CN116191891A - 原边控制电路及装置 - Google Patents

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CN116191891A CN202310159976.2A CN202310159976A CN116191891A CN 116191891 A CN116191891 A CN 116191891A CN 202310159976 A CN202310159976 A CN 202310159976A CN 116191891 A CN116191891 A CN 116191891A
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冯开勇
祝乃儒
李盼盼
王刚
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Wuxi Botong Microelectronics Technology Co ltd
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Abstract

本发明公开了一种原边控制电路及装置,该电路通过辅助绕组反馈开关电源模块副边的第一输出电压;原边控制芯片采集第一输出电压,并根据第一输出电压的波动值确定开关电源模块所处的工作模式;原边控制芯片根据工作模式输出第一副边驱动信号或第二副边驱动信号至隔离驱动芯片,第一副边驱动信号为适应间断导通模式的驱动信号,第二副边驱动信号为适应连续导通模式的驱动信号;隔离驱动芯片根据第一副边驱动信号或第二副边驱动信号驱动所述同步整流器件。本发明根据工作模式输出适应间断导通模式的第一副边驱动信号或适应连续导通模式的第二副边驱动信号,实现了在同步整流技术中对间断导通模式和连续导通模式的兼具。

Description

原边控制电路及装置
技术领域
本发明涉及电源管理芯片技术领域,尤其涉及一种原边控制电路及装置。
背景技术
电源管理芯片广泛应用于现代电子产品,其不仅应用在电源电路,在其它的电路应用也很普遍,如日光灯和液晶显示器的背光电路。
目前,在同步整流技术中,现有的反激开关电源芯片需要采用副边驱动的芯片,在副边对同步整流器件进行状态检测,仅适用于间断导通模式,或者输出与原边互补的同步整流信号,仅适用于连续导通模式,无法同时兼具间断导通模式和连续导通模式。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案,并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本发明的主要目的在于提供了一种原边控制电路及装置,旨在解决现有技术的反激开关电源芯片在同步整流技术中,需要采用副边驱动的芯片,在副边对同步整流器件进行状态检测,仅适用于间断导通模式,或者输出与原边互补的同步整流信号,仅适用于连续导通模式,无法同时兼具间断导通模式和连续导通模式的技术问题。
为实现上述目的,本发明提供了一种原边控制电路,所述原边控制电路包括:原边控制芯片、隔离驱动芯片以及开关电源模块;
其中,所述开关电源模块包括辅助绕组和同步整流器件;
所述原边控制芯片分别与所述辅助绕组以及所述隔离驱动芯片连接,所述隔离驱动芯片与所述同步整流器件的控制端连接;
所述辅助绕组,用于反馈所述开关电源模块副边的第一输出电压;
所述原边控制芯片,用于采集所述第一输出电压,并根据所述第一输出电压的波动值确定所述开关电源模块所处的工作模式;
所述原边控制芯片,还用于根据所述工作模式输出第一副边驱动信号或第二副边驱动信号至所述隔离驱动芯片,所述第一副边驱动信号为适应间断导通模式的驱动信号,所述第二副边驱动信号为适应连续导通模式的驱动信号;
所述隔离驱动芯片,用于根据所述第一副边驱动信号或所述第二副边驱动信号驱动所述同步整流器件。
可选地,所述原边控制芯片包括:第一反馈单元以及模式确定单元;
所述第一反馈单元分别与所述辅助绕组以及所述模式确定单元连接;
所述第一反馈单元,用于采集所述第一输出电压,并输出所述第一输出电压至所述模式确定单元;
所述模式确定单元,用于将所述第一输出电压与所述辅助绕组在前一周期反馈的采样电压进行比较,确定所述第一输出电压与所述采样电压之间的差值,并将所述差值作为所述第一输出电压的波动值;
所述模式确定单元,还用于在所述波动值低于预设电压阈值时,判定所述工作模式为间断导通模式;
所述模式确定单元,还用于在所述波动值达到所述预设电压阈值时,判定所述工作模式为连续导通模式。
可选地,所述原边控制芯片还包括:采样保持单元;
所述采样保持单元分别与所述第一反馈单元以及所述模式确定单元连接;
所述采样保持单元,用于保存所述第一输出电压,以使所述模式确定单元将所述第一输出电压与所述辅助绕组反馈的下一周期的电压进行比较。
可选地,所述采样保持单元包括:第一至第十PMOS管、第一至第四NMOS管以及第一电容;
第一PMOS管的栅极与带隙基准连接,所述第一PMOS管的源极与供电端连接,所述第一PMOS管的漏极分别与第五PMOS管的源极以及第六PMOS管的源极连接,所述第五PMOS管的栅极与所述第一反馈单元连接,所述第五PMOS管的漏极分别与第一NMOS管的漏极以及第一NMOS管的栅极连接,所述第六PMOS管的栅极与所述第一反馈单元连接,所述第六PMOS管的漏极与第二NMOS管的漏极连接,所述第二NMOS管的栅极与所述第一NMOS管的栅极连接,所述第二NMOS管的源极与所述第一NMOS管的源极连接;
第二PMOS管的栅极与所述带隙基准连接,所述第二PMOS管的源极与所述供电端连接,所述第二PMOS管的漏极分别与所述第五PMOS管的栅极以及第九PMOS管的源极连接,所述第九PMOS管的栅极与所述第六PMOS管的漏极连接,所述第九PMOS管的漏极与所述第一NMOS管的源极连接;
第三PMOS管的栅极与所述带隙基准连接,所述第三PMOS管的源极与所述供电端连接,所述第三PMOS管的漏极分别与第七PMOS管的源极以及第八PMOS管的源极连接,所述第七PMOS管的栅极与输出端连接,所述第七PMOS管的漏极分别与第三NMOS管的漏极以及第三NMOS管的栅极连接,所述第八PMOS管的栅极分别与所述第一反馈单元以及第一电容的第一端连接,所述第一电容的第二端与所述第一NMOS管的源极连接,所述第八PMOS管的漏极与所述第四NMOS管的漏极连接,所述第四NMOS管的栅极与所述第三NMOS管的栅极连接,所述第四NMOS管的源极与所述第一NMOS管的源极连接;
第四PMOS管的栅极与所述带隙基准连接,所述第四PMOS管的源极与所述供电端连接,所述第四PMOS管的漏极分别与所述输出端以及所述第十PMOS管的源极连接,所述第十PMOS管的栅极与所述第八PMOS管的漏极连接,所述第十PMOS管的源极与所述第一NMOS管的源极连接。
可选地,所述原边控制芯片还包括:副边占空比单元;
所述副边占空比单元与所述隔离驱动芯片连接;
所述副边占空比单元,用于在所述工作模式为所述间断导通模式时,生成与原边驱动信号的占空比成预设比例的副边占空比,所述原边驱动信号为控制所述开关电源模块原边的开关器件导通或断开的信号;
所述副边占空比单元,还用于根据所述副边占空比生成所述第一副边驱动信号,并输出所述第一副边驱动信号至所述隔离驱动芯片。
可选地,所述副边占空比单元,还用于在所述工作模式为所述连续导通模式时,生成与所述原边驱动信号互补的第二副边驱动信号至所述隔离驱动芯片。
可选地,所述原边控制芯片还包括:第二反馈单元以及原边占空比单元;
所述第二反馈单元分别与所述辅助绕组以及所述原边占空比单元连接,所述原边占空比单元与所述隔离驱动芯片连接;
所述第二反馈单元,用于采集所述辅助绕组反馈的第二输出电压,并将所述第二输出电压输出至所述原边占空比单元;
所述原边占空比单元,用于将所述第二输出电压与预设三角波电压进行比较,生成所述原边驱动信号,并输出所述原边驱动信号至所述隔离驱动芯片;
所述隔离驱动芯片,还用于根据所述原边驱动信号控制所述开关电源模块原边的开关器件导通或断开。
可选地,所述原边控制芯片还包括状态检测单元;
所述状态检测单元与所述开关电源模块连接;
所述状态检测单元,用于接收所述开关电源模块输入的检测信号,并判断所述检测信号是否满足预设理想条件;
所述状态检测单元,还用于在所述检测信号不满足所述预设理想条件时,控制所述原边控制芯片停止运行。
可选地,所述开关电源模块的原边包括:所述辅助绕组、初级绕组、电源端、第一至第七电阻、第一二极管、第二二极管、第二至第四电容、第六电容以及第七电容,第五NMOS管,所述第五NMOS管为所述开关电源模块原边的开关器件;
所述开关电源模块的副边包括:次级绕组、第八电阻、第五电容以及第六NMOS管,所述第六NMOS管为所述同步整流器件;
所述原边控制芯片的电源端口分别与所述第一二极管的阴极、第一电阻的第一端以及第二电容的第一端连接,所述第一电阻的第二端与所述电源端的正极连接,所述电源端的负极接地,所述第二电容的第二端接地;
所述原边控制芯片的第一反馈端口分别与第二电阻的第一端、第三电阻的第一端以及所述第六电容的第一端连接,所述第六电容的第二端接地,所述第三电阻的第二端接地,所述第二电阻的第二端分别与所述第一二极管的阳极以及所述辅助绕组的第一端连接,所述辅助绕组的第二端接地;
所述原边控制芯片的第二反馈端口分别与第四电阻的第一端、第五电阻的第一端以及所述第七电容的第一端连接,所述第七电容的第二端接地,所述第五电阻的第二端接地,所述第四电阻的第二端分别与所述第一二极管的阳极以及所述辅助绕组的第一端连接;所述原边控制芯片的第一共地端口接地;
所述原边控制芯片的电流检测端口分别与第三电容的第一端、第六电阻的第一端以及所述第五NMOS管的源极连接,所述第五NMOS管的漏极分别与所述初级绕组的第一端以及所述第二二极管的阳极连接,所述第二二极管的阴极分别与所述第七电阻的第一端以及所述第四电容的第一端连接,所述第七电阻的第二端分别与所述初级绕组的第二端以及所述电源端的正极连接,所述第四电容的第二端分别与所述初级绕组的第二端以及所述电源端的正极连接;
所述原边控制芯片的第二共地端口分别与所述第三电容的第二端以及所述第六电阻的第二端连接,所述原边控制芯片的原边栅极驱动信号端口与所述隔离驱动芯片的第一输入端连接,所述隔离驱动芯片的第一输出端与所述第五NMOS管的栅极连接;
所述原边控制芯片的同步整流驱动信号端口与所述隔离驱动芯片的第二输入端连接,所述隔离驱动芯片的第二输出端与所述第六NMOS管的栅极连接,所述第六NMOS管的漏极与所述次级绕组的第一端连接,所述第六NMOS管的源极分别与所述第五电容的第一端以及所述第八电阻的第一端连接,所述第五电容的第二端与所述次级绕组的第二端连接,所述第八电阻的第二端与所述次级绕组的第二端连接。
此外,为实现上述目的,本发明还提出一种原边控制装置,所述原边控制装置包括如上文所述的原边控制电路。
本发明提供了一种原边控制电路及装置,该电路通过辅助绕组反馈开关电源模块副边的第一输出电压;原边控制芯片采集第一输出电压,并根据第一输出电压的波动值确定开关电源模块所处的工作模式;原边控制芯片根据工作模式输出第一副边驱动信号或第二副边驱动信号至隔离驱动芯片,第一副边驱动信号为适应间断导通模式的驱动信号,第二副边驱动信号为适应连续导通模式的驱动信号;隔离驱动芯片根据第一副边驱动信号或第二副边驱动信号驱动所述同步整流器件。本发明通过原边控制芯片在工作模式为间断导通模式时输出适应间断导通模式的第一副边驱动信号,在工作模式为连续导通模式时输出适应连续导通模式的第二副边驱动信号,并通过隔离驱动芯片输出第一副边驱动信号或第二副边驱动信号至同步整流器件,实现同步整流,相较于现有的反激开关电源芯片仅适应于间断导通模式和连续导通模式中的一种,本发明上述原边控制电路在间断导通模式和连续导通模式均适用,实现了对间断导通模式和连续导通模式的兼具。
附图说明
图1为本发明原边控制电路第一实施例的结构示意图;
图2为本发明原边控制电路第二实施例的结构示意图;
图3为本发明原边控制电路第二实施例中采样保持单元的电路原理图;
图4为本发明原边控制电路第三实施例的结构示意图;
图5为本发明原边控制电路第三实施例中原边控制芯片的功能示意图;
图6为本发明原边控制电路第三实施例中开关电源模块的电路原理图。
附图标号说明:
Figure BDA0004093812070000061
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。
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。
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例、基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有实施例,都属于本发明保护的范围。
需要说明的是,在本发明实施例中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征,另外各个实施例之间的技术方案可以相互结合,但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础,当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在,也不在本发明要求的保护范围之内。
参照图1,图1为本发明原边控制电路第一实施例的结构示意图。
如图1所示,本实施例中原边控制电路包括:原边控制芯片100、隔离驱动芯片200以及开关电源模块300。
其中,所述开关电源模块300包括辅助绕组301和同步整流器件302。
所述原边控制芯片100分别与所述辅助绕组301以及所述隔离驱动芯片200连接,所述隔离驱动芯片200与所述同步整流器件302的控制端连接。
所述辅助绕组301,用于反馈所述开关电源模块300副边的第一输出电压。
需要说明的是,上述开关电源模块300与现有的反激变换器或反激开关电源类似,为包含反激变换器的模块,其中,开关电源模块300的原边包含有初级绕组(线圈),开关电源模块300的副边包含次级绕组(线圈),初级绕组和次级绕组构成变压器,区别在于,上述开关电源模块的原边还设有辅助绕组301,该辅助绕组301与初级绕组和辅助绕组共用一套绕组。
在具体实现中,上述辅助绕组301在开关电源模块300的原边开启时,可反馈开关电源模块300副边输出的电压,辅助绕组所反馈的电压即为上述第一输出电压,该电压输出电压与副边输出的电压的关系可由辅助绕组301与次级绕组的匝数比倍确定,因此,可通过辅助绕组301实现对副边输出电压的监测。
应理解的是,本实施例通过辅助绕组301即可实现对副边输出电压的监测,与现有的反激开关电源相比,不再需要额外的光耦或者数字隔离器实现对副边输出电压的监测,减少了反激变换器的外围器件,进而减少了反激变换器的体积,降低了反激变换器的成本。
所述原边控制芯片100,用于采集所述第一输出电压,并根据所述第一输出电压的波动值确定所述开关电源模块300所处的工作模式。
需要说明的是,上述工作模式可为上述开关电源模块300在同步整流过程中所处的工作模式,如间断导通模式或连续导通模式。
在具体实现中,上述原边控制芯片100可采集上述辅助绕组301在当前周期所反馈的上述第一输出电压,并将采集到的第一输出电压与上述辅助绕组301在前一周期反馈的电压进行比较,以确定该第一输出电压的波动值,通过该第一输出电压的波动值确定前后两个周期副边输出的电压变化,从而确定开关电源模块300所处的工作模式。
应理解的是,上述开关电源模块300若处于间断导通模式,则开关电源模块300副边输出的电压波动较小,相应地,若处于连续导通模式,则开关电源模块300副边输出的电压波动较大,而副边输出的电压可被辅助绕组反馈,因此通过采集辅助绕组前后两个周期的电压即可确定第一输出电压的波动值,从而确定开关电压模块300所处的工作模式。
所述原边控制芯片100,还用于根据所述工作模式输出第一副边驱动信号或第二副边驱动信号至所述隔离驱动芯片200,所述第一副边驱动信号为适应间断导通模式的驱动信号,所述第二副边驱动信号为适应连续导通模式的驱动信号。
需要说明的是,上述间断导通模式可为上述开关电源模块300输出的电流在一个稳定周期内回落到零的工作模式,也即非连续导通模式,相应地,上述连续导通模式为上述开关电源模块300输出的电流在一个稳定周期内不会回落到零的工作模式。
可理解的是,现有的反激变换器在同步整流技术中采用副边驱动芯片,在副边对同步整流器件的状态进行监测,仅适用于间断导通模式,无法适用于连续导通模式,为了适用于连续导通模式,可采用与原边互补的同步整流信号,但该方式仅适用于连续导通模式,无法适用于间断导通模式,因此现有的反激变换器无法实现工作模式的兼具。
在具体实现中,上述原边控制芯片100可在开关电源模块300处于间断导通模式时输出第一副边驱动信号,在开关电源模块300处于连续导通模式时输出第二副边驱动信号,从而实现了对间断导通模式和连续导通模式的兼具。
所述隔离驱动芯片200,用于根据所述第一副边驱动信号或所述第二副边驱动信号驱动所述同步整流器件302。
需要说明的是,上述同步整流器件302可为处于开关电源模块300副边中,实现同步整流的器件,如MOS管。
可理解的是,上述隔离驱动芯片200可为连接开关电源模块300原边上的开关器件和副边上的同步整流器件的芯片。该隔离驱动芯片200可隔离上述开关电源模块300原边和副边,并且与上述原边控制芯片100相互独立。
在具体实现中,上述原边控制芯片100无需直接输出第一副边驱动信号或第二副边驱动信号至上述同步整流器件302,而是输出上述第一副边驱动信号和上述第二副边驱动信号至上述隔离驱动芯片200,仅由隔离驱动芯片200输出第一副边驱动信号和第二副边驱动信号至同步整流器件302,从而减少了开关电源模块300的驱动芯片数量。
应理解的是,上述同步整流器件可为MOS管,在副边同步整流时,可有效降低副边整流功耗,从而提高开关电源模块300的变换器工作效率。
本实施例通过辅助绕组反馈开关电源模块副边的第一输出电压;原边控制芯片采集第一输出电压,并根据第一输出电压的波动值确定开关电源模块所处的工作模式;原边控制芯片根据工作模式输出第一副边驱动信号或第二副边驱动信号至隔离驱动芯片,第一副边驱动信号为适应间断导通模式的驱动信号,第二副边驱动信号为适应连续导通模式的驱动信号;隔离驱动芯片根据第一副边驱动信号或第二副边驱动信号驱动所述同步整流器件。本实施例通过原边控制芯片在工作模式为间断导通模式时输出适应间断导通模式的第一副边驱动信号,在工作模式为连续导通模式时输出适应连续导通模式的第二副边驱动信号,并通过隔离驱动芯片输出第一副边驱动信号或第二副边驱动信号至同步整流器件,实现同步整流,相较于现有的反激开关电源芯片仅适应于间断导通模式和连续导通模式中的一种,本实施例上述原边控制电路在间断导通模式和连续导通模式均适用,实现了对间断导通模式和连续导通模式的兼具。
参考图2,图2为本发明原边控制电路第二实施例的结构示意图。
基于上述第一实施例,在本实施例中,所述原边控制芯片100包括:第一反馈单元101以及模式确定单元102。
所述第一反馈单元101分别与所述辅助绕组301以及所述模式确定单元102连接。
所述第一反馈单元101,用于采集所述第一输出电压,并输出所述第一输出电压至所述模式确定单元102。
在具体实现中,上述第一反馈单元101可与辅助绕组301连接,采集辅助绕组301在开关电源模块300各个周期反馈的第一输出电压,并输出所采集的第一输出电压至上述模式确定单元102。
所述模式确定单元102,用于将所述第一输出电压与所述辅助绕组301在前一周期反馈的采样电压进行比较,确定所述第一输出电压与所述采样电压之间的差值,并将所述差值作为所述第一输出电压的波动值。
需要说明的是,上述采样电压可为上述辅助绕组301在当前周期的前一周期反馈的电压,也即,采样电压可为前一周期的第一输出电压。
在具体实现中,上述模式确定单元可将上述第一输出电压与上述采样电压进行比较,由于采样电压为前一周期的第一输出电压,因此,通过将当前周期的第一输出电压与前一周期的第一输出电压进行比较,两者之间的差值即可为上述第一输出电压与前一周期的电压相比所差的值,该差值即可为上述第一输出电压的波动值。
所述模式确定单元102,还用于在所述波动值低于预设电压阈值时,判定所述工作模式为间断导通模式。
需要说明的是,上述预设电压阈值可为判定上述第一输出电压的波动是否处于连续导通模式的阈值,具体数值可根据需求进行设定。
在具体实现中,上述模式确定单元102可将上述第一输出电压的波动值与预设电压阈值进行比较,判断该波动值是否达到上述预设电压阈值,在该波动值低于上述预设电压阈值时,说明此时第一输出电压的波动值小,判定上述开关电源模块300所处的工作模式为间断导通模式。
所述模式确定单元102,还用于在所述波动值达到所述预设电压阈值时,判定所述工作模式为连续导通模式。
在具体实现中,上述模式确定单元102在判断出该波动值达到上述预设电压阈值时,说明此时第一输出电压的波动较大,判定上述开关电源模块300所处的工作模式为连续导通模式。
进一步地,如图2所示,本实施例中,所述原边控制芯片100还包括:采样保持单元103。
所述采样保持单元103分别与所述第一反馈单元101以及所述模式确定单元102连接。
所述采样保持单元103,用于保存所述第一输出电压,以使所述模式确定单元102将所述第一输出电压与所述辅助绕组301反馈的下一周期的电压进行比较。
需要说明的是,为了使得模式确定单元102可以将辅助绕组301反馈的当前周期的第一输出电压与辅助绕组301反馈的前一周期的采样电压进行比较,需要将前一周期的采样电压进行保存,故而提出上述采样保持单元。
为了便于理解,参考图3进行说明,但并不对本方案进行限定。图3为本发明原边控制电路第二实施例中采样保持单元的电路原理图,图3中,所述采样保持单元103包括:第一至第十PMOS管M1~M10、第一至第四NMOS管M1~M4以及第一电容C1。
第一PMOS管M1的栅极与带隙基准连接,所述第一PMOS管M1的源极与供电端连接,所述第一PMOS管M1的漏极分别与第五PMOS管M5的源极以及第六PMOS管M6的源极连接,所述第五PMOS管M5的栅极与所述第一反馈单元101连接,所述第五PMOS管M5的漏极分别与第一NMOS管M11的漏极以及第一NMOS管M11的栅极连接,所述第六PMOS管M6的栅极与所述第一反馈单元101连接,所述第六PMOS管M6的漏极与第二NMOS管M12的漏极连接,所述第二NMOS管M12的栅极与所述第一NMOS管M11的栅极连接,所述第二NMOS管M12的源极与所述第一NMOS管M11的源极连接;第二PMOS管M2的栅极与所述带隙基准连接,所述第二PMOS管M2的源极与所述供电端连接,所述第二PMOS管M2的漏极分别与所述第五PMOS管M5的栅极以及第九PMOS管M9的源极连接,所述第九PMOS管M9的栅极与所述第六PMOS管M6的漏极连接,所述第九PMOS管M9的漏极与所述第一NMOS管M11的源极连接;第三PMOS管M3的栅极与所述带隙基准连接,所述第三PMOS管M3的源极与所述供电端连接,所述第三PMOS管M3的漏极分别与第七PMOS管M7的源极以及第八PMOS管M8的源极连接,所述第七PMOS管M7的栅极与输出端连接,所述第七PMOS管M7的漏极分别与第三NMOS管M13的漏极以及第三NMOS管M13的栅极连接,所述第八PMOS管M8的栅极分别与所述第一反馈单元101以及第一电容C1的第一端连接,所述第一电容C1的第二端与所述第一NMOS管M11的源极连接,所述第八PMOS管M8的漏极与所述第四NMOS管M14的漏极连接,所述第四NMOS管M14的栅极与所述第三NMOS管M13的栅极连接,所述第四NMOS管M14的源极与所述第一NMOS管M11的源极连接;第四PMOS管M4的栅极与所述带隙基准连接,所述第四PMOS管M4的源极与所述供电端连接,所述第四PMOS管M4的漏极分别与所述输出端以及所述第十PMOS管M10的源极连接,所述第十PMOS管M10的栅极与所述第八PMOS管M8的漏极连接,所述第十PMOS管M10的源极与所述第一NMOS管M11的源极连接。
在具体实现中,上述第一至第十PMOS管M1~M10、第一至第四NMOS管M1~M4以及第一电容C1构成采样保持单元103的电路。上述带隙基准可为原边控制芯片100内部的基准源,该带隙基准可输出基准信号至上述第一至第四PMOS管M1~M4的栅极,上述供电端可为提高原边控制芯片100工作电压的电源端,相应地,该供电端也可输出供电电压至上述第一至第四PMOS管M1~M4的源极,上述第一反馈单元101可将上述辅助绕组301在前一周期采集的采样电压输入至上述第五PMOS管M5的栅极、第六PMOS管M6的栅极以及第八PMOS管M8的栅极,作为采样保持单元103的输入,上述输出端即可为上述模式确定单元102,在上述模式确定单元102确定第一输出电压的波动值时,通过上述第八PMOS管的漏极以及上述第四PMOS管M4的漏极输出上述采样电压至上述模式确定单元102,以进行第一输出电压波动值的确定。
应理解的是,在当前周期的第一输出电压的波动值确定完成后,采样保持单元103也可保存该第一输出电压,以在下一个周期到来时模式确定单元102根据该第一输出电压确定下一周期的电压的波动值。
进一步地,如图2所示,本实施例中,所述原边控制芯片100还包括:副边占空比单元104。
所述副边占空比单元104与所述隔离驱动芯片200连接。
所述副边占空比单元104,用于在所述工作模式为所述间断导通模式时,生成与原边驱动信号的占空比成预设比例的副边占空比,所述原边驱动信号为控制所述开关电源模块原边的开关器件导通或断开的信号。
在具体实现中,上述副边占空比单元104可实时输出驱动上述同步整流器的副边驱动信号至上述隔离驱动芯片200,并可检测上述模式确定单元102的判定结果,在判定结果为上述工作模式为间断导通模式时,同步上述副边驱动信号的副边占空比为原边驱动信号占空比的若干倍,如二分之一,以使输出的副边确定信号适应上述间断导通模式。
所述副边占空比单元104,还用于根据所述副边占空比生成所述第一副边驱动信号,并输出所述第一副边驱动信号至所述隔离驱动芯片200。
在具体实现中,上述副边占空比单元104可根据已同步的副边占空比确定适应上述间断导通模式的第一副边驱动信号,并输出该第一副边驱动信号至上述隔离驱动芯片200,使得该隔离驱动芯片200根据该第一副边驱动信号驱动同步整流器件。
相应地,本实施例中,所述副边占空比单元104,还用于在所述工作模式为所述连续导通模式时,生成与所述原边驱动信号互补的第二副边驱动信号至所述隔离驱动芯片200。
在具体实现中,上述副边占空比单元104在检测到上述模式确定单元102所确定的结果是工作模式为连续导通模式时,同步上述副边驱动信号与上述原边驱动信号互补,该与原边驱动信号互补的副边驱动信号即为上述适应连续导通模式的第二副边驱动信号。
进一步地,如图2所示,本实施例中,所述原边控制芯片还包括:第二反馈单元105以及原边占空比单元106。
所述第二反馈单元105分别与所述辅助绕组301以及所述原边占空比单元106连接,所述原边占空比单元与106所述隔离驱动芯片200连接。
所述第二反馈单元105,用于采集所述辅助绕组301反馈的第二输出电压,并将所述第二输出电压输出至所述原边占空比单元106。
需要说明的是,上述第二输出电压也为上述辅助绕组301反馈的开关电源模块300副边输出的电压,但该第二输出电压的值与上述第一输出电压的值不相,其中,上述第一输出电压用于确定开关电源模块300副边的占空比,该第二输出电压用于确定开关电源模块300原边的占空比。
在具体实现中,可设置在上述第二反馈单元105与辅助绕组301之间的电阻阻值与上述第一反馈单元101与辅助绕组301之间的电阻阻值不同,从而使得上述第一输出电压与上述第二输出电压的大小不等,从而使得输出至开关电源模块300原边的驱动信号分离,减少原边驱动信号和副边驱动信号之间的干扰。
所述原边占空比单元106,用于将所述第二输出电压与预设三角波电压进行比较,生成所述原边驱动信号,并输出所述原边驱动信号至所述隔离驱动芯片200。
需要说明的是,上述预设三角波电压可为生成原边驱动信号的预设电压。
在具体实现中,上述原边占空比单元106可将上述第二反馈单元105输入的第二输出电压与预设三角波电压进行比较,生成具有一定占空比的原边驱动信号。
所述隔离驱动芯片200,还用于根据所述原边驱动信号控制所述开关电源模块300原边的开关器件导通或断开。
需要说明的是,上述开关器件可为开关电源模块300原边中的开关器件,如MOS管,该开关器件导通时,开关电源模块300原边开启,相反,该开关器件断开时,开关电源模块300原边关闭。
在具体实现中,上述隔离驱动芯片200根据上述原边占空比106输入的原边驱动信号驱动上述开关器件,上述开关器件在接收到原边驱动信号时,根据原边驱动信号的高低电平进行导通或断开。
应理解的是,通过上述隔离驱动芯片200实现对开关电源模块300原边的开关器件和副边的同步整流器件进行开关驱动,有效地减少了开关电源模块300的驱动芯片数量,提高了驱动效率。
参考图4,图4为本发明原边控制电路第三实施例的结构示意图。
基于上述第二实施例,在本实施例中,所述原边控制芯片100还包括状态检测单元107。
所述状态检测单元107与所述开关电源模块300连接。
所述状态检测单元107,用于接收所述开关电源模块300输入的检测信号,并判断所述检测信号是否满足预设理想条件。
需要说明的是,上述检测信号可为上述开关电源模块300在原边输出的信号,包括输入至原边控制芯片100的工作电压以及流经开关电源模块300原边的开关器件的回路电流。
可理解的是,上述预设理想条件可为开关电源模块300处于合理的电压范围、电流范围或温度范围的条件。
在具体实现中,上述状态检测单元107可通过检测开关电源模块300输入至原边控制芯片100的工作电压以及开关电源模块300通过开关器件流入的回路电流,将工作电压与回路电流与预先设定的参考值进行比较,从而实现非理想状态的监测判的断。
应理解的是,上述非理想状态监测包括过压监测、欠压监测、过流监测、过温监测以及输出短路保护等超出合理范围的状态。
所述状态检测单元107,还用于在所述检测信号不满足所述预设理想条件时,控制所述原边控制芯片100停止运行。
在具体实现中,上述状态检测单元107在将上述检测信号与参考值进行比较后判断出上述检测信号不满足上述预设理想条件时,说明此时开关电源模块300处于不合理的状态,预设输出使能信号控制原边控制芯片100停止运行,不再输出上述原边驱动信号和上述副边驱动信号至上述隔离驱动芯片200,从而保护开关电源模块300。
为了便于理解,参考图5进行说明,但并不对本方案进行限定。图5为本发明原边控制电路第三实施例中原边控制芯片的功能示意图,图5中,VDD为原边控制芯片100的电源端口,INV为原边控制芯片100的第一反馈端口,DEM为原边控制芯片100的第二反馈端口,GATE1为原边控制芯片100的原边栅极驱动信号端口,GATE2为原边控制芯片100的同步整流驱动信号端口,GED为原边控制芯片100的共地端口,CS为原边控制芯片100的电流检测端口。
需要说明的是,上述电源端口VDD可为接收开关电源模块300输入的工作电压的端口,原边控制芯片100根据该工作电压实现过压检测、欠压检测、各基准源输出以及电压钳位。该电压端口VDD可为上述状态检测单元与开关电源模块300连接的一个端口。
可理解的是,上述电流检测端口CS可为接收流经开关电源模块300原边的开关器件的回路电流的端口,原边控制芯片100根据该回路电流实现电流检测保护以及电流检测等功能。该电流检测端口CS可为上述状态检测单元与开关电源模块300连接的另一个端口。
需要说明的是,上述第一反馈端口INV可为采集辅助绕组301上反馈的第一输出电压的端口,也即上述第一反馈单元101与辅助绕组301连接的端口,原边控制芯片100通过该第一反馈端口INV采集到上述第一输出电压后进行电流控制、采样保持、模拟数字转换、信号译码以及副边占空比确定等操作,对于副边占空比确定可参照上述第一反馈单元101与副边占空比单元102的有关描述,此处不再赘述。
可理解的是,上述第二反馈端口DEM可为采集辅助绕组301上反馈的第二输出电压的端口,也即上述第二反馈单元105与辅助绕组301连接的端口,原边控制芯片100通过该第二反馈端口DEM采集到上述第二输出电压后进行输出电压反馈以及原边占空比确定等操作,对于原边占空比确定可参照上述第二反馈单元105与原边占空比单元106的有关描述,此处不再赘述。
需要说明的是,上述原边栅极驱动信号端口GATE1可为与上述隔离驱动芯片200连接,且输出上述原边驱动信号的端口,该原边栅极驱动信号端口不具备驱动能力,而是由隔离驱动芯片200对开关电源模块300原边的开关器件进行驱动。
可理解的是,上述同步整流驱动信号端口GATE2可为与上述隔离驱动芯片200连接,且输出上述第一副边驱动信号和上述第二副边驱动信号的端口,该同步整流驱动信号端口不具备驱动能力,而是由隔离驱动芯片200对开关电源模块300副边的同步整流器件进行驱动。
需要说明的是,上述共地端口GND用于将原边控制芯片100的参考地和外部的地相连接,实现电位的匹配。
可理解的是,上述原边控制芯片100中还包括逻辑控制和软启动等功能,逻辑控制功能用于控制原边控制芯片100中各控制逻辑的优先级以及对输出相互的判断输出,软启动功能用于在原边控制芯片100启动过程中,逐级调整输出驱动信号的占空比,使得输出电压稳定上升,从而实现输出电压不过冲。
为了便于理解,参考图6进行说明,但并不对本方案进行限定。图6为本发明原边控制电路第三实施例中开关电源模块的电路原理图,图6中,所述开关电源模块300的原边包括:所述辅助绕组N3、初级绕组N1、电源端VCC、第一至第七电阻R1~R7、第一二极管D1、第二二极管D2、第二至第四电容C2~C4、第六电容C6以及第七电容C7,第五NMOS管M15,所述第五NMOS管M15为所述开关电源模块300原边的开关器件。
所述开关电源模块300的副边包括:次级绕组N2、第八电阻R8、第五电容C6以及第六NMOS管M16,所述第六NMOS管M16为所述同步整流器件。
所述原边控制芯片U1的电源端口VDD分别与所述第一二极管D1的阴极、第一电阻R1的第一端以及所述第二电容C1的第一端连接,所述第一电阻R1的第二端与所述电源端VCC的正极连接,所述电源端VCC的负极接地,所述第二电容C2的第二端接地;所述原边控制芯片U1的第一反馈端口INV分别与第二电阻R2的第一端、第三电阻R3的第一端以及所述第六电容C6的第一端连接,所述第六电容C6的第二端接地,所述第三电阻R3的第二端接地,所述第二电阻R2的第二端分别与所述第一二极管D1的阳极以及所述辅助绕组N3的第一端连接,所述辅助绕组N3的第二端接地;所述原边控制芯片U1的第二反馈端口DEM分别与第四电阻R4的第一端、第五电阻R5的第一端以及所述第七电容C7的第一端连接,所述第七电容C7的第二端接地,所述第五电阻R5的第二端接地,所述第四电阻R4的第二端分别与所述第一二极管D1的阳极以及所述辅助绕组N3的第一端连接;所述原边控制芯片U1的第一共地端口GND1接地;所述原边控制芯片U1的电流检测端口CS分别与第三电容C3的第一端、第六电阻R6的第一端以及所述第五NMOS管M15的源极连接,所述第五NMOS管M15的漏极分别与所述初级绕组N1的第一端以及所述第二二极管D2的阳极连接,所述第二二极管D2的阴极分别与所述第七电阻R7的第一端以及所述第四电容C4的第一端连接,所述第七电阻R7的第二端分别与所述初级绕组N1的第二端以及所述电源端VCC的正极连接,所述第四电容C4的第二端分别与所述初级绕组N1的第二端以及所述电源端VCC的正极连接;所述原边控制芯片U1的第二共地端口GND2分别与所述第三电容C3的第二端以及所述第六电阻R6的第二端连接,所述原边控制芯片U1的原边栅极驱动信号端口GATE1与所述隔离驱动芯片U2的第一输入端I1连接,所述隔离驱动芯片U2的第一输出端V1与所述第五NMOS管M15的栅极连接;所述原边控制芯片U1的同步整流驱动信号端口GATE2与所述隔离驱动芯片U2的第二输入端I2连接,所述隔离驱动芯片U2的第二输出端V2与所述第六NMOS管M16的栅极连接,所述第六NMOS管M16的漏极与所述次级绕组N2的第一端连接,所述第六NMOS管M16的源极分别与所述第五电容C5的第一端以及所述第八电阻R8的第一端连接,所述第五电容C5的第二端与所述次级绕组N2的第二端连接,所述第八电阻R8的第二端与所述次级绕组N2的第二端连接。
需要说明的是,上述第四电阻R4、第五电阻R5与上述第三电阻R3、第二电阻R2的阻值不同,从而使得上述第一反馈端口INV采集的第一输出电压与上述第二反馈端口DER采集的第二输出电压的大小不同,实现了对原边驱动信号和副边驱动信号的分离,减少了原边驱动信号和副边驱动信号之间的相互干扰。
可理解的是,上述初级绕组N1、次级绕组N2以及辅助绕组N3共用一套绕组,该辅助绕组N3可反馈上述次级绕组N2输出的电压。
需要说明的是,上述第五NMOS管M15为开关电源模块300原边的开关电源器件,上述隔离驱动芯片U2的第一输入端I1与原边控制芯片U1的原边栅极驱动信号端口GATE1连接,以接收原边栅极驱动信号端口GATE1输出的原边驱动信号,并根据该原边驱动信号控制第五NMOS管M15的栅极,从而实现对开关电源模块300原边的开启和关闭进行控制。
可理解的是,上述第六NMOS管M16为开关电源模块300副边的同步整流器件,上述隔离驱动芯片U2的第一输入端I1与原边控制芯片U1的同步整流驱动信号端口GATE2连接,以接收同步整流驱动信号端口GATE2输出的第一副边驱动信号或第二副边驱动信号,并根据第一副边驱动信号或第二副边驱动信号控制第六NMOS管M16的栅极,从而实现开关电源模块300副边的同步整流,进而实现对间断导通模式和连续导通模式的兼具。
此外,为实现上述目的,本发明还提出一种原边控制装置,所述原边控制装置包括如上文所述的原边控制电路。
本发明原边控制装置的其他实施例或具体实现方式可参照上述原边控制电路的实施例,此处不再赘述。
需要说明的是,在本文中,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述,不代表实施例的优劣。
以上仅为本发明的优选实施例,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或等效流程变换,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)

1.一种原边控制电路,其特征在于,所述原边控制电路包括:原边控制芯片、隔离驱动芯片以及开关电源模块;
其中,所述开关电源模块包括辅助绕组和同步整流器件;
所述原边控制芯片分别与所述辅助绕组以及所述隔离驱动芯片连接,所述隔离驱动芯片与所述同步整流器件的控制端连接;
所述辅助绕组,用于反馈所述开关电源模块副边的第一输出电压;
所述原边控制芯片,用于采集所述第一输出电压,并根据所述第一输出电压的波动值确定所述开关电源模块所处的工作模式;
所述原边控制芯片,还用于根据所述工作模式输出第一副边驱动信号或第二副边驱动信号至所述隔离驱动芯片,所述第一副边驱动信号为适应间断导通模式的驱动信号,所述第二副边驱动信号为适应连续导通模式的驱动信号;
所述隔离驱动芯片,用于根据所述第一副边驱动信号或所述第二副边驱动信号驱动所述同步整流器件。
2.如权利要求1所述的原边控制电路,其特征在于,所述原边控制芯片包括:第一反馈单元以及模式确定单元;
所述第一反馈单元分别与所述辅助绕组以及所述模式确定单元连接;
所述第一反馈单元,用于采集所述第一输出电压,并输出所述第一输出电压至所述模式确定单元;
所述模式确定单元,用于将所述第一输出电压与所述辅助绕组在前一周期反馈的采样电压进行比较,确定所述第一输出电压与所述采样电压之间的差值,并将所述差值作为所述第一输出电压的波动值;
所述模式确定单元,还用于在所述波动值低于预设电压阈值时,判定所述工作模式为间断导通模式;
所述模式确定单元,还用于在所述波动值达到所述预设电压阈值时,判定所述工作模式为连续导通模式。
3.如权利要求2所述的原边控制电路,其特征在于,所述原边控制芯片还包括:采样保持单元;
所述采样保持单元分别与所述第一反馈单元以及所述模式确定单元连接;
所述采样保持单元,用于保存所述第一输出电压,以使所述模式确定单元将所述第一输出电压与所述辅助绕组反馈的下一周期的电压进行比较。
4.如权利要求3所述的原边控制电路,其特征在于,所述采样保持单元包括:第一至第十PMOS管、第一至第四NMOS管以及第一电容;
第一PMOS管的栅极与带隙基准连接,所述第一PMOS管的源极与供电端连接,所述第一PMOS管的漏极分别与第五PMOS管的源极以及第六PMOS管的源极连接,所述第五PMOS管的栅极与所述第一反馈单元连接,所述第五PMOS管的漏极分别与第一NMOS管的漏极以及第一NMOS管的栅极连接,所述第六PMOS管的栅极与所述第一反馈单元连接,所述第六PMOS管的漏极与第二NMOS管的漏极连接,所述第二NMOS管的栅极与所述第一NMOS管的栅极连接,所述第二NMOS管的源极与所述第一NMOS管的源极连接;
第二PMOS管的栅极与所述带隙基准连接,所述第二PMOS管的源极与所述供电端连接,所述第二PMOS管的漏极分别与所述第五PMOS管的栅极以及第九PMOS管的源极连接,所述第九PMOS管的栅极与所述第六PMOS管的漏极连接,所述第九PMOS管的漏极与所述第一NMOS管的源极连接;
第三PMOS管的栅极与所述带隙基准连接,所述第三PMOS管的源极与所述供电端连接,所述第三PMOS管的漏极分别与第七PMOS管的源极以及第八PMOS管的源极连接,所述第七PMOS管的栅极与输出端连接,所述第七PMOS管的漏极分别与第三NMOS管的漏极以及第三NMOS管的栅极连接,所述第八PMOS管的栅极分别与所述第一反馈单元以及第一电容的第一端连接,所述第一电容的第二端与所述第一NMOS管的源极连接,所述第八PMOS管的漏极与所述第四NMOS管的漏极连接,所述第四NMOS管的栅极与所述第三NMOS管的栅极连接,所述第四NMOS管的源极与所述第一NMOS管的源极连接;
第四PMOS管的栅极与所述带隙基准连接,所述第四PMOS管的源极与所述供电端连接,所述第四PMOS管的漏极分别与所述输出端以及所述第十PMOS管的源极连接,所述第十PMOS管的栅极与所述第八PMOS管的漏极连接,所述第十PMOS管的源极与所述第一NMOS管的源极连接。
5.如权利要求4所述的原边控制电路,其特征在于,所述原边控制芯片还包括:副边占空比单元;
所述副边占空比单元与所述隔离驱动芯片连接;
所述副边占空比单元,用于在所述工作模式为所述间断导通模式时,生成与原边驱动信号的占空比成预设比例的副边占空比,所述原边驱动信号为控制所述开关电源模块原边的开关器件导通或断开的信号;
所述副边占空比单元,还用于根据所述副边占空比生成所述第一副边驱动信号,并输出所述第一副边驱动信号至所述隔离驱动芯片。
6.如权利要求5所述的原边控制电路,其特征在于,所述副边占空比单元,还用于在所述工作模式为所述连续导通模式时,生成与所述原边驱动信号互补的第二副边驱动信号至所述隔离驱动芯片。
7.如权利要求6所述的原边控制电路,其特征在于,所述原边控制芯片还包括:第二反馈单元以及原边占空比单元;
所述第二反馈单元分别与所述辅助绕组以及所述原边占空比单元连接,所述原边占空比单元与所述隔离驱动芯片连接;
所述第二反馈单元,用于采集所述辅助绕组反馈的第二输出电压,并将所述第二输出电压输出至所述原边占空比单元;
所述原边占空比单元,用于将所述第二输出电压与预设三角波电压进行比较,生成所述原边驱动信号,并输出所述原边驱动信号至所述隔离驱动芯片;
所述隔离驱动芯片,还用于根据所述原边驱动信号控制所述开关电源模块原边的开关器件导通或断开。
8.如权利要求7所述的原边控制电路,其特征在于,所述原边控制芯片还包括状态检测单元;
所述状态检测单元与所述开关电源模块连接;
所述状态检测单元,用于接收所述开关电源模块输入的检测信号,并判断所述检测信号是否满足预设理想条件;
所述状态检测单元,还用于在所述检测信号不满足所述预设理想条件时,控制所述原边控制芯片停止运行。
9.如权利要求8所述的原边控制电路,其特征在于,所述开关电源模块的原边包括:所述辅助绕组、初级绕组、电源端、第一至第七电阻、第一二极管、第二二极管、第二至第四电容、第六电容以及第七电容,第五NMOS管,所述第五NMOS管为所述开关电源模块原边的开关器件;
所述开关电源模块的副边包括:次级绕组、第八电阻、第五电容以及第六NMOS管,所述第六NMOS管为所述同步整流器件;
所述原边控制芯片的电源端口分别与所述第一二极管的阴极、第一电阻的第一端以及第二电容的第一端连接,所述第一电阻的第二端与所述电源端的正极连接,所述电源端的负极接地,所述第二电容的第二端接地;
所述原边控制芯片的第一反馈端口分别与第二电阻的第一端、第三电阻的第一端以及所述第六电容的第一端连接,所述第六电容的第二端接地,所述第三电阻的第二端接地,所述第二电阻的第二端分别与所述第一二极管的阳极以及所述辅助绕组的第一端连接,所述辅助绕组的第二端接地;
所述原边控制芯片的第二反馈端口分别与第四电阻的第一端、第五电阻的第一端以及所述第七电容的第一端连接,所述第七电容的第二端接地,所述第五电阻的第二端接地,所述第四电阻的第二端分别与所述第一二极管的阳极以及所述辅助绕组的第一端连接;所述原边控制芯片的第一共地端口接地;
所述原边控制芯片的电流检测端口分别与第三电容的第一端、第六电阻的第一端以及所述第五NMOS管的源极连接,所述第五NMOS管的漏极分别与所述初级绕组的第一端以及所述第二二极管的阳极连接,所述第二二极管的阴极分别与所述第七电阻的第一端以及所述第四电容的第一端连接,所述第七电阻的第二端分别与所述初级绕组的第二端以及所述电源端的正极连接,所述第四电容的第二端分别与所述初级绕组的第二端以及所述电源端的正极连接;
所述原边控制芯片的第二共地端口分别与所述第三电容的第二端以及所述第六电阻的第二端连接,所述原边控制芯片的原边栅极驱动信号端口与所述隔离驱动芯片的第一输入端连接,所述隔离驱动芯片的第一输出端与所述第五NMOS管的栅极连接;
所述原边控制芯片的同步整流驱动信号端口与所述隔离驱动芯片的第二输入端连接,所述隔离驱动芯片的第二输出端与所述第六NMOS管的栅极连接,所述第六NMOS管的漏极与所述次级绕组的第一端连接,所述第六NMOS管的源极分别与所述第五电容的第一端以及所述第八电阻的第一端连接,所述第五电容的第二端与所述次级绕组的第二端连接,所述第八电阻的第二端与所述次级绕组的第二端连接。
10.一种原边控制装置,其特征在于,所述原边控制装置包括如权利要求1至9任一项所述的原边控制电路。
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