專利名稱：一種原邊反饋ac-dc開關(guān)電源的空載控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及開關(guān)電源技術(shù)，尤其涉及的是一種原邊反饋AC-DC開關(guān)電源的空載控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
原邊反饋方式的AC — DC控制技術(shù)是最近10年間發(fā)展起來的新型AC — DC控制技術(shù)，與傳統(tǒng)的副邊反饋開關(guān)電源機構(gòu)結(jié)構(gòu)相比，其最大的優(yōu)勢在于省去了隔離芯片以及與隔離芯片配合工作的一組元器件，這樣就節(jié)省了電路板上的空間，降低了成本并且提高了系統(tǒng)的可靠性。原邊反饋直流電源在手機充電器等成本壓力較大的應(yīng)用領(lǐng)域，以及LED驅(qū)動電源等對體積要求很高的應(yīng)用領(lǐng)域有較大的市場份額。附圖I給出了現(xiàn)有技術(shù)的一種原邊反饋AC-DC電源控制芯片及其應(yīng)用的結(jié)構(gòu)框 圖，如附圖I所示，所述原邊反饋AC-DC驅(qū)動電源包括控制芯片、變壓器、NMOS管，所述變壓器包括原邊繞組Np、輔助繞組Na以及次級繞組Ns，所述控制芯片包括副邊導(dǎo)通時間檢測單元、恒流頻率控制單元、恒壓控制單元、與門邏輯、RS觸發(fā)器、PFM單元、驅(qū)動單元、逐周期限流單元以及內(nèi)建電源模塊。在采用這種控制芯片構(gòu)成的原邊反饋AC-DC電源中，電阻Rl和電阻R2構(gòu)成取樣電路，所述FB引腳為輔助繞組Na電壓反饋引入腳，并從電阻Rl和電阻R2構(gòu)成取樣電路中取得信號。在控制芯片內(nèi)部，F(xiàn)B引腳連接到輸出電壓偵測單元和副邊導(dǎo)通時間檢測單元的輸入端，所述導(dǎo)通時間檢測單元的輸出連接到恒流頻率控制單元，所述輸出電壓偵測單元的輸出端連接到恒壓頻率控制單元，所述CS引腳為原邊繞組Np電流檢測信號引入腳，從NMOS管源極電阻R3上取得信號。在控制芯片內(nèi)部，CS引腳連接到逐周期限流單元的輸入端，恒流頻率控制單元和恒壓頻率控制單元的輸出信號分別連接與門的兩個輸入端，與門邏輯的輸出端(即開啟信號)和逐周期限流單元的輸出端(即關(guān)斷信號)分別連接到RS觸發(fā)器的S端和R端，所述RS觸發(fā)器的輸出端即Q端連接到PFM單元的輸入端，PFM單元連接到驅(qū)動單元，所述驅(qū)動單元的輸出端與控制芯片的OUT引腳連接，OUT引腳輸出接至NMOS管的柵極，用于驅(qū)動外部的功率NMOS管。VCC引腳為控制芯片的電源引腳，用于為整個控制芯片接入外部電源；FB引腳同時作為恒流頻率控制信號和恒壓頻率控制信號，其恒流頻率控制用于偵測輔助繞組Na的導(dǎo)通時間，以便恒流頻率控制單元按比例調(diào)節(jié)工作周期，使得次級繞組Ns輸出電流穩(wěn)定在設(shè)定的值，即實現(xiàn)LED驅(qū)動電源的恒流功能；其恒壓頻率控制用于偵測副邊導(dǎo)通時輔助繞組的電壓，間接反映輸出繞組的電壓，進(jìn)而間接反映輸出電壓的大小，并根據(jù)所偵測到的電壓大小來調(diào)節(jié)開關(guān)頻率，使得輸出電壓穩(wěn)定在設(shè)定值。CS為原邊繞組Np電流偵測引腳，用于偵測原邊繞組Np導(dǎo)通時的峰值電流，以實現(xiàn)各周期過程中的逐周期限流，進(jìn)而使得每個周期傳輸?shù)哪芰烤嗤?；GND為芯片的接地引腳。當(dāng)系統(tǒng)正常工作時，由于變壓器原邊繞組Np的極性相對輔助繞組Na和次級繞組Ns同名端相反，因此在原邊繞組Np導(dǎo)通時，F(xiàn)B引腳為負(fù)電壓；當(dāng)處于次級繞組Ns導(dǎo)通階段時，由于輔助繞組Na與次級繞組Ns同名端極性相同，因此FB電壓為正電壓，此時變壓器副邊繞組電壓為￥8=￥0+￥2，輔助繞組電壓￥&=￥8\ (NA/NS) =VFB X R2/ (R1+R2)，因此 Vo=VFB X R2 X NS/[(Rl+R2)*NA]-Vz，也就是輸出電壓是反饋電壓VFB的函數(shù)，芯片通過恒壓頻率控制單元來調(diào)節(jié)VFB到設(shè)定值，即可使得輸出電壓Vo穩(wěn)定在設(shè)定值，此時系統(tǒng)工作在恒壓模式；當(dāng)系統(tǒng)工作在恒流模式時，副邊導(dǎo)通時間檢測單元可通過偵測FB引腳為正電壓的時間來確定次級繞組Ns的導(dǎo)通時間Tons，并以此為依據(jù)來確定系統(tǒng)的工作周期T=KXTons，其中K為比例系數(shù)。由于系統(tǒng)工作于斷續(xù)模式，每個周期均要使原邊繞組Np儲存的能量全部在次級繞組Ns釋放,這樣次級繞組Ns的平均輸出電流Iout=Ips X Tons/T=Ipp X (NS /NP) X (1/K),Ips為次級繞組Ns導(dǎo)通時的峰值電流，Ipp為原邊繞組Np導(dǎo)通時的峰值電流，Ns為次級繞組Ns的圈數(shù)，Np為原邊繞組Np的圈數(shù)。這樣只要設(shè)定好Ipp和K及變壓器參數(shù)，那么次級繞組Ns的輸出電流就是一個恒定值。當(dāng)系統(tǒng)工作在輕載或者空載時，由于每個周期原邊導(dǎo)通峰值電流固定不變，因此每個周期傳輸給副邊的能量固定不變，這樣在輸出完全空載時，由于不停地有能量向副邊傳輸，副邊輸出電壓會不斷被抬高，且高于設(shè)定值，為了解決該問題，通常需要給副邊輸出端加入一個假負(fù)載RL，用于消耗掉每個周期傳輸過來的能量，使得輸出電壓維持在設(shè)定值。 加入假負(fù)載RL帶來的是待機功耗的增加，為了降低待機功耗，必須降低控制芯片的最低工作頻率Fmin，使其在相同時間內(nèi)導(dǎo)通次數(shù)減少，從而減少傳輸?shù)哪芰浚@樣就能增大RL阻值來降低待機功耗。但是Fmin又會對系統(tǒng)的動態(tài)特性產(chǎn)生極大影響，當(dāng)負(fù)載突然從零跳變到滿載時受Fmin的限制，芯片不能立即使原邊導(dǎo)通來補充能量，而是必須等待最大關(guān)斷時間Tmax(Tmax=l/F_min)過了才能使原邊導(dǎo)通,這樣,在Tmax這段時間內(nèi)由于輸出端負(fù)載很大，而能量有沒有傳輸，因此輸出電壓會迅速下降，其下降值完全取決于Tmax，Tmax越大，即Fmin越低則待機功耗越小，但是動態(tài)特性越差，反之則待機功耗越大，而動態(tài)特性較好。因此系統(tǒng)的待機功耗和動態(tài)特性難以同時做好，必須折中或者犧牲一個來改善另一個。因此，現(xiàn)有技術(shù)存在缺陷，需要改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種動態(tài)特性好且待機功耗低的原邊反饋AC-DC開關(guān)電源的空載控制系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種原邊反饋AC-DC開關(guān)電源的空載控制系統(tǒng)，包括控制芯片、變壓器、NMOS管，所述控制芯片包括副邊導(dǎo)通時間偵測單元、恒流頻率控制單元、輸出電壓偵測采樣單元、恒壓頻率控制單元、內(nèi)建電源單元、與門邏輯、RS觸發(fā)器、PFM單元、驅(qū)動單元和逐周期限流單元；并且，所述控制芯片還設(shè)置一 PWM控制及線補償單元；所述PWM控制及線補償單元設(shè)置三輸入端，其中，一輸入端與所述輸出電壓偵測采樣單元的輸出端連接，另兩個輸入端分別與反饋信號引入腳FB和原邊電流偵測信號引入腳CS相連接；并且，所述PWM控制及線補償單元輸出端、以及所述逐周期限流單元分別通過一或門邏輯與所示RS觸發(fā)器連接。應(yīng)用于上述技術(shù)方案，所述的空載控制系統(tǒng)中，所述輸出電壓偵測采樣單元設(shè)置采樣保持模塊、運放和補償與鉗位單元；所述采樣保持模塊與所述變壓器連接，其輸出端與所述運放的反相輸入端連接，所述運放的同相輸入端連接內(nèi)部基準(zhǔn)電壓，其輸出端連接所述補償與鉗位單元的一個輸入端，所述補償與鉗位單的另一輸入端連接所述內(nèi)部基準(zhǔn)電壓，其輸出端分別與所述恒壓頻率控制單元和所述PWM控制及線補償單元連接。應(yīng)用于各個上述技術(shù)方案，所述的空載控制系統(tǒng)中，所述PWM控制及線補償單元由運放、第一 PMOS管、第二 PMOS管、第一電阻、第二電阻和比較器組成；所述運放的同相輸入端接零電位，其反相輸入端接所述第一電阻的一端和所述第一 PMOS管的漏極，所述第一電阻的另一端接所述變壓器，所述運放的輸出端連接所述第一 PMOS管和所述第二 PMOS管的柵極，所述第一 PMOS管和所述第二 PMOS管的柵極的源極接內(nèi)部電源，所述第二 PMOS管的漏極連接所述第二電阻的一端并連接所述比較器的反相輸入端，所述第二電阻的另一端連接所述變壓器，所述比較器同相輸入端連接所述補償與鉗位單元輸出端，比較器輸出端所述或門邏輯的一輸入端。采用上述方案，本發(fā)明通過控制芯片中增加了 PWM控制及線補償單元和或門邏
輯。PWM控制及線補償單元用于產(chǎn)生中輕載時的PWM控制模式，使得每個周期的原邊峰值電流隨負(fù)載的降低而降低，這樣有利于降低中輕載時的系統(tǒng)噪聲；此外該單元還對最低的原邊峰值進(jìn)行線補償，使其不隨線電壓的變化而變化，從而使系統(tǒng)在寬的輸入電壓范圍(85VAC-264VAC)內(nèi)均具有極低的待機功耗?；蜷T邏輯用于實現(xiàn)PWM與PFM的結(jié)合，實現(xiàn)PWM與PFM控制模式的平滑轉(zhuǎn)換。


圖I為現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為輸出電壓偵測采樣單元的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為PWM控制及線補償單元的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和具體實施例，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。如圖2所示，本實施例提供了一種原邊反饋AC-DC開關(guān)電源的空載控制系統(tǒng)，所述空載控制系統(tǒng)通過在控制芯片中增加PWM控制及線補償單元和或門邏輯，通過所述PWM控制及線補償單元從而使空載控制系統(tǒng)在寬的輸入電壓范圍內(nèi)，如在85VAC-264VAC的電壓范圍內(nèi)，均具有極低的待機功耗，并且，通過所述或門邏輯實現(xiàn)PWM與PFM控制模式的平滑轉(zhuǎn)換。其中，所述空載控制系統(tǒng)包括控制芯片I、變壓器3、NMOS管2，所述控制芯片I包括副邊導(dǎo)通時間偵測單元101、恒流頻率控制單元102、輸出電壓偵測采樣單元103、恒壓頻率控制單元105、內(nèi)建電源單元104、與門邏輯106、RS觸發(fā)器107、PFM單元108、驅(qū)動單元109和逐周期限流單元110。并且，所述控制芯片I還設(shè)置一 PWM控制及線補償單元111 ;所述PWM控制及線補償單元一端與所述輸出電壓偵測采樣單元的輸出端連接，另一端與所述變壓器的原邊繞組Np連接，通過所述變壓器的原邊繞組Np輸入電流檢測信號，并輸入所述輸出電壓偵測采樣單元的輸出電壓；PWM控制及線補償單元111用于產(chǎn)生中輕載時的PWM控制模式，使得每個周期的原邊峰值電流隨負(fù)載的降低而降低，這樣有利于降低中輕載時的系統(tǒng)噪聲；此外PWM控制及線補償單元111還對最低的原邊峰值進(jìn)行線補償，使其不隨線電壓的變化而變化，從而使空載控制系統(tǒng)在寬的輸入電壓范圍，例如，85VAC-264VAC，內(nèi)均具有極低的待機功耗。 并且，所述PWM控制及線補償單元111與所述逐周期限流單元110分別通過一或門邏輯112與所示RS觸發(fā)器107連接。其中，或門邏輯112用于實現(xiàn)PWM與PFM的結(jié)合，當(dāng)系統(tǒng)工作于恒流模式時，所述輸出電壓偵測采樣單元的輸出電壓很高，逐周期限流閾值OCP低于PWM的閾值，因此每個周期都由逐周期限流閾值OCP來關(guān)斷開關(guān)管，當(dāng)系統(tǒng)工作于中輕載，即恒壓模式時，逐周期限流閾值的電壓隨負(fù)載的降低而降低，逐周期限流閾值OCP高于PWM的閾值，因此每個周期都由PWM來關(guān)斷開關(guān)管，即由PWM控制及線補償單元111來關(guān)斷開關(guān)管，所述；因此每個周期的關(guān)斷信號取決于逐周期限流閾值的OCP閾值和PWM控制及線補償單元111的PWM閾值中 比較低的那個信號，從而實現(xiàn)PWM與PFM控制模式的平滑轉(zhuǎn)換。并且，如圖3所示，圖3是輸出電壓偵測采樣單元103的內(nèi)部電路示意圖。輸出電壓偵測采樣單元103由采樣保持模塊1031、運放1032和補償與鉗位單元1033組成。采樣保持模塊1031通過所述控制芯片I的引入腳FB輸入信號，其輸出端FBs連接運放1032的反相輸入端，運放1032的同相輸入端連接內(nèi)部基準(zhǔn)電壓Vref，運放1032的輸出端EAout連接補償與鉗位單元1033的一個輸入端，補償與鉗位單元1033的另一輸入端連接內(nèi)部基準(zhǔn)電壓VL，補償與鉗位單元1033的輸出端用于控制后級的恒壓頻率控制單元105與PWM控制及線補償單元111。其中采樣單元1031用于在每個周期副邊導(dǎo)通時的某個固定時刻對引入腳FB的信號電壓進(jìn)行采樣并保持，從而間接地對輸出電壓Vo進(jìn)行采樣保持，其輸出即為采樣保持信號FBs ;運放1032用于放大采樣輸出信號與內(nèi)部基準(zhǔn)電壓Vref之間的差值，運放1032用用于控制恒壓模式的工作頻率和中輕載時原邊峰值電流的大小，從而精確控制輸出電壓的值；補償與鉗位單元1033用于對運放1032進(jìn)行頻率補償，已確保環(huán)路的穩(wěn)定性，同時對運放的輸出進(jìn)行下鉗位，當(dāng)系統(tǒng)處于輕載或空載時，引入腳FB的信號電壓略高于基準(zhǔn)電壓Vref，此時運放1032的輸出為低電平(最低位0V)，而補償與鉗位單元1033 —但偵測到運放的輸出電壓EAout〈VL，就把輸出鉗位在VL，即補償與鉗位單元11033的輸出信號的電壓 comp 最低位 VL,當(dāng) EAout > VL 時，Comp=EAout ；當(dāng) EAout〈VL 時 comp=VL,這樣由 VL 控制恒壓頻率控制單元105，產(chǎn)生最低工作頻率Fmin，且VL通過控制PWM控制及線補償單元1111，決定原邊最低峰值電流。并且，如圖4所示，圖4是PWM控制及線補償單元111的內(nèi)部電路示意圖，它由運放1111、第一 PMOS管1112和第二 PMOS管1113、第一電阻1114、第二電阻1115、以及比較器1116組成。其中，運放1111的同相輸入端接零電位，運放1111的反相輸入端接第一電阻1114的一端和第一 PMOS管1112的漏極,第一電阻1114的另一端通過引入腳FB與外部所述變壓器連接，通過引入腳FB輸入信號，運放1114的輸出端連接PMOS管1112和1113的柵極，第一 PMOS管1112和第二 PMOS管1113的源極接內(nèi)部電源，第二 PMOS管1113的漏極連接第二電阻1115的一端并連接比較器1116的反相輸入端，第二電阻1115的另一端連接控制芯片的引入腳CS，并輸入信號，比較器1116同相輸入端連接補償與鉗位單元的輸出端，輸入信號，比較器1116輸出端輸出PWM信號，比較器1116輸出端連接或門邏輯112的一輸入端。
如此，當(dāng)原邊導(dǎo)通時引入腳FB端電壓由線電壓和變壓器原邊與輔助繞組的匝比(Np/Na)決定，且極性相反，即 VFB= - Vline* (Na/Np) *R2/(R1+R2)，因此第一 PMOS 管1112 的漏端電流 IFB= (0 - VFB)/Rc=Vline*Na*R2/[NP*Rc*(Rl+R2)]，而第二 PMOS 管 1113和第一 PMOS管1112是電流鏡的關(guān)系，且比例為I :n，因此第二 PMOS管1113的漏端電流Iline=n*IFB= n*Vline*Na*R2/[NP*Rc* (R1+R2)]。當(dāng)系統(tǒng)處于空載階段時，補償與鉗位單元11033的輸出信號的電壓comp電壓最低，為VL，此時原邊峰值電流最低，
VCS=VL-IIine*RB=VL-RB* n*Vline*Na*R2/[NP*Rc*(R1+R2)]
而芯片關(guān)斷延時At所帶來的電流為Vline* A t/Lp時,只要設(shè)計適當(dāng)?shù)膮?shù)使得RB*n*Vline*Na*R2/[NP*Rc*(R1+R2)]=R3* Vline* At/Lp,
即RB* n* Na*R2/[NP*Rc*(Rl+R2)]= R3e*At/Lp即可消除A t所帶來的影響，使得系統(tǒng)的原邊最小峰值電流固定等于VL/R3，不隨線電壓的變化而變化，這樣在寬的輸入電壓范圍內(nèi)，系統(tǒng)空載時每個周期傳送到副邊的能量都相同，因此在寬的電壓范圍，如85V-264V， 內(nèi)都可以使用相同的、阻值較大的假負(fù)載RL，以獲得極低的待機功耗。應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.ー種原邊反饋AC-DC開關(guān)電源的空載控制系統(tǒng)，包括控制芯片、變壓器、NMOS管，所述控制芯片包括副邊導(dǎo)通時間偵測單元、恒流頻率控制單元、輸出電壓偵測采樣單元、恒壓頻率控制単元、內(nèi)建電源單元、與門邏輯、RS觸發(fā)器、PFM単元、驅(qū)動單元和逐周期限流單元，其特征在于； 并且，所述控制芯片還設(shè)置一 PWM控制及線補償単元； 所述PWM控制及線補償單元設(shè)置三輸入端，其中，一輸入端與所述輸出電壓偵測采樣単元的輸出端連接，另兩個輸入端分別與反饋信號引入腳FB和原邊電流偵測信號引入腳CS相連接； 并且，所述PWM控制及線補償單元輸出端、以及所述逐周期限流単元分別通過ー或門邏輯與所述RS觸發(fā)器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的空載控制系統(tǒng)，其特征在于，所述輸出電壓偵測采樣單元設(shè)置采樣保持模塊、運放和補償與鉗位單元；所述采樣保持模塊與所述變壓器連接，其輸出端與所述運放的反相輸入端連接，所述運放的同相輸入端連接內(nèi)部基準(zhǔn)電壓，其輸出端連接所述補償與鉗位單元的一個輸入端，所述補償與鉗位單的另ー輸入端連接所述內(nèi)部基準(zhǔn)電壓，其輸出端分別與所述恒壓頻率控制単元和所述PWM控制及線補償單元連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的空載控制系統(tǒng)，其特征在于，所述PWM控制及線補償単元由運放、第一 PMOS管、第二 PMOS管、第一電阻、第二電阻和比較器組成；所述運放的同相輸入端接零電位，其反相輸入端接所述第一電阻的一端和所述第一 PMOS管的漏極，所述第一電阻的另一端接所述變壓器，所述運放的輸出端連接所述第一 PMOS管和所述第二 PMOS管的柵極，所述第一 PMOS管和所述第二 PMOS管的柵極的源極接內(nèi)部電源，所述第二 PMOS管的漏極連接所述第二電阻的一端并連接所述比較器的反相輸入端，所述第二電阻的另一端連接所述變壓器，所述比較器同相輸入端連接所述補償與鉗位單元輸出端，比較器輸出端所述或門邏輯的ー輸入端。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種原邊反饋AC-DC開關(guān)電源的空載控制系統(tǒng)，包括控制芯片、變壓器、NMOS管，控制芯片設(shè)置PWM控制及線補償單元；PWM控制及線補償單元一輸入端與輸出電壓偵測采樣單元連接，另兩個輸入端分別與反饋信號引入腳FB和原邊電流偵測信號引入腳CS相連接；PWM控制及線補償單元輸出端、逐周期限流單元分別通過或門邏輯與RS觸發(fā)器連接。本發(fā)明PWM控制及線補償單元產(chǎn)生中輕載時的PWM控制模式，使得每個周期的原邊峰值電流隨負(fù)載的降低而降低，利于降低中輕載時的系統(tǒng)噪聲，其還對最低的原邊峰值進(jìn)行線補償，使系統(tǒng)在寬的輸入電壓范圍內(nèi)均具有極低的待機功耗，或門邏輯可以實現(xiàn)PWM與PFM控制模式的平滑轉(zhuǎn)換。
文檔編號H02M7/12GK102761273SQ20121021136
公開日2012年10月31日 申請日期2012年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月26日
發(fā)明者許煌樟 申請人:深圳市穩(wěn)先微電子有限公司