開關電源的副邊控制方法及電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種開關電源，尤其是隔離開關電源的副邊控制方法及電路。該方法及電路將誤差放大器放到副邊，采樣電源輸出電壓產(chǎn)生誤差信號，并將誤差信號調制為不同頻率的開通信號，實現(xiàn)PFM；將此開通信號傳送到原邊將主功率管開通，并在原邊根據(jù)開通信號的頻率產(chǎn)生不同的限流電壓，用此限流電壓將主功率管關斷，實現(xiàn)PWM。本發(fā)明的方法及電路能夠提高輸出電壓的精度和負載調整率，具有良好的動態(tài)性能，并且便于同步整流的實現(xiàn)及降低空載功耗。
【專利說明】
開關電源的副邊控制方法及電路
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及開關電源的環(huán)路控制方法及電路，特別涉及一種能夠提高隔離開關電 源的輸出精度和負載調整率，降低輕載及空載功耗，加快動態(tài)響應，便于實現(xiàn)同步整流的開 關電源的副邊控制方法及電路。
【背景技術】
[0002] 原邊反饋式開關電源以其體積小、控制簡單、成本低等優(yōu)點廣泛應用于充電器、電 源適配器等領域。然而原邊反饋控制方式的不足之處在于，電源輸出電壓的負載調整率不 好，動態(tài)響應差。如圖1所示，為原邊反饋控制電路的典型架構。控制芯片通過檢測輔助繞組 上電壓波形的時序，實現(xiàn)恒流控制，通過采樣消磁結束時刻的輔助繞組電壓來反饋電源輸 出電壓，實現(xiàn)恒壓控制。隨著負載的變化，輔助繞組上消磁結束時刻的電壓變化率不同，相 同采樣電路的采樣精度就會不同，從而影響負載調整率。原邊反饋的控制方式每個周期采 樣一次輸出電壓，做出一次功率管的調整，其放大環(huán)節(jié)在采樣環(huán)節(jié)之后，所以動態(tài)響應不夠 好。
[0003] 現(xiàn)有技術中，為了克服原邊反饋控制的缺點，多采用副邊反饋的方式。通過隔離耦 合器件將副邊輸出電壓的信息反饋到原邊做出控制。傳統(tǒng)的副邊反饋利用TL431加光耦連 續(xù)反饋輸出信息，然而光耦不間斷的工作，功耗較大，且壽命較短、不適合高溫等特殊環(huán)境 下使用。也有斷續(xù)地反饋輸出信息以降低反饋功耗的，例如，專利CN103051197利用副邊控 制芯片采樣輸出電壓的信息，根據(jù)電壓與基準比較的結果選擇向原邊發(fā)送高頻信號還是低 頻信號，從而提高了輕載和空載時的精度，加快了動態(tài)響應。然而該專利本質上仍屬于原邊 控制，增加的副邊電路提供兩種反饋信息，只優(yōu)化了輕載和空載時的性能。專利 CN104578826則全負載范圍內都由副邊實現(xiàn)恒流恒壓控制，然而該專利的副邊芯片直接由 電源輸出電壓供電，需要輸出電壓建立到芯片啟動點才能實現(xiàn)反饋、正常工作，一般的充電 器等應用需要在輸出電壓建立的階段具備恒流的功能，所以該方案不夠實用。另有專利 CN103460583采用副邊Pmi控制，有較好的性能，但是需要預先給儲能電路充電以使得電源 輸出正常建立，時序較為復雜。而專利US20100254443則給出了常見的數(shù)字電源控制方法， 電路復雜，需要高精度的模數(shù)和數(shù)模轉換電路。

【發(fā)明內容】

[0004] 為了克服上述副邊反饋控制方式的不足，本發(fā)明提供一種直接的副邊控制方法及 電路，用于開關電源的環(huán)路控制。該方法及電路能夠提高輸出電壓的精度和負載調整率，降 低輕載及空載功耗，具有良好的動態(tài)性能，并且便于同步整流的實現(xiàn)。
[0005] 本發(fā)明通過以下方案實現(xiàn)上述目的：
[0006] -種副邊控制方法及電路由原邊輔控單元、隔離耦合器件和副邊主控單元實現(xiàn)。 所述原邊輔控單元耦接隔離耦合器件，所述隔離耦合器件耦接副邊主控單元。電源起機階 段由原邊輔控單元提供恒流模式控制，輸出電壓穩(wěn)定之后的恒壓模式控制由副邊主控單元 的PFM控制結合主邊輔控單元的PWM控制提供。其中，原邊單元根據(jù)開通信號頻率產(chǎn)生PWM控 制的限流點，開通信號頻率越高，限流點越高，反之，頻率越低，限流點越低。副邊主控單元 的PFM控制決定主功率管以不同的頻率開通，原邊輔控單元的PWM控制決定主功率管在何時 關斷。以上，實現(xiàn)原副邊協(xié)同恒壓控制的同時，副邊根據(jù)開通信號的時序方便地實現(xiàn)同步整 流，并根據(jù)誤差信號的大小實現(xiàn)睡眠模式;原邊則根據(jù)設定時間內是否接收到開通信號判 斷是否進入睡眠模式。
[0007] 優(yōu)選的，所述原邊輔控單元包括，高壓啟動電路、恒流控制電路、PWM控制電路、邏 輯處理電路和驅動電路。所述高壓啟動電路輸入原邊輔控單元外部供電電容上的電壓，產(chǎn) 生原邊輔控單元工作所需的內部電源電壓、基準電壓及偏置電流;所述恒流控制電路接輔 助繞組上電壓的分壓值，檢測輔助繞組電壓波形來獲得消磁時間的信息，通過控制消磁時 間和開關周期的比例恒定來實現(xiàn)恒流控制，恒流控制電路輸出控制信號到邏輯處理電路； 所述PWM控制電路接收副邊傳送過來的開通信號，并將其調整為一個固定寬度的窄脈沖信 號，PWM控制電路還根據(jù)開通信號的頻率大小產(chǎn)生限流電壓，用以限定功率管流過的電流峰 值，PWM控制電路輸出功率管控制信號到邏輯處理電路;所述邏輯處理電路接收來自恒流控 制電路和PWM控制電路的信號，負責在起機階段選擇恒流控制信號，在接收到副邊開通信號 之后選擇副邊控制信號實現(xiàn)恒壓控制，并處理過壓、過溫、短路等保護信號，輸出功率管低 壓驅動信號到驅動電路;所述驅動電路接收邏輯處理電路的低壓驅動信號，經(jīng)過電平轉換 產(chǎn)生具有一定驅動能力的高壓驅動信號，該驅動信號驅動外部功率管的通斷。所述邏輯處 理電路還根據(jù)規(guī)定時間之內是否接收到副邊傳送過來的開通信號，判斷是否進入睡眠模 式;未接收到開通信號則進入睡眠模式，關閉主控環(huán)路之外的偏置電流;否則，退出睡眠模 式，恢復偏置電流。
[0008] 優(yōu)選的，所述副邊主控單元包括，過零比較電路、同步邏輯電路、同步驅動電路、啟 動電路、隔離驅動電路、PFM控制電路、補償電路和EA(誤差放大器）。所述啟動電路由電源輸 出直接供電，經(jīng)過LD0產(chǎn)生副邊主控單元所需的內部電源，并產(chǎn)生各模塊電路所需的偏置； 所述誤差放大器EA的正向輸入端接基準電壓Vref，負向端接電源輸出電壓的分壓值，EA將 電源輸出與基準的差值放大，輸出到補償電路的輸入端;所述補償電路為具備零極點的電 阻電容網(wǎng)絡，用以補償整個控制環(huán)路的穩(wěn)定性，經(jīng)過補償?shù)恼`差信號輸出到PFM控制電路； 所述PFM控制電路根據(jù)誤差信號電壓值的大小調制出不同頻率的開通信號，誤差信號越大， 開通信號的頻率越高，PFM控制電路輸出開通信號到隔離驅動電路，并將開通信號作適當延 時輸出到同步邏輯電路中；所述同步邏輯電路接收到延時信號之后將其鎖存，同時接收過 零比較電路輸出的信號，所述過零比較電路檢測同步整流管漏端電壓；當過零比較電路檢 測到同步整流管漏端電壓低于0V，則同步邏輯電路結合鎖存的延時信號給出一個同步整流 管的開通信號，并將鎖存延時信號的鎖存器復位；當過零比較電路檢測到同步整流管漏端 電壓達到關斷閾值，則同步邏輯電路給出一個同步管的關斷信號;所述同步邏輯電路的同 步整流管控制信號，經(jīng)過同步驅動電路放大驅動能力，控制外部同步整流管的通斷;所述隔 離驅動電路將PFM控制電路輸出的開通信號調制為尖峰脈沖，發(fā)送到隔離耦合器件;所述 PFM控制電路還根據(jù)誤差放大器EA輸出的誤差信號設置睡眠/喚醒模式，當誤差信號低于睡 眠閾值時，即負載很輕時，中斷開通信號的傳輸，當關閉主控環(huán)路外的偏置電流；當誤差信 號高于喚醒閾值時，恢復開通信號的傳輸，恢復偏置電流;所述睡眠閾值低于喚醒閾值。
[0009]優(yōu)選的，所述隔離耦合器件可以為電容，光耦或耦合變壓器等隔離器件。隔離耦合 器件將副邊的尖峰開通信號耦合到原邊，實現(xiàn)環(huán)路的隔離反饋。
[0010] 優(yōu)選的，所述副邊PFM控制電路包括，第一PM0S管、第二PM0S管、第三PM0S管、第一 匪0S管、第二NM0S管，第一電流源、第一電容、第一開關、比較器、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觸發(fā)器和延時器。所述第一、第二、第三PM0S管的源 端接內部電源電壓，第一 PM0S的柵端接第一偏置電壓，漏端接所述第一 NM0S管的漏端;所述 第二PM0S管的柵端接第三PM0S管的柵端，并接到自身的漏端，形成二極管連接;所述第三 PM0S管的漏端接第一電容的上極板;所述第一匪0S管的柵端接第一基準電壓，源端接第一 電流源的上端;所述第二NM0S管的漏端接第二PM0S管的漏端，柵端接EA輸出的誤差電壓，源 端接第一電流源的上端;所述第一電流源的下端接地;所述第一電容的下極板接地，上極板 還接到比較器的負向輸入端以及第一開關的上端;所述比較器的正向輸入端接第二基準電 壓，輸出端接第一反相器的輸入端;所述第一反相器的輸出端接第二反相器的輸入端;所述 第二反相器的輸出端接D觸發(fā)器的觸發(fā)端;所述D觸發(fā)器的輸入端接內部電源電壓，輸出端 接第三反相器的輸入端;所述第三反相器的輸出端接第四反相器的輸入端和延時器的輸入 端;所述第四反相器輸出開通脈沖信號;所述延時器的輸出端接D觸發(fā)器的復位端以及第五 反相器的輸入端;所述第五反相器的輸出端接第一開關的控制端;所述第一開關的下端接 地。
[0011] 優(yōu)選的，所述原邊PWM控制電路中限流電壓產(chǎn)生電路包括，第六反相器、第二電流 源、第二開關、第二電容、第三開關、窄脈沖發(fā)生器、第七反相器、第一與門、第四開關、第一 緩沖器、第四PM0S管、第五PM0S管、第六PM0S管、第三匪0S管、第四匪0S管、第三電流源、電 阻。所述第六反相器的輸入端接隔離耦合器件傳送過來的開通信號，輸出端接第二開關的 控制端;所述第二開關的上端接第二電流源的下端，下端接第二電容的上極板;所述第二電 容的下極板接地;所述第三開關的上端接第二電容的上極板和第四開關的左端，第三開關 的下端接地;所述窄脈沖發(fā)生器的輸入端接第六反相器的輸出端，輸出端接第七反相器的 輸入端以及第四開關的控制端;所述第七反相器的輸出端接第一與門的一個輸入端;所述 第一與門的另一輸入端接開通信號，輸出端接第三開關的控制端;所述第三開關的右端接 第一緩沖器的正向輸入端；所述第一緩沖器的負向輸入端接自身的輸出端，并接到第三 NM0S管的柵端;所述第三NM0S管的漏端接第四PM0S的漏端，源端接第三電流源的上端;所述 第四PM0S管的源端接內部電源電壓，柵端接第二偏置電壓;所述第三電流源的下端接地，上 端還接到第四W0S管的源端;所述第四匪0S管的柵端接第三基準電壓，漏端接第五PM0S管 的漏端;所述第五PM0S管的源端接內部電源電壓，柵端接自身的漏端及第六PM0S管的柵端； 所述第六PM0S管的源端接內部電源電壓，漏端接電阻的上端;所述電阻的下端接地，上端電 壓即為限流電壓。
[0012] 優(yōu)選的，所述原邊PWM控制電路中限流電壓產(chǎn)生電路的另一種結構包括，第八反相 器、第二與門、高頻振蕩器、Μ位減法計數(shù)器、Μ位數(shù)模轉換器、第二緩沖器。所述第八反相器 的輸入端接窄脈沖開通信號，輸出端接第二與門的一個輸入端;所述第二與門的另一個輸 入端接高頻振蕩器的輸出端，輸出端接Μ位減法計數(shù)器的輸入端;所述Μ位減法計數(shù)器的輸 出端接Μ位數(shù)模轉換器的輸入端;所述Μ位數(shù)模轉換器的輸出端接第二緩沖器的正向輸入 端;所述第二緩沖器的負向輸出端接自身的輸出端，輸出端的電壓即為限流電壓。
[0013] 本發(fā)明提供了一種開關電源，尤其是隔離開關電源的副邊控制方法及電路。該方 法及電路將誤差放大器放到副邊，采樣電源輸出電壓產(chǎn)生誤差信號，并將誤差信號調制為 不同頻率的開通信號，實現(xiàn)PFM;將此開通信號傳送到原邊將主功率管開通，并在原邊根據(jù) 開通信號的頻率產(chǎn)生不同的限流電壓，用此限流電壓將主功率管關斷，實現(xiàn)PWM。本發(fā)明的 方法及電路能夠提高輸出電壓的精度和負載調整率，具有良好的動態(tài)性能，并且便于同步 整流的實現(xiàn)及降低空載功耗。
[0014] 本發(fā)明的有益效果具體如下：
[0015] 1、采用副邊PFM主控，原邊PWM輔控實現(xiàn)恒壓閉環(huán)控制，主功率管的開通頻率隨負 載連續(xù)變化，從而提高了輸出電壓的精度和負載調整率、加快了動態(tài)響應；
[0016] 2、恒壓控制階段的開通信號在副邊產(chǎn)生，此開通信號適當延時之后，一旦檢測到 同步整流管漏端電壓低于0V，即將同步管開通，無需高精度的同步整流管開通比較器；
[0017] 3、副邊誤差信號隨負載連續(xù)變化，則可根據(jù)誤差信號的大小設置睡眠/喚醒模式， 誤差信號低于睡眠閾值時中斷開通信號傳輸，高于喚醒閾值時恢復開通信號傳輸，從而降 低輕載及空載時的功耗。
【附圖說明】
[0018] 圖1為典型的原邊反饋控制的反激變換器電路原理圖；
[0019] 圖2為本發(fā)明副邊主控單元及原邊輔控單元應用于反激變換器的電路原理圖；
[0020] 圖3為本發(fā)明實施例一的副邊主控單元中PFM控制電路的原理圖；
[0021] 圖4為本發(fā)明實施例一的原邊PWM控制電路中限流電壓產(chǎn)生電路的原理圖；
[0022]圖5為本發(fā)明實施例二的原邊P麗控制電路中限流電壓產(chǎn)生電路的原理圖；
[0023] 圖6為本發(fā)明原副邊單元進行恒壓控制時關鍵信號的波形圖；
[0024] 圖7為本發(fā)明原副邊單元的工作流程圖。
【具體實施方式】
[0025] 如圖2所示，本發(fā)明開關電源的的副邊控制電路，由原邊輔控單元231、隔離耦合器 件232和副邊主控單元233實現(xiàn)，三者之間互相耦接。所述原邊輔控單元231，包括恒流控制 電路211、高壓啟動電路212、PWM控制電路213、由驅動電路214和邏輯處理電路215組成的驅 動輸出電路。所述恒流控制電路通過引腳FB，檢測輔助繞組210經(jīng)過電阻208和電阻209的分 壓值，判斷出電源系統(tǒng)的消磁時間，并通過FB腳檢測反射電壓的大小來判斷是否發(fā)生輸出 過壓和短路，恒流控制電路通過維持消磁時間與開關周期的比例恒定，實現(xiàn)恒流控制，恒流 控制信號輸出到邏輯處理電路215中；在電源系統(tǒng)的起機階段，所述邏輯處理電路選擇恒流 控制信號，輸出到驅動電路214中，開通主功率管216,變壓器開始勵磁存儲能量;設置主功 率管流過電流的最大值，達到最大值時將主功率管關斷，變壓進入消磁階段，能量傳送給負 載電容和負載電阻。
[0026] 隨著輔控單元恒流控制的進行，電源輸出電壓不斷上升，當電源電壓達到副邊主 控單元的啟動點，主控單元開始工作。所述副邊主控單元，包括過零比較電路221、由同步邏 輯電路222和同步驅動電路223組成的同步控制電路、啟動電路224、隔離驅動電路225、PFM 控制電路226、補償電路227和EA(誤差放大器)228。所述啟動電路通過引腳VCC接收電源輸 出電壓，當電壓超過設置的啟動點時產(chǎn)生內部所需的低壓電源、偏置電壓及偏置電流;所述 EA的正向輸入端接基準電壓Vref，負向輸入端通過引腳VB采樣電源輸出電壓的分壓值，輸 出采樣電壓與基準之間的誤差信號到補償電路;所述補償電路由電阻電容組成零極點網(wǎng) 絡，對誤差信號進行相位補償，提高整個環(huán)路的穩(wěn)定性;所述PFM控制電路接收補償之后的 誤差信號，將其調制為對應頻率的開通信號，誤差信號的電壓值越高，頻率越大;開通信號 由所述的隔離驅動電路調制為尖峰脈沖，通過引腳GS發(fā)送到隔離耦合器件232的輸入端；同 時，開通信號經(jīng)過適當?shù)难訒r傳送到同步邏輯電路，延時的目的是保證同步整流管在主邊 功率管導通之后才開通，延時之后的開通信號在同步邏輯電路中鎖存起來;所述過零比較 電路通過VD引腳檢測同步整流管漏端的電壓波形，當該電壓低于0V時，結合鎖存起來的開 通延時信號，同步邏輯電路給出同步整流管的開通信號，同時將上述起鎖存功能的鎖存器 復位;當消磁快結束時，過零比較電路檢測到VD電壓超過閾值(如-5mV)，同步邏輯電路給出 同步整流管的關斷信號；同步整流管的驅動信號經(jīng)過同步驅動電路223放大驅動能力后，由 引腳SYN輸出，用以驅動同步整流管218的通斷。為了降低輕載和空載時的系統(tǒng)功耗，還可以 在PFM控制電路226中設置睡眠閾值Vl和喚醒V H，當誤差信號的電壓值低于Vl時中斷開通信 號的傳輸，進入睡眠模式，并將控制單元中主控環(huán)路之外的電路的偏置電流關閉；當誤差信 號的電壓值高于Vh時恢復開通信號的傳輸和偏置電流，離開睡眠模式。
[0027]所述隔離耦合器件232可以為電容、光耦或耦合變壓器，負責將副邊主控單元233 發(fā)送的尖峰開通脈沖耦合到原邊輔控單元231的引腳GP。
[0028]所述輔控單元中的PWM控制電路213通過引腳GP檢測到尖峰開通脈沖，將其調制為 固定寬度的窄脈沖開通信號，此開通信號輸出到邏輯處理電路中；所述邏輯處理電路接收 到此開通信號，將原邊恒流控制切換為副邊恒壓控制，開通主功率管;所述PWM控制電路同 時將開通信號的頻率解調為對應的限流電壓，頻率越高，對應的限流電壓越高。具體的解調 方法，可以在開通信號的一個周期之內采用固定電流給固定電容充電，并將電容的尖峰電 壓的反相電壓采樣出來，這樣，開通信號的頻率越高，電容上的尖峰電壓越小，對應的反相 電壓越高。PWM控制電路還通過引腳CS，采樣主邊繞組205上流過的電流在采樣電阻217上產(chǎn) 生的電壓，當該采樣電壓達到上述限流電壓時，輸出功率管關斷信號到邏輯處理電路，再通 過驅動電路將主功率管關斷。上述過程即為整個環(huán)路的恒壓閉環(huán)控制。此外，在原邊輔控單 元的邏輯處理電路215中設置固定時鐘，若一定時間之內PWM控制電路未檢測到副邊的開通 信號，則認為進入睡眠模式，將主控環(huán)路之外的電路的偏置電流關閉，一旦檢測到開通信 號，則離開睡眠模式，恢復電路的偏置電流。
[0029]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖3,附圖4,附 圖5,附圖6,附圖7對本發(fā)明中的重要環(huán)節(jié)進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實 施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0030] 實施例一
[0031] 副邊主控單元中的PFM控制電路負責開通信號的頻率調制，如圖3所示，一種PFM控 制電路包括，PM0S管301、PM0S管302、PM0S管306、匪0S管303、匪0S管304、電流源305、電容 307、開關308、比較器309、反相器310、反相器311、D觸發(fā)器312、反相器313、反相器314、反相 器315、延時器316。所述PM0S管301、302、306的源端接到內部電源電壓，301的柵端接偏置電 壓Vbiasl，漏端接NM0S管303的漏端;302的漏端接自身的漏端和306的柵端;306的漏端接電 容307的上極板;所述NMOS管303的柵端接基準電壓Vrefl，源端接電流源305的上端及NMOS 管304的源端;所述電流源305的下端接地;所述NM0S管304的漏端接302的漏端，柵端接誤差 放大器輸出的誤差信號Vea;所述電容307的上極板還接比較器309的負向輸入端和開關308 的上端，其下極板接地;所述比較器309的正向輸入端接基準電壓Vref2、輸出端接反相器 310的輸入端;所述反相器310的的輸出端接反相器311的輸入端;所述反相器311的輸出端 接D觸發(fā)器312的觸發(fā)端;所述D觸發(fā)器312的輸入端接內部電源電壓，輸出端接反相器313的 輸入端;所述反相器313的輸出端接反相器的314的輸入端和延時器316的輸入端;所述反相 器314輸出調制好的開通信號Ton;所述延時器316的輸出端接反相器315的輸入端和D觸發(fā) 器312的復位端;所述反相315的輸出端接開關308的控制端;開關308的下端接地。
[0032] 假設電流源305流過的電流為I3Q5,304的跨導Sgm3〇4，PMOS管302與PM0S管306組成 的電流鏡比例為1: m，306的漏端電流為13Q6，則有：
[0034] 假設電容307的電容值為C3Q7,當I3Q6在307上的充電電壓超過基準Vref2時，比較器 309輸出低電平將D觸發(fā)器312觸發(fā)，Q端輸出高電平，反相器313輸出的低電平經(jīng)過延時器 316的延時將D觸發(fā)器復位，經(jīng)過反相器315將開關308開通，泄放掉電容307上的電荷，則反 相器314輸出一個寬度等于延時器316延時時間的窄脈沖作為開通信號。該開通信號的頻率 由電流I3Q6和容值C307決定：
[0036]可見開通信號的頻率與誤差信號Vea成正比，誤差信號越大，頻率越高，反之，頻率 越小。此開通信號Ton由隔離驅動電路調制為尖峰脈沖，通過隔離器件反饋到原邊輔控單 J L· 〇
[0037] 原邊PWM控制電路檢測尖峰開通信號，如圖4所示，PWM控制電路將尖峰開通信號調 制為一定寬度的窄脈沖開通信號Tonp。所述PWM控制電路中的限流電壓產(chǎn)生電路包括，反相 器401、電流源402、開關403、電容404、開關405、窄脈沖發(fā)生器406、反相器407、與門408、開 關409、緩沖器 410、NM0S 管 411、PM0S 管 412、PM0S 管 413、NM0S 管 414、電流源 415、PM0S 管 416、 電阻417。所述反相器401輸入窄脈沖開通信號Tonp，輸出端接開關403的控制端和窄脈沖發(fā) 生器406的輸入端;所述開關403的下端接電容404的上極板，上端接電流源402的下端;所述 電流源402的上端接內部電源電壓;所述電容404的下極板接地，上極板還接開關405的上端 和開關409的左端;所述窄脈沖發(fā)生器406的輸出端接開關409的控制端和反相器407的輸入 端;所述反相407的輸出端接與門408的一個輸入端;所述與門的另一輸入端接窄脈沖開通 信號Tonp，輸出端接開關405的控制端;所述開關405的下端接地;所述開關409的右端接緩 沖器410的正向輸入端;所述緩沖器410的負向輸入端接自身的輸出端和NM0S管411的柵端； 所述NM0S管411的漏端接PM0S管412的漏端，源端接電流源415的上端;所述電流源415的上 端還接NM0S管414的源端，下端接地;所述PM0S管412的柵端接偏置電壓Vbias2,源端接內部 電源電壓;所述匪0S管414的柵端接基準電壓Vref3,漏端接PM0S管413的漏端;所述?103管 413的漏端接自身的柵端和PM0S管416的柵端，源端接內部電源電壓;所述PM0S管416的源端 接內部電源電壓，漏端接電阻417的上端，產(chǎn)生限流電壓Vcs，電阻417的下端接地。
[0038]由于開通信號Tonp為窄脈沖，其反相信號的高電平持續(xù)時間約等于Tonp的周期， 其反相信號持續(xù)為高電平的階段將開關403導通，由電流源402給電容404充電，假設Tonp的 頻率為f，402的電流為I4Q2，404的容值為C4Q4，則電容404上的峰值電壓為：
[0040]所述窄脈沖發(fā)生器406在Tonp信號的反相信號的下降沿產(chǎn)生一個比Tonp寬度小的 窄脈沖，該窄脈沖用以將電容404上的峰值電壓通過開關409采樣到緩沖器410的正向輸入 端，并保持一個周期，410將正向輸入端的電壓輸出到NM0S管411的柵端。所述反相器407輸 出開關409控制端的反相信號和Tonp信號相與，控制開關405導通，將本工作周期之內的電 容404上的電荷泄放掉，準備下個周期的充電。緩沖器410輸出的電壓與Tonp的頻率成反比 關系，不符合設計初衷，通過跨導放大器將410的輸出電壓反相。
[0041 ] 假設對管NM0S管411和NM0S管414的跨導為8祖1，電流源415的電流為1415,電阻417 的阻值為R4i7，PM0S管416與PM0S管413組成的電流鏡比例為l:n，電阻417上產(chǎn)生的壓降即為 限流電壓：
[0043]這樣，經(jīng)過反相的采樣電壓就與Tonp的頻率成正相關，而Tonp的頻率即為副邊調 制的開通信號Ton的頻率。由上述工作原理，可見副邊主控單元中誤差信號調制為對應的開 通信號頻率是實時的，而原邊輔控單元限流電壓的解調則要晚一個周期。也就是說，整個環(huán) 路的PFM調節(jié)比PWM調節(jié)快一個周期，這樣利于環(huán)路的穩(wěn)定。
[0044] 實施例二
[0045] 實施例一中PWM控制電路的限流電壓產(chǎn)生電路還可以用另外一種方式實現(xiàn)，如圖5 所示，另一種限流電壓產(chǎn)生電路包括，反相器501、與門503、高頻振蕩器502、M位減法計數(shù)器 504、M位數(shù)模轉換器505、緩沖器506。所述反相器501輸入端接收窄脈沖開通信號Tonp，輸出 端接與門503的一個輸入端;所述與門503的另一輸入端接高頻振蕩器502的輸出端，輸出端 接Μ位減法計數(shù)器的輸入端;所述Μ位減法計數(shù)器504的輸出端接Μ位數(shù)模轉換器505的輸入 端;所述Μ位數(shù)模轉化器的輸出端接緩沖器506的正向輸入端;所述緩沖器506的負向輸入端 接自身的輸出端，給出產(chǎn)生的限流電壓V cs。
[0046] 假設Tonp的頻率為f，高頻振蕩器產(chǎn)生的高頻時鐘信號的頻率為Π ，則一個Tonp周 期之內，與門503輸出的高頻時鐘個數(shù)為k = fl/f。假設Μ位數(shù)模轉換器的量化步長為Δ V，k〈 M，則產(chǎn)生的限流電壓為：
[0048]而根據(jù)實施例一中的說明，Tonp的頻率f與誤差信號Vea成正比關系，所以產(chǎn)生的 限流電壓Vcs與Vea也成正比關系。
[0049]綜上，圖6給出了本發(fā)明開關電源的的副邊控制電路在恒壓控制模式下關鍵信號 的典型波形圖。隨負載變化的誤差信號Vea調制出對應頻率的開通尖峰脈沖Ton，原邊單元 接收到Ton將主功率管開通，并根據(jù)Ton的頻率產(chǎn)生限流電壓V cs，該限流電壓限制主功率管 流過的尖峰電流，當尖峰電流觸發(fā)限流點時將主功率管關斷。圖中DRV表示主功率管柵端控 制信號?？梢姼边呏骺貑卧姓`差信號Vea調制為對應的開通信號Ton是實時的，而原邊輔 控單元限流電壓￥。5的解調則要晚一個周期。也就是說，整個環(huán)路的PFM調節(jié)比PWM調節(jié)快一 個周期，這樣利于環(huán)路的穩(wěn)定。
[0050] 圖7給出了整個電源系統(tǒng)環(huán)路工作的流程:原邊輔控單元進行恒流控制，直到電源 輸出電壓建立，副邊主控單元開始工作；副邊主控單元對誤差放大器輸出的誤差信號進行 PFM調制，產(chǎn)生不同頻率的開通信號;開通信號隔離耦合到原邊，原邊檢測到開通信號，將主 功率管的控制信號切換為副邊的開通信號，將主功率管開通;根據(jù)開通信號的頻率產(chǎn)生對 應的限流電壓，觸發(fā)限流電壓時將主功率管關斷，實現(xiàn)PWM控制。此外，副邊主控單元根據(jù)開 通信號的時序和同步整流管漏端電壓的時序控制同步整流管的開通/關斷;PFM控制電路根 據(jù)誤差信號電壓大小判斷是否進入睡眠模式;原邊輔控單元根據(jù)設定時間是否接收到開通 信號判斷是否進入睡眠模式。
[0051] 本發(fā)明的實施方式不限于此，根據(jù)上述內容，按照本領域的普通技術知識和慣用 手段，在不脫離本發(fā)明上述基本技術思想前提下，本發(fā)明的副邊控制方法及電路還有其它 的實施方式；因此本發(fā)明還可以做出其它多種形式的修改、替換或變更，均落在本發(fā)明權利 保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種開關電源的副邊控制方法，由原邊輔控單元、隔離耦合器件和副邊主控單元實 現(xiàn)，該方法包括如下步驟， 電源起機階段，由原邊輔控單元提供恒流模式控制，決定主功率管的開通/關斷;輸出 電壓穩(wěn)定之后，開關電源進行恒壓模式控制，決定主功率管的開通/關斷;恒壓模式，是由副 邊主控單元的PFM控制結合主邊輔控單元的PWM控制所提供。2. 根據(jù)權利要求1所述的副邊控制方法，其特征在于：副邊主控單元根據(jù)PFM控制模塊 所調制的開通延時信號的時序結合同步整流管漏端電壓的時序，控制同步整流管的開通/ 關斷。3. 根據(jù)權利要求1所述的副邊控制方法，其特征在于:副邊主控單元根據(jù)誤差放大器輸 出的誤差信號設置睡眠模式;原邊輔控單元根據(jù)規(guī)定時間之內是否接收到副邊的開通信號 設置睡眠模式。4. 一種開關電源的副邊控制方法，具體包括如下步驟， 副邊檢測步驟，采樣開關電源的輸出電壓，產(chǎn)生副邊誤差信號，并輸出； 副邊PFM控制步驟，接收副邊誤差信號，將其調制為對應頻率的開通信號，并輸出； 隔離耦合步驟，接收開通信號，將其傳輸至原邊； 原邊PWM控制步驟，接收隔離耦合過來的開通信號，將其解調為對應的限流電壓，并輸 出； 驅動輸出步驟，按照是否接收到開通信號的判斷結果，來進行恒流控制與恒壓控制的 切換，并輸出，控制主功率管的開通/關斷； 另有，副邊同步控制步驟，接收開通信號，并按照開通信號的時序來控制同步整流管的 開通/關斷。5. 根據(jù)權利要求4所述的副邊控制方法，其特征在于:所述PFM控制步驟的開通信號為 尖峰脈沖，開通信號的頻率與副邊誤差信號的電壓大小成正比。6. 根據(jù)權利要求4所述的副邊控制方法，其特征在于:所述驅動輸出步驟的恒壓控制， 按照副邊隔離耦合過來的開通信號控制主功率管的開通;并按照開通信號在PWM控制步驟 所產(chǎn)生的限流電壓控制主功率管的關斷。7. -種開關電源的副邊控制電路，適用于對原邊的主功率管及副邊的同步整流管的控 制，其特征在于:包括原邊輔控單元、隔離耦合器件和副邊主控單元， 副邊主控單元，包括 副邊檢測電路，采樣開關電源的輸出電壓，產(chǎn)生副邊誤差信號，并輸出； PFM控制電路，接收副邊誤差信號，將其調制為對應頻率的開通信號，并輸出； 同步控制電路，接收開通信號，并按照開通信號的時序來進行同步整流管的開通/關斷 控制； 隔離耦合器件，接收開通信號，將其傳輸至原邊輔控單元； 原邊輔控單元，包括 恒流控制電路，產(chǎn)生恒流控制信號； PWM控制電路，接收隔離耦合器件過來的開通信號，將其調制為對應的限流電壓，并輸 出； 驅動輸出電路，按照是否接收到開通信號的判斷結果，來進行恒流控制與恒壓控制的 切換，并輸出，控制主功率管的開通/關斷。8. 根據(jù)權利要求7所述的副邊控制電路，其特征在于:所述PFM控制電路的開通信號為 尖峰脈沖。9. 根據(jù)權利要求7所述的副邊控制電路，其特征在于:所述PFM控制電路的開通信號的 頻率與副邊誤差信號的電壓大小成正比。10. 根據(jù)權利要求7所述的副邊控制電路，其特征在于:所述驅動輸出電路的恒壓模式 控制，按照隔離耦合器件傳輸回的副邊的開通信號來進行主功率管的開通控制;并按照開 通信號在PWM控制電路所產(chǎn)生的限流電壓來進行主功率管的關斷控制。11. 根據(jù)權利要求7所述的副邊控制電路，其特征在于:所述PFM電路的開通信號的調制 與副邊誤差信號的產(chǎn)生是實時同步的；原邊輔控單元接收開通信號來進行主功率管的關斷 控制比開通信號的調制晚一個周期。12. 根據(jù)權利要求7所述的副邊控制電路，其特征在于:所述PFM控制電路，按照副邊誤 差信號的電壓大小來進行睡眠模式的進入/退出控制，睡眠模式是指將主控環(huán)路之外的電 路的偏置電流關閉。13. 根據(jù)權利要求7所述的副邊控制電路，其特征在于:所述驅動輸出電路，按照設定時 間內是否檢測到開通信號的判斷結果來進行睡眠模式的進入/退出控制，睡眠模式是指將 主控環(huán)路之外的電路的偏置電流關閉。14. 根據(jù)權利要求7所述的副邊控制電路，其特征在于:所述原邊輔控單元包括，高壓啟 動電路、恒流控制電路、PWM控制電路、邏輯處理電路和驅動電路，所述高壓啟動電路輸入原 邊輔控單元外部供電電容上的電壓，產(chǎn)生原邊輔控單元工作所需的內部電源電壓、基準電 壓及偏置電流;所述恒流控制電路接輔助繞組上電壓的分壓值，檢測輔助繞組電壓波形來 獲得消磁時間的信息，通過控制消磁時間和開關周期的比例恒定來實現(xiàn)恒流控制，恒流控 制電路輸出控制信號到邏輯處理電路;所述PWM控制電路接收副邊傳送過來的開通信號，并 將其調整為一個固定寬度的窄脈沖信號，PWM控制電路還根據(jù)開通信號的頻率大小產(chǎn)生限 流電壓，用以限定功率管流過的電流峰值，PWM控制電路輸出功率管控制信號到邏輯處理電 路;所述邏輯處理電路接收來自恒流控制電路和PWM控制電路的信號，負責在起機階段選擇 恒流控制信號，在接收到副邊開通信號之后選擇副邊控制信號實現(xiàn)恒壓控制，并處理過壓、 過溫、短路等保護信號，輸出功率管低壓驅動信號到驅動電路;所述驅動電路接收邏輯處理 電路的低壓驅動信號，經(jīng)過電平轉換產(chǎn)生具有一定驅動能力的高壓驅動信號，該驅動信號 驅動外部功率管的通斷;所述邏輯處理電路還根據(jù)設定時間之內是否接收到副邊傳送過來 的開通信號，判斷是否進入睡眠模式;未接收到開通信號則進入睡眠模式，關閉主控環(huán)路之 外的偏置電流;否則，退出睡眠模式，恢復偏置電流。15. 根據(jù)權利要求7所述的副邊控制電路，其特征在于:所述副邊主控單元包括，過零比 較電路、同步邏輯電路、同步驅動電路、啟動電路、隔離驅動電路、PFM控制電路、補償電路和 誤差放大器，所述啟動電路由電源輸出直接供電，經(jīng)過LDO產(chǎn)生副邊主控單元所需的內部電 源，并產(chǎn)生各模塊電路所需的偏置;所述誤差放大器EA的正向輸入端接基準電壓Vref，負向 端接電源輸出電壓的分壓值，EA將電源輸出與基準的差值放大，輸出到補償電路的輸入端； 所述補償電路為具備零極點的電阻電容網(wǎng)絡，用以補償整個控制環(huán)路的穩(wěn)定性，經(jīng)過補償 的誤差信號輸出到PFM控制電路;所述PFM控制電路根據(jù)誤差信號電壓值的大小調制出不同 頻率的開通信號，誤差信號越大，開通信號的頻率越高，PFM控制電路輸出開通信號到隔離 驅動電路，并將開通信號作適當延時輸出到同步邏輯電路中；所述同步邏輯電路接收到延 時信號之后將其鎖存，同時接收過零比較電路輸出的信號，所述過零比較電路檢測同步整 流管漏端電壓；當過零比較電路檢測到同步整流管漏端電壓低于0V，則同步邏輯電路結合 鎖存的延時信號給出一個同步整流管的開通信號，并將鎖存延時信號的鎖存器復位；當過 零比較電路檢測到同步整流管漏端電壓達到關斷閾值，則同步邏輯電路給出一個同步管的 關斷信號;所述同步邏輯電路的同步整流管控制信號，經(jīng)過同步驅動電路放大驅動能力，控 制外部同步整流管的通斷;所述隔離驅動電路將PFM控制電路輸出的開通信號調制為尖峰 脈沖，發(fā)送到隔離耦合器件;所述PFM控制電路還根據(jù)誤差放大器EA輸出的誤差信號設置睡 眠/喚醒模式，當誤差信號低于睡眠閾值時，即負載很輕時，中斷開通信號的傳輸，關閉主控 環(huán)路之外的偏置電流；當誤差信號高于喚醒閾值時，恢復開通信號的傳輸，恢復所有偏置電 流;所述睡眠閾值低于喚醒閾值。16. 根據(jù)權利要求7所述的副邊控制電路，其特征在于:所述隔離耦合器件為電容、光耦 或耦合變壓器，隔離耦合器件將副邊的尖峰脈沖形式的開通信號耦合到原邊，實現(xiàn)環(huán)路的 隔離反饋。17. 根據(jù)權利要求15所述的副邊控制電路，其特征在于:所述副邊主控單元的PFM控制 電路，包括第一 PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第一 NMOS管、第二NMOS管，第一電流源、第 一電容、第一開關、比較器、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觸發(fā)器和延時器，所述第一、第二、第三PMOS管的源端接內部電源電壓，第一 PMOS的柵 端接第一偏置電壓，漏端接所述第一 NMOS管的漏端;所述第二PMOS管的柵端接第三PMOS管 的柵端，并接到自身的漏端，形成二極管連接;所述第三PMOS管的漏端接第一電容的上極 板;所述第一 NMOS管的柵端接第一基準電壓，源端接第一電流源的上端;所述第二匪0S管的 漏端接第二PMOS管的漏端，柵端接EA輸出的誤差電壓，源端接第一電流源的上端;所述第一 電流源的下端接地;所述第一電容的下極板接地，上極板還接到比較器的負向輸入端以及 第一開關的上端;所述比較器的正向輸入端接第二基準電壓，輸出端接第一反相器的輸入 端;所述第一反相器的輸出端接第二反相器的輸入端;所述第二反相器的輸出端接D觸發(fā)器 的觸發(fā)端;所述D觸發(fā)器的輸入端接內部電源電壓，輸出端接第三反相器的輸入端;所述第 三反相器的輸出端接第四反相器的輸入端和延時器的輸入端;所述第四反相器輸出開通脈 沖信號;所述延時器的輸出端接D觸發(fā)器的復位端以及第五反相器的輸入端;所述第五反相 器的輸出端接第一開關的控制端;所述第一開關的下端接地。18. 根據(jù)權利要求14所述的副邊控制電路，其特征在于:所述原邊輔控單元的HVM控制 電路中限流電壓產(chǎn)生電路，包括第六反相器、第二電流源、第二開關、第二電容、第三開關、 窄脈沖發(fā)生器、第七反相器、第一與門、第四開關、第一緩沖器、第四PMOS管、第五PMOS管、第 六PMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第三電流源、電阻，所述第六反相器的輸入端接隔離耦 合器件傳送過來的開通信號，輸出端接第二開關的控制端;所述第二開關的上端接第二電 流源的下端，下端接第二電容的上極板;所述第二電容的下極板接地;所述第三開關的上端 接第二電容的上極板和第四開關的左端，第三開關的下端接地;所述窄脈沖發(fā)生器的輸入 端接第六反相器的輸出端，輸出端接第七反相器的輸入端以及第四開關的控制端;所述第 七反相器的輸出端接第一與門的一個輸入端;所述第一與門的另一輸入端接開通信號，輸 出端接第三開關的控制端;所述第三開關的右端接第一緩沖器的正向輸入端;所述第一緩 沖器的負向輸入端接自身的輸出端，并接到第三匪0S管的柵端;所述第三匪0S管的漏端接 第四PMOS的漏端，源端接第三電流源的上端;所述第四PMOS管的源端接內部電源電壓，柵端 接第二偏置電壓;所述第三電流源的下端接地，上端還接到第四NMOS管的源端;所述第四 匪0S管的柵端接第三基準電壓，漏端接第五PMOS管的漏端;所述第五PMOS管的源端接內部 電源電壓，柵端接自身的漏端及第六PMOS管的柵端;所述第六PMOS管的源端接內部電源電 壓，漏端接電阻的上端;所述電阻的下端接地，上端電壓即為限流電壓。19.根據(jù)權利要求14所述的副邊控制電路，其特征在于:所述原邊輔控單元的HVM控制 電路中限流電壓產(chǎn)生電路，包括第八反相器、第二與門、高頻振蕩器、Μ位減法計數(shù)器、Μ位數(shù) 模轉換器、第二緩沖器，所述第八反相器的輸入端接窄脈沖開通信號，輸出端接第二與門的 一個輸入端;所述第二與門的另一個輸入端接高頻振蕩器的輸出端，輸出端接Μ位減法計數(shù) 器的輸入端;所述Μ位減法計數(shù)器的輸出端接Μ位數(shù)模轉換器的輸入端;所述Μ位數(shù)模轉換器 的輸出端接第二緩沖器的正向輸入端;所述第二緩沖器的負向輸出端接自身的輸出端，輸 出端的電壓即為限流電壓。
【文檔編號】H02M7/217GK106026712SQ201610564798
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月15日
【發(fā)明人】於昌虎, 唐盛斌, 肖華
【申請人】深圳南云微電子有限公司