CN205911961U - 开关电源的副边控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种开关电源，尤其是隔离开关电源的副边控制电路。该电路将误差放大器放到副边，采样电源输出电压产生误差信号，并将误差信号调制为不同频率的开通信号，实现PFM；将此开通信号传送到原边将主功率管开通，并在原边根据开通信号的频率产生不同的限流电压，用此限流电压将主功率管关断，实现PWM。本实用新型的方法及电路能够提高输出电压的精度和负载调整率，具有良好的动态性能，并且便于同步整流的实现及降低空载功耗。

Description

开关电源的副边控制电路

技术领域

本实用新型涉及开关电源的环路控制电路，特别涉及一种能够提高隔离开关电源的输出精度和负载调整率，降低轻载及空载功耗，加快动态响应，便于实现同步整流的开关电源的副边控制电路。

背景技术

原边反馈式开关电源以其体积小、控制简单、成本低等优点广泛应用于充电器、电源适配器等领域。然而原边反馈控制方式的不足之处在于，电源输出电压的负载调整率不好，动态响应差。如图1所示，为原边反馈控制电路的典型架构。控制芯片通过检测辅助绕组上电压波形的时序，实现恒流控制，通过采样消磁结束时刻的辅助绕组电压来反馈电源输出电压，实现恒压控制。随着负载的变化，辅助绕组上消磁结束时刻的电压变化率不同，相同采样电路的采样精度就会不同，从而影响负载调整率。原边反馈的控制方式每个周期采样一次输出电压，做出一次功率管的调整，其放大环节在采样环节之后，所以动态响应不够好。

现有技术中，为了克服原边反馈控制的缺点，多采用副边反馈的方式。通过隔离耦合器件将副边输出电压的信息反馈到原边做出控制。传统的副边反馈利用TL431加光耦连续反馈输出信息，然而光耦不间断的工作，功耗较大，且寿命较短、不适合高温等特殊环境下使用。也有断续地反馈输出信息以降低反馈功耗的，例如，专利CN103051197利用副边控制芯片采样输出电压的信息，根据电压与基准比较的结果选择向原边发送高频信号还是低频信号，从而提高了轻载和空载时的精度，加快了动态响应。然而该专利本质上仍属于原边控制，增加的副边电路提供两种反馈信息，只优化了轻载和空载时的性能。专利CN104578826则全负载范围内都由副边实现恒流恒压控制，然而该专利的副边芯片直接由电源输出电压供电，需要输出电压建立到芯片启动点才能实现反馈、正常工作，一般的充电器等应用需要在输出电压建立的阶段具备恒流的功能，所以该方案不够实用。另有专利CN103460583采用副边PWM控制，有较好的性能，但是需要预先给储能电路充电以使得电源输出正常建立，时序较为复杂。而专利US20100254443则给出了常见的数字电源控制方法，电路复杂，需要高精度的模数和数模转换电路。

实用新型内容

为了克服上述副边反馈控制方式的不足，本实用新型提供一种直接的副边控制电路，用于开关电源的环路控制。该电路能够提高输出电压的精度和负载调整率，降低轻载及空载功耗，具有良好的动态性能，并且便于同步整流的实现。

本实用新型通过以下方案实现上述目的：

一种副边控制方法及电路由原边辅控单元、隔离耦合器件和副边主控单元实现。所述原边辅控单元耦接隔离耦合器件，所述隔离耦合器件耦接副边主控单元。电源起机阶段由原边辅控单元提供恒流模式控制，输出电压稳定之后的恒压模式控制由副边主控单元的PFM控制结合主边辅控单元的PWM控制提供。其中，原边单元根据开通信号频率产生PWM控制的限流点，开通信号频率越高，限流点越高，反之，频率越低，限流点越低。副边主控单元的PFM控制决定主功率管以不同的频率开通，原边辅控单元的PWM控制决定主功率管在何时关断。以上，实现原副边协同恒压控制的同时，副边根据开通信号的时序方便地实现同步整流，并根据误差信号的大小实现睡眠模式；原边则根据设定时间内是否接收到开通信号判断是否进入睡眠模式。

优选的，所述原边辅控单元包括，高压启动电路、恒流控制电路、PWM控制电路、逻辑处理电路和驱动电路。所述高压启动电路输入原边辅控单元外部供电电容上的电压，产生原边辅控单元工作所需的内部电源电压、基准电压及偏置电流；所述恒流控制电路接辅助绕组上电压的分压值，检测辅助绕组电压波形来获得消磁时间的信息，通过控制消磁时间和开关周期的比例恒定来实现恒流控制，恒流控制电路输出控制信号到逻辑处理电路；所述PWM控制电路接收副边传送过来的开通信号，并将其调整为一个固定宽度的窄脉冲信号，PWM控制电路还根据开通信号的频率大小产生限流电压，用以限定功率管流过的电流峰值，PWM控制电路输出功率管控制信号到逻辑处理电路；所述逻辑处理电路接收来自恒流控制电路和PWM控制电路的信号，负责在起机阶段选择恒流控制信号，在接收到副边开通信号之后选择副边控制信号实现恒压控制，并处理过压、过温、短路等保护信号，输出功率管低压驱动信号到驱动电路；所述驱动电路接收逻辑处理电路的低压驱动信号，经过电平转换产生具有一定驱动能力的高压驱动信号，该驱动信号驱动外部功率管的通断。所述逻辑处理电路还根据规定时间之内是否接收到副边传送过来的开通信号，判断是否进入睡眠模式；未接收到开通信号则进入睡眠模式，关闭主控环路之外的偏置电流；否则，退出睡眠模式，恢复偏置电流。

优选的，所述副边主控单元包括，过零比较电路、同步逻辑电路、同步驱动电路、启动电路、隔离驱动电路、PFM控制电路、补偿电路和EA(误差放大器)。所述启动电路由电源输出直接供电，经过LDO产生副边主控单元所需的内部电源，并产生各模块电路所需的偏置；所述误差放大器EA的正向输入端接基准电压Vref，负向端接电源输出电压的分压值，EA将电源输出与基准的差值放大，输出到补偿电路的输入端；所述补偿电路为具备零极点的电阻电容网络，用以补偿整个控制环路的稳定性，经过补偿的误差信号输出到PFM控制电路；所述PFM控制电路根据误差信号电压值的大小调制出不同频率的开通信号，误差信号越大，开通信号的频率越高，PFM控制电路输出开通信号到隔离驱动电路，并将开通信号作适当延时输出到同步逻辑电路中；所述同步逻辑电路接收到延时信号之后将其锁存，同时接收过零比较电路输出的信号，所述过零比较电路检测同步整流管漏端电压；当过零比较电路检测到同步整流管漏端电压低于0V，则同步逻辑电路结合锁存的延时信号给出一个同步整流管的开通信号，并将锁存延时信号的锁存器复位；当过零比较电路检测到同步整流管漏端电压达到关断阈值，则同步逻辑电路给出一个同步管的关断信号；所述同步逻辑电路的同步整流管控制信号，经过同步驱动电路放大驱动能力，控制外部同步整流管的通断；所述隔离驱动电路将PFM控制电路输出的开通信号调制为尖峰脉冲，发送到隔离耦合器件；所述PFM控制电路还根据误差放大器EA输出的误差信号设置睡眠/唤醒模式，当误差信号低于睡眠阈值时，即负载很轻时，中断开通信号的传输，当关闭主控环路外的偏置电流；当误差信号高于唤醒阈值时，恢复开通信号的传输，恢复偏置电流；所述睡眠阈值低于唤醒阈值。

优选的，所述隔离耦合器件可以为电容，光耦或耦合变压器等隔离器件。隔离耦合器件将副边的尖峰开通信号耦合到原边，实现环路的隔离反馈。

优选的，所述副边PFM控制电路包括，第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第一NMOS管、第二NMOS管，第一电流源、第一电容、第一开关、比较器、第一反相器、第二反相器、第三反相器、第四反相器、第五反相器、D触发器和延时器。所述第一、第二、第三PMOS管的源端接内部电源电压，第一PMOS的栅端接第一偏置电压，漏端接所述第一NMOS管的漏端；所述第二PMOS管的栅端接第三PMOS管的栅端，并接到自身的漏端，形成二极管连接；所述第三PMOS管的漏端接第一电容的上极板；所述第一NMOS管的栅端接第一基准电压，源端接第一电流源的上端；所述第二NMOS管的漏端接第二PMOS管的漏端，栅端接EA输出的误差电压，源端接第一电流源的上端；所述第一电流源的下端接地；所述第一电容的下极板接地，上极板还接到比较器的负向输入端以及第一开关的上端；所述比较器的正向输入端接第二基准电压，输出端接第一反相器的输入端；所述第一反相器的输出端接第二反相器的输入端；所述第二反相器的输出端接D触发器的触发端；所述D触发器的输入端接内部电源电压，输出端接第三反相器的输入端；所述第三反相器的输出端接第四反相器的输入端和延时器的输入端；所述第四反相器输出开通脉冲信号；所述延时器的输出端接D触发器的复位端以及第五反相器的输入端；所述第五反相器的输出端接第一开关的控制端；所述第一开关的下端接地。

优选的，所述原边PWM控制电路中限流电压产生电路包括，第六反相器、第二电流源、第二开关、第二电容、第三开关、窄脉冲发生器、第七反相器、第一与门、第四开关、第一缓冲器、第四PMOS管、第五PMOS管、第六PMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第三电流源、电阻。所述第六反相器的输入端接隔离耦合器件传送过来的开通信号，输出端接第二开关的控制端；所述第二开关的上端接第二电流源的下端，下端接第二电容的上极板；所述第二电容的下极板接地；所述第三开关的上端接第二电容的上极板和第四开关的左端，第三开关的下端接地；所述窄脉冲发生器的输入端接第六反相器的输出端，输出端接第七反相器的输入端以及第四开关的控制端；所述第七反相器的输出端接第一与门的一个输入端；所述第一与门的另一输入端接开通信号，输出端接第三开关的控制端；所述第三开关的右端接第一缓冲器的正向输入端；所述第一缓冲器的负向输入端接自身的输出端，并接到第三NMOS管的栅端；所述第三NMOS管的漏端接第四PMOS的漏端，源端接第三电流源的上端；所述第四PMOS管的源端接内部电源电压，栅端接第二偏置电压；所述第三电流源的下端接地，上端还接到第四NMOS管的源端；所述第四NMOS管的栅端接第三基准电压，漏端接第五PMOS管的漏端；所述第五PMOS管的源端接内部电源电压，栅端接自身的漏端及第六PMOS管的栅端；所述第六PMOS管的源端接内部电源电压，漏端接电阻的上端；所述电阻的下端接地，上端电压即为限流电压。

优选的，所述原边PWM控制电路中限流电压产生电路的另一种结构包括，第八反相器、第二与门、高频振荡器、M位减法计数器、M位数模转换器、第二缓冲器。所述第八反相器的输入端接窄脉冲开通信号，输出端接第二与门的一个输入端；所述第二与门的另一个输入端接高频振荡器的输出端，输出端接M位减法计数器的输入端；所述M位减法计数器的输出端接M位数模转换器的输入端；所述M位数模转换器的输出端接第二缓冲器的正向输入端；所述第二缓冲器的负向输出端接自身的输出端，输出端的电压即为限流电压。

本实用新型提供了一种开关电源，尤其是隔离开关电源的副边控制方法及电路。该方法及电路将误差放大器放到副边，采样电源输出电压产生误差信号，并将误差信号调制为不同频率的开通信号，实现PFM；将此开通信号传送到原边将主功率管开通，并在原边根据开通信号的频率产生不同的限流电压，用此限流电压将主功率管关断，实现PWM。本发明的方法及电路能够提高输出电压的精度和负载调整率，具有良好的动态性能，并且便于同步整流的实现及降低空载功耗。

本实用新型的有益效果具体如下：

1、采用副边PFM主控，原边PWM辅控实现恒压闭环控制，主功率管的开通频率随负载连续变化，从而提高了输出电压的精度和负载调整率、加快了动态响应；

2、恒压控制阶段的开通信号在副边产生，此开通信号适当延时之后，一旦检测到同步整流管漏端电压低于0V，即将同步管开通，无需高精度的同步整流管开通比较器；

3、副边误差信号随负载连续变化，则可根据误差信号的大小设置睡眠/唤醒模式，误差信号低于睡眠阈值时中断开通信号传输，高于唤醒阈值时恢复开通信号传输，从而降低轻载及空载时的功耗。

附图说明

图1为典型的原边反馈控制的反激变换器电路原理图；

图2为本实用新型副边主控单元及原边辅控单元应用于反激变换器的电路原理图；

图3为本实用新型实施例一的副边主控单元中PFM控制电路的原理图；

图4为本实用新型实施例一的原边PWM控制电路中限流电压产生电路的原理图；

图5为本实用新型实施例二的原边PWM控制电路中限流电压产生电路的原理图；

图6为本实用新型原副边单元进行恒压控制时关键信号的波形图；

图7为本实用新型原副边单元的工作流程图。

具体实施方式

如图2所示，本实用新型开关电源的的副边控制电路，由原边辅控单元231、隔离耦合器件232和副边主控单元233实现，三者之间互相耦接。所述原边辅控单元231，包括恒流控制电路211、高压启动电路212、PWM控制电路213、由驱动电路214和逻辑处理电路215组成的驱动输出电路。所述恒流控制电路通过引脚FB，检测辅助绕组210经过电阻208和电阻209的分压值，判断出电源系统的消磁时间，并通过FB脚检测反射电压的大小来判断是否发生输出过压和短路，恒流控制电路通过维持消磁时间与开关周期的比例恒定，实现恒流控制，恒流控制信号输出到逻辑处理电路215中；在电源系统的起机阶段，所述逻辑处理电路选择恒流控制信号，输出到驱动电路214中，开通主功率管216，变压器开始励磁存储能量；设置主功率管流过电流的最大值，达到最大值时将主功率管关断，变压进入消磁阶段，能量传送给负载电容和负载电阻。

随着辅控单元恒流控制的进行，电源输出电压不断上升，当电源电压达到副边主控单元的启动点，主控单元开始工作。所述副边主控单元，包括过零比较电路221、由同步逻辑电路222和同步驱动电路223组成的同步控制电路、启动电路224、隔离驱动电路225、PFM控制电路226、补偿电路227和EA(误差放大器)228。所述启动电路通过引脚VCC接收电源输出电压，当电压超过设置的启动点时产生内部所需的低压电源、偏置电压及偏置电流；所述EA的正向输入端接基准电压Vref，负向输入端通过引脚VB采样电源输出电压的分压值，输出采样电压与基准之间的误差信号到补偿电路；所述补偿电路由电阻电容组成零极点网络，对误差信号进行相位补偿，提高整个环路的稳定性；所述PFM控制电路接收补偿之后的误差信号，将其调制为对应频率的开通信号，误差信号的电压值越高，频率越大；开通信号由所述的隔离驱动电路调制为尖峰脉冲，通过引脚GS发送到隔离耦合器件232的输入端；同时，开通信号经过适当的延时传送到同步逻辑电路，延时的目的是保证同步整流管在主边功率管导通之后才开通，延时之后的开通信号在同步逻辑电路中锁存起来；所述过零比较电路通过VD引脚检测同步整流管漏端的电压波形，当该电压低于0V时，结合锁存起来的开通延时信号，同步逻辑电路给出同步整流管的开通信号，同时将上述起锁存功能的锁存器复位；当消磁快结束时，过零比较电路检测到VD电压超过阈值(如-5mV)，同步逻辑电路给出同步整流管的关断信号；同步整流管的驱动信号经过同步驱动电路223放大驱动能力后，由引脚SYN输出，用以驱动同步整流管218的通断。为了降低轻载和空载时的系统功耗，还可以在PFM控制电路226中设置睡眠阈值V_L和唤醒V_H，当误差信号的电压值低于V_L时中断开通信号的传输，进入睡眠模式，并将控制单元中主控环路之外的电路的偏置电流关闭；当误差信号的电压值高于V_H时恢复开通信号的传输和偏置电流，离开睡眠模式。

所述隔离耦合器件232可以为电容、光耦或耦合变压器，负责将副边主控单元233发送的尖峰开通脉冲耦合到原边辅控单元231的引脚GP。

所述辅控单元中的PWM控制电路213通过引脚GP检测到尖峰开通脉冲，将其调制为固定宽度的窄脉冲开通信号，此开通信号输出到逻辑处理电路中；所述逻辑处理电路接收到此开通信号，将原边恒流控制切换为副边恒压控制，开通主功率管；所述PWM控制电路同时将开通信号的频率解调为对应的限流电压，频率越高，对应的限流电压越高。具体的解调方法，可以在开通信号的一个周期之内采用固定电流给固定电容充电，并将电容的尖峰电压的反相电压采样出来，这样，开通信号的频率越高，电容上的尖峰电压越小，对应的反相电压越高。PWM控制电路还通过引脚CS，采样主边绕组205上流过的电流在采样电阻217上产生的电压，当该采样电压达到上述限流电压时，输出功率管关断信号到逻辑处理电路，再通过驱动电路将主功率管关断。上述过程即为整个环路的恒压闭环控制。此外，在原边辅控单元的逻辑处理电路215中设置固定时钟，若一定时间之内PWM控制电路未检测到副边的开通信号，则认为进入睡眠模式，将主控环路之外的电路的偏置电流关闭，一旦检测到开通信号，则离开睡眠模式，恢复电路的偏置电流。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图3、图4、图5、图6和图7对本实用新型中的重要环节进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例一

副边主控单元中的PFM控制电路负责开通信号的频率调制，如图3所示，一种PFM控制电路包括，PMOS管301、PMOS管302、PMOS管306、NMOS管303、NMOS管304、电流源305、电容307、开关308、比较器309、反相器310、反相器311、D触发器312、反相器313、反相器314、反相器315、延时器316。所述PMOS管301、302、306的源端接到内部电源电压，301的栅端接偏置电压Vbias1，漏端接NMOS管303的漏端；302的漏端接自身的漏端和306的栅端；306的漏端接电容307的上极板；所述NMOS管303的栅端接基准电压Vref1，源端接电流源305的上端及NMOS管304的源端；所述电流源305的下端接地；所述NMOS管304的漏端接302的漏端，栅端接误差放大器输出的误差信号Vea；所述电容307的上极板还接比较器309的负向输入端和开关308的上端，其下极板接地；所述比较器309的正向输入端接基准电压Vref2、输出端接反相器310的输入端；所述反相器310的的输出端接反相器311的输入端；所述反相器311的输出端接D触发器312的触发端；所述D触发器312的输入端接内部电源电压，输出端接反相器313的输入端；所述反相器313的输出端接反相器的314的输入端和延时器316的输入端；所述反相器314输出调制好的开通信号Ton；所述延时器316的输出端接反相器315的输入端和D触发器312的复位端；所述反相315的输出端接开关308的控制端；开关308的下端接地。

假设电流源305流过的电流为I₃₀₅，304的跨导为g_m304，PMOS管302与PMOS管306组成的电流镜比例为1:m，306的漏端电流为I₃₀₆，则有：

$I_{306}=m*I_{304}=m*(\frac{I_{305}}{2}+\frac{Vea-Vref1}{2}*g_{m304})$

假设电容307的电容值为C₃₀₇，当I₃₀₆在307上的充电电压超过基准Vref2时，比较器309输出低电平将D触发器312触发，Q端输出高电平，反相器313输出的低电平经过延时器316的延时将D触发器复位，经过反相器315将开关308开通，泄放掉电容307上的电荷，则反相器314输出一个宽度等于延时器316延时时间的窄脉冲作为开通信号。该开通信号的频率由电流I₃₀₆和容值C₃₀₇决定：

$f=\frac{I_{306}}{C_{307}*Vref2}=\frac{I_{305}+(Vea-Vref1)*g_{m304}}{2*C_{307}*Vref2}*m$

可见开通信号的频率与误差信号Vea成正比，误差信号越大，频率越高，反之，频率越小。此开通信号Ton由隔离驱动电路调制为尖峰脉冲，通过隔离器件反馈到原边辅控单元。

原边PWM控制电路检测尖峰开通信号，如图4所示，PWM控制电路将尖峰开通信号调制为一定宽度的窄脉冲开通信号Tonp。所述PWM控制电路中的限流电压产生电路包括，反相器401、电流源402、开关403、电容404、开关405、窄脉冲发生器406、反相器407、与门408、开关409、缓冲器410、NMOS管411、PMOS管412、PMOS管413、NMOS管414、电流源415、PMOS管416、电阻417。所述反相器401输入窄脉冲开通信号Tonp，输出端接开关403的控制端和窄脉冲发生器406的输入端；所述开关403的下端接电容404的上极板，上端接电流源402的下端；所述电流源402的上端接内部电源电压；所述电容404的下极板接地，上极板还接开关405的上端和开关409的左端；所述窄脉冲发生器406的输出端接开关409的控制端和反相器407的输入端；所述反相407的输出端接与门408的一个输入端；所述与门的另一输入端接窄脉冲开通信号Tonp，输出端接开关405的控制端；所述开关405的下端接地；所述开关409的右端接缓冲器410的正向输入端；所述缓冲器410的负向输入端接自身的输出端和NMOS管411的栅端；所述NMOS管411的漏端接PMOS管412的漏端，源端接电流源415的上端；所述电流源415的上端还接NMOS管414的源端，下端接地；所述PMOS管412的栅端接偏置电压Vbias2，源端接内部电源电压；所述NMOS管414的栅端接基准电压Vref3，漏端接PMOS管413的漏端；所述PMOS管413的漏端接自身的栅端和PMOS管416的栅端，源端接内部电源电压；所述PMOS管416的源端接内部电源电压，漏端接电阻417的上端，产生限流电压Vcs，电阻417的下端接地。

由于开通信号Tonp为窄脉冲，其反相信号的高电平持续时间约等于Tonp的周期，其反相信号持续为高电平的阶段将开关403导通，由电流源402给电容404充电，假设Tonp的频率为f，402的电流为I₄₀₂，404的容值为C₄₀₄，则电容404上的峰值电压为：

$V_{404}=\frac{I_{402}}{f*C_{404}}$

所述窄脉冲发生器406在Tonp信号的反相信号的下降沿产生一个比Tonp宽度小的窄脉冲，该窄脉冲用以将电容404上的峰值电压通过开关409采样到缓冲器410的正向输入端，并保持一个周期，410将正向输入端的电压输出到NMOS管411的栅端。所述反相器407输出开关409控制端的反相信号和Tonp信号相与，控制开关405导通，将本工作周期之内的电容404上的电荷泄放掉，准备下个周期的充电。缓冲器410输出的电压与Tonp的频率成反比关系，不符合设计初衷，通过跨导放大器将410的输出电压反相。

假设对管NMOS管411和NMOS管414的跨导为g_m411，电流源415的电流为I₄₁₅，电阻417的阻值为R₄₁₇，PMOS管416与PMOS管413组成的电流镜比例为1:n，电阻417上产生的压降即为限流电压：

$V_{cs}=\frac{I_{415}-(\frac{I_{402}}{f*C_{404}}-V_{ref3})*g_{m411}}{2}*n*R_{417}$

这样，经过反相的采样电压就与Tonp的频率成正相关，而Tonp的频率即为副边调制的开通信号Ton的频率。由上述工作原理，可见副边主控单元中误差信号调制为对应的开通信号频率是实时的，而原边辅控单元限流电压的解调则要晚一个周期。也就是说，整个环路的PFM调节比PWM调节快一个周期，这样利于环路的稳定。

实施例二

实施例一中PWM控制电路的限流电压产生电路还可以用另外一种方式实现，如图5所示，另一种限流电压产生电路包括，反相器501、与门503、高频振荡器502、M位减法计数器504、M位数模转换器505、缓冲器506。所述反相器501输入端接收窄脉冲开通信号Tonp，输出端接与门503的一个输入端；所述与门503的另一输入端接高频振荡器502的输出端，输出端接M位减法计数器的输入端；所述M位减法计数器504的输出端接M位数模转换器505的输入端；所述M位数模转化器的输出端接缓冲器506的正向输入端；所述缓冲器506的负向输入端接自身的输出端，给出产生的限流电压V_cs。

假设Tonp的频率为f，高频振荡器产生的高频时钟信号的频率为f1，则一个Tonp周期之内，与门503输出的高频时钟个数为k＝f1/f。假设M位数模转换器的量化步长为ΔV，k<M，则产生的限流电压为：

$V_{cs}=\mathrm{\&Delta;}V*(M-k)=\mathrm{\&Delta;}V*(M-\frac{f1}{f})$

而根据实施例一中的说明，Tonp的频率f与误差信号Vea成正比关系，所以产生的限流电压V_cs与Vea也成正比关系。

综上，图6给出了本实用新型开关电源的的副边控制电路在恒压控制模式下关键信号的典型波形图。随负载变化的误差信号Vea调制出对应频率的开通尖峰脉冲Ton，原边单元接收到Ton将主功率管开通，并根据Ton的频率产生限流电压V_cs，该限流电压限制主功率管流过的尖峰电流，当尖峰电流触发限流点时将主功率管关断。图中DRV表示主功率管栅端控制信号。可见副边主控单元中误差信号Vea调制为对应的开通信号Ton是实时的，而原边辅控单元限流电压V_cs的解调则要晚一个周期。也就是说，整个环路的PFM调节比PWM调节快一个周期，这样利于环路的稳定。

图7给出了整个电源系统环路工作的流程：原边辅控单元进行恒流控制，直到电源输出电压建立，副边主控单元开始工作；副边主控单元对误差放大器输出的误差信号进行PFM调制，产生不同频率的开通信号；开通信号隔离耦合到原边，原边检测到开通信号，将主功率管的控制信号切换为副边的开通信号，将主功率管开通；根据开通信号的频率产生对应的限流电压，触发限流电压时将主功率管关断，实现PWM控制。此外，副边主控单元根据开通信号的时序和同步整流管漏端电压的时序控制同步整流管的开通/关断；PFM控制电路根据误差信号电压大小判断是否进入睡眠模式；原边辅控单元根据设定时间是否接收到开通信号判断是否进入睡眠模式。

本实用新型的实施方式不限于此，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本实用新型上述基本技术思想前提下，本实用新型的副边控制方法及电路还有其它的实施方式；因此本实用新型还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本实用新型权利保护范围之内。

Claims (13)

1.一种开关电源的副边控制电路，适用于对原边的主功率管及副边的同步整流管的控制，其特征在于：包括原边辅控单元、隔离耦合器件和副边主控单元，

副边主控单元，包括

副边检测电路，采样开关电源的输出电压，产生副边误差信号，并输出；

PFM控制电路，接收副边误差信号，将其调制为对应频率的开通信号，并输出；

同步控制电路，接收开通信号，并按照开通信号的时序来进行同步整流管的开通/关断控制；

隔离耦合器件，接收开通信号，将其传输至原边辅控单元；

原边辅控单元，包括

恒流控制电路，产生恒流控制信号；

PWM控制电路，接收隔离耦合器件过来的开通信号，将其调制为对应的限流电压，并输出；

驱动输出电路，按照是否接收到开通信号的判断结果，来进行恒流控制与恒压控制的切换，并输出，控制主功率管的开通/关断。

2.根据权利要求1所述的副边控制电路，其特征在于：所述PFM控制电路的开通信号为尖峰脉冲。

3.根据权利要求1所述的副边控制电路，其特征在于：所述PFM控制电路的开通信号的频率与副边误差信号的电压大小成正比。

4.根据权利要求1所述的副边控制电路，其特征在于：所述驱动输出电路的恒压模式控制，按照隔离耦合器件传输回的副边的开通信号来进行主功率管的开通控制；并按照开通信号在PWM控制电路所产生的限流电压来进行主功率管的关断控制。

5.根据权利要求1所述的副边控制电路，其特征在于：所述PFM电路的开通信号的调制与副边误差信号的产生是实时同步的；原边辅控单元接收开通信号来进行主功率管的关断控制比开通信号的调制晚一个周期。

6.根据权利要求1所述的副边控制电路，其特征在于：所述PFM控制电路，按照副边误差信号的电压大小来进行睡眠模式的进入/退出控制，睡眠模式是指将主控环路之外的电路的偏置电流关闭。

7.根据权利要求1所述的副边控制电路，其特征在于：所述驱动输出电路，按照设定时间内是否检测到开通信号的判断结果来进行睡眠模式的进入/退出控制，睡眠模式是指将主控环路之外的电路的偏置电流关闭。

8.根据权利要求1所述的副边控制电路，其特征在于：所述原边辅控单元包括，高压启动电路、恒流控制电路、PWM控制电路、逻辑处理电路和驱动电路，所述高压启动电路输入原边辅控单元外部供电电容上的电压，产生原边辅控单元工作所需的内部电源电压、基准电压及偏置电流；所述恒流控制电路接辅助绕组上电压的分压值，检测辅助绕组电压波形来获得消磁时间的信息，通过控制消磁时间和开关周期的比例恒定来实现恒流控制，恒流控制电路输出控制信号到逻辑处理电路；所述PWM控制电路接收副边传送过来的开通信号，并将其调整为一个固定宽度的窄脉冲信号，PWM控制电路还根据开通信号的频率大小产生限流电压，用以限定功率管流过的电流峰值，PWM控制电路输出功率管控制信号到逻辑处理电路；所述逻辑处理电路接收来自恒流控制电路和PWM控制电路的信号，负责在起机阶段选择恒流控制信号，在接收到副边开通信号之后选择副边控制信号实现恒压控制，并处理过压、过温、短路等保护信号，输出功率管低压驱动信号到驱动电路；所述驱动电路接收逻辑处理电路的低压驱动信号，经过电平转换产生具有一定驱动能力的高压驱动信号，该驱动信号驱动外部功率管的通断；所述逻辑处理电路还根据设定时间之内是否接收到副边传送过来的开通信号，判断是否进入睡眠模式；未接收到开通信号则进入睡眠模式，关闭主控环路之外的偏置电流；否则，退出睡眠模式，恢复偏置电流。

9.根据权利要求1所述的副边控制电路，其特征在于：所述副边主控单元包括，过零比较电路、同步逻辑电路、同步驱动电路、启动电路、隔离驱动电路、PFM控制电路、补偿电路和误差放大器，所述启动电路由电源输出直接供电，经过LDO产生副边主控单元所需的内部电源，并产生各模块电路所需的偏置；所述误差放大器EA的正向输入端接基准电压Vref，负向端接电源输出电压的分压值，EA将电源输出与基准的差值放大，输出到补偿电路的输入端；所述补偿电路为具备零极点的电阻电容网络，用以补偿整个控制环路的稳定性，经过补偿的误差信号输出到PFM控制电路；所述PFM控制电路根据误差信号电压值的大小调制出不同频率的开通信号，误差信号越大，开通信号的频率越高，PFM控制电路输出开通信号到隔离驱动电路，并将开通信号作适当延时输出到同步逻辑电路中；所述同步逻辑电路接收到延时信号之后将其锁存，同时接收过零比较电路输出的信号，所述过零比较电路检测同步整流管漏端电压；当过零比较电路检测到同步整流管漏端电压低于0V，则同步逻辑电路结合锁存的延时信号给出一个同步整流管的开通信号，并将锁存延时信号的锁存器复位；当过零比较电路检测到同步整流管漏端电压达到关断阈值，则同步逻辑电路给出一个同步管的关断信号；所述同步逻辑电路的同步整流管控制信号，经过同步驱动电路放大驱动能力，控制外部同步整流管的通断；所述隔离驱动电路将PFM控制电路输出的开通信号调制为尖峰脉冲，发送到隔离耦合器件；所述PFM控制电路还根据误差放大器EA输出的误差信号设置睡眠/唤醒模式，当误差信号低于睡眠阈值时，即负载很轻时，中断开通信号的传输，关闭主控环路之外的偏置电流；当误差信号高于唤醒阈值时，恢复开通信号的传输，恢复所有偏置电流；所述睡眠阈值低于唤醒阈值。

10.根据权利要求1所述的副边控制电路，其特征在于：所述隔离耦合器件为电容、光耦或耦合变压器，隔离耦合器件将副边的尖峰脉冲形式的开通信号耦合到原边，实现环路的隔离反馈。

11.根据权利要求9所述的副边控制电路，其特征在于：所述副边主控单元的PFM控制电路，包括第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第一NMOS管、第二NMOS管，第一电流源、第一电容、第一开关、比较器、第一反相器、第二反相器、第三反相器、第四反相器、第五反相器、D触发器和延时器，所述第一、第二、第三PMOS管的源端接内部电源电压，第一PMOS的栅端接第一偏置电压，漏端接所述第一NMOS管的漏端；所述第二PMOS管的栅端接第三PMOS管的栅端，并接到自身的漏端，形成二极管连接；所述第三PMOS管的漏端接第一电容的上极板；所述第一NMOS管的栅端接第一基准电压，源端接第一电流源的上端；所述第二NMOS管的漏端接第二PMOS管的漏端，栅端接EA输出的误差电压，源端接第一电流源的上端；所述第一电流源的下端接地；所述第一电容的下极板接地，上极板还接到比较器的负向输入端以及第一开关的上端；所述比较器的正向输入端接第二基准电压，输出端接第一反相器的输入端；所述第一反相器的输出端接第二反相器的输入端；所述第二反相器的输出端接D触发器的触发端；所述D触发器的输入端接内部电源电压，输出端接第三反相器的输入端；所述第三反相器的输出端接第四反相器的输入端和延时器的输入端；所述第四反相器输出开通脉冲信号；所述延时器的输出端接D触发器的复位端以及第五反相器的输入端；所述第五反相器的输出端接第一开关的控制端；所述第一开关的下端接地。

12.根据权利要求8所述的副边控制电路，其特征在于：所述原边辅控单元的PWM控制电路中限流电压产生电路，包括第六反相器、第二电流源、第二开关、第二电容、第三开关、窄脉冲发生器、第七反相器、第一与门、第四开关、第一缓冲器、第四PMOS管、第五PMOS管、第六PMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第三电流源、电阻，所述第六反相器的输入端接隔离耦合器件传送过来的开通信号，输出端接第二开关的控制端；所述第二开关的上端接第二电流源的下端，下端接第二电容的上极板；所述第二电容的下极板接地；所述第三开关的上端接第二电容的上极板和第四开关的左端，第三开关的下端接地；所述窄脉冲发生器的输入端接第六反相器的输出端，输出端接第七反相器的输入端以及第四开关的控制端；所述第七反相器的输出端接第一与门的一个输入端；所述第一与门的另一输入端接开通信号，输出端接第三开关的控制端；所述第三开关的右端接第一缓冲器的正向输入端；所述第一缓冲器的负向输入端接自身的输出端，并接到第三NMOS管的栅端；所述第三NMOS管的漏端接第四PMOS的漏端，源端接第三电流源的上端；所述第四PMOS管的源端接内部电源电压，栅端接第二偏置电压；所述第三电流源的下端接地，上端还接到第四NMOS管的源端；所述第四NMOS管的栅端接第三基准电压，漏端接第五PMOS管的漏端；所述第五PMOS管的源端接内部电源电压，栅端接自身的漏端及第六PMOS管的栅端；所述第六PMOS管的源端接内部电源电压，漏端接电阻的上端；所述电阻的下端接地，上端电压即为限流电压。

13.根据权利要求8所述的副边控制电路，其特征在于：所述原边辅控单元的PWM控制电路中限流电压产生电路，包括第八反相器、第二与门、高频振荡器、M位减法计数器、M位数模转换器、第二缓冲器，所述第八反相器的输入端接窄脉冲开通信号，输出端接第二与门的一个输入端；所述第二与门的另一个输入端接高频振荡器的输出端，输出端接M位减法计数器的输入端；所述M位减法计数器的输出端接M位数模转换器的输入端；所述M位数模转换器的输出端接第二缓冲器的正向输入端；所述第二缓冲器的负向输出端接自身的输出端，输出端的电压即为限流电压。