反激式功率轉(zhuǎn)換器裝置及其恒流控制器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種反激式功率轉(zhuǎn)換器裝置及其恒流控制器，所述恒流控制器包括：退磁時間檢測模塊，配置為檢測所述開關(guān)管關(guān)斷后所述次級線圈的退磁時間TR；初級線圈電流檢測模塊，配置為檢測所述開關(guān)管導(dǎo)通后所述采樣電阻兩端的電壓上升至預(yù)設(shè)電壓的電壓上升時間TF；導(dǎo)通時間計算模塊，根據(jù)當(dāng)前開關(guān)周期的退磁時間TR和電壓上升時間TF計算下一開關(guān)周期的開關(guān)導(dǎo)通時間；脈寬調(diào)制信號發(fā)生模塊，根據(jù)所述下一開關(guān)周期的開關(guān)導(dǎo)通時間以及開關(guān)周期的時長產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號以控制所開關(guān)管的導(dǎo)通/關(guān)斷。本發(fā)明有利于降低成本，提高控制精確度。
【專利說明】反激式功率轉(zhuǎn)換器裝置及其恒流控制器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種反激式功率轉(zhuǎn)換器裝置及其恒流控制器。
【背景技術(shù)】
[0002]反激式功率轉(zhuǎn)化器廣泛應(yīng)用在家用器具、電池充電器以及其他產(chǎn)品之中。反激式功率轉(zhuǎn)化器的研究方向集中在體積更小、成本更低，輸出穩(wěn)定且準(zhǔn)確，而數(shù)字電源恰好能解決以上問題，其具有許多模擬電源不具備的特點。數(shù)字電源中去掉了一些無源組件，從而消除了組件容差和老化問題；同時，在數(shù)字域中利用數(shù)據(jù)計算控制響應(yīng)，使控制的速度更快、更加精確，并且提高了開關(guān)電源的穩(wěn)定性、可靠性、可控性和抗干擾性。所以，數(shù)字電源是未來高性能電源管理芯片的主流發(fā)展趨勢之
[0003]在數(shù)字電源中，脈寬調(diào)制(PWM)是一種最常用的調(diào)節(jié)輸出電壓、電流、功率的方式。傳統(tǒng)的反激式功率轉(zhuǎn)化器一般由功率傳輸級和開關(guān)的控制器組成。功率傳輸級將輸入電能傳輸?shù)捷敵鲐?fù)載端。在功率傳輸級有一個用來控制傳遞能量的開關(guān)；開關(guān)控制器根據(jù)反饋回來的輸出電壓、電流信息，調(diào)節(jié)開關(guān)的關(guān)斷和打開時間來調(diào)節(jié)輸出電壓、電流、和功率。
[0004]圖1示出了一種傳統(tǒng)的反激式功率轉(zhuǎn)化器，該電路可調(diào)節(jié)輸出恒壓和恒流，但是，它具有幾個明顯的缺點。該反激式功率轉(zhuǎn)化器的一個缺點在于反激式功率轉(zhuǎn)化器的尺寸不易降低，光耦和次級反饋電路使得電路的面積較大進(jìn)而導(dǎo)致成本升高。該轉(zhuǎn)化器的另外一個缺點是功率消耗大，這是因為檢測輸出電流時，需要加入一個電阻將輸出電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，然而該電流檢測電阻增加了功率轉(zhuǎn)化器的功耗。此轉(zhuǎn)化器還有一個缺點就是輸入電壓Vin的波動會引起輸出電壓和電流的波動，然而一般的輸入電壓Vin都是交流電源經(jīng)過整流橋和電容修正得到，波動是在所難免的，因而導(dǎo)致輸出電壓和電流會出現(xiàn)波動。
[0005]圖2的是美國專利第7443700B2號提出的一種初級側(cè)檢測輸出恒流輸出的控制方法，其利用前一個周期的復(fù)位時間來計算下個周期初級側(cè)的峰值電流期望值而得到穩(wěn)定的輸出電流。這種方法減少了光耦，并且輸出電流不受輸入電壓和電感的影響，同時它使用時間檢測而非電壓檢測，數(shù)字實現(xiàn)起來更加容易。
[0006]但是，圖2所示的電路存在明顯的不足。其一，需要準(zhǔn)確地檢測到次級線圈電流為零的時刻，也就是反饋電壓上曲線上的拐點(knee)，準(zhǔn)確地確定出這個時刻比較困難；其二，需要數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)，芯片的成本和面積比較大；其三，PWM波形是通過峰值電流比較獲得，而峰值電流上面存在毛刺，需要加入前沿消隱電路，這增加了芯片外圍電路的面積和成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種反激式功率轉(zhuǎn)換器裝置及其恒流控制器，有利于降低成本，提高控制精確度。
[0008]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種恒流控制器，
[0009]所述恒流控制器包括:[0010]退磁時間檢測模塊；
[0011 ] 初級線圈電流檢測模塊；
[0012]導(dǎo)通時間計算模塊，與所述退磁時間檢測模塊和初級線圈電流檢測模塊相連；
[0013]脈寬調(diào)制信號發(fā)生模塊，與所述導(dǎo)通時間計算模塊相連。
[0014]可選地，所述恒流控制器與反激式功率轉(zhuǎn)換器配合使用，所述反激式功率轉(zhuǎn)換器包括:
[0015]整流橋,對交流輸入信號進(jìn)行整流；
[0016]變壓器，其初級線圈的同名端連接所述整流橋的輸出端，其次級線圈的異名端連接整流二極管的正極，所述整流二極管的負(fù)極連接輸出電容的一端，所述輸出電容的另一端連接所述次級線圈的同名端；
[0017]開關(guān)管，其漏極連接所述初級線圈的異名端，其源極經(jīng)由采樣電阻接地。
[0018]可選地，所述退磁時間檢測模塊配置為檢測所述開關(guān)管關(guān)斷后所述次級線圈的退磁時間Tk ； [0019]所述初級線圈電流檢測模塊配置為檢測所述開關(guān)管導(dǎo)通后所述采樣電阻兩端的電壓上升至預(yù)設(shè)電壓的電壓上升時間Tf ；
[0020]所述導(dǎo)通時間計算模塊根據(jù)當(dāng)前開關(guān)周期的退磁時間Tk和電壓上升時間Tf計算下一開關(guān)周期的開關(guān)導(dǎo)通時間；
[0021]所述脈寬調(diào)制信號發(fā)生模塊根據(jù)所述下一開關(guān)周期的開關(guān)導(dǎo)通時間以及開關(guān)周期的時長產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號以控制所開關(guān)管的導(dǎo)通/關(guān)斷。
[0022]可選地，所述退磁時間檢測模塊經(jīng)由分壓網(wǎng)絡(luò)與所述變壓器的輔助線圈異名端相連，其中，所述分壓網(wǎng)絡(luò)的輸入端與所述變壓器的輔助線圈異名端相連，所述分壓網(wǎng)絡(luò)的輸出端輸出檢測電壓并將其傳輸至所述退磁時間檢測模塊。
[0023]可選地，所述退磁時間檢測模塊包括:
[0024]過零檢測模塊，配置為對所述檢測電壓進(jìn)行過零檢測；
[0025]第一計數(shù)器，從所述開關(guān)管關(guān)斷時開始計數(shù)，到所述檢測電壓第一次過零時計數(shù)結(jié)束；
[0026]第二計數(shù)器，從所述檢測電壓第一次過零時開始計數(shù)，到所述檢測電壓第二次過零時計數(shù)結(jié)束；
[0027]計算模塊，計算所述退磁時間Τκ，所述退磁時間Tk等于所述第一計數(shù)器的計數(shù)值減去所述第二計數(shù)器的計數(shù)值的一半。
[0028]可選地，所述初級線圈電流檢測模塊包括:
[0029]比較器，其第一輸入端接收所述預(yù)設(shè)電壓，其另一輸入端連接所述開關(guān)管的源極；
[0030]第三計數(shù)器，在所述開關(guān)管導(dǎo)通時開始計數(shù)，到所述采樣電阻兩端的電壓上升至所述預(yù)設(shè)電壓時計數(shù)結(jié)束。
[0031]可選地，所述導(dǎo)通時間計算模塊采用如下公式計算所述下一開關(guān)周期的開關(guān)導(dǎo)通時間，其中Tm (η)是下一開關(guān)周期的開關(guān)導(dǎo)通時間，Te (Iri)為當(dāng)前開關(guān)周

Ir (η-?)
期次級線圈的退磁時間，Tf為所述電壓上升時間，Kc為常數(shù)。[0032]本發(fā)明還提供了一種反激式功率轉(zhuǎn)換器裝置，包括恒流控制器以及與其耦合的反激式功率轉(zhuǎn)換器，所述恒流控制器包括:
[0033]退磁時間檢測模塊；
[0034]初級線圈電流檢測模塊；
[0035]導(dǎo)通時間計算模塊，與所述退磁時間檢測模塊和初級線圈電流檢測模塊相連；
[0036]脈寬調(diào)制信號發(fā)生模塊，與所述導(dǎo)通時間計算模塊相連。
[0037]可選地，所述反激式功率轉(zhuǎn)換器包括:
[0038]整流橋，對交流輸入信號進(jìn)行整流；
[0039]變壓器，其初級線圈的同名端連接所述整流橋的輸出端，其次級線圈的異名端連接整流二極管的正極，所述整流二極管的負(fù)極連接輸出電容的一端，所述輸出電容的另一端連接所述次級線圈的同名端；
[0040]開關(guān)管，其漏極連接所述初級線圈的異名端，其源極經(jīng)由采樣電阻接地。
[0041]可選地，所述退磁時間檢測模塊配置為檢測所述開關(guān)管關(guān)斷后所述次級線圈的退磁時間Tk ；
[0042]所述初級線圈電流檢測模塊配置為檢測所述開關(guān)管導(dǎo)通后所述采樣電阻兩端的電壓上升至預(yù)設(shè)電壓的電壓上升時間Tf ；
[0043]所述導(dǎo)通時間計算模塊根據(jù)`當(dāng)前開關(guān)周期的退磁時間Tk和電壓上升時間Tf計算下一開關(guān)周期的開關(guān)導(dǎo)通時間；
[0044]所述脈寬調(diào)制信號發(fā)生模塊根據(jù)所述下一開關(guān)周期的開關(guān)導(dǎo)通時間以及開關(guān)周期的時長產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號以控制所開關(guān)管的導(dǎo)通/關(guān)斷。
[0045]可選地，所述退磁時間檢測模塊經(jīng)由分壓網(wǎng)絡(luò)與所述變壓器的輔助線圈異名端相連，其中，所述分壓網(wǎng)絡(luò)的輸入端與所述變壓器的輔助線圈異名端相連，所述分壓網(wǎng)絡(luò)的輸出端輸出檢測電壓并將其傳輸至所述退磁時間檢測模塊。
[0046]可選地，所述退磁時間檢測模塊包括:
[0047]過零檢測模塊，配置為對所述檢測電壓進(jìn)行過零檢測；
[0048]第一計數(shù)器，從所述開關(guān)管關(guān)斷時開始計數(shù)，到所述檢測電壓第一次過零時計數(shù)結(jié)束；
[0049]第二計數(shù)器，從所述檢測電壓第一次過零時開始計數(shù)，到所述檢測電壓第二次過零時計數(shù)結(jié)束；
[0050]計算模塊，計算所述退磁時間Τκ，所述退磁時間Tk等于所述第一計數(shù)器的計數(shù)值減去所述第二計數(shù)器的計數(shù)值的一半。
[0051 ] 可選地，所述初級線圈電流檢測模塊包括:
[0052]比較器，其第一輸入端接收所述預(yù)設(shè)電壓，其另一輸入端連接所述開關(guān)管的源極；
[0053]第三計數(shù)器，在所述開關(guān)管導(dǎo)通時開始計數(shù)，到所述采樣電阻兩端的電壓上升至所述預(yù)設(shè)電壓時計數(shù)結(jié)束。
[0054]可選地，所述導(dǎo)通時間計算模塊采用如下公式計算所述下一開關(guān)周期的開關(guān)導(dǎo)通時間:
【權(quán)利要求】
1.一種恒流控制器， 其特征在于，包括: 退磁時間檢測模塊； 初級線圈電流檢測模塊； 導(dǎo)通時間計算模塊，與所述退磁時間檢測模塊和初級線圈電流檢測模塊相連； 脈寬調(diào)制信號發(fā)生模塊，與所述導(dǎo)通時間計算模塊相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的恒流控制器，其特征在于，所述恒流控制器與反激式功率轉(zhuǎn)換器配合使用，所述反激式功率轉(zhuǎn)換器包括: 整流橋，對交流輸入信號進(jìn)行整流； 變壓器，其初級線圈的同名端連接所述整流橋的輸出端，其次級線圈的異名端連接整流二極管的正極，所述整流二極管的負(fù)極連接輸出電容的一端，所述輸出電容的另一端連接所述次級線圈的同名端； 開關(guān)管，其漏極連接所述初級線圈的異名端，其源極經(jīng)由采樣電阻接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的恒流控制器，其特征在于， 所述退磁時間檢測模塊配置為檢測所述開關(guān)管關(guān)斷后所述次級線圈的退磁時間Tk ；所述初級線圈電流檢測模塊配置為檢測所述開關(guān)管導(dǎo)通后所述采樣電阻兩端的電壓上升至預(yù)設(shè)電壓的電壓上升時間Tf ； 所述導(dǎo)通時間計算模塊根據(jù)當(dāng)前開`關(guān)周期的退磁時間Tk和電壓上升時間Tf計算下一開關(guān)周期的開關(guān)導(dǎo)通時間； 所述脈寬調(diào)制信號發(fā)生模塊根據(jù)所述下一開關(guān)周期的開關(guān)導(dǎo)通時間以及開關(guān)周期的時長產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號以控制所開關(guān)管的導(dǎo)通/關(guān)斷。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的恒流控制器，其特征在于，所述退磁時間檢測模塊經(jīng)由分壓網(wǎng)絡(luò)與所述變壓器的輔助線圈異名端相連，其中，所述分壓網(wǎng)絡(luò)的輸入端與所述變壓器的輔助線圈異名端相連，所述分壓網(wǎng)絡(luò)的輸出端輸出檢測電壓并將其傳輸至所述退磁時間檢測模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的恒流控制器，其特征在于，所述退磁時間檢測模塊包括: 過零檢測模塊，配置為對所述檢測電壓進(jìn)行過零檢測； 第一計數(shù)器，從所述開關(guān)管關(guān)斷時開始計數(shù)，到所述檢測電壓第一次過零時計數(shù)結(jié)束； 第二計數(shù)器，從所述檢測電壓第一次過零時開始計數(shù)，到所述檢測電壓第二次過零時計數(shù)結(jié)束； 計算模塊，計算所述退磁時間Tk，所述退磁時間Tk等于所述第一計數(shù)器的計數(shù)值減去所述第二計數(shù)器的計數(shù)值的一半。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的恒流控制器，其特征在于，所述初級線圈電流檢測模塊包括: 比較器，其第一輸入端接收所述預(yù)設(shè)電壓，其另一輸入端連接所述開關(guān)管的源極； 第三計數(shù)器，在所述開關(guān)管導(dǎo)通時開始計數(shù)，到所述采樣電阻兩端的電壓上升至所述預(yù)設(shè)電壓時計數(shù)結(jié)束。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的恒流控制器，其特征在于，所述導(dǎo)通時間計算模塊采用如下公式計算所述下一開關(guān)周期的開關(guān)導(dǎo)通時間
8.一種反激式功率轉(zhuǎn)換器裝置，其特征在于，包括恒流控制器以及與其耦合的反激式功率轉(zhuǎn)換器，所述恒流控制器包括: 退磁時間檢測模塊； 初級線圈電流檢測模塊； 導(dǎo)通時間計算模塊，與所述退磁時間檢測模塊和初級線圈電流檢測模塊相連； 脈寬調(diào)制信號發(fā)生模塊，與所述導(dǎo)通時間計算模塊相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的反激式功率轉(zhuǎn)換器裝置，其特征在于，所述反激式功率轉(zhuǎn)換器包括: 整流橋，對交流輸入信號進(jìn)行整流； 變壓器，其初級線圈的同名端連接所述整流橋的輸出端，其次級線圈的異名端連接整流二極管的正極，所 述整流二極管的負(fù)極連接輸出電容的一端，所述輸出電容的另一端連接所述次級線圈的同名端； 開關(guān)管，其漏極連接所述初級線圈的異名端，其源極經(jīng)由采樣電阻接地。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的反激式功率轉(zhuǎn)換器裝置，其特征在于， 所述退磁時間檢測模塊配置為檢測所述開關(guān)管關(guān)斷后所述次級線圈的退磁時間Tk ；所述初級線圈電流檢測模塊配置為檢測所述開關(guān)管導(dǎo)通后所述采樣電阻兩端的電壓上升至預(yù)設(shè)電壓的電壓上升時間Tf ； 所述導(dǎo)通時間計算模塊根據(jù)當(dāng)前開關(guān)周期的退磁時間Tk和電壓上升時間Tf計算下一開關(guān)周期的開關(guān)導(dǎo)通時間； 所述脈寬調(diào)制信號發(fā)生模塊根據(jù)所述下一開關(guān)周期的開關(guān)導(dǎo)通時間以及開關(guān)周期的時長產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號以控制所開關(guān)管的導(dǎo)通/關(guān)斷。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的反激式功率轉(zhuǎn)換器裝置，其特征在于，所述退磁時間檢測模塊經(jīng)由分壓網(wǎng)絡(luò)與所述變壓器的輔助線圈異名端相連，其中，所述分壓網(wǎng)絡(luò)的輸入端與所述變壓器的輔助線圈異名端相連，所述分壓網(wǎng)絡(luò)的輸出端輸出檢測電壓并將其傳輸至所述退磁時間檢測模塊。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的反激式功率轉(zhuǎn)換器裝置，其特征在于，所述退磁時間檢測模塊包括: 過零檢測模塊，配置為對所述檢測電壓進(jìn)行過零檢測；第一計數(shù)器，從所述開關(guān)管關(guān)斷時開始計數(shù)，到所述檢測電壓第一次過零時計數(shù)結(jié)束； 第二計數(shù)器，從所述檢測電壓第一次過零時開始計數(shù)，到所述檢測電壓第二次過零時計數(shù)結(jié)束； 計算模塊，計算所述退磁時間Tk，所述退磁時間Tk等于所述第一計數(shù)器的計數(shù)值減去所述第二計數(shù)器的計數(shù)值的一半。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的反激式功率轉(zhuǎn)換器裝置，其特征在于，所述初級線圈電流檢測模塊包括: 比較器，其第一輸入端接收所述預(yù)設(shè)電壓，其另一輸入端連接所述開關(guān)管的源極； 第三計數(shù)器，在所述開關(guān)管導(dǎo)通時開始計數(shù)，到所述采樣電阻兩端的電壓上升至所述預(yù)設(shè)電壓時計數(shù)結(jié)束。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的反激式功率轉(zhuǎn)換器裝置，其特征在于，所述導(dǎo)通時間計算模塊采用如下公式計算所述下一開關(guān)周期的開關(guān)導(dǎo)通時間:
【文檔編號】H02M3/335GK103795253SQ201210420809
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2012年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月29日
【發(fā)明者】史江義, 蘇小偉, 代國定, 張欽陽, 王水平 申請人:華潤矽威科技（上海）有限公司