CN113746347B - 反激式开关电源及其采样控制电路、采样控制方法和芯片 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及反激式开关电源及其采样控制电路、采样控制方法和芯片，属于开关电源控制技术领域，其包括主功率开关管，用于控制原边绕组是否导通；电源控制模块，包括电流检测输入端和信号输出端，控制主功率开关管的导通或者截止，进而调控开关电源的输出电压；采样反馈模块，包括采样输入端、信号输入端和采样输出端，采样输入端连接辅助绕组用于获取辅助绕组上的取样信号，信号输入端连接电源控制模块的信号输出端，采样输出端连接电源控制模块；采样反馈模块根据信号输入端接收到的控制信号对采样输入端输入的取样信号进行处理并从采样输出端输出采样信号。具有改善反激式开关电源采样控制电路的采样精度以提高电源输出电压稳定性的效果。

Description

反激式开关电源及其采样控制电路、采样控制方法和芯片
技术领域
本申请涉及开关电源控制的领域，尤其是涉及一种反激式开关电源及其采样控制电路、采样控制方法和芯片。
背景技术
近年来，电子通讯终端产品发展迅速，其闲逛充电器市场随之发展，在小功率消费类电子应用中，反激式电源是主流，因为反激式电源非常适合小功率段，同时天然提供了隔离效果。反激式变换器由于其自身成本、性能优势，被广泛应用于这个领域，而各种采用原边反馈的恒压恒流控制器，因其外围结构简单、成本低廉，被广泛接受和应用。
PWM型开关电源的电压调节环路需要精准的采样开关电源输出电压，把输出电压的采样作为PWM控制器的反馈电压，该反馈电压经PWM控制器内部的误差放大器后，调整开关信号的占空比，以实现电源自身的稳压输出。一般，在反激式PWM变换器中，存在两种反馈方式，一种是传统的副边反馈（SSR），一种是新颖的原边反馈（PSR）。由于原边反馈无需实用TL431和光耦合器，减少了外围元件，降低了电路的复杂度，更为优化和高效，因此原边反馈的应用更加广泛。
原边反馈不从输出直接采样，而是从初级线圈（原边绕组）采样，通过初级线圈的情况来计算次级线圈（副边绕组）的情况，进而推算出输出情况。由于部分信息难以从初级线圈中直接得到，因此通常还使用一个辅助线圈（辅助绕组），辅助线圈与初级线圈共地，和次级线圈隔离。采用原边反馈结构的控制器，输出的恒压、恒流与采样的精度密切关系，原边反馈结构的控制器通过对辅助绕组电压采样，达到对恒压精度的控制，因此，采样的精度决定了输出电压的精度。
理想状态下，如果能够在副边绕组电流为0时，对辅助绕组的电压进行采样，才能获得精确的输出电压Vout。对上述中的相关技术，发明人发现在实际使用状况下，实际采样点总会在副边绕组电流为0时左右波动，从而无法获得精确的输出电压。
发明内容
为了改善反激式开关电源采样控制电路的采样精度以提高电源输出电压的稳定性，本申请提供一种反激式开关电源及其采样控制电路、采样控制方法和芯片。
第一方面，本申请提供一种反激式开关电源采样控制电路，采用如下的技术方案：
一种反激式开关电源采样控制电路，其应用于反激式开关电源中，包括：
主功率开关管，用于控制原边绕组是否导通；
电源控制模块，包括电流检测输入端和信号输出端，所述电流检测输入端连接原边绕组用于检测原边绕组导通时产生的电流，所述信号输出端连接主功率开关管，所述电源控制模块根据开关电源当前输出的电压值所对应的工作频率以及电流检测输入端输入的电流值从信号输出端输出控制信号以控制主功率开关管的导通或者截止，进而调控开关电源的输出电压；
采样反馈模块，包括采样输入端、信号输入端和采样输出端，所述采样输入端连接辅助绕组用于获取辅助绕组上的取样信号，所述信号输入端连接电源控制模块的信号输出端，所述采样输出端连接电源控制模块；所述采样反馈模块根据信号输入端接收到的控制信号对采样输入端输入的取样信号进行处理并从采样输出端输出采样信号。
进一步地，所述采样反馈模块包括：
信号转换单元，电连接于采样输入端，用于接收取样信号；
预设充放电单元，包括充电电容和恒流源，电连接于信号输入端和信号转换单元，用于接收电源控制模块输出的控制信号并根据控制信号实现充电电容的充电或放电；
比较判断单元，电连接于信号输入端和预设充放电单元，用于接收电源控制模块输出的控制信号，根据控制信号实现在预设充放电单元放电时对充电电容电量进行比较判断并输出判断结果；
采样输出单元，电连接于采样输入端和比较判断单元，用于接收取样信号和比较判断单元输出的判断结果，并根据判断结果输出采样信号。
进一步地，所述信号转换单元包括一输入端与采样输入端连接的与运算放大器和电流镜，所述电流镜的输入端与运算放大器之间耦接有调整管，所述电流镜的输出端与预设充放电单元连接。
进一步地，所述预设充放电单元还包括第一开关件，所述第一开关件和充电电容依次串联连接于信号转换单元输出单元和地之间，所述充电电容的两端并联设置有第二开关件和恒流源，所述第二开关件和恒流源串联设置，所述第一开关件和第二开关件均受控于电源控制模块输出的控制信号，所述第一开关件和第二开关件的导通关系相反，所述第一开关件导通时，所述充电电容充电，所述第二开关件导通时，所述充电电容放电。
进一步地，所述比较判断单元包括比较器，所述比较器的一输入端耦接于第二开关件与充电电容的耦接点，所述比较器的另一输入端耦接有基准电路，所述比较器用于比较充电电容上的电压和基准电路的基准电压并输出判断结果。
第二方面，本申请提供一种应用上述反激式开关电源采样控制电路的开关电源，包括原边绕组、副边绕组和辅助绕组，所述主功率开关管与原边绕组串联，所述电源控制模块耦接于辅助绕组和主功率开关管之间，所述采样反馈模块耦接于辅助绕组和电源控制模块之间。
进一步地，所述原边绕组的一端获取输入电压信号，另一端耦接至主功率开关管的一端，所述主功率开关管的另一端与地之间串联连接有原边检测电阻，所述电流检测输入端耦接于原边检测电阻与主功率开关管耦接的一端；
所述辅助绕组的线圈两端耦接有第一分压电阻和第二分压电阻，所述第一分压电阻和第二分压电阻串联连接后与辅助绕组并联设置，所述采样输入端耦接于第一分压电阻和第二分压电阻之间，用于获取取样信号。
第三方面，本申请提供一种反激式开关电源采样控制电路的采样控制方法，采用如下的技术方案：
一种基于第一方面所述的反激式开关电源采样控制电路的采样控制方法，包括：
产生为充电电容充电的第一电流信号；
设置恒流源的放电电流，基于充电电流和放电电流，确定放电时间；
基于放电时间和比较器预设的基准电压，获得与放电时间相关的采样提前时间；
基于放电时间和采样提前时间，确定电流采样信号。
进一步地，所述设定恒流源的放电电流，基于充电电流和放电电流，确定放电时间，具体包括以下公式：
当第一开关件导通时，I1=VIN*（N3/N1）/R，VC=（I1/C）*ton，
其中，I1为充电电容的充电电流，N1为原边绕组的线圈匝数，N3为辅助绕组的线圈匝数，R为第一分压电阻的阻值，VC为充电电容的电量， C为充电电容的容值，ton为原边绕组的导通时间；
当第二开关件导通时，tC2=C*（VC/I2），
I2为充电电容放电电流，tC2为充电电容的放电时间；
根据伏秒平衡公式，可知：
VIN* ton =（Vout+Vdio）*（N1/N2）* tDEM，
其中，Vout为电源输出电压即副边绕组的输出电压，Vdio为输出二极管的压降，N2为副边绕组的线圈匝数，tDEM为副边绕组的放电时间；
令充电电容的放电时间tC2与副边绕组的导通时间tDEM与一致，则：
I2=（N3/N2）*(Vout+Vdio)/R。
第四方面，本申请提供一种反激式开关电源的采样控制芯片，采用如下的技术方案：
一种反激式开关电源的采样控制芯片，包括如第一方面所述的电源控制模块和采样反馈模块。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.通过设置采样反馈模块、电源控制模块以及主功率开关管形成一个控制闭环，使得采样反馈模块的采样时刻可以调整，电源控制模块根据采样反馈模块输出的采样信号来调控开关电源的输出电压；
2.通过预设充放电单元将采样周期与充电电容的充放电时间进行结合，通过设置充电电容的放电电流，使得采样时刻点精准可控，通过设置比较判断单元，设置比较器一输入端的电压，使得采样反馈模块在每次副边绕组电流为零往前推一个固定时间的时刻开始采样，以防止过零点采样而导致的不稳定；
3.采样控制电流整体电路结构简单，成本低。
附图说明
图1是应用反激式开关电源采样控制电路的开关电源电路示意图；
图2是反激式开关电源采样控制电路的电路结构示意图；
图3是应用反激式开关电源采样控制电路的开关电源的控制信号、取样电压以及充电电容电量三者之间的关系；
图4是反激式开关电源采样控制电路的采样控制方法的控制流程图。
附图标记说明：1、电源控制模块；2、采样反馈模块；21、信号转换单元；22、预设充放电单元；23、比较判断单元；24、采样输出单元。
具体实施方式
以下结合附图图1-图4对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例以公开一种应用反激式开关电源采样控制电路的开关电源。如图1所示，其应用于反激式开关电源中，开关电源包括变压器和控制电源输出的采样控制电路；其中变压器包括原边绕组、副边绕组以及辅助绕组，PSR采样控制电路包括：
主功率开关管M，用于控制原边绕组是否导通，当原边绕组导通时，副边绕组和辅助绕组储能；
辅助绕组与主功率开关管M之间耦接有采样反馈模块2和电源控制模块1，主功率开关管M的导通或者截止受电源控制模块1控制，电源控制模块1通过调控主功率开关管M的导通或者截止来调控开关电源的输出电压；
采样反馈模块2与电源控制模块1和辅助绕组电连接，其中，采样反馈模块2包括采样输入端VSin、信号输出入端SWin和采样输出端VSout，采样输入端VSin连接辅助绕组用于对辅助绕组上的电压进行采样以获取采样信号VS；信号输入端SWin连接电源控制模块1，用于接收电源控制模块1输出的控制信号SW（本申请中，控制信号SW即为PWM脉宽调制波形信号）；采样输出端VSout连接于电源控制模块1并将采集到的采样信号VSAMP输送至电源控制模块1；电源控制模块1获取到的采样信号VSAMP对应的电压值即为电源开关当前输出电压值；
电源控制模块1包括电流检测输入端CS和信号输出端SWout，电流检测输入端CS连接原边绕组用于检测原边绕组导通时产生的电流，信号输出端SWout连接主功率开关管，电源控制模块1根据开关电源当前输出电压值对应的工作频率（输出电压值和工作频率根据负载的供电需求进行设定）以及电流检测输入端CS输入的电流值从信号输出端SWout输出控制信号SW以控制主功率开关管的导通或者截止，进而调控开关电源的输出电压。本申请中，电源控制模块1根据电流检测输入端CS输入的电流值，输出的控制信号SW控制主功率开关管M截止；电源控制模块1根据由采样反馈模块2输出的采样信号VSAMP，输出的控制信号SW控制主功率开关管M导通。当主功率开关管M闭合时，原边绕组导通，此时辅助绕组和副边绕组呈储能状态；当主功率开关管M断开时，原边绕组断开，此时副边绕组呈放电状态，为负载提供工作电压，辅助绕组感应副边绕组的电压，供电源控制模块1工作，采样反馈模块2开始采样。
参照图1，具体地，原边绕组的一端获取整流滤波处理后的正值的输入电压信号VIN，另一端耦接至主功率开关管M的一端，主功率开关管M的另一端连接有原边检测电阻RCS，原边检测电阻RCS的另一端接地，主功率开关管M的控制端耦接于电源控制模块1的信号输出端SWout，电源控制模块1的电流检测输入端耦接于原边检测电阻RCS与主功率开关管M耦接的一端，通过电源控制模块1对流经原边检测电阻RCS的电流进行检测，当电源控制模块1检测到原边检测电阻RCS的电流达到预先在电源控制模块1中设置的设定值时，电源控制模块1输出控制信号SW控制主功率开关管M截止。主功率开关管M包括但不限于MOS管和三极管，本申请中主功率开关管以NMOS管进行展示，当电源控制模块1的信号输出端SWout输出的控制信号SW为高电平时，主功率开关管M导通，当电源控制模块1输出的信号输出端SWout的控制信号SW为低电平时，主功率开关管M截止。
参照图1，副边绕组的一端耦接有输出二极管D1，输出二极管D1的另一端与地之间耦接有输出电容C1，输出电容C1的两端并联连接有负载。当原边绕组导通时，此时有电流流过原边检测电阻RCS，电源控制模块1对流经原边检测电阻RCS的电流进行检测，同时与副边绕组连接的输出二极管D1处于截止状态，此时副边绕组存储能量；当原边绕组断开时，输出二极管D1处于导通状态，此时副边绕组导通为负载供电，直至流过副边绕组的电流为0或者原边绕组再次导通。
参照图1，辅助绕组的线圈两端耦接有第一分压电阻R1和第二分压电阻R2，第一分压电阻R1和第二分压电阻R2串联连接后与辅助绕组并联设置，采样反馈模块2的采样输入端耦接于第一分压电阻R1和第二分压电阻R2之间，以使得采样反馈模块2获取辅助绕组经第一分压电阻R1和第二分压电阻R2分压后的取样信号VS，采样反馈模块2对取样信号VS进行处理并输出采样信号VSAMP至电源控制模块1中，电源控制模块1根据输入的采样信号VSAMP调整控制开关电源输出电压的PWM脉宽调制波形信号。
参照图1，为方便电源控制模块1的正常供电，电源控制模块1的一电源输入端与辅助绕组的一端耦接；电源控制模块1的电源输入端耦接有储能电容C3，储能电容C3的另一端接地，当辅助绕组为电源控制模块1供电时，储能电容C3充电。由于电源控制模块1的电源输入端与辅助绕组耦接，当主功率开关管M闭合导通时，因原边绕组接收的输入信号VIN为整流滤波后输入的正向电压，因此为不影响电源控制模块1的工作，储能电容C3与辅助绕组之间耦接有整流二极管D2，整流二极管D2的正极与辅助绕组连接，整流二极管D2的负极与电源控制模块1和储能电容C3的连接节点连接，从而在储能电容C3对电源控制模块1放电供电时，储能电容C3输出电流不会流向辅助绕组。
参照图1和图2，电源控制模块1的信号输出端SWout耦接于采样反馈模块2的信号输入端SWin，电源控制模块1输出的控制信号SW对采样反馈模块2的采样周期进行控制。采样反馈模块2包括:
信号转换单元21，电连接于采样输入端VSin，用于接收取样信号VS；
预设充放电单元22，包括充电电容C2和恒流源，电连接于信号输入端SWin和信号转换单元21，用于接收电源控制模块1输出的控制信号SW并根据控制信号SW实现充电电容的充电或者放电；
比较判断单元23，电连接于信号输入端SWin和预设充放电单元22，用于接收电源控制模块1输出的控制信号SW，根据控制信号SW实现在预设充放电单元22放电时对充电电容C2电量进行比较判断并输出判断结果；
采样输出单元24，电连接于采样输入端和比较判断单元23，用于接收取样信号VS和判断结果，并根据判断结果输出采样信号VSAMP。
参照图2，具体地，信号转换单元21在电源控制模块1输出的控制信号SW为高电平时将其检测到的取样信号VS转换成电流信号输出至预设充放电单元22，在电源控制模块1输出的控制信号为低电平时不工作；预设充放电单元22根据电源控制模块1输出的控制信号SW来确定预设充放电单元22处于充电状态还是放电状态。本申请中，当电源控制模块1输出的控制信号SW为高电平时，此时预设充放电单元22接收信号转换单元21输出的电流信号，预设充放电单元22呈充电状态；当电源控制模块1输出的控制信号SW为低电平时，此时预设充电单元呈放电状态。比较判断单元23在预设充放电单元22处于放电状态时对其电量进行比较判断，并输出判断结果至采样输出单元24，采样输出单元24根据比较判断单元23输出的判断结果确定是否将此刻的取样信号VS作为采样信号VSAMP至电源控制模块1。
参照图1和图2，具体地，信号转换单元21的采样输入端VSin耦接于第一分压电阻R1和第二分压电阻R2之间，信号转换单元21包括一输入端与采样输入端VSin耦接的运算放大器AMP1，运算放大器AMP1的另一输入端接地，本申请中运算放大器AMP1的同相输入端接地，运算放大器AMP1的反相输入端接入取样信号VS。信号转换单元21还包括控制端与运算放大器AMP1输出端耦接的调整管Q和耦接于调整管Q另一端的电流镜，电流镜的镜像输出端mir与预设充放电单元22耦接；本申请中调整管Q为MOS管且为增强型NMOS管，调整管Q的漏极与电流镜的电流输入端in连接，调整管Q的栅极耦接于运算放大器AMP1的输出端，调整管Q的源极与运算放大器AMP1的反相输入端耦接。当电源控制模块1输出的控制信号SW为高电平时，即原边绕组导通，副边绕组和辅助绕组储能，此时辅助绕组感应电压为负值，预算放大器AMP1反相输入端被强制置零，在第一分压电阻R1的两端产生电压差，从而产生第一电流信号I1，第一电流信号I1流经调整管Q从源极S脚流出，该电流信号即为电流镜电流输入端in的输入电流Iin，电流镜的镜像输出端mir输出与第一电流信号I1相同的镜像电流Imir。
第一电流信号I1为:
I1=Iin=VIN*（N3/N1）/R，其中，N1为原边绕组的线圈匝数，N3为辅助绕组的线圈匝数，R为第一分压电阻R1的阻值，因此，
Imir=I1=Iin=VIN*（N3/N1）/R。
参照图2，信号转换单元21产生第一电流信号I1并输入到预设充放电单元22，预设充放电单元22包括第一开关件K1，第一开关件K1和充电电容C2依次串联连接于电流镜镜像输出端mir和地之间。其中，第一开关件K1的控制端耦接于电源控制模块1的信号输出端SWout，第一开关件K1的导通或者截止受电源控制模块1信号输出端SWout输出的控制信号SW控制；当电源控制模块1输出的控制信号SW为高电平时，第一开关件K1导通；当电源控制模块1输出的控制信号SW为低电平时，第一开关件K1截止。
参照图2，充电电容C2的两端并联设置有第二开关件K2和恒流源，第二开关件K2与恒流源串联设置，第二开关件K2的控制端耦接于电源控制模块1的信号输出端SWout，第二开关件K2的导通或者截止受电源控制模块1信号输出端SWout输出的控制信号SW控制，第一开关件K1和第二开关件K2的导通关系相反；即当电源控制模块1输出的控制信号SW为低电平时，第二开关件K2导通，当电源控制模块1输出的控制信号SW为高电平时，第二开关件K2截止。
参照图2，第一开关件K1和第二开关件K2包括但不限于三极管、MOS管、三极管与逻辑门的组合等，本申请中，第一开关件K1以NPN型三极管进行展示，第一开关件K1的集电极电连接于电流镜的镜像输出端mir，第一开关件K1的基极电连接于电源控制模块1的信号输出端SWout，第一开关件K1的发射极电连接于充电电容C2的一端；第二开关件K2以反向器与NPN型三极管进行展示，反向器NOT的输入端电连接于电源控制模块1的信号输出端SWout，NPN型三极管的基极电连接于反向器NOT的输出端，其发射极电连接于恒流源的一端，其集电极电连接于充电电容与第一开关件的耦接处。
参照图2，当电源控制模块1输出的控制信号SW为高电平时，第一开关件K1导通，第二开关件K2断开，此时充电电容C2以镜像电流Imir为充电电流进行充电。当电源控制模块1输出的控制信号SW为低电平时，第一开关件K1断开，第二开关件K2导通，此时充电电容C2以恒流源预设的电流为放电电流I2进行放电。
当第一开关件K1导通时，VC=（I1/C）*ton，
其中VC为充电电容C2上的电压，C为充电电容C2的容值，ton为原边绕组的导通时间；
当第二开关件K2导通时，tC2=C*（VC/I2），
其中tC2为充电电容C2的放电时间。
根据伏秒平衡公式，可知：
VIN* ton =（Vout+Vdio）*（N1/N2）* tDEM，
其中tDEM为副边绕组的导通时间。
本申请中，令充电电容C2的放电时间tC2与副边绕组的导通时间tDEM与一致，即：
tC2= tDEM =C*（VC/I2）；
则根据以上公式可以推导出：
I2=（N3/N2）*(Vout+Vdio)/R；
其中，Vout为电源输出电压即副边绕组的输出电压，Vdio为输出二极管D1的压降，N2为副边绕组的线圈匝数。
由此可知，放电电流I2的值与副边绕组的线圈匝数N2和/或辅助绕组的线圈匝数N3、副边绕组的输出电压Vout以及第一分压电阻R1的电阻值有关，根据放电电流I2的值和输出电压Vout的值选择合适的副边绕组、辅助绕组以及第一分压电阻R1 的电阻值来搭建电路；不同的产品通过设置恒流源预设的放电电流I2值来搭建电路，均可得到精确的采样时间点。
参照图2，比较判断单元23包括比较器CMP以及与门逻辑器AND，比较器CMP的反相输入端与耦接预设充放电单元22中第二开关件K2与电容C2的耦接点，用以输入预设充放电单元22中充电电容C2上电压VC；比较器CMP的同相输入端耦接有基准电路，基准电路为比较器CMP提供基准电压VREF。与门逻辑器AND的一输入端与比较器CMP的输出端耦接，另一输入端与预设充放电单元22中的反向器NOT的输出端耦接，使得与门逻辑器AND的一输入端通过反向器NOT耦接电源控制模块1输出的控制信号SW，门逻辑器AND的输出端连接至采样输出单元24。
参照图2，当电源控制模块1输出的控制信号SW为低电平时，门逻辑器AND与反向器NOT输出端连接的一端为高电平输入，若比较器CMP反相输入端输入的预设充放电单元22中的充电电容C2放电后电压VC 低于比较器CMP同相输入端输入的基准电压VREF时，比较器CMP输出高电平,即门逻辑器AND的输入端也为高电平，因此与门逻辑器AND输出高电平。当电源控制模块1输出的控制信号SW为高电平时，门逻辑器AND与反向器NOT输出端连接的一端为低电平输入，此时与门逻辑器AND输出低电平。
参照图1和图2，与门逻辑器AND的输出端耦接于采样输出单元24，采样输出单元24包括电压跟随器AMP2和控制端与与门逻辑器AND输出端耦接的第三开关件K3，电压跟随器AMP2的输出端即为采样反馈模块2的采样输出端VSout。当与门逻辑器AND输出高电平时，第三开关件K3导通，当与门逻辑器AND输出低电平时，第三开关件K3截止，通过与门逻辑器AND实现只有在电源控制模块1输出的控制信号SW为低电平时，即充电电容C2处于放电状态时，采样反馈模块2才会进行采样。第三开关件K3包括但不限于三极管、MOS管、三极管与逻辑门的组合等，本申请中以第三开关件K3为NPN型三极管进行展示，第三开关件K3的集电极电连接于第一分压电阻R1和第二分压电阻R2之间以接收取样信号VS，第三开关件K3的发射极电连接于电压跟随器AMP2的同相输入端，电压跟随器AMP2的输出端耦接于电源控制模块1输出采样信号VSAMP。当第三开关件K3导通时，电压跟随器AMP2输出的采样信号VSAMP即为该时刻的采样反馈模块2从辅助绕组上获取到的取样信号VS。
参照图2和图3，综上，若比较器CMP输入的基准电压VREF=0，则可在副边绕组关断瞬间对辅助绕组的取样信号VS进行采集，本申请中为了降低过零时采样点波动情况造成的采样失误、不准确的问题，基准电压VREF>0，根据tDEM = tC2=C*（VC/I2），可以得到以下公式：
tSAMP=C*（VC-VREF）/I2=C*VC/I2-C* VREF /I2 =tC2-tA=tDEM-tA，
其中，tA= C*VREF/I2，为采样反馈模块2的采样提前时间；tSAMP为每个周期的取样信号VS的采样时间点。
在一个确定的电源系统中，由于恒流源预设的放电电流I2、比较器CMP的基准电压VREF以及充电电容C2的容值C都为定值，因此tA也为定值，可以确保每次采样时间tSAMP较副边绕组关断时间均提前tA时间，从而得到一个非过零点的精确可靠的采样时间点，以得到一个精确的采样信号VSAMP。
本申请实施例一种反激式开关电源的采样原理为：当开关电源装置启动后，在一定时间周期内，亦可称在采样周期内，电源控制模块1输出高电平控制信号SW，此时主功率开关管M导通，原边绕组导通，此时原边电流上升；当电源控制模块1检测到原边检测电阻RCS的电流达到预设值时，电源控制模块1输出低电平控制信号SW，控制主功率开关管M截止。电源控制模块1通过对辅助绕组的取样信号VS来检测副边绕组的输出电压Vout，输出用以调控电源输出电压的控制信号SW。
在原边绕组导通的时间内，反馈采样控制电路通过第一电流信号I1为充电电容C2充电，得到充电电容C2的电量VC；在副边绕组导通时，反馈采样控制电路再通过放电电流I2为充电电容C2放电，当充电电容C2的电量VC（电压）低于基准电压VREF时，比较器CMP输出高电平信号，此时第三开关件K3闭合，电压跟随器AMP2输出采样信号VSAMP。本实施例中的采样电路不仅可以应用于原边反馈的采样中，还可以应用于副边反馈中用于检测OVP电压时保护电压检测。
本申请实施例还公开一种反激式开关电源采样控制电路的采样控制方法。参照图4，采样控制方法包括以下步骤：
S1、产生为充电电容C2充电的第一电流信号I1。
具体地，信号转换单元21获取取样信号VS，即通过在辅助绕组的同名端和异名端之间设置第一分压电阻R1和第二分压电阻R2，采样反馈模块2一采样输入端耦接于第一分压电阻R1和第二分压电阻R2之间，以使得采样反馈模块2采集辅助绕组经第一分压电阻R1和第二分压电阻R2分压后的取样信号VS。
电源控制模块1输出控制信号SW使得主功率开关管M导通，当原边绕组导通时，辅助绕组感应负压，此时采样反馈模块2获取的取样信号VS强制为0V，在第一分压电阻R1上产生第一电流信号I1从采样反馈模块2的采样脚流出，信号转换单元21通过电流镜输出第一电流信号I1，第一电流信号I1作为充电电容C2的充电电流为充电电容C2充电，第一电流信号I1为：I1=VIN*（N3/N1）/R。
S2、设定恒流源的放电电流I2，基于充电电流I1和放电电流I2，确定放电时间tC2。
具体地，第一开关件K1的导通与主功率开关管M的导通均由电源控制模块1输出的控制信号SW控制，因此充电电容C2的充电时间即为原边绕组的导通时间ton，当第一开关件K1导通时，VC=（I1/C）*ton。
当第二开关件K2导通时，tC2=C*（VC/I2），充电电容C2的放电时间tC2与充电电容C2的放电电流I2 的大小有关，因此在电路搭建前需要先设定好充电电容的放电电流I2 的大小。
结合伏秒平衡公式，可知：
VIN* ton =（Vout+Vdio）*（N1/N2）*tDEM，
其中，tDEM为副边绕组的导通时间；
本申请中，令充电电容C2的放电时间tC2与副边绕组的导通时间tDEM一致，则当第二开关件K2导通时，tDEM=tC2=C*（VC/I2）。
根据以上公式可以推导出：
I2=（N3/N2）*(Vout+Vdio)/R；
由此可知，充电电容C2的放电电流I2大小与副边绕组和辅助绕组的线圈匝数比（N2/ N3）、副边绕组的输出电压Vout、输出二极管D1的压降Vdio以及第一分压电阻R1的电阻值R有关。在电路搭建过程中，恒流源的放电电流设定为定值，需要根据充电电容C2的放电电流I2 的值去选择合适的副边绕组的线圈匝数N2和/或辅助绕组的线圈匝数N3以及第一分压电阻R1的电阻值R；通过设置充电电容C2的充电电流I1和放电电流I2的值，即可获得充电电容C2的放电时间tC2。
S3、基于放电时间tC2和比较器CMP预设的基准电压VREF，获得与放电时间tC2相关的采样提前时间tA。
具体地，当比较器预设的基准电压VREF>0，则可根据tDEM =C*（VC/I2），获得每个周期的取样信号VS的采样时间点tSAMP：
tSAMP=C*（VC-VREF）/I2=C*VC/I2-C* VREF /I2=tDEM-tA= tC2-tA；
tA= C*VREF/I2。
在一个确定的电源系统中，由于恒流源预设的放电电流I2、比较器CMP的基准电压VREF以及充电电容C2的容值C都为定值，因此tA也为定值，可以确保每次采样时间tSAMP较副边绕组关断时间均提前tA时间，从而得到一个非过零点的精确可靠的采样时间点，以得到一个精确的采样信号VSAMP。
S4、基于放电时间tC2和采样提前时间tA，确定电流采样信号VSAMP。
具体地，采样输出单元24采用电压跟随器AMP2，电压跟随器AMP2的同相输入端获取取样信号VS，当采样反馈模块2在该采样周期内达到采样时间点tSAMP时，第三开关件导通，此时电压跟随器AMP2输出采样信号VSAMP，采样信号VSAMP即为该时刻的取样信号VS。
本申请实施例还公开一种反激式开关电源的采样控制芯片。采样控制芯片内集成了上述实施例公开的电源控制模块1和采样反馈模块2，能够采样检测辅助绕组回路上的取样电压，并通过检测取样电压来检测副边绕组输出电压Vout，从而调整采样控制芯片的工作频率与原边绕组的峰值电流。

Claims (10)

1.一种反激式开关电源采样控制电路，其应用于反激式开关电源中，其特征在于，包括：
主功率开关管，用于控制原边绕组是否导通；
电源控制模块(1)，包括电流检测输入端和信号输出端，所述电流检测输入端连接原边绕组用于检测原边绕组导通时产生的电流，所述信号输出端连接主功率开关管，所述电源控制模块(1)根据开关电源当前输出的电压值所对应的工作频率以及电流检测输入端输入的电流值从信号输出端输出控制信号以控制主功率开关管的导通或者截止，进而调控开关电源的输出电压；
采样反馈模块(2)，包括采样输入端、信号输入端和采样输出端，所述采样输入端连接辅助绕组用于获取辅助绕组上的取样信号，所述信号输入端连接电源控制模块(1)的信号输出端，所述采样输出端连接电源控制模块(1)；
其中，所述采样反馈模块(2)还包括：
预设充放电单元(22)，包括充电电容和恒流源，电连接于信号输入端和采样输入端之间，用于接收电源控制模块(1)输出的控制信号并根据控制信号实现充电电容的充电或放电；
比较判断单元(23)，电连接于信号输入端和预设充放电单元(22)，用于接收电源控制模块(1)输出的控制信号，根据控制信号实现在预设充放电单元(22)放电时对充电电容电量进行比较判断并输出判断结果；
以实现所述采样反馈模块(2)根据信号输入端接收到的控制信号对采样输入端输入的取样信号进行处理并从采样输出端输出采样信号。
2.根据权利要求1所述的反激式开关电源采样控制电路，其特征在于：所述采样反馈模块(2)还包括：
信号转换单元(21)，电连接于采样输入端，用于接收取样信号；
采样输出单元(24），电连接于采样输入端和比较判断单元(23)，用于接收取样信号和比较判断单元(23)输出的判断结果，并根据判断结果输出采样信号。
3.根据权利要求2所述的反激式开关电源采样控制电路，其特征在于：所述信号转换单元(21)包括一输入端与采样输入端连接的与运算放大器和电流镜，所述电流镜的输入端与运算放大器之间耦接有调整管，所述电流镜的输出端与预设充放电单元(22)连接。
4.根据权利要求2所述的反激式开关电源采样控制电路，其特征在于：所述预设充放电单元(22)还包括第一开关件，所述第一开关件和充电电容依次串联连接于信号转换单元(21)输出单元和地之间，所述充电电容的两端并联设置有第二开关件和恒流源，所述第二开关件和恒流源串联设置，所述第一开关件和第二开关件均受控于电源控制模块(1)输出的控制信号，所述第一开关件和第二开关件的导通关系相反，所述第一开关件导通时，所述充电电容充电，所述第二开关件导通时，所述充电电容放电。
5.根据权利要求4所述的反激式开关电源采样控制电路，其特征在于：所述比较判断单元(23)包括比较器，所述比较器的一输入端耦接于第二开关件与充电电容的耦接点，所述比较器的另一输入端耦接有基准电路，所述比较器用于比较充电电容上的电压和基准电路的基准电压并输出判断结果。
6.一种应用权利要求1至5任一所述的反激式开关电源采样控制电路的开关电源，其特征在于：包括原边绕组、副边绕组和辅助绕组，所述主功率开关管与原边绕组串联，所述电源控制模块(1)耦接于辅助绕组和主功率开关管之间，所述采样反馈模块(2)耦接于辅助绕组和电源控制模块(1)之间。
7.根据权利要求6所述的开关电源，其特征在于：所述原边绕组的一端获取输入电压信号，另一端耦接至主功率开关管的一端，所述主功率开关管的另一端与地之间串联连接有原边检测电阻，所述电流检测输入端耦接于原边检测电阻与主功率开关管耦接的一端；
所述辅助绕组的线圈两端耦接有第一分压电阻和第二分压电阻，所述第一分压电阻和第二分压电阻串联连接后与辅助绕组并联设置，所述采样输入端耦接于第一分压电阻和第二分压电阻之间，用于获取取样信号。
8.一种基于权利要求1至5任一所述的反激式开关电源采样控制电路的采样控制方法，其特征在于：包括：
产生为充电电容充电的第一电流信号；
设定恒流源的放电电流，基于充电电流和放电电流，确定放电时间；
基于放电时间和比较器预设的基准电压，获得与放电时间相关的采样提前时间；
基于放电时间和采样提前时间，确定采样信号。
9.根据权利要求8所述的采样控制方法，其特征在于：所述设定恒流源的放电电流，基于充电电流和放电电流，确定放电时间，具体包括以下公式：
当第一开关件导通时，I1=VIN*（N3/N1）/R，VC=（I1/C）*ton，
其中，I1为充电电容的充电电流，N1为原边绕组的线圈匝数，N3为辅助绕组的线圈匝数，R为第一分压电阻的阻值，VC为充电电容的电量， C为充电电容的容值，ton为原边绕组的导通时间；
当第二开关件导通时，tC2=C*（VC/I2），
I2为充电电容放电电流，tC2为充电电容的放电时间；
根据伏秒平衡公式，可知：
VIN* ton =（Vout+Vdio）*（N1/N2）* tDEM，
其中，Vout为电源输出电压即副边绕组的输出电压，Vdio为输出二极管的压降，N2为副边绕组的线圈匝数，tDEM为副边绕组的放电时间；
令充电电容的放电时间tC2与副边绕组的导通时间tDEM与一致，则：
I2=（N3/N2）*(Vout+Vdio)/R。
10.一种反激式开关电源的采样控制芯片，其特征在于：包括如权利要求1至5任一所述的电源控制模块(1)和采样反馈模块(2)。
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