CN206077231U - 同步整流开关电源 - Google Patents

Abstract

本申请公开了同步整流开关电源。所述同步整流开关电源包括：变压器，包括原边绕组和副边绕组；主开关管，与所述原边绕组串联连接，并且周期性地导通和断开，使得所述原边绕组向所述副边绕组传输能量；同步开关管，与所述副边绕组串联连接，并且与所述主开关管按照相同的周期导通和断开；输出电容，所述输出电容的第一端连接至所述副边绕组，第二端连接至所述同步开关管，其中，所述变压器的原边绕组接收输入电压，所述变压器的副边绕组对所述输出电容充电，从而在所述输出电容上产生输出电压，在轻载或空载时，断开所述同步开关管的主电流路径，并且依靠寄生二极管维持所述同步开关管的导通状态。该同步整流开关电源可以减小轻载时的功耗。

Description

同步整流开关电源

技术领域

本实用新型涉及开关电源技术，更具体地，涉及同步整流开关电源。

背景技术

原边控制的开关电源可以采用变压器的辅助绕组获得与输出电压相关的反馈信号，因而可以节省用于将反馈信号从副边反馈至原边的光耦及精密电压源等电子元件，简化信号反馈路径。原边控制的开关电源容易形成模块化和小型化的集成电路，已经广泛地用于手机、平板电脑和便携式媒体播放器的各种充电电源，以及用于驱动发光二极管(LED)的供电电源中。

在原边控制的开关电源中，变压器的原边绕组连接有主开关管，副边绕组连接有整流二极管或同步开关管。整流二极管不需要附加的控制电路，因而电路结构简单。整流二极管的缺点是自身的电压降较大，导致开关电源的功耗增加，特别是在重载大电流输出的情形下，整个开关电源的功耗显著增加。同步开关管可以减小在整流元件上的功耗，从而提高开关电源的效率。同步开关管需要与主开关管同步工作，才能为负载提供稳定的输出电压。因此，需要为同步开关管提供附加的副边控制电路。然而，副边控制电路自身也会产生功耗，特别是在轻载的情形下，副边控制电路仍然工作，在整个开关电源的功耗中所占比例过高。

因此，期望进一步改进同步整流开关电源的电路结构和控制方式，以减小开关电源的待机功耗。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种同步整流开关电源及其控制方法，其中通过检测开关周期来断开同步芯片，以减小开关电源的待机功耗。

根据本实用新型的第一方面，提供一种同步整流开关电源，包括：变压器，包括原边绕组和副边绕组；主开关管，与所述原边绕组串联连接，并且周期性地导通和断开，使得所述原边绕组向所述副边绕组传输能量；同步开关管，与所述副边绕组串联连接，并且与所述主开关管按照相同的周期导通和断开；输出电容，所述输出电容的第一端连接至所述副边绕组，第二端连接至所述同步开关管；原边控制电路，用于产生第一驱动信号以控制主开关管的导通状态；以及副边控制电路，用于产生第二驱动信号以控制同步开关管的导通状态，其中，所述变压器的原边绕组接收输入电压，所述变压器的副边绕组对所述输出电容充电，从而在所述输出电容上产生输出电压，在轻载或空载时，所述副边控制电路断开所述同步开关管的主电流路径，并且依靠寄生二极管维持所述同步开关管的导通状态。

优选地，在轻载或空载时，所述原边控制电路调节所述第一驱动信号的开关周期，以维持所述输出电压大致恒定。此处，术语大致恒定”表示输出电压并非绝对恒定而是可以在一定的范围内波动。

优选地，所述原边控制电路和所述副边控制电路分别包括负载检测模块，用于根据所述第一驱动信号和所述第二驱动信号中的至少之一判断是否处于轻载状态。

优选地，所述负载检测模块检测所述第一驱动信号和所述第二驱动信号中的至少之一的开关周期，以及根据所述开关周期判断负载状态，如果所述开关周期大于等于预定值，则判定处于轻载状态，如果所述开关周期小于所述预定值，则判定处于正常负载状态。

优选地，所述负载检测模块在第二脉宽调制信号的控制下对第一方波信号进行分频计数，从而判断所述开关周期是否大于预定值，所述副边控制电路根据所述第二脉宽调制信号产生所述第二驱动信号。

优选地，所述负载检测模块包括：多个第一触发器，彼此串联连接成分频计数电路，所述多个第一触发器接收所述第一方波信号，并且提供多个第一输出信号；第一与门，包括用于接收全局使能信号的第一输入端，用于接收第二方波信号的第二输入端，以及提供第二输出信号的输出端，所述第二输出信号用于使能所述多个第一触发器；第二与门，包括用于接收所述多个第一输出信号的多个输入端，以及提供第三输出信号的输出端；以及第二触发器，包括用于接收所述第三输出信号的第一输入端和用于接收所述第二脉宽调制信号的第二输入端，以及提供输出控制信号的输出端，其中，所述第二方波信号是所述第二脉宽调制信号的延迟信号，所述输出控制信号用于控制所述第二驱动信号的输出。

优选地，所述原边控制电路包括：第一比较器，用于将表征所述输出电压的电压反馈信号与第一参考电压相比较，以产生副边绕组的放电时间信号；第二比较器，用于将所述电压反馈信号与第二参考电压相比较，以产生误差信号；恒流环路控制模块，用于根据所述放电时间信号产生第一导通信号；恒压环路控制模块，用于根据所述误差信号产生第二导通信号；第三比较器，用于将表征流经所述主开关管的电流的电流采样信号与第三参考电压相比较，以产生断开信号；第一逻辑控制电路，用于根据所述第一导通信号、所述第二导通信号和所述断开信号产生第一脉宽调制信号；以及第一栅极驱动电路，用于根据所述第一脉宽调制信号产生所述第一驱动信号；以及第一负载检测模块，用于根据所述第一脉宽调制信号产生空载信号，其中，所述原边控制电路根据空载信号调节所述第二参考电压，从而调节所述第一驱动信号的开关周期。

优选地，还包括：线损调整模块，用于根据所述空载信号产生线损补偿信号；以及输出线损补偿模块，用于根据所述线损补偿信号产生所述第二参考电压。

优选地，所述副边控制电路包括：第四比较器，用于将所述副边绕组的端电压与第四参考电压相比较，以产生第三导通信号；第五比较器，用于将所述端电压与第五参考电压相比较，以产生第二断开信号；第二逻辑控制电路，用于根据所述第三导通信号和所述第二断开信号产生第二脉宽调制信号；第二栅极驱动电路，用于根据所述第二脉宽调制信号产生所述第二驱动信号；以及第二负载检测模块，用于根据所述第二脉宽调制信号产生输出控制信号，其中，所述第二栅极驱动电路在所述输出控制信号的控制下提供所述第二驱动信号。

根据本实用新型的第二方面，提供一种同步整流开关电源的控制方法，包括：采用第一驱动信号，周期性地导通和断开与原边绕组串联的 主开关管，使得从变压器的原边绕组向变压器的副边绕组传输能量；采用第二驱动信号，周期性地导通和断开与副边绕组串联的同步开关管，对输出电容充电，从而在输出电容上提供输出电压；其中，在轻载或空载时，断开所述同步开关管的主电流路径，并且依靠所述同步开关管的寄生二极管维持所述同步开关管的导通状态。

优选地，在轻载或空载时，通过调节所述第一驱动信号的开关周期，维持所述输出电压大致恒定。

优选地，根据所述第一驱动信号和所述第二驱动信号中的至少之一判断是否处于轻载状态。

优选地，判断是否处于轻载状态的步骤包括：检测所述第一驱动信号和所述第二驱动信号中的至少之一的开关周期；以及根据所述开关周期判断负载状态，其中，如果所述开关周期大于等于预定值，则判定处于轻载状态，如果所述开关周期小于所述预定值，则判定处于正常负载状态。

优选地，根据所述开关周期判断负载状态的步骤包括：在第一脉宽调制信号的控制下对第一方波信号进行分频计数，从而判断所述开关周期是否大于预定值。

优选地，还包括：根据检测产生空载信号；以及根据空载信号调节所述第一驱动信号的开关周期。

优选地，根据所述开关周期判断负载状态的步骤包括：在第二脉宽调制信号的控制下对第一方波信号进行分频计数，从而判断所述开关周期是否大于预定值。

优选地，还包括：根据检测产生输出控制信号；根据所述第二脉宽调制信号产生所述第二驱动信号；以及采用所述输出控制信号控制所述第二驱动信号的输出。

根据本实用新型实施例的同步整流开关电源，检测开关电源的开关周期，并且设置限制频率点。当开关电源的开关周期大于设定值时，断开同步整流芯片，从而可以减小轻载时的副边功耗。

在优选的实施例中，在原边根据开关周期的检测结果，调节开关周期。当开关电源的开关周期大于设定值时，增加线损补充量。由于原边 的补偿，即例同步整流二极管从主电流路径导通的状态切换为利用寄生二极管导通，也能补偿采样压差的变化，维持输出电压大致恒定。

根据本实用新型实施例的同步整流开关电源，检测开关电源的开关周期，并且设置限制频率点。当开关电源的开关周期大于设定值时，断开同步整流芯片，从而可以减小轻载时的副边功耗。

在优选的实施例中，在原边根据开关周期的检测结果，调节开关周期。当开关电源的开关周期大于设定值时，增加线损补充量。由于原边的补偿，即例同步整流二极管从主电流路径导通的状态切换为利用寄生二极管导通，也能补偿采样压差的变化，维持输出电压大致恒定。

因此，本实用新型在轻载或空载时，可以降低同步整流芯片的功耗，并且不以降低输出电压为代价，从而解决现有技术在同步整流在PSR效率和功耗之间的矛盾。

附图说明

通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出同步整流开关电源的示意性电路图。

图2和3分别示出在根据现有技术的开关电源中采用的原边控制器和副边控制器的示意性电路图。

图4和5分别示出在根据本实用新型实施例的开关电源中采用的原边控制器和副边控制器的示意性电路图。

图6示出根据本实用新型实施例的开关电源中采用的负载检测模块的示意性电路图。

图7示出根据本实用新型实施例的开关电源的工作波形图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本实用新型。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。

在下文中描述了本实用新型的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本实用新型。但正如 本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本实用新型。

本实用新型可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。

图1示出同步整流开关电源的示意性电路图。该开关电源100包括变压器T1，位于变压器T1的原边的主开关管M1、电流采样电阻Rs、电压反馈电路、原边控制电路101，位于变压器T1的副边的同步开关管M2、输出电容C1、副边控制电路112。

在变压器T1的原边，变压器T1的原边绕组、主开关管M1和电流采样电阻Rs依次连接在开关电源的输入端VI和之间。在主开关管M1和电流采样电阻Rs之间的中间节点获得流经主开关管M1的电流的电流采样信号VS。变压器T1的辅助绕组与电压反馈电路相连接，在该实例中，电压反馈电路包括由电阻R1和R2构成的分压网络。在电阻R1和R2之间的中间节点获得变压器T1的副边电压的反馈信号VFB。原边控制电路101的两个输入端分别接收电流采样信号VS和电压反馈信号VFB，并且在输出端提供主开关管M1的驱动信号VG1。

在变压器T1的副边，变压器T1的副边绕组与输出电容C1并联连接，在变压器T1的副边绕组与输出电容C1之间，连接有同步开关管M2。输出电容C1的一端连接至高电位输出端VO，另一端接地。副边控制电路112从副边绕组接收端口电压VD，并且在输出端提供同步开关管M2的驱动信号VG2。

在开关电源的工作期间，原边控制电路101根据电流采样信号VS控制主开关管M1的断开时刻，根据电压反馈信号VFB控制主开关管M1的开关周期，从而实现恒流和/或恒压输出。副边控制电路112根据端口电压VD控制同步开关管M2的启动和断开时刻，使得在主开关管M1的断开期间的至少一部分时间，同步开关管M2导通。主开关管M1和同步开关管M2的开关周期相同。

在主开关管M1的导通期间，变压器T1的原边绕组流过的原边电流IP在变压器T1的副边绕组中感应出副边电流IS。副边电流IS流过同步开关管M2后，一部分电流对输出电容C1充电产生输出电压VOUT，另外一部分电流作为输出电流IO。

图2和3分别示出在根据现有技术的开关电源中采用的原边控制器和副边控制器的示意性电路图，其中，原边控制电路101和副边控制电路112例如用于图1所示的开关电源中。

原边控制电路101具有两个输入端，分别接收电压反馈信号VFB和电流采样信号VS，以及输出端，用于提供主开关管的驱动信号VG1。进一步地，原边控制电路101包括第一比较器102、误差放大器103、输出线损补偿模块104、恒流环路控制模块105、恒压环路控制模块106、第二比较器107、逻辑控制电路108和栅极驱动电路109。

第一比较器102的同相输入端接收电压反馈信号VFB，反相输入端接收参考电压VREF1。第一比较器102检测电压反馈信号VFB的高电平期间，从而获得副边绕组的放电时间信号TD。第一比较器102的输出端提供所述放电时间信号TD。

误差放大器103的同相输入端接收电压反馈信号VFB，反相输入端接收参考电压VREF2。该参考电压VREF2由输出线损补偿模块104根据输出负载的大小而调节。误差放大器103的输出端提供误差信号EAOUT。

恒流环路控制模块105根据放电时间信号TD获得第一导通信号ONC，恒压环路控制模块根据误差信号EAOUT获得第二导通信号ONV。第二比较器107的同相输入端接收参考电压VREF3，反相输入端接收电流采样信号VS，并且在输出端提供断开信号OFF。

逻辑控制电路108接收上述的第一导通信号ONC、第二导通信号ONV和断开信号OFF，经过处理之后生成脉宽调制信号PWM1。栅极驱动电路109进一步提升驱动能力以产生主开关管M1的驱动信号VG1。

在开关电源100的工作期间，原边控制电路101在系统上电时控制主开关管M1导通，使得流经主开关管M1的原边电流IP逐渐增大。相应地，电流采样电阻RS上的电压降，即电流采样信号VS的电平随之升高。原边控制电路101中的第二比较器107将电流采样信号VS与参考电压VREF3相比较。当电流采样信号达到参考电压VREF3时，第二比较器107的输出端的断开信号OFF有效，使得逻辑控制电路108的脉宽 调制信号PWM1的电平翻转为低电平，栅极驱动电路109产生的驱动信号VG1使得主开关管M1断开。

进一步地，原边控制电路101中的第一比较器102获得副边绕组的放电时间信号TD，误差放大器103获得输出电压的误差信号EAOUT。然后，恒流环路控制模块105根据放电时间信号TD产生第一导通信号ONC，恒压环路控制模块106根据误差信号EAOUT产生第二导通信号ONV。当第一导通信号ONC和第二导通信号ONV中的至少一个有效时，逻辑控制电路108的脉宽调制信号PWM1的电平翻转为高电平，栅极驱动电路109产生的驱动信号VG1使得主开关管M1重新导通。

在主开关管M1的每个开关周期中，主开关管M1导通一段时间之后断开。在开关电源100的工作期间，主开关管M1在连续的多个开关周期中交替导通和断开，从而控制输出电流和/或电压达到稳定的预定值。当输出电压VOUT增大，第一导通信号ONC和第二导通信号ONV会推迟，从而调节输出的平均功率，反之亦然。通过控制主开关管M1的开关周期和占空比，使得开关电源的输出电压VOUT稳定在设定值。

副边控制电路112具有输入端，用于接收端口电压VD，以及输出端，用于提供同步开关管M2的驱动信号VG2。进一步地，副边控制电路112包括第三比较器113、第四比较器114、逻辑控制电路115、栅极驱动电路117。

第三比较器113的同相输入端接收端口电压VD，反相输入端接收参考电压VREF4。第三比较器113将端口电压VD与参考电压VREF4相比较，并且在输出端提供导通信号ON2。

第四比较器114的同相输入端接收端口电压VD，反相输入端接收参考电压VREF5。该参考电压VREF5大于上述的参考电压VREF4。第四比较器114将端口电压VD与参考电压VREF5相比较，并且在输出端提供断开信号OFF2。

逻辑控制电路115接收上述的导通信号ON2和断开信号OFF2，经过处理之后生成脉宽调制信号PWM2。栅极驱动电路117进一步提升驱动能力以产生同步开关管M2的驱动信号VG2。

在同步开关管M2的每个开关周期中，同步开关管M2导通一段时 间之后断开。同步开关管M2的开关周期与主开关管M1的开关周期相同，从而在每个开关周期中同步完成一次输出整流。

具体地，在主开关管M1的导通期间，端口电压VD为高电平。当主开关管M1断开时，端口电压VD为低电平。当主开关管M1断开时，端口电压VD为低电平。当主开关管M1断开的初始阶段，同步开关管M2也是断开，靠其寄生的二极管导通。副边控制电路112检测端口电压VD。当端口电压VD小于设定的参考电压VREF4时，输出的导通信号ON2翻转，使得同步开关管M2导通。当副边电流逐渐减小，端口电压VD升高，其大于设定的参考电压VREF5时，输出的断开信号OFF2翻转为有效，使得同步开关管断开。

图4和5分别示出在根据本实用新型实施例的开关电源中采用的原边控制器和副边控制器的示意性电路图，其中，原边控制电路201和副边控制电路212例如用于图1所示的开关电源中。

原边控制电路201具有两个输入端，分别接收电压反馈信号VFB和电流采样信号VS，以及输出端，用于提供主开关管的驱动信号VG1。进一步地，原边控制电路201包括第一比较器204、误差放大器205、负载检测模块202、线损调整模块203、输出线损补偿模块206、恒流环路控制模块207、恒压环路控制模块208、第二比较器209、逻辑控制电路210和栅极驱动电路211。

第一比较器204的同相输入端接收电压反馈信号VFB，反相输入端接收参考电压VREF1。第一比较器204检测电压反馈信号VFB的高电平期间，从而获得副边绕组的放电时间信号TD。第一比较器204的输出端提供所述放电时间信号TD。

误差放大器205的同相输入端接收电压反馈信号VFB，反相输入端接收参考电压VREF2。该参考电压VREF2由输出线损补偿模块206根据输出负载的大小而调节。误差放大器205的输出端提供误差信号EAOUT。

恒流环路控制模块207根据放电时间信号TD获得第一导通信号ONC，恒压环路控制模块根据误差信号EAOUT获得第二导通信号ONV。第二比较器209的同相输入端接收参考电压VREF3，反相输入端 接收电流采样信号VS，并且在输出端提供断开信号OFF。

逻辑控制电路210接收上述的第一导通信号ONC、第二导通信号ONV和断开信号OFF，经过处理之后生成脉宽调制信号PWM1。栅极驱动电路211进一步提升驱动能力以产生主开关管M1的驱动信号VG1。

在开关电源200的工作期间，原边控制电路201在系统上电时控制主开关管M1导通，使得流经主开关管M1的原边电流IP逐渐增大。相应地，电流采样电阻RS上的电压降，即电流采样信号VS的电平随之升高。原边控制电路201中的第二比较器209将电流采样信号VS与参考电压VREF3相比较。当电流采样信号达到参考电压VREF3时，第二比较器209的输出端的断开信号OFF有效，使得逻辑控制电路210的脉宽调制信号PWM1的电平翻转为低电平，栅极驱动电路211产生的驱动信号VG1使得主开关管M1断开。

进一步地，原边控制电路201中的第一比较器204获得副边绕组的放电时间信号TD，误差放大器205获得输出电压的误差信号EAOUT。然后，恒流环路控制模块207根据放电时间信号TD产生第一导通信号ONC，恒压环路控制模块208根据误差信号EAOUT产生第二导通信号ONV。当第一导通信号ONC和第二导通信号ONV中的至少一个有效时，逻辑控制电路210的脉宽调制信号PWM1的电平翻转为高电平，栅极驱动电路211产生的驱动信号VG1使得主开关管M1重新导通。

在主开关管M1的每个开关周期中，主开关管M1导通一段时间之后断开。在开关电源200的工作期间，主开关管M1在连续的多个开关周期中交替导通和断开，从而控制输出电流和/或电压达到稳定的预定值。当输出电压VOUT增大，第一导通信号ONC和第二导通信号ONV会推迟，从而调节输出的平均功率，反之亦然。通过控制主开关管M1的开关周期和占空比，使得开关电源的输出电压VOUT稳定在设定值。

与现有技术的原边控制电路不同，根据该实施例的原边控制电路201中的负载检测模块202用于检测开关电源100的开关周期，获得表征空载状态的空载信号LDET。线损调整模块203根据空载信号LDET产生新的线损补偿信号LREG。输出线损补偿模块206是根据输出负载的大小，调整误差放大器205的参考电压VREF2。因此，在开关电源 100的待机状态，主开关管M1周期性导通和断开，工作于预定的开关频率。

副边控制电路212具有输入端，用于接收端口电压VD，以及输出端，用于提供同步开关管M2的驱动信号VG2。进一步地，副边控制电路212包括第三比较器216、第四比较器217、逻辑控制电路218、栅极驱动电路220、负载检测模块219。

第三比较器216的同相输入端接收端口电压VD，反相输入端接收参考电压VREF4。第三比较器216将端口电压VD与参考电压VREF4相比较，并且在输出端提供导通信号ON2。

第四比较器217的同相输入端接收端口电压VD，反相输入端接收参考电压VREF5。该参考电压VREF5大于上述的参考电压VREF4。第四比较器217将端口电压VD与参考电压VREF5相比较，并且在输出端提供断开信号OFF2。

逻辑控制电路218接收上述的导通信号ON2和断开信号OFF2，经过处理之后生成脉宽调制信号PWM2。栅极驱动电路220进一步提升驱动能力以产生同步开关管M2的驱动信号VG2。

在同步开关管M2的每个开关周期中，同步开关管M2导通一段时间之后断开。同步开关管M2的开关周期与主开关管M1的开关周期相同，从而在每个开关周期中同步完成一次输出整流。

具体地，在主开关管M1的导通期间，端口电压VD为高电平。当主开关管M1断开时，端口电压VD为低电平。当主开关管M1断开时，端口电压VD为低电平。当主开关管M1断开的初始阶段，同步开关管M2也是断开，靠其寄生的二极管导通。副边控制电路212检测端口电压VD。当端口电压VD小于设定的参考电压VREF4时，输出的导通信号ON2翻转，使得同步开关管M2导通。当副边电流逐渐减小，端口电压VD升高，其大于设定的参考电压VREF5时，输出的断开信号OFF2翻转为有效，使得同步开关管断开。

与现有技术的副边控制电路不同，根据该实施例的副边控制电路212中的负载检测模块219用于检测开关电源100的开关周期。当小于设定值时，产生输出控制信号LEN，使得驱动信号VG2为低电平。因 此，在开关电源100的待机状态，同步开关管M2保持断开状态。

图6示出根据本实用新型实施例的开关电源中采用的负载检测模块的示意性电路图。该负载检测模块例如用于图4所示的原边控制电路201或者图5所示的副边控制电路212中。在下文的描述中，以副边控制电路212中的负载检测模块219为例进行说明。

负载检测模块219包括第一与门AND1、第二与门AND2、第一D触发器D1至第七D触发器D7。

负载检测模块219接收的输入信号包括第一方波信号OSC、全局使能信号EN、脉宽调制信号PWM2、第二方波信号PWM2_DELAY，提供的输出信号为输出控制信号LEN。第二方波信号PWM2_DELAY是脉宽调制信号PWM2的上升沿延时之后，但下降沿一致的方波信号。

在负载检测模块219的工作期间，当第二方波信号PWM2_DELAY为高电平时，第一D触发器D1至第七D触发器D7清零，负载检测模块219产生的输出控制信号LEN也是低电平。当第二方波信号PWM2_DELAY由高变为低电平，即当前周期的同步开关管M2断开后，第一D触发器D1至第七D触发器D7开始工作，对输入的第一方波信号OSC进行分频计数。

当计时时间足够长，第四D触发器D4的输出端、第五D触发器D5的输出端、第六D触发器D6的输出端的信号都为高电平。第二与门AND2的输出为高电平，第二与门AND2的低电平时间即为同步开关管M2的断开时间。第七触发器D7的输入信号为脉宽调制信号PWM2，由于第二方波信号PWM2_DELAY上升沿的迟滞性，即第二方波信号PWM2_DELAY的上升沿比脉宽调制信号PWM2迟一段时间到达，所以当下个周期开始脉宽调制信号PWM2转变为高电平，但是前面的计数D触发器未进行清零动作。输出控制信号LEN既为第二与门AND2输出，即当前周期的输出功率信息被下个周期采用。

当同步开关管M2的断开时间大于设定值，第二与门AND2首先翻转为高电平，接着脉宽调制信号PWM2上升沿的到来，将输出控制信号LEN信号也置高，在下个开关周期中，断开同步开关管M2。

图7示出根据本实用新型实施例的开关电源的工作波形图。结合图 1、图4和图5，根据本实用新型实施例的原边控制同步整流电路的原理描述如下。

在图7中示出输入电压VI、输出电压VOUT、主开关管M1的驱动信号VG1、同步开关管M2的驱动信号VG2、原边电流IP、端口电压VD、副边电流IS、逻辑控制电路218产生的脉宽调制信号PWM2、负载检测模块219产生的输出控制信号LEN、负载检测模块202产生的空载信号LDET。

在系统开始正常工作后，当主开关管M1刚刚断开的时候，变压器T1中辅助绕组上提供输出电压VOUT。通过采样电阻R1和采样电阻R2分压获得输出电压VOUT的反馈信号VFB。

原边控制电路201检测反馈信号VFB高电平时间，获得次级绕组的放电时间TD，经过恒流环路控制模块207的转化，获得第一导通信号ONC。

输出线损补偿模块206根据对输出负载的判断，获得恒压环路中的参考电压VREF2。电压反馈信号VFB与参考电压VREF2经过误差放大器205比较放大，获得误差信号EAOUT，并通过恒压环路控制模块208获得第二导通信号ONV。

逻辑控制电路210根据第一导通信号ONC和第二导通信号ONV，获得与输出电压大小相对应的脉宽调制信号PWM1。经过栅极驱动电路211增强驱动能力后得到驱动信号VG1，用于控制功率管输出电路212的主开关管M1栅极，使得主开关管M1的漏端电流逐渐增大。

随着主开关管M1的电流增大，采样电阻Rs上的电流采样信号VS也随之升高。当电流采样信号VS到达设定值VREF3时，第二比较器209的断开信号OFF翻转，使得逻辑控制电路210和栅极驱动电路211断开主开关管M1。

为了提升系统效率，在图1所示的应用中采用同步开关管M2替代肖特基二极管。在同步整流方案中，当主开关管M1导通时，副边的端口电压VD为高电平。当主开关管M1断开时，端口电压VD为低电平。此时，副边电流IS电流达到最大，然后开始逐渐减小，而同步开关管M2断开，依靠其寄生二极管导通。

副边控制电路212采用第三比较器216和第四比较器217检测端口电压VD。当端口电压VD小于设定的参考电压VREF4时，第三比较器216输出的导通信号ON2翻转，当端口电压VD小于设定的参考电压VREF5时，第四比较器217输出的断开信号OFF2翻转。该参考电压VREF5大于上述的参考电压VREF4。逻辑控制电路218根据导通信号ON2和断开信号OFF2产生脉宽调制信号PWM2。栅极驱动电路220对脉宽调制信号PWM2进行驱动能力的增强，从而产生驱动信号VG2，用于控制同步开关管M2的导通和断开。同步开关管M2在导通状态下对输出电容C1充电产生输出电压VOUT。

负载检测模块219根据脉宽调制信号PWM2产生输出控制信号LEN。该输出控制信号LEN进一步控制栅极驱动电路220。如果输出控制信号LEN为低电平，驱动信号VG2正常输出，同步开关管M2在驱动信号VG2的控制下工作。在同步开关管M2导通时，端口电压VD为负压。随着副边电流IS的电流逐渐减小，端口电压VD也缓慢升高。当端口电压VD大于设定的参考电压VREF5时，第四比较器217输出的断开信号OFF2翻转，同步开关管M2栅极断开，完成一次输出整流。如果输出控制信号LEN为高电平，则会控制驱动信号VG2为低电平，同步开关管M2不再受同步检测端口电压VD控制，继续采用其寄生的二极管给输出电容C2充电。

在连续的多个开关周期中，当输出电压VOUT增大时，第一导通信号ONC和第二导通信号ONV将推迟，进而调节输出的平均功率，最后使输出电压VOUT稳定在设定值，达到设定的输出功率。

在图1所示的中，输出电压由下式获得：

其中，N表示变压器T1的辅助绕组对次级绕组的匝比，VDS为同步开关管M2的源漏之间压降，R1和R表示反馈环路上的分压电阻的电阻值。

负载检测模块219根据开关电源的开关周期，判断负载状态。随着系统的负载减小，通过变压器端口端口电压VD获得的第二方波信号 PWM2_DELAY低电平时间会逐渐增加，第二方波信号PWM2_DELAY的低电平时间可以等效系统的输出负载。当开关周期大于设定值时，则判定负载为空载状态，可以断开同步开关管M2，以降低功耗。

由于同步开关管M2在空载断开，即其寄生的二极管替代同步开关管M2导通，此时同步开关管M2的源漏压降VDS增加。由上面的式子获知切换后输出电压下降。为防止这个情况的发生，在原边增加负载检测模块202和线损调整模块203。在空载状态下，负载检测模块202检测到空载状态，产生空载信号LDET。线损调整模块203根据空载信号LDET，提高参考电压VREF2。由于电压的调整，使得输出电压在全功率范围内符合设计要求。原边的负载检测模块202的原理和副边的负载检测模块219的原理和电路结构基本相同，在此不再详述。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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、物品或者设备不仅包括那些要素，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、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

依照本实用新型的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本实用新型以及在本实用新型基础上的修改使用。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (9)

1.一种同步整流开关电源，其特征在于，包括：

变压器，包括原边绕组和副边绕组；

主开关管，与所述原边绕组串联连接，并且周期性地导通和断开，使得所述原边绕组向所述副边绕组传输能量；

同步开关管，与所述副边绕组串联连接，并且与所述主开关管按照相同的周期导通和断开；

输出电容，所述输出电容的第一端连接至所述副边绕组，第二端连接至所述同步开关管；

原边控制电路，与所述主开关管相连接，用于产生第一驱动信号以控制所述主开关管的导通状态；以及

副边控制电路，与所述同步开关管相连接，用于产生第二驱动信号以控制所述同步开关管的导通状态，

其中，所述变压器的原边绕组接收输入电压，所述变压器的副边绕组对所述输出电容充电，从而在所述输出电容上产生输出电压，

在轻载或空载时，所述副边控制电路断开所述同步开关管的主电流路径，并且依靠寄生二极管维持所述同步开关管的导通状态。

2.根据权利要求1所述的同步整流开关电源，其特征在于，在轻载或空载时，所述原边控制电路调节所述第一驱动信号的开关周期，以维持所述输出电压大致恒定。

3.根据权利要求2所述的同步整流开关电源，其特征在于，所述原边控制电路和所述副边控制电路分别包括负载检测模块，用于根据所述第一驱动信号和所述第二驱动信号中的至少之一判断是否处于轻载状态。

4.根据权利要求3所述的同步整流开关电源，其特征在于，所述负载检测模块检测所述第一驱动信号和所述第二驱动信号中的至少之一的开关周期，以及根据所述开关周期判断负载状态，

如果所述开关周期大于等于预定值，则判定处于轻载状态，

如果所述开关周期小于所述预定值，则判定处于正常负载状态。

5.根据权利要求4所述的同步整流开关电源，其特征在于，所述负载检测模块在第二脉宽调制信号的控制下对第一方波信号进行分频计数，从而判断所述开关周期是否大于预定值，所述副边控制电路根据所述第二脉宽调制信号产生所述第二驱动信号。

6.根据权利要求5所述的同步整流开关电源，其特征在于，所述负载检测模块包括：

多个第一触发器，彼此串联连接成分频计数电路，所述多个第一触发器接收所述第一方波信号，并且提供多个第一输出信号；

第一与门，与所述多个第一触发器相连接，并且包括用于接收全局使能信号的第一输入端，用于接收第二方波信号的第二输入端，以及提供第二输出信号的输出端，所述第二输出信号用于使能所述多个第一触发器；

第二与门，与所述多个第一触发器相连接，并且包括用于接收所述多个第一输出信号的多个输入端，以及提供第三输出信号的输出端；以及

第二触发器，与所述第二与门相连接，并且包括用于接收所述第三输出信号的第一输入端和用于接收所述第二脉宽调制信号的第二输入端，以及提供输出控制信号的输出端，

其中，所述第二方波信号是所述第二脉宽调制信号的延迟信号，所述输出控制信号用于控制所述第二驱动信号的输出。

7.根据权利要求3所述的同步整流开关电源，其特征在于，所述原边控制电路包括：

第一比较器，用于将表征所述输出电压的电压反馈信号与第一参考电压相比较，以产生副边绕组的放电时间信号；

第二比较器，用于将所述电压反馈信号与第二参考电压相比较，以产生误差信号；

恒流环路控制模块，与所述第一比较器相连接，用于根据所述放电时间信号产生第一导通信号；

恒压环路控制模块，与所述第二比较器相连接，用于根据所述误差信号产生第二导通信号；

第三比较器，用于将表征流经所述主开关管的电流的电流采样信号与第三参考电压相比较，以产生断开信号；

第一逻辑控制电路，与所述恒流环路控制模块、所述恒压环路控制模块和所述第三比较器相连接，用于根据所述第一导通信号、所述第二导通信号和所述断开信号产生第一脉宽调制信号；以及

第一栅极驱动电路，与所述第一逻辑控制电路相连接，用于根据所述第一脉宽调制信号产生所述第一驱动信号；以及

第一负载检测模块，与所述第一逻辑控制电路相连接，用于根据所述第一脉宽调制信号产生空载信号，

其中，所述原边控制电路根据空载信号调节所述第二参考电压，从而调节所述第一驱动信号的开关周期。

8.根据权利要求7所述的同步整流开关电源，其特征在于，还包括：

线损调整模块，用于根据所述空载信号产生线损补偿信号；以及

输出线损补偿模块，与所述线损调整模块相连接，用于根据所述线损补偿信号产生所述第二参考电压。

9.根据权利要求3所述的同步整流开关电源，其特征在于，所述副边控制电路包括：

第四比较器，用于将所述副边绕组的端电压与第四参考电压相比较，以产生第三导通信号；

第五比较器，用于将所述端电压与第五参考电压相比较，以产生第二断开信号；

第二逻辑控制电路，与所述第四比较器和所述第五比较器相连接，用于根据所述第三导通信号和所述第二断开信号产生第二脉宽调制信号；

第二栅极驱动电路，与所述第二逻辑控制电路相连接，用于根据所述第二脉宽调制信号产生所述第二驱动信号；以及

第二负载检测模块，与所述第二逻辑控制电路相连接，用于根据所述第二脉宽调制信号产生输出控制信号，

其中，所述第二栅极驱动电路在所述输出控制信号的控制下提供所述第二驱动信号。