CN211429189U - 电压变换电路及原边控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示了一种原边控制电路，所述原边控制电路包括原边开关控制电路，所述原边开关控制电路用于耦接原边开关；所述原边开关控制电路包括：导通控制电路、关断控制电路及触发电路；导通控制电路用以根据光耦原边电流的大小输出控制信号；关断控制电路用以根据流过所述原边开关的原边电流的大小输出控制信号；触发电路的第一输入端耦接所述导通控制电路的输出端，触发电路的第二输入端耦接所述关断控制电路的输出端，触发电路的输出端耦接所述原边开关。本实用新型提出的电压变换电路及原边控制电路，无需频率振荡器，结构简单，可降低待机状态下电路的功耗。

Description

电压变换电路及原边控制电路

技术领域

本实用新型属于电子技术领域，涉及一种电压变换电路，尤其涉及一种原边控制电路及原边开关控制方法。

背景技术

图1示出了一典型的反激式(flyback)电压变换器的副边反馈(SSR)控制拓扑。Flyback电压变换器的SSR控制通常通过光耦传递副边信号，位于原边的控制电路通过光耦检测到的信号FB来控制原边开关管Q的导通状态，实现对副边输出信号Vout的控制。

在现有技术中，电压变换器的原边控制电路通常包括频率振荡器，用来产生高频脉冲，并基于振荡器产生的脉冲来导通原边开关Q。请参阅图1，当负载降低进入待机状态时，输出电压Vout上升，A点电压下降，光耦副边电流Is上升，光耦原边电流Ip也随之上升，根据原边光耦得到的信号FB也相应上升；原边控制电路根据检测到的信号FB间歇性地屏蔽脉冲来降低输出电压Vout，如图2所示。

待机状态时，原边间歇性地输出脉冲来控制原边开关管Q，该控制信号同时具有高频和低频的成分，输出不平均，控制均衡性不佳。

此外，在现有技术中，原边光耦通常与电阻连接用于产生电压信号FB。在待机状态下，由于原边电流Ip上升较高，在该电阻上会造成较大的功率损耗，因此待机损耗较大，系统效率不高。同时，为了使控制稳定，需要获得输出信号Vout的平均值，因此往往需要在副边反馈环路中增加由电容C1和电阻R1组成的滤波电路。

有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的电压变换电路，以便克服现有电压变换电路存在的上述至少部分缺陷。

实用新型内容

本实用新型提供一种电压变换电路及原边控制电路，可降低待机状态下电路的功耗。

为解决上述技术问题，根据本实用新型的一个方面，采用如下技术方案：

一种原边控制电路，所述原边控制电路包括原边开关控制电路，所述原边开关控制电路用于耦接原边开关；所述原边开关控制电路包括：

导通控制电路，耦接原边光耦，用以根据光耦原边电流的大小输出控制信号，所述导通控制电路能在光耦原边电流小于设定第一阈值时输出有效电平；

关断控制电路，耦接原边光耦，用以根据流过所述原边开关的原边电流的大小输出控制信号，所述关断控制电路能在流过所述原边开关的原边电流达到设定第二阈值时输出有效电平；以及

触发电路，其第一输入端耦接所述导通控制电路的输出端，触发电路的第二输入端耦接所述关断控制电路的输出端，触发电路的输出端耦接所述原边开关；所述触发电路能在所述导通控制电路输出有效电平的状态下输出有效电平，所述原边开关导通；所述触发电路能在所述关断控制电路输出有效电平的状态下输出无效电平，所述原边开关关断。

作为本实用新型的一种实施方式，所述导通控制电路包括第一比较器，所述第一比较器的正相输入端耦接第一阈值信号，所述第一比较器的反相输入端耦接光耦原边电流。

作为本实用新型的一种实施方式，所述导通控制电路进一步包括与门，所述与门的第一输入端耦接所述第一比较器的输出端，所述与门的第二输入端耦接第一参考信号，所述与门的输出端耦接所述触发电路的第一输入端。

作为本实用新型的一种实施方式，所述导通控制电路进一步包括：

电流检测电路，耦接所述光耦，用以检测光耦中的电流，获得检测信号；以及

电流源，耦接所述光耦，所述光耦受所述电流源驱动。

作为本实用新型的一种实施方式，所述关断控制电路包括：

第二比较器，其正相输入端耦接所述原边开关的原边电流，其反相输入端耦接第二阈值信号；以及

或门，其第一输入端耦接第二参考信号，其第二输入端耦接所述第二比较器的输出端，其输出端耦接所述触发电路的第二输入端。

作为本实用新型的一种实施方式，所述原边控制电路进一步包括原边开关。

根据本实用新型的另一个方面，采用如下技术方案：一种电压变换电路，所述电压变换电路包括上述的原边控制电路。

作为本实用新型的一种实施方式，所述电压变换电路还包括原边绕组、副边绕组和光耦，其中光耦包括原边光耦和副边光耦；所述原边控制电路耦接原边绕组和原边光耦，用以获取光耦原边电流。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型提出的电压变换电路及原边控制电路，无需频率振荡器，结构更简单，可降低待机状态下电路的功耗。

由于原边光耦受电流源Iup驱动，原边电流Ip具有最大上拉电流Iup，可以降低系统原边电路待机状态下的损耗。电流检测电路可采用电流镜，待机状态时功率损耗更低。由于采用上述逻辑的开关控制，无需检测输出信号的平均值，因此副边无需滤波电路，可省略C1和R1的反馈环路。

附图说明

图1为现有反激式电压变换器的电路示意图。

图2为现有反激式电压变换器原边控制电路的脉冲波形示意图。

图3为本实用新型一实施例中电压变换电路的电路示意图。

图4为本实用新型一实施例中原边控制电路的电路示意图。

图5为本实用新型一实施例中原边控制电路相关信号的波形示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的优选实施例。

为了进一步理解本实用新型，下面结合实施例对本实用新型优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本实用新型的特征和优点，而不是对本实用新型权利要求的限制。

该部分的描述只针对几个典型的实施例，本实用新型并不仅局限于实施例描述的范围。相同或相近的现有技术手段与实施例中的一些技术特征进行相互替换也在本实用新型描述和保护的范围内。

说明书中的“耦接”或“连接”既包含直接连接，也包含间接连接。间接连接为通过中间媒介进行的连接如通过电传导媒介进行的连接，其可具有寄生电感或寄生电容；间接连接还可包括在实现相同或相似功能目的的基础上通过其他有源器件或无源器件的连接，如通过开关、跟随电路等电路或部件的连接。

本实用新型揭示了一种原边控制电路，所述原边控制电路包括原边开关控制电路，所述原边开关控制电路用于耦接原边开关。所述原边开关控制电路在检测到光耦原边电流小于设定第一阈值时，向所述原边开关发送能控制其导通的控制信号；所述原边开关控制电路在检测到流过所述原边开关的电流的峰值达到设定第二阈值时，向所述原边开关发送能控制其关断的控制信号。

图4为本实用新型一实施例中原边控制电路的电路示意图；请参阅图4，在本实用新型的一实施例中，所述原边控制电路包括原边开关控制电路，原边开关控制电路包括：导通控制电路41、关断控制电路42及触发电路43。在一个实施例中，原边控制电路进一步包括原边开关。导通控制电路41耦接原边光耦，用以根据光耦原边电流的大小输出控制信号，在光耦原边电流小于设定第一阈值时，所述导通控制电路41输出有效电平。关断控制电路42耦接原边光耦，用以根据流过所述原边开关的原边电流的大小输出控制信号，在流过所述原边开关的原边电流达到设定第二阈值时，所述关断控制电路42输出有效电平。触发电路43的第一输入端耦接所述导通控制电路41的输出端，触发电路43的第二输入端耦接所述关断控制电路42的输出端，触发电路43的输出端耦接所述原边开关。在所述导通控制电路41输出有效电平的状态下，所述触发电路43输出有效电平，所述原边开关导通；在所述关断控制电路42输出有效电平的状态下，所述触发电路43输出无效电平，所述原边开关关断。

在本实用新型的一实施例中，如图4所示，当光耦检测电流小于预设第一阈值时，即图4中的检测信号VFB小于第一阈值信号Vth_FB时，导通控制电路41输出有效电平，触发电路43置位，PWM信号为有效电平，原边开关Q导通。当流过原边开关Q的电流的原边电流达到设定第二阈值时，即图4中的原边检测电流信号CS_sense大于第二阈值信号Vth_OCP时，关断控制电路42输出有效电平，触发电路43复位，PWM信号为无效电平，原边开关Q关断。

请继续参阅图4，在本实用新型一实施例中，所述导通控制电路41包括第一比较器412；第一比较器412的正相输入端耦接第一阈值信号Vth_FB，第一比较器412的反相输入端耦接光耦原边电流检测信号VFB。

在本实用新型的一实施例中，所述导通控制电路41还可以包括与门413；与门413的第一输入端耦接所述第一比较器412的输出端，与门413的第二输入端耦接第一参考信号(fs_max，与门413的输出端耦接所述触发电路43的第一输入端。第一参考信号fs_max可为与PWM信号下降沿关联的信号，从PWM信号下降沿起的预设时长后才变为有效电平，用于进行系统最大频率控制，保证关断时间不过短，用于降低开关功耗。

在一实施例中，所述导通控制电路41可以进一步包括电流检测电路411及电流源I0。电流检测电路411耦接所述光耦OC，用以检测光耦OC中的电流，获得检测信号VFB；电流源I0耦接所述光耦OC，所述光耦OC受所述电流源I0驱动。在一实施例中，流过光耦的电流上限为I0，VFB也具有相应的上限。在一实施例中，电流检测电路411可以包括电流镜。电流检测电路411也可用任意其他合适的电路，用于生成正比于光耦原边电流的电压信号VFB。由于电流源具有上限，使得系统在待机状态下功耗具有上限值，提高了系统的效率。电流检测电路411不包括检测电阻而包括电流镜，也可用于进一步降低系统功耗。

请继续参阅图4，在本实用新型一实施例中，所述关断控制电路42包括第二比较器421及或门422。第二比较器421的正相输入端耦接所述原边开关的原边检测电流CS_sense，第二比较器421的反相输入端耦接第二阈值信号Vth_OCP。或门422的第一输入端耦接第二参考信号Ton_max，或门422的第二输入端耦接所述第二比较器421的输出端，或门422的输出端耦接所述触发电路43的第二输入端。第二参考信号Ton_max用于控制高电平脉冲的最大宽度，控制原边开关的导通时间小于最大导通时间阈值，用于使系统控制稳定。

图4所示的原边控制电路，消除了频率振荡器的使用，且在待机状态下，可用于最大限度地降低功耗。图5为本实用新型一实施例中原边控制电路相关信号的波形示意图；请参阅图5，在本实用新型的一实施例中，在时间t1之前，系统正常工作；在时间t1之后，负载变轻，VFB变大，PWM信号的关断OFF时间变长；从而实现了原边开关Q的导通占空比的自动减小。PWM高电平脉冲均匀分散，输出比较均衡。

图3为本实用新型一实施例中电压变换电路的电路示意图；请参阅图3，本实用新型揭示一种电压变换电路，所述电压变换电路包括上述的原边控制电路。在图3所示的实施例中，原边控制电路制作在一半导体芯片IC中。原边控制电路IC包括原边开关控制电路4、电流源Iup和原边开关Q。

在本实用新型的一实施例中，所述电压变换电路还包括原边绕组L1、副边绕组L2和光耦，其中光耦包括副边光耦和原边光耦，副边光耦作为发送端位于电压变换电路的副边，原边光耦作为接收端位于电压变换电路的原边。所述原边控制电路IC耦接原边绕组L1；所述原边控制电路IC耦接所述光耦的接收端，用以获取光耦原边电流Ip；光耦原边电流Ip与光耦发送端的副边电流Is相对应，当光耦副边电流Is增大时，光耦原边电流Ip相应增高。

在一实施例中，副边输出电压Vout通过光耦传输到原边，反映为光耦原边电流Ip；其中，原边光耦与电流源Iup耦接并受电流源Iup驱动。通过对光耦原边电流Ip的检测，获得反馈信号FB。当输出电压上升，B点电压上升，A点电压下降，光耦副边电流Is上升，光耦原边电流Ip上升；当输出电压下降，B点电压下降，A点电压上升，光耦副边电流Is下降，光耦原边电流Ip下降。原边开关控制电路4根据采样光耦原边电流实现对原边开关Q的开关控制，控制逻辑为：当光耦原边电流Ip的检测信号VFB小于设定第一阈值时，导通原边开关Q；当流过原边开关Q的电流的峰值达到设定第二阈值时，关断原边开关Q。

在本实用新型的另一实施例中，电流源Iup也可以作为原边开关控制电路4的一部分。

本实用新型的一实施例揭示一种原边开关控制方法，所述原边开关控制方法包括：在检测到光耦原边电流小于设定第一阈值时，向原边开关发送能控制其导通的控制信号；在检测到流过所述原边开关的电流的峰值达到设定第二阈值时，向所述原边开关发送能控制其关断的控制信号。

在本实用新型的一实施例中，所述原边开关控制方法包括(在一实施例中，上述步骤a、步骤b、步骤c可以不按如下的先后次序)：

步骤a、根据光耦原边电流的大小向触发电路输出信号，在光耦原边电流小于设定第一阈值时，向所述触发电路的第一输入端输出有效电平；

步骤b、根据流过所述原边开关的原边电流向所述触发电路输出信号，在流过所述原边开关的原边电流达到设定第二阈值时，向所述触发电路的第二输入端输出有效电平；以及

步骤c、在所述触发电路的第一输入端接收到有效电平的状态下，所述触发电路输出有效电平，所述原边开关导通；在所述触发电路的第二输入端接收到有效电平的状态下，所述触发电路输出无效电平，所述原边开关关断。

在一实施例中，所述步骤a包括：将光耦原边电流与第一阈值信号进行比对，若光耦原边电流小于设定第一阈值且第一参考信号为有效电平时，向所述触发电路的第一输入端输出有效电平。

在本实用新型的一实施例中，所述步骤b包括：将所述原边开关的原边电流与第二阈值信号进行比对，若所述原边开关的原边电流达到第二阈值信号或第二参考信号为有效电平时，向所述触发电路的第二输入端输出有效电平。

在本实用新型的一实施例中，上述方法进一步包括将电流源与原边光耦耦接用于产生光耦原边电流，这样限制了光耦原边电流的上限，可用于降低系统的功耗。

以上大致介绍了原边开关控制方法的过程，具体细节可参见以上有关原边控制电路的描述，这里不做赘述。

综上所述，本实用新型提出的电压变换电路及原边控制电路，无需频率振荡器，结构更简单，可降低待机状态下电路的功耗。

由于原边光耦受电流源Iup驱动，原边电流Ip具有最大上拉电流Iup，可以降低系统原边电路待机状态下的损耗。电流检测电路可采用电流镜，待机状态时功率损耗更低。由于采用上述逻辑的开关控制，无需检测输出信号的平均值，因此副边无需滤波电路，可省略C1和R1的反馈环路。

这里本实用新型的描述和应用是说明性的，并非想将本实用新型的范围限制在上述实施例中。实施例中所涉及的效果或优点可因多种因素干扰而可能不能在实验例中体现，对于效果或优点的描述不用于对实施例进行限制。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本实用新型的精神或本质特征的情况下，本实用新型可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本实用新型范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (8)

1.一种原边控制电路，其特征在于，所述原边控制电路包括原边开关控制电路，所述原边开关控制电路用于耦接原边开关；所述原边开关控制电路包括：

导通控制电路，耦接原边光耦，用以根据光耦原边电流的大小输出控制信号，所述导通控制电路能在光耦原边电流小于设定第一阈值时输出有效电平；

关断控制电路，耦接原边光耦，用以根据流过所述原边开关的原边电流的大小输出控制信号，所述关断控制电路能在流过所述原边开关的原边电流达到设定第二阈值时输出有效电平；以及

触发电路，其第一输入端耦接所述导通控制电路的输出端，触发电路的第二输入端耦接所述关断控制电路的输出端，触发电路的输出端耦接所述原边开关；所述触发电路能在所述导通控制电路输出有效电平的状态下输出有效电平，所述原边开关导通；所述触发电路能在所述关断控制电路输出有效电平的状态下输出无效电平，所述原边开关关断。

2.根据权利要求1所述的原边控制电路，其特征在于：

所述导通控制电路包括第一比较器，所述第一比较器的正相输入端耦接第一阈值信号，所述第一比较器的反相输入端耦接光耦原边电流。

3.根据权利要求2所述的原边控制电路，其特征在于：

所述导通控制电路进一步包括与门，所述与门的第一输入端耦接所述第一比较器的输出端，所述与门的第二输入端耦接第一参考信号，所述与门的输出端耦接所述触发电路的第一输入端。

4.根据权利要求2或3所述的原边控制电路，其特征在于：

所述导通控制电路进一步包括：

电流检测电路，耦接所述光耦，用以检测光耦中的电流，获得检测信号；以及

电流源，耦接所述光耦，所述光耦受所述电流源驱动。

5.根据权利要求1所述的原边控制电路，其特征在于：

所述关断控制电路包括：

第二比较器，其正相输入端耦接所述原边开关的原边电流，其反相输入端耦接第二阈值信号；以及

或门，其第一输入端耦接第二参考信号，其第二输入端耦接所述第二比较器的输出端，其输出端耦接所述触发电路的第二输入端。

6.根据权利要求1-3任一项所述的原边控制电路，其特征在于：

所述原边控制电路进一步包括原边开关。

7.一种电压变换电路，其特征在于，所述电压变换电路包括权利要求1至6任一所述的原边控制电路。

8.根据权利要求7所述的电压变换电路，其特征在于：

所述电压变换电路还包括原边绕组、副边绕组和光耦，其中光耦包括原边光耦和副边光耦；所述原边控制电路耦接原边绕组和原边光耦，用以获取光耦原边电流。

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