CN203660911U

CN203660911U - 反激式ac-dc转换器

Info

Publication number: CN203660911U
Application number: CN201420021262.1U
Authority: CN
Inventors: 宋利军; 许煌樟
Original assignee: Microelectronics Co Ltd Of Shenzhen City First Stable
Current assignee: Microelectronics Co Ltd Of Shenzhen City First Stable
Priority date: 2014-01-14
Filing date: 2014-01-14
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2024-01-14

Abstract

本实用新型公开了一种反激式AC-DC转换器，其在AC-DC控制芯片中加入了线电压侦测与补偿模块，该线电压侦测与补偿模块通过间接地侦测线电压，产生一个随线电压变化而变化的补偿量，该补偿量被叠加在反馈信号上，线电压越大，则该叠加上去的补偿量也越大，这样经过线电压补偿后的反馈信号，再去控制与调节线性降频，从而使开始降频的负载点和降频曲线的斜率在宽的输入线电压范围内（85-264V）都几乎保持一致，从而在提高转换效率的同时，获得最佳的电磁干扰性能。

Description

反激式AC-DC转换器

技术领域

本实用新型涉及开关电源技术领域，尤其涉及一种反激式AC-DC转换器。

背景技术

AC-DC（交流变直流）转换器被广泛应用于几乎所有电子设备中。现有的AC-DC转换器应用传统的AC-DC控制芯片，传统的AC-DC控制芯片都是通过图腾柱驱动输出来控制外部功率开关管的通断。为了提高转换效率，新一代AC-DC控制芯片中都加入了线性降频的功能，即随着输出端负载降低到一定程度（比如半载），频率会从满载时的65KHz开始下降，并与输出功率成线性关系，输出功率越小，频率降得越低，从而大幅降低开关损耗，提高转换效率。为了不使频率降到音频范围内（即20Hz~20KHz），线性降频的频率下限一般在20KHz以上。

目前线性降频的控制信号一般为AC-DC控制芯片的反馈（FeedBack，FB）引脚，因为反馈引脚的电压直接反映了负载的大小，当负载由重载逐渐过度到轻载时，反馈引脚的电压也会由高逐渐变低，反馈信号通过内部脉冲宽度调制（PWM）比较器与原边电流侦测信号进行比较，使得每个周期原边导通时原边峰值电流变小，从而减小能量的传输；因此对控制AC-DC控制芯片来说，反馈引脚可以直接作为负载侦测引脚，用来控制线性降频。

请参阅图1，其为一个传统的反激式AC-DC转换器的原理图。其中，AC-DC控制芯片104包含一个反馈信号输入端FB，一个原边峰值电流侦测端CS，一个供电引脚VCC，一个地引脚GND和一个输出端OUT。输出端OUT根据反馈信号的电压大小来输出合适占空比的控制信号VG，以驱动开关管Q100。开关管Q100的一端接原边电流侦测电阻R100，另一端接变压器106的原边N_P的同名端，变压器106原边N_P的另一端接整流后的线电压。变压器106的副边N_S通过整流二极管D200和电容C300连接负载接入端108。变压器106还包含一个辅助绕组N_A，它通过另一个整流二极管D100和电容C200为AC-DC控制芯片104供电。该反激式AC-DC转换器的负载接入端108通过分压电阻R300、R400以及光藕器件VL100、运算放大器U100和电阻R200产生反馈信号给AC-DC控制芯片104的反馈信号输入端FB。AC-DC控制芯片104的输出端OUT用于驱动开关管Q100。

当系统正常工作时，由副边N_S的分压电阻R300、R400以及光藕器件VL100、运算放大器U100和电阻R200组成的反馈单元会根据该反激式AC-DC转换器负载接入端108上负载的大小，产生反馈信号，该反馈信号通过脉冲宽度调制比较器202与原边N_P峰值电流侦测信号比较，用于控制每个周期原边N_P峰值电流的大小；当该反激式AC-DC转换器负载接入端108上负载较大时，反馈信号的电压较高，每个周期峰值电流侦测信号也较高，即原边N_P峰值电流较高；当该反激式AC-DC转换器负载接入端108上负载降低时，反馈信号的电压也降低，每个周期原边N_P峰值电流也随之下降，系统通过这样的反馈保证能量传输的平衡，进而维持该反激式AC-DC转换器负载接入端108上输出电压的稳定。为了在中、轻载时降低系统的开关损耗，提高转换效率，AC-DC控制芯片104根据反馈信号的电压的大小去调制频率。

当负载接入端108上负载降低到一定程度时（如半载），反馈信号的电压下降到设定的阈值V_th1，此时工作频率由正常的65KHz开始下降；当负载接入端108上负载进一步降低到一个更低的程度时（如满载的10%），反馈信号的电压下降到设定的阈值V_th2，此时工作频率降到最低值22KHz；此后负载进一步降低直至空载，工作频率一直维持22KHz，AC-DC控制芯片会进入跳周期模式（Burst Mode）。

在相同的反馈信号下，尽管线电压不同，AC-DC控制芯片104在侦测到相同的原边峰值电流后会发出关断信号，然而由于系统存在固有关断延时t_d，使得AC-DC控制芯片104发出关断信号后，原边N_P仍然会继续导通t_d的时间，在这段时间内原边峰值电流会继续以（V_in/L_p）的斜率上升，V_in为整流后的线电压，L_p为变压器的原边感量，在相同的时间t_d内，线电压越高，原边实际峰值电流越高，向副边N_S传输的能量就越大，即在相同的反馈信号下，线电压越高，负载越大。此外如果系统工作于连续模式（CCM），则在相同的原边峰值电流下，线电压越高，原边N_P导通时间越短，副边N_S放电时间越长，传输的能量越多，也会导致在相同的反馈信号下，线电压越高，负载越大；这会带来一个严重的问题，即在线电压较低时，假设FB=V_th1，对应的是半载，那么在该线电压下，当负载降低到半载时，系统就会开始降低工作频率；而在线电压很高时， FB=V_th1对应的负载会远远高于半载，甚至达到满载，那么在线电压较高时，系统在满载时就会开始降低工作频率，这会严重影响系统的传导电磁干扰（Electro Magnetic Interference，EMI），使其性能变得很差，无法满足要求。

因此，现有技术存在缺陷，需要改进。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种反激式AC-DC转换器，以解决现有技术中AC-DC控制芯片根据反馈信号的电压的大小去调制频率，会严重影响系统的传导电磁干扰，使其性能变差的问题。

本实用新型的技术方案如下：本实用新型提供一种反激式AC-DC转换器，包括：交流电输入端、整流单元、变压器、第一至第二二极管、AC-DC控制芯片、反馈模块、第一晶体管以及负载接入端，所述AC-DC控制芯片具有电源引脚、控制输出引脚、侦测信号输入引脚、反馈引脚以及接地线引脚，所述整流单元与所述交流电输入端电性连接，所述变压器分别与所述整流单元、第一二极管的一端、第二二极管的一端、第一晶体管、及负载接入端电性连接，所述第二二极管的另一端与所述负载接入端电性连接，所述电源引脚与第一二极管的另一端电性连接，所述控制输出引脚、侦测信号输入引脚分别与第一晶体管电性连接，所述反馈引脚与反馈模块电性连接，所述反馈模块还与所述负载接入端电性连接，所述整流单元、变压器、AC-DC控制芯片的接地线引脚、反馈模块、及第一晶体管均与地线电性连接；

所述AC-DC控制芯片包括：欠压保护模块、内建电源模块、基准电压模块、驱动输出模块、逻辑控制模块、振荡器、过流保护、过压保护、PWM比较器、前沿消隐模块以及线电压侦测与补偿模块，所述欠压保护模块与内建电源模块均与电源引脚电性连接，所述内建电源模块还与所述基准电压模块电性连接，所述基准电压模块还分别与过流保护及过压保护电性连接，所述前沿消隐分别与侦测信号输入引脚、过流保护、及PWM比较器电性连接，所述PWM比较器、过压保护、以及线电压侦测与补偿模块均与反馈引脚电性连接，所述线电压侦测与补偿模块还分别与所述振荡器、控制输出引脚、内建电源模块、第二二极管的另一端及侦测信号输入引脚电性连接，所述逻辑控制模块分别与振荡器、过压保护、PWM比较器、过流保护、及驱动输出模块电性连接，所述驱动输出模块还与所述控制输出引脚电性连接。

所述反激式AC-DC转换器还包括：第一电阻以及第一至第三电容；所述第一电阻一端分别与第一晶体管、侦测信号输入引脚电性连接，另一端与地线电性连接；所述第一电容一端与整流单元电性连接，另一端与地线电性连接；所述第二电容一端与电源引脚电性连接，另一端与地线电性连接；所述第三电容与负载接入端并联连接。

所述变压器包括：原边、副边以及辅助绕组，所述副边用于给负载供电，所述辅助绕组用于给AC-DC控制芯片供电。

所述反馈模块包括光耦器件、第一运算放大器、及第二至第四电阻；所述第二电阻一端与第二二极管的另一端、负载接入端电性连接，另一端与光耦器件电性连接；所述第三电阻一端与第二二极管的另一端、负载接入端电性连接，另一端与第四电阻的一端电性连接，所述第四电阻的另一端与负载接入端电性连接；所述第一运算放大器分别与第四电阻的一端、第四电阻的另一端及光耦器件电性连接；所述光耦器件还分别与反馈引脚、地线电性连接。

所述第一晶体管具有第一栅极、第一漏极以及第一源极，所述第一栅极与所述控制输出引脚电性连接，所述第一源极与变压器电性连接，所述第一漏极分别与第一电阻的一端、及侦测信号输入引脚电性连接。

所述线电压侦测与补偿模块包括：采样信号产生模块、第一开关、第二开关、第二运算放大器、第三运算放大器、第二晶体管、第三晶体管、第五电阻以及第六电阻，所述第二运算放大器具有第一正输入引脚、第一负输入引脚以及第一输出引脚，所述第三运算放大器具有第二正输入引脚、第二负输入引脚以及第二输出引脚，所述第二晶体管具有第二栅极、第二漏极以及第二源极，所述第三晶体管具有第三栅极、第三漏极以及第三源极，所述采样信号模块分别与控制输出引脚、第一开关、及第二开关电性连接，所述第一开关还分别与所述侦测信号输入引脚、第四电容的一端、第一负输入引脚电性连接，所述第二开关还分别与侦测信号输入引脚、第五电容的一端、第二正输入引脚电性连接，所述第一正输入引脚与第五电阻的一端、第二漏极电性连接，所述第五电阻的另一端与第二负输入引脚、第二输出引脚电性连接，所述第一输出引脚与第二、第三栅极电性连接，所述第二源极、第三源极均与内建电源模块电性连接，所述第三漏极与振荡器、第六电阻的一端电性连接，所述第六电阻的另一端与反馈引脚电性连接，所述第四电容的另一端、第五电容的另一端均与地线电性连接。

采用上述方案，本实用新型的反激式AC-DC转换器，通过对线性降频的线电压进行侦测，以产生一随线电压变化而变化的补偿量叠加于FB信号上，使得在宽的输入电压范围内（85-264V），系统开始进入降频的负载点和降频曲线（F-Po）的斜率都保持相同，从而在提高转换效率的同时，获得最佳的电磁干扰性能。

附图说明

图1为传统的反激式AC-DC转换器的原理图。

图2为本实用新型反激式AC-DC转换器的原理图。

图3为本实用新型中线电压侦测与补偿模块及其连接关系的电路图。

图4为本实用新型中采样信号S1、S2以及峰值电流侦测信号CS的波形图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本实用新型进行详细说明。

请参阅图2，本实用新型提供一种反激式AC-DC转换器，为了改善线性降频的性能，使其不随线电压（整流单元整流后得到）变化而变化，以获得最佳的系统性能，本实用新型在AC-DC控制芯60片中加入了线电压侦测与补偿模块61，该线电压侦测与补偿模块61通过间接地侦测线电压，产生一个随线电压变化而变化的补偿量，该补偿量被叠加在反馈信号上，线电压越大，则该叠加上去的补偿量也越大，这样经过线电压补偿后的反馈信号，再去控制与调节线性降频，从而使开始降频的负载点和降频曲线的斜率在宽的输入线电压范围内（85-264V）都几乎保持一致，从而在提高转换效率的同时，获得最佳的电磁干扰性能。

该反激式AC-DC转换器包括：交流电输入端52、整流单元54、变压器56、第一至第二二极管D1、D2、AC-DC控制芯片60、反馈模块58、第一晶体管Q1以及负载接入端59，所述AC-DC控制芯片60具有电源引脚V_cc、控制输出引脚OUT、侦测信号输入引脚CS、反馈引脚FB以及接地线引脚，所述整流单元54与所述交流电输入端52电性连接，所述变压器56分别与所述整流单元54、第一二极管D1的一端、第二二极管D2的一端、第一晶体管Q1、及负载接入端59电性连接，所述第二二极管D2的另一端与所述负载接入端59电性连接，所述电源引脚V_cc与第一二极管D1的另一端电性连接，所述控制输出引脚OUT、侦测信号输入引脚CS分别与第一晶体管Q1电性连接，所述反馈引脚FB与反馈模块58电性连接，所述反馈模块58还与所述负载接入端59、第二二极管D2的另一端电性连接，所述整流单元54、变压器56、AC-DC控制芯片60的接地线引脚、反馈模块58、及第一晶体管Q1均与地线电性连接。

所述AC-DC控制芯片60包括：欠压保护模块61、内建电源模块62、基准电压模块63、驱动输出模块64、逻辑控制模块65、振荡器66、过流保护67、过压保护68、PWM比较器69、前沿消隐模块71以及线电压侦测与补偿模块72，所述欠压保护模块61与内建电源模块62均与电源引脚V_cc电性连接，所述内建电源模块62还与所述基准电压模块63电性连接，所述基准电压模块63还分别与过流保护67及过压保护68电性连接，所述前沿消隐模块71分别与侦测信号输入引脚CS、过流保护67、及PWM比较器69电性连接，所述PWM比较器69、过压保护68、以及线电压侦测与补偿模块72均与反馈引脚FB电性连接，所述线电压侦测与补偿模块72还分别与所述振荡器66、控制输出引脚OUT、内建电源模块62、及侦测信号输入引脚CS电性连接，所述逻辑控制模块65分别与振荡器66、过压保护68、PWM比较器69、过流保护67、及驱动输出模块64电性连接，所述驱动输出模块64还与所述控制输出引脚OUT电性连接。

所述反激式AC-DC转换器还包括：第一电阻R1以及第一至第三电容C1、C2、C3；所述第一电阻R1一端分别与第一晶体管Q1、侦测信号输入引脚CS电性连接，另一端与地线电性连接；所述第一电容C1一端与整流单元54电性连接，另一端与地线电性连接；所述第二电容C2一端与电源引脚V_cc电性连接，另一端与地线电性连接；所述第三电容C3与负载接入端59并联连接。

所述变压器56包括：原边N_P、副边N_S以及辅助绕组N_A，所述副边N_S用于给负载供电，所述辅助绕组N_A用于给AC-DC控制芯片60供电。

所述反馈模块58包括光耦器件VL、第一运算放大器U、及第二至第四电阻R2、R3、R4；所述第二电阻R2一端与第二二极管D2、负载接入端59的另一端电性连接，另一端与光耦器件VL电性连接；所述第三电阻R3一端与第二二极管D2、负载接入端59电性连接，另一端与第四电阻R4的一端电性连接，所述第四电阻R4的另一端与负载接入端59电性连接；所述第一运算放大器U分别与第四电阻R4的一端、第四电阻R4的另一端及光耦器件VL电性连接；所述光耦器件VL还分别与反馈引脚FB、地线电性连接。

所述第一晶体管Q1具有第一栅极g1、第一漏极d1以及第一源极s1，所述第一栅极g1与所述控制输出引脚OUT电性连接，所述第一源极s1与变压器56电性连接，所述第一漏极d1分别与第一电阻R1的一端、及侦测信号输入引脚CS电性连接。

请参阅图3及图4，所述线电压侦测与补偿模块72包括：采样信号产生模块82、第一开关K1、第二开关K2、第二运算放大器EA1、第三运算放大器EA2、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3、第五电阻R5以及第六电阻R6，所述第二运算放大器EA1具有第一正输入引脚+、第一负输入引脚-以及第一输出引脚，所述第三运算放大器EA2具有第二正输入引脚+、第二负输入引脚-以及第二输出引脚，所述第二晶体管Q2具有第二栅极g2、第二漏极d2以及第二源极s2，所述第三晶体管Q3具有第三栅极g3、第三漏极d3以及第三源极s3，所述采样信号模块82分别与控制输出引脚OUT、第一开关K1、及第二开关K2电性连接，所述第一开关K1还分别与所述侦测信号输入引脚CS、第四电容C4的一端、第一负输入引脚-电性连接，所述第二开关K2还分别与侦测信号输入引脚CS、第五电容C5的一端、第二正输入引脚+电性连接，所述第一正输入引脚+与第五电阻R5的一端、第二漏极d2电性连接，所述第五电阻R5的另一端与第二负输入引脚-、第二输出引脚电性连接，所述第一输出引脚与第二、第三栅极g2、g3电性连接，所述第二源极s2、第三源极s3均与内建电源模块62电性连接，所述第三漏极d3与振荡器66、第六电阻R6的一端电性连接，所述第六电阻R6的另一端与反馈引脚FB电性连接，所述第四电容C4的另一端、第五电容C5的另一端均与地线电性连接。所述采样信号产生模块82输出的采样信号S1和S2分别用于控制第一开关K1与第二开关K2。所述第三晶体管Q3的第三漏极d3作为线电压侦测与补偿模块72的输出，用于控制振荡器66，以实现线性降频。

所述采样信号产生模块82用于在控制输出引脚OUT上的控制信号滞后t_LEB时间后产生宽度很窄的采样信号S1，并在采样信号S1发出后固定的延迟时间Δt后发出采样信号S2，t_LEB时间用于滤除原边N_P刚开启时刻峰值电流侦测信号（CS）的尖峰毛刺，为了保证能采样到原边导通时峰值电流侦测信号的电压，采样信号S1和S2都必须在AC-DC控制芯片60设定的原边N_P最短导通时间内发出。这样两个采样信号只差CS2-CS1=[(V_in/L_p)*Δt]/R_cs，其中V_in为整流后的线电压，L_p为变压器的原边感量，R_cs为电流侦测第一电阻R1的阻值。则流过第五电阻R5的电流等于流过第二晶体管Q2的电流，其电流值I0=(CS2-CS1)/R1，则I1=K*I0=K*(CS2-CS1)/R1，则FB1=FB+K*I0=FB+K*(CS2-CS1)*R2/R1=FB+[K*(V_in/L_p)*Δt*R2]/(R1*R_cs)。在背景技术的描述中我们知道，在相同的负载下，线电压V_in越高，反馈信号的电压越小，而这里的叠加项[K*(V_in/L_p)*Δt*R2]/(R1*R_cs)随线电压V_in的增大而增大，因此通过对K和R1、R2的合理设计，我们可以在相同的负载下保持FB1不随线电压V_in的变化而变化，然后用补偿过的信号（FB1）来控制线性降频的起始点和斜率，以实现在宽的输入电压范围内（85-264V），系统开始进入降频的负载点和降频曲线（F-Po）的斜率都保持相同，从而在提高转换效率的同时，获得最佳的电磁干扰性能。

综上所述，本实用新型提供一种反激式AC-DC转换器，通过对线性降频的线电压进行侦测，以产生一随线电压变化而变化的补偿量叠加于FB信号上，使得在宽的输入电压范围内（85-264V），系统开始进入降频的负载点和降频曲线（F-Po）的斜率都保持相同，从而在提高转换效率的同时，获得最佳的电磁干扰性能。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种反激式AC-DC转换器，其特征在于，包括：交流电输入端、整流单元、变压器、第一至第二二极管、AC-DC控制芯片、反馈模块、第一晶体管以及负载接入端，所述AC-DC控制芯片具有电源引脚、控制输出引脚、侦测信号输入引脚、反馈引脚以及接地线引脚，所述整流单元与所述交流电输入端电性连接，所述变压器分别与所述整流单元、第一二极管的一端、第二二极管的一端、第一晶体管、及负载接入端电性连接，所述第二二极管的另一端与所述负载接入端电性连接，所述电源引脚与第一二极管的另一端电性连接，所述控制输出引脚、侦测信号输入引脚分别与第一晶体管电性连接，所述反馈引脚与反馈模块电性连接，所述反馈模块还与所述负载接入端电性连接，所述整流单元、变压器、AC-DC控制芯片的接地线引脚、反馈模块、及第一晶体管均与地线电性连接；

2.根据权利要求1所述的反激式AC-DC转换器，其特征在于，还包括：第一电阻以及第一至第三电容；所述第一电阻一端分别与第一晶体管、侦测信号输入引脚电性连接，另一端与地线电性连接；所述第一电容一端与整流单元电性连接，另一端与地线电性连接；所述第二电容一端与电源引脚电性连接，另一端与地线电性连接；所述第三电容与负载接入端并联连接。

3.根据权利要求1所述的反激式AC-DC转换器，其特征在于，所述变压器包括：原边、副边以及辅助绕组，所述副边用于给负载供电，所述辅助绕组用于给AC-DC控制芯片供电。

4.根据权利要求1所述的反激式AC-DC转换器，其特征在于，所述反馈模块包括光耦器件、第一运算放大器、及第二至第四电阻；所述第二电阻一端与第二二极管的另一端、负载接入端电性连接，另一端与光耦器件电性连接；所述第三电阻一端与第二二极管的另一端、负载接入端电性连接，另一端与第四电阻的一端电性连接，所述第四电阻的另一端与负载接入端电性连接；所述第一运算放大器分别与第四电阻的一端、第四电阻的另一端及光耦器件电性连接；所述光耦器件还分别与反馈引脚、地线电性连接。

5.根据权利要求2所述的反激式AC-DC转换器，其特征在于，所述第一晶体管具有第一栅极、第一漏极以及第一源极，所述第一栅极与所述控制输出引脚电性连接，所述第一源极与变压器电性连接，所述第一漏极分别与第一电阻的一端、及侦测信号输入引脚电性连接。

6.根据权利要求1所述的反激式AC-DC转换器，其特征在于，所述线电压侦测与补偿模块包括：采样信号产生模块、第一开关、第二开关、第二运算放大器、第三运算放大器、第二晶体管、第三晶体管、第五电阻以及第六电阻，所述第二运算放大器具有第一正输入引脚、第一负输入引脚以及第一输出引脚，所述第三运算放大器具有第二正输入引脚、第二负输入引脚以及第二输出引脚，所述第二晶体管具有第二栅极、第二漏极以及第二源极，所述第三晶体管具有第三栅极、第三漏极以及第三源极，所述采样信号模块分别与控制输出引脚、第一开关、及第二开关电性连接，所述第一开关还分别与所述侦测信号输入引脚、第四电容的一端、第一负输入引脚电性连接，所述第二开关还分别与侦测信号输入引脚、第五电容的一端、第二正输入引脚电性连接，所述第一正输入引脚与第五电阻的一端、第二漏极电性连接，所述第五电阻的另一端与第二负输入引脚、第二输出引脚电性连接，所述第一输出引脚与第二、第三栅极电性连接，所述第二源极、第三源极均与内建电源模块电性连接，所述第三漏极与振荡器、第六电阻的一端电性连接，所述第六电阻的另一端与反馈引脚电性连接，所述第四电容的另一端、第五电容的另一端均与地线电性连接。