CN116526856A - 控制器、隔离式功率转换器及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种控制器、隔离式功率转换器及控制方法，控制器包括原边控制器与副边控制器；副边控制器包括副边控制信号产生模块，接收功率转换器输出电压的反馈信号，生成第一控制信号并耦合至原边控制器；原边控制器包括：原边控制模块，接收隔离式功率转换器的绕组上的电压信号，生成第二控制信号实现原边控制模式；追随副边控制模块，接收第一控制信号，生成第三控制信号实现副边控制模式；控制权切换模块，实现原边控制模式与副边控制模式之间的切换。本发明提供的隔离式功率转换器启动时，首先采用原边控制模块实现原边控制模式，接着采用控制权切换模块进行模式切换，采用追随副边控制模块实现副边控制模式，能够防止启机时输出电压过压。

Description

控制器、隔离式功率转换器及控制方法

技术领域

本发明涉及功率转换器设计领域，特别涉及一种控制器、一种隔离式功率转换器以及一种隔离式功率转换器的控制方法。

背景技术

目前，在反激隔离电源中，主要采用的是光耦方案，该方案的主要特点是：副边精简，只需要一TL431即可，但是该方案中光耦有光衰现象，同时动态响应差于基于波纹控制的方案。在基于波纹控制的方案中，动态响应优于光耦方案，但其副边需要将控制信号通过磁耦或者容耦器件耦合至原边控制器，磁耦和容耦均需要供电，所以启动时需要原边控制器先控制原边MOS向副边传递能量，副边芯片的旁路电容电压达到预设值后，副边控制器再开始正常工作，控制原边MOS的开关以向副边传递能量。

图1是现有技术中一隔离式功率转换器的结构示意图。如图1所示，所述隔离式功率转换器包括原边电路、副边电路和耦合在原边电路和副边电路之间提供电气隔离的变压器。所述原边电路内设置有原边芯片，所述副边电路内设置有副边芯片，原边芯片与副边芯片通过隔离器隔离并进行通讯。所述隔离式功率转换器还包括输入端子与输出端子，输入端子被耦合以接收输入电压，输入电压可以是经整流和滤波的AC电压。输出端子将输出电压提供至电负载，诸如平板电脑设备。

目前常见的隔离式功率转换器的启动方式为：AC电源接通；原边芯片供电电压上升；原边芯片开始工作，控制原边MOS状态；副边绕组上产生电压，通过Forw引脚给副边芯片供电；副边芯片供电电压上升；副边芯片开始工作并控制原边MOS的状态。

然而，该方式具有以下缺点：如果副边芯片的VCC电容比较大，或者Forw引脚处高压电流的电流比较小，则容易造成启机时输出电压过压。

发明内容

本发明的目的在于提供一种控制器、隔离式功率转换器及控制方法，能够防止启机时输出电压过压。

为解决上述技术问题，根据本发明的第一个方面，提供一种用于隔离式功率转换器的控制器，包括：包括原边控制器与副边控制器，其中，

所述副边控制器包括副边控制信号产生模块，接收所述隔离式功率转换器输出电压的反馈信号，生成第一控制信号并将所述第一控制信号耦合至所述原边控制器；

所述原边控制器包括：

原边控制模块，接收所述隔离式功率转换器的绕组上的一电压信号，生成第二控制信号以控制原边功率管的状态，实现原边控制模式；

追随副边控制模块，接收所述第一控制信号，生成第三控制信号以控制所述原边功率管的状态，实现副边控制模式；

控制权切换模块，接收所述第一控制信号以实现所述原边控制器在所述原边控制模式与所述副边控制模式之间的切换。

可选的，所述原边控制模块接收所述隔离式功率转换器的辅助绕组两端的电压信号，所述辅助绕组耦合于所述隔离式功率转换器的原边绕组；或者，所述原边控制模块接收所述隔离式功率转换器的原边绕组两端的电压信号。

可选的，所述原边控制模块包括：

采样保持模块，接收所述电压信号，采集原边功率管关闭之后的所述电压信号作为输出电压采样信号；

第一运算放大器，将所述输出电压采样信号与第一基准值进行误差放大，输出一原边误差放大信号；

第一频率控制模块，接收所述原边误差放大信号，输出原边频率控制信号以控制所述原边功率管的开关频率；

关断控制模块，接收所述原边误差放大信号，输出原边导通时间控制信号以控制所述原边功率管的导通时间。

可选的，所述原边控制器包括：

第一驱动产生模块，接收所述原边频率控制信号、所述原边导通时间控制信号以及一原边电流采样信号，根据所述原边频率控制信号提示原边功率管导通，根据所述原边导通时间控制信号以及所述原边电流采样信号提示原边功率管关断，并输出所述第二控制信号至所述原边功率管；

其中所述第一驱动产生模块包括：

第一比较器，将所述原边导通时间控制信号与所述原边电流采样信号进行比较，输出第一比较结果，根据所述第一比较结果提示原边功率管的导通时刻；

第一逻辑电路，根据所述第一比较结果和所述原边频率控制信号产生所述第二控制信号。

可选的，所述副边控制信号产生模块包括：

第二比较器，将所述反馈信号与第二基准值进行比较，输出第二比较结果，根据所述第二比较结果生成所述第一控制信号提示原边功率管的导通时刻。

可选的，所述副边控制信号产生模块包括：

第二运算放大器，将所述反馈信号与第二基准值进行误差放大，输出一副边误差放大信号；

第二频率控制模块，接收所述副边误差放大信号，输出所述第一控制信号提示原边功率管的导通时刻。

可选的，所述追随副边控制模块包括：

频率-导通时间控制电路，接收所述第一控制信号，输出副边导通时间控制信号以控制所述原边功率管的导通时间；

第二驱动产生模块，接收所述第一控制信号、所述副边导通时间控制信号以及一原边电流采样信号，输出所述第三控制信号至所述原边功率管。

可选的，所述追随副边控制模块包括：

计时电路，接收所述第一控制信号，并在所述第一控制信号提示原边功率管导通并经过一预设时长后输出副边导通时间控制信号，以控制所述原边功率管的导通时间；

第二驱动产生模块，接收所述第一控制信号、所述副边导通时间控制信号，输出所述第三控制信号至所述原边功率管。

可选的，所述副边控制信号产生模块包括：

第二比较器，将所述反馈信号与第二基准值进行比较，输出第二比较结果，根据所述第二比较结果提示原边功率管的导通时刻；

计时电路，根据所述原边功率管的导通时刻开始计时，经过一预设时长后输出副边导通时间控制信号，以控制所述原边功率管的导通时间；

第二逻辑电路，根据所述第二比较结果和所述副边导通时间控制信号产生所述第一控制信号。

可选的，所述副边控制信号产生模块包括：

第二运算放大器，将所述反馈信号与第二基准值进行误差放大，输出一副边误差放大信号；

第二频率控制模块，接收所述副边误差放大信号，输出第二频率控制信号，提示原边功率管的导通时刻；

计时电路，根据所述原边功率管的导通时刻开始计时，经过一预设时长后输出副边导通时间控制信号，以控制所述原边功率管的导通时间；

第二逻辑电路，根据所述第二频率控制信号和所述副边导通时间控制信号产生所述第一控制信号。

可选的，所述追随副边控制模块包括第二驱动产生模块，所述第二驱动产生模块接收所述第一控制信号，生成所述第三控制信号以控制所述原边功率管的状态。

可选的，当所述原边控制器处于所述原边控制模式时，若所述控制权切换模块接收到有效的所述第一控制信号，则所述原边控制器从所述原边控制模式切换至所述副边控制模式；当所述原边控制器处于所述副边控制模式时，如果在一预设时间段内所述控制权切换模块没有接收到有效的所述第一控制信号，则所述原边控制器从所述副边控制模式切换至所述原边控制模式。

可选的，所述原边控制模块实现原边控制模式使得输出电压达到第一基准值，所述追随副边控制模块实现副边控制模式使得输出电压达到第二基准值，其中所述第一基准值不大于所述第二基准值。

为解决上述技术问题，根据本发明的第二个方面，提供一种隔离式功率转换器，包括如上所述的控制器。

为解决上述技术问题，根据本发明的第三个方面，提供一种隔离式功率转换器的控制方法，包括：

采用副边控制信号产生模块接收隔离式功率转换器输出电压的反馈信号，生成原边功率管第一控制信号并将所述第一控制信号耦合至所述原边控制器；

采用原边控制模块接收所述隔离式功率转换器的绕组上的电压信号，生成原边功率管第二控制信号以控制原边功率管的状态，实现原边控制模式；

采用追随副边控制模块接收所述第一控制信号，生成原边功率管第三控制信号以控制所述原边功率管的状态，实现副边控制模式；

采用控制权切换模块接收所述第一控制信号以实现所述原边控制器在所述原边控制模式与所述副边控制模式之间的切换；

并且，所述隔离式功率转换器启动时，首先采用所述原边控制模块实现所述原边控制模式，接着采用所述控制权切换模块进行模式切换，切换为采用所述追随副边控制模块实现所述副边控制模式。

综上所述，本发明提供的控制器、隔离式功率转换器及控制方法中，所述控制器包括原边控制器与副边控制器，所述副边控制器包括副边控制信号产生模块，接收所述隔离式功率转换器输出电压的反馈信号，生成第一控制信号并将所述第一控制信号耦合至所述原边控制器；所述原边控制器包括：原边控制模块，接收所述隔离式功率转换器的绕组上的一电压信号，生成第二控制信号以控制原边功率管的状态，实现原边控制模式；追随副边控制模块，接收所述第一控制信号，生成第三控制信号以控制所述原边功率管的状态，实现副边控制模式；控制权切换模块，接收所述第一控制信号以实现所述原边控制器在所述原边控制模式与所述副边控制模式之间的切换。所述隔离式功率转换器启动时，首先采用所述原边控制模块实现所述原边控制模式，接着采用所述控制权切换模块进行模式切换，切换为采用所述追随副边控制模块实现所述副边控制模式，从而能够防止启机时输出电压过压。

附图说明

本领域的普通技术人员将会理解，提供的附图用于更好地理解本发明，而不对本发明的范围构成任何限定。其中：

图1是现有技术中一隔离式功率转换器的示意图。

图2是本发明一实施例提供的隔离式功率转换器的示意图。

图3是本发明一实施例提供的原边控制模块的示意图。

图4是本发明一实施例提供的第一驱动产生模块的示意图。

图5是本发明一实施例提供的隔离式功率转换器的绕组上的电压信号波形图。

图6是本发明一实施例提供的原边误差放大信号与原边频率控制信号、以及原边误差放大信号与原边导通时间控制信号的关系图。

图7a是本发明一实施例提供的副边控制信号产生模块与追随副边控制模块的示意图。

图7b是本发明另一实施例提供的副边控制信号产生模块与追随副边控制模块的示意图。

图7c是本发明另一实施例提供的副边控制信号产生模块与追随副边控制模块的示意图。

图8是本发明一实施例提供的控制权切换模块的工作状态示意图。

附图中：

10-副边控制器；11-副边控制信号产生模块；20-原边控制器；21-原边控制模块；22-追随副边控制模块；23-控制权切换模块；100-隔离式功率转换器；101-输入端子；102-输出端子；103-隔离变压器；104-原边绕组；105-副边绕组；106-辅助绕组；107-原边功率管；108-钳位电路；109-同步整流电路；110-输出电容器；111-耦合器；112-节点；113-第二比较器；114-第一发射机；115-第二运算放大器；116-第二频率控制模块；117-第二发射机；118-第二逻辑电路；119-计时电路；120-第三发射机；211-采样保持模块；212-第一运算放大器；213-第一频率控制模块；214-关断控制模块；215-第一驱动产生模块；2151-第一比较器；2152-第一逻辑电路；221-频率-导通时间控制电路；222-第二驱动产生模块。

具体实施方式

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。

如在本发明中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，除非内容另外明确指出外。如在本发明中所使用的，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。如在本发明中所使用的，术语“若干”通常是以包括“至少一个”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。如在本发明中所使用的，术语“至少两个”通常是以包括“两个或两个以上”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者至少两个该特征。

本发明的核心思想在于提供一种控制器、隔离式功率转换器及控制方法，以防止隔离式功率转换器启机时输出电压过压。

图2是本发明一实施例提供的隔离式功率转换器的示意图。请参考图2所示，所述隔离式功率转换器100包括输入端子101和输出端子102。所述输入端子101被耦合以接收输入电压，输入电压可以是经整流且经滤波的AC电压。所述输出端子102将输出电压提供至电负载，诸如平板电脑设备。在所述隔离式功率转换器100启动之后可以将输出电压的值调整到所期望的经调整的输出电压值，因此输出电压可被称作“经调整的输出电压”。所述输出端子102被耦合至输出电容器110，以平缓经调整的输出电压。

所述隔离式功率转换器100包括隔离变压器103，所述隔离变压器103包括原边绕组104、副边绕组105以及辅助绕组106。所述隔离变压器103提供隔离式功率转换器100的原边电路与副边电路之间的电气隔离。

所述隔离式功率转换器100包括：原边控制器20、副边控制器10和原边功率管107。原边控制器20、副边控制器10和原边功率管107可以被包括在集成电路封装件中。

在一个实施例中，集成电路封装件可以在包封体内包覆第一集成电路芯片和第二集成电路芯片。包封体可以指围绕或封住一个或更多个集成电路芯片和一部分引线框架的罩壳和塑膜。第一集成电路芯片可以包括所述原边控制器20和所述原边功率管107，第二集成电路芯片可以包括所述副边控制器10。

在另一个实施例中，集成电路封装件可以包括：包括所述原边功率管107的第一集成电路芯片、包括所述原边控制器20的第二集成电路芯片和包括所述副边控制器10的第三电路芯片。

包括所述原边控制器20的芯片和包括所述副边控制器10的芯片是彼此电气隔离的，因此，所述副边控制器10与所述原边控制器20和所述原边功率管107是电气隔离的。虽然所述原边控制器20、所述副边控制器10和所述原边功率管107示例为被包括在单个集成电路封装件中，但在其他实施例中，所述原边控制器20、所述副边控制器10和所述原边功率管107中的一个或更多个可被包括在一个集成电路封装件中。

所述原边控制器20被耦合至所述隔离式功率转换器100的原边电路部件，诸如所述原边功率管107与钳位电路108，所述副边控制器10被耦合至所述隔离式功率转换器100的副边电路部件，例如：所述副边控制器10被耦合至次级绕组105、输出端子102、同步整流电路109以及其他电路部件。所述原边控制器20和所述副边控制器10控制隔离式功率转换器100的电路，以控制从输入端子101到输出端子102的能量传递。

虽然所述原边控制器20和所述副边控制器10是彼此电气隔离的，但所述副边控制器10可以将控制信号传递至所述原边控制器20。例如，可以通过隔离型的耦合器111(例如：磁耦或容耦元件)将所述原边控制器20的控制信号耦合传输至所述原边控制器20。所述原边功率管107可以是高电压功率开关，在一个实施例中，所述原边功率管107可以是功率金属氧化物半导体场效应晶体管。在运行中，所述原边控制器20控制经过所述原边功率管107和所述初级绕组104的电流。一般而言，所述原边功率管107可以处于“通”状态(例如，作为导通的开关)和“断”状态(例如，作为断开的开关)，依赖于由所述原边控制器20生成的开关驱动信号。

钳位电路108被耦合至所述隔离变压器103的初级绕组104，从而当所述原边功率管107在通状态与断状态之间转变时，限制所述原边功率管107上的最大电压。在一实施例中，当所述原边功率管107从通状态转变为断状态时，所述副边控制器10控制同步整流电路109导通，使得输出电容器110被有效率地充电。

本实施例中，所述副边控制器10包括副边控制信号产生模块11，所述副边控制信号产生模块11接收隔离式功率转换器100输出电压的反馈信号，生成原边功率管第一控制信号Vcontrol并将所述第一控制信号耦合至所述原边控制器20。

所述副边控制器10包括与副边电路连接的多个端子，图2中仅示出了Gate端子与Vout端子，Gate端子耦合至所述同步整流电路109以控制所述同步整流电路109，Vout端子耦合至所述隔离式功率转换器100副边的一节点112，所述节点112是隔离式功率转换器100的用于输出经调整的输出电压的输出节点。副边控制器10通过Vout端子能够接收反映隔离式功率转换器100输出电压的反馈信号Vout。

所述原边控制器20包括原边控制模块(PSR模块)21、追随副边控制模块(追随SSR模块)22与控制权切换模块23，其中，所述原边控制模块21接收所述隔离式功率转换器100的绕组上的一电压信号，生成第二控制信号以控制原边功率管107的状态，实现原边控制模式(PSR模式)。所述追随副边控制模块22接收所述第一控制信号，生成第三控制信号以控制原边功率管107的状态，实现副边控制模式(SSR模式)。所述控制权切换模块23接收所述第一控制信号以实现原边控制器20在原边控制模式与副边控制模式之间的切换。

需要说明的是，所述原边控制模块21生成第二控制信号以控制原边功率管107的状态，所述追随副边控制模块22生成第三控制信号以控制原边功率管107的状态，因此在图2中，从所述原边控制模块21以及所述追随副边控制模块22各具有带箭头的线指向所述原边功率管107，以表示所述原边功率管107可以受前述两个模块的输出信号控制，在实际电路中，所述原边控制器20可以仅有一条连接线连接至所述原边功率管107，该连接线可以传输第二控制信号或第三控制信号至所述原边功率管107，所述原边控制器20也可以通过不同的连接线将第二控制信号和第三控制信号分别传输至所述原边功率管107，但在任意时刻仅允许有其中一条连接线上的控制信号有效。

本实施例提供的隔离式功率转换器100中，在隔离式功率转换器100启动时，首先原边控制模块21生成第二控制信号以控制原边功率管107的状态，实现原边控制模式，接着控制权切换模块23根据接收的第一控制信号进行模式切换，切换为采用追随副边控制模块22生成第三控制信号以控制原边功率管107的状态，实现副边控制模式。即在隔离式功率转换器100启动时，先是原边控制模式，后是副边控制模式，因此能够防止启机时的输出电压过压。

在一个实施例中，请参考图2所示，所述原边控制模块21接收隔离式功率转换器100的辅助绕组106两端的电压信号Vdeg，所述辅助绕组106耦合于所述隔离式功率转换器100的原边绕组104。当然，由于所述原边控制模块21输入端仅连接至与所述辅助绕组106串联的两个电阻之间，因此电压信号Vdeg仅是辅助绕组106两端的电压的其中一部分。在另一个实施例中，所述原边控制模块21也可以接收隔离式功率转换器100的原边绕组104两端的电压信号(未图示)。所述原边控制模块21通过检测辅助绕组106两端的电压或者检测原边绕组104两端的电压从而采样得到输出电压的信息。

图3是本发明一实施例提供的原边控制模块的示意图。请参考图3所示，所述原边控制模块21包括：采样保持模块211、第一运算放大器212、第一频率控制模块213与关断控制模块214。所述采样保持模块211接收所述电压信号Vdeg，采集原边功率管107关闭之后的所述电压信号作为输出电压采样信号。所述第一运算放大器212将所述输出电压采样信号与第一基准值Vref1进行误差放大，输出一原边误差放大信号Comp_PSR。所述第一频率控制模块213接收所述原边误差放大信号Comp_PSR，输出原边频率控制信号PSR_fs以控制所述原边功率管107的开关频率。所述关断控制模块214接收所述原边误差放大信号Comp_PSR，输出原边导通时间控制信号PSR_Vlimit以控制所述原边功率管107的导通时间。

所述原边控制模块21还包括第一驱动产生模块215，或者所述原边控制器20还包括所述第一驱动产生模块215。所述第一驱动产生模块215接收所述原边频率控制信号PSR_fs、所述原边导通时间控制信号PSR_Vlimit以及一原边电流采样信号Vcs，根据所述原边频率控制信号PSR_fs提示原边功率管导通，根据所述原边导通时间控制信号PSR_Vlimit以及所述原边电流采样信号Vcs提示原边功率管107关断，并输出所述第二控制信号PSR_Gate至所述原边功率管107。

具体的，所述电压信号Vdeg传输至所述采样保持模块211的输入端，所述采样保持模块211的输出端输出输出电压采样信号至所述第一运算放大器212的反相输入端，所述第一运算放大器212的同相输入端输入所述第一基准值Vref1，所述第一运算放大器212的输出端输出所述原边误差放大信号Comp_PSR至所述第一频率控制模块213的输入端以及所述关断控制模块214的输入端，所述第一频率控制模块213的输出端输出所述原边频率控制信号PSR_fs至所述第一驱动产生模块215的一输入端，以控制所述原边功率管107的频率，即控制所述原边功率管107的导通(turn on)时刻，所述关断控制模块214的输出端输出所述原边导通时间控制信号PSR_Vlimit至所述第一驱动产生模块215的另一输入端，以控制所述原边功率管107的导通时间，即控制所述原边功率管107的断开(turn off)时刻。所述第一驱动产生模块215的输出端输出所述第二控制信号PSR_Gate以控制所述原边功率管107的导通与断开。

图4是本发明一实施例提供的第一驱动产生模块的示意图。请参考图4所示，所述第一驱动产生模块215包括：第一比较器2151与逻辑电路2152，本实施例中，所述逻辑电路2152例如为单独的RS触发器。所述第一比较器2151将所述原边导通时间控制信号PSR_Vlimit与所述原边电流采样信号Vcs进行比较，输出第一比较结果，根据所述第一比较结果提示原边功率管的导通时刻。所述逻辑电路2152根据所述第一比较结果和所述原边频率控制信号PSR_fs产生所述第二控制信号PSR_Gate。本实施例中，所述原边电流采样信号Vcs指的是隔离变压器103的原边绕组104的电流的采样信号。

具体的，所述第一比较器2151的同相输入端输入所述原边电流采样信号Vcs，反相输入端输入所述原边导通时间控制信号PSR_Vlimit，输出端输出第一比较结果至所述触发器的复位端R，所述触发器的置位端输入所述原边频率控制信号PSR_fs，所述触发器的输出端输出第二控制信号PSR_Gate，所述第二控制信号PSR_Gate包含控制所述原边功率管107的导通时刻与断开时刻，从而控制所述原边功率管107的状态，实现原边控制模式。

示例性的，当所述原边电流采样信号Vcs高于所述原边导通时间控制信号PSR_Vlimit时，所述第一比较器2151的输出端输出高电平至所述逻辑电路2152的复位端R，所述逻辑电路2152输出端输出低电平，从而断开所述原边功率管107。

图5是本发明一实施例提供的隔离式功率转换器的绕组上的电压信号波形图。请参考图5所示，所述原边功率管107断开之后，在绕组电压信号进入稳定阶段后采样所述电压信号Vdeg的电压从而得到输出电压采样信号，即得到输出电压的信息。图5所示采样点位于所述电压信号波形比较平稳的位置，例如是原边功率管107断开造成的电压尖峰平滑之后。

图6是本发明一实施例提供的原边误差放大信号与原边频率控制信号、以及原边误差放大信号与原边导通时间控制信号的关系图。请参考图6所示，本实施例中，所述原边误差放大信号Comp_PSR与所述原边频率控制信号PSR_fs呈正相关，随着所述原边误差放大信号Comp_PSR的增大而增大。而所述原边导通时间控制信号PSR_Vlimit恒定，并不随所述原边误差放大信号Comp_PSR的变化而变化。当然在其他实施例中，所述原边误差放大信号Comp_PSR与所述原边频率控制信号PSR_fs、以及原边误差放大信号Comp_PSR与原边导通时间控制信号PSR_Vlimit还可以具有其他的关系，本发明对此不作限定。

在副边控制模式中，所述副边控制器包括副边控制信号产生模块，接收所述隔离式功率转换器输出电压的反馈信号，生成第一控制信号并将所述第一控制信号耦合至所述原边控制器，所述原边控制器包括追随副边控制模块，接收所述第一控制信号，生成第三控制信号以控制所述原边功率管的状态。所述第一控制信号Vcontrol可以仅包含产生原边功率管的导通时刻的信号，在副边通过比较器或误差放大器产生原边功率管的导通信号，在原边接收到导通时刻后经过计时电路或频率-导通时间控制电路产生关断信号。

在第一个实施例中，所述副边控制信号产生模块11包括第二比较器，所述第二比较器将所述反馈信号与第二基准值进行比较，输出第二比较结果，根据所述第二比较结果生成所述第一控制信号提示原边功率管的导通时刻。在第二个实施例中，所述副边控制信号产生模块11包括第二运算放大器与第二频率控制模块，所述第二运算放大器将所述反馈信号与第二基准值进行误差放大，输出一副边误差放大信号；所述第二频率控制模块接收所述副边误差放大信号，输出所述第一控制信号提示原边功率管的导通时刻。

在上述第一个实施例与第二个实施例中任一个实施例的基础上，所述追随副边控制模块22包括频率-导通时间控制电路与第二驱动产生模块，所述频率-导通时间控制电路接收所述第一控制信号，输出副边导通时间控制信号以控制所述原边功率管的导通时间；所述第二驱动产生模块接收所述第一控制信号、所述副边导通时间控制信号以及一原边电流采样信号，输出所述第三控制信号至所述原边功率管。

在上述第一个实施例与第二个实施例中任一个实施例的基础上，所述追随副边控制模块22包括计时电路与第二驱动产生模块，所述计时电路接收所述第一控制信号，并在所述第一控制信号提示原边功率管导通并经过一预设时长后输出副边导通时间控制信号，以控制所述原边功率管的导通时间；所述第二驱动产生模块接收所述第一控制信号、所述副边导通时间控制信号，输出所述第三控制信号至所述原边功率管。

在另一些实施例中，所述第一控制信号Vcontrol可以不仅包含产生原边功率管的导通时刻的信号，也可以包含产生原边功率管的断开时刻的信号，在原边通过比较器或误差放大器产生原边功率管的导通信号，通过计时电路产生原边功率管的关断信号。与上述实施例不同的是，产生关断信号的方案可以是通过计时电路产生。

在第一个实施例中，所述副边控制信号产生模块11包括第二比较器、计时电路与第二逻辑电路，所述第二比较器将所述反馈信号与第二基准值进行比较，输出第二比较结果，根据所述第二比较结果提示原边功率管的导通时刻；所述计时电路根据所述原边功率管的导通时刻开始计时，经过一预设时长后输出副边导通时间控制信号，以控制所述原边功率管的导通时间；所述第二逻辑电路根据所述第二比较结果和所述副边导通时间控制信号产生所述第一控制信号。

在第二个实施例中，所述副边控制信号产生模块11包括第二运算放大器、第二频率控制模块、计时电路与第二逻辑电路，所述第二运算放大器将所述反馈信号与第二基准值进行误差放大，输出一副边误差放大信号；所述第二频率控制模块接收所述副边误差放大信号，输出第二频率控制信号，提示原边功率管的导通时刻；所述计时电路根据所述原边功率管的导通时刻开始计时，经过一预设时长后输出副边导通时间控制信号，以控制所述原边功率管的导通时间；所述第二逻辑电路根据所述第二频率控制信号和所述副边导通时间控制信号产生所述第一控制信号。

在上述第一个实施例与第二个实施例中任一个实施例的基础上，所述追随副边控制模块22包括第二驱动产生模块，所述第二驱动产生模块接收所述第一控制信号，生成所述第三控制信号以控制所述原边功率管的状态。

以下通过几个具体实施例进行说明，出于简明的需要，以下实施例不包括前述的原边控制器和副边控制器的所有组合情况。

图7a是本发明一实施例提供的副边控制信号产生模块与追随副边控制模块的示意图。本实施例中，所述第一控制信号Vcontrol仅包含所述原边功率管107的导通信息，即仅包含所述原边功率管107的导通时刻，并且本实施例是基于输出电压纹波的控制方式。请参考图7a所示，本实施例中，所述副边控制信号产生模块11包括第二比较器113。所述第二比较器113将所述反馈信号Vout与第二基准值Vref2进行比较，输出第二比较结果PoReq_S，根据所述第二比较结果生成所述第一控制信号提示原边功率管的导通时刻。所述副边控制信号产生模块11还包括第一发射机114，接收所述第二比较结果PoReq_S以发射包含所述原边功率管107的导通时刻的所述第一控制信号Vcontrol。

所述追随副边控制模块22包括频率-导通时间控制电路221与第二驱动产生模块222。所述频率-导通时间控制电路221接收所述第一发射机114发射的所述第一控制信号Vcontrol，输出副边导通时间控制信号SSR_Vlimit以控制所述原边功率管107的导通时间。所述第二驱动产生模块222接收所述第一控制信号Vcontrol、所述副边导通时间控制信号SSR_Vlimit以及一原边电流采样信号Vcs，输出所述第三控制信号SSR_Gate。

本实施例中，所述副边控制信号产生模块11输出仅包含所述原边功率管107的导通时刻的第一控制信号Vcontrol并耦合至所述原边控制器20，所述原边控制器20内的所述追随副边控制模块22接收所述第一控制信号Vcontrol，并通过设置所述频率-导通时间控制电路221获得包含控制所述原边功率管107的导通时间的控制信号，使得最终输出至所述原边功率管107的所述第三控制信号SSR_Gate可以控制所述原边功率管107的导通与断开。

图7b是本发明另一实施例提供的副边控制信号产生模块与追随副边控制模块的示意图。本实施例中，所述第一控制信号Vcontrol仅包含所述原边功率管107的导通信息，即仅包含所述原边功率管107的导通时刻，并且本实施例是基于平均输出电压的控制方式。请参考图7b所示，本实施例中，所述副边控制信号产生模块11包括第二运算放大器115与第二频率控制模块116。所述第二运算放大器115将所述反馈信号Vout与第二基准值Vref2进行误差放大，输出一副边误差放大信号Comp_SSR，所述第二放大器115的同相输入端输入所述第二基准值Vref2，反相输入端输入所述反馈信号Vout，输出端输出所述副边误差放大信号Comp_SSR。所述第二频率控制模块116接收所述副边误差放大信号Comp_SSR，输出所述第一控制信号提示原边功率管的导通时刻。

具体的，所述第二频率控制模块116输出副边频率控制信号SSR_fs以控制所述原边功率管107的频率，即控制所述原边功率管107的导通时刻。所述副边控制信号产生模块11还包括第二发射机17，所述第二发射机117接收所述副边频率控制信号SSR_fs并发射包含所述原边功率管107的导通时刻的所述第一控制信号Vcontrol。

所述追随副边控制模块22包括频率-导通时间控制电路221与第二驱动产生模块222。所述频率-导通时间控制电路221接收所述第一控制信号Vcontrol，输出副边导通时间控制信号SSR_Vlimit以控制所述原边功率管107的导通时间段。所述第二驱动产生模块222接收所述第一控制信号Vcontrol、所述副边导通时间控制信号SSR_Vlimit以及一原边采样信号Vcs，输出所述第三控制信号SSR_Gate。

本实施例中，所述副边控制信号产生模块11输出仅包含所述原边功率管107的导通时刻的第一控制信号Vcontrol并耦合至所述原边控制器20，所述原边控制器20内的所述追随副边控制模块22接收所述第一控制信号Vcontrol，并通过设置所述频率-导通时间控制电路221获得包含控制所述原边功率管107的导通时间的控制信号，使得最终输出至所述原边功率管107的所述第三控制信号SSR_Gate可以控制所述原边功率管107的导通与断开。

前述的第二驱动产生模块的具体实施方式可以参考前文所述第一驱动产生模块的实施方式，在此不再赘述。

图7c是本发明另一实施例提供的副边控制信号产生模块与追随副边控制模块的示意图。本实施例中，所述第一控制信号Vcontrol包含所述原边功率管107的导通与断开的信息，即包含所述原边功率管107的导通时刻与断开时刻，且本实施例是基于输出电压纹波的控制方式。请参考图7c所示，本实施例中，所述副边控制信号产生模块11包括第二比较器113、第二逻辑电路118与计时电路119。所述第二比较器113将所述反馈信号Vout与第二基准值Vref2进行比较，输出第二比较结果PoReq_S，所述第二比较器113的同相输出端输入所述第二基准值Vref2，反相输入端输入所述反馈信号Vout，输出端输出所述第二比较结果PoReq_S。所述计时电路119根据所述原边功率管107的导通时刻开始计时，经过一预设时长后输出副边导通时间控制信号Vcot_S，以控制所述原边功率管107的导通时间。所述逻辑电路118根据所述第二比较结果PoReq_S和所述副边导通时间控制信号Vcot_S产生所述第一控制信号。

本实施例中，所述逻辑电路118优选为RS触发器，所述RS触发器的复位端R接收所述第二比较结果PoReq_S，输出端Q输出控制所述原边功率管107导通与断开的信号COTGate_S。所述计时电路119接收所述控制所述原边功率管107导通与断开的信号COTGate_S，输出控制所述原边功率管107的副边导通时间控制信号Vcot_S，并传输至所述触发器的置位端S。

所述副边控制信号产生模块11还包括第三发射机120，所述第三发射机120接收所述控制所述原边功率管107导通与断开的信号COTGate_S，输出包含所述原边功率管107的导通时刻与断开时刻的所述第一控制信号Vcontrol。

所述追随副边控制模块22包括第二驱动产生模块222，所述第二驱动产生模块222接收所述第一控制信号Vcontrol，输出所述第三控制信号SSR_Gate。所述第三控制信号SSR_Gate包含控制所述原边功率管107导通时刻与断开时刻的信息。

本实施例中，所述副边控制信号产生模块11输出包含所述原边功率管107的导通时刻与断开时刻的第一控制信号Vcontrol并耦合至所述原边控制器20，所述原边控制器20内仅需要设置驱动产生模块，使得最终输出至所述原边功率管107的所述第三控制信号SSR_Gate可以控制所述原边功率管107的导通与断开。

上述图7a至图7c所示的实施例中，针对基于输出电压纹波的控制方式，图7a所示为所述第一控制信号Vcontrol仅包含所述原边功率管107的导通时刻所对应的示意图，图7c所示为所述第一控制信号Vcontrol包含所述原边功率管107的导通时刻与断开时刻所对应的示意图。基于平均输出电压的控制方式，图7b所示为所述第一控制信号Vcontrol仅包含所述原边功率管107的导通时刻所对应的示意图。当然，所述副边控制信号产生模块11与所述追随副边控制模块22还可以具体其他的组合方式，本发明对此不再进行一一举例。所述副边控制信号产生模块11与所述追随副边控制模块22也可以具有与上述不同的结构，本发明对此不作限定。

图8是本发明一实施例提供的控制权切换模块的工作状态示意图。请参考图8所示，当所述原边控制器20处于所述原边控制模式(PSR)时，若所述控制权切换模块23接收到有效的所述第一控制信号Vcontrol，则所述原边控制器20从所述原边控制模式(PSR)切换至所述副边控制模式(SSR)；当所述原边控制器20处于所述副边控制模式(SSR)时，如果在一预设时间段内所述控制权切换模块23没有接收到有效的所述第一控制信号Vcontrol，则所述原边控制器20从所述副边控制模式(SSR)切换至所述原边控制模式(PSR)。所述预设时间可以根据实际需求进行确定。

在一个实施例中，所述原边控制模块21实现原边控制模式(PSR)使得输出电压达到第一基准值Vref1，所述追随副边控制模块22实现副边控制模式(SSR)使得输出电压达到第二基准值Vref2，其中所述第一基准值Vref1不大于所述第二基准值Vref2，以使得在隔离式功率转换器的启动过程中，输出电压可以平滑地上升，防止启机时输出电压过压，提高系统的可靠性和安全性。

本发明还提供一种隔离式功率转换器的控制方法，采用如上所述的隔离式功率转换器。所述控制方法包括：

采用副边控制信号产生模块11接收隔离式功率转换器100输出电压的反馈信号Vout，生成原边功率管第一控制信号Vcontrol并将所述第一控制信号Vcontrol耦合至所述原边控制器20。采用原边控制模块21接收所述隔离式功率转换器的绕组上的电压信号Vdeg，生成原边功率管第二控制信号PSR_Gate以控制原边功率管107的状态，实现原边控制模式PSR。采用追随副边控制模块22接收所述第一控制信号Vcontrol，生成原边功率管第三控制信号SSR_Gate以控制所述原边功率管107的状态，实现副边控制模式SSR。采用控制权切换模块23接收所述第一控制信号Vcontrol以实现所述原边控制器20在所述原边控制模式与所述副边控制模式之间的切换。并且，所述隔离式功率转换器100启动时，首先采用所述原边控制模块21实现所述原边控制模式，接着采用所述控制权切换模块23进行模式切换，切换为采用所述追随副边控制模块22实现所述副边控制模式，从而能够防止启机时输出电压过压。

综上所述，在本发明提供的控制器、隔离式功率转换器及控制方法中，所述控制器包括原边控制器与副边控制器，所述副边控制器包括副边控制信号产生模块，接收隔离式功率转换器输出电压的反馈信号，生成第一控制信号并将所述第一控制信号耦合至所述原边控制器；所述原边控制器包括：原边控制模块，接收所述隔离式功率转换器的绕组上的一电压信号，生成第二控制信号以控制原边功率管的状态，实现原边控制模式；追随副边控制模块，接收所述第一控制信号，生成第三控制信号以控制所述原边功率管的状态，实现副边控制模式；控制权切换模块，接收所述第一控制信号以实现所述原边控制器在所述原边控制模式与所述副边控制模式之间的切换。所述隔离式功率转换器启动时，首先采用所述原边控制模块实现所述原边控制模式，接着采用所述控制权切换模块进行模式切换，切换为采用所述追随副边控制模块实现所述副边控制模式，从而能够防止启机时输出电压过压。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (15)

1.一种用于隔离式功率转换器的控制器，其特征在于，包括原边控制器与副边控制器，其中，

所述副边控制器包括副边控制信号产生模块，接收所述隔离式功率转换器输出电压的反馈信号，生成第一控制信号并将所述第一控制信号耦合至所述原边控制器；

所述原边控制器包括：

原边控制模块，接收所述隔离式功率转换器的绕组上的一电压信号，生成第二控制信号以控制原边功率管的状态，实现原边控制模式；

追随副边控制模块，接收所述第一控制信号，生成第三控制信号以控制所述原边功率管的状态，实现副边控制模式；

控制权切换模块，接收所述第一控制信号以实现所述原边控制器在所述原边控制模式与所述副边控制模式之间的切换。

2.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述原边控制模块接收所述隔离式功率转换器的辅助绕组两端的电压信号，所述辅助绕组耦合于所述隔离式功率转换器的原边绕组；或者，所述原边控制模块接收所述隔离式功率转换器的原边绕组两端的电压信号。

3.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述原边控制模块包括：

采样保持模块，接收所述电压信号，采集原边功率管关闭之后的所述电压信号作为输出电压采样信号；

第一运算放大器，将所述输出电压采样信号与第一基准值进行误差放大，输出一原边误差放大信号；

第一频率控制模块，接收所述原边误差放大信号，输出原边频率控制信号以控制所述原边功率管的开关频率；

关断控制模块，接收所述原边误差放大信号，输出原边导通时间控制信号以控制所述原边功率管的导通时间。

4.根据权利要求3所述的控制器，其特征在于，所述原边控制器包括：

第一驱动产生模块，接收所述原边频率控制信号、所述原边导通时间控制信号以及一原边电流采样信号，根据所述原边频率控制信号提示原边功率管导通，根据所述原边导通时间控制信号以及所述原边电流采样信号提示原边功率管关断，并输出所述第二控制信号至所述原边功率管；

其中所述第一驱动产生模块包括：

第一比较器，将所述原边导通时间控制信号与所述原边电流采样信号进行比较，输出第一比较结果，根据所述第一比较结果提示原边功率管的导通时刻；

第一逻辑电路，根据所述第一比较结果和所述原边频率控制信号产生所述第二控制信号。

5.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述副边控制信号产生模块包括：

第二比较器，将所述反馈信号与第二基准值进行比较，输出第二比较结果，根据所述第二比较结果生成所述第一控制信号提示原边功率管的导通时刻。

6.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述副边控制信号产生模块包括：

第二运算放大器，将所述反馈信号与第二基准值进行误差放大，输出一副边误差放大信号；

第二频率控制模块，接收所述副边误差放大信号，输出所述第一控制信号提示原边功率管的导通时刻。

7.根据权利要求5或6所述的控制器，其特征在于，所述追随副边控制模块包括：

频率-导通时间控制电路，接收所述第一控制信号，输出副边导通时间控制信号以控制所述原边功率管的导通时间；

第二驱动产生模块，接收所述第一控制信号、所述副边导通时间控制信号以及一原边电流采样信号，输出所述第三控制信号至所述原边功率管。

8.根据权利要求5或6所述的控制器，其特征在于，所述追随副边控制模块包括：

计时电路，接收所述第一控制信号，并在所述第一控制信号提示原边功率管导通并经过一预设时长后输出副边导通时间控制信号，以控制所述原边功率管的导通时间；

第二驱动产生模块，接收所述第一控制信号、所述副边导通时间控制信号，输出所述第三控制信号至所述原边功率管。

9.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述副边控制信号产生模块包括：

第二比较器，将所述反馈信号与第二基准值进行比较，输出第二比较结果，根据所述第二比较结果提示原边功率管的导通时刻；

计时电路，根据所述原边功率管的导通时刻开始计时，经过一预设时长后输出副边导通时间控制信号，以控制所述原边功率管的导通时间；

第二逻辑电路，根据所述第二比较结果和所述副边导通时间控制信号产生所述第一控制信号。

10.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述副边控制信号产生模块包括：

第二运算放大器，将所述反馈信号与第二基准值进行误差放大，输出一副边误差放大信号；

第二频率控制模块，接收所述副边误差放大信号，输出第二频率控制信号，提示原边功率管的导通时刻；

计时电路，根据所述原边功率管的导通时刻开始计时，经过一预设时长后输出副边导通时间控制信号，以控制所述原边功率管的导通时间；

第二逻辑电路，根据所述第二频率控制信号和所述副边导通时间控制信号产生所述第一控制信号。

11.根据权利要求9或10所述的控制器，其特征在于，所述追随副边控制模块包括第二驱动产生模块，所述第二驱动产生模块接收所述第一控制信号，生成所述第三控制信号以控制所述原边功率管的状态。

12.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，当所述原边控制器处于所述原边控制模式时，若所述控制权切换模块接收到有效的所述第一控制信号，则所述原边控制器从所述原边控制模式切换至所述副边控制模式；当所述原边控制器处于所述副边控制模式时，如果在一预设时间段内所述控制权切换模块没有接收到有效的所述第一控制信号，则所述原边控制器从所述副边控制模式切换至所述原边控制模式。

13.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述原边控制模块实现原边控制模式使得输出电压达到第一基准值，所述追随副边控制模块实现副边控制模式使得输出电压达到第二基准值，其中所述第一基准值不大于所述第二基准值。

14.一种隔离式功率转换器，其特征在于，包括如权利要求1～13中任一项所述的控制器。

15.一种隔离式功率转换器的控制方法，其特征在于，包括：

采用副边控制信号产生模块接收隔离式功率转换器输出电压的反馈信号，生成原边功率管第一控制信号并将所述第一控制信号耦合至所述原边控制器；

采用原边控制模块接收所述隔离式功率转换器的绕组上的电压信号，生成原边功率管第二控制信号以控制原边功率管的状态，实现原边控制模式；

采用追随副边控制模块接收所述第一控制信号，生成原边功率管第三控制信号以控制所述原边功率管的状态，实现副边控制模式；

采用控制权切换模块接收所述第一控制信号以实现所述原边控制器在所述原边控制模式与所述副边控制模式之间的切换；

并且，所述隔离式功率转换器启动时，首先采用所述原边控制模块实现所述原边控制模式，接着采用所述控制权切换模块进行模式切换，切换为采用所述追随副边控制模块实现所述副边控制模式。