CN113162426A

CN113162426A - 隔离变换器的控制方法及控制器

Info

Publication number: CN113162426A
Application number: CN202110432041.8A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: Shenzhen Nanyun Microelectronics Co ltd
Current assignee: Shenzhen Nanyun Microelectronics Co ltd
Priority date: 2021-04-21
Filing date: 2021-04-21
Publication date: 2021-07-23
Anticipated expiration: 2041-04-21
Also published as: CN113162426B

Abstract

本发明提供了一种隔离变换器的副边控制方法及控制器，包括原边辅控制芯片、隔离耦合单元、副边主控制芯片。原边芯片实现变换器系统的软启动及根据副边发送的开通信号脉宽解调出励磁电感的限流阈值；隔离耦合单元用于将副边的开通信号隔离地发送至原边；副边芯片实现变换器的稳态控制，包括三大功能：①钳位，变压器消磁结束后短暂地导通同步管，将变压器绕组两端电压钳制到输出电压，以便主功率管实现ZVS开通；②同步整流，变压器消磁阶段导通同步整流管，减小消磁的损耗；③环路控制，采样输出电压与基准电压比较，调制开通信号的宽度，原边基于开通信号的宽度解调出励磁电流的限流阈值，实现闭环控制。

Description

隔离变换器的控制方法及控制器

技术领域

本发明属于电力变换器领域，特别涉及一种隔离变换器的副边控制方法及控制器。

背景技术

隔离变换器的原、副边没有直流通路，由此带来两个好处：其一，对于原、副边存在高电势差的应用情况，可以满足安全规范；其二，原、副边的电噪声不会相互干扰。隔离变换器通过功率变压器，将原边的电能转换为磁能，再耦合到副边转换为电能，实现物理上的隔离。对于副边稳压的应用，需要将输出电压或负载电流信息隔离地反馈到原边控制器实现闭环控制。传统的方案是利用三端稳压器(431)结合光耦合器，将输出相关的电信号调制为光信号，再将光信号解调为电信号，实现反馈信号的隔离传输。

上述方案的不足之处在于：1、三端稳压器及光耦合器需要较大的静态工作电流，不利于功耗的降低，且光耦合器随着时间的推移及工作环境的恶化存在光衰，性能退化；2、为了提高变换器的效率，副边需要同步整流，传统方案中同步整流控制器通过检测与原边主功率管实现同步，设计难度大。

为解决传统方案的不足，一种方案是采用原边反馈的控制策略，即原边控制器通过检测功率变压器的反射电压，对输出电压或负载电流的信息进行采样，实现闭环控制，原边反馈的控制策略虽然可以精简外围，降低空载功耗，但是输出调节精度差，动态响应慢，而且仍然没有简化同步整流控制器的设计；另外一种方案是实现副边控制，将主控制电路放到副边，稳态控制时原边主功率管的驱动信号由副边控制器发送同步信号产生，同步信号的发送通过隔离耦合器件实现，由于隔离耦合器件的静态电流很小，在简化同步整流设计的同时，空载功耗得以降低，并且由于主控制电路在副边，使得输出信息的采样及反馈十分及时，变换器的动态响应性能大大提升。

第二种方案是现有技术中的优选方案，市面上MPS(美国芯源系统)的全集成芯片MPX2001就是采用的这种方案，其空载功耗、动态响应、集成度等性能优越。但是，该芯片没有实现主功率管及同步整流管的软开关，最大工作频率低，对于进一步提高变换器的功率密度及小型化发展不利。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明的目的是，提供一种隔离变换器的副边控制方法及控制器。该控制方法及控制器能够实现原边主功率管的ZVS(零电压开通)开通，同步整流管的ZCS(零电压关断)关断，优化效率及EMI，降低功率器件的电应力；同时，实现输出电压或负载电流信息的连续反馈及副边控制，保证输出调节精度、动态响应及整个控制环路的稳定性；实现原边主功率管和副边同步整流管的同步，提高同步整流控制的鲁棒性。

本发明的控制方法如下，包括如下步骤：

副边主控步骤，通过控制隔离变换器的同步整流管的开通时序，实现钳位和同步整流；

检测隔离变换器的同步整流管漏极电压，判断出隔离变换器的变压器消磁结束后谐振电压的波谷，开通同步整流管，钳位变压器副边两端电压为隔离变换器的输出电压，实现反向励磁；

根据设定的死区时间，置位开通信号并发出，开通信号用于控制隔离变换器的原边主功率管的导通情况；

根据设定的延时时间产生同步整流使能信号，当检测到同步整流管漏极电压低于0V，则开通同步整流管，实现整流；

采样整流时隔离变换器的输出电压，并将其与设定的基准电压比较，根据两者误差产生补偿信号后，再产生复位信号发出，复位信号用于使开通信号复位到初始化电平；复位信号产生或者检测到同步整流管漏源极电压差高于关断阈值时，立刻关断同步整流管，结束整流；

隔离耦合步骤，接收副边主控步骤发出的开通信号，并隔离耦合后发出；

原边辅控步骤，接收隔离耦合步骤发出的信号，并将其用于控制隔离变换器原边主功率管。

优选地，原边辅控步骤通过取隔离变换器输入电压达到启动，控制主功率管的栅极驱动电压，逐渐增大导通时间的占空比，实现软启动；副边控制步骤通过取输出电压达到启动。

优选地，原边辅控步骤中，接收到开通信号经过固有的驱动延时之后控制主功率管开通；同时，副边设置延时时间大于该固有驱动延时的时间，用于使能整流。

优选地，副边主控步骤还包括，根据检测同步整流管漏极电压在死区时间之内是否达到要保存的电压值，判断主功率管是否实现ZVS，若实现了ZVS，则在下个开关周期将钳位的时间减少一个单位时间；若未实现ZVS，则在下个开关周期将钳位的时间增加一个单位时间。

优选地，原边辅控步骤还包括，根据开通信号的宽度解调出限流阈值，限流阈值用以限定主功率管在变压器励磁时的电流。

优选地，副边主控步骤还包括，复位信号产生后，检测到同步整流管漏极谐振电压的第一个波谷时，开通同步整流管，进入下一个周期的钳位阶段，接着依次重复后续动作。

本发明的控制方法对应到具体的技术方案如下：

一种隔离变换器的控制器包括原边辅控制芯片、隔离耦合电路和副边主控制芯片，副边主控制芯片接入隔离变换器的副边，且连接隔离耦合电路，原边辅控制芯片接入隔离变换器的原边，且连接隔离耦合电路；

副边主控芯片用于在隔离变换器的变压器消磁结束后短暂地导通隔离变换器的同步整流管，钳位变压器副边绕组两端电压为隔离变换器的输出电压，实现变压器原边绕组的反向励磁，以便隔离变换器原边主功率管实现ZVS开通；还用于在变压器消磁阶段导通同步整流管，减小消磁的损耗；还用于采样输出电压，并将其与基准电压比较，调制产生的开通信号的宽度；

隔离耦合电路为磁电隔离或光电隔离，用于接收副边主控芯片发出的信号，并将其发送到原边辅控芯片，具体地，将开通信号隔离地发送至原边辅控芯片；原边辅控芯片用于实现隔离变换器的软启动并根据开通信号脉宽解调出励磁电流的限流阈值。

作为原边辅控芯片的一种具体实施方式，包括高压启动电路、软启动控制电路、接收解调电路、PWM调制电路和驱动电路；

高压启动电路一端用于接入隔离变换器输入电压，另一端连接软启动控制电路，软启动控制电路连接PWM调制电路和接收解调电路，PWM调制电路连接接收解调电路、主功率管源极和驱动电路，接收解调电路用于连接隔离耦合电路，驱动电路连接主功率管栅极；

高压启动电路通过输入电压产生原边辅控芯片工作所需的电源及启动时序信号；软启动控制电路用于基于启动时序，控制PWM调制电路逐渐展宽主功率管的导通占空比；接收解调电路用于接收隔离耦合电路发送的开通信号，基于开通信号置位信息控制PWM调制电路开通主功率管，或基于开通信号置位到复位的间隔解调出励磁电流限流阈值；PWM调制电路用于采样励磁电流，基于励磁电流限流阈值产生主功率管关断信号；驱动电路用于基于PWM调制电路提供的驱动信号，放大驱动能力控制主功率管的开通和关断。

作为接收解调电路的一种具体实施方式，包括开关602、电容603、开关604、开关605、采样信号产生电路、放大器、分压电阻608和分压电阻609；开关602的一端用于接基准电压REF3，开关602的另一端接电容603的一端、开关604的一端及恒流源601的电流流入端，恒流源601的电流流出端接开关605的一端，开关602的控制端接采样信号产生电路606的第一输出端，采样信号产生电路606的输入端用于接隔离耦合电路，采样信号产生电路606的第二输出端接开关605的控制端，采样信号产生电路606的第三输出端接开关604的控制端，开关604的另一端接放大器的正向输入端，放大器的反向输入端短接其输出端，其输出端还连接分压电阻608的一端，分压电阻608的另一端连接分压电阻609的一端，用于输出励磁电流限流阈值，电容603的另一端、开关605的另一端和分压电阻609的另一端接地。

作为副边主控芯片的一种具体实施方式，包括启动电路、ZVS实现判断电路、过零与波谷检测电路、同步整流控制电路、开通信号调制电路、调制发送电路、环路补偿电路、误差放大器电路和驱动电路；

启动电路用于接入隔离变换器的输出电压，ZVS实现判断电路的第一输入端用于接入同步整流管的漏极，ZVS实现判断电路的输出端接同步整流控制电路，过零与波谷检测电路的输入端用于接入同步整流管的漏极，过零与波谷检测电路的输出端接同步整流控制电路，同步整流控制电路的第一输出端接驱动电路的输入端，驱动电路的输出端用于接同步整流管的栅极，同步整流控制电路的第二输出端接开通信号调制电路的第一输入端，开通信号调制电路的输出端连接ZVS实现判断电路的第二输入端和调制发送电路的输入端，调制发送电路的输出端用于接隔离耦合电路，误差放大器电路的正向输入端接基准电压REF，误差放大器电路的反向输入端用于接入隔离变换器副边电压采样值，误差放大器电路的输出端接环路补偿电路的输入端，环路补偿电路的输出端接开通信号调制电路的第二输入端；

启动电路用于产生副边主控芯片工作所需的电源及启动时序信号；ZVS实现判断电路用于检测同步整流管漏极电压在开通信号的置位时刻是否达到保存的电压值，并产生判断信号输出到同步整流控制电路，保存电压值为励磁阶段同步整流管漏极电压值；

过零与波谷检测电路用于检测同步整流管漏极电压，并在漏极谐振电压的波谷产生波谷信号输出到同步整流控制电路，还在漏源极电压差低于0V时产生整流阶段开始信号输出到同步整流控制电路，还在漏源极电压差高于关断阈值时产生整流阶段结束信号输出到同步整流控制电路；

同步整流控制电路用于根据整流阶段开始及结束信号产生同步整流管驱动信号，控制同步整流管导通及关闭，还用于根据波谷信号产生钳位开始信号、基于设定的时间产生钳位结束信号发送给驱动电路，还用于基于ZVS实现判断电路的输出，自适应地在钳位阶段的时间上增加或减小一个单位时间；

驱动电路用于将同步整流控制电路的驱动信号放大驱动能力之后控制同步整流管的开通和关断；

开通信号调制电路用于在同步整流控制电路输出的钳位阶段结束之后延时一个设定的死区时间，置位开通信号，还用于基于环路补偿电路输出的电压或电流信号调制开通信号的宽度，产生开通信号的复位信号；

环路补偿电路用于将从误差放大器收到的误差信号，输出为补偿信号至开通信号调制电路；开通信号调制电路用于输出开通信号至调制发送电路及ZVS实现判断电路；调制发送电路将开通信号调制之后发给隔离耦合电路。

作为过零及波谷检测电路的一种具体实施方式，包括波谷检测电路，波谷检测电路比较器201和自适应延时电路202，比较器201的正向输入端用于接同步整流管漏极，比较器201的反向输入端用于接输出电压，比较器201的输出端接自适应延时电路202的输入端，自适应延时电路202的输出端用于接同步整流控制电路。

作为ZVS实现判断电路的一种具体实施方式，包括电压转换电路、采样保持电路、比较器303、叠加电压、D触发器305和非门306，电压转换电路输入端用于连接同步整流管漏极，电压转换电路输出端连接采样保持电路的输入端，采样保持电路的输出端接比较器303的正向输入端，叠加电压的负向端接采样保持电路的输入端，叠加电压的正向端接比较器303的负向输入端，比较器303的输出端接D触发器305的D输入端，非门306输入端用于接开通信号调制电路，非门306输出端接D触发器305的触发端，D触发器305的复位端用于接副边主控芯片的全局初始化信号，D触发器305的输出端用于输出ZVS实现情况的标志信号。

作为同步整流控制电路的一种具体实施方式，包括非门401、与门403、延时器402、与非门404、与门405、高电平产生器406、D触发器407、比较器408、脉冲发生器、钳位时间自适应电路和与门411，延时器402和非门401的输入端都用于接ZVS实现判断电路，比较器408的正向输入端用于接入阈值电压，该阈值电压接近0V，比较器408的反向输入端和与门403的第一输入端接过零与波谷检测电路，非门401的输出端接与门403的第二输入端，延时器402的输出端和比较器408的输出端分别接入与非门404的两个输入端，与门403的输出端和与非门404的输出端分别接入与门405的两个输入端，比较器408的输出端还连接脉冲发生器的一端，钳位时间自适应电路一端接ZVS实现判断电路，脉冲发生器的另一端和钳位时间自适应电路的另一端分别接入与门411的两个输入端，D触发器407的D输入端接高电平产生器406，D触发器407的触发端接与门405的输出端，D触发器407的复位端接与门411的输出端，D触发器407的Q输出端连接驱动电路。

作为开通信号调制电路的一种具体实施方式，包括跨导放大器、比较器504、电容502、开关503、高电平产生器505、D触发器506、与门507、延时器508、与非门509和死区时间设置电路，跨导放大器的正向输入端接环路补偿电路，跨导放大器的负向输入端用于接基准电压REF1，跨导放大器的输出端接比较器504的负向输入端、电容502的一端和开关503的一端，开关503的控制端接与非门509的输出端，与非门509的第一输入端接延时器508的一端，比较器504的正向输入端用于接基准电压REF2，比较器504的输出端接与门507的第一输入端，与门507的第二输入端用于接副边主控芯片的全局初始化信号，与门507的的输出端和延时器508的另一端接D触发器506的复位端，D触发器506的D输入端接高电平产生器505，D触发器506的Q输出端接ZVS实现判断电路和调制发送电路，D触发器506的Q输出端还接与非门509的第二输入端，D触发器506的触发端接死区时间设置电路的一端，死区时间设置电路的另一端接同步整流控制电路，电容502的另一端及开关503的另一端接地。

本发明的有益效果在于：

1、提供的控制方法及控制器能够实现原边主功率管的ZVS(零电压开通)开通，同步整流管的ZCS(零电压关断)关断，优化效率及EMI，降低功率器件的电应力，提高功率密度；

2、实现输出电压或负载电流信息的连续反馈及副边控制，保证输出调节精度、动态响应及整个控制环路的稳定性；

3、实现原边主功率管和副边同步整流管的同步，提高同步整流控制的鲁棒性。

附图说明

图1为基于反激变换器典型应用的本发明控制电路框图；

图2为本发明副边主控芯片中波谷检测电路原理图；

图3为本发明副边主控芯片中ZVS实现判断电路的原理图；

图4为本发明副边主控芯片中同步整流控制电路的原理图；

图5为本发明副边主控芯片中开通时间调制电路的原理图；

图6为本发明原边辅控芯片中接收解调电路的原理图；

图7为本发明控制电路中关键信号的时序图；

图8为本发明原边限流阈值与开通信号宽度的关系图；

图9为本发明控制方法的工作流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1至附图9对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

第一实施例

如图1所示，本发明的控制器电路包括，原边辅控芯片110、副边主控芯片120、隔离耦合电路130。原边辅控芯片110包括，高压启动电路111、驱动电路112、软启动控制电路113、PWM调制电路114和接收解调电路115；副边主控芯片120包括，ZVS实现判断电路121、过零与波谷检测电路122、同步整流控制电路123、驱动电路124、开通信号调制电路125、启动电路126、调制发送电路127、环路补偿电路128和误差放大器129。图1给出的适用环境为典型反激变换器，其拓扑包括，吸收电容101、吸收电阻102、漏电感103、吸收二极管104、变压器105、主功率管106、励磁电流采样电阻107、同步整流管108、输出滤波电容109、采样输出电压的分压电阻140及分压电阻150，其中，吸收电容101、吸收电阻102、吸收二极管104组成RCD吸收电路，用以耗散漏电感103的能量。本发明控制电路及典型反激变换器拓扑中的电路元件连接关系遵照图1，不予赘述，重点阐述电路的工作原理。

原边辅控芯片110的高压启动电路111从变换器的母线电压VIN取电，产生内部电路所需的电源及启动时序信号；变换器正常工作之后，高压启动电路111停止从母线电压VIN取电，原边辅控芯片110由另外的供电途径供电，典型的供电途径为辅助绕组。软启动控制电路113根据启动时序信号开始工作，控制PWM调制电路114逐渐展宽主功率管106驱动信号的占空比，降低变压器电感、主功率管106及采样电阻107的电流冲击。PWM调制电路114输出驱动信号经过驱动电路112放大驱动能力之后，控制N型的主功率管106开通和关断，变压器不断地励磁、消磁，在消磁阶段给副边输出电容109充电，输出电压VOUT逐渐上升。

副边主控芯片120的启动电路126从输出电压VOUT取电，产生内部电路所需的电源及启动时序信号，达到设定的启动点后副边主控芯片120开始工作。过零与波谷检测电路122检测同步整流管108的漏极电压波形，变压器消磁结束后，同步整流管108的漏极电压出现谐振，谐振周期由变压器副边绕组电感及同步整流管108漏极的寄生电容决定；在同步整流管108漏极电压的谐振波谷，过零与波谷检测电路122产生波谷信号输出到同步整流控制电路123中。同步整流控制电路123基于启动电路126启动时序信号后的第一个波谷信号，产生钳位阶段开始信号，经过驱动电路124之后开通同步整流管108进入钳位阶段；同步整流控制电路123基于设定的时间产生钳位阶段结束信号，经过驱动电路124之后关断同步整流管，结束钳位阶段。钳位阶段强制同步整流管导通，将变压器的副边绕组电压钳制到输出电压VOUT，则原边绕组实现反向励磁，即原边开关节点VDSP电压高于母线电压VIN。钳位阶段结束后，由于电感电流不能突变，变压器原边绕组将原边开关节点VDSP的寄生电容放电，使得原边开关节点VDSP的电压降低，为主功率管106的ZVS开通提供了可能。同步整流管控制电路123在钳位阶段后设定一个死区时间，经过死区时间置位开通信号，典型情况下开通信号初始化为低电平，经过置位变为高电平。

以典型情况作说明，开通信号变为高电平经由调制发送电路127发送到原边辅控芯片110的接收解调电路115。接收解调电路115接收到高电平开通信号后，立刻使PWM调制电路114输出高电平驱动信号，经过驱动电路112后控制主功率管106开通。

副边同步整流控制电路123在开通信号变为高电平之后延时一个设定时间使能同步整流功能，此后，一旦检测到同步整流管108漏极电压低于0V，立刻产生整流阶段开始信号，经过驱动电路124将同步整流管108开通；整流阶段的开始说明变压器完成励磁，进入消磁阶段。在励磁阶段，ZVS实现判断电路121将同步整流管108漏极电压采样并保存下来。过零与波谷检测电路122继续检测同步整流管108漏源极电压差，一旦高于设定的关断阈值，产生整流阶段结束信号；同步整流控制电路123使得同步整流管108驱动信号变低，经过驱动电路124将同步整流管108关断。

在整流阶段，采样输出电压VOUT，经过分压电阻140、150产生的分压值与基准电压REF比较，比较的误差经过误差放大器129输出到环路补偿电路128；环路补偿电路128，典型地，采用滞后补偿，输出补偿信号至开通信号调制电路125。开通信号调制电路125基于补偿信号调制开通信号的脉宽，即决定何时将开通信号复位，变为低电平。

开通信号复位之后，同步整流控制电路123根据输入的波谷信号，选择第一个波谷开通同步整流管108，进入下个周期的钳位阶段。并且，在开通信号变为高电平的时刻，ZVS实现判断电路121依据同步整流管108漏极电压是否达到前一开关周期保存下来的电压，判断是否实现主功率管106的ZVS开通。同步整流控制电路123依据判断的结果，自适应地调节下个周期钳位阶段维持的时间，若判断未实现ZVS，则将钳位阶段增加一个单位时间；若判断实现了ZVS，则将钳位阶段减小一个单位时间。

以上，为整个控制器的控制原理，下面具体阐述重要模块电路的工作原理。如图2，过零与波谷检测电路122中的波谷检测电路包括，比较器201和自适应延时电路202。比较器201比较同步整流管108漏极电压VDSS与输出电压VOUT，输出的低电平表示漏极谐振电压的一半周期。自适应延时电路202基于比较器201的输出结果自适应地产生波谷信号QR_L。

如图3，ZVS实现判断电路121包括，电压转换电路301、采样保持电路302、比较器303、叠加电压304、D触发器305和非门306。同步整流管108漏极电压VDSS输入到电压转换电路301，经过电压转电流再转电压或者直接电阻分压转换为漏极电压VDSS的比例电压输出；采样保持电路302在变压器励磁阶段将比例电压采样并保存，接到比较器303的正向输入端。比例电压和叠加电压304叠加后接到比较器303的负向输入端，叠加电压304较小，在开通信号置位的时刻，即开通信号TONP翻转为高电平的时刻，采样比较器303的输出。因为开通信号TONP置位的时刻对应于主功率管106的开通时刻，所以，若此时同步整流管108漏极电压已经达到前一开关周期保存的励磁阶段电压，说明原边开关节点VDSP电压已经下降到0V，实现了主功率管106的ZVS开通，反之，未实现ZVS开通。D触发器305输出ZVS_OK信号为高电平表示未实现ZVS，为低电平表示实现了ZVS。

如图4，同步整流控制电路123包括，非门401、与门403、延时器(Delay)402、与非门404、与门405、高电平产生器406、D触发器407、比较器408、脉冲发生器(One_Shot)409、钳位时间自适应电路410和与门411。开通信号TONP置位，翻转为高电平时，经过延时器402的延时，输出到与非门404的输入端，此时原边主功率管106处于导通阶段，变压器励磁；此后，消磁阶段开始，同步整流管108漏极电压VDSS下掉，低于比较器408的正向输入端电压VTH，比较器408输出高电平，正向输入端电压VTH典型值为负几毫伏。与非门404输出低电平，与门405输出低电平，触发D触发器407，同步整流控制电路123的输出信号TONS翻转为高电平。TONS经过驱动电路124后开通同步整流管108，进入整流阶段。变压器消磁电流线性下降，同步整流管108漏极电压VDSS逐渐上升，超过正向输入端电压VTH，比较器408输出低电平，经过脉冲发生器409输出低电平窄脉冲，再经过与门411将D触发器407复位，TONS翻转为低电平，经过驱动电路124关断同步整流管，结束整流阶段。此后，变压器基本消磁完成，同步整流管108漏极电压开始谐振，波谷信号QR_L在每个谐振的波谷翻转为低电平窄脉冲；开通信号TONP翻转为低电平(复位)的条件下，选择第一个波谷信号QR_L的低电平窄脉冲，经过与门403及与门405再次触发D触发器407，TONS翻转为高电平，进入钳位阶段。钳位时，自适应电路410基于标志主功率管106ZVS实现情况的ZVS_OK信号，产生钳位结束信号TCLP，经过与门411，复位D触发器407，TONS翻转为低电平，经过驱动电路124，关断同步整流管108，结束钳位阶段。

如图5，开通信号调制电路125包括，跨导放大器501、比较器504、电容502、开关503、高电平产生电路505、D触发器506、与门507、延时器(Delay)508、与非门509、死区时间设置电路(Tdead)510和基准电压REF1、REF2。与门507的一个输入端输入全局初始化信号ENP，使得D触发器506初始化输出低电平。图4电路中，钳位时间自适应电路410输出的钳位结束信号TCLP经过死区时间设置电路510，延时一个设定的时间，触发D触发器506，使得开通信号TONP翻转为高电平；与非门509输出低电平，将开关503断开；跨导放大器501输出的电流给电容502充电；跨导放大器501的输出电流由补偿信号决定，假设跨导放大器的跨导增益为GM，则跨导放大器501输出电流I_CH为：

I_CH＝GM·(VCOM-REF1)

电容502的电压达到比较器504的翻转阈值(基准电压)REF2，比较器504输出低电平，电容502充电至基准电压REF2的时间T_CH为：

式中，C₅₀₂为电容502的容值，T_CH即为开通信号TONP维持高电平的时间。比较器504输出低电平，经过与门507将D触发器506复位，开通信号TONP复位为低电平，经过与非门509输出高电平，将开关503闭合，将电容502储存的电荷泄放掉，以便进行下个周期的开通信号TONP的调制。

如图6，原边接收解调电路115包括，基准电压REF3、恒流源601、开关602、电容603、开关604、开关605、采样信号产生电路606、放大器607和分压电阻608、609。副边主控芯片120调制好的开通信号TONP经过隔离耦合电路130发送到原边辅控芯片110，因为原边接收信号只比开通信号TONP延时很短的时间，所以仍用TONP表示原边接收到的信号。TONP信号维持高电平的时间代表了补偿信号VCOM的大小，而补偿信号VCOM的大小代表了变换器负载的大小，所以，将TONP为高电平的时间解调为电压信号，即可用于变换器原边电感电流的调制。采样信号产生电路606根据TONP信号的高电平产生两个开关控制信号，将开关602断开，并将开关605闭合，以恒流源601的电流I₆₀₁给电容603放电；TONP信号翻转为低电平时，断开605，停止电容603的放电。此时，电容603的电压V_C603为：

式中，T_CH如上文所述为开通信号TONP维持高电平的时间，C₆₀₃为电容603的容值。采样信号产生电路606产生开关控制信号，此控制信号为窄脉冲信号，控制开关604闭合，将电容603的电压采样至放大器607的正向输入端。在开关604的控制信号翻转为低电平，即开关604断开之后，采样信号产生电路606产生窄脉冲控制信号将开关602闭合，电容603的电压复位至基准电压REF3。放大器607的负向输入端接自身的输出端，构成缓冲器，则放大器607的输出电压等于正向输入端保存的电压，经过电阻608、609分压之后，得到电感电流调制电压VCS_LIMIT为：

将副边调制的开通信号为高电平的时间TCH带入上式可得：

如图7为关键信号的波形时序图。同步整流管108的开通分为钳位阶段和整流阶段，通过检测同步整流管108漏极电压VDSS，产生表示VDSS波谷位置的信号QR_L，QR_L低电平窄脉冲有效；图中，在整流阶段结束时刻也会产生低电平窄脉冲，以便变换器工作在临界模式。开通信号TONP由高电平翻转为低电平后，选择波谷信号QR_L的第一个窄脉冲信号使得同步整流管108开通，进入钳位阶段。钳位阶段的维持时间由检测原边主功率管106是否实现ZVS开通而动态地自适应调节。钳位阶段结束后，延时一个设定的死区时间，使得开通信号TONP翻转为高电平，原边主功率管106开通。此后，使能同步整流功能，一旦励磁结束，检测到同步整流管108漏极电压低于0V，即开通同步整流管，进入整流阶段。整流阶段何时结束由检测同步整流管108漏极电压是否高于关断阈值决定。开通信号TONP维持高电平的时间包含了变换器负载的信息，在原边辅控芯片110中将开通信号TONP高电平的时间解调为VCS的限流阈值，可实现环路的PWM调制。

如图8，为变换器原边电感电流的限流阈值随开通信号宽度的关系图。随着变换器负载的降低，开通信号宽度增加，原边限流阈值下降。应当明确，二者的关系呈现出负相关，不一定是线性关系。

如图9，为本发明控制方法及控制器的工作流程图。原边辅控芯片负责变换器系统的启动、限流阈值解调及PWM调制；副边主控芯片通过控制同步整流管108的开通时序，实现钳位和整流功能，并且实现稳态的闭环控制及ZVS调节。

应当明确，上述实施例主要基于变换器的DCM(断续电流模式)模式进行描述，实际工作过程中，只要开通信号TONP由高电平变为低电平的下降沿先于变压器的消磁结束时刻产生，既可以使变换器工作于CCM(连续电流模式)模式。

本发明的实施方式不限于此，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明的隔离变换器副边控制方法及控制器还有其它的实施方式；因此本发明还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims

1.一种隔离变换器控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的隔离变换器控制方法，其特征在于：所述的原边辅控步骤通过取隔离变换器输入电压达到启动，控制主功率管的栅极驱动电压，逐渐增大导通时间的占空比，实现软启动；副边控制步骤通过取输出电压达到启动。

3.根据权利要求1所述的隔离变换器控制方法，其特征在于：所述的原边辅控步骤中，接收到开通信号经过固有的驱动延时之后控制主功率管开通；同时，副边设置延时时间大于该固有驱动延时的时间，用于使能整流。

4.根据权利要求1所述的隔离变换器控制方法，其特征在于：所述的副边主控步骤还包括，根据检测同步整流管漏极电压在死区时间之内是否达到要保存的电压值，判断主功率管是否实现ZVS，若实现了ZVS，则在下个开关周期将钳位的时间减少一个单位时间；若未实现ZVS，则在下个开关周期将钳位的时间增加一个单位时间。

5.根据权利要求1所述的隔离变换器控制方法，其特征在于：所述的原边辅控步骤还包括，根据开通信号的宽度解调出限流阈值，限流阈值用以限定主功率管在变压器励磁时的电流。

6.根据权利要求1所述的隔离变换器控制方法，其特征在于：所述的副边主控步骤还包括，复位信号产生后，检测到同步整流管漏极谐振电压的第一个波谷时，开通同步整流管，进入下一个周期的钳位阶段，接着依次重复后续动作。

7.一种隔离变换器的控制器，其特征在于：包括原边辅控制芯片、隔离耦合电路和副边主控制芯片，副边主控制芯片接入隔离变换器的副边，且连接隔离耦合电路，原边辅控制芯片接入隔离变换器的原边，且连接隔离耦合电路；

8.根据权利要求7所述的隔离变换器的控制器，其特征在于：所述的原边辅控芯片包括高压启动电路、软启动控制电路、接收解调电路、PWM调制电路和驱动电路；

9.根据权利要求8所述的隔离变换器的控制器，其特征在于：所述的接收解调电路包括开关602、电容603、开关604、开关605、采样信号产生电路、放大器、分压电阻608和分压电阻609；开关602的一端用于接基准电压REF3，开关602的另一端接电容603的一端、开关604的一端及恒流源601的电流流入端，恒流源601的电流流出端接开关605的一端，开关602的控制端接采样信号产生电路606的第一输出端，采样信号产生电路606的输入端用于接隔离耦合电路，采样信号产生电路606的第二输出端接开关605的控制端，采样信号产生电路606的第三输出端接开关604的控制端，开关604的另一端接放大器的正向输入端，放大器的反向输入端短接其输出端，其输出端还连接分压电阻608的一端，分压电阻608的另一端连接分压电阻609的一端，用于输出励磁电流限流阈值，电容603的另一端、开关605的另一端和分压电阻609的另一端接地。

10.根据权利要求7所述的隔离变换器的控制器，其特征在于：所述的副边主控芯片包括启动电路、ZVS实现判断电路、过零与波谷检测电路、同步整流控制电路、开通信号调制电路、调制发送电路、环路补偿电路、误差放大器电路和驱动电路；

11.根据权利要求10所述的隔离变换器的控制器，其特征在于：所述的过零及波谷检测电路包括波谷检测电路，波谷检测电路比较器201和自适应延时电路202，比较器201的正向输入端用于接同步整流管漏极，比较器201的反向输入端用于接输出电压，比较器201的输出端接自适应延时电路202的输入端，自适应延时电路202的输出端用于接同步整流控制电路。

12.根据权利要求10所述的隔离变换器的控制器，其特征在于：所述的ZVS实现判断电路包括电压转换电路、采样保持电路、比较器303、叠加电压、D触发器305和非门306，电压转换电路输入端用于连接同步整流管漏极，电压转换电路输出端连接采样保持电路的输入端，采样保持电路的输出端接比较器303的正向输入端，叠加电压的负向端接采样保持电路的输入端，叠加电压的正向端接比较器303的负向输入端，比较器303的输出端接D触发器305的D输入端，非门306输入端用于接开通信号调制电路，非门306输出端接D触发器305的触发端，D触发器305的复位端用于接副边主控芯片的全局初始化信号，D触发器305的输出端用于输出ZVS实现情况的标志信号。

13.根据权利要求10所述的隔离变换器的控制器，其特征在于：所述的同步整流控制电路包括非门401、与门403、延时器402、与非门404、与门405、高电平产生器406、D触发器407、比较器408、脉冲发生器、钳位时间自适应电路和与门411，延时器402和非门401的输入端都用于接ZVS实现判断电路，比较器408的正向输入端用于接入阈值电压，该阈值电压接近0V，比较器408的反向输入端和与门403的第一输入端接过零与波谷检测电路，非门401的输出端接与门403的第二输入端，延时器402的输出端和比较器408的输出端分别接入与非门404的两个输入端，与门403的输出端和与非门404的输出端分别接入与门405的两个输入端，比较器408的输出端还连接脉冲发生器的一端，钳位时间自适应电路一端接ZVS实现判断电路，脉冲发生器的另一端和钳位时间自适应电路的另一端分别接入与门411的两个输入端，D触发器407的D输入端接高电平产生器406，D触发器407的触发端接与门405的输出端，D触发器407的复位端接与门411的输出端，D触发器407的Q输出端连接驱动电路。

14.根据权利要求10所述的隔离变换器的控制器，其特征在于：所述的开通信号调制电路包括跨导放大器、比较器504、电容502、开关503、高电平产生器505、D触发器506、与门507、延时器508、与非门509和死区时间设置电路，跨导放大器的正向输入端接环路补偿电路，跨导放大器的负向输入端用于接基准电压REF1，跨导放大器的输出端接比较器504的负向输入端、电容502的一端和开关503的一端，开关503的控制端接与非门509的输出端，与非门509的第一输入端接延时器508的一端，比较器504的正向输入端用于接基准电压REF2，比较器504的输出端接与门507的第一输入端，与门507的第二输入端用于接副边主控芯片的全局初始化信号，与门507的的输出端和延时器508的另一端接D触发器506的复位端，D触发器506的D输入端接高电平产生器505，D触发器506的Q输出端接ZVS实现判断电路和调制发送电路，D触发器506的Q输出端还接与非门509的第二输入端，D触发器506的触发端接死区时间设置电路的一端，死区时间设置电路的另一端接同步整流控制电路，电容502的另一端及开关503的另一端接地。