CN117060731A - 功率变换电路的控制器及开关电源 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种功率变换电路的控制器及开关电源。功率变换电路包括半桥电路、变压器、辅助绕组电路和整流电路，控制器包括控制单元和驱动单元。控制单元用于响应于第一输出电压小于或等于预设电压阈值，控制驱动单元输出第一驱动信号给主功率管；响应于在驱动单元输出第一驱动信号的过程中，第二输出电压等于预设参考电压或者第二输出电压等于预设参考电压的次数达到预设次数，控制驱动单元输出第二驱动信号给辅助功率管，以调整主功率管的驱动电压，使得主功率管能够被正常驱动。而且，第一驱动信号的信号长度及第二驱动信号的信号长度均较小，可以防止功率管导通时间过长而导致谐振电容过放，进而避免引发过应力风险及噪声干扰问题。

Description

功率变换电路的控制器及开关电源

技术领域

本申请涉及电源技术领域，尤其涉及一种功率变换电路的控制器及开关电源。

背景技术

手机适配器、笔记本适配器等电源产品常采用反激变换电路来实现直流电压的转换。在具体实现上，反激变换电路存在主功率管在上、辅助功率管在下型的半桥拓扑结构。对于这种拓扑结构，驱动器常设置自举电容为主功率管提供驱动电压，使得主功率管可以正常导通。

随着小型电源的发展，电源产品的待机及轻载功耗要求也在逐渐提高。因此，对于待机或带轻载的电源产品，需要长期关断反激变换电路中的主功率管和辅助功率管，以降低能耗。然而，在主功率管和辅助功率管长期关断的过程中，自举电容会缓慢放电，导致在需要驱动主功率管再次导通时，驱动电压过低，使得主功率管无法正常导通，进而造成反激变换电路中的谐振电容或钳位电容过放，电压不稳，从而引发噪声与过大的电气应力的问题。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种功率变换电路的控制器及开关电源，能够调整功率变换电路中主功率管的驱动电压，使得主功率管能够被正常驱动，而且还可以减少谐振电容过放情况的发生，进而降低因谐振电容过放所引发的噪声与过应力风险。

第一方面，本申请提供一种功率变换电路的控制器。功率变换电路包括半桥电路、变压器、辅助绕组电路和整流电路。半桥电路连接变压器的原边绕组，半桥电路包括相连的谐振电容、主功率管和辅助功率管。其中主功率管的一端连接输入电源，主功率管的另一端连接辅助功率管的一端，辅助功率管的另一端接地。变压器的副边绕组连接整流电路，整流电路用于输出第一输出电压。辅助绕组电路中的辅助绕组与变压器的原边绕组耦合，辅助绕组电路用于输出第二输出电压。控制器包括控制单元和驱动单元。控制单元用于：响应于第一输出电压小于或等于预设电压阈值，控制驱动单元输出第一驱动信号给主功率管；响应于在驱动单元输出第一驱动信号的过程中，第二输出电压等于预设参考电压或者第二输出电压等于预设参考电压的次数达到预设次数，控制驱动单元输出第二驱动信号给辅助功率管；响应于在驱动单元输出第一驱动信号的过程中，第二输出电压不等于预设参考电压或者第二输出电压等于预设参考电压的次数未达到预设次数，控制驱动单元停止输出第一驱动信号，控制驱动单元输出第三驱动信号给主功率管，以及输出第四驱动信号给辅助功率管。其中，第一驱动信号的信号长度小于第三驱动信号的信号长度，第二驱动信号的信号长度小于第四驱动信号的信号长度。

可以理解，当第一输出电压低至或低于预设电压阈值时，说明功率变换电路能量不足，需要进行功率变换工作，以提升第一输出电压。在这种情况下，若主功率管的驱动电压不足(也即欠压)，主功率管将无法被第一驱动信号驱动导通，因此，主功率管和辅助功率管均关断。此时，变压器的漏感和励磁电感会与主功率管的寄生电容发生谐振，从而导致变压器原边绕组的电压发生振荡，对应地，辅助绕组电路输出的第二输出电压随之发生振荡。若主功率管的驱动电压充足(也即不欠压)，主功率管可以被第一驱动信号驱动导通，对应地，辅助绕组电路输出的第二输出电压保持相对稳定，将不会发生振荡。基于此，在本申请实施例中，控制器可以根据在驱动单元输出第一驱动信号的过程中第二输出电压的变化，控制驱动单元输出相应的第二驱动信号，使得辅助功率管导通，谐振电容从而可以进行放电，由此可以提升驱动电压。如此，有利于主功率管被驱动导通，进而功率变换电路能够正常进行功率变换工作，使第一输出电压回升。而且，在本申请实施例中，由于第一驱动信号的信号长度及第二驱动信号的信号长度均较小，因此，辅助功率管在被第二驱动信号驱动导通的时长不会过长，从而可以避免谐振电容过放，进而避免因谐振电容过放而引发的过应力风险及噪声干扰问题。

在一种可能的设计中，控制单元用于响应于第一输出电压小于或等于预设电压阈值，控制驱动单元输出预驱动信号给辅助功率管；在控制驱动单元输出预驱动信号后，控制驱动单元输出第一驱动信号。其中，预驱动信号的信号长度小于第四驱动信号的信号长度。可以理解，在本申请实施例中，预驱动信号可以驱动辅助功率管导通，谐振电容从而可以进行放电，以使得变压器能够注入能量，进而在主功率管无法被第一驱动信号驱动导通时，变压器的漏感和励磁电感能够与主功率管的寄生电容发生谐振，基于此，控制单元才能够根据在驱动单元输出第一驱动信号的过程中第二输出电压的变化，确认驱动电压是否欠压，进而对驱动单元进行相应的控制。

在一种可能的设计中，控制器还包括过零比较器，过零比较器的一个输入端连接辅助绕组电路，并用于接收第二输出电压，过零比较器的另一个输入端用于接收预设参考电压，过零比较器用于响应于第二输出电压等于预设参考电压，输出第一比较信号，或者，响应于第二输出电压不等于预设参考电压，输出第二比较信号。其中，第一比较信号用于指示第二输出电压等于预设参考电压；第二比较信号用于指示第二输出电压不等于预设参考电压。因此，基于第一比较信号或第二比较信号，即可以知晓第二输出电压是否等于预设参考电压。

在一种可能的设计中，控制单元连接过零比较器的输出端，控制单元用于响应于在驱动单元输出第一驱动信号的过程中接收到第一比较信号，控制驱动单元输出第二驱动信号给辅助功率管；以及，响应于在驱动单元输出第一驱动信号的过程中接收到第二比较信号，控制驱动单元停止输出第一驱动信号，控制驱动单元输出第三驱动信号给主功率管，以及输出第四驱动信号给辅助功率管。可见，控制单元可以基于第一比较信号或第二比较信号对驱动单元进行相应的控制。

在一种可能的设计中，控制器还包括计数器，计数器的输入端连接过零比较器的输出端，计数器的输出端连接控制单元。计数器用于计数在驱动单元输出第一驱动信号的过程中所接收到的第一比较信号的次数，并将第一比较信号的接收次数输出给控制单元。控制单元用于响应于第一比较信号的接收次数达到预设次数，控制驱动单元输出第二驱动信号给辅助功率管。控制单元还用于响应于第一比较信号的接收次数未达到预设次数，控制驱动单元停止输出第一驱动信号，控制驱动单元输出第三驱动信号给主功率管，以及输出第四驱动信号给辅助功率管。可见，控制单元可以基于第一比较信号的接收次数对驱动单元进行相应的控制。

在一种可能的设计中，辅助绕组电路包括辅助绕组和分压电路，分压电路的输入端与辅助绕组连接，分压电路的输出端与过零比较器的一个输入端连接，分压电路用于将辅助绕组电压分压后，输出第二输出电压给过零比较器的一个输入端。可理解，分压电路可以将辅助绕组电压分压成较小的电压值，以便于过零比较器进行电压比较。

在一种可能的设计中，辅助绕组电路还包括整流滤波电路，驱动单元包括驱动芯片和自举电容。其中，整流滤波电路的输入端连接辅助绕组，整流滤波电路的输出端连接驱动芯片的电源端，整流滤波电路用于对辅助绕组的电能进行功率转换，从而为驱动芯片供电。驱动芯片的电源端通过自举电容连接主功率管中与辅助功率管相连的另一端，驱动芯片的两个输出端与主功率管的控制端及辅助功率管的控制端一一连接。如此，自举电容可用于为主功率管提供驱动电压，因此，驱动电压欠压即是自举电容的电压欠压，驱动电压不欠压即是自举电容的电压不欠压。

第二方面，本申请还提供一种开关电源。开关电源包括功率变换电路和控制器。功率变换电路包括半桥电路、变压器、辅助绕组电路和整流电路。半桥电路连接变压器的原边绕组，半桥电路包括相连的谐振电容、主功率管和辅助功率管。其中主功率管的一端连接输入电源，主功率管的另一端连接辅助功率管的一端，辅助功率管的另一端接地。变压器的副边绕组连接整流电路，整流电路用于输出第一输出电压。辅助绕组电路中的辅助绕组与变压器的原边绕组耦合，辅助绕组电路用于输出第二输出电压。控制器包括控制单元和驱动单元。控制单元用于响应于第一输出电压小于或等于预设电压阈值，控制驱动单元输出第一驱动信号给主功率管；响应于在驱动单元输出第一驱动信号的过程中，第二输出电压等于预设参考电压或者第二输出电压等于预设参考电压的次数达到预设次数，控制驱动单元输出第二驱动信号给辅助功率管；响应于在驱动单元输出第一驱动信号的过程中，第二输出电压不等于预设参考电压或者第二输出电压等于预设参考电压的次数未达到预设次数，控制驱动单元停止输出第一驱动信号，控制驱动单元输出第三驱动信号给主功率管，以及输出第四驱动信号给辅助功率管。其中，第一驱动信号的信号长度小于第三驱动信号的信号长度，第二驱动信号的信号长度小于第四驱动信号的信号长度。

在一种可能的设计中，控制单元用于响应于第一输出电压小于或等于预设电压阈值，控制驱动单元输出预驱动信号给辅助功率管；在控制驱动单元输出预驱动信号后，控制驱动单元输出第一驱动信号。其中，预驱动信号的信号长度小于第四驱动信号的信号长度。

在一种可能的设计中，控制器还包括过零比较器，过零比较器的一个输入端连接辅助绕组电路，并用于接收第二输出电压，过零比较器的另一个输入端用于接收预设参考电压，过零比较器用于响应于第二输出电压等于预设参考电压，输出第一比较信号，或者，响应于第二输出电压不等于预设参考电压，输出第二比较信号。其中，第一比较信号用于指示第二输出电压等于预设参考电压；第二比较信号用于指示第二输出电压不等于预设参考电压。

在一种可能的设计中，控制单元连接过零比较器的输出端，控制单元用于响应于在驱动单元输出第一驱动信号的过程中接收到第一比较信号，控制驱动单元输出第二驱动信号给辅助功率管。控制单元还用于响应于在驱动单元输出第一驱动信号的过程中接收到第二比较信号，控制驱动单元停止输出第一驱动信号，控制驱动单元输出第三驱动信号给主功率管，以及输出第四驱动信号给辅助功率管。

在一种可能的设计中，控制器还包括计数器，计数器的输入端连接过零比较器的输出端，计数器的输出端连接控制单元。计数器用于计数在驱动单元输出第一驱动信号的过程中所接收到的第一比较信号的次数，并将第一比较信号的接收次数输出给控制单元。控制单元用于响应于第一比较信号的接收次数达到预设次数，控制驱动单元输出第二驱动信号给辅助功率管。控制单元还用于响应于第一比较信号的接收次数未达到预设次数，控制驱动单元停止输出第一驱动信号，控制驱动单元输出第三驱动信号给主功率管，以及输出第四驱动信号给辅助功率管。

在一种可能的设计中，辅助绕组电路包括辅助绕组和分压电路，分压电路的输入端与辅助绕组连接，分压电路的输出端与过零比较器的一个输入端连接，分压电路用于将辅助绕组电压分压后，输出第二输出电压给过零比较器的一个输入端。

在一种可能的设计中，辅助绕组电路还包括整流滤波电路，驱动单元包括驱动芯片和自举电容。其中，整流滤波电路的输入端连接辅助绕组，整流滤波电路的输出端连接驱动芯片的电源端，整流滤波电路用于对辅助绕组的电能进行功率转换，从而为驱动芯片供电。驱动芯片的电源端通过自举电容连接主功率管中与辅助功率管相连的另一端，驱动芯片的两个输出端与主功率管的控制端及辅助功率管的控制端一一连接，自举电容用于为主功率管提供驱动电压。

在一种可能的设计中，控制器还包括电压检测单元，电压检测单元连接整流电路的输出端，电压检测单元用于检测第一输出电压并将检测结果发送给控制单元。

另外，第二方面中任一种可能的实现方式所带来的技术效果可参见第一方面中不同实现方式所带来的技术效果，此处不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1A是包含有AHB变换电路的开关电源的一种示意图。

图1B是包含有ACF变换电路的开关电源的一种示意图。

图1C是开关电源在带轻载或待机场景下的一种信号波形图。

图1D是图1C中开关电源在第三阶段的细化波形图。

图2是本申请实施例提供的开关电源的一种示意图。

图3是图2所示开关电源的一种结构框图。

图4是图3所示开关电源的一种电路图。

图5是图4所示开关电源的信号波形图。

图6是图3所示开关电源的另一种电路图。

主要元件符号说明

开关电源 100

功率变换电路 1

半桥电路 11

整流电路 12

辅助绕组电路 13

整流滤波电路 131

分压电路 132

隔离传输电路 14

控制器 2

检测单元 21

电压检测单元 211

过零比较器 212

计数器 213

控制单元 22

驱动单元 23

驱动芯片 231

输入电源 200

负载 300

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

可理解的，本申请中所描述的连接关系指的是直接或间接连接。例如，A与B连接，既可以是A与B直接连接，也可以是A与B之间通过一个或多个其它电学元器件间接连接，例如可以是A与C直接连接，C与B直接连接，从而使得A与B之间通过C实现了连接。还可理解的，本申请中所描述的“A连接B”可以是A与B直接连接，也可以是A与B通过一个或多个其它电学元器件间接连接。

在本申请的描述中，除非另有说明，“/”表示“或”的意思，例如，A/B可以表示A或B。本文中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。

在本申请的描述中，“第一”、“第二”等字样仅用于区别不同对象，并不对数量和执行次序进行限定，并且“第一”、“第二”等字样也并不限定一定不同。此外，术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

手机适配器、笔记本适配器等电源产品常采用反激变换电路来实现直流电压的转换。在具体实现上，反激变换电路存在主功率管在上、辅助功率管在下型的半桥拓扑结构。对于这种拓扑结构，主功率管需要较高的驱动电压，因此，驱动器常设置自举电容为主功率管提供驱动电压，使得主功率管可以正常导通。

示例的，请参阅图1A，图1A中示出了一种开关电源。该开关电源包括不对称半桥(asymmetrical half-bridge，AHB)变换电路、控制单元和驱动单元。

AHB变换电路包括变压器Tr、半桥电路、整流电路和辅助绕组电路。其中，变压器Tr具有三个耦合的绕组，分别为：原边绕组Np、副边绕组Ns和辅助绕组Naux。原边绕组Np与辅助绕组Naux同相，与副边绕组Ns反相。变压器Tr还包括漏感Lr和励磁电感Lm，漏感Lr和励磁电感Lm均可集成于变压器Tr中。

半桥电路连接原边绕组Np，包括主功率管S1、辅助功率管S2和谐振电容Cr。其中，为方便描述，图1A中以主功率管S1及辅助功率管S2均为MOSFET进行展示。主功率管S1位于上端，辅助功率管S2位于下端。主功率管S1的源极连接辅助功率管S2的漏极以及原边绕组Np的同名端，主功率管S1的漏极用于连接输入电源，辅助功率管S2的源极接地以及通过谐振电容Cr连接原边绕组Np的异名端。整流电路的一侧连接副边绕组Ns，整流电路的另一侧用于连接负载。辅助绕组电路包括辅助绕组Naux和整流滤波电路，辅助绕组Naux与整流滤波电路连接。

驱动单元包括驱动芯片、自举电容Cboot和自举二极管Dboot。其中，驱动芯片的电源引脚VCC与整流滤波电路连接，同时还通过串联的自举二极管Dboot及自举电容Cboot连接至主功率管S1的源极。

在正常工作时，控制单元向驱动芯片输出两路pwm信号，进而，驱动芯片根据其中一路pwm信号输出驱动信号Gh给主功率管S1的栅极，根据另一路pwm信号输出驱动信号Gl给辅助功率管S2的栅极，以驱动功率管S1和辅助功率管S2交替导通。为方便描述，以高电平的驱动信号Gh可以驱动主功率管S1导通，高电平的驱动信号Gl可以驱动辅助功率管S2导通为例进行介绍。

自举电容Cboot可预先存储有电能，在驱动信号Gh驱动主功率管S1导通时，自举电容Cboot可以放电使得S1的栅源极电压升高，进而主功率管S1导通。可见，自举电容Cboot可以为主功率管S1提供驱动电压。

其中，在主功率管S1导通，辅助功率管S2关断时，主功率管S1、变压器Tr和谐振电容Cr可以连成环路。主功率管S1可接入输入电源提供的输入电压Vin，使得变压器Tr激磁充电，进而，主功率管S1、原边绕组Np和谐振电容Cr会有电流流经，使得原边绕组Np产生原边绕组电压Vp，谐振电容Cr进行充电。整流电路中的输出电容Co预先存储有电能，故可提供电压Vo给负载，以为负载供电。整流滤波电路中的滤波电容Caux预先存储有电能，故可提供电压Vcc给驱动芯片，以为驱动芯片供电。在这一过程中，自举电容Cboot持续放电，以维持主功率管S1导通。

在主功率管S1关断，辅助功率管S2导通时，辅助功率管S2、谐振电容Cr、变压器Tr和自举电容Cboot可以连成环路。由于环路未接入输入电压Vin，故变压器Tr退磁放电，谐振电容Cr进行放电，所释放的电能被传送至副边绕组Ns、辅助绕组Naux和自举电容Cboot，进而，副边绕组Ns产生副边绕组电压Vs，辅助绕组Naux产生辅助绕组电压Vaux，自举电容Cboot可以进行充电。其中，Vs＝Vp*Ns/Np，Vaux＝Vp*Naux/Np，Ns/Np是指副边绕组与原边绕组的匝数比，Naux/Np是指辅助绕组与原边绕组的匝数比。进一步地，副边绕组Ns可以通过整流电路提供电压Vo给负载。辅助绕组Naux可通过整流滤波电路提供电压Vcc给驱动单元，滤波电容Caux同时也可以进行充电。

又示例的，请参阅图1B，图1B中示出了另一种开关电源。该开关电源包括有源钳位反激(active clamp flyback，ACF)变换电路、控制单元、驱动单元。ACF变换电路与AHB变换电路区别在于，谐振电容Cr连接于辅助功率管S2的漏极与原边绕组Np的同名端之间，主功率管S1的源极通过该谐振电容Cr连接于辅助功率管S2的漏极。该谐振电容Cr也可称为钳位电容。

与前述AHB变换电路相同，在正常工作时，控制单元通过驱动芯片驱动功率管S1和辅助功率管S2交替导通。自举电容Cboot可以为主功率管S1提供驱动电压。

其中，在主功率管S1导通，辅助功率管S2关断时，主功率管S1和变压器Tr可以连成环路。主功率管S1可接入输入电压Vin，使得变压器Tr激磁充电。谐振电容Cr由于不在环路中，故未进行充电。在这一过程中，自举电容Cboot持续放电，以维持主功率管S1导通。

在主功率管S1关断，辅助功率管S2导通时，辅助功率管S2、变压器Tr、谐振电容Cr和自举电容Cboot可以连成环路。由于环路未接入输入电压Vin，故变压器Tr退磁放电，所释放的电能被传送至副边绕组、辅助绕组和谐振电容Cr，进而，副边绕组Ns产生副边绕组电压Vs，辅助绕组Naux产生辅助绕组电压Vaux，谐振电容Cr充电。等到变压器Tr的漏感Lr的电流降至0后，谐振电容Cr放电，释放的电能回到变压器Tr。在这一过程中，自举电容Cboot可以进行充电。

随着以有限适配器为代表的小型电源的发展，电源产品的待机及轻载功耗要求也在逐渐提高。例如，欧盟CoC2级标准(CoC Tier2)提出了对适配器的功耗限制。目前，待机或带轻载的电源产品常通过消隐开关周期的方式来降低功耗。消隐开关周期，是指驱动单元在一些开关周期内停止发波，使得主功率管S1和辅助功率管S2均关断。

示例的，请参阅图1C，为上述图1A或图1B所示的开关电源在待机或带轻载场景下的信号波形图。

在第一阶段，控制单元控制驱动单元正常发波，使得主功率管S1和辅助功率管S2在每个开关周期内交替导通，输出电压Vo持续上升至负载所需的电压值。

其中，如上所述，谐振电容Cr重复充电及放电，自举电容Cboot在放电后也可以进行充电，因此，总体上看，谐振电容Cr的电压Vcr和自举电容Cboot的电压Vboot均可以保持相对稳定。为方便理解，图1C中第一阶段的Vcr和Vboot的波形均以水平线进行展示。

可理解，当检测到输出电压Vo达到负载所需的电压值时，控制单元可以确定当前输出能量充足。因此，可以消隐一些开关周期，以降低功耗。故，在第二阶段，控制单元控制驱动单元暂停发波，使得主功率管S1和辅助功率管S2处于关断状态。

由于电路存在漏电损耗，电路中的寄生电阻等寄生参数也会消耗电能，因此，如图1C所示，在第二阶段，输出电压Vo会逐渐下降。同理，谐振电容Cr的电压Vcr也会逐渐下降。当检测到输出电压Vo低至某一电压值时，控制单元可以确定当前输出能量不足。于是，在第三阶段，控制单元控制驱动单元恢复正常发波，以使输出电压Vo回到负载所需的电压值。

可以理解，由于驱动单元内部存在漏电损耗，相当于驱动单元内存在漏电等效电阻，因此，如图1C所示，在第二阶段，自举电容Cboot也会缓慢放电，故电压Vboot逐渐下降。当暂停发波时间过长，自举电容的电压Vboot会低于欠压点。在这种情况下，若控制单元控制驱动单元驱动主功率管S1导通，则主功率管S1无法被正常驱动导通。因此，在第三阶段，包括了两个过程：先将自举电容的电压升压至欠压点以上的过程(对应图1C中的时段P1)，再将输出电压升压至负载所需的电压值的过程(对应图1C中的时段P2)。

请参阅图1D，示出了第三阶段的细化波形图。

在时段P1中，每当驱动单元驱动辅助功率管S2导通，主功率管S1关断时，如上所述，谐振电容Cr会进行放电，自举电容Cboot得以充电。故，自举电容Cboot的电压会上升。原边绕组电压Vp被谐振电容Cr钳位，使得耦合至辅助绕组Naux的辅助绕组电压Vaux保持稳定。每当驱动单元驱动主功率管S1导通，辅助功率管S2关断时，由于主功率管S1无法被驱动导通，因此，主功率管S1和辅助功率管S2均关断。此时，变压器Tr的漏感Lr和励磁电感Lm会与主功率管S1的寄生电容(图未示)发生谐振，从而导致原边绕组电压Vp发生振荡。对应地，辅助绕组电压Vaux也发生振荡。由于电路无法通过主功率管S1接收输入电压Vin，因此，谐振电容Cr无法得到充电。

可理解，由于自举电容Cboot可以在辅助功率管S2导通时进行充电，因此，经过上述时段P1后，Cboot的电压Vcr可以上升至欠压点以上。

进而，在时段P1之后的时段P2中，辅助功率管S2和主功率管S1可以正常交替导通，使得输出电压Vo和谐振电容Cr的电压Vcr可以上升。最终，输出电压Vo可以回到负载所需的电压值。

可以理解，输出电压Vo跌落幅度越大，提升输出电压Vo所需的电能就越多，对应地，驱动信号的信号长度就会越大(也即，驱动信号的持续时间越长，对应为图1D中高电平的持续时间越长)。在时段P1中，为使输出电压Vo恢复回负载所需的电压值，驱动单元会输出较大或最大信号长度(也即较长或最长持续时间)的驱动信号Gh，为保持伏秒平衡，驱动信号Gl也会具有较大的信号长度(也即较长的持续时间)。

然而，驱动信号Gl具有较大的信号长度，意味着谐振电容Cr放电的时间较长，因此，在时段P1中，谐振电容Cr会过度放电，导致电路偏离稳态，进而，在时段P2中，可能会出现电能倒灌回电路中，导致过大的电气应力。同时，谐振电容Cr的电压波动幅度较大，也会导致异常噪声出现。

因此，本申请实施例提供一种功率变换电路的控制器及开关电源，能够调整功率变换电路中主功率管的驱动电压，使得主功率管能够被正常驱动，而且还可以减少谐振电容过放情况的发生，进而降低因谐振电容过放所引发的噪声与过应力风险。

下面结合附图来对本申请的技术方案作进一步的详细描述。

请参阅图2，为本申请实施例提供的开关电源100的一种示意图。开关电源100的输入端连接输入电源200，开关电源100的输出端连接负载300。开关电源100可用于接收输入电源200提供的输入电压Vin，并提供第一输出电压Vo1给负载300，以为负载300供电。

其中，如图2所示，开关电源100包括功率变换电路1和控制器2，功率变换电路1可用于在控制器2的控制下，将输入电压Vin转换成负载300所需的第一输出电压Vo1。第一输出电压Vo1可以是一个电压范围，可根据实际负载300的用电需求设置，此处不做限定。

在本申请实施例中，开关电源100可以应用于电源适配器、移动电源、充电桩等供电设备，也可以应用于手机、平板、电脑、电动汽车、家电或可穿戴设备等用电设备，在此不做限定。其中，负载300可以是供电设备或用电设备的内部器件或电路，也可以是供电设备或用电设备外接的电子设备。

在一种实施例中，开关电源100可以连接一个或多个输入电源200，并由一个或多个输入电源200供电。在另一种实施例中，开关电源100可以连接一个或多个负载300，并为一个或多个负载300供电。

请一并参阅图3，示出了本申请实施例开关电源100中功率变换电路1和控制器2的结构框图。功率变换电路1包括半桥电路11、变压器Tr、整流电路12和辅助绕组电路13。

在本申请实施例中，半桥电路11可以包括主功率管S1、辅助功率管S2及谐振电容Cr。主功率管S1和辅助功率管S2均具有控制端、第一连接端和第二连接端。主功率管S1、辅助功率管S2及谐振电容Cr以一定的形式进行连接，并且构成主管在上、副管在下(即，主功率管S1位于上端，辅助功率管S2位于下端)型的拓扑结构。

应理解，主功率管S1和辅助功率管S2可以是采用硅半导体材料(silicon，Si)或者第三代宽禁带半导体材料的碳化硅(silicon carbide，SiC)或者氮化镓(galliumnitride，GaN)等材料制成的金属氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，MOSFET)或绝缘栅双极性晶体管(insulatedgate bipolar transistor，IGBT)，此处不做具体限定，可视具体进行选择，均在本申请的保护范围内。

主功率管S1可通过控制端接收驱动信号G1，进而在驱动信号G1的驱动下导通，相反地，在未接收到驱动信号G1的情况下，主功率管S1关断。辅助功率管S2可通过控制端接收驱动信号G2，进而在驱动信号G2的驱动下导通，相反地，在未接收到驱动信号G2的情况下，辅助功率管S2关断。半桥电路11通过主功率管S1和辅助功率管S2的导通或关断，可以实现电压转换功能。

为方便描述，本申请实施例以主功率管S1和辅助功率管S2的驱动方式为高电平导通(即接收到高电平的驱动信号G1/G2)、低电平关断(即未接收到高电平的驱动信号G1/G2)为例进行说明。应理解，在其他实施例中，主功率管S1和辅助功率管S2也可以采用其他驱动方式。

如图3所示，变压器Tr包括原边绕组Np和副边绕组Ns。原边绕组Np与副边绕组Ns相耦合，原边绕组Np还与辅助绕组电路13中的辅助绕组Naux相耦合。在一种实施例中，辅助绕组Naux可以与变压器Tr集成为一体。

半桥电路11连接原边绕组Np，因此，半桥电路11用于将Vin由原边绕组Np耦合至副边绕组Ns及辅助绕组Naux，使得原边绕组Np产生原边绕组电压Vp，副边绕组Ns产生副边绕组电压Vs，辅助绕组Naux产生辅助绕组电压Vaux。可理解，副边绕组电压Vs、辅助绕组电压Vaux与原边绕组电压Vp相关，Vs＝Vp*Ns/Np，Vaux＝Vp*Naux/Np，其中，Naux/Np是指辅助绕组Naux与原边绕组Np的匝数比，Ns/Np是指副边绕组Ns与原边绕组Np的匝数比。

其中，变压器Tr存在漏感，漏感可以作为谐振电感Lr，并且与变压器Tr的励磁电感Lm、谐振电容Cr共同构成谐振电路。当然，在其他实施例中，也可以是变压器Tr的漏感和外加的电感共同作为谐振电感Lr。

在本申请实施例中，上述半桥电路11和变压器Tr可以构成反激变换电路或谐振变换电路。进一步示例，反激变换电路包括但不限于非对称半桥(asymmetrical half-bridge，AHB)变换电路、有源钳位反激(active clamp flyback，ACF)变换电路。谐振变换电路包括但不限于半桥LLC谐振变换电路。可以理解的是，反激变换电路中，变压器Tr的副边绕组Ns与原边绕组Np相位相反。谐振变换电路中，变压器Tr的副边绕组Ns与原边绕组Np相位相同。

请继续参阅图3，整流电路12与副边绕组Ns连接，整流电路12可用于将副边绕组电压Vs整流后，输出第一输出电压Vo1。可理解，本申请对整流电路12的电路结构不做限定，只要整流电路12可实现整流功能即可。

辅助绕组Naux与原边绕组Np同相。辅助绕组电路13可用于将辅助绕组电压Vaux做电压转换后，输出第二输出电压Vo2和供电电压Vcc。

控制器2包括检测单元21、控制单元22和驱动单元23。其中，检测单元21与整流电路12及辅助绕组电路13连接。检测单元21可用于检测第一输出电压Vo1的大小，以及检测第二输出电压Vo2是否等于预设参考电压Vref。可理解，本申请实施例对检测单元21的电路结构不做限定，只要检测单元21能够实现相应的功能即可。

控制单元22与检测单元21及驱动单元23连接。控制单元22可用于根据检测单元21对第一输出电压Vo1和第二输出电压Vo2的检测结果，相应地输出控制信号mpwm、spwm至驱动单元23。

其中，控制单元22可以包括中央处理单元(central processing unit，CPU)、其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，DSP)、专用集成电路(application specific integrated circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(field-programmable gate array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件等。控制单元22和开关电源100的其他单元或电路可以分别集成，也可以是至少部分集成在一起，本申请对此不做限定。

驱动单元23连接辅助绕组电路13，并接收辅助绕组电路13提供的供电电压Vcc，从而可以上电工作。

驱动单元23连接主功率管S1的控制端，并用于在控制信号mpwm的控制下，输出驱动信号G1给主功率管S1的控制端以驱动主功率管S1导通，或不输出驱动信号G1以使主功率管S1关断。驱动单元23连接辅助功率管S2的控制端，并用于在控制信号spwm的控制下，输出驱动信号G2给辅助功率管S2的控制端以驱动辅助功率管S2导通，或不输出驱动信号G2以使辅助功率管S2关断。因此，控制单元22通过控制驱动单元23，可以实现控制功率变换电路1的工作。

其中，由于半桥电路11中主功率管S1位于上端，需要较高的驱动电压，因此，在本申请实施例中，控制器2还设有自举电容Cboot(对应图4和图6，图3中未示出)。具体地，驱动单元23用于接收供电电压Vcc的一端通过自举电容Cboot连接半桥电路11。自举电容Cboot可用于在驱动单元23驱动主功率管S1时为主功率管S1提供驱动电压，使得主功率管S1可以正常导通。

在本申请实施例中，功率变换电路1的工作状态可以包括连续工作状态、突发工作状态。其中，连续工作状态也可以称为正常工作状态、驱动单元正常发波状态等。突发工作状态也可以称为BURST工作状态、间歇工作状态、驱动单元间歇发波状态等。

在开关电源100带重载的场景下，由于重载的供电需求大，因此，控制单元22可以通过驱动单元23控制功率变换电路1工作于连续工作状态。在连续工作状态下，控制单元22控制驱动单元23连续地输出相应的驱动信号，以驱动主功率管S1和辅助功率管S2在每个开关周期内交替导通。进而，第一输出电压Vo1可以逐渐上升，并维持至负载300所需的电压值。

在开关电源100带轻载或待机场景下，由于轻载和待机的供电需求小，因此，控制单元22可以通过驱动单元23控制功率变换电路1工作于突发工作状态。在突发工作状态下，控制单元22先控制驱动单元23输出相应的驱动信号，以驱动主功率管S1和辅助功率管S2交替导通，使得第一输出电压Vo1上升至负载300所需的电压值(可对应图5中的第一阶段)。然后，再控制驱动单元23停止输出驱动信号，故主功率管S1和辅助功率管S2均关断(可对应图5中的第二阶段)。在第一输出电压Vo1下降至预设电压阈值后，控制单元22再控制驱动单元23输出相应的驱动信号，以使第一输出电压回升(可对应图5中的第三阶段)。在第一输出电压上升至负载300所需的电压值后，控制单元22可以再次控制驱动单元23停止输出驱动信号，如此循环往复。

在上述驱动单元23停止输出驱动信号的过程中，由于自举电容Cboot会缓慢放电，使得驱动电压不足以驱动主功率管S1正常导通，从而会导致谐振电容Cr过放，进而引发噪声与电气过应力的问题。因此，在本申请实施例中，控制单元22可以先控制驱动单元23输出第一驱动信号给主功率管S1，输出第二驱动信号给辅助功率管S2，以使自举电容Cboot得以充电(可对应图5第三阶段中的T1时段)。在自举电容Cboot的电压足以驱动主功率管S1正常导通时，控制单元22再控制驱动单元23切换为输出第三驱动信号给主功率管S1，输出第四驱动信号给辅助功率管S2，以使第一输出电压Vo1得以上升(可对应图5第三阶段中的T2时段)。

其中，第一驱动信号的信号长度(对应图5中的L1)小于第三驱动信号的信号长度(对应图5中的L3)，第二驱动信号的信号长度(对应图5中的L2)小于第四驱动信号的信号长度(对应图5中的L4)。如此，可避免在自举电容Cboot充电的过程中，谐振电容Cr因驱动信号的信号长度过大而导致过度放电，使谐振电容Cr的电压变化幅度减小，进而，有利于降低噪声与电气过应力风险。

为更好地理解，下面通过实施例一和二对开关电源100及其在第三阶段的工作过程做进一步说明。其中，为方便描述，主功率管S1和辅助功率管S2均以MOSFET为例进行展示。MOSFET的栅极为控制端，漏极为第一连接端，源极为第二连接端。

请参阅图4，示出了本申请实施例一提供的开关电源100的一种电路图。开关电源100包括功率变换电路1和控制器2。其中，功率变换电路1包括半桥电路11、变压器Tr、整流电路12和辅助绕组电路13。控制器2包括检测单元21、控制单元22和驱动单元23。

具体地，如图4所示，半桥电路11包括主功率管S1、辅助功率管S2和谐振电容Cr。其中，主功率管S1的第一连接端连接输入电源200以接收输入电压Vin。主功率管S1的第二连接端连接辅助功率管S2的第一连接端，辅助功率管S2的第二连接端接地，从而构成主功率管S1在上，辅助功率管S2在下型的拓扑结构。主功率管S1的第二连接端还连接原边绕组Np的同名端。辅助功率管S2的第二连接端还通过谐振电容Cr连接原边绕组Np的异名端。基于这样的设计，半桥电路11和变压器Tr可共同构成非对称半桥(asymmetrical half-bridge，AHB)变换电路。

整流电路12包括二极管D1和输出电容Co。二极管D1的阳极与副边绕组Ns的异名端连接。输出电容Co的一端连接二极管D1的阴极，且可作为用于输出第一输出电压Vo1的输出端，输出电容Co的另一端连接副边绕组Ns的同名端和接地。

辅助绕组电路13包括辅助绕组Naux、整流滤波电路131和分压电路132。

其中，整流滤波电路131可用于将辅助绕组电压Vaux转换成供电电压Vcc。在实施例一中，整流滤波电路131可以包括二极管D2和滤波电容Caux。二极管D2可实现整流功能，滤波电容Caux可实现滤波功能。二极管D2的阳极与辅助绕组Naux的同名端连接，二极管D2的阴极通过滤波电容Caux接地。二极管D2的阳极及滤波电容Caux用于接地的一端可共同作为用于接入辅助绕组电压Vaux的输入端，二极管D2的阴极可作为用于输出供电电压Vcc的输出端。当然，在其他实施例中，整流滤波电路131也可以采用其他可实现相应功能的电路。

分压电路132包括串联连接的两个分压电阻单元，串联后的两个分压电阻单元的其中一端连接辅助绕组Naux的同名端，另一端连接辅助绕组Naux的异名端和接地，这两端可作为分压电路132的输入端。两个分压电阻单元的中点b可作为分压电路132用于输出第二输出电压Vo2的输出端。可理解，每个分压电阻单元可以是一个电阻，也可以由多个电阻串联、并联或串并联构成，此处不做限定。两个分压电阻单元可以相同，也可以不同。为方便描述，图5中以两个分压电阻单元分别为电阻R1和R2为例进行展示。其中，Vo2＝Vaux*R2/(R1+R2)＝Vp*(Naux/Np)*R2/(R1+R2)。当然，在其他实施例中，分压电路132也可以采用其他可对辅助绕组电压Vaux实现分压功能的电路。

如图4所示，检测单元21可包括电压检测单元211、过零比较器212(也可称为zero-crossing detector，对应图4中的ZCD比较器)和计数器213。

电压检测单元211连接整流电路12的输出端及控制单元22。电压检测单元211用于检测第一输出电压Vo1的大小，并将检测结果发送给控制单元22。

可理解，电压检测单元211可以是任意一种可实现电压检测/采样的单元、器件或电路，此处不做限定。其中，当第一输出电压Vo1低至预设电压阈值，或低于预设电压阈值时，均可表征开关电源100当前输出能量不足。预设电压阈值可根据实际情况相应设置，此处不做任何限定。

在实施例一中，由于电压检测单元211和功率变换电路1不共地，因此，如图4和图5所示，电压检测单元211和整流电路12之间还设有隔离传输电路14。即，图5中，输入引脚SEC和整流电路12的输出端之间是通过隔离传输电路14进行连接。可以理解，隔离传输电路14可以是任意一种可以起到隔离作用的电路或器件，例如为光电耦合器(可简称光耦，Optocoupler)。通过设置隔离传输电路14，可以避免电压检测单元211和功率变换电路1直接电连接而干扰到电压检测单元211的检测结果。

过零比较器212的一个输入端连接分压电路132的输出端，并用于接收第二输出电压Vo2。过零比较器212的另一个输入端用于接收预设参考电压Vref。过零比较器212可用于在第二输出电压Vo2等于预设参考电压Vref时，或者在第二输出电压不等于预设参考电压Vref时，分别输出相应的比较信号。

可理解，过零比较器212可以是正输入端(对应图4中过零比较器212的+)接收第二输出电压Vo2，负输入端(对应图4中过零比较器212的-)接收预设参考电压Vref，也可以是正输入端接收预设参考电压Vref，负输入端接收第二输出电压Vo2，此处不做限定。其中，预设参考电压Vref可以由控制单元22发送，也可以是过零比较器212预先设置而成。在实施例一中，预设参考电压Vref可以设置为0。当然，在其他实施例中，预设参考电压Vref也可以设置成非零的电压值，可视实际情况进行选择，均在本申请的保护范围内。

过零比较器212的输出端连接计数器213的其中一个输入端。计数器213的另一个输入端及输出端均连接控制单元22。计数器213可用于从过零比较器212接收第一比较信号，从控制单元22接收mpwm信号，并针对mpwm信号所指示的某一过程中(如下述中驱动单元23输出第一驱动信号的过程)，计数所接收到的第一比较信号的次数，进而将第一比较信号的接收次数输出给控制单元22。

控制单元22可用于根据第一输出电压Vo1是否小于或等于预设电压阈值，以及第一比较信号的接收次数是否达到预设次数，输出相应的控制信号mpwm、spwm给驱动单元23，以控制驱动单元23输出相应的驱动信号。

可理解，预设次数可以根据实际情况相应设置，例如为2次(参见图5)、3次或其他更多的次数，此处不做具体限制。当然，在一些实施例中，预设次数可以为1次。并且，检测单元21中可以不设置计数器213，过零比较器212的输出端可以直接连接控制单元22，进而，控制单元22可以根据第一输出电压Vo1是否小于或等于预设电压阈值，以及是否接收到第一比较信号，输出相应的控制信号。

在实施例一中，检测单元21和控制单元22可以集成为一控制模块。驱动单元23单独集成。

如图4所示，控制模块具有电源引脚VBULK，输入引脚SEC、AUX，输出引脚MDRV、SDRV。驱动单元23包括驱动芯片231和自举电容Cboot。驱动芯片231具有电源引脚VCC，输入引脚INH、INL，参考引脚SW，输出引脚GH、GL。

其中，电源引脚VBULK用于通过分压电阻R3连接输入电源200，以及通过分压电阻R4接地，从而可以接收由输入电压Vin分压所得的电源电压Vbulk，控制单元22进而可以上电启动。其中，Vbulk＝Vin*R4/(R3+R4)。

输入引脚SEC用于连接整流电路12的输出端，以接收第一输出电压Vo1。输入引脚AUX用于连接分压电路132的输出端，以接收第二输出电压Vo2。

输出引脚MDRV用于连接驱动单元23的输入引脚INH，以向驱动单元23输出控制信号mpwm。输出引脚SDRV用于连接驱动单元23的输入引脚INL，以向驱动单元23输出控制信号spwm。

电源引脚VCC连接整流滤波电路131的输出端，以接收供电电压Vcc。电源引脚VCC还通过自举电容Cboot连接主功率管S1的第二连接端。自举电容Cboot可用于为主功率管S1提供驱动电压。

参考引脚SW用于连接主功率管S1和辅助功率管S2的中点a(也即主功率管S1的第二连接端、辅助功率管S2的第一连接端)。如此，自举电容Cboot可以放电，使得电源引脚VCC的电平高于参考引脚SW的电平，如此可使得主功率管S1的控制端的电平高于主功率管S1的第二连接端的电平，故，主功率管S1可以正常导通。

输出引脚GH用于连接主功率管S1的控制端，以向主功率管S1的控制端输出驱动信号G1。输出引脚GL用于连接辅助功率管S2的控制端，以向辅助功率管S2的控制端输出驱动信号G2。

在实施例一中，电源引脚VCC和自举电容Cboot之间还可以设置自举二极管Dboot。自举二极管Dboot的阳极连接电源引脚VCC，自举二极管Dboot的阴极连接自举电容Cboot，因此，自举二极管Dboot可用于防止自举电容Cboot的电能反向传输至驱动芯片231。

应理解，图4中示出的控制单元22及驱动单元23的引脚标号仅为示例，并不构成对本申请实施例的具体限定。在实际应用中，还可以使用控制单元22及驱动单元23的其他标号的引脚实现图5中示出的引脚的功能。

接下来，结合图5介绍实施一提供的开关电源100在带轻载或待机场景下的工作过程。

其中，如上所述，在这一场景下，功率变换电路1工作于突发工作状态。因此，如图5所示，开关电源100的工作过程可以包括第一阶段(图5仅示出部分第一阶段)、第二阶段和第三阶段。另外，由于下述第一驱动信号和第三驱动信号均属于主功率管S1的驱动信号G1，下述预驱动信号、第二驱动信号和第四驱动信号均属于辅助功率管S2的驱动信号G2，为方便区分，将第一驱动信号定义为G11，第三驱动信号定义为G13，将预驱动信号定义为G20，第二驱动信号定义为G22，第四驱动信号定义为G24。

在第一阶段，控制单元22控制驱动单元23输出第三驱动信号G13给主功率管S1，输出第四驱动信号G24给辅助功率管S2，以驱动主功率管S1和辅助功率管S2交替地导通。

其中，在主功率管S1导通，辅助功率管S2关断时，主功率管S1、变压器Tr(包含谐振电感Lr、励磁电感Lm)和谐振电容Cr连成环路，故，输入电压Vin可以通过主功率管S1耦合至变压器Tr的原边绕组Np，使得变压器Tr激磁充电，进而，主功率管S1、原边绕组Np和谐振电容Cr会有电流流经，使得原边绕组Np产生原边绕组电压Vp，谐振电容Cr进行充电。整流电路12中的输出电容Co预先存储有电能，故可提供第一输出电压Vo1给负载300，以为负载300供电。整流滤波电路131中的滤波电容Caux预先存储有电能，故可提供供电电压Vcc给驱动单元23，以为驱动单元23供电。自举电容Cboot预先存储有电能，因此，在这一过程中，自举电容Cboot可以持续放电，以维持主功率管S1导通。

在主功率管S1关断，辅助功率管S2导通时，辅助功率管S2、谐振电容Cr、变压器Tr(包含谐振电感Lr、励磁电感Lm)和自举电容Cboot可以连成环路。由于环路未接入输入电压Vin，故变压器Tr退磁放电，谐振电容Cr进行放电，所释放的电能被传送至副边绕组Ns、辅助绕组Naux，以及自举电容Cboot。进而，副边绕组Ns产生副边绕组电压Vs，辅助绕组Naux产生辅助绕组电压Vaux，自举电容Cboot可以进行充电。

进一步地，副边绕组Ns可以通过整流电路12提供第一输出电压Vo1给负载300。辅助绕组Naux可以通过整流滤波电路131提供电源电压Vcc给驱动单元23，可以通过分压电路132提供第二输出电压Vo2给过零比较器212。其中，谐振电容Cr在放电时，电压Vcr施加于变压器Tr的原边绕组Np，故谐振电容Cr可以钳位Vp，因此，第二输出电压Vo2稳定。

可以理解，在第一阶段，变压器Tr和谐振电容Cr可以在每次主功率管S1导通时存储电能，在每次辅助功率管S2导通时释放电能给负载300，因此，第一输出电压Vo1可以持续上升至负载300所需的电压值。

当第一输出电压Vo1达到负载300所需的电压值时，说明开关电源100当前输出能量充足。因此，开关电源100的工作过程进入第二阶段。

在第二阶段，控制单元22响应于第一输出电压Vo1达到负载300所需的电压值，控制驱动单元23停止输出第三驱动信号G13和第四驱动信号G24。因此，主功率管S1和辅助功率管S2均处于关断状态。

由于电路存在漏电损耗，电路中的寄生电阻等寄生参数也会消耗开关电源100的电能，因此，在第二阶段，电压Vcr和第一输出电压Vo1均会逐渐下降。当第一输出电压Vo1低至预设电压阈值时，说明开关电源100当前输出能量不足，因此，开关电源100的工作过程进入第三阶段的T1时段。

在第三阶段的T1时段中，控制单元22响应于第一输出电压Vo1等于预设电压阈值，控制驱动单元23输出预驱动信号G20给辅助功率管S2。

可理解，辅助功率管S2可以在预驱动信号G20的驱动下导通。此时，如上所述，谐振电容Cr进行放电，使得变压器Tr可以注入一定的能量，原边绕组Np产生相应的原边绕组电压Vp，与此同时，自举电容Cboot也可以进行充电。由于此时主功率管S1未接收到驱动信号，故处于关断状态，无法接入Vin。故，第一输出电压Vo1仍在下降，从而低于预设电压阈值。

在驱动单元23输出预驱动信号G20之后，控制单元22控制驱动单元23输出第一驱动信号G11给主功率管S1。

可理解，若此时自举电容Cboot的电压Vboot低于欠压点(也即，自举电容Cboot欠压)，则无法提供足够的驱动电压，因此，会导致主功率管S1无法被第一驱动信号G11驱动导通。由于此时辅助功率管S2未接收到驱动信号，故处于关断状态。在这种情况下，主功率管S1的寄生电容(图未示)就可以与变压器Tr中的漏感Lr、励磁电感Lm构成回路，进而，主功率管S1的寄生电容可以漏感Lr及励磁电感Lm发生谐振，引发原边绕组电压Vp发生振荡，相应地，第二输出电压Vo2也会发生振荡。与此同时，谐振电容Cr也无法得以充电。

由于第二输出电压Vo2发生振荡，也就是说，Vo2的波形在预设参考电压所对应的参考线上下波动，使得Vo2的上升沿和下降沿均会经过预设参考电压所对应的参考线。故，Vo2会等于预设参考电压若干次。因此，在实施例一中，在每次第二输出电压Vo2等于预设参考电压时，过零比较器212可以响应于第二输出电压Vo2等于预设参考电压，输出第一比较信号给计数器213。可理解，过零比较器212可以在第二输出电压波形的上升沿经过参考线时才输出第一比较信号(可参见图5，对应图5中的ZCD波形中的高电平脉冲信号)，也可以在第二输出电压波形的下降沿经过参考线时才输出第一比较信号，当然，还可以是在第二输出电压波形的上升沿或下降沿经过参考线时，均输出第一比较信号。

进而，计数器213计数在驱动单元23输出第一驱动信号G11的过程中所接收到的第一比较信号的次数，并将第一比较信号的接收次数输出给控制单元22。可理解，为降低计数误差，计数器213还可以是对在预设时长后接收到的第一比较信号进行计数，对预设时长之前接收到的第一比较信号不计数。可理解，预设时长可根据实际情况设置，此处不做限定。

因此，控制单元22响应于在驱动单元23输出第一驱动信号G11的过程中第一比较信号的接收次数(也即第二输出电压Vo2等于预设参考电压的次数)达到预设次数，控制驱动单元23输出第二驱动信号G22给辅助功率管S2，使得辅助功率管S2导通，进而自举电容Cboot可以进行充电。

当然，在其他实施例中，当控制单元22中未设置计数器213，则过零比较器212会在驱动单元23输出第一驱动信号G11的过程中输出第一比较信号给控制单元22。因此，控制单元22响应于在驱动单元23输出第一驱动信号G11的过程中接收到第一比较信号(也即第二输出电压Vo2等于预设参考电压)，控制驱动单元23输出第二驱动信号G22给辅助功率管。

在实施例一中，第一驱动信号G11的信号长度L1小于第三驱动信号G13的信号长度L3，预驱动信号G20的信号长度L0、第二驱动信号G22的信号长度L2均小于第四驱动信号G24的信号长度L4，也即，预驱动信号G20的信号长度L0、第一驱动信号G11的信号长度L1和第二驱动信号G22的信号长度L2均较小。如此，可以防止辅助功率管S2导通时间太长导致谐振电容Cr过度放电，进而避免因谐振电容Cr过放而引发过应力风险及噪声干扰问题。

相反地，若此时自举电容Cboot的电压Vboot高于欠压点(也即，自举电容Cboot不欠压)，则主功率管S1可以被第一驱动信号G11驱动导通。在这种情况下，主功率管S1、变压器Tr(包含谐振电感Lr、励磁电感Lm)和谐振电容Cr连成环路，故，输入电压Vin可以通过主功率管S1耦合至变压器Tr的原边绕组Np，使得变压器Tr和谐振电容Cr均进行充电，Vo2不会出现电压振荡现象。此时，自举电容Cboot放电，以维持主功率管S1导通。

另外，在第二驱动信号G22之后，自举电容Cboot的电压Vboot有可能还未上升至欠压点以上，使得在驱动单元23输出驱动信号给主功率管S1的情况下，主功率管S1仍无法被驱动导通，Vo2仍会发生电压振荡的现象。而且，此时的第一输出电压Vo1仍低于预设电压阈值。因此，控制单元22可以参照上述控制过程，使得自举电容Cboot继续充电。

也就是说，控制单元22可以响应于第一输出电压Vo1小于预设电压阈值，控制驱动单元23输出预驱动信号G20给辅助功率管S2。在控制驱动单元23输出预驱动信号G20后，控制驱动单元23输出第一驱动信号G11给主功率管S1。进而，响应于在驱动单元23输出第一驱动信号G11的过程中第一比较信号的接收次数达到预设次数(或接收到第一比较信号)，控制驱动单元23输出第二驱动信号G22给辅助功率管S2。可理解，控制单元22可以重复这一控制过程，使得自举电容Cboot可以进行多次充电。

在一些实施例中，为减少功率管的导通功耗，每当控制单元22控制驱动单元23输出第二驱动信号G22后(也即控制单元22每执行完一次控制过程后)，控制单元22还可以控制驱动单元23暂停工作一定时间，使得两个功率管均处于关断状态(可参见图5)。

可以理解，如上所述，预驱动信号G20可使得谐振电容Cr为变压器Tr注入能量，以便在主功率管S1无法被第一驱动信号驱动导通时，变压器Tr的漏感Lr和励磁电感Lm能够与主功率管S1的寄生电容发生谐振，进而第二输出电压Vo2得以发生振荡变化。因此，在另一些实施例中，在变压器Tr存储有一定的能量，足以实现漏感Lr和励磁电感Lm与主功率管S1的寄生电容发生谐振的情况下，控制单元22也可以省略上述控制过程中的预驱动信号G20。也即，上述控制过程可以为：控制单元22响应于第一输出电压Vo1小于或等于预设电压阈值，控制驱动单元23输出第一驱动信号G11给主功率管S1。进而，响应于在驱动单元23输出第一驱动信号G11的过程中第一比较信号的接收次数达到预设次数(或接收到第一比较信号)，控制驱动单元23输出第二驱动信号G22给辅助功率管S2。

经过上述过程，自举电容Cboot的电压Vboot可以上升至欠压点以上。那么，开关电源100进入第三阶段的T2时段。

可以理解，在这种情况下，当控制单元22控制驱动单元23输出第一驱动信号G11时，主功率管S1可以被第一驱动信号G11驱动导通。故，主功率管S1、变压器Tr(包含谐振电感Lr、励磁电感Lm)和谐振电容Cr连成环路，输入电压Vin可以通过主功率管S1耦合至变压器Tr的原边绕组Np，使得变压器Tr和谐振电容Cr均进行充电，自举电容Cboot放电，以维持主功率管S1导通。此时，Vo2不会出现电压振荡现象，即，Vo2的波形不会在预设参考电压上下波动，故，Vo2不会多次地等于预设参考电压。因此，在实施例一中，过零比较器212可以响应于在驱动单元23输出第一驱动信号G11的过程中第二输出电压不等于预设参考电压，输出第二比较信号给计数器213(图5中未示出)。

由于过零比较器212不是输出第一比较信号给计数器213，故，计数器213所计数的在驱动单元23输出第一驱动信号G11的过程中第一比较信号的接收次数会少于预设次数。因此，在第三阶段的T2时段中，控制单元22响应于在驱动单元23输出第一驱动信号G11的过程中第一比较信号的接收次数(也即第二输出电压等于预设参考电压的次数)未达到预设次数，控制驱动单元23停止输出第一驱动信号G11，控制驱动单元23输出第三驱动信号G13给主功率管S1，以及输出第四驱动信号G24给辅助功率管S2。

在这种情况下，与第一阶段类似，主功率管S1和辅助功率管S2可以交替导通，也即功率变换电路1可以进行功率变换，因此，第一输出电压Vo1可以持续上升至预设电压阈值，进而再上升至负载300所需的电压值。

当然，在其他实施例中，当控制单元22中未设置计数器213，则过零比较器212会在驱动单元23输出第一驱动信号G11的过程中输出第二比较信号给控制单元22。因此，控制单元22响应于在驱动单元23输出第一驱动信号G11的过程中接收到第二比较信号(也即第二输出电压不等于预设参考电压)，控制驱动单元23停止输出第一驱动信号G11，控制驱动单元23输出第三驱动信号G13给主功率管S1，以及输出第四驱动信号G24给辅助功率管S2。

可以理解，由于第三驱动信号G13的信号长度L3大于第一驱动信号G11的信号长度L1，第四驱动信号G24的信号长度L4大于第二驱动信号G22的信号长度L2，也即，第三驱动信号G13的信号长度L3和第四驱动信号G24的信号长度L4均较大。因此，主功率管S1导通时间较长，这就使得，变压器Tr和谐振电容Cr的充电时长较长，进而，可使得第一输出电压Vo1可以更快地回升。

请参阅图6，示出了本申请实施二提供的开关电源100的一种电路图。开关电源100包括功率变换电路1和控制器2。其中，功率变换电路1包括半桥电路11、变压器Tr、整流电路12和辅助绕组电路13。控制器2包括检测单元21、控制单元22和驱动单元23。

实施例二与实施例一的区别在于，半桥电路11的连接关系。实施例二开关电源100的其他部分电路可以参见实施例一中的描述，在此不再重复。

如图6所示，半桥电路11和变压器可共同构成有源钳位反激(active clampflyback，ACF)变换电路。具体地，半桥电路11包括主功率管S1、辅助功率管S2和谐振电容Cr。其中，主功率管S1的第一连接端连接输入电源200以接收输入电压Vin。主功率管S1的第二连接端连接谐振电容Cr的一端，谐振电容Cr的另一端连接辅助功率管S2的第一连接端，辅助功率管S2的第二连接端接地，从而构成主功率管S1在上，辅助功率管S2在下型的拓扑结构。主功率管S1的第二连接端还连接原边绕组Np的同名端、自举电容Cboot和驱动芯片231的SW引脚。辅助功率管S2的第二连接端还连接原边绕组Np的异名端。

在实施例二中，当主功率管S1导通，辅助功率管S2关断时，主功率管S1和变压器Tr(包含谐振电感Lr、励磁电感Lm)可以连成环路。主功率管S1可接入输入电压Vin，使得变压器Tr激磁充电。谐振电容Cr由于不在环路中，故未进行充电。在这一过程中，自举电容Cboot持续放电，以维持主功率管S1导通。

当主功率管S1关断，辅助功率管S2导通时，辅助功率管S2、变压器Tr(包含谐振电感Lr、励磁电感Lm)、谐振电容Cr和自举电容Cboot可以连成环路。由于环路未接入输入电压Vin，故变压器Tr退磁放电，所释放的电能被传送至副边绕组Ns、辅助绕组Naux和谐振电容Cr，进而，副边绕组Ns产生副边绕组电压Vs，辅助绕组Naux产生辅助绕组电压Vaux，谐振电容Cr充电。等到变压器Tr的漏感Lr的电流降至0后，谐振电容Cr放电，释放的电能回到变压器Tr。在这一过程中，自举电容Cboot可以进行充电。

在开关电源100带轻载或待机场景下，当控制单元22控制驱动单元23输出驱动信号G1给主功率管时，若自举电容Cboot的电压Vboot放电至电压Vboot低于欠压点(也即，自举电容Cboot欠压)，则会导致主功率管S1无法被第一驱动信号G11驱动导通。故，此时的主功率管S1、辅助功率管S2均关断。在这种情况下，主功率管S1的寄生电容(图未示)可以与变压器Tr中的漏感Lr、励磁电感Lm构成回路，进而，主功率管S1的寄生电容可以漏感Lr及励磁电感Lm发生谐振，引发原边绕组电压Vp发生振荡，相应地，第二输出电压Vo2也会发生振荡。与此同时，由于电路无法接入Vin，因此，谐振电容Cr也无法得以充电。

可见，与实施例一相同或类似，实施例二在电压Vboot欠压，导致主功率管S1无法被驱动导通的情况下，谐振电容Cr也会进行放电，第二输出电压Vo2也会发生振荡。因此，实施例二控制单元22对驱动单元23的控制过程可以与实施例一相同或类似，详细可以参考前述实施例一中工作过程的相关描述，此处不再重复。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (15)

1.一种功率变换电路的控制器，所述功率变换电路包括半桥电路、变压器、辅助绕组电路和整流电路，所述半桥电路连接所述变压器的原边绕组，所述半桥电路包括相连的谐振电容、主功率管和辅助功率管，其中所述主功率管的一端连接输入电源，所述主功率管的另一端连接所述辅助功率管的一端，所述辅助功率管的另一端接地；所述变压器的副边绕组连接所述整流电路，所述整流电路用于输出第一输出电压；所述辅助绕组电路中的辅助绕组与所述变压器的原边绕组耦合，所述辅助绕组电路用于输出第二输出电压；其特征在于，

所述控制器包括控制单元和驱动单元，所述控制单元用于：

响应于所述第一输出电压小于或等于预设电压阈值，控制所述驱动单元输出第一驱动信号给所述主功率管；

响应于在所述驱动单元输出所述第一驱动信号的过程中，所述第二输出电压等于预设参考电压或者所述第二输出电压等于所述预设参考电压的次数达到预设次数，控制所述驱动单元输出第二驱动信号给所述辅助功率管；

响应于在所述驱动单元输出所述第一驱动信号的过程中，所述第二输出电压不等于所述预设参考电压或者所述第二输出电压等于所述预设参考电压的次数未达到预设次数，控制所述驱动单元停止输出所述第一驱动信号，控制所述驱动单元输出第三驱动信号给所述主功率管，以及输出第四驱动信号给所述辅助功率管；

其中，所述第一驱动信号的信号长度小于所述第三驱动信号的信号长度，所述第二驱动信号的信号长度小于所述第四驱动信号的信号长度。

2.如权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述控制单元用于：

响应于所述第一输出电压小于或等于预设电压阈值，控制所述驱动单元输出预驱动信号给所述辅助功率管；

在控制所述驱动单元输出所述预驱动信号后，控制所述驱动单元输出所述第一驱动信号；

其中，所述预驱动信号的信号长度小于所述第四驱动信号的信号长度。

3.如权利要求1或2所述的控制器，其特征在于，所述控制器还包括过零比较器，所述过零比较器的一个输入端连接所述辅助绕组电路，并用于接收所述第二输出电压，所述过零比较器的另一个输入端用于接收所述预设参考电压，所述过零比较器用于响应于所述第二输出电压等于所述预设参考电压，输出第一比较信号，或者，响应于所述第二输出电压不等于所述预设参考电压，输出第二比较信号；

其中，所述第一比较信号用于指示所述第二输出电压等于所述预设参考电压；所述第二比较信号用于指示所述第二输出电压不等于所述预设参考电压。

4.如权利要求3所述的控制器，其特征在于，所述控制单元连接所述过零比较器的输出端，所述控制单元用于响应于在所述驱动单元输出所述第一驱动信号的过程中接收到所述第一比较信号，控制所述驱动单元输出所述第二驱动信号给所述辅助功率管；

以及，响应于在所述驱动单元输出所述第一驱动信号的过程中接收到所述第二比较信号，控制所述驱动单元停止输出所述第一驱动信号，控制所述驱动单元输出所述第三驱动信号给所述主功率管，以及输出所述第四驱动信号给所述辅助功率管。

5.如权利要求3所述的控制器，其特征在于，所述控制器还包括计数器，所述计数器的输入端连接所述过零比较器的输出端，所述计数器的输出端连接所述控制单元；

所述计数器用于计数在所述驱动单元输出第一驱动信号的过程中所接收到的所述第一比较信号的次数，并将所述第一比较信号的接收次数输出给所述控制单元；

所述控制单元用于响应于所述第一比较信号的接收次数达到所述预设次数，控制所述驱动单元输出所述第二驱动信号给所述辅助功率管；以及，

响应于所述第一比较信号的接收次数未达到所述预设次数，控制所述驱动单元停止输出所述第一驱动信号，控制所述驱动单元输出所述第三驱动信号给所述主功率管，以及输出所述第四驱动信号给所述辅助功率管。

6.如权利要求3至5中任一项所述的控制器，其特征在于，所述辅助绕组电路包括所述辅助绕组和分压电路，所述分压电路的输入端与所述辅助绕组连接，所述分压电路的输出端与所述过零比较器的一个输入端连接，所述分压电路用于将所述辅助绕组电压分压后，输出所述第二输出电压给所述过零比较器的一个输入端。

7.如权利要求6所述的控制器，其特征在于，所述辅助绕组电路还包括整流滤波电路，所述驱动单元包括驱动芯片和自举电容，其中，

所述整流滤波电路的输入端连接所述辅助绕组，所述整流滤波电路的输出端连接所述驱动芯片的电源端，所述整流滤波电路用于对所述辅助绕组的电能进行功率转换，从而为所述驱动芯片供电；

所述驱动芯片的电源端通过自举电容连接所述主功率管中与所述辅助功率管相连的另一端，所述驱动芯片的两个输出端与所述主功率管的控制端及所述辅助功率管的控制端一一连接，所述自举电容用于为所述主功率管提供驱动电压。

8.一种开关电源，其特征在于，所述开关电源包括功率变换电路和控制器，

所述功率变换电路包括半桥电路、变压器、辅助绕组电路和整流电路，所述半桥电路连接所述变压器的原边绕组，所述半桥电路包括相连的谐振电容、主功率管和辅助功率管，其中所述主功率管的一端连接输入电源，所述主功率管的另一端连接所述辅助功率管的一端，所述辅助功率管的另一端接地；所述变压器的副边绕组连接所述整流电路，所述整流电路用于输出第一输出电压；所述辅助绕组电路中的辅助绕组与所述变压器的原边绕组耦合，所述辅助绕组电路用于输出第二输出电压；

所述控制器包括控制单元和驱动单元，所述控制单元用于：

响应于所述第一输出电压小于或等于预设电压阈值，控制所述驱动单元输出第一驱动信号给所述主功率管；

响应于在所述驱动单元输出所述第一驱动信号的过程中，所述第二输出电压等于预设参考电压或者所述第二输出电压等于所述预设参考电压的次数达到预设次数，控制所述驱动单元输出第二驱动信号给所述辅助功率管；

响应于在所述驱动单元输出所述第一驱动信号的过程中，所述第二输出电压不等于所述预设参考电压或者所述第二输出电压等于所述预设参考电压的次数未达到预设次数，控制所述驱动单元停止输出所述第一驱动信号，控制所述驱动单元输出第三驱动信号给所述主功率管，以及输出第四驱动信号给所述辅助功率管；

其中，所述第一驱动信号的信号长度小于所述第三驱动信号的信号长度，所述第二驱动信号的信号长度小于所述第四驱动信号的信号长度。

9.如权利要求8所述的开关电源，其特征在于，所述控制单元用于：

响应于所述第一输出电压小于或等于预设电压阈值，控制所述驱动单元输出预驱动信号给所述辅助功率管；

在控制所述驱动单元输出所述预驱动信号后，控制所述驱动单元输出所述第一驱动信号；

其中，所述预驱动信号的信号长度小于所述第四驱动信号的信号长度。

10.如权利要求8或9所述的开关电源，其特征在于，所述控制器还包括过零比较器，所述过零比较器的一个输入端连接所述辅助绕组电路，并用于接收所述第二输出电压，所述过零比较器的另一个输入端用于接收所述预设参考电压，所述过零比较器用于响应于所述第二输出电压等于所述预设参考电压，输出第一比较信号，或者，响应于所述第二输出电压不等于所述预设参考电压，输出第二比较信号；

其中，所述第一比较信号用于指示所述第二输出电压等于所述预设参考电压；所述第二比较信号用于指示所述第二输出电压不等于所述预设参考电压。

11.如权利要求10所述的开关电源，其特征在于，所述控制单元连接所述过零比较器的输出端，所述控制单元用于响应于在所述驱动单元输出所述第一驱动信号的过程中接收到所述第一比较信号，控制所述驱动单元输出所述第二驱动信号给所述辅助功率管；

以及，响应于在所述驱动单元输出所述第一驱动信号的过程中接收到所述第二比较信号，控制所述驱动单元停止输出所述第一驱动信号，控制所述驱动单元输出所述第三驱动信号给所述主功率管，以及输出所述第四驱动信号给所述辅助功率管。

12.如权利要求10所述的开关电源，其特征在于，所述控制器还包括计数器，所述计数器的输入端连接所述过零比较器的输出端，所述计数器的输出端连接所述控制单元；

所述计数器用于计数在所述驱动单元输出第一驱动信号的过程中所接收到的所述第一比较信号的次数，并将所述第一比较信号的接收次数输出给所述控制单元；

所述控制单元用于响应于所述第一比较信号的接收次数达到所述预设次数，控制所述驱动单元输出所述第二驱动信号给所述辅助功率管；以及，

响应于所述第一比较信号的接收次数未达到所述预设次数，控制所述驱动单元停止输出所述第一驱动信号，控制所述驱动单元输出所述第三驱动信号给所述主功率管，以及输出所述第四驱动信号给所述辅助功率管。

13.如权利要求10至12中任一项所述的开关电源，其特征在于，所述辅助绕组电路包括所述辅助绕组和分压电路，所述分压电路的输入端与所述辅助绕组连接，所述分压电路的输出端与所述过零比较器的一个输入端连接，所述分压电路用于将所述辅助绕组电压分压后，输出所述第二输出电压给所述过零比较器的一个输入端。

14.如权利要求13所述的开关电源，其特征在于，所述辅助绕组电路还包括整流滤波电路，所述驱动单元包括驱动芯片和自举电容，其中，

所述整流滤波电路的输入端连接所述辅助绕组，所述整流滤波电路的输出端连接所述驱动芯片的电源端，所述整流滤波电路用于对所述辅助绕组的电能进行功率转换，从而为所述驱动芯片供电；

所述驱动芯片的电源端通过自举电容连接所述主功率管中与所述辅助功率管相连的另一端，所述驱动芯片的两个输出端与所述主功率管的控制端及所述辅助功率管的控制端一一连接，所述自举电容用于为所述主功率管提供驱动电压。

15.如权利要求8至14中任一项所述的开关电源，其特征在于，所述控制器还包括电压检测单元，所述电压检测单元连接所述整流电路的输出端，所述电压检测单元用于检测所述第一输出电压并将检测结果发送给所述控制单元。