块、模式判断模块、逻辑判断模块以及ZVS模块连接。
具体的,在所述开关电源反激完成处于断续模式时,所述过零检测模块感测的所述辅助绕组下降沿过零信号为所述第一过零信号;
在所述开关电源反激完成处于断续模式时,所述过零检测模块感测的所述辅助绕组上升沿过零信号为所述第二过零信号。
具体的,在所述开关电源反激完成处于断续模式下所述第一功率开关截止后,所述谷底导通模块在接收所述时钟模块产生时钟信号后获得的第一个第一过零信号为所述的谷底导通信号。
相应的,本发明还提出了一种应用于开关电源的零电压开关控制方法,应用于包括主开关功率管、变压器的开关电源,包括:
接收第一过零信号,输出使所述开关电源处于DCM(断续模式)工作模式下;
获取时钟信号后的第一个第二过零信号产生的ZVS信号,输出使所述开关电源变压器进入储能阶段;
获取所述ZVS信号后的首个第一过零信号,输出使所述开关电源主开关功率管实现零电压和或零电流开启。
具体的,当未接收到所述第一过零信号时,输出使所述开关电源处于CCM(连续模式)工作模式下;
获取所述时钟信号,输出使所述开关电源主开关功率管开启。
具体的,获取时钟信号后的第一个第二过零信号的ZVS信号,输出使所述开关电源变压器进入储能阶段的具体步骤包括:
接收所述时钟信号;
接收所述第一个第二过零信号;
获取表征输入母线电压的补偿电压信号和或补偿电流信号;
输出脉宽调节后的ZVS信号,使所述开关电源变压器进入储能阶段;
具体的,所述ZVS信号后的首个第一过零信号,输出使所述开关电源主开关功率管实现零电压开启的具体步骤包括:
接收所述脉宽调节后的ZVS信号;
接收所述脉宽调节后的ZVS信号后的首个第一过零信号;
输出谷底导通信号,使所述开关电源主开关功率管实现零电压开启。
具体的,获取表征输入母线电压的补偿电压信号或补偿电流信之后还包括:
接收补充电压信号,并以所述补偿电压信号为参考电压,获取预设电流充电时长,根据充电时长调节ZVS信号脉宽;
接收补充电流信号,并以所述补偿电流信号为充电电流,获取充电时长,根据充电时长调节ZVS信号脉宽。
本发明的一种零电压开关的控制电流及方法,利用副边反馈式开关电源辅助绕组与PMOS管结合实现开关电源的零电压开启功能,与现有技术相比电路相对简单,电路元器件少,有利于充电器和适配器体积的缩小。
由此可见,通过应用本申请的技术方案,利用副边反馈式开关电源辅助绕组与PMOS管结合实现开关电源的零电压开启功能,与现有技术相比电路相对简单,电路元器件少,有利于充电器和适配器体积的缩小。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1所示为本发明提供的一种零电压开关控制电路的示意图;
图2所示为本发明具体实施例中模式判断模块电路图;
图3所示为本发明具体实施例提供的一种开关电源开启准谐振功能的控制电路工作波形图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
参考图1所述的实施例,一种应用于开关电源的零电压开关控制电路,其特征在于,包括:
包括包含变压器、启动电路、零电压控制电路1,其中
包括原边绕组Lp、副边绕组Ls、辅助绕组Laux、第二功率开关M0以及检查电阻Rcs的变压器;
包括启动电容Cvcc的启动电路;
其中所述辅助绕组Laux与PMOS结构的第一功率开关M1以及
所述启动电容Cvcc构成强制谐振电路1,所述辅助绕组Laux另一端接地;
所述第一功率开关M1分别与所述辅助绕组Laux一端、所述启动电容Cvcc以及开关电源管理芯片第一管脚driver连接;
用于在开关电源反激完成处于断续模式时产生强制谐振电压Vds;
上述实施例,所述的电路与现有技术不同,现有技术通过在变压器上额外增加绕组、电容以及功率开关来实现在开关电源处于谐振阶段时零电压开启第二功率开关M0。本公开第一电路1包括绕组、功率开关以及电容,但是其通过合理化的设计充分利用电路中已有的元器件构成与现有技术功能相同的电路,其绕组为变压器辅助绕组Laux,其电容为启动电路中的启动电容Cvcc,简化电路的基础上,有效缩小开关电源体积。
需要特别说明的是,所述的强制谐振电路1还可用于向开关电源管理芯片提供自供电电压。
需要说明的是,本公开是在开关电源反激完成时,通过强制谐振电路1导通或截止,产生强制谐振电压,从而将第二功率开关漏极电压降低至零点附近,实现第二功率开关的零电压或零电流导通或截止,也就是说,对于其他电源需要降低功率开关导通损耗或截止损耗的情况下,也可以通过本公开电路实现。
参考图2另一实施例,上述第一电路1的导通或截止并实现第二功率开关M0的零电压导通或截止需要结合电源管理芯片进行。
所述的电源管理芯片包括,模式判断电路2、零电压驱动电路3、谷底导通电路4;
所述模式判断电路2通过所述电源管理芯片第二管脚zcd与所述辅助绕组Laux连接,用于在所述第二功率开关M0输出低电平情况下,被配置生产所述模式判断信号;
所述零电压驱动电路3输出端与所述第一管脚driver连接,用于在所述开关电源处于断续模式情况下,被配置生成具有开关频率以驱动所述第一功率开关的ZVS驱动信号;
与所述零电压驱动电路3和所述模式判断电路1连接的谷底导通电路4,被配置为生成驱动信号gate至所述第二功率开关Mo;
上述实施例,模式判断电路2在第二功率开关M0输出低电平时,当感测辅助绕组Laux电压的下降沿第一过零信号Valley时,输出DCM(断续模式)信号至逻辑判断模块,使开关电源工作在DCM(断续模式)下;当未感测到辅助绕组Laux的第一过零信号Valley时,输出CCM(连续模式)信号至逻辑判断模块,使开关电源工作在CCM(连续模式)下。
需要说明的是,通过感测过零信号进行工作模式判断的方式,也可通过感测输出/输入电压或电流变化实开关电源DCM模式和CCM模式,或可通过外接电路实现开关电源电压或电流变化进行DCM模式和CCM模式判断。
上述实施例所述零电压驱动电路3在开关电源工作在DCM(断续模式)下时,接收辅助绕组Laux电压的上升沿过零信号第二过零信号crest,并对第二过零信号crest进行脉宽调制后输出驱动第一功率开关M1导通,变压器根据第二过零信号crest的脉宽储能一定时间后截止,从而使第二功率开关M0漏极电压或电流降低至零点附近,为下个周期第二开关管M0实现零电压/零电流导通提供条件。
上述实施例谷底导通电路4分别与所述零电压驱动电路2和所述模式判断电路连接3,在开关电源工作在DCM(断续模式)下时,在接收到第二过零信号crest后接收时钟信号CLK,在接收时钟信号CLK后获得第一个第一过零信号valley为谷底导通信号QR并输出至逻辑控制模块驱动第二开关M0零电压或零电流导通。
需要说明的是,谷底导通电路4是通过接收ZVS信号后接收时钟信号CLK后获得的第一个第一过零信号Valley为谷底导通信号QR。这是因为,时钟信号CLK为开关电源主开关功率管进入下一个周期的开启信息,也就是说接收到CLK后第二功率开关需要开启,因此接收时钟信号CLK后获得的第一个第一过零信号Valley为谷底导通信号QR,实现第二功率开关零电压或零电流开启。需要特别说明的是,在输出谷底导通信号QR之前应先接收ZVS信号,这是因为,ZVS信号为开启第一功率开关M1的驱动信号,要实现第二功率开关M0零电压或零电流开启前提条件为,使第二功率开关M0漏极电压或电流降至零点附近,而第一功率开关M1的导通作用就是实现第二功率开关M0漏极电压或电流降至零点附近。
上述实施例从原理方面介绍了一种零电压控制电路的工作方式及过程,下述实施例则从电路连接方面阐述一种零电压控制电路的连接方式。
另一实施例,所述第一功率开关M1漏极与所述辅助绕组Laux一连接,其源极与开关电源启动电容Cvcc连接;
所述第一功率开关M1栅极与开关电源管理芯片第一管脚driver连接。
参考图3另一实施例,所述模式判断电路2包括过零检测模块21、模式判断模块22、主驱动模块23以及逻辑控制模块24;
所述过零检测模块21、模式判断模块22、逻辑控制模块24以及主驱动模块21依次连接,并且所述过零检测模块21输入端连接至所述电源管理芯片第二管脚zcd,所述主驱动模块23连接至所述电源管理芯片第六管脚gate。
需要说明的是,过零检测模块21通过输入端与第二管脚zcd连接,通过输出端依次串联模式判断模块22、逻辑控制模块24以及主驱动模块23,其中主驱动模块23输出端与第六管脚gate连接。
参考图4,另一实施例,所述零电压驱动电路3包括ZVS模块31、ZVS驱动模块32,其中所述ZVS模块31和所述ZVS驱动模块32依次连接,并且所述ZVS模块31输入端连接至所述过零检测模块22另一输出端,所述ZVS驱动模块32输出端连接至所述电源管理芯片第一管脚driver。
另一实施例,母线电压补偿电路5包括母线电压补充模块,其中,所述母线电压补偿电路5被配置为生成表征输入母线电压Vin的补偿电压信号V和或补偿电流信号I,通过所述电源管理芯片第二管脚zcd获得输入母线电压zcd,并通过母线电压补偿模块获得表征输入母线电压的补偿电压信号V和或补偿电流信号I。
需要说明的是,上述实施例中的母线电压补偿电路5,其还可以通过下述方式获得输入母线电压Vin,即母线电压补偿模块通过与所述电源管理芯片第七管脚comp获得输入母线电压Vin,并通过母线电压补偿模块获得反馈输入母线电压的电压V和或电流I。
需要进一步说明的是,对上述母线电压补偿电路5还可以通过感测输入母线电压Iin来获得表征输入母线电压的补偿电压信号V和或补偿电流信号I。
通过上述两个实施例可知,通过母线电压补偿电路5与零电压驱动电路3可实现对ZVS模块31输出的信号ZVS进行脉宽调制,而对于ZVS脉宽的调制可以改变第一功率开关M1的导通时长,从而改变开关电源变压器在谐振阶段的储能。也就是说,针对不同的输入母线电压,本公开均可实现第二功率开关M0的零电压或零电流启动。
对于如何根据不同输入母线电压进行ZVS信号的脉宽调制如下实施例所示。
另一实施例,所述ZVS模块31包括电容C和预设电压值Vth和或预设电流值Ith;
所述第一功率开关的开关M1频率调制方式包括以下任一方式或任意组合:
当所述母线电压补偿电路5接收输入母线电压分压信号,输出母线电压的补偿电压信号V时,所述ZVS模块将所述补偿电压信号V作为参考电压信号Vref,以所述预设电流Ith向所述电容C充电使其达到参考电压Vref;
当所述母线电压补偿电路接收输入母线电压分压信号,输出母线电压的补偿电流信号I时,所述ZVS模块将所述补偿电流信号I作为所述电容C充电电流向所述电容C充电使其达到预设电压值Vth。
需要说明的是,其通过母线电压补充模块获得补充电压V,以补充电压V作为参考电压Vref,在预设电流Ith一定的情况下,向所述电容C充电使其电压达到参考电压Vref的时长与所述输入母线电压Vin的值有关,当输入母线电压值相对较高时,其获得的补充电压V越高,参考电压Vref越高,那么所述电容C在预设电流Ith不变的情况下达到参考电压Vref的时间相对较长,从而使得ZVS信号脉宽较宽,相反当输入母线电压Vin相对较小时,其调整的ZVS信号脉宽较窄。
能够理解的是,其通过母线电压补充模块获得补偿电流信号I,以补偿电流信号I作为充电电流向电容C充电使其达到预设电压值Vth情况下,其充电电流大小与输入母线电压Vin有关,当输入母线电压Vin相对较高时,获得的补偿电流信号I相对较小,即充电电流相对较小。可以理解,当电容C预设电压Vth一定的情况下,充电电流越小其达到预设电压Vth的时间越长,从而使得ZVS信号脉宽较宽,相反当输入母线电压Vin相对较小时,其调整的ZVS信号脉宽较窄。
参考图5另一实施例,所述谷底导通电路4包括时钟模块41、谷底导通模块42,其中所述时钟模块41分别与所述ZVS模块31、谷底导通模块42以及逻辑控制模块24连接,所述谷底导通模块42分别与所述过零检测模块21、模式判断模块22、逻辑判断模块24以及ZVS模块31连接。
另一实施例,在所述开关电源反激完成处于断续模式时,所述过零检测模块21感测的所述辅助绕组Laux下降沿过零信号为所述第一过零信号Valley。
在所述开关电源反激完成处于断续模式时,所述过零检测模21块感测的所述辅助绕组Laux上升沿过零信号为所述第二过零信号crest。
另一实施例,在所述开关电源反激完成处于断续模式下所述第一功率开关M1截止后,所述谷底导通模块42在接收所述时钟模块41产生时钟信号CLK后获得的第一过零信号Valley为所述的谷底导通信号QR,关于电路获取谷底导通信号QR的过程以及条件前实施例已经进行说明这里就不在赘述。
另一实施例,一种应用于开关电源的零电压开关控制方法,应用于包括主开关功率管、变压器的开关电源,其特征在于,
接收第一过零信号valley,输出使所述开关电源处于DCM(断续模式)工作模式下;
获取时钟信号CLK后的第一个第二过零信号crest的ZVS信号,输出使所述开关电源变压器进入储能阶段;
获取所述ZVS信号后的首个第一过零信号valley,输出使所述开关电源主开关功率管M0实现零电压和或零电流开启。
上述实施例,在开关电源反激完成,接收到第一过零信号Valley信号时,所述开关电源进入了DCM断续工作模式,这说明该开关电源主开关功率管M0可以开启零电压或零电流功能。
需要说明的是,开关电源进入DCM断续工作模式情况下,当开关电源获取时钟信号CLK时,说明开关电源主开关功率管即将进入下一个周期,此时通过第二过零信号crest获取ZVS信号,输出ZVS信号控制开关电源变压器储能,为下一步实现开关电源主开关功率管的零电压或零电流启动提供条件。
需要说明的是,ZVS信号控制开关电源储能后导通,使开关电源主开关功率管电压或电流降低至零点,从而实现零电压或零电流启动。能够理解的是,在ZVS信号后感测的首个第一过零信号valley说明开关电源主开关功率管的电压或电流已经降低至零点,因此,本公开将ZVS信号后的首个第一过零信号valley定义为开关电源主开关功率管开启的谷底导通信号QR。
另一实施例,当未接收到所述第一过零信号Valley时,输出使所述开关电源处于CCM(连续模式)工作模式下;获取所述时钟信号CLK,输出使所述开关电源主开关功率管M0开启。
需要说明的是,当开关电源在反激完成谐振阶段未接收到第一过零信号Valley,则开关电源未出现过零点则为CCM(连续模式)工作模式,无谐谷底导通信号QR输出,因此,通过时钟信号CLK输出使开关电源主开关功率管M0启动进入下一个周期。
另一实施例,获取时钟信号CLK后的第一个第二过零信号crest的ZVS信号,输出使所述开关电源变压器进入储能阶段的具体步骤包括:
接收所述时钟信号CLK;
接收所述第一个第二过零信号crest;
获取表征输入母线电压Vin的补偿电压信号V或补偿电流信号I;
输出脉宽调节后的ZVS信号,使所述变压器开关电源进入储能阶段;
需要说明的是,开关电源接收到第二过零信号crest后,其将会产生一个脉宽可调节的ZVS信号,而该ZVS信号的脉宽调节是以表征输入母线电压Vin的补偿电压信号V或补偿电流信号I为依据进行的,因此需要获取表征输入母线电压Vin的补偿电压信号V或补偿电流信号I。
需要进一步说明的是,进行ZVS信号的脉宽调节,目的在于实现不同输入母线电压Vin的零电压或零电流功能。能够理解的是,ZVS信号的脉宽决定了开关电源谐振阶段变压器的储能,从而决定开关电源主开关功率管M0是否能实现零电压或零电流启动,因此本公开设计ZVS信号脉宽调节。
需要特别说明的是,进行ZVS信号脉宽调节方式为,接收第二过零信号crest开启ZVS信号调节功能。具体为,接收补充电压信号V,并以所述补偿电压信号V为参考电压Vref,获取预设电流Ith充电时长,根据充电时长调节ZVS信号脉宽;另一种方式为,接收补充电流信号I,并以所述补偿电流信号I为充电电流,获取充电时长,根据充电时长调节ZVS信号脉宽。
另一实施例,获取所述ZVS信号后的首个第一过零信号,输出使所述副边反馈开关电源实现零电压开启的具体步骤包括:
接收所述脉宽调节后的ZVS信号;
获取所述脉宽调节后ZVS信号后的首个第一过零信号valley;
输出谷底导通信号QR,使所述开关电源主开关功率管实现零电压开启。
需要说明的是,上述实施例已经对该过程原理进行解释此处不再赘述。
由此可见,通过应用本申请的技术方案,利用副边反馈式开关电源辅助绕组与PMOS管结合实现开关电源的零电压开启功能,与现有技术相比电路相对简单,电路元器件少,有利于充电器和适配器体积的缩小。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本申请的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明,本领域的普通技术人员当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不驱使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (16)

1.一种应用于开关电源的零电压开关控制电路,其特征在于,包括:
包括包含变压器、启动电路、零电压控制电路,其中
包括原边绕组、副边绕组、辅助绕组、第二功率开关以及检测电阻的变压器;
包括启动电容的启动电路;
所述辅助绕组与PMOS结构的第一功率开关以及所述启动电容构成强制谐振电路,所述辅助绕组另一端接地;
所述第一功率开关分别与所述辅助绕组一端、所述启动电容以及开关电源管理芯片第一管脚连接;
用于在开关电源反激完成处于断续模式时产生强制谐振电压。
2.根据权利要求1所述的一种应用于开关电源的零电压开关控制电路,其特征在于,所述的电源管理芯片包括,模式判断电路、零电压驱动电路、谷底导通电路;
所述模式判断电路通过所述电源管理芯片第二管脚与所述辅助绕组连接,用于在所述第二功率开关输出低电平情况下,被配置生产所述模式判断信号;
所述零电压驱动电路输出端与所述第一管脚连接,用于在所述开关电源处于断续模式情况下,被配置生成包括开关频率以驱动所述第一功率开关的ZVS驱动信号;
与所述零电压驱动电路和所述模式判断电路连接的谷底导通电路,被配置为生成驱动信号至所述第二功率开关。
3.根据权利要求1或2所述的一种应用于开关电源的零电压开关控制电路,其特征在于,还包括母线电压补偿电路,其中,
所述母线电压补偿电路包括母线电压补偿电路,被配置为生成表征输入母线电压的补偿电压信号和或补偿电流信号,通过所述电源管理芯片第二管脚获得输入母线电压分压信号,并通过母线电压补偿模块获得表征输入母线电压的补偿电压信号和或补偿电流信号。
4.根据权利要求1或2所述的一种应用于开关电源的零电压开关控制电路,其特征在于,还包括母线电压补偿电路,其中:
所述母线电压补偿电路包括母线电压补偿电路,被配置为生成表征输入母线电压的补偿电压信号和或补偿电流信号,通过所述电源管理芯片第六管脚获得输入母线电压分压信号,并通过母线电压补偿模块获得表征输入母线电压的补偿电压信号和或补偿电流信号。
5.根据权利要求1所述的一种应用于开关电源的零电压开关控制电路,其特征在于,
所述第一功率开关漏极与所述辅助绕组一连接,其源极与开关电源启动电容连接;
所述第一功率开关栅极与开关电源管理芯片第一管脚连接。
6.根据权利要求2所述的一种应用于开关电源的零电压开关控制电路,其特征在于,
所述模式判断电路包括过零模块、模式判断模块、主驱动模块以及逻辑控制模块的模式判断电路;
所述过零检测模块、模式判断模块、逻辑控制模块以及主驱动模块依次连接,并且所述过零检测模块输入端连接至所述电源管理芯片第二管脚,所述主驱动模块连接至所述电源管理芯片第六管脚。
7.根据权利要求6所述的一种应用于开关电源的零电压开关控制电路,其特征在于,
所述零电压驱动电路包括ZVS模块、ZVS驱动模块,其中:
所述ZVS模块和所述ZVS驱动模块依次连接,并且所述ZVS模块输入端连接至所述过零检测模块另一输出端,所述ZVS驱动模块输出端连接至所述电源管理芯片第一管脚。
8.根据权利要求3或4或7所述的一种应用于开关电源的零电压开关控制电路,其特征在于,
所述ZVS模块包括电容和预设电压值和或预设电流值;
所述第一功率开关的开关频率调制方式包括以下任一方式或任意组合:
当所述母线电压补偿电路接收输入母线电压分压信号,输出母线电压的补偿电压信号时,所述ZVS模块将所述补偿电压信号作为参考电压信号,以所述预设电流向所述电容充电使其达到参考电压;
当所述母线电压补偿电路接收输入母线电压分压信号,输出母线电压的补偿电流信号时,所述ZVS模块将所述补偿电流信号作为所述电容充电电流向所述电容充电使其达到预设电压值。
9.根据权利要求8所述的一种应用于开关电源的零电压开关控制电路,其特征在于
所述谷底导通电路包括时钟模块、谷底导通模块,其中所述时钟模块分别与所述ZVS模块、谷底导通模块以及逻辑控制模块连接,所述谷底导通模块分别与所述过零检测模块、模式判断模块、逻辑判断模块以及ZVS模块连接。
10.根据权利要求2所述的一种应用于开关电源的零电压开关控制电路,其特征在于,在所述开关电源反激完成处于断续模式时,所述过零检测模块感测的所述辅助绕组下降沿过零信号为所述第一过零信号;
在所述开关电源反激完成处于断续模式时,所述过零检测模块感测的所述辅助绕组上升沿过零信号为所述第二过零信号。
11.根据权利要求2所述的一种应用于开关电源的零电压开关控制电路,其特征在于,在所述开关电源反激完成处于断续模式下所述第一功率开关截止后,所述谷底导通模块在接收所述时钟模块产生时钟信号后获得的第一个第一过零信号为所述的谷底导通信号。
12.一种应用于开关电源的零电压开关控制方法,应用于包括主开关功率管、变压器的开关电源,其特征在于,
接收第一过零信号,输出使所述开关电源处于DCM(断续模式)工作模式下;
获取时钟信号后的第一个第二过零信号产生的ZVS信号,输出使所述开关电源变压器进入储能阶段;
获取所述ZVS信号后的首个第一过零信号,输出使所述开关电源主开关功率管实现零电压和或零电流开启。
13.根据权利要求12所述的一种应用于开关电源的零电压开关控制方法,其特征在于,当未接收到所述第一过零信号时,输出使所述开关电源处于CCM(连续模式)工作模式下;
获取所述时钟信号,输出使所述开关电源主开关功率管开启。
14.根据权利要求12所述的一种应用于开关电源的零电压开关控制方法,其特征在于,获取时钟信号后的第一个第二过零信号的ZVS信号,输出使所述开关电源变压器进入储能阶段的具体步骤包括:
接收所述时钟信号;
接收所述第一个第二过零信号;
获取表征输入母线电压的补偿电压信号和或补偿电流信号;
输出脉宽调节后的ZVS信号,使所述开关电源变压器进入储能阶段。
15.根据权利要求12所述的一种应用于开关电源的零电压开关控制方法,其特征在于,所述ZVS信号后的首个第一过零信号,输出使所述开关电源主开关功率管实现零电压开启的具体步骤包括:
接收所述脉宽调节后的ZVS信号;
接收所述脉宽调节后的ZVS信号后的首个第一过零信号;
输出谷底导通信号,使所述开关电源主开关功率管实现零电压开启。
16.根据权利要求14所述的一种应用于开关电源的零电压开关控制方法,其特征在于,获取表征输入母线电压的补偿电压信号或补偿电流信之后还包括:
接收补充电压信号,并以所述补偿电压信号为参考电压,获取预设电流充电时长,根据充电时长调节ZVS信号脉宽;
接收补充电流信号,并以所述补偿电流信号为充电电流,获取充电时长,根据充电时长调节ZVS信号脉宽。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111404236A (zh) * 2020-04-24 2020-07-10 深圳硕日新能源科技有限公司 一种光伏充电控制器的充电电路及光伏充电控制器
CN112217397A (zh) * 2020-10-20 2021-01-12 陕西亚成微电子股份有限公司 一种快充类电源芯片的供电电路
CN113193758A (zh) * 2021-05-06 2021-07-30 东南大学 一种强制谐振反激变换器及零电压开关自适应控制方法
CN115589156A (zh) * 2022-10-27 2023-01-10 深圳市力生美半导体股份有限公司 一种开关电源及其自供电电路、自供电方法和芯片

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111404236A (zh) * 2020-04-24 2020-07-10 深圳硕日新能源科技有限公司 一种光伏充电控制器的充电电路及光伏充电控制器
CN111404236B (zh) * 2020-04-24 2022-05-13 深圳硕日新能源科技有限公司 一种光伏充电控制器的充电电路及光伏充电控制器
CN112217397A (zh) * 2020-10-20 2021-01-12 陕西亚成微电子股份有限公司 一种快充类电源芯片的供电电路
CN113193758A (zh) * 2021-05-06 2021-07-30 东南大学 一种强制谐振反激变换器及零电压开关自适应控制方法
CN113193758B (zh) * 2021-05-06 2022-04-12 东南大学 一种强制谐振反激变换器及零电压开关自适应控制方法
CN115589156A (zh) * 2022-10-27 2023-01-10 深圳市力生美半导体股份有限公司 一种开关电源及其自供电电路、自供电方法和芯片
CN115589156B (zh) * 2022-10-27 2023-12-01 深圳市力生美半导体股份有限公司 一种开关电源及其自供电电路、自供电方法和芯片

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