隔离式电压变换系统及原边控制电路和方法技术方案

本发明专利技术提供了一种隔离式电压变换系统及其原边控制电路和线电压前馈补偿方法。原边控制电路包括：第一控制电路，用于控制当满足准谐振状态时将原边开关由第一状态切换为第二状态；第二控制电路，用于当原边电流上升至参考阈值时将原边开关由第二状态切换为第一状态；其中第二控制电路包括线电压补偿电路，用于基于线电压产生补偿信号并对参考阈值进行补偿。本发明专利技术提出的系统及其原边控制电路和方法，可以有效降低准谐振控制的隔离式电压变换电路中输出电压的纹波。

【技术实现步骤摘要】
隔离式电压变换系统及原边控制电路和方法
本专利技术涉及电子领域，具体但不限于涉及一种隔离式电压变换系统及其原边控制电路和线电压前馈补偿方法。
技术介绍
隔离式变换器以其抗干扰能力强、安全性较高、易实现升降压转换和易实现多路输出等诸多优点而被广泛应用于开关电源领域。隔离式变换器通常包括整流电路、原边电路和副边电路等。通过原副边控制电路的精准控制，能够使隔离式变换器安全稳定地进行输出。采用在变压器中增加辅助绕组进行反馈的原边反馈控制(PSR)由于不需要光耦做原副边通信从而节省成本因而在低功率交流直流(ACDC)中得到广泛应用。准谐振(QR)控制是PSR系统中常用的一种控制策略，QR系统原边开关管导通在原边开关的漏极电压谐振谷底导通从而减少开关的损耗，提高了系统效率。在隔离式电压变换系统中，在忽略变压器损耗以及控制环路本身消耗的能量，原边传送到副边的能量以及输出电压在负载上消耗的能量满足能量守恒定律。在一个工频周期内，准谐振式隔离式电压变换电路输入端消耗的能量等于0.5C(Vpeak2-Vvalley2)，负载消耗的能量等于Vout*Iout*T，其中C为输入电容，Vpeak和Vvalley分别为桥后线电压的峰值和谷值。其中Vpeak为输入电压隔离式电压变换电路输入端线电压的波峰，Vvalley为线电压的波谷，通过公式变换得到0.5C(Vpeak+Vvalley)(Vpeak-Vvalley)＝Vout*Iout*T。当负载固定时，则高压输入时线电压的纹波小，低压输入时线电压的纹波大。在现有的调节机制中，当输出电压因线电压变化而变化时，控制环路会根据输出电压反馈信号调整原边电流峰值的基准。然而，因控制环路中低通滤波模块的存在，原边电流峰值调整的速度太慢，调整幅度不够，导致具有较大的输出电压纹波。另一方面，如在反激式电压变换系统中，当线电压下降时，输出能量下降，控制环路需要控制原边电流峰值上升，则副边电流峰值也随之上升，将增大工作周期，造成频率下降，导致原边补充能量进一步降低而增大输出电压纹波。因此，QR系统存在着尤其是低压重载下输出电压纹波大的缺陷。有鉴于此，需要提供一种新的结构或控制方法，以期解决上述至少部分问题。
技术实现思路
针对现有技术中的一个或多个问题，本专利技术提出了一种隔离式电压变换系统及其原边控制电路和线电压前馈补偿方法。根据本专利技术的一个方面，一种用于隔离式电压变换电路的原边控制电路，包括：第一控制电路，提供第一控制信号用于控制当隔离式电压变换电路满足准谐振状态时将原边开关由第一状态切换为第二状态；第二控制电路，提供第二控制信号用于当原边电流上升至参考阈值时将原边开关由第二状态切换为第一状态；其中第二控制电路包括线电压补偿电路，线电压补偿电路用于获取表征隔离式电压变换电路输入端的线电压的线电压信号并基于线电压信号产生补偿信号，第二控制电路采用补偿信号对参考阈值进行补偿。在一个实施例中，第二控制电路进一步包括：电流基准信号产生电路，产生电流基准信号；加法电路，基于电流基准信号和补偿信号产生补偿后电流基准信号；以及比较电路，比较表征流过原边开关的电流的电流采样信号和补偿后电流基准信号，并基于比较结果提供第二控制信号用于将原边开关由导通状态切换为关断状态。在一个实施例中，第二控制电路进一步包括：电流基准信号产生电路，产生电流基准信号；减法电路，基于表征流过原边开关的电流的电流采样信号和补偿信号的差值产生补偿后电流采样信号；以及比较电路，比较补偿后电流采样信号和电流基准信号，并基于比较结果提供第二控制信号用于将原边开关由导通状态切换为关断状态。在一个实施例中，第二控制电路进一步包括：电流基准信号产生电路，产生电流基准信号；以及补偿比较电路，具有第一输入端、第二输入端、第三输入端和输出端，其中第一输入端接收表征流过原边开关的电流的电流采样信号，第二输入端接收电流基准信号，第三输入端接收补偿信号，补偿比较电路的输出端提供第二控制信号用于将原边开关关断。在一个实施例中，线电压补偿电路包括电流控制电压源，电流控制电压源的输入端耦接隔离式电压变换电路的辅助绕组，电流控制电压源的输出端提供补偿信号。在一个实施例中，电流控制电压源包括：电流镜，获取正比于线电压的线电压电流信号；电流变换电路，获取参考电流与线电压电流信号的差值电流信号；以及电流-电压转换电路，其输入端耦接电流变换电路的输出端和电阻，电流-电压转换电路的输出端提供正比于差值电流信号的电压信号作为补偿信号。在一个实施例中，电流-电压转换电路进一步接收上限电流基准信号，当差值电流信号与电阻的乘积大于上限电流基准信号时，补偿信号被上限电流基准信号限制。在一个实施例中，隔离式电压变换电路包括反激式电压变换电路，原边开关具有第一端、第二端和控制端，原边开关的第一端耦接隔离式电压变换电路的原边绕组的第二端，原边绕组的第一端接收线电压，原边开关的第二端耦接采样电阻用于提供反映原边电流的电流采样信号，采样电阻的另一端耦接原边地，原边开关的控制端耦接原边控制电路的输出端，其中第一控制电路在当原边开关的第一端的电压下降到谷底时导通原边开关。在一个实施例中，原边控制电路进一步包括触发电路，其第一输入端耦接第一控制电路的输出端，其第二输入端耦接第二控制电路的输出端，其输出端耦接原边开关的控制端。在一个实施例中，第一状态为关断状态，第二状态为导通状态。在一个实施例中，电流基准信号产生电路包括：采样保持电路，其输入端耦接隔离式电压变换电路的辅助绕组用于获取反馈信号，其输出端提供将反馈信号进行采样保持的采样保持信号；误差放大电路，其输入端耦接采样保持电路的输出端；低通滤波电路，其输入端耦接误差放大电路的输出端；以及幅度调制电路，其输入端耦接低通滤波电路的输出端，其输出端提供电流基准信号。根据本专利技术的另一个方面，一种隔离式电压变换系统包括：整流电路，其输入端耦接市电交流电源，其输出端提供线电压；隔离式电压变换电路，其输入端耦接整流电路的输出端，其输出端提供输出电压用于驱动负载；以及如上任一实施例所述的原边控制电路。在一个实施例中，隔离式电压变换电路包括：原边绕组，其第一端耦接整流电路的输出端；原边开关，其第一端耦接原边绕组的第二端；采样电阻，其第一端耦接原边开关的第二端，其第二端耦接原边地；副边绕组，与原边绕组耦合，副边绕组耦接副边整流管并提供输出电压；以及辅助绕组，与原边绕组耦合，用于提供表征输出电压变化的反馈信号；其中原边控制电路的第一输入端耦接原边开关的第二端，原边控制电路的第二输入端耦接辅助绕组，原边控制电路的输出端耦接原边开关的控制端。根据本专利技术的又一个方面，提出了一种用于隔离式电压变换电路的原边控制电路，其中隔离式电压变换电路的输入端接收线电压，隔离式电压变换电路的输出端用于耦接负载，隔离式电压变换电路采用准谐振控制和原边反馈控制，所述原边控制电路用于当表征流过隔离式电压变换电路原边开关电流的电流采样信号达到电流基准信号时关断原边开关，其中原边控制电路进一步基于线本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于隔离式电压变换电路的原边控制电路，包括：/n第一控制电路，提供第一控制信号用于控制当隔离式电压变换电路满足准谐振状态时将原边开关由第一状态切换为第二状态；/n第二控制电路，提供第二控制信号用于当原边电流上升至参考阈值时将原边开关由第二状态切换为第一状态；其中/n第二控制电路包括线电压补偿电路，线电压补偿电路用于获取表征隔离式电压变换电路输入端的线电压的线电压信号并基于线电压信号产生补偿信号，第二控制电路采用补偿信号对参考阈值进行补偿。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于隔离式电压变换电路的原边控制电路，包括：
第一控制电路，提供第一控制信号用于控制当隔离式电压变换电路满足准谐振状态时将原边开关由第一状态切换为第二状态；
第二控制电路，提供第二控制信号用于当原边电流上升至参考阈值时将原边开关由第二状态切换为第一状态；其中
第二控制电路包括线电压补偿电路，线电压补偿电路用于获取表征隔离式电压变换电路输入端的线电压的线电压信号并基于线电压信号产生补偿信号，第二控制电路采用补偿信号对参考阈值进行补偿。


2.如权利要求1所述的原边控制电路，其中第二控制电路进一步包括：
电流基准信号产生电路，产生电流基准信号；
加法电路，基于电流基准信号和补偿信号产生补偿后电流基准信号；以及
比较电路，比较表征流过原边开关的电流的电流采样信号和补偿后电流基准信号，并基于比较结果提供第二控制信号用于将原边开关由导通状态切换为关断状态。


3.如权利要求1所述的原边控制电路，其中第二控制电路进一步包括：
电流基准信号产生电路，产生电流基准信号；
减法电路，基于表征流过原边开关的电流的电流采样信号和补偿信号的差值产生补偿后电流采样信号；以及
比较电路，比较补偿后电流采样信号和电流基准信号，并基于比较结果提供第二控制信号用于将原边开关由导通状态切换为关断状态。


4.如权利要求1所述的原边控制电路，其中第二控制电路进一步包括：
电流基准信号产生电路，产生电流基准信号；以及
补偿比较电路，具有第一输入端、第二输入端、第三输入端和输出端，其中第一输入端接收表征流过原边开关的电流的电流采样信号，第二输入端接收电流基准信号，第三输入端接收补偿信号，补偿比较电路的输出端提供第二控制信号用于将原边开关关断。


5.如权利要求1所述的原边控制电路，其中线电压补偿电路包括电流控制电压源，电流控制电压源的输入端耦接隔离式电压变换电路的辅助绕组，电流控制电压源的输出端提供补偿信号。


6.如权利要求5所述的原边控制电路，其中电流控制电压源包括：
电流镜，获取正比于线电压的线电压电流信号；
电流变换电路，获取参考电流与线电压电流信号的差值电流信号；以及
电流-电压转换电路，其输入端耦接电流变换电路的输出端和电阻，电流-电压转换电路的输出端提供正比于差值电流信号的电压信号作为补偿信号。


7.如权利要求6所述的原边控制电路，其中电流-电压转换电路进一步接收上限电流基准信号，当差值电流信号与电阻的乘积大于上限电流基准信号时，补偿信号被上限电流基准信号限制。


8.如权利要求1所述的原边控制电路，其中隔离式电压变换电路包括反激式电压变换电路，原边开关具有第一端、第二端和控制端，原边开关的第一端耦接隔离式电压变换电路的原边绕组的第二端，原边绕组的第一端接收线电压，原边开关的第二端耦接采样电阻用于提供反映原边电流的电流采样信号，采样电阻的另一端耦接原边地，原边开关的控制端耦接原边控制电路的输出端，其中第一控制电路在当原边开关的第一端的电压下降到谷底时导通原边开关。


9.如权利要求1所述的原边控制电路，进一步包括触发电路，其第一输入端耦接第一控制电路的输出端，其第二输入端耦接第二控制电路的输出端，其输出端耦接原边开关的控制端。


10.如权利要求1所述的原边控制电路，其中第一状态为关断状态，第二状态为导通状态。


11.如权利要求2-4任一项所述的原边控制电路，...

【专利技术属性】
技术研发人员：林官秋，许超群，文鹏，
申请(专利权)人：杭州必易微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33