CN111277146A - 开关电源电路、用于开关电源电路的副边控制电路及方法 - Google Patents

开关电源电路、用于开关电源电路的副边控制电路及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111277146A
CN111277146A CN202010153879.9A CN202010153879A CN111277146A CN 111277146 A CN111277146 A CN 111277146A CN 202010153879 A CN202010153879 A CN 202010153879A CN 111277146 A CN111277146 A CN 111277146A
Authority
CN
China
Prior art keywords
circuit
secondary side
switching
current
switch
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010153879.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111277146B (zh
Inventor
张军明
张桢
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang University ZJU
Original Assignee
Zhejiang University ZJU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang University ZJU filed Critical Zhejiang University ZJU
Priority to CN202010153879.9A priority Critical patent/CN111277146B/zh
Publication of CN111277146A publication Critical patent/CN111277146A/zh
Priority to PCT/CN2021/077342 priority patent/WO2021179900A1/zh
Priority to US17/909,562 priority patent/US20230109722A1/en
Application granted granted Critical
Publication of CN111277146B publication Critical patent/CN111277146B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33576—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33507—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters
    • H02M3/33523—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters with galvanic isolation between input and output of both the power stage and the feedback loop
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H02M1/083—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the ignition at the zero crossing of the voltage or the current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33576—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer
    • H02M3/33592—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer having a synchronous rectifier circuit or a synchronous freewheeling circuit at the secondary side of an isolation transformer
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0009—Devices or circuits for detecting current in a converter
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0038—Circuits or arrangements for suppressing, e.g. by masking incorrect turn-on or turn-off signals, e.g. due to current spikes in current mode control
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0048—Circuits or arrangements for reducing losses
    • H02M1/0054—Transistor switching losses
    • H02M1/0058—Transistor switching losses by employing soft switching techniques, i.e. commutation of transistors when applied voltage is zero or when current flow is zero
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

本申请公开了一种开关电源电路、用于开关电源电路的副边控制电路及方法。所述开关电源电路包括：原边功率开关、副边开关电路和副边控制电路，其中所述副边控制电路控制副边开关电路：在原边功率开关被断开后进行续流；而在续流结束后、原边功率开关在下一开关周期被导通前，再次被导通一段时间。本发明的开关电源电路通过在一个开关周期内，两次导通副边开关电路，使得在原边功率开关导通之前，其体二极管被导通，实现了原边功率开关的零电压(ZVS)开通，降低了损耗。

Description

开关电源电路、用于开关电源电路的副边控制电路及方法
技术领域
本发明涉及一种电子电路，更具体地说，本发明涉及一种开关电源电路、用于开关电源电路的副边控制电路及其方法。
背景技术
随着信息化技术的飞速发展，各类电子设备的使用日益广泛，如手机、便携式计算机等。这些设备可以通过外部的适配器电源(或者充电器)给设备供电。适配器电源通常是一个交流到直流的转换，即将电网的市电，如国内的50Hz/220V的交流电转换为一个低压的直流电(如5V直流输出)，并且实现电气隔离。该电路一个典型的电路拓扑为反激变换器。为了维持输出电压的稳定，传统的适配器电源需要在输出侧进行输出电压的采样及反馈。由于输入输出隔离，反馈电路通常需要电气隔离，如采用光耦隔离。随着电子设备的功耗越来越大，对内部电池的容量也越来越大。但受限于电子设备本身的体积，电池容量受限，相应的快充技术应运而生，及实现对电池的快速充电，以补偿电池容量不够大的一些不便。快充技术需要更大功率的适配器电源，如何在相同体积下，使得适配器电源能够输出更大的功率，即更高的功率密度，已经成为成为当前的主要挑战。为了获得更高的功率密度，必须在提高开关频率的同时提高适配器电源的效率，因此如何提高反激变换器的效率，一直是本领域技术人员努力的方向。
发明内容
因此本发明的目的在于解决现有技术的上述技术问题，提出一种改进的开关电源电路、用于开关电源电路的副边控制电路及方法。
根据本发明的实施例，提出了一种开关电源电路，包括：原边功率开关，耦接至电气隔离装置的原边，所述原边功率开关被周期性地导通和断开，以将输入电压传递至电气隔离装置的副边；副边开关电路，耦接至电气隔离装置的副边，所述副边开关电路被周期性地导通和断开，以提供所需的输出电压；副边控制电路，提供副边控制信号，用以控制副边开关电路，使得：当副边开关电路上被检测到流过电流时，副边开关电路被控制导通以进行续流，直至续流结束；而在续流结束后、原边功率开关被再次导通前，副边开关电路被再次控制导通一段时间。
根据本发明的实施例，还提出了一种开关电源电路，包括：原边功率开关，耦接至电气隔离装置的原边，所述原边功率开关被周期性地导通和断开，以将输入电压传递至电气隔离装置的副边；副边开关电路，耦接至电气隔离装置的副边，所述副边开关电路被周期性地导通和断开，以提供所需的输出电压；副边控制电路，提供副边控制信号，用以控制副边开关电路，使得：在原边功率开关被断开后，副边开关电路进行续流，直至电流为零，续流的电流方向为第一电流方向；而在续流结束后、原边功率开关被再次导通前，副边开关电路被导通一段时间，流过副边开关电路的电流方向为与第一电流方向相反的第二电流方向。
根据本发明的实施例，还提出了一种用于开关电源电路的副边控制电路，所述开关电源电路具有耦接在原边侧的原边功率开关和耦接在副边侧的副边开关电路，所述副边控制电路包括：第一副边信号产生器，检测流经副边开关电路的电流，当检测到副边开关电路流过电流时，所述第一副边信号产生器控制副边开关电路导通，直至流过其上的电流为零；第二副边信号产生器，当流过副边开关电路电流到零后、原边功率开关被导通前，所述第二副边信号产生器控制副边开关电路再次导通一段时间。
根据本发明的实施例，还提出了一种用于开关电源电路的方法，所述开关电源电路包括：具有原边和副边的电气隔离装置、耦接至电气隔离装置原边的原边功率开关、以及耦接至电气隔离装置副边的副边开关电路，所述方法包括：在原边接收输入电压，通过控制原边功率开关和副边开关电路的导通与断开，在副边产生输出电压；反馈并处理输出电压，产生误差信号，并将该误差信号通过隔离反馈单元传送至原边，用以控制原边功率开关的断开；检测流经副边开关电路的电流，当有电流流过副边开关电路时，导通副边开关电路，直至电流为零，将副边开关电路断开；在副边开关电路断开后，响应第一预设条件，再次将副边开关电路导通；副边开关电路被再次导通后，响应第二预设条件被断开，经过一死区时间，所述原边功率开关被导通。
根据本发明各方面的上述开关电源电路、用于开关电源电路的副边控制电路及方法，其控制可仅在副边实现。在一个开关周期内，通过两次导通副边开关电路，使得在原边功率开关导通之前，其体二极管被导通，从而实现了原边功率开关的零电压(ZVS)开通，降低了损耗。
附图说明
图1示出根据本发明实施例的开关电源电路100的电路结构示意图；
图2示出根据本发明实施例的副边开关电路101的电路结构示意图；
图3示出图1所示实施例中原边控制信号GQ1、流过原边功率开关Q1的电流IQ1、流过副边开关电路101的电流I101以及副边控制信号GSR的时序波形图；
图4示出了根据本发明实施例的开关电源电路400；
图5示出了根据本发明实施例的开关电源电路500的电路结构示意图；
图6～图10示出根据本发明实施例的副边控制电路U1的电路结构示意图；
图11示出根据本发明实施例的开关频率f与误差信号VEA的关系示意图；
图12示出了开关电源电路运行于电流断续模式时的各信号时序波形；
图13示出了开关电源电路运行于临界电流模式时的各信号时序波形；
图14示出根据本发明实施例的开关电源电路1400的电路结构示意图；
图15示出根据本发明实施例的开关电源电路1500的电路结构示意图；
图16示出图15所示实施例中原边采样电流VCSP、流过副边开关电路101的电流I101、副边开关电路101两端的电压VDSR、副边控制信号GSR、第二控制信号GSR2、接地开关32的控制信号G32、误差信号VEA、隔离反馈信号FBI以及反馈输出信号FBO的时序波形图；
图17示出根据本发明实施例的开关电源电路1700的电路结构示意图；
图18示出图17所示实施例中误差信号VEA、三角波信号Vsaw、隔离反馈信号FBI以及反馈输出信号FBO的时序波形图；
图19示出根据本发明实施例的开关电源电路1900的电路结构示意图；
图20示出根据本发明实施例的开关电源电路2000的电路结构示意图；
图21示出根据本发明实施例的开关电源电路2100的电路结构示意图；
图22示出图21所示实施例中流过原边功率开关Q1的电流IQ1、流过副边开关电路101的电流I101、副边开关电路101两端的压降VDSR、控制副边开关电路101的副边控制信号GSR、第二控制信号GSR2、隔离反馈信号FBI以及反馈输出信号FBO的时序波形图；
图23示意性示出了根据本发明实施例的用于开关电源电路的方法流程图2300。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。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。应当理解，当称元件“耦接到”或“连接到”另一元件时，它可以是直接耦接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
图1示出根据本发明实施例的开关电源电路100的电路结构示意图。在图1所示实施例中，所述开关电源电路100包括：原边功率开关Q1，耦接至电气隔离装置T的原边T1，所述原边功率开关Q1被周期性地导通和断开，以将输入电压Vin传递至电气隔离装置T的副边T2；副边开关电路101，耦接至电气隔离装置T的副边T2，所述副边开关电路101被周期性地导通和断开，以提供所需的输出电压Vo；副边控制电路U1，提供副边控制信号GSR，用以控制副边开关电路101，使得：在原边功率开关Q1被断开后，副边开关电路101进行续流，直至续流结束；而在副边开关电路101续流结束后、原边功率开关Q1在下一开关周期被导通前，副边开关电路101被导通一段时间。
在一个实施例中，当副边开关电路101上被检测到流过电流时，副边开关电路101被控制导通以进行续流，直至流过其上的电流为零或者接近零(即续流结束)；而在续流结束后、原边功率开关在下一开关周期被再次导通前，副边开关电路101被再次控制导通一段时间。
在一个实施例中，副边开关电路101在续流时，流过其上的电流方向为第一电流方向(如图1所示I1)；续流结束后，副边开关电路101被再次导通时，流过其上的电流方向为与第一电流方向相反的第二电流方向(如图1所示I2)。也就是说，在原边功率开关Q1被断开后，副边开关电路101进行续流，直至电流为零，续流的电流方向为第一电流方向；而在副边开关电路101续流结束后、原边功率开关Q1被再次导通前，副边开关电路101被导通一段时间，流过副边开关电路的电流方向为第二电流方向。
在一个实施例中，在续流结束后、原边功率开关Q1在下一开关周期被导通前，副边开关电路被导通一段设定的时间，即其导通时间为设定时长。在另一个实施例中，该导通时长也可以根据流过副边开关电路101的电流限值决定，详见下文对附图9和附图10的具体讨论。
在一个实施例中，所述电气隔离装置T包括变压器，所述变压器包括原边绕组和副边绕组。在一个实施例中，电气隔离装置包括压电变压器。
在一个实施例中，所述原边功率开关Q1包括功率金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET，所述功率MOSFET具有体二极管和寄生电容。在其他实施例中，所述原边功率开关Q1还可以包括其他开关器件，如可以采用BJT、IGBT等。
在一个实施例中，所述副边开关电路101包括：功率开关器件(如功率MOSFET)，该功率开关器件具有体二极管，如图2左图(a)所示；或者所述副边开关电路101包括并联的两个(或多个)开关器件，如图2中间图(b)所示；或者所述副边开关电路101还可以包括并联的二极管和开关器件，如图2右图(c)所示。
在一个实施例中，副边开关电路101被导通表示副边开关电路101的全部或者部分开关器件导通(如仅有二极管或者体二极管导通)，其上流过电流；副边开关电路101被断开，表示副边开关电路101的全部开关器件被断开，其上无电流流过。如在原边功率开关Q1被断开后，副边开关电路101执行续流动作时，副边开关电路101的部分或者所有开关器件导通，其上流过具有第一电流方向的电流；在续流结束后、原边功率开关Q1导通前，副边开关电路101的部分或者所有开关器件被导通一段时间，并流过具有第二电流方向的电流。
在一个实施例中，所述开关电源电路100还包括：原边电路U2，产生原边控制信号GQ1，用以控制原边功率开关Q1的导通与断开。
图3示出图1所示实施例中原边控制信号GQ1、流过原边功率开关Q1的电流IQ1、流过副边开关电路101的电流I101以及副边控制信号GSR的时序波形图。
如图3所示，在t0时刻以前，原边功率开关Q1处于导通状态，流过电气隔离装置T原边T1的电流线性上升。这个阶段与传统反激电路一致。
在t0时刻，原边功率开关Q1被断开，副边开关电路101开始续流，其电流方向为第一电流方向，图3所示此时电流为正向电流。
在t1时刻，流过副边开关电路101的电流下降到零，续流结束。续流过程中，如果副边开关电路101采用二极管续流，则不需要副边控制信号GSR对副边开关电路101进行导通控制。因此，在图3中，副边控制信号在该时间段内表示为虚线。
在t4时刻，原边功率开关Q1被重新导通。在此时刻之前的一段时间，即t2时刻，副边控制信号GSR控制副边开关电路101导通一段时间，直至t3。如图3所示，此时流过副边开关电路101的电流I101为负向电流，即与第一电流方向相反的第二电流方向。
在t2～t3时间段内，由于副边开关电路101第二次导通的反向电流经过变压器耦合到原边，给变压器原边的激磁电感充电，使得原边功率开关Q1两端电压下降，原边功率开关Q1的体二极管会被导通。于是t4时刻原边功率开关Q1两端压降为该体二极管的导通压降(约为-0.7V)，该压降接近零。因此，前述根据本发明实施例的开关电源电路100实现了对原边功率开关的零电压(ZVS)开通，降低了损耗。
图4示出了根据本发明实施例的开关电源电路400。图4实施例示出了根据一个实施例的副边控制电路U1的电路结构示意图。在图4所示实施例中，所述副边控制电路U1包括：第一副边信号产生器11，根据表征流经副边开关电路101电流的电流采样信号VCSR，产生第一控制信号GSR1，用以控制副边开关电路101的续流；第二副边信号产生器12，产生第二控制信号GSR2，用以控制副边开关电路101的再次导通。
在一个实施例中，当电流采样信号VCSR指示副边开关电路101上流过电流时，第一控制信号GSR1控制副边开关电路101导通；当电流采样信号VCSR指示副边开关电路101上的电流为零或者接近零时，第一控制信号GSR1控制副边开关电路101断开。
在一个实施例中，所述开关电源电路400还包括：逻辑或电路13，对第一控制信号GSR1和第二控制信号GSR2进行逻辑或运算，得到副边控制信号GSR，以控制副边开关电路101。
在一个实施例中，当副边开关电路101上被检测到流过电流时，第一控制信号GSR1控制副边开关电路101导通，直至流过其上的电流为零或者接近零。也就是说，所述副边控制电路U1提供副边控制信号，用以控制副边开关电路101，使得：当副边开关电路101上被检测到流过电流时，副边开关电路101被控制导通，直至续流结束(流过其上的电流为零或接近零)；而在续流结束后、原边功率开关Q1在下一开关周期被导通前，副边开关电路101被再次控制导通一段时间。
即根据本发明的一个实施例，讨论了一种副边控制电路U1，该副边控制电路U1用于开关电源电路，所述开关电源电路具有耦接在原边侧的原边功率开关Q1和耦接在副边侧的副边开关电路101，所述副边控制电路U1包括：第一副边信号产生器11，检测流经副边开关电路101的电流，当检测到副边开关电路流过电流时，所述第一副边信号产生器11控制副边开关电路101导通进行续流，直至直至续流结束，续流的电流方向为第一电流方向；第二副边信号产生器12，当流过副边开关电路续流结束、原边功率开关Q1在下一开关周期被导通前，所述第二副边信号产生器12控制副边开关电路101再次导通一段时间，流过副边开关电路的电流方向为与第一电流方向相反的第二电流方向。
在一个实施例中，电流采样信号VCSR为副边开关电路101两端的压降VDSR。当该压降VDSR小于第一阈值Vth1(如-0.1V)时，导通副边开关电路101，直至流过其上的电流为零。在一个实施例中，流过副边开关电路101的电流是否为零也可以通过检测VDSR实现。当副边开关电路101两端的压降VDSR高于零值附近的第二阈值Vth2(如-0.01V)时，表明流过其上的电流接近零，此时将副边开关电路101断开。具体来说，当副边开关电路101中有电流流过时，开始时刻由于其未被导通，如果副边开关电路101包括一个MOSFET，电流会流过其体二极管。该体二极管的导通压降使得VDSR小于Vth1。因此，当VDSR小于Vth1时，表明此时副边开关电路101的体二极管上流过电流，于是副边开关电路101被导通。副边开关电路101被导通后，流过其上的电流在上产生压降VDSR，当电流接近零时候，VDSR很小，当其高于一个非常接近0的阈值Vth2时，表明流经副边开关电路101的电流到零，此时断开副边开关电路101。
在其他实施例中，电流采样信号VCSR也可以通过其他方式得到，例如可以通过采样副边电流路径上的采样电阻得到电流采样信号VCSR，或者采样与流经副边开关电路101的电流成镜像比例关系的开关管得到。
在一个实施例中，所述第二副边信号产生器12响应触发条件，产生第二控制信号GSR2；所述副边开关电路101响应于第二副边信号产生器12产生的第二控制信号GSR2，被再一次导通。在一个实施例中，当副边开关电路101两端电压VDSR低于设定阈值(如第三阈值)时，第二副边信号产生器12被触发，产生第二控制信号GSR2，控制副边开关电路101再次导通一段时间。在另一个实施例中，当当前开关频率(开关周期)达到参考开关频率(参考开关周期)时，第二副边产生器12被触发，产生第二控制信号GSR2，控制副边开关电路再次导通一段时间。所述参考开关周期(参考开关频率)可由系统设定，也可以与输出电压Vo相关。
图5示出了根据本发明实施例的开关电源电路500的电路结构示意图。图5所示开关电源电路500与图4所示开关电源电路400的电路结构相似，与图4所示开关电源电路400不同的是，所述开关电源电路500示出了对原边功率开关Q1的控制。具体来说，在图5所示实施例中，所述开关电源电路500还包括：反馈控制器14，根据输出电压Vo(如表征输出电压的误差信号VEA)，产生隔离反馈信号FBI；隔离反馈单元OP，根据隔离反馈信号FBI，产生反馈输出信号FBO；原边电路U2，根据反馈输出信号FBO，产生开关控制信号GQ1，用以控制原边功率开关Q1的导通与断开。
在图5所示实施例中，所述开关电源电路500还包括：误差放大器EA，对与输出电压Vo成比例的反馈电压VFB和参考电压VR的差值进行放大并积分，得到所述误差信号VEA。
图6示出根据本发明实施例的副边控制电路U1的电路结构示意图。在图6所示实施例中，第一副边信号产生器11包括：第一比较器15，比较电流采样信号VCSR与第一阈值Vth1的大小；第二比较器16，比较电流采样信号VCSR与第二阈值Vth2的大小；第一逻辑电路17，根据第一比较器15和第二比较器16的比较结果，产生第一控制信号GSR1。第二副边信号产生器12包括：触发信号发生电路18，产生触发信号；第二逻辑电路19，根据触发信号，产生所述第二控制信号GSR2。
在一个实施例中，当电流采样信号VCSR小于第一阈值Vth1时，所述第一逻辑电路17被置位；当电流采样信号VCSR大于第二阈值Vth2时，所述第一逻辑电路17被复位。在一个实施例中，第一逻辑电路17包括RS触发器。
在一个实施例中，所述触发信号具有固定的频率，如触发信号发生电路18包括开关频率产生电路，如图7所示。该频率可由系统设定；也可以基于表征输出电压Vo的误差信号VEA，随VEA变化而变化。如在图7所示实施例中，开关频率产生电路可以接收表征输出电压Vo的误差信号VEA(虚线表示)，以产生频率由误差信号VEA决定的开关频率信号。其频率可以随VEA变小而变小(降频)；或者对应不同的误差信号VEA，其频率有不同的变化，参见图11。如图11左图(a)所示，开关频率信号的频率f随着误差信号VEA的减小而减小，从最大频率Fmax减小至最小频率Fmin；而在图11的中间图(b)中，开关频率信号的频率f在误差信号VEA处于不同区间时有不同的变化：如在误差信号VEA小于VEA1时，频率被限制在最小频率Fmin；在误差信号VEA介于VEA1和VEA2之间时，频率随着误差信号VEA的减小而减小；在误差信号VEA大于VEA2时，频率被限制在最大频率Fmax。
在一个实施例中，触发信号可以基于副边开关电路101两端的电压VDSR而产生。由于系统工作在电流断续模式或者临界电流模式下，副边开关电路101两端的电压在流经其上的电流为零后开始产生寄生振荡，振荡的中心值是输出电压Vo。因此，为进一步减小损耗，触发信号可以通过检测电压VDSR的最低值产生。当电压VDSR小于第三阈值Vth3(即设定阈值)时，导通101(即本领域技术人员熟知的“谷底开通”技术)，如图8所述。此时所述触发信号发生电路18包括谷底检测电路，比较副边开关电路101两端的电压VDSR与第三阈值Vth3的大小，当该电压VDSR小于第三阈值Vth3时，产生所述触发信号。在一个实施例中，谷底检测电路也可以通过比较副边开关电路101两端电压VDSR的时间变化率(即副边开关电路101两端电压VDSR的微分dVDSR/dt)与第三阈值Vth3的大小，产生所述触发信号。由于采用谷底开通技术时，系统的开关频率随着误差信号VEA的减小而增大。为了限制轻载时的频率，通常设置有最高频率，此时系统的频率与误差信号VEA的关系可以表现为图11的右图(c)。
在一个实施例中，所述第二逻辑电路19接收触发信号，产生第二控制信号GSR2。该第二控制信号GSR2可以控制副边开关电路101导通设定的时长，如第二逻辑电路19包括单稳态电路(如图9示)。该单稳态电路响应触发信号，具有固定时长的高电平，因此控制101导通设定时长。该第二控制信号GSR2也可以控制副边开关电路101的导通时长为一个与输入电压/输出电压有关的值：当输出电压较高时，导通时间较短，当输出电压较低时，导通时间较长；当输入电压较低时，导通时间较短，当输入电压较高时，导通时间较长。在其他实施例中，第二控制信号GSR2也可以通过控制流过副边开关电路101的电流来控制其导通时长。如图10所示，第二逻辑电路19包括：逻辑单元91，当触发信号有效时，该逻辑单元91被置位；当电流采样信号VCSR高于电流阈值(即第四阈值Vth4)时，该逻辑单元91被复位。即所述逻辑单元91响应触发信号被置位，响应电流采样信号VCSR和电流阈值(即第四阈值Vth4)的比较结果被复位，从而产生所述第二控制信号GSR2。在图10所示实施例中，第二逻辑电路19还可以包括：第三比较器92，对电流采样信号VCSR和第四阈值Vth4进行比较，所述比较结果对逻辑单元91进行复位。
在一个实施例中，反馈控制器14将误差信号VEA传递至其输出，当第二控制信号GSR2控制副边开关电路101断开后并经过一定时间的延迟(如本领域技术人员熟知的死区时间，通常为数十纳秒至数百纳秒)，原边功率开关Q1被导通。由于在信号传递过程中，电路本身带有一定的延迟，不一定需要额外的延迟电路设定死区时间。因此原边电路U2可以直接响应第二控制信号GSR2对副边开关电路101的断开控制，控制原边功率开关Q1导通。
以下结合图12、图13阐述根据本发明实施例的开关电源电路的运行过程。其中图12示出了开关电源电路运行于电流断续模式时的各信号时序波形，图13示出了开关电源电路运行于临界电流模式时的各信号时序波形，其中：GQ1是控制原边功率开关Q1的原边控制信号、VDQ1是原边功率开关Q1两端的压降、IQ1是流过原边功率开关Q1的电流、I101是流过副边开关电路101的电流、VDSR是副边开关电路101两端的压降、GSR是控制副边开关电路101的副边控制信号。
在t0时刻以前，原边功率开关Q1处于导通状态，流过电气隔离装置T原边T1的电流线性上升。这个阶段与传统反激电路一致。
在t0时刻，原边功率开关Q1被断开。断开的触发条件可以是例如IQ1达到由反馈输出信号FBO决定的设定值(即误差信号VEA决定的设定值)，也可以是原边功率开关Q1的导通时间达到由反馈输出信号FBO决定的设定值(即误差信号VEA决定的设定值)，等等。此时，开关电源电路开始进入续流阶段。由于变压器耦合作用，并且副边开关电路101还没开通，其体二极管导通。此时副边开关电路101上被检测到流过电流，第一控制信号GSR1控制其导通。具体来说，此时VDSR为体二极管的导通压降，约为-0.7V。于是在第一比较器15处，VDSR小于第一阈值Vth1。因此，第一逻辑电路17被置位，从而将副边开关电路101导通。相应地，电流流过副边开关电路101。此时，101两端的电压VDSR与流过其上的电流成比例，随着电流的逐渐减小，101两端的电压VDSR从一个较负的值逐渐上升。
在t1时刻，流过副边开关电路101的电流下降到零，副边开关电路被断开。具体来说，当101两端电压大于第二阈值Vth2(如-10mV)时认为电流基本上为0，第二比较器16的输出翻转，将第一逻辑电路17复位，副边开关电路101被断开，续流阶段结束。
因此[t0-t1]时间段是续流阶段，副边开关电路101的控制与传统的同步整流控制策略类似。图6～图10所示的实施方式仅仅作为示例说明，本领域技术人员可以有多种实施方式，实现在副边开关电路上有电流流过的时候导通副边开关电路，在其上电流到零的时候断开副边开关电路。
[t1-t2]阶段，由于副边电流降至零，系统进入电流断续模式或者临界电流模式。如果此时出现触发信号，则副边开关电路101被再次导通。如当图7所示开关频率产生电路18指示当前开关频率(开关周期)达到参考开关频率(参考开关周期)，则产生触发信号，以再次导通副边开关电路101；或者如图8所示，由于此时101两端电压VDSR为零，谷底检测电路18检测到该谷底电压信息，产生触发信号，将副边开关电路101再次导通。图12、13所示为采用谷底开通技术的波形。
在实际应用中，为了限制轻载时的频率，副边控制电路通常基于误差信号VEA，产生一个最高频率的限制信号，即最小开关周期信号，如图12、13所示的Tblank。当VDSR的振荡谷底出现在Tblank之内时，此谷底信息被忽略，直至Tblank结束。在图12所示波形中，VDSR振荡的第1谷底和第2谷底，由于对应的时间点均在Tblank内，两者均被控制电路忽略；直至Tblank结束后，VDSR振荡的第3谷底，即t4时刻，谷底检测电路18才产生触发信号，使得副边开关电路101被再次导通。而在图13所示波形中，Tblank结束在副边开关电路101续流结束(t1时刻)之前，因此，副边开关电路101续流一结束，由于此时101两端电压VDSR为零，谷底检测电路18随即产生触发信号，副边开关电路101被再次导通。此时相当于t1和t2时刻重合，即副边开关电路101续流结束的时间点(t1时刻)和第二次被导通的时间点(t2时刻)重合，此时第一控制信号GSR1和GSR2连在一起。
触发信号被传送第二逻辑电路19。若第二逻辑电路19为单稳态电路，如图9所示，该单稳态电路产生一个101的第二次导通控制信号(即GSR2)。此时流经副边开关电路101电流从漏极流向源极，如图12、13所示该电流为负向电流，该电流对变压器的激磁电感进行反向充电。由于单稳态电路具有设定的脉冲时长，因此此时101的导通时间(即充电时间)是一个设定值。若第二逻辑电路19包括图10所示的逻辑单元91和第三比较器92，则此时副边开关电路101的导通时间由流经副边开关电路101的电流决定，如当流过副边开关电路101上的反向电流I101达到某一设定值时，停止充电。如图12、13所示，当I101的反向电流到达与第四阈值Vth4对应的电流限值Ineg时，副边开关电路101被断开，结束第二次导通。
因此，在t2时刻经过一定时长后，即t3时刻，然后加入适当的死区时间Tdead，如到t4时刻，原边功率开关Q1被重新导通，系统进入下一个开关周期，并如上所述循环。
在t3时刻，由于101断开，101第二次导通期间的反向充电电流经过变压器耦合到原边，使得原边功率开关Q1两端电压下降，原边功率开关Q1的体二极管会被导通。于是t4时刻原边功率开关Q1两端压降为该体二极管的导通压降(约为-0.7V)。因此，前述根据本发明实施例的开关电源电路也实现了对原边功率开关的零电压(ZVS)开通，降低了损耗。
图14示出根据本发明实施例的开关电源电路1400的电路结构示意图。在图14所示实施例中，所述开关电源电路1400包括：原边功率开关Q1，耦接至电气隔离装置T的原边T1，所述原边功率开关Q1被周期性地导通和断开，以将输入电压Vin传递至电气隔离装置T的副边T2；副边开关电路101，耦接至电气隔离装置T的副边T2，所述副边开关电路101被周期性地导通和断开，以提供所需的输出电压Vo；第一副边信号产生器11，根据表征流经副边开关电路101电流的电流采样信号VCSR，产生第一控制信号GSR1；第二副边信号产生器12，产生第二控制信号GSR2，其中所述第一控制信号GSR1与第二控制信号GSR2均用以控制副边开关电路101的导通与断开；反馈控制器14，根据输出电压Vo(如表征输出电压的误差信号VEA)和第二控制信号GSR2，产生隔离反馈信号FBI；隔离反馈单元OP，根据隔离反馈信号FBI，产生反馈输出信号FBO；原边电路U2，根据反馈输出信号FBO，产生原边控制信号GQ1，用以控制所述原边功率开关Q1的导通与断开。
在一个实施例中，所述开关电源电路1400还包括：逻辑或电路13，对第一控制信号GSR1和第二控制信号GSR2进行逻辑或运算，得到副边控制信号GSR，以控制副边开关电路101的导通与断开。
可以看到，图14所示开关电源电路1400与图5所示开关电源电路500的电路结构相似，与图5所示开关电源电路500不同的是，在图14所示实施例中，所述开关电源电路1400的反馈控制器14根据输出电压Vo和第二控制信号GSR2，产生隔离反馈信号FBI。当第二控制信号GSR2控制副边开关电路101导通结束时，隔离反馈信号FBI响应该动作，产生边沿跳变；相应地，反馈输出信号FBO也出现边沿跳变。原边电路U2检测到反馈输出信号FBO的该边沿跳变，将原边功率开关Q1导通。
此外，在图14所示实施例中，示出了隔离反馈单元OP的一种具体实施方式。如图14所示，在该实施例中，所述隔离反馈单元OP包括光电耦合器(光耦)。在其他实施例中，所述隔离反馈单元OP可以包括其他器件，如可以采用隔离电容、磁隔离器、隔离芯片等等。
图14所示开关电源电路1400的其他部分电路原理与图5所示开关电源电路500相似，即副边开关电路101响应不同条件，在一个开关周期内被流经两次电流：第一次为原边功率开关断开后，副边开关电路101提供续流，可响应于流过副边开关电路101的电流；第二次响应于触发信号(如开关频率产生电路产生的触发信号或谷底检测电路产生的触发信号)，其中第二次结束流经电流可响应于设定的导通时长或电流限值。为叙述简明，这里不再详述。
以下将结合图15～图18阐述图14所示开关电源电路中反馈控制器14和原边电路U2的工作原理。
参见图15，为根据本发明实施例的开关电源电路1500的电路结构示意图。图15所示实施例示出了反馈控制器14和原边电路U2的电路结构示意图。在图15所示实施例中，所述反馈控制器14包括：连接开关31，连接误差信号VEA和隔离反馈信号FBI；接地开关32，对隔离反馈信号FBI进行复位；其中：当第二控制信号GSR2控制副边开关电路101断开后经过死区时间，连接开关31被断开、接地开关32被导通，并持续设定时长Tlow，使得隔离反馈信号FBI在该设定时长Tlow内被拉至地(复位)；在设定时长Tlow之外的时间，连接开关31保持导通，接地开关32保持断开，使得隔离反馈信号FBI经过设定时长Tlow后重新与误差信号VEA连接。该控制可以通过逻辑处理器33实现。所述逻辑处理器响应第二控制信号GSR2的下降沿，产生具有设定时长Tlow的脉冲信号，用以控制连接开关31和接地开关32。在一个实施例中，所述逻辑处理器33可以包括例如单稳态电路，产生具有设定时长的脉冲信号。
隔离反馈单元OP将隔离反馈信号FBI的变化传递至其输出端，并反映在反馈输出信号FBO上。
在图15所实施例中，所述原边电路U2具有控制电路。具体来说，所述原边电路U2包括：峰值检波电路22，检测反馈输出信号FBO的峰值，产生补偿信号VC，用以控制原边功率开关Q1的断开；边沿跳变检测器21，检测反馈输出信号FBO的边沿跳变，产生边沿检测信号，用以控制原边功率开关Q1的导通。其中所述补偿信号VC可以控制开关电源电路1500的频率、或原边功率开关Q1的导通时长、或流过原边功率开关Q1的电流峰值，从而控制原边功率开关Q1的断开。在图15所示实施例中，该补偿信号VC用来控制流过原边功率开关Q1的电流峰值。如图15所示，所述原边电路U2还包括：电流比较器23，比较表征流过原边功率开关Q1电流的原边采样电流VCSP和补偿信号VC，产生电流比较信号；原边逻辑电路24，根据电流比较器23的比较结果和边沿跳变检测器21的检测结果，产生原边控制信号GQ1。
图16示出图15所示实施例中原边采样电流VCSP、流过副边开关电路101的电流I101、副边开关电路101两端的电压VDSR、副边控制信号GSR、第二控制信号GSR2、接地开关32的控制信号G32、误差信号VEA、隔离反馈信号FBI以及反馈输出信号FBO的时序波形图。在t3时刻，副边开关电路101第二次导通结束后被断开，反馈控制器14检测到GSR2的下降沿，经过一个死区时间Tdead后(即t4时刻)，将连接开关31断开、接地开关32导通，此状态持续Tlow时长，直到t5时刻。相应地，隔离反馈信号FBI在t4-t5时间段内被释放，随之反馈输出信号FBO也被拉低。在接地开关32被断开、连接开关31被重新导通后，隔离反馈信号FBI重新跟随误差信号VEA。因此，t4时刻，原边电路U2响应FBO的边沿跳变，将原边功率开关Q1导通。流过原边功率开关Q1的电流开始增大。当表征流过原边功率开关Q1电流的原边采样电流VCSP增大至补偿信号VC时，原边功率开关Q1被断开。
可以看到，前述多个根据本发明实施例的开关电源电路，其控制电路均在副边实现，通过隔离反馈单元OP传输反馈输出信号FBO，该反馈输出信号FBO结合了用以控制原边功率开关Q1断开时刻的误差信号VEA和控制原边功率开关Q1导通时刻的信号。即前述多个根据本发明实施例的开关电源电路用一个信号通道实现副边对原边功率开关的导通和断开控制：反馈输出信号FBO既反映误差信号VEA，以对原边功率开关Q1的断开时间进行控制，又反映原边功率开关Q1两端电压为零的时间点，并在该时间点导通原边功率开关，从而实现了对原边功率开关的零电压(ZVS)开通，降低了损耗。
参见图17，为根据本发明实施例的开关电源电路1700的电路结构示意图。图17所示实施例示出了反馈控制器14和原边电路U2的另一电路结构示意图。在图17所示实施例中，所述反馈控制器14包括：三角波发生器34，产生三角波信号Vsaw，所述三角波信号Vsaw的频率由第二副边信号产生器12决定，其起始时刻为副边开关电路101第二次导通结束后加上死区时间；反馈比较器35，比较三角波信号Vsaw与误差信号VEA的大小，产生隔离反馈信号FBI。
在图17所示实施例中，所述原边电路U2也具有控制电路。具体来说，所述原边电路U2包括：低通滤波器LPF，对反馈输出信号FBO进行低通滤波，得到补偿信号VC，用以控制原边功率开关Q1的断开；边沿跳变检测器21，检测反馈输出信号FBO的边沿跳变，用以控制原边功率开关Q1的导通。所述补偿信号VC用以控制开关电源电路800的频率、或原边功率开关Q1的导通时长、或流过原边功率开关Q1的电流峰值。在图17所示实施例中，该补偿信号VC用来控制原边功率开关Q1的导通时长。如图17所示，所述原边电路U2还包括：恒定时间计时器25，根据补偿信号VC产生恒定时间导通信号；原边逻辑电路24，根据恒定时间导通信号和边沿跳变检测器21的检测结果，产生原边控制信号GQ1。
在一个实施例中，所述原边逻辑电路24包括RS触发器。当反馈输出信号FBO出现上边沿跳变，原边逻辑电路24被置位，原边功率开关Q1被导通；当原边功率开关Q1的导通时间达到补偿信号VC决定的时长，原边逻辑电路24被复位，原边功率开关Q1被断开。
图18示出图17所示实施例中误差信号VEA、三角波信号Vsaw、隔离反馈信号FBI以及反馈输出信号FBO的时序波形图。以下结合如图18，阐述开关电源电路1700原副边协调工作的原理。
误差信号VEA与三角波信号Vsaw比较，产生具有一定占空比的隔离反馈信号FBI，以驱动光耦OP的二极管部分；经过光耦的三极管部分后，得到反馈输出信号FBO。反馈输出信号FBO经由低通滤波器LPF后，得到补偿信号VC。由于反馈输出信号FBO的占空比(高电平时间占开关周期的比值)与误差信号VEA的幅值成正比，而补偿信号VC为FBO的平均值信号。因此，补偿信号VC反映了误差信号VEA。在图8所示实施例中，该补偿信号VC用于控制原边功率开关Q1的导通时长，以控制原边功率开关Q1的断开时刻。但是本领域技术人员应当意识到，该补偿信号也可以用于控制流过原边功率开关Q1电流的峰值(如图15所示实施例)，或者控制开关电源电路的频率。为叙述简明，这里不再详述。
此外，反馈输出信号FBO的边沿跳变被边沿跳变检测器21检测，当出现边沿跳变(如上跳边沿)时，原边功率开关Q1被导通。
在一个实施例中，三角波产生器34可以替换为锯齿波产生器。所述锯齿波产生器提供锯齿波信号，该锯齿波信号在原边功率开关Q1导通时刻从零开始增大，至误差信号VEA，随后下降至零并保持为零，直至系统进入下一个开关周期，原边功率开关Q1被下一次导通，锯齿波信号从零开始重新增大。
前述图15和图17实施例示出了反馈输出信号FBO与误差信号VEA及副边开关电路101的开关动作的两个实施例。但是本领域技术人员应当意识到，误差信号VEA和副边开关电路101的开关动作可以通过其他形式传输给反馈输出信号，如可以通过串行通信的方式，将误差信号的幅度以编码的形式传送到变压器的原边，原边控制电路接收到该编码，可以通过例如数模转换(D/A)等方式将其还原为误差信号，从而控制原边功率开关的开关动作。
图19示出根据本发明实施例的开关电源电路1900的电路结构示意图。在图19所示实施例中，所述开关电源电路1900包括：原边功率开关Q1，耦接至电气隔离装置T的原边T1，所述原边功率开关Q1被周期性地导通和断开，以将输入电压Vin传递至电气隔离装置T的副边T2；副边开关电路101，耦接至电气隔离装置T的副边T2，所述副边开关电路101被周期性地导通和断开，以提供所需的输出电压Vo；第一副边信号产生器11，根据表征流经副边开关电路101电流的电流采样信号VCSR，产生第一控制信号GSR1；第二副边信号产生器12，根据输出电压Vo，产生第二控制信号GSR2，其中所述第一控制信号GSR1与第二控制信号GSR2均用以控制副边开关电路101的导通与断开；反馈控制器14，根据第二控制信号GSR2，产生隔离反馈信号FBI；隔离反馈单元OP，根据隔离反馈信号FBI，产生反馈输出信号FBO；原边电路U2，根据反馈输出信号FBO，产生原边控制信号GQ1，用以控制所述原边功率开关Q1的导通与断开。
在一个实施例中，所述开关电源电路1900还包括：逻辑或电路13，对第一控制信号GSR1和第二控制信号GSR2进行逻辑或运算，得到副边控制信号GSR，以控制副边开关电路101的导通与断开。
在一个实施例中，当电流采样信号VCSR表征副边开关电路101上流过电流时，第一控制信号GSR1控制副边开关电路101导通；当电流采样信号VCSR表征副边开关电路101上的电流为零时，第一控制信号GSR1控制副边开关电路101断开。
在图19所示实施例中，第二副边信号产生器12响应于表征输出电压Vo的误差信号VEA，产生具有第二控制信号GSR2，其中所述第二控制信号GSR2的频率由误差信号VEA决定，两者的关系可以如图11左图(a)、中间图(b)或者右图(c)所示。所述反馈控制器14响应第二控制信号GSR2，产生与第二控制信号GSR2具有相同频率的隔离反馈信号FBI；并且，当第二控制信号GSR2控制副边开关电路101断开后经过死区时间的延迟，隔离反馈信号FBI出现边沿跳变。所述隔离反馈信号FBI经由隔离反馈单元OP后被转化为具有相同频率的边沿跳变的反馈输出信号FBO。原边电路U2检测反馈输出信号FBO的边沿跳变，控制原边功率开关Q1的导通，同时根据反馈输出信号FBO的频率，控制原边功率开关Q1的断开。
图20示出根据本发明实施例的开关电源电路2000的电路结构示意图，该开关电源电路2000与图19所示开关电源电路1900相似。图20所示开关电源电路2000示出了隔离反馈单元OP、反馈控制器14和原边电路U2的一个电路结构示意图。具体来说，在图20所示实施例中，隔离反馈单元OP包括光电耦合器。反馈控制器14包括：逻辑处理器33，响应第二控制信号GSR2的下降沿，产生具有设定时长Tlow的脉冲信号；接地开关32，响应逻辑处理器33提供的脉冲信号，在设定时长Tlow时间内被断开，在其他时间被导通。原边电路U2包括：频率/电压转换电路26，根据反馈输出信号FBO的频率，产生补偿信号VC，用以控制原边功率开关Q1的断开；边沿跳变检测器21，检测反馈输出信号FBO的边沿跳变，用以控制原边功率开关Q1的导通。所述补偿信号VC用以控制开关电源电路1100的频率、或原边功率开关Q1的导通时长(如图17)、或流过原边功率开关Q1的电流峰值(如图15)。
在一个实施例中，所述频率/电压转换电路包括：单稳态电路，响应反馈输出信号FBO，产生脉冲信号；低通滤波器LPF，对脉冲信号进行低通滤波，得到所述补偿信号VC。
图21示出根据本发明实施例的开关电源电路2100的电路结构示意图，该开关电源电路2100与图19所示开关电源电路1900相似。图21所示开关电源电路2100示出了隔离反馈单元OP、反馈控制器14和原边电路U2的另一电路结构示意图。具体来说，在图21所示实施例中，隔离反馈单元OP包括隔离电容。反馈控制器14包括逻辑处理器33，响应第二控制信号GSR2的下降沿，产生脉冲信号形式的隔离反馈信号FBI。原边电路U2包括：频率/电压转换电路26，根据反馈输出信号FBO的频率，产生补偿信号VC，用以控制原边功率开关Q1的断开；边沿跳变检测器21，检测反馈输出信号FBO的边沿跳变，用以控制原边功率开关Q1的导通。所述补偿信号VC用以控制开关电源电路1100的频率、或原边功率开关Q1的导通时长(如图17)、或流过原边功率开关Q1的电流峰值(如图15)。
在一个实施例中，所述频率/电压转换电路包括：单稳态电路，响应反馈输出信号FBO，产生脉冲信号；低通滤波器LPF，对脉冲信号进行低通滤波，得到所述补偿信号VC。
图22示出图21所示实施例中流过原边功率开关Q1的电流IQ1、流过副边开关电路101的电流I101、副边开关电路101两端的压降VDSR、控制副边开关电路101的副边控制信号GSR、第二控制信号GSR2、隔离反馈信号FBI以及反馈输出信号FBO的时序波形图。
图23示意性示出了根据本发明实施例的用于开关电源电路的方法流程图2300。所述开关电源电路包括：具有原边和副边的电气隔离装置、耦接至电气隔离装置原边的原边功率开关、以及耦接至电气隔离装置副边的副边开关电路101，所述方法包括：
步骤2301，在原边接收输入电压，通过控制原边功率开关和副边开关电路的导通与断开，在副边产生输出电压。
步骤2302，反馈并处理输出电压，产生误差信号，并将该误差信号通过隔离反馈单元传送至原边，用以控制原边功率开关的断开。在一个实施例中，所述误差信号用以控制原边功率开关的导通时长。在另一个实施例中，所述误差信号用以控制流经原边功率开关的电流峰值。
步骤2303，检测流经副边开关电路的电流，当有电流流过副边开关电路时，导通副边开关电路，直至电流为零，将副边开关电路断开；在副边开关电路断开后，响应第一预设条件，再次将副边开关电路导通。在一个实施例中，所述第一预设条件包括副边开关电路两端的电压低于阈值电压。在一个实施例中，所述第一预设条件包括开关周期达到设定周期或由达到由误差信号决定的周期。
步骤2304，副边开关电路被再次导通后，响应第二预设条件被断开，经过一死区时间，所述原边功率开关被导通。在一个实施例中，所述原边功率开关响应如下条件被导通：在副边开关电路响应第二预设条件被断开后，经过死区时间，隔离反馈单元产生边沿跳变动作；响应所述边沿跳变，导通原边功率开关。
在一个实施例中，所述第二预设条件包括副边开关电路的导通时长达到由单稳态电路设定的时长。在一个实施例中，所述第二预设条件包括流经副边开关电路的电流达到电流限值。
虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (15)

1.一种开关电源电路，包括：
原边功率开关，耦接至电气隔离装置的原边，所述原边功率开关被周期性地导通和断开，以将输入电压传递至电气隔离装置的副边；
副边开关电路，耦接至电气隔离装置的副边，所述副边开关电路被周期性地导通和断开，以提供所需的输出电压；
副边控制电路，提供副边控制信号，用以控制副边开关电路，使得：当副边开关电路上被检测到流过电流时，副边开关电路被控制导通以进行续流，直至续流结束，续流的电流方向为第一电流方向；而在续流结束后、原边功率开关在下一开关周期被导通前，副边开关电路被控制再次导通一段时间，流过副边开关电路的电流方向为与第一电流方向相反的第二电流方向。
2.如权利要求1所述的开关电源电路，其中所述副边控制电路包括：
第一副边信号产生器，根据表征流经副边开关电路电流的电流采样信号，产生第一控制信号，用以控制副边开关电路的续流；
第二副边信号产生器，响应触发条件，产生第二控制信号，用以控制副边开关电路的再次导通。
3.如权利要求2所述的开关电源电路，其中：
所述触发条件包括：当前开关周期达到参考开关周期或者副边开关电路两端电压低于设定阈值；
所述副边开关电路被再次导通的时长为设定时长，或者该导通时长由流过副边开关电路的电流限值决定。
4.如权利要求2所述的开关电源电路，进一步包括：
反馈控制器，根据输出电压和第二控制信号，产生隔离反馈信号；
隔离反馈单元，根据隔离反馈信号，产生反馈输出信号；
原边电路，根据反馈输出信号，产生原边控制信号，用以控制所述原边功率开关的导通与断开。
5.如权利要求4所述的开关电源电路，其中：
当第二控制信号控制副边开关电路导通结束并经过死区时间之后，所述隔离反馈信号产生边沿跳变，所述原边功率开关被导通。
6.如权利要求2所述的开关电源电路，其中所述第二副边信号产生器还根据输出电压产生所述第二控制信号，所述开关电源电路进一步包括：
反馈控制器，根据第二控制信号，产生隔离反馈信号；
隔离反馈单元，根据隔离反馈信号，产生反馈输出信号；
原边电路，根据反馈输出信号，产生原边控制信号，用以控制所述原边功率开关的导通与断开。
7.如权利要求6所述的开关电源电路，其中：
当第二控制信号控制副边开关电路导通结束并经过死区时间之后，所述隔离反馈信号和反馈输出信号均产生边沿跳变，所述原边电路检测反馈输出信号的边沿跳变，控制原边功率开关的导通；
所述原边电路根据反馈输出信号的频率，控制原边功率开关的断开。
8.一种开关电源电路，包括：
原边功率开关，耦接至电气隔离装置的原边，所述原边功率开关被周期性地导通和断开，以将输入电压传递至电气隔离装置的副边；
副边开关电路，耦接至电气隔离装置的副边，所述副边开关电路被周期性地导通和断开，以提供所需的输出电压；
副边控制电路，提供副边控制信号，用以控制副边开关电路，使得：原边功率开关在当前开关周期被断开后，副边开关电路进行续流，直至续流结束，续流的电流方向为第一电流方向；而在续流结束后、原边功率开关在下一开关周期被导通前，副边开关电路被导通一段时间，流过副边开关电路的电流方向为与第一电流方向相反的第二电流方向。
9.如权利要求8所述的开关电源电路，其中所述副边控制电路响应触发条件，在续流结束后，将副边开关电路导通一段时间，其中：
所述触发条件包括：当前开关周期达到参考开关周期或者副边开关电路两端电压低于设定阈值；
所述副边开关电路被导通的时长为设定时长，或者该导通时长由流过副边开关电路的电流限值决定。
10.如权利要求8所述的开关电源电路，其中所述副边开关电路包括并联的两个或多个开关器件，其中：
在当前开关周期原边功率开关被断开后，副边开关电路的部分或全部开关器件导通，进行续流；
在续流结束后、原边功率开关下一开关周期被导通前，副边开关电路的部分或者全部开关器件导通。
11.一种用于开关电源电路的副边控制电路，所述开关电源电路具有耦接在原边侧的原边功率开关和耦接在副边侧的副边开关电路，所述副边控制电路包括：
第一副边信号产生器，检测流经副边开关电路的电流，当检测到副边开关电路流过电流时，所述第一副边信号产生器控制副边开关电路导通进行续流，直至续流结束，续流的电流方向为第一电流方向；
第二副边信号产生器，当副边开关电路续流结束、原边功率开关在下一开关周期被导通前，所述第二副边信号产生器控制副边开关电路再次导通一段时间，流过副边开关电路的电流方向为与第一电流方向相反的第二电流方向。
12.如权利要求11所述的副边控制电路，其中：
副边控制电路控制副边开关电路再次导通的导通时长为设定时长；或
副边控制电路通过控制流过副边开关电路的电流限值来控制副边开关电路再次导通的导通时长。
13.如权利要求11所述的副边控制电路，其中：
所述第二副边信号产生器检测当前开关频率或副边开关电路两端电压，当当前开关频率达到参考开关频率、或者当副边开关电路两端电压低于设定阈值时，第二副边信号产生器控制副边开关电路再次导通一段时间。
14.一种用于开关电源电路的方法，所述开关电源电路包括：具有原边和副边的电气隔离装置、耦接至电气隔离装置原边的原边功率开关、以及耦接至电气隔离装置副边的副边开关电路，所述方法包括：
在原边接收输入电压，通过控制原边功率开关和副边开关电路的导通与断开，在副边产生输出电压；
反馈并处理输出电压，产生误差信号，并将该误差信号通过隔离反馈单元传送至原边，用以控制原边功率开关的断开；
检测流经副边开关电路的电流，当有电流流过副边开关电路时，导通副边开关电路，直至电流为零，将副边开关电路断开；在副边开关电路断开后，响应第一预设条件，再次将副边开关电路导通；
副边开关电路被再次导通后，响应第二预设条件被断开，经过一死区时间，所述原边功率开关被导通。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述原边功率开关响应下述条件被导通：
在副边开关电路响应第二预设条件被断开后，经过死区时间，隔离反馈单元产生边沿跳变动作；
响应所述边沿跳变，导通原边功率开关。
CN202010153879.9A 2020-03-07 2020-03-07 开关电源电路、用于开关电源电路的副边控制电路及方法 Active CN111277146B (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010153879.9A CN111277146B (zh) 2020-03-07 2020-03-07 开关电源电路、用于开关电源电路的副边控制电路及方法
PCT/CN2021/077342 WO2021179900A1 (zh) 2020-03-07 2021-02-23 开关电源电路、用于开关电源电路的副边控制电路及方法
US17/909,562 US20230109722A1 (en) 2020-03-07 2021-02-23 Switching Mode Power Supply With Zero Voltage Switching And The Method Thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010153879.9A CN111277146B (zh) 2020-03-07 2020-03-07 开关电源电路、用于开关电源电路的副边控制电路及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111277146A true CN111277146A (zh) 2020-06-12
CN111277146B CN111277146B (zh) 2021-07-06

Family

ID=71002393

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010153879.9A Active CN111277146B (zh) 2020-03-07 2020-03-07 开关电源电路、用于开关电源电路的副边控制电路及方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20230109722A1 (zh)
CN (1) CN111277146B (zh)
WO (1) WO2021179900A1 (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111865088A (zh) * 2020-07-09 2020-10-30 无锡芯朋微电子股份有限公司 一种用于同步整流的控制电路
CN112558535A (zh) * 2021-02-25 2021-03-26 三门康创电子科技有限公司 一种制氧机控制电路、制氧机及制氧机控制方法
WO2021179900A1 (zh) * 2020-03-07 2021-09-16 浙江大学 开关电源电路、用于开关电源电路的副边控制电路及方法
CN115133804A (zh) * 2022-08-26 2022-09-30 广州市迪士普信息科技有限公司 一种交流输出的开关电源

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115208204B (zh) * 2022-07-21 2023-09-22 深圳宝砾微电子有限公司 反激式转换器及其控制方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5309344A (en) * 1991-03-13 1994-05-03 Astec International, Ltd. Dual active clamp, zero voltage switching power converter
CN101312330A (zh) * 2008-05-09 2008-11-26 合肥雷科电子科技有限公司 谐振变换器高压电源装置
CN103746566A (zh) * 2014-01-21 2014-04-23 成都芯源系统有限公司 原边控制的开关电源及其控制方法
CN104218806A (zh) * 2014-08-18 2014-12-17 广州金升阳科技有限公司 一种零电压开关的反激式开关电源控制方法及电路
CN106033929A (zh) * 2015-03-16 2016-10-19 台达电子工业股份有限公司 一种功率转换器及其控制方法
CN110380618A (zh) * 2019-07-05 2019-10-25 西安矽力杰半导体技术有限公司 开关状态控制方法、控制电路及反激式变换器

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI623185B (zh) * 2017-07-25 2018-05-01 偉詮電子股份有限公司 可提供不同輸出電壓之開關式電源供應器以及相關之電源控制器
CN110798075B (zh) * 2019-11-08 2021-04-02 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 控制电路以及应用其的开关变换器
CN111277146B (zh) * 2020-03-07 2021-07-06 浙江大学 开关电源电路、用于开关电源电路的副边控制电路及方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5309344A (en) * 1991-03-13 1994-05-03 Astec International, Ltd. Dual active clamp, zero voltage switching power converter
CN101312330A (zh) * 2008-05-09 2008-11-26 合肥雷科电子科技有限公司 谐振变换器高压电源装置
CN103746566A (zh) * 2014-01-21 2014-04-23 成都芯源系统有限公司 原边控制的开关电源及其控制方法
CN104218806A (zh) * 2014-08-18 2014-12-17 广州金升阳科技有限公司 一种零电压开关的反激式开关电源控制方法及电路
CN106033929A (zh) * 2015-03-16 2016-10-19 台达电子工业股份有限公司 一种功率转换器及其控制方法
CN110380618A (zh) * 2019-07-05 2019-10-25 西安矽力杰半导体技术有限公司 开关状态控制方法、控制电路及反激式变换器

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021179900A1 (zh) * 2020-03-07 2021-09-16 浙江大学 开关电源电路、用于开关电源电路的副边控制电路及方法
CN111865088A (zh) * 2020-07-09 2020-10-30 无锡芯朋微电子股份有限公司 一种用于同步整流的控制电路
CN112558535A (zh) * 2021-02-25 2021-03-26 三门康创电子科技有限公司 一种制氧机控制电路、制氧机及制氧机控制方法
CN112558535B (zh) * 2021-02-25 2021-05-07 三门康创电子科技有限公司 一种制氧机控制电路、制氧机及制氧机控制方法
CN115133804A (zh) * 2022-08-26 2022-09-30 广州市迪士普信息科技有限公司 一种交流输出的开关电源

Also Published As

Publication number Publication date
US20230109722A1 (en) 2023-04-13
CN111277146B (zh) 2021-07-06
WO2021179900A1 (zh) 2021-09-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111277146B (zh) 开关电源电路、用于开关电源电路的副边控制电路及方法
CN109245569B (zh) 反激式变换器及其控制电路
US20210328516A1 (en) Output-side controller with switching request at relaxation ring extremum
CN107979288B (zh) 强迫式零电压开关反激变换器
CN101552560B (zh) 一种开关稳压电路及其控制方法
CN107979287B (zh) 用于主开关切换转换的零电压开关式逆变器
US8576588B2 (en) Switching mode power supply with primary side control
US9525357B2 (en) Control and drive circuit and method
CN103248207B (zh) 一种基于原边反馈的恒流恒压式反激式变换器
US9667132B2 (en) Flyback converter
TWI483518B (zh) 用於接收輸入電壓的開關調製器的控制電路及在開關調製器中利用接通時間恆定體系控制主開關和低端開關的方法
CN110798075B (zh) 控制电路以及应用其的开关变换器
CN106992686B (zh) 一种连续和非连续模式恒压恒流控制电路及开关电源
CN103280995B (zh) 准谐振变换器同步整流电路
CN103066855B (zh) 用于电源变换系统中的零电压开关的系统和方法
TW201236300A (en) A magnetic field coupling and contactless power transmission device
CN113726165B (zh) 反激变换器及反激变换器的控制方法
CN110661427A (zh) 基于氮化镓器件有源箝位反激式ac-dc变换器的数字控制装置
CN1945948B (zh) 功率转换器的同步整流电路
CN117277748A (zh) 用于反激式开关电源导通波谷选取切换锁定的控制装置
CN111404380B (zh) 开关电源电路及方法
TWI653813B (zh) 強迫式零電壓開關返馳變換器及其運行方法
CN105471231A (zh) 一种Flyback交直流转换电路及反激式电压转换器
TWI547078B (zh) 變壓器寄生元件能量可回收之隔離高降壓轉換器
KR102230495B1 (ko) 전원 공급 장치

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant