專利名稱：同步整流反激式開關電源裝置及其控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及開關電源，更具體地說，涉及一種同步整流反激式開關電源裝置及其控制方法。
背景技術：
傳統(tǒng)反激式開關電源在低電壓、大電流輸出的情況下，整流二極管的導通壓降較高，輸出端整流的損耗使得開關電源的效率低下。為此，業(yè)內(nèi)采用MOSFET來取代整流二極管，并以同步整流方式工作，以達到降低整流損耗、提高電源效率的目的。圖IA所示是現(xiàn)有技術的一種同步整流開關管電源電路。相對于采用二極管進行整流的開關電源方案，圖IA 所示的同步整流開關管電源電路的效率可以大大提高。但是其存在不足之處同步整流方案和二次側反饋信號的電路并沒有很好的結合，在最終應用中往往需要加入額外的電路來實現(xiàn)相應的保護，從而導致開關電源裝置中包含的器件多、成本高，同時也大大降低了整體方案的可靠度。
圖IB所示是現(xiàn)有技術中原邊控制(PSR)架構的開關電源電路。該方案是近年來新開發(fā)的技術方案。其優(yōu)勢在于成本低廉，器件很少。但是這種方案由于先天的弱點，其效率甚至比采用二極管進行整流的方案還要低。其輸出電壓的控制由于是利用變壓器直接的耦合來偵測，所以對輸出的電壓、電流的控制相對二極管整流方案來說非常粗糙，目前也僅僅限于IOW以下低要求的應用。
在當今全球能源短缺的大環(huán)境下，業(yè)界需要效率更高、保護更完善的開關電源方案。并且，由于電子產(chǎn)業(yè)的日趨成熟。客戶對成本的要求越來越苛刻。因此，開發(fā)一種低成本、高效率的開關電源是目前業(yè)界的需求。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題在于，針對現(xiàn)有技術的上述開關電源成本高、效率低的缺陷，提供一種同步整流反激式開關電源裝置的控制方法。
本發(fā)明要解決的另一技術問題在于，針對現(xiàn)有技術的上述開關電源成本高、效率低的缺陷，提供一種同步整流反激式開關電源裝置。
本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是提供一種同步整流反激式開關電源裝置的控制方法，所述同步整流反激式開關電源裝置包括
變壓器，其具有一次側第一線圈、一次側第二線圈和二次側線圈；
用于通過導通/關斷動作對所述一次側第一線圈斷續(xù)地施加電壓的開關元件；
用于控制所述開關元件的導通/關斷動作的一次側控制電路；
用于對二次側線圈的電流進行整流的同步整流開關管；
用于控制所述同步整流開關管導通、關斷的二次側控制電路；
所述控制方法包括
在第一時間段，將能量從一次側傳遞到二次側；
在第二時間段，在二次側基于輸出負載狀況生成反饋信號，所述反饋信號從二次側傳遞到一次側，在一次側基于所述反饋信號生成用于控制所述開關元件在下一個開關周期的導通/關斷動作的PWM控制信號。
明解決其技術問題所采用的另一技術方案是提供一種同步整流反激式開關電源裝置的控制方法，所述同步整流反激式開關電源裝置包括
變壓器，其具有一次側第一線圈、一次側第二線圈和二次側線圈；
用于通過導通/關斷動作對所述一次側第一線圈斷續(xù)地施加電壓的開關元件；
用于控制所述開關元件的導通/關斷動作的一次側控制電路；
用于對二次側線圈的電流進行整流的同步整流開關管；
用于控制所述同步整流開關管導通、關斷的二次側控制電路；
所述控制方法包括
所述二次側控制電路基于二次側線圈電流偵測信號控制所述同步整流開關管導通、關斷；且在所述同步整流開關管從導通狀態(tài)到關斷狀態(tài)之間設置有一預定時間間隔，所述二次側控制電路在所述預定時間間隔內(nèi)控制所述同步整流開關管工作在過渡狀態(tài)，其中在所述過渡狀態(tài)所述同步整流開關管等效為一壓控電阻；
所述一次側控制電路基于所述同步整流開關管工作于過渡狀態(tài)時從二次側線圈耦合至一次側第二線圈上的反饋信號，生成用于控制所述開關元件的導通/關斷動作的 PWM控制信號。
在本發(fā)明所述的同步整流反激式開關電源裝置的控制方法中，包括
所述二次側控制電路采樣二次側輸出負載狀況，并當同步整流開關管工作在過渡狀態(tài)時基于所述二次側輸出負載狀況的采樣信號以及基準參考電壓調整二次側線圈兩端的電壓；其中所述二次側輸出負載狀況包括二次側輸出電壓和/或輸出電流的狀況。
在本發(fā)明所述的同步整流反激式開關電源裝置的控制方法中，所述同步整流開關管是場效應晶體管，所述過渡狀態(tài)為場效應晶體管工作在線性區(qū)時的狀態(tài)；
所述當同步整流開關管工作在過渡狀態(tài)時基于所述二次側輸出負載狀況的采樣信號以及基準參考電壓調整二次側線圈兩端的電壓包括
將測得的二次側輸出負載狀況的采樣信號Vfb與基準參考電壓Vref比較，并通過公式計算得到一誤差信號Vot = KX (Vfb-U，其中K是基于所述變壓器的匝數(shù)比、一次側電阻分壓電路和二次側采樣電路中電阻的阻值而確定的系數(shù)；
調整二次側線圈兩端的電壓，使得V。ut_VVSDS = Vot，其中V。ut是二次側輸出電壓、 Vvsds是場效應晶體管工作在線性區(qū)時其漏-源極之間的電壓。
在本發(fā)明所述的同步整流反激式開關電源裝置的控制方法中，包括
所述一次側控制電路基于所述反饋信號確定所述同步整流開關管進入過渡狀態(tài)并開始計時，當達到所述預定時間間隔時向所述開關元件發(fā)送所述PWM控制信號，以啟動下一個開關周期的操作。
本發(fā)明解決其技術問題所采用的另一技術方案是構造一種同步整流反激式開關電源裝置，包括
變壓器，其具有一次側第一線圈、一次側第二線圈和二次側線圈；
用于通過導通/關斷動作對所述一次側第一線圈斷續(xù)地施加電壓的開關元件；
用于控制所述開關元件的導通/關斷動作的一次側控制電路；
用于對二次側線圈的電流進行整流的同步整流開關管；
用于控制所述同步整流開關管導通、關斷的二次側控制電路；
其特征在于，
所述一次側控制電路包括
反饋信號接收模塊，用于接收從二次側線圈耦合至一次側第二線圈上的反饋信號；
PWM控制信號生成模塊，用于基于所述反饋信號生成用于控制所述開關元件的導通/關斷動作的PWM控制信號；
時鐘模塊，用于計時并當達到一預定時間間隔時發(fā)送觸發(fā)信號；
開關元件驅動模塊，用于響應所述觸發(fā)信號向所述開關元件發(fā)送所述PWM控制信號；
所述二次側控制電路包括
二次側線圈電流偵測模塊；
開關控制邏輯模塊，其基于偵測到的二次側線圈電流發(fā)送用于控制所述同步整流開關管工作在導通、關斷或過渡狀態(tài)的信號；其中在所述過渡狀態(tài)所述同步整流開關管等效為一壓控電阻；
同步整流開關管驅動模塊，根據(jù)所述開關控制邏輯電路發(fā)送的信號控制同步整流開關管導通、關斷，并在所述同步整流開關管導通狀態(tài)下當電流偵測電路偵測到二次側線圈電流過零時，在同步整流開關管的受控端上施加使其工作在過渡狀態(tài)的電壓；
二次側線圈兩端電壓調整信號生成模塊，用于當同步整流開關管工作在過渡狀態(tài)時基于二次側輸出負載狀況的采樣信號以及基準參考電壓調整二次側線圈兩端的電壓。
在本發(fā)明所述的同步整流反激式開關電源裝置中，
所述計時從所述同步整流開關管進入過渡狀態(tài)時開始；
所述二次側輸出負載狀況包括二次側輸出電壓和/或輸出電流的狀況。
在本發(fā)明所述的同步整流反激式開關電源裝置中，還包括連接于所述一次側第二線圈的一次側電阻分壓電路和連接于所述二次側輸出端的二次側采樣電路，其中
所述一次側控制電路通過一次側電阻分壓電路采樣所述一次側第二線圈上的反饋信號；
所述二次側控制電路通過二次側采樣電路采樣二次側輸出負載狀況。
在本發(fā)明所述的同步整流反激式開關電源裝置中，所述同步整流開關管是場效應晶體管，所述過渡狀態(tài)為場效應晶體管工作在線性區(qū)時的狀態(tài)；
所述當同步整流開關管工作在過渡狀態(tài)時基于所述二次側輸出負載狀況的采樣信號以及基準參考電壓調整二次側線圈兩端的電壓包括
所述二次側線圈兩端電壓調整信號生成模塊將測得的二次側輸出負載狀況的采樣信號Vfb與基準參考電壓Vrrf比較，并通過公式計算得到一誤差信號Vot = KX (VFB-Vref)， 其中K是基于所述變壓器的匝數(shù)比、一次側電阻分壓電路和二次側采樣電路中電阻的阻值而確定的系數(shù)；
通過調整所述場效應晶體管工作在線性區(qū)時其漏-源極之間的電壓、1來調整二次側線圈兩端的電壓，使得v。ut-vVSDS = Vm，其中V。ut是二次側輸出電壓。
在本發(fā)明所述的同步整流反激式開關電源裝置中，所述一次側控制電路中的PWM 控制信號生成模塊基于在所述同步整流開關管工作于過渡狀態(tài)時從二次側線圈耦合至一次側第二線圈上的反饋信號生成所述PWM控制信號。
實施本發(fā)明，具有以下有益效果本發(fā)明提供了一種高效率的隔離型AC —DC的解決方案。在本發(fā)明的同步整流反激式開關電源裝置中，由于采用了分時控制的方案，不需要傳統(tǒng)的額外的控制信號傳遞回路(例如開關管TL431及光耦所組成的信號傳遞回路)，因而在保證開關電源高效率的同時，降低了成本。此外，由于采用的器件少，使得可靠性得以提尚ο
另外，由于在對二次側輸出負載狀況的采樣信號的處理過程中，引入了基準參考電壓作為比較基礎，使得控制的準確性得以大幅提高。


下面將結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中
圖IA是現(xiàn)有技術的同步整流開關管電源的電路原理圖IB是現(xiàn)有技術的PSR架構開關電源的電路原理圖2A是本發(fā)明同步整流反激式開關電源裝置的原理框圖2B是本發(fā)明同步整流反激式開關電源裝置中一次側控制電路的原理框圖2C是本發(fā)明同步整流反激式開關電源裝置中二次側控制電路的原理框圖3A是根據(jù)本發(fā)明一實施例的同步整流反激式開關電源裝置的電路原理圖;3B是圖3A所示同步整流反激式開關電源裝置在一次側開關元件導通、二側次同步整流開關管關斷時的等效電路圖3C是圖3A所示同步整流反激式開關電源裝置在一次側開關元件關斷、二側次同步整流開關管導通時的等效電路圖3D是圖3A所示同步整流反激式開關電源裝置在一次側開關元件關斷、二側次同步整流開關管處于過渡狀態(tài)時的等效電路圖4是圖3A所示同步整流反激式開關電源裝置的信號時序圖5是根據(jù)本發(fā)明一實施例的同步整流反激式開關電源裝置中二側次控制電路的基本邏輯圖6是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的同步整流反激式開關電源裝置的電路原理圖。
具體實施方式
本發(fā)明構思一種帶有同步整流的反激式開關電源應用架構，在每個開關周期的末端增加一個固定的預定時間間隔，在此預定時間間隔內(nèi)二次側控制電路偵測輸出負載電壓和/或電流的大小、并與基準參考電壓比較產(chǎn)生控制所需的誤差信號，并通過調節(jié)同步整流開關管至過渡狀態(tài)(例如工作在線性區(qū))將該信號通過主變壓器耦合至一次側，以實現(xiàn)對輸出電壓或電流的控制。從而使整個應用架構達到最佳成本性能比。
如圖2A所示，同步整流反激式開關電源裝置包括變壓器TX4、一次側控制電路K1、 開關元件(例如M0SFET)Q855、一次側電阻分壓電路(包括電阻Rpl、Rp2)、二次側控制電路K2、同步整流開關管(例如MOSFET) Q856和二次側采樣電路S2。
變壓器TX4具有一次側第一線圈Lpl、一次側第二線圈Lp2和二次側線圈Ls。
在一次側，開關元件Q855的受控端連接于一次側控制電路Kl的控制信號輸出端以接收PWM控制信號VPGATA。在PWM控制信號的控制下開關元件Q855通過導通/關斷動作對一次側第一線圈Lpl斷續(xù)地施加電壓。一次側控制電路Kl的反饋信號輸入端通過一次側電阻分壓電路連接于一次側第二線圈Lp2，用于接收從二次側線圈Ls耦合至一次側第二線圈Lp2上的反饋信號VB，并基于該反饋信號生成用于控制開關元件Q855的導通/關斷動作的脈沖寬度調制(PWM)控制信號。
在二次側，同步整流開關管Q856的受控端連接于二次側控制電路K2的控制信號輸出端以接收同步整流開關管驅動信號VSGATE，以對二次側線圈Ls的電流進行整流。二次側控制電路K2連接于二次側線圈Ls，其采樣信號輸入端通過二次側采樣電路S2連接于開關電源二次側的輸出端，以采樣輸出負載狀況(例如輸出電流和/或輸出電壓)。二次側控制電路K2的二次側線圈電流信號偵測端連接于同步整流開關管Q856的漏極。
如圖2B所示，一次側控制電路Kl包括反饋信號接收模塊12、PWM控制信號生成模塊14、時鐘模塊16和開關元件驅動模塊18。
如圖2C所示，二次側控制電路K2包括二次側線圈電流偵測模塊22、二次側線圈兩端電壓調整信號生成模塊24、開關控制邏輯模塊沈和同步整流開關管驅動模塊觀。
在操作過程中，二次側控制電路K2中，通過二次側線圈電流偵測模塊22偵測得到二次側線圈電流偵測信號，開關控制邏輯模塊26基于二次側線圈電流偵測信號產(chǎn)生控制邏輯，并通過同步整流開關管驅動模塊觀控制同步整流開關管Q856工作在導通、關斷及過渡狀態(tài)。在同步整流開關管Q856從導通狀態(tài)到關斷狀態(tài)之間設置有一預定時間間隔(可根據(jù)實際應用進行設置，例如該預定時間間隔Δ t可以在0. 5微秒至1微秒之間選擇，即0. 5 微秒< At < 1微秒)，在該預定時間間隔內(nèi)，通過二次側采樣電路采樣二次側輸出負載狀況(例如輸出電流和/或輸出電壓)，輸出端負載狀況的采樣信號傳送至二次側線圈兩端電壓調整信號生成模塊對，由后者基于該采樣信號生成調整信號，并將調整信號傳送至同步整流開關管驅動模塊觀，以控制同步整流開關管Q856工作在導通狀態(tài)與關斷(截止)狀態(tài)之間的過渡狀態(tài)(例如，工作在晶體管的線性區(qū))。在該過渡狀態(tài)同步整流開關管等效為一壓控電阻，這樣，基于調整信號，二次側線圈兩端的電壓得以調整，從而使得二次側線圈兩端的電壓反映出負載狀況的信息。有關這一點，將在后面結合圖3A-3D和圖4做詳細說明。
二次側線圈兩端的電壓信號通過變壓器耦合至一次側第二線圈生成反饋信號VB， 并通過一次側電阻分壓電路采樣后傳送至反饋信號接收模塊12，PWM控制信號生成模塊14 基于該反饋信號的采樣生成PWM控制信號(即調整PWM信號的占空比)，并傳送至開關元件驅動模塊18，以在一下開關周期內(nèi)控制開關元件導通、關斷的時間。
在二次側的同步整流開關管從導通狀態(tài)轉變到過渡狀態(tài)的瞬間，一次側控制電路 Kl中的反饋信號接收模塊12偵測到二次側線圈兩端電壓發(fā)生突變時(即二次側線圈電流過零時)，此時，時鐘模塊16開始計時，并當達到預定時間間隔之后，觸發(fā)開關元件驅動模塊18，以啟動下一個開關周期。
圖3A是根據(jù)本發(fā)明一實施例的同步整流反激式開關電源裝置的電路原理圖。
如圖3A所示，在本發(fā)明的一實施例中，同步整流反激式開關電源裝置包括變壓器TX4、一次側控制電路Kl、開關元件(例如M0SFET)Q855、一次側電阻分壓電路(包括電阻 Rpl、Rp2)、二次側控制電路K2、同步整流開關管(例如M0SFET)Q856和二次側采樣電路(包括電阻Rsl、Rs2，本實施例中為輸出電壓采樣)。
開關元件Q855的受控端連接于一次側控制電路Kl的控制信號輸出端GATE1，用于通過導通/關斷動作對一次側第一線圈斷續(xù)地施加電壓。一次側控制電路Kl的反饋信號輸入端FBl通過一次側電阻分壓電路連接于一次側第二線圈Lp2，用于偵測從二次側線圈 Ls耦合至一次側第二線圈Lp2上的反饋信號VB，并基于該反饋信號生成用于控制開關元件 Q855的導通/關斷動作的PWM控制信號。
同步整流開關管Q856的受控端連接于二次側控制電路K2的控制信號輸出端 GATE2，用于對二次側線圈Ls的電流進行整流。二次側控制電路K2連接于二次側線圈Ls， 其采樣信號輸入端FB2通過二次側采樣電路連接于開關電源二次側的輸出端，以采樣二次側輸出負載狀況(例如輸出電流和/或輸出電壓)。二次側控制電路K2的二次側線圈電流信號偵測端VD連接于同步整流開關管Q856的漏極。
二次側控制電路K2基于二次側線圈電流偵測信號控制同步整流開關管Q856工作在導通、關斷及過渡狀態(tài)，并在同步整流開關管Q856從導通狀態(tài)到關斷狀態(tài)之間預留一預定時間間隔，在該預定時間間隔內(nèi)，通過二次側采樣電路采樣輸出電壓，并控制同步整流開關管Q856工作在導通狀態(tài)與關斷(截止)狀態(tài)之間的過渡狀態(tài)(例如，工作在晶體管的線性區(qū))，同步整流開關管在該過渡狀態(tài)等效為一壓控電阻。
雖然在本發(fā)明的實施例中，開關元件Q855和同步整流開關管Q856是以金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)為例進行說明的，但本發(fā)明不限于此。在本發(fā)明的其他實施例中，開關元件Q855和/或同步整流開關管Q856還可以采用其他類型的開關管，例如雙極型晶體管(BJT)。另外，雖然在圖3A所示的實施例中，一次側控制電路Kl和二次側控制電路K2是采用集成電路(IC)芯片實施，但本發(fā)明不限于此。在本發(fā)明的其他實施例中，一次側控制電路Kl和二次側控制電路K2也可以采用離散元件組成的控制電路來實施。
其控制過程是當二次側控制電路K2檢測到同步整流開關管的體二極管順向導通(即二次側線圈電流ID從零到有電流)，則打開同步整流開關管Q856 ；當檢測到二次側線圈電流ID從大到小過零點時，控制同步整流開關管Q856進入過渡狀態(tài)。同時，一次側控制電路Kl通過其反饋信號輸入端FBl同樣也可以偵測到二次側線圈電流ID的過零時間。 當一次側控制電路偵測到ID過零時，一次側控制電路開始偵測二次側線圈在一次側線圈上生成的反饋信號。并基于此反饋信號來調整PWM控制信號的占空比以達到控制輸出電壓或電流的目的。一次側控制電路內(nèi)部設置的時鐘模塊從二次側線圈電流ID過零時間開始計時，當達到預定時間間隔，發(fā)出觸發(fā)信號，以開始下一個開關周期的操作。
以下結合圖3B-圖3D和圖4，對圖3A所示的同步整流反激式開關電源裝置的工作原理進行說明。
圖;3B是圖3A所示同步整流反激式開關電源裝置在一次側開關元件導通、二側次同步整流開關管關斷時的等效電路圖，其對應于圖4所示時序圖中的Tl至T2時間段。從 Tl至T2時間段，只有一次側電路有能量的轉移，將輸入的能量儲存在變壓器中。而二次側的由于同步整流開關管Q856的截止除了電容外基本沒有能量的轉移。
從時間Tl至T2的時間段(參見圖3B)。由于開關元件Q855的柵極接收的PWM控制信號VPGATE為高電平，開關元件Q855導通。而同步整流開關管柵極接收的驅動信號 VSGATE為低電平，同步整流開關管Q856關斷。且由于極性問題，由反激架構的原理可知，變壓器TX4的二次側線圈Ls和一次側第二線圈LP2都為開路。此時電路通過輸入電壓VBUS 對一次側第一線圈LPl充電。
圖3C是圖3A所示同步整流反激式開關電源裝置在一次側開關元件關斷、二側次同步整流開關管導通時的等效電路圖，其對應于圖4所示時序圖中的T2至T3時間段。在 T2至T3的時間段，同步整流開關管Q856導通，存儲在變壓器中的能量通過同步整流開關管 Q856釋放出來對負載和輸出電容進行充電。
到達時間T2時，由于一次側控制電路Kl送出關斷(off)信號，開關元件Q855關斷。由于變壓器TX4的續(xù)流作用，二次側線圈Ls和一次側第二線圈LP2續(xù)流。由于同步整流開關管Q856的體二極管的續(xù)流作用，二次側控制電路K2偵測到體二極管順向導通(即偵測到二次側線圈中的電流ID)而打開同步整流開關管Q856，從而降低導通損耗，提高了轉換效率。
圖3D是圖3A所示同步整流反激式開關電源裝置在一次側開關元件關斷、二側次同步整流開關管處于過渡狀態(tài)時的等效電路圖，其對應于圖4所示時序圖中的T3至T4時間段(即預定的時間間隔At)。在T3至T4時間段，通過對二次側輸出負載的偵測，由于分壓電阻Rp3和Rp4的關系，此時變壓器才是正真意義上的變壓器，控制信號通過變壓器耦合到一次側并完成信號的傳遞。
到達時間T3時，二次側控制電路K2偵測到二次側線圈電流ID過零點，同步整流開關管Q856中的體二極管截止，此時的動作和傳統(tǒng)的同步整流IC的動作不一樣(傳統(tǒng)IC 直接關斷同步整流開關管Q856，并等待下一周期信號的到來)。
本發(fā)明的開關電源裝置在T3至T4時的工作過程如下
i. 二次側控制電路K2通過采樣信號輸入端FB2接收的偵測到的輸出電壓和/或輸出電流的采樣信號Vfb，并與內(nèi)部的基準參考電壓Vref進行比較得出誤差信號Vm，通過以下公式計算得出
Verr = KX (VFB-Vref)
其中，K是基于變壓器的匝數(shù)比、一次側電阻分壓電路和二次側采樣電路中電阻的阻值而確定的系數(shù)；
ii.并不是立即關斷同步整流開關管Q856，而是控制同步整流開關管Q856工作在過渡狀態(tài)(例如線性區(qū))，使其等效為一個壓控電阻，并將二次側線圈Ls兩端的電壓調節(jié)到 VOT。即有如下公式
Verr = Vout-Vvsns
iii.此時的等效電路如圖3D。由于一次側的開關元件Q855還處于關斷階段，可以認為是開路。二次側線圈Ls兩端的電壓Vot通過一次側第二線圈Lp2耦合，輸出到Rpl 和Rp2所組成的一次側電阻分壓電路上。此時一次側控制電路Kl通過偵測其反饋信號輸入端FBl的電壓，即得到從二次側反饋過來的反饋量。再利用該反饋量控制下一開關周期開關元件Q855導通時間的長度(通過調整PWM控制信號的占空比實現(xiàn))，從而達到對輸出的調整。
當?shù)竭_T4時，下一開關周期開始，開關元件Q855導通，而同步整流開關管Q856完全關斷。
圖4是圖3A所示同步整流反激式開關電源裝置的信號時序圖。在圖4中各曲線表示的信號為
曲線a)表示的是一次側控制電路輸出到同步整流開關管受控端的PWM控制信號 VPGATE的時序曲線b)表示的是一次側開關元件Q855漏極的電壓電平VPDS的時序曲線c)表示的是一次側的開關元件Q855源極的電壓電平VCS的時序曲線d)表示的是二次側的同步整流開關管Q856柵極的控制信號VSGATE的時序曲線e)表示的是一次側第二線圈從二次側線圈耦合到的反饋信號VB的時序曲線f)表示的是二次側的同步整流開關管Q856漏極的電壓電平VSDS的時序圖
曲線g)表示的是二次側線圈電流ID的時序圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明一實施例的同步整流反激式開關電源裝置中二側次控制電路的基本邏輯圖。如圖5所示，二次側控制電路包括
電流偵測模塊52，用于偵測二次側線圈電流；
電壓調整信號生成模塊M，用于在同步整流開關管工作在過渡狀態(tài)時基于二次側輸出負載狀況的采樣信號Vfb生成用于調整二次側線圈兩端電壓的調整信號(通過對同步整流開關管(例如場效應晶體管)的壓控電阻的控制)；
開關控制邏輯模塊56，其基于偵測到的二次側線圈電流ID發(fā)送用于控制同步整流開關管工作在導通、關斷或過渡狀態(tài)的信號；
同步整流開關管驅動模塊58，根據(jù)開關控制邏輯模塊發(fā)送的信號控制同步整流開關管工作在導通、關斷或過渡狀態(tài)，在同步整流開關管導通狀態(tài)下當電流偵測模塊偵測到二次側線圈電流過零時，在同步整流開關管的受控端上施加使其工作在過渡狀態(tài)(例如線性區(qū))的電壓。
其中電壓調整信號生成模塊M包括
第一運算放大器M2，其正相輸入端連接于二次側采樣電路，反相輸入端連接于基準參考電壓源，
電壓減法器M4，其第一輸入端連接于二次側線圈的一端，第二輸入端連接于二次側線圈的另一端，在一實施例中，二次側線圈的該另一端與場效應晶體管漏極相連；
第二運算放大器M6，其正相輸入端連接于第一運算放大器的輸出端，反相輸入端連接于電壓減法器的輸出端，第二運算放大器的輸出端連接于同步整流開關管驅動模塊 58。
圖6是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的同步整流反激式開關電源裝置的電路原理圖。與圖3A所示的同步整流反激式開關電源裝置相比，只是二次側采樣電路與圖3A中所示的不同，其余部分完全相同。圖3A中的二次側采樣電路是通過電阻分壓電路對輸出電壓進行采樣，而圖6中的二次側采樣電路是通過電流采樣電阻Rs3對輸出電流進行采樣，從而獲得輸出負載狀況的信息。
作為另一選擇，還可以同時對輸出電壓和輸出電流進行采樣，并將采樣信號傳送至二次側控制電路的反饋信號輸入端FB2，從而使二次側控制電路得到所偵測的輸出負載狀況的信息。本發(fā)明的技術方案的重點在于，二次側的反饋信號是通過變壓器TX4傳遞到一次側的，其實現(xiàn)的方式是采用變壓器的分時復用，即，在每一個開關周期中加入一個固定的額外時間間隔(即預定時間間隔At))用以傳遞反饋信號，也就是在時序圖的Tl到T3時間內(nèi)是主能量從一次側傳遞到二次側。而T3到T4的時間內(nèi)是二次側的控制信號通過同步整流開關管Q856的動作傳遞到一次側控制電路(此時傳遞的也是能量，只是該能量非常小)， 一次側控制電路再根據(jù)該信號來決定下一開關周期將要傳遞到二次側的能量的大小，也就是說決定下一開關周期控制開關元件Q855導通/關斷的PWM控制信號的占空比。在目前通用的做法中一般通過額外的光耦1853和開關管TL431組成的反饋鏈路 (參見圖1)或通過其他光電耦合、電磁耦合將信號傳遞到一次側供一次側控制電路使用。 由于其從一次側到二次側的主能量的傳遞鏈路和二次側的控制信號的傳遞鏈路是兩條不同的鏈路，所以能量的傳遞和反饋信號的傳遞是同時進行的。但本發(fā)明的分時控制可以達到同樣的效果，并且由于不需要傳統(tǒng)的額外的控制信號傳遞回路，如開關管TL431及光耦所組成的信號傳遞回路，因而在保證開關電源高效率的同時，降低了成本。
權利要求
1.一種同步整流反激式開關電源裝置的控制方法，所述同步整流反激式開關電源裝置包括變壓器，其具有一次側第一線圈、一次側第二線圈和二次側線圈；用于通過導通/關斷動作對所述一次側第一線圈斷續(xù)地施加電壓的開關元件；用于控制所述開關元件的導通/關斷動作的一次側控制電路；用于對二次側線圈的電流進行整流的同步整流開關管；用于控制所述同步整流開關管導通、關斷的二次側控制電路；其特征在于，所述控制方法包括在第一時間段，將能量從一次側傳遞到二次側；在第二時間段，在二次側基于輸出負載狀況生成反饋信號，所述反饋信號從二次側傳遞到一次側，在一次側基于所述反饋信號生成用于控制所述開關元件在下一個開關周期的導通/關斷動作的PWM控制信號。
2.一種同步整流反激式開關電源裝置的控制方法，所述同步整流反激式開關電源裝置包括變壓器，其具有一次側第一線圈、一次側第二線圈和二次側線圈；用于通過導通/關斷動作對所述一次側第一線圈斷續(xù)地施加電壓的開關元件；用于控制所述開關元件的導通/關斷動作的一次側控制電路；用于對二次側線圈的電流進行整流的同步整流開關管；用于控制所述同步整流開關管導通、關斷的二次側控制電路；其特征在于，所述控制方法包括所述二次側控制電路基于二次側線圈電流偵測信號控制所述同步整流開關管導通、關斷；且在所述同步整流開關管從導通狀態(tài)到關斷狀態(tài)之間設置有一預定時間間隔，所述二次側控制電路在所述預定時間間隔內(nèi)控制所述同步整流開關管工作在過渡狀態(tài)，其中在所述過渡狀態(tài)所述同步整流開關管等效為一壓控電阻；所述一次側控制電路基于所述同步整流開關管工作于過渡狀態(tài)時從二次側線圈耦合至一次側第二線圈上的反饋信號，生成用于控制所述開關元件的導通/關斷動作的PWM控制信號。
3.根據(jù)權利要求2所述的同步整流反激式開關電源裝置的控制方法，其特征在于，包括所述二次側控制電路采樣二次側輸出負載狀況，并當同步整流開關管工作在過渡狀態(tài)時基于所述二次側輸出負載狀況的采樣信號以及基準參考電壓調整二次側線圈兩端的電壓；其中所述二次側輸出負載狀況包括二次側輸出電壓和/或輸出電流的狀況。
4.根據(jù)權利要求3所述的同步整流反激式開關電源裝置的控制方法，其特征在于，所述同步整流開關管是場效應晶體管，所述過渡狀態(tài)為場效應晶體管工作在線性區(qū)時的狀態(tài)；所述當同步整流開關管工作在過渡狀態(tài)時基于所述二次側輸出負載狀況的采樣信號以及基準參考電壓調整二次側線圈兩端的電壓包括將測得的二次側輸出負載狀況的采樣信號Vfb與基準參考電壓Vref比較，并通過公式計算得到一誤差信號Vm = KX (VFB-Vref)，其中K是基于所述變壓器的匝數(shù)比、一次側電阻分壓電路和二次側采樣電路中電阻的阻值而確定的系數(shù)；調整二次側線圈兩端的電壓，使得V。ut_VVSDS = Vm，其中V。ut是二次側輸出電壓、Vvsds是場效應晶體管工作在線性區(qū)時其漏-源極之間的電壓。
5.根據(jù)權利要求2至4中任一項所述的同步整流反激式開關電源裝置的控制方法，其特征在于，包括所述一次側控制電路基于所述反饋信號確定所述同步整流開關管進入過渡狀態(tài)并開始計時，當達到所述預定時間間隔時向所述開關元件發(fā)送所述PWM控制信號，以啟動下一個開關周期的操作。
6.一種同步整流反激式開關電源裝置，包括變壓器，其具有一次側第一線圈、一次側第二線圈和二次側線圈；用于通過導通/關斷動作對所述一次側第一線圈斷續(xù)地施加電壓的開關元件；用于控制所述開關元件的導通/關斷動作的一次側控制電路；用于對二次側線圈的電流進行整流的同步整流開關管；用于控制所述同步整流開關管導通、關斷的二次側控制電路；其特征在于，所述一次側控制電路包括反饋信號接收模塊，用于接收從二次側線圈耦合至一次側第二線圈上的反饋信號； PWM控制信號生成模塊，用于基于所述反饋信號生成用于控制所述開關元件的導通/ 關斷動作的PWM控制信號；時鐘模塊，用于計時并當達到一預定時間間隔時發(fā)送觸發(fā)信號；開關元件驅動模塊，用于響應所述觸發(fā)信號向所述開關元件發(fā)送所述PWM控制信號；所述二次側控制電路包括二次側線圈電流偵測模塊；開關控制邏輯模塊，其基于偵測到的二次側線圈電流發(fā)送用于控制所述同步整流開關管工作在導通、關斷或過渡狀態(tài)的信號；其中在所述過渡狀態(tài)所述同步整流開關管等效為一壓控電阻；同步整流開關管驅動模塊，根據(jù)所述開關控制邏輯電路發(fā)送的信號控制同步整流開關管導通、關斷，并在所述同步整流開關管導通狀態(tài)下當電流偵測電路偵測到二次側線圈電流過零時，在同步整流開關管的受控端上施加使其工作在過渡狀態(tài)的電壓；二次側線圈兩端電壓調整信號生成模塊，用于當同步整流開關管工作在過渡狀態(tài)時基于二次側輸出負載狀況的采樣信號以及基準參考電壓調整二次側線圈兩端的電壓。
7.根據(jù)權利要求6所述的同步整流反激式開關電源裝置，其特征在于， 所述計時從所述同步整流開關管進入過渡狀態(tài)時開始；所述二次側輸出負載狀況包括二次側輸出電壓和/或輸出電流的狀況。
8.根據(jù)權利要求7所述的同步整流反激式開關電源裝置，其特征在于，還包括連接于所述一次側第二線圈的一次側電阻分壓電路和連接于所述二次側輸出端的二次側采樣電路，其中所述一次側控制電路通過一次側電阻分壓電路采樣所述一次側第二線圈上的反饋信號；所述二次側控制電路通過二次側采樣電路采樣二次側輸出負載狀況。
9.根據(jù)權利要求8所述的同步整流反激式開關電源裝置，其特征在于，所述同步整流開關管是場效應晶體管，所述過渡狀態(tài)為場效應晶體管工作在線性區(qū)時的狀態(tài)；所述當同步整流開關管工作在過渡狀態(tài)時基于所述二次側輸出負載狀況的采樣信號以及基準參考電壓調整二次側線圈兩端的電壓包括所述二次側線圈兩端電壓調整信號生成模塊將測得的二次側輸出負載狀況的采樣信號Vfb與基準參考電壓Vrrf比較，并通過公式計算得到一誤差信號Vot = KX (Vfb-Vm)，其中 K是基于所述變壓器的匝數(shù)比、一次側電阻分壓電路和二次側采樣電路中電阻的阻值而確定的系數(shù)；通過調整所述場效應晶體管工作在線性區(qū)時其漏-源極之間的電SVvsds來調整二次側線圈兩端的電壓，使得v。ut-vVSDS = Vm，其中V。ut是二次側輸出電壓。
10.根據(jù)權利要求6或7所述的同步整流反激式開關電源裝置，其特征在于，所述一次側控制電路中的PWM控制信號生成模塊基于在所述同步整流開關管工作于過渡狀態(tài)時從二次側線圈耦合至一次側第二線圈上的反饋信號生成所述PWM控制信號。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種同步整流反激式開關電源裝置及其控制方法。所述控制方法包括在第一時間段，將能量從一次側傳遞到二次側；在第二時間段，在二次側基于輸出負載狀況生成反饋信號，所述反饋信號從二次側傳遞到一次側，在一次側基于反饋信號生成用于控制開關元件下一個開關周期的導通/關斷動作的PWM控制信號。本發(fā)明提供了一種高效率的隔離型AC→DC的解決方案，由于采用了分時控制的方案，不需要傳統(tǒng)的額外的控制信號傳遞回路，因而在保證開關電源高效率的同時，降低了成本。此外，由于采用的器件少，使得可靠性高。另外，由于在對二次側輸出負載狀況的采樣信號的處理過程中引入了基準參考電壓作為比較基礎，使得控制的準確性大幅提高。
文檔編號H02M3/335GK102497105SQ201110396208
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月2日 優(yōu)先權日2011年12月2日
發(fā)明者曾傳興 申請人:深圳市菱晟科技有限公司