发明内容
鉴于现有技术中存在的上述技术问题,本发明提供了一种反激式开关电源,包括:输入电路,能够为所述反激式开关电源提供输入电压VIN;输出电路,能够为外部负载提供输出电压VOUT;变压器,包括初级绕组和次级绕组,所述初级绕组与所述输入电路相连接,能够存储所述输入电路的能量,所述次级绕组与所述输出电路相连接,能够向所述输出电路释放能量;控制电路,与所述变压器相连接,能够控制所述输入电路周期性地为所述初级绕组供电,所述控制电路还包括:频率检测单元,能够检测所述输入电路为所述初级绕组供电的周期T并在所述周期T大于预设周期TA时,控制所述控制电路以软启动的方式重启。
可选地,所述控制电路包括开关管和控制单元,所述开关管与所述初级绕组串联连接于所述输入电路和地之间,所述控制单元能够发送PWM信号控制所述开关管的导通或截止,所述频率检测单元和所述控制单元相连接,响应于所述周期T大于预设周期TA时,控制所述控制单元以软启动的方式重启。
可选地,所述控制电路还包括:数模转换器,与所述控制单元相连接,并能够为所述控制单元提供可变的驱动电压;以及VCN模块,连接于所述数模转换器和所述控制单元之间,能够基于所述驱动电压以及表征输出电压VOUT的变化量的输入信号为所述控制单元提供输入电压VCN。
可选地,反激式开关电源还包括:反馈电路,与所述VCN模块相连接,向所述VCN模块提供所述输入信号。
可选地,所述反馈电路包括依次串接于输出电压VOUT和地之间的第二电阻和第三电阻,并能够将所述第三电阻两端的电压VVFAB作为所述输入信号反馈至所述VCN模块。
可选地,所述开关管的栅极与所述控制单元的输出端相连接,所述开关管的源极经第一电阻与地相连接,所述控制单元能够采样所述第一电阻两端的电压VISENSE作为电压基准,当VISENSE<VCN时,增加PWM信号的占空比,直至VISENSE=VCN时,控制所述开关管截止。
可选地,所述控制单元的其中一个功能引脚与地之间串接有第三电容,所述PWM信号的占空比的变化速率能够基于所述第三电容的容值调节,所述第三电容的容值被配置为使得软启动过程中所述初级绕组存储的能量小于所述次级绕组消耗的能量。
可选地,所述输出电路包括:第二储能电容,被配置为用于并联所述外部负载的两端;以及二极管,连接于所述第二储能电容的第一端和所述次级绕组的第一端之间,所述次级绕组的第二端与第二储能电容的第二端共地,所述二极管的阴极和所述第二储能电容的正极板相连接。
为了实现上述发明目的,本发明还提供了一种反激式开关电源的控制方法,应用上文所述的反激式开关电源,所述方法包括:检测所述输入电路为所述初级绕组供电的周期T;以及响应于所述周期T大于预设周期TA时,控制所述控制电路以软启动的方式重启。
为了实现上述发明目的,本发明还提供了一种超声设备,应用上文所述的反激式开关电源驱动探头晶元。
本发明的技术效果为:检测到反激式开关电源的周期性的震荡后控制控制单元进入软启动模式,从而消除周期性震荡,进而消除应用该反激式开关电源的超声设备的图像中的横线噪声。
具体实施方式
以下将结合附图所示的实施例对本发明进行详细描述。但这些实施例并不限制本发明,本领域的普通技术人员根据这些实施例所做出的结构或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
实施例
本实施例提供了一种反激式开关电源,如图1所示,主要包括输入电路1,能够为反激式开关电源提供输入电压VIN;输出电路2,能够为外部负载(本实施例中外部负载为电阻RL)提供输出电压VOUT;变压器T1,包括初级绕组N1和次级绕组N2,初级绕组N1与输入电路1相连接,能够存储输入电路1的能量,次级绕组N2与输出电路2相连接,能够向输出电路2释放能量;控制电路3,与变压器T1相连接,能够控制变压器T1的能量存储与释放,控制电路3包括开关管Q1和控制单元30,开关管Q1与初级绕组N1串联连接于输入电路1和地之间,当开关管Q1导通时,输入电压VIN能够为初级绕组N1充电,当开关管Q2截止时,变压器T1通过次级绕组N2向输出电路2释放能量,控制单元30能够发送PWM信号控制所述开关管Q1的导通或截止。
可选地,控制单元30为市售的FLY-BACK控制芯片。
可选地,输入电路1还包括串接于输入电压VIN和地之间的第一储能电容C1。
可选地,以外部负载为电阻RL为例,输出电路2还包括并联于电阻RL两端的第二储能电容C2,第二储能电容C2的第一端、负载RL的第一端分别经二极管D1与次级绕组N2的第一端相连接,次级绕组N2、第二储能电容C2以及负载RL的第二端共地,二极管D1阴极和第二储能电容C2的正极板相连接,能够防止储能电容C2存储的能量传输至次级绕组N2。
可选地,控制单元30的输入电压VCN由数模转换器DAC和反馈电路4共同决定,数模转换器DAC通常与MCU(未图示)相连接以接收MCU的数字信号并能够向控制单元30提供驱动电压,并基于数字信号调节控制单元30的输入电压。反馈电路4包括依次串接于输出电压VOUT和地之间的第二电阻R2和第三电阻R3,并能够将第三电阻R3两端的电压VVFAB作为输入信号反馈至VCN模块31,VCN模块31连接于数模转换器DAC和控制单元30之间。
容易获知,VVFAB=R3/(R2+R3)*VOUT。设数模转换器提供的电压为VDAC,则控制单元30接收到的电压VCN=K(VDAC-VVFAB),其中K为一常数。
可选地,开关管Q1可以为三极管或MOS管,为了便于说明,下文中,以开关管Q1为MOS管作为示例。
继续参考图1,开关管Q1的栅极(也即开关管Q1的控制端)与控制单元30的输出端相连接,开关管Q1的源极经第一电阻R1与地相连接,控制单元30能够采样第一电阻R1两端的电压VISENSE作为电压基准,并基于VCN和VISENSE的大小关系设置控制单元30的运行逻辑,当开关管Q1导通时,设流经第一电阻R1的电流为I,则第一电阻R1两端的电压VISENSE=I*R1。
本实施例中,将控制单元30的运行逻辑设定为:
当VISENSE<VCN时,增加PWM信号的占空比,即开关管Q1导通的时间增加,初级绕组N1的电流增加(也即变压器存储的能量增加),直至VISENSE=VCN时开关管Q1截止,变压器T1存储的能量通过次级绕组N2释放给第二储能电容C2。由于变压器T1中存储的能量增加,故输出电压VOUT增加,VVFAB增加,导致VCN减少,形成负反馈,直至VCN接近为0,此时输出电压稳定为设定的电压。
在整个负反馈过程中由于电压VOUT是由变压器T1的次级绕组N2向第二储能电容C2中存储电流产生,因此必然会产生延时,且次级绕组N2的电感值越大,第二储能电容C2的容值越大,延时越长,假设该延时为Td,在同一设计中Td为固定常数。
当应用场景中需要增加输出电压VOUT时,通常会选择增加VDAC,设VDAC的增量为:ΔVDAC,那么ΔVCN=KΔVDAC,则变压器T1上的电流增量为ΔI=ΔVCN/R1=KΔVDAC/R1;由于系统的延时为Td,那么能量的超调量W为:W=PT=(1/2*L*(I+ΔI)*(I+ΔI)-1/2*L*I*I)*Td,其中,L为初级绕组N1的电感值,P为功率,T为时间。
当外部负载的电阻值RL非常大时,则消耗的功率Pr非常小,Pr=VOUT*VOUT/RL;根据能量守恒,则有W=PT=Pr*Tt,可得系统震荡的周期Tt=PT/Pr=((1/2*L*(I+ΔI)*(I+ΔI)-1/2*L*I*I)*Td)/VOUT*VOUT/RL,输出电压VOUT会相应地出现周期性的震荡,进而导致应用该反激式开关电源的系统工作不稳定。
设控制单元30的工作周期为TA,则系统震荡的周期Tt将会控制单元的实际工作周期大于TA。本实施例为了解决这一技术问题,通过检测控制单元30的工作周期T这一能够表征是否出现输出电压VOUT周期性震荡的特征,判定是否出现输出电路2的能量超调。
具体地,本实施例中,控制电路3还包括频率检测单元32,频率检测单元32与控制单元30相连接,能够检测控制单元30的工作周期T并在周期T大于预设周期TA时,向控制单元30发送控制信号以使控制单元30以软启动的方式重启,由于软启动时,控制单元30发送的PWM信号是逐渐增加的,因此,输入电路1的输出能量在软启动的初始小于输出电路2消耗的能量,由此,可以实现超调能量的逐渐消耗,消除周期性震荡。
具体地,继续参考图1,控制单元30的其中一个功能引脚和地之间连接有第三电容CSS,软启动时PWM信号占空比的增加速率,可以由第三电容CSS的容值决定,设控制单元30内部给第三电容CSS的恒定充电电流源为Is,在延时时间Td期间,ΔUCSS=Is*Td/CSS,输入电路1的输出能量为:P=1/2*L*(ΔUCSS/R1)*(ΔUCSS/R1),输出电路2消耗的能量Pr=VOUT*VOUT/RL。只需将CSS的容值设定为满足P≤Pr即可实现软启动过程中超调的能量的消耗。
本实施例还提供了一种反激式开关电源的控制方法,应用于控制上文所述的反激式开关电源,如图2所示,该控制方法包括:
检测输入电路1为初级绕组N1供电的周期T;以及
响应于周期T大于预设周期TA时,控制控制电路3以软启动的方式重启。
本实施例还提供了一种超声设备,以该超声设备为彩超设备(未图示)为例,该彩超设备应用上文所述的反激式开关电源驱动探头晶元,如此设置,能够避免探头晶元的输入电压周期性的波动将导致PW扫描时将产生横线噪声,进而提高了彩超设备运行的稳定性和图像质量。
本发明的技术内容及技术特征已揭示如上,然后熟悉本领域的技术人员仍可基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰,因此,本发明保护范围不限于实施例所揭示的内容,而应包括各种不背离本发明的替换及修饰,并为本专利申请的权利要求所涵盖。