开关电源变换器的控制电路及控制方法技术

本发明专利技术涉及一种开关电源变换器的控制电路及控制方法，包括输出信号采样保持模块、误差放大器、锯齿信号发生器、PWM比较器、退磁检测比较器、定时模块、退磁时间保持迭代模块、原级侧中值电流采样模块、恒流计算模块和峰值电流比较器；所述输出信号采样保持模块通过变压器次级线圈和辅助线圈的耦合关系，在变压器退磁阶段，从辅助线圈采样表示次级线圈电压的反馈信号；采样信号与基准电压经过误差放大器放大，误差放大器的输出与锯齿信号进行调制，产生PWM信号控制功率管的导通；功率管导通阶段，原级侧功率管采样电阻的压降大于恒流环路计算出的门限电压，功率管关断。本发明专利技术可以使开关电源工作在CCM模式，实现各种工作模式下恒压恒流功能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种开关电源变换器的控制电路及控制方法，尤其是一种反激式开关电源变换器的控制电路及控制方法，属于集成电路

技术介绍
反激式开关电源因其简单的应用结构和低的成本而被广泛应用。在传统的反激式开关电源中，通常采用光耦器件和TL431来隔离采样次级侧输出电压信号进行环路调制，这增加了系统成本。此外，随输出电流大小变化的电缆压降通常较难补偿。为了降低反激式开关电源的系统成本和体积，采用初级侧采样调制的开关电源应用越来越广。在初级侧调整中，通过次级线圈和辅助线圈的耦合关系，在变压器退磁过程中，将次级线圈上的电压信息传递到辅助线圈上，开关电源控制器在变压器退磁阶段采样辅助线圈上的电压，从而实现输出电压信号从次级侧到初级侧的隔离传递，这省去了光耦器件和TL431隔离采样路径，降低了电源系统成本及体积。此外，开关电源控制器可以根据采样得到的电压信号与基准电压放大后的误差量来计算输出电流的大小，从而实现输出电缆压降的补偿，并实现输出电流的恒流控制。然而，现有的初级侧采样调制的开关电源受限于恒流控制及次谐波振荡等问题，只能工作在DCM模式，为满足全电压范围内空载条件下最小退磁时间的长度，这限制了初级侧采样调制开关电源的工作频率，影响单位体积的开关电源功率密度。此外，相对于CCM模式，同等输出功率条件下的DCM模式的初次级峰值电流较大，功率路径的损耗较大，会影响开关电源的转换效率。高功率密度是开关电源发展的必然趋势。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种开关电源变换器的控制电路及控制方法，能够实现初级侧采样反激式开关电源在CCM模式工作，并实现各种工作模式下恒压恒流功能。按照本专利技术提供的技术方案，所述开关电源变换器的控制电路，其特征是：所述开关电源变换器的控制电路包括输出信号采样保持模块、误差放大器、锯齿信号发生器、PWM比较器、退磁检测比较器、定时模块、退磁时间保持迭代模块、原级侧中值电流采样模块、恒流计算模块、峰值电流比较器、触发器和驱动模块；所述输出信号采样保持模块的输入端连接变压器辅助线圈NAUX的采样端，输出信号采样保持模块的输出端连接误差放大器的第一输入端，误差放大器的第二输入端连接第一基准电压Vth_EA，误差放大器的输出信号VCOMP连接至PWM比较器的第一输入端，PWM比较器的第二输入端连接锯齿信号，PWM比较器输出PWM信号，PWM信号连接与门的第一输入端，与门的第二输入端连接退磁结束标志信号，与门的输出端连接触发器的S端，触发器的R端连接功率管的关断信号，触发器的Q端连接驱动模块的输入端，驱动模块输出的ON信号连接功率管的栅极，功率管的源极连接采样电阻的一端，采样电阻的另一端接地，功率管的漏极连接变压器初级线圈Np；所述锯齿信号发生器的输入端连接连接驱动模块输出的ON信号，锯齿信号发生器输出锯齿信号连接至PWM比较器的第二输入端；所述退磁检测比较器的第一输入端连接变压器反馈信号，退磁检测比较器的第二输入端连接第二基准电压Vth_Demag，退磁检测比较器的输出端连接退磁时间保持迭代模块的第一输入端；所述定时模块的输入端连接ON信号，定时模块输出端分别连接退磁时间保持迭代模块的第二输入端和D触发器的CP端，D触发器的D端连接退磁时间保持迭代模块的输出端，D触发器的Q端连接至退磁时间保持迭代模块；所述退磁时间保持迭代模块的第二输入端连接ON信号，退磁时间保持迭代模块输出退磁结束标志信号；所述原级侧中值电流采样模块输入端连接采样电阻的第一端和功率管的源极，原级侧中值电流采样模块的输出端连接恒流计算模块的第一输入端，恒流计算模块的第二输入端连接ON信号，恒流计算模块的第三输入端连接退磁结束标志信号，恒流计算模块的输出端连接峰值电流阈值调整模块的第一输入端，峰值电流阈值调整模块的第二输入端连接误差放大器的输出信号VCOMP，峰值电流阈值调整模块的输出端连接峰值电流比较器的第一输入端，峰值电流比较器的第二输入端连接采样电阻的第一端和功率管的源极，峰值电流比较器输出功率管的关断信号，连接至触发器的R端。进一步的，所述功率管采用MOS晶体管或双极型晶体管。进一步的，所述误差放大器的输出信号VCOMP连接电容的一端和补偿模块的一端，电容的另一端接地，补偿模块的另一端连接输出信号采样保持模块的输入端。进一步的，所述开关电源包括变压器的初级线圈Np、次级线圈Ns和辅助线圈NAUX，初级线圈Np的一端连接交流整流后的电压，初级线圈Np的另一端连接功率管的漏极；次级线圈Ns的一端连接第一整流二极管的正极，第一整流二极管的负极分别连接滤波电容的第一端和负载的第一端，次级线圈Ns的另一端分别连接滤波电容的第二端和负载的第二端；辅助线圈NAUX的一端分别连接第一电阻的第一端、第二整流二极管的正极，第二整流二极管的负极连接储能电容的第一端，储能电容的第二端接地，辅助线圈NAUX的另一端连接第二电阻的第一端，第二电阻的第二端连接第一电阻的第二端，辅助线圈NAUX的另一端接地；所述第一电阻的第二端和第二电阻的第二端为反馈信号的采样端。所述开关电源变换器的控制方法，其特征是：包括输出信号采样保持模块、误差放大器、锯齿信号发生器、PWM比较器、退磁检测比较器、定时模块、退磁时间保持迭代模块、原级侧中值电流采样模块、恒流计算模块、峰值电流比较器、触发器和驱动模块；所述输出信号采样保持模块通过变压器次级线圈和辅助线圈的耦合关系，在变压器退磁阶段，从辅助线圈采样表示次级线圈电压的反馈信号并保持；采样信号与第一基准电压经过误差放大器放大，误差放大器的输出与锯齿信号进行调制，产生PWM信号控制功率管的导通；所述驱动模块将PWM弱信号转换为强信号，驱动功率管；所述退磁检测比较器通过反馈信号与第二基准电压的大小关系，逐周期检测实际退磁时间长度，其输出信号被送入退磁时间保持迭代模块进行计算；所述峰值电流比较器通过比较功率管端采样电阻的压降和峰值电流阈值电压，输出高低电平信号来控制功率管的关断；所述峰值电流阈值电压由误差放大器的输出和恒流控制模块共同控制，在输出空载或轻载条件下，将设置最小峰值电流阈值；所述恒流控制模块采样初级侧导通时间二分之一处的电压，输出恒流电流实现恒流控制；所述定时模块设定系统最高开关频率，在一个开关周期内，如果导通时加上退磁时间小于定时设定时间，则系统工作在DCM模式，如果导通时间加上退磁时间大于定时设定时间，则系统将自动调节退磁时间长短，使得导通时间加上退磁时间等于定时设定时间，系统进入CCM模式；所述退磁时间保持迭代模块保持上一次开关过程中退磁时间，并根据定时模块和环路控制量迭代计算出下一次开关过程退磁时间长度并保持，当下一次退磁过程到达保持的退磁时间长度后，退磁时间保持迭代模块将发出退磁结束信号；当退磁时间保持迭代模块将发出退磁结束信号时，如果系统即刻进入下一次开关周期，则该退磁时间被用来迭代计算并保持；如果系统延时一段时间后进入下一次开关周期，则实际的退磁时间被用来迭代计算并保持；当退磁时间保持迭代模块保持的退磁时间长度小于变压器次级侧线圈退磁到零电流时间时，开关电源的工作模式将从DCM工作模式进入到CCM工作模式，此后的退磁时间将被逐周期迭代控制。本专利技术所述开关电源变换器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关电源变换器的控制电路，其特征是：所述开关电源变换器的控制电路(300)包括输出信号采样保持模块(351)、误差放大器(352)、锯齿信号发生器(356)、PWM比较器(358)、退磁检测比较器(372)、定时模块(373)、退磁时间保持迭代模块(374)、原级侧中值电流采样模块(383)、恒流计算模块(384)、峰值电流比较器(382)、触发器(361)和驱动模块(362)；所述输出信号采样保持模块(351)的输入端连接变压器辅助线圈NAUX的采样端，输出信号采样保持模块(351)的输出端连接误差放大器(352)的第一输入端，误差放大器(352)的第二输入端连接第一基准电压Vth_EA，误差放大器(352)的输出信号VCOMP连接至PWM比较器(358)的第一输入端，PWM比较器(358)的第二输入端连接锯齿信号，PWM比较器(358)输出PWM信号，PWM信号连接与门(360)的第一输入端，与门(360)的第二输入端连接退磁结束标志信号(377)，与门(360)的输出端连接触发器(361)的S端，触发器(361)的R端连接功率管的关断信号，触发器(361)的Q端连接驱动模块(362)的输入端，驱动模块(362)输出的ON信号连接功率管的栅极，功率管的源极连接采样电阻(318)的一端，采样电阻(318)的另一端接地，功率管的漏极连接变压器初级线圈Np；所述锯齿信号发生器(356)的输入端连接驱动模块(326)输出的ON信号，锯齿信号发生器(356)输出锯齿信号连接至PWM比较器(358)的第二输入端；所述退磁检测比较器(372)的第一输入端连接变压器反馈信号(341)，退磁检测比较器(372)的第二输入端连接第二基准电压Vth_Demag，退磁检测比较器(372)的输出端连接退磁时间保持迭代模块(374)的第一输入端；所述定时模块(373)的输入端连接ON信号，定时模块(373)输出端分别连接退磁时间保持迭代模块(374)的第二输入端和D触发器(376)的CP端，D触发器(376)的D端连接退磁时间保持迭代模块(374)的输出端，D触发器(376)的Q端连接至退磁时间保持迭代模块(374)；所述退磁时间保持迭代模块(374)的第二输入端连接ON信号，退磁时间保持迭代模块(374)输出退磁结束标志信号(377)；所述原级侧中值电流采样模块(383)输入端连接采样电阻(318)的第一端和功率管的源极，原级侧中值电流采样模块(383)的输出端连接恒流计算模块(384)的第一输入端，恒流计算模块(384)的第二输入端连接ON信号，恒流计算模块(384)的第三输入端连接退磁结束标志信号(377)，恒流计算模块(384)的输出端连接峰值电流阈值调整模块(385)的第一输入端，峰值电流阈值调整模块(385)的第二输入端连接误差放大器(352)的输出信号VCOMP，峰值电流阈值调整模块(385)的输出端连接峰值电流比较器(382)的第一输入端，峰值电流比较器(382)的第二输入端连接采样电阻(318)的第一端和功率管的源极，峰值电流比较器(382)输出功率管的关断信号，连接至触发器(361)的R端。...

【技术特征摘要】
1.一种开关电源变换器的控制电路，其特征是：所述开关电源变换器的控制电路(300)包括输出信号采样保持模块(351)、误差放大器(352)、锯齿信号发生器(356)、PWM比较器(358)、退磁检测比较器(372)、定时模块(373)、退磁时间保持迭代模块(374)、原级侧中值电流采样模块(383)、恒流计算模块(384)、峰值电流比较器(382)、触发器(361)和驱动模块(362)；所述输出信号采样保持模块(351)的输入端连接变压器辅助线圈NAUX的采样端，输出信号采样保持模块(351)的输出端连接误差放大器(352)的第一输入端，误差放大器(352)的第二输入端连接第一基准电压Vth_EA，误差放大器(352)的输出信号VCOMP连接至PWM比较器(358)的第一输入端，PWM比较器(358)的第二输入端连接锯齿信号，PWM比较器(358)输出PWM信号，PWM信号连接与门(360)的第一输入端，与门(360)的第二输入端连接退磁结束标志信号(377)，与门(360)的输出端连接触发器(361)的S端，触发器(361)的R端连接功率管的关断信号，触发器(361)的Q端连接驱动模块(362)的输入端，驱动模块(362)输出的ON信号连接功率管的栅极，功率管的源极连接采样电阻(318)的一端，采样电阻(318)的另一端接地，功率管的漏极连接变压器初级线圈Np；所述锯齿信号发生器(356)的输入端连接驱动模块(326)输出的ON信号，锯齿信号发生器(356)输出锯齿信号连接至PWM比较器(358)的第二输入端；所述退磁检测比较器(372)的第一输入端连接变压器反馈信号(341)，退磁检测比较器(372)的第二输入端连接第二基准电压Vth_Demag，退磁检测比较器(372)的输出端连接退磁时间保持迭代模块(374)的第一输入端；所述定时模块(373)的输入端连接ON信号，定时模块(373)输出端分别连接退磁时间保持迭代模块(374)的第二输入端和D触发器(376)的CP端，D触发器(376)的D端连接退磁时间保持迭代模块(374)的输出端，D触发器(376)的Q端连接至退磁时间保持迭代模块(374)；所述退磁时间保持迭代模块(374)的第二输入端连接ON信号，退磁时间保持迭代模块(374)输出退磁结束标志信号(377)；所述原级侧中值电流采样模块(383)输入端连接采样电阻(318)的第一端和功率管的源极，原级侧中值电流采样模块(383)的输出端连接恒流计算模块(384)的第一输入端，恒流计算模块(384)的第二输入端连接ON信号，恒流计算模块(384)的第三输入端连接退磁结束标志信号(377)，恒流计算模块(384)的输出端连接峰值电流阈值调整模块(385)的第一输入端，峰值电流阈值调整模块(385)的第二输入端连接误差放大器(352)的输出信号VCOMP，峰值电流阈值调整模块(385)的输出端连接峰值电流比较器(382)的第一输入端，峰值电流比较器(382)的第二输入端连接采样电阻(318)的第一端和功率管的源极，峰值电流比较器(382)输出功率管的关断信号，连接至触发器(361)的R端。2.如权利要求1所述的开关电源变换器的控制电路，其特征是：所述功率管采用MOS晶体管或双极型晶体管。3.如权利要求1所述的开关电源变换器的控制电路，其特征是：所述误差放大器(352)的输出信号VCOM...

【专利技术属性】
技术研发人员：励晔，黄飞明，赵文遐，吴霖，朱勤为，
申请(专利权)人：无锡硅动力微电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32