CN112688568A - 一种恒功率模式的正激式控制器及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种恒功率模式的正激式控制器及控制方法，应用于正激电源系统，该正激式控制器包括电压反馈端、电流采样端、电压反馈端、电流采样端、电流峰值调整器、第一比较器、第二比较器、第三比较器和功率开关逻辑控制器。本发明通过检测电流采样端的电压，利用最大电流值限制正激式电源系统的功率开关的峰值电流，保证前级侧电路的安全；同时通过监控功率开关开启时刻电流采样端的电压，并通过比较保护，对输出电流的最大平均值进行限制，保护输出级电路的安全工作。
Description
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种恒功率模式的正激式控制器及控制方法。
背景技术
在现有的主流电源应用系统中，正激式拓扑主要用于大功率电源，这种大功率电源系统中过功率点的设置将无法留有太多余量。大功率电源系统在负载切换时由于系统需要，可以让系统工作在恒功率的状态。但在恒功率状态下，当输出电压逐步降低时，输出电流会逐渐变大，过大的电流容易使应用电路板上的导线出现烧毁的情况，在目前的控制器中，尚未提供可靠的控制方式保证全电压输入时的安全工作。虽然有些控制器为了满足更大的负载变化需求，加长了保护延迟时间，但仍然无法解决电流控制的问题，无法很好的控制输出电流的最大值。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种恒功率模式的正激式控制器及控制方法，能够满足正激电源系统的恒功率模式的需求，并且能够自主设定输出电流的最大平均值，保证正激电源系统安全稳定的工作。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种恒功率模式的正激式控制器，应用于正激电源系统，包括电压反馈端和电流采样端，以及：
电流峰值调整器，用于根据所述电压反馈端的电压设定所述正激电源系统的功率开关的峰值；
第一比较器，用于比较所述电流采样端的电压和第一保护阈值，限定所述功率开关的最大工作电流；
第二比较器，用于在所述功率开关开启时刻比较所述电流采样端的电压和第二保护阈值，判断输出电流是否超过设定的最大电流；
第三比较器，用于比较所述电流峰值调整值器和所述电流采样端的电压，用于关断所述功率开关，保持输出电流与负载大小匹配；
功率开关逻辑控制器，用于根据所述第一比较器、所述第二比较器和所述第三比较器的信号判断所述正激电源系统工作的状态，提供驱动所述功率开关导通或关断的信号。
进一步的，所述功率开关逻辑控制器根据所述电压反馈端的控制信号，判断所述正激电源系统是否处于启动阶段，若处于启动阶段，则屏蔽所述第二比较器的信号。
进一步的，在所述正激电源系统的正常工作阶段，所述功率开关逻辑控制器每周期检测所述第二比较器的输出；当连续一段时间内每个周期初始阶段中所述第二比较器的输出均为高，则使所述正激电源系统进入保护状态，关闭所述功率开关。
进一步的，所述第一保护阈值为通过系统峰值电流检测电阻计算出的所述功率开关的最大电流。
进一步的，所述第二保护阈值通过外接电阻或电容方式进行设定，或通过所述正激式控制器内部设定。
进一步的，所述第二保护阈值用于设置输出电流的最大平均值，限定输出电流的上升能力。
一种恒功率模式的正激式控制器的控制方法，包括以下步骤：
S1.根据所述正激式控制器的电压反馈端的电压设定电源工作电流的峰值，并检测正激电源系统的功率开关开启时的初始电流值；
S2.当所述正激式控制器的电流采样端的电压达到第一保护阈值时，根据峰值保护电流逐周期关断所述功率开关，进入恒功率状态；
S3.当所述功率开关开启时，若所述电流采样端的的初始电压值大于第二保护阈值，则发出保护信号；
S4.当所述保护信号在一段时间内的每个周期都为高时，则关闭所述正激电源系统，进入保护状态。
进一步的，步骤S1中，先判断所述正激电源系统是否处于启动阶段，若处于启动阶段，则屏蔽检测所述功率开关开启时的初始电流。
进一步的，步骤S3中，所述保护信号为状态信号，该状态需锁存，每个周期判断是否解除所述保护信号的发出。
本发明的有益效果在于：
本发明通过检测电流采样端的电压，利用最大电流值限制正激式电源系统的功率开关的峰值电流，保证前级侧电路的安全；同时通过监控功率开关开启时刻电流采样端的电压，并通过比较保护，对输出电流的最大平均值进行限制，保护输出级电路的安全工作。
附图说明
图1为本发明一种恒功率模式的正激式控制器的结构框图；
图2为本发明一个实施例中一种恒功率模式的正激式控制器的电路原理图；
图3为本发明中不同工作状态下电流采样端和正激输出电感的电流；
图4为本发明中正激系统的输出电压和输出电流的曲线图；
图5为本发明一种恒功率模式的正激式控制器的控制方法的流程图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现说明本发明的具体实施方式。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种恒功率模式的正激式控制器，应用于正激电源系统，如图1所示，包括电压反馈端FB、电流采样端CS、电流峰值调整器、第一比较器COMP1、第二比较器COM2、第三比较器COM3和功率开关逻辑控制器。其中，电流峰值调整器用于根据电压反馈端FB的电压设定正激电源系统的功率开关的峰值。第一比较器COMP1用于比较电流采样端CS的电压和第一保护电压VTH1，限定功率开关的最大工作电流。第二比较器COM2用于在功率开关开启时刻比较电流采样端CS的电压和第二保护电压VTH2，判断输出电流是否超过设定的最大电流。第三比较器COM3用于比较电流峰值调整值器和电流采样端CS的电压，用于关断功率开关，保持输出电流与负载大小匹配。功率开关逻辑控制器用于根据第一比较器COMP1、第二比较器COM2和第三比较器COM3的信号判断正激电源系统工作的状态，提供驱动功率开关导通或关断的信号。
在本发明的一个优选实施例中，功率开关逻辑控制器根据电压反馈端FB的控制信号，判断正激电源系统是否处于启动阶段，若处于启动阶段，则屏蔽第二比较器COM2的信号。在正激电源系统的正常工作阶段，功率开关逻辑控制器每周期检测第二比较器COM2的输出；当连续一段时间内每个周期初始阶段中第二比较器COM2的输出均为高，则使正激电源系统进入保护状态，关闭功率开关。
在本发明的又一个优选实施例中，第一保护电压VTH1为通过系统峰值电流检测电阻计算出的功率开关的最大电流。第二保护电压VTH2通过外接电阻或电容方式进行设定，或通过正激式控制器内部设定。第二保护电压VTH2用于设置输出电流的最大平均值，限定输出电流的上升能力。
如图2和图3所示，在本发明的另一个优选实施例中，正激电源系统通过频率设定电阻R2设定工作频率，通过输出电流限定电阻R1设定系统的第二保护电压VTH2，通过软启动电容CSS设定系统软启动时间，且确定启动状态时间。在正激电源系统中，正激输出电感LO中电流与功率开关M1的电流在开通周期成比例关系，比例为变压器T1的匝比LP：LS＝N。
在正常工作模式下，正激式控制器U1通过电流采样端CS检测功率开关M1串联的电流检测电阻RS的电压，判断电流大小是否与负载设定功率相符。
当电流达到电压反馈端FB设定值后，正激式控制器U1的驱动端GATE发出信号关断功率开关M1。功率开关M1的电流流过电流检测电阻RS，波形如VCS所示，在开通阶段逐步上升，在关断阶段为零。
当功率开关M1关断后，被存储在正激输出电感LO中的能量通过续流二极管D1继续输出。正激输出电感LO中的电流如ILO所示，在功率开关M1导通时，能量被存储在正激输出电感LO中同时输出，电感电流上升，当功率开关M1关闭时，电感电流下降。
当输出负载增加时，输出电流IOUT增加，正激输出电感LO中的电流平均值增加，功率开关M1的电流达到第一保护电压VTH1时，正激输出电感LO电流的峰值达到VTH1*N，系统进入恒功率状态。
进入恒功率状态后，功率开关M1的峰值电流不会再上升，输出电流平均值IOUT1为恒功率状态起点。输出电压开始逐渐下降，功率开关的开启时刻电流采样端的电压也在逐步上升，正激输出电感LO中的电流最小值也在随之逐步上升，当最小值高于VTH2*N时，输出电流平均值达到峰值IOUT2，控制器开始计时，当持续时间达到正激式控制器U1设定时间，系统进入保护状态。
如图4所示为上述实施例中正激系统的输出电压和电流的变化。
如图5所示，本发明还提供了一种恒功率模式的正激式控制器的控制方法，包括以下步骤：
S1.根据正激式控制器的电压反馈端的电压设定电源工作电流的峰值，并检测正激电源系统的功率开关开启时的初始电流值；
S2.当正激式控制器的电流采样端的电压达到第一保护阈值时，根据峰值保护电流逐周期关断功率开关，进入恒功率状态；
S3.当功率开关开启时，若电流采样端的的初始电压值大于第二保护阈值，则发出保护信号；
S4.当保护信号在一段时间内的每个周期都为高时，则关闭正激电源系统，进入保护状态。
可选的，步骤S1中，先判断正激电源系统是否处于启动阶段，若处于启动阶段，则屏蔽检测功率开关开启时的初始电流。
可选的，步骤S3中，保护信号为状态信号，该状态需锁存，每个周期判断是否解除保护信号的发出。
综上所述，本发明通过检测电流采样端的电压，利用最大电流值限制正激式电源系统的功率开关的峰值电流，保证前级侧电路的安全；同时通过监控功率开关开启时刻电流采样端的电压，并通过比较保护，对输出电流的最大平均值进行限制，保护输出级电路的安全工作。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
Claims (9)
1.一种恒功率模式的正激式控制器，应用于正激电源系统，包括电压反馈端和电流采样端，其特征在于，还包括：
电流峰值调整器，用于根据所述电压反馈端的电压设定所述正激电源系统的功率开关的峰值；
第一比较器，用于比较所述电流采样端的电压和第一保护阈值，限定所述功率开关的最大工作电流；
第二比较器，用于在所述功率开关开启时刻比较所述电流采样端的电压和第二保护阈值，判断输出电流是否超过设定的最大电流；
第三比较器，用于比较所述电流峰值调整值器和所述电流采样端的电压，用于关断所述功率开关，保持输出电流与负载大小匹配；
功率开关逻辑控制器，用于根据所述第一比较器、所述第二比较器和所述第三比较器的信号判断所述正激电源系统工作的状态，提供驱动所述功率开关导通或关断的信号。
2.根据权利要求1所述的一种恒功率模式的正激式控制器，其特征在于，所述功率开关逻辑控制器根据所述电压反馈端的控制信号，判断所述正激电源系统是否处于启动阶段，若处于启动阶段，则屏蔽所述第二比较器的信号。
3.根据权利要求1所述的一种恒功率模式的正激式控制器，其特征在于，在所述正激电源系统的正常工作阶段，所述功率开关逻辑控制器每周期检测所述第二比较器的输出；当连续一段时间内每个周期初始阶段中所述第二比较器的输出均为高，则使所述正激电源系统进入保护状态，关闭所述功率开关。
4.根据权利要求1～3任一项所述的一种恒功率模式的正激式控制器，其特征在于，所述第一保护阈值为通过系统峰值电流检测电阻计算出的所述功率开关的最大电流。
5.根据权利要求1～3任一项所述的一种恒功率模式的正激式控制器，其特征在于，所述第二保护阈值通过外接电阻或电容方式进行设定，或通过所述正激式控制器内部设定。
6.根据权利要求1～3任一项所述的一种恒功率模式的正激式控制器，其特征在于，所述第二保护阈值用于设置输出电流的最大平均值，限定输出电流的上升能力。
7.一种恒功率模式的正激式控制器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.根据所述正激式控制器的电压反馈端的电压设定电源工作电流的峰值，并检测正激电源系统的功率开关开启时的初始电流值；
S2.当所述正激式控制器的电流采样端的电压达到第一保护阈值时，根据峰值保护电流逐周期关断所述功率开关，进入恒功率状态；
S3.当所述功率开关开启时，若所述电流采样端的的初始电压值大于第二保护阈值，则发出保护信号；
S4.当所述保护信号在一段时间内的每个周期都为高时，则关闭所述正激电源系统，进入保护状态。
8.根据权利要求7所述的一种恒功率模式的正激式控制器的控制方法，其特征在于，步骤S1中，先判断所述正激电源系统是否处于启动阶段，若处于启动阶段，则屏蔽检测所述功率开关开启时的初始电流。
9.根据权利要求7或8所述的一种恒功率模式的正激式控制器的控制方法，其特征在于，步骤S3中，所述保护信号为状态信号，该状态需锁存，每个周期判断是否解除所述保护信号的发出。
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