CN112803773A - Psr反激式开关电源的控制方法及二次侧控制器装置和开关电源 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种一次侧原边反馈控制(Primary Side Regulator，PSR)反激式开关电源的控制方法，还提供了相应的二次侧控制器装置和开关电源；该方法包括：二次侧控制器电性连接PSR反激式开关电源同步整流MOSFET的两端，并采样同步整流MOSFET两端的电压VDS，其中，同步整流MOSFET电性连接开关电源的二次侧绕组；然后根据电压VDS获取开关电源的输出电压；再根据输出电压的值唤醒开关电源的一次侧PSR反激控制器，并由一次侧PSR反激控制器向二次侧负载传输能量。本申请提供的方法不但解决一次侧PSR反激电源的负载动态性能差的问题，还有助于解决变压器共模噪声大的技术问题。

Description

PSR反激式开关电源的控制方法及二次侧控制器装置和开关 电源

技术领域

本发明涉及开关电源控制领域，尤其涉及一种PSR反激式开关电源的控制方法及二次侧控制器装置和PSR反激式开关电源。

背景技术

对于PSR反激式开关电源，为了减低待机损耗，降低开关频率是最有效的办法之一。通常采用两种方式，一种是直接把开关频率减低到30Hz～300Hz；另外一种是当开关频率减低到几千赫兹时，为了进一步减低开关频率，会让控制器进入简歇工作模式。在空载待机状态下，对同步整流控制器SR来说，负载动态响应是一个挑战。因为在这种情况下，工作开关频率F_SWMIN就会降到很低。由于PSR在每个开关周期只采样或读取一次输出电压，实际负载动态响应延迟取决于开关周期。因此，对于给定的动态负载，输出偏差大概为：

假设空载时最小开关频率为300Hz，负载从0A到2A跳变，如果要求电压降低的幅值不大于1V,则要求Cout为6700uF，对于5V/2A系统，这是很大的电容值。假设输出电容只有680uF,那输出电压就会降低9.8V，对于5V输出，输出电压就会降到0V。为了减小Cout的值，但同时要满足这种极端情况下的动态性能要求，现有技术中的方案如图1所示，在变压器的二次侧绕组Ns的低压侧(pin6)增加了IC2这个功能模块。IC2模块的功能是通过Vin引脚和GND引脚检测输出电压Vout，当Vout低于某个电压时，唤醒信号单元工作，从而产生Iswake，Iswake会在一次侧辅助绕组Na间产生电压信号，这个信号的经过R1和R2的分压后被IC1的FB脚采样到，IC1就会马上启动工作，传输能量给二次侧负载，输出电压开始上升，从而避免输出电压掉的过低。

在现有技术提供的方案中，把同步整流MOSFET放置到的二次侧绕组Ns的低压侧Pin6处,这种结构的优点是采样输出电压比较方便；但缺点是不利于变压器的共模噪声的减小，一次侧PSR侧反激电源负载动态性能差。如果把现有技术方案中的同步整流MOSFET放置到二次侧绕组Ns的高压侧Pin7处,则IC2模块没法直接监测采样输出电压，IC1和IC2的通信功能没法工作，所有就无法改善负载动态性能。

发明内容

本发明提供一种PSR反激式开关电源的控制方法及二次侧控制器装置和开关电源，解决现有技术中一次侧PSR反激电源的负载动态性能差、变压器共模噪声大的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是提供一种PSR反激式开关电源的控制方法，包括：

二次侧控制器电性连接PSR反激式开关电源同步整流MOSFET的两端，并采样所述同步整流MOSFET两端的电压，所述同步整流MOSFET电性连接所述开关电源的二次侧绕组；

根据所述电压获取开关电源的输出电压；

根据所述输出电压的值唤醒开关电源的一次侧反激控制器，并由所述一次侧反激控制器向二次侧负载传输能量。

进一步的，所述根据输出电压的值唤醒开关电源的一次侧反激控制器，并由所述一次侧反激控制器向二次侧负载传输能量的步骤包括：

根据所述输出电压的值生成一个唤醒电流信号，并输送至所述开关电源的一次侧绕组；

使所述开关电源的一次侧绕组根据所述唤醒电流信号产生一个电压跳变信号，并输送至所述一次侧反激控制器；

使所述一次侧反激控制器根据所述电压跳变信号启动工作，并及时将能量传输至二次侧负载。

进一步的，所述采样同步整流MOSFET两端的电压的步骤具体为：

当所述同步整流MOSFET停止工作后，等同步整流MOSFET的Vds两端震荡电压衰减至零时，预设的Enable信号为正；

当所述Enable信号为正时，开始采样同步整流MOSFET两端的电压。

进一步的，所述根据输出电压的值生成一个唤醒电流信号的步骤包括：

判断所述输出电压的值是否小于预设的阈值；

当所述输出电压的值小于预设的阈值时，产生唤醒控制信号；

所述唤醒控制信号控制一个MOSFET管开通并产生一个唤醒电流信号。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种二次侧控制器装置，包括：

所述装置电性连接PSR反激式开关电源同步整流MOSFET的两端；

所述装置包括：

电压检测模块，用于采样所述同步整流MOSFET两端的电压，并根据所述电压获取开关电源的输出电压；

控制信号模块，用于判断所述输出电压的值是否小于预设的阈值，并当所述输出电压的值小于预设的阈值时，产生唤醒控制信号；

唤醒信号模块，用于根据所述唤醒控制信号产生一个唤醒电流信号，并根据所述唤醒电流信号唤醒开关电源的一次侧反激控制器，并由所述一次侧反激控制器向二次侧负载传输能量。

进一步的，所述装置还包括：

同步整流控制器，用于提升开关电源的效率。

进一步的，所述控制信号模块包括：

参考电压生成单元，用于通过采样检测获取参考电压；

比较单元，用于将所述参考电压与所述输出电压进行比较并产生基准信号；

唤醒控制信号生成单元，用于根据所述基准信号产生唤醒控制信号。

进一步的，所述装置还包括一MOSFET管，所述MOSFET管分别与所述唤醒控制信号生成单元和所述唤醒信号模块相连接，所述唤醒控制信号生成单元控制所述MOSFET管的开通，所述MOSFET管通过本MOSFET管的开通来产生所述唤醒电流信号。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种一种PSR反激式开关电源，包括：

所述开关电源包括如前所述得二次侧控制器装置。

进一步的，所述同步整流MOSFET电性连接在所述二次侧绕组的高压侧。

本发明的有益效果是：本申请提供的PSR反激式开关电源的控制方法，通过控制PSR反激式开关电源的二次侧控制器电性连接PSR反激式开关电源同步整流MOSFET的两端，并采样同步整流MOSFET两端的电压，该同步整流MOSFET电性连接PSR反激式开关电源的二次侧绕组；二次侧控制器根据采样的同步整流MOSFET两端的电压获取开关电源的输出电压，再根据该输出电压的值唤醒开关电源的一次侧反激控制器，并由一次侧反激控制器向二次侧负载传输能量，从而不但解决一次侧PSR反激电源的负载动态性能差的问题，还有助于解决变压器共模噪声大的技术问题。

附图说明

图1是现有技术中PSR反激式开关电源的控制方法的原理示意图；

图2是本发明一种PSR反激式开关电源的控制方法的原理示意图；

图3是本发明另一种PSR反激式开关电源的控制方法的原理示意图；

图4是本发明另一种PSR反激式开关电源的控制方法的原理示意图；

图5是本发明另一种PSR反激式开关电源的控制方法的原理示意图；

图6是本发明提供的方法中通过同步整流MOSFET Vds采样输出电压的波形示意图；

图7是本发明提供的方法中实现与一次侧PSR控制器通信的控制逻辑示意图；

图8是本发明一种二次侧控制器装置功能模块的实现框图；

图9是本发明提供的二次侧控制器装置中控制信号模块产生基准信号的实现框图；

图10是本发明提供的二次侧控制器装置中控制信号模块产生基准信号的另一实现框图；

图11是本发明提供的二次侧控制器装置中唤醒信号模块的实现框图；

图12是本发明提供的二次侧控制器装置的逻辑框图；

图13是本发明提供的另一二次侧控制器装置的逻辑框图；

图14是本发明提供的一种PSR反激式开关电源的逻辑框图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，在图1中，现有技术方案把同步整流MOSFET放置到的二次侧绕组Ns的低压侧Pin6处,这种结构的优点是采样输出电压比较方便；但缺点是不利于变压器的共模噪声的减小。如果把现有方案放置到二次侧绕组Ns的高压侧Pin7处,则二次侧控制器IC2模块没法直接监测采样输出电压，一次侧反激控制器IC1和IC2的通信功能没法工作，所有就无法改善负载动态性能。

为实现上述改进一次侧PSR反激电源负载动态性能的目的，本实施例中提供的PSR反激式开关电源的控制方法改变了输出电压的采样方式，从直接检测，采样输出电压变为检测，采样同步整流MOSFET的两端电压Vds，从而使IC2不但支持同步整流MOSFET放置于Ns的低压侧，也可以支持同步整流MOSFET放置于Ns的高压侧，同步整流MOSFET电性连接开关电源的二次侧绕组，分别如图2和图3所示。其中在图3中，将同步整流MOSFET放置于Ns的高压侧，该应用方法有利于改进一次侧PSR反激电源负载动态性能。

图4是本发明PSR反激式开关电源的控制方法在二次侧绕组低压侧的一种应用，该应用基于同步整流MOSFET两端Vds采样输出电压，把唤醒信号模块跟同步整流控制器SR集成在一起，实现IC2和IC1在负载动态时实现通信，IC2根据输出电压的值唤醒开关电源的一次侧反激控制器，并由IC1向IC2负载传输能量，从而改进了负载动态性能。

图5是本发明PSR反激式开关电源的控制方法在二次侧绕组高压侧的一种应用，该应用基于同步整流MOSFET两端Vds采样输出电压，把唤醒信号模块、同步整流控制器SR，以及同步整流MOSFET集成在一起，实现IC2和IC1在负载动态时实现通信，IC2根据输出电压的值唤醒开关电源的一次侧反激控制器，并由IC1向IC2负载传输能量，改进负载动态性能。

进一步请参阅图6和图7，图6是本发明提供的方法中通过同步整流MOSFET Vds采样输出电压的波形示意图；图7是本发明提供的方法中实现与一次侧PSR控制器通信的控制逻辑示意图。

图6的电压或信号波形说明了本技术发明使如何通过同步整流MOSFET两端的Vds电压去采样输出电压。图6的波形图适用于图2至图5的所有应用场景。具体的，当轻载工作时，为了降低待机损耗，反激变换器会工作在间歇工作模式，即反激变换器工作一段时间，停止工作一段时间。从二次侧的同步整流MOSFET两端的Vds电压波形也可以看到间歇工作的信息，图6中T2至T4就是反激变换器不工作的时间段。在这个时间段里，理论上同步整流MOSFET两端的Vds电压就等于Vout的电压值，但由于电路寄生参数的存在，在次级同步整流控制器关断后，会存在一段时间的震荡，震荡的波形会使Vds电压跟Vout不能完全相同。为了消除震荡的影响，从T2时刻开始，引入一个Tblanking的Vds屏蔽时间，在这个屏蔽时间过后，也就是等同步整流MOSFET的Vds两端震荡电压衰减至零时，Enable信号为正，请参阅图6中Enable在T3至T4时刻的信号，在Enable信号为正时，才开始通过Vds电压采样输出电压，保证采样到的Vds电压跟输出电压完全相同。Enable信号受Vsrg控制，也就是受Vds的电压信号的变化控制。

图7说明了IC2跟一次侧PWM控制器IC1实现通信的控制逻辑。当同步整流MOSFET停止工作后，开始采样同步整流MOSFET两端的电压；且在Enable信号为“1”时，Vds检测输出电压才有效，在T3时刻，输入负载从空载跳变到满载，由于这时反激变换器处于关断状态，输出电压会开始掉，Vds电压也在掉。当IC2模块检测到的输出电压的值小于一个预设的阈值Vth1时，唤醒控制信号Vswake有效，控制唤醒信号控制一个MOSFET管开通并产生一个电流Iswake，Iswake会在一次侧辅助绕组Na间产生一个电压跳变信号，该信号经过R1和R2的分压变成信号被IC1的FB脚采样到，如图7中的Vwake波形中的T4至T6段的信号波。IC1检测到这个电压跳变信号就会马上启动工作，传输能量给输出负载，输出电压开始上升，从而避免输出电压掉的过低。如果Enable信号为“0”，则IC2功能模块立即关断唤醒信号。需要说明的是，如果第一个Vswake信号没有唤醒一次侧的PWM控制器IC1工作，Vswake信号就会以一个固定的频率重复开启，例如33KHz，直到唤醒为止。

进一步请参阅图8，图8是发明一种二次侧控制器装置功能模块的实现框图，在图8中，当同步整流MOSFET停止工作后，输出电压经过采样检测并产生一个参考电压Vref，该参考电压Vref实时跟输出电压Vds进行比较产生一个基准信号：Vswakeo信号，这个Vswakeo信号受噪声屏蔽信号及唤醒信号重复启动定时器控制后，产生唤醒控制信号Vswake，即为了消除震荡的影响，引入一个Tblanking的Vds的噪声屏蔽时间，在这个屏蔽时间过后，也就是等同步整流MOSFET的Vds两端震荡电压衰减至零时，激活Enable信号为正，并在Enable信号为正时，开始采样同步整流MOSFET两端的电压Vds，也只在Enable信号为正时同步整流MOSFET两端的电压Vds的值与输出电压的值相等，采集的；并且如果第一个Vswake信号没有唤醒一次侧的PWM控制器IC1工作，唤醒信号重复启动定时器就会以一个固定的频率重复开启唤醒控制信号Vswake信号，Vswake信号就会重复开启，例如33KHz，直到唤醒为止。图8的实现方框只是实现IC2功能的一种方式，本专利不只限于这种方式，任何能实现本专利揭露的工作波形或工作行为都在本专利的保护范围内。

图9是本发明提供的二次侧控制器装置中控制信号模块产生基准信号的实现框图，对采样到的输出电压Vds进行分压，得到参考电压Vref，再使用输出电压Vd与该参考电压Vref通过比较器实时进行比较，得到一个基准信号：Vswakeo信号。

进一步的，如何实现根据采样到的输出电压Vds进行分压，得到参考电压Vref，具体的请参考图10，图10是本发明提供的二次侧控制器装置中控制信号模块产生基准信号的另一实现框图；在本框图中，通过对输出电压进行采样，并且在锁存器进行锁存，产生对应的参考电压，该参考电压跟输出电压进行实时比较，产生唤醒的控制信号。

图11是本发明提供的二次侧控制器装置中唤醒信号模块的实现框图，在本框图中，唤醒信号Vswake控制一个MOSFET管开通，产生唤醒电流Iswake，该Iswake由限流电路进行限流，防止电流过大，产生过大的损耗。

本发明实施例中，控制PSR反激式开关电源的二次侧控制器电性连接PSR反激式开关电源同步整流MOSFET的两端，并采样同步整流MOSFET两端的电压，该同步整流MOSFET电性连接PSR反激式开关电源的二次侧绕组；二次侧控制器根据采样的同步整流MOSFET两端的电压获取开关电源的输出电压，再根据该输出电压的值唤醒开关电源的一次侧反激控制器，并由一次侧反激控制器向二次侧负载传输能量，从而不但解决一次侧PSR反激电源的负载动态性能差的问题，还有助于解决变压器共模噪声大的技术问题。

请参阅图12，图12是本发明实施例提供的一种二次侧控制器装置的逻辑框图。在图12中，二次侧控制器装置包括：

电压检测模块101，用于采样同步整流MOSFET两端的电压，并根据所采样的同步整流MOSFET两端的电压获取开关电源的输出电压；

控制信号模块102，用于判断电压检测模块采集的输出电压的值是否小于预设的阈值，并当该输出电压的值小于预设的阈值时，产生唤醒控制信号；

唤醒信号模块103，用于根据控制信号模块产生的唤醒控制信号产生一个唤醒电流信号，并根据该唤醒电流信号唤醒开关电源的一次侧反激控制器，并由一次侧反激控制器向二次侧负载传输能量。

进一步的，控制信号模块102包括：

参考电压生成单元，用于通过采样检测获取参考电压；

比较单元，用于将参考电压生成单元采样检测获取的参考电压与输出电压进行比较并产生基准信号；

唤醒控制信号生成单元，用于根据比较单元产生的基准信号产生唤醒控制信号。

进一步的，请参阅图13，本实施例中的二次侧控制器装置还包括同步整流控制器104，用于提升开关电源的效率。

进一步的，本实施例中的二次侧控制器装置还包括一MOSFET管105，MOSFET管分别与唤醒控制信号生成单元和唤醒信号模块相连接，其中，唤醒控制信号生成单元控制MOSFET管的开通，MOSFET管通过本MOSFET管的开通来产生唤醒电流信号。

图1至图11对技术内容的揭示同样适用于本实施例，此处不做赘述。

在本实施例中，通过将二次侧控制器装置电性连接开关电源同步整流MOSFET的两端，并通过电压检测模块采样所述同步整流MOSFET两端的电压，并根据该电压获取开关电源的输出电压，再通过控制信号模块判断所述输出电压的值是否小于预设的阈值，并当输出电压的值小于预设的阈值时，产生唤醒控制信号，并由唤醒信号模块唤醒控制信号产生一个唤醒电流信号，再根据改唤醒电流信号唤醒开关电源的一次侧反激控制器，并由一次侧反激控制器向二次侧负载传输能量；本实施例提供的二次侧控制器装置不但解决一次侧PSR反激电源的负载动态性能差的问题，还有助于解决变压器共模噪声大的技术问题。

请参阅图14，本发明实施例还提供一种PSR反激式开关电源，该PSR反激式开关电源包括前述实施例中的二次侧控制器装置。

在本实施例中，PSR反激式开关电源通过将二次侧控制器电性连接开关电源同步整流MOSFET的两端，并采样同步整流MOSFET两端的电压，该同步整流MOSFET电性连接PSR反激式开关电源的二次侧绕组；二次侧控制器根据采样的同步整流MOSFET两端的电压获取开关电源的输出电压，再根据该输出电压的值唤醒开关电源的一次侧反激控制器，并由一次侧反激控制器向二次侧负载传输能量，从而不但解决一次侧PSR反激电源的负载动态性能差的问题，还有助于解决变压器共模噪声大的技术问题。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种PSR反激式开关电源的控制方法，其特征在于，包括：

二次侧控制器电性连接PSR反激式开关电源同步整流MOSFET的两端，并采样所述同步整流MOSFET两端的电压，所述同步整流MOSFET电性连接所述开关电源的二次侧绕组；

根据所述电压获取开关电源的输出电压；

根据所述输出电压的值唤醒开关电源的一次侧反激控制器，并由所述一次侧反激控制器向二次侧负载传输能量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据输出电压的值唤醒开关电源的一次侧反激控制器，并由所述一次侧反激控制器向二次侧负载传输能量的步骤包括：

根据所述输出电压的值生成一个唤醒电流信号，并输送至所述开关电源的一次侧绕组；

使所述开关电源的一次侧绕组根据所述唤醒电流信号产生一个电压跳变信号，并输送至所述一次侧反激控制器；

使所述一次侧反激控制器根据所述电压跳变信号启动工作，并及时将能量传输至二次侧负载。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采样同步整流MOSFET两端的电压的步骤具体为：

当所述同步整流MOSFET停止工作后，等同步整流MOSFET的Vds两端震荡电压衰减至零时，预设的Enable信号为正；

当所述Enable信号为正时，开始采样同步整流MOSFET两端的电压。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据输出电压的值生成一个唤醒电流信号的步骤包括：

判断所述输出电压的值是否小于预设的阈值；

当所述输出电压的值小于预设的阈值时，产生唤醒控制信号；

所述唤醒控制信号控制一个MOSFET管开通并产生一个唤醒电流信号。

5.一种二次侧控制器装置，其特征在于，所述装置电性连接PSR反激式开关电源同步整流MOSFET的两端；

所述装置包括：

电压检测模块，用于采样所述同步整流MOSFET两端的电压，并根据所述电压获取开关电源的输出电压；

控制信号模块，用于判断所述输出电压的值是否小于预设的阈值，并当所述输出电压的值小于预设的阈值时，产生唤醒控制信号；

唤醒信号模块，用于根据所述唤醒控制信号产生一个唤醒电流信号，并根据所述唤醒电流信号唤醒开关电源的一次侧反激控制器，并由所述一次侧反激控制器向二次侧负载传输能量。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

同步整流控制器，用于提升开关电源的效率。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述控制信号模块包括：

参考电压生成单元，用于通过采样检测获取参考电压；

比较单元，用于将所述参考电压与所述输出电压进行比较并产生基准信号；

唤醒控制信号生成单元，用于根据所述基准信号产生唤醒控制信号。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括一MOSFET管，所述MOSFET管分别与所述唤醒控制信号生成单元和所述唤醒信号模块相连接，所述唤醒控制信号生成单元控制所述MOSFET管的开通，所述MOSFET管通过本MOSFET管的开通来产生所述唤醒电流信号。

9.一种PSR反激式开关电源，其特征在于，所述开关电源包括权利要求5至权利要求8中任一一项权利要求所述的二次侧控制器装置。

10.根据权利要求9所述的开关电源，其特征在于，所述同步整流MOSFET电性连接在所述二次侧绕组的高压侧。

Images