一種兩級控制器及ac/dc開關(guān)電源的制作方法
【專利摘要】一種兩級控制器及AC/DC開關(guān)電源,其中兩級控制器包括BOOST前級的控制環(huán)路、反激后級的控制環(huán)路及FA端、FB端,BOOST前級的控制環(huán)路和反激后級的控制環(huán)路集成在一顆芯片中,芯片僅有一個FA端和一個FB端,芯片的FA端,在反激后級變壓器的激磁階段,為BOOST前級的控制環(huán)路,采集和保存BOOST前級的輸出電壓;在反激后級變壓器的去磁階段,采集和保存反激后級的輸出電壓,并提供給反激后級的控制環(huán)路;芯片的FB端,在反激后級變壓器的去磁階段,對反激后級的輸出電壓進行采集和保存,進而產(chǎn)生后級開關(guān)管的開啟信號及關(guān)斷信號。本實用新型不僅能夠應用在有PFC功能的AC/DC電路技術(shù)中,以實現(xiàn)減小或移除小功率級別的ACDC輸入大電解電容,而且將原本控制所需要的兩個控制芯片合二為一,節(jié)省了IC引腳和PCB的布板面積。
【專利說明】
_種兩級te制商及AG/DG開關(guān)電源
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型涉及AC/DC開關(guān)電源產(chǎn)品,特別涉及一種高集成的兩級控制方法和實 現(xiàn)上述控制方法的控制器電路,及基于該控制器的AC/DC開關(guān)電源。
【背景技術(shù)】
[0002] 常規(guī)AC/DC產(chǎn)品中,AC輸入之后都需要進行整流和濾波來將輸入的交流電壓轉(zhuǎn)變 為直流電壓。針對全輸入范圍的AC電壓而言(85~264VAC),最高的直流電壓可能高達375V, 因此此處需要采用較高電壓規(guī)格的濾波電容;同時,后級的DC/DC電路對要輸入其中的直流 電壓的紋波要求較高,AC濾波后的紋波如果過大可能會導致后級DC電路停止工作,因此該 濾波電容的容值一般較大(1〇〇此數(shù)量級)。在現(xiàn)有電容種類中,只有電解電容能符合高壓、 大容值的要求。然而普通AC/DC產(chǎn)品,特別是功率較小的產(chǎn)品中,這個輸入電解電容的體積 占到總產(chǎn)品體積的1/4以上,且現(xiàn)階段國內(nèi)高壓大容值的電解電容普遍存在高溫壽命短和 低溫時容值不穩(wěn)定的缺點,這直接制約了整個AC/DC產(chǎn)品的壽命與可靠性的提升。針對以上 問題,減小或移除整流后濾波電容的AC/DC電路技術(shù)已經(jīng)逐漸發(fā)展起來。
[0003] 整流后不需要濾波的AC/DC電路技術(shù)與有PFC功能的AC/DC電路技術(shù)基本相同,且 在20W功率級上,AC/DC產(chǎn)品不需要考慮PF值。因此可以借鑒PFC電路技術(shù)來減小濾波電容, 而采用薄膜電容或陶瓷電容來代替。
[0004] 前級PFC電路一般采用BOOST電路方案,目前市場上成熟的方案只是前級BOOST和 后級反激兩級電路的簡單疊加,所以兩個電路的控制模塊是獨立的。這就要求該產(chǎn)品至少 要包含兩個控制芯片,相比起單級產(chǎn)品用單個控制芯片來,一方面,前后級分別用分壓電阻 對各自輸出采樣,則電阻上消耗的功耗更多;另一方面,占用了PCB板更多面積的同時兩個 芯片引腳也更多,在PCB板上布線引起的寄生連線的電容也更復雜,輸出分壓電阻較多情況 下,發(fā)生虛焊的概率增大,進而引起電源的炸機風險增加。 【實用新型內(nèi)容】
[0005] 本實用新型的一個目的是提供一種將BOOST前級和反激后級的控制環(huán)路結(jié)合起來 的高集成的兩級控制方法。
[0006] 與此相應,本實用新型的另一個目的是提供一種將BOOST前級和反激后級結(jié)合起 來由單個引腳分時對兩級環(huán)路進行調(diào)控的兩級控制器電路。
[0007] 本實用新型的再一個目的是提供一種基于此兩級控制的AC/DC開關(guān)電源。
[0008] 就產(chǎn)品主題而言,本實用新型提供一種兩級控制器,適用于AC/DC中前級開關(guān)管和 后級開關(guān)管的控制,包括BOOST前級的控制環(huán)路、反激后級的控制環(huán)路及FA端、FB端,所述 BOOST前級的控制環(huán)路和反激后級的控制環(huán)路集成在一顆芯片中,所述芯片包括一個FA端 和一個FB端,所述芯片的FA端,在反激后級變壓器的激磁階段,為BOOST前級的控制環(huán)路,采 集和保存BOOST前級的輸出電壓,進而產(chǎn)生前級開關(guān)管的關(guān)斷信號和時鐘信號,來對前級開 關(guān)管的開關(guān)頻率和峰值電流進行分別調(diào)控;在反激后級變壓器的去磁階段,采集和保存反 激后級的輸出電壓,以提供上一周期的后級輸出電壓波形,疊加于后級消磁時間Tds,來選 定上一周期的后級消磁時間Tds的中點時刻為本周期反激后級的采樣時刻,并提供給反激 后級的控制環(huán)路;所述芯片的FB端,在反激后級變壓器的去磁階段,為反激后級的控制環(huán) 路,在反激后級的采樣時刻,對反激后級的輸出電壓進行采集和保存,進而產(chǎn)生后級開關(guān)管 的開啟信號及關(guān)斷信號,以通過控制后級開關(guān)管的開啟和關(guān)斷,一方面在反激后級恒流階 段實現(xiàn)消磁時間比后級開關(guān)管的周期為恒定值,即Tds/T = C,另一方面也實現(xiàn)對后級開關(guān) 管的開關(guān)頻率和峰值電流調(diào)控。
[0009] 優(yōu)選的,所述的兩級控制器還包括連接于BOOST前級的控制環(huán)路與反激后級的控 制環(huán)路之間的防充爆電路,所述防充爆電路包括計時降幅電路,計時降幅電路在反激后級 為極輕載或空載時,通過計時降幅電路讓BOOST前級控制環(huán)路的前級峰值電流跟隨反激后 級的控制環(huán)路的降頻和降幅,以將前級峰值電流降至最小幅值,進而減小前級開關(guān)管導通 占空比。
[0010] 優(yōu)選的,所述防充爆電路的計時降幅電路,包括計時器、RS觸發(fā)器、開關(guān)Ml及電阻 R31和電阻R32串聯(lián)支路,計時器的控制清零端Clr_LSRS觸發(fā)器的R端接入反激后級的開啟 信號,以在每一個后級開關(guān)管的開啟時刻控制計時器清零;計時器的計數(shù)端〇?_1在每一個 前級開關(guān)管的開啟時刻計數(shù)一次,達到設(shè)定次數(shù)時,輸出有效電平讓RS觸發(fā)器翻轉(zhuǎn),在Q'端 產(chǎn)生高電平輸出經(jīng)開關(guān)Ml,以控制開關(guān)Ml閉合來短接電阻R32,從而讓流過電阻R31和電阻 R32串聯(lián)支路的前級峰值電流Ipk_BT在串聯(lián)支路上產(chǎn)生的電壓Vpk_BT減小。
[0011]優(yōu)選的,所述BOOST前級的控制環(huán)路,包括前級采樣電路、前級電流采樣電路、前級 比較判斷電路和前級控制信號產(chǎn)生電路,其具體連接關(guān)系是,所述的前級采樣電路的輸入 端口與兩級控制器的FA端相連,輸出端口與所述的前級比較判斷電路的第一輸入端口相 連;所述的前級采樣電路在反激后級變壓器的激磁階段,將前級輸出電壓采樣并保存,以傳 送給前級比較判斷電路;所述的前級比較判斷電路通過第一輸入端口接收前級采樣電路的 采樣信號,并通過第一輸出端口和第二輸出端口分別與所述的前級控制信號產(chǎn)生電路的第 一輸入端口和第二輸入端口連接,以輸出調(diào)節(jié)開關(guān)頻率的電流和限定前級峰值電流大小的 電流;所述的前級電流采樣電路的輸入端口與所述控制器的Dra i n 1端相連,前級電流采樣 電路的輸出與所述的前級控制信號產(chǎn)生電路的第三輸入端口連接;所述的前級控制信號產(chǎn) 生電路的輸出端口與所述的前級開關(guān)管的柵極相連,前級開關(guān)管的漏極和源極分別與所述 控制器的Drainl端和地電位相連;前級控制信號產(chǎn)生電路在調(diào)頻和調(diào)幅電流作用下,生成 控制信號控制所述前級開關(guān)管的開啟和關(guān)斷。
[0012]優(yōu)選的,所述的前級采樣電路包括:前級采樣模塊和電阻R1,前級采樣模塊的輸入 端與FA端相連,前級采樣模塊的輸出端與電阻R1的一端相連,電阻R1的一端還連接前級比 較判斷電路的輸入端,電阻R1的另一端接地;前饋電流以一定的比例鏡像放大后降落在所 述的前饋電流采樣電阻上,以電壓的形式傳送到所述的前級比較判斷電路的第一輸入端; 所述的前級比較判斷電路包括:誤差放大器和前級跨導放大器,誤差放大器的兩個輸入分 別接前級采樣電路的電阻R1的一端和第一基準電壓,誤差放大器的輸出與第二基準電壓 Vref2分別接入前級跨導放大器的兩個輸入,前級跨導放大器的第一輸出和第二輸出接入 前級控制信號產(chǎn)生電路,用以將前級比較判斷電路生成的兩路電流Ipk_BT和lose分別輸出 給前級控制信號產(chǎn)生電路;所述的誤差放大器將前級反饋回的輸出電壓與所述的基準電壓 一作比較,得到的誤差放大電壓與基準電壓二分別作為所述的前級跨導放大器的兩個輸 入,用來調(diào)節(jié)產(chǎn)生決定前級工作頻率和限定前級峰值電流大小的兩路電流輸出,二者分別 作為所述的前級控制信號產(chǎn)生電路的第一輸入端口和第二輸入端口;所述的前級電流采樣 電路包括:前級峰值電流檢測模塊和電阻R2,前級峰值電流檢測模塊的輸入與Drainl端連 接,前級峰值電流檢測模塊的輸出與電阻R2的一端相連,電阻R2的一端還連接前級控制信 號產(chǎn)生電路,電阻R2的另一端接地;在前級開關(guān)管導通階段,前級峰值電流檢測模塊通過 Drainl端將前級輸入電流采集下來并轉(zhuǎn)化成電壓,經(jīng)過所述峰值電壓分壓電阻分壓后,連 接到所述的前級控制信號產(chǎn)生電路的第三輸入端口;所述的前級控制信號產(chǎn)生電路包括: 電阻R3、比較器0CP1、振蕩器OSC和前級邏輯及驅(qū)動模塊;所述比較器0CP1的反向輸入端與 前級峰值電流檢測模塊的輸出連接,比較器0CP1的正向輸入端接入前級比較判斷電路的 前級跨導放大器的第一輸出的電流Ipk_BT,比較器0CP1的正向輸入端還通過電阻R3接地, 用以生成后級開關(guān)管的關(guān)斷信號Toff_BT;所述前級比較判斷電路的前級跨導放大器的第 一輸出所輸出的lose信號,作為振蕩器OSC的輸入,經(jīng)振蕩器OSC輸出時鐘信號CLK;振蕩器 0SC輸出的時鐘信號CLK和比較器0CP1輸出的關(guān)斷信號Toff_BT-起連接到前級邏輯及驅(qū)動 模塊的輸入端口,前級邏輯及驅(qū)動模塊的輸出作為前級控制信號產(chǎn)生電路的輸出端,用以 與后級開關(guān)管的柵極連接;前級峰值限定電流通過所述的前級峰值限定電流轉(zhuǎn)換電阻轉(zhuǎn)換 成電壓,與所述的前級電流采樣電壓分壓,一同輸入到所述的前級過流保護比較器進行比 較,產(chǎn)生的信號連接至所述的前級邏輯及驅(qū)動模塊;決定前級工作頻率的電流流入所述的 前級振蕩器,生成的時鐘信號也連接至所述的前級邏輯及驅(qū)動模塊,產(chǎn)生的信號連也接至 所述的前級邏輯及驅(qū)動模塊;所述的前級邏輯及驅(qū)動模塊輸出將連接至所述前級開關(guān)管的 柵極。
[0013]優(yōu)選的,所述反激后級的控制環(huán)路,包括:后級采樣電路、后級比較判斷電路、后級 電流采樣電路和后級控制信號產(chǎn)生電路,所述后級采樣電路的輸入與兩級控制器的FA端相 連,后級采樣電路的輸出給到后級比較判斷電路的輸入端口,用以輸出采樣到的后級變壓 器去磁階段的時間信號Tds;所述后級比較判斷電路的輸入端口 C72連接兩級控制器的FB引 腳和后級采樣電路的輸出,后級比較判斷電路的輸出端口C73輸出后級開關(guān)管的開啟信號 Ton_L和限定后級峰值電流的電壓信號Vpk_FB,這兩個輸出信號分別連接至后級控制信號 產(chǎn)生電路的第一和二輸入端口 C91和C9 2;所述后級電流采樣電路的輸入端口 C81連接兩級 控制器的Drain2引腳,其輸出端口 C82輸出檢測到的后級輸入電流轉(zhuǎn)化成的電壓Vcs_FB給 后級控制信號產(chǎn)生電路的第三輸入端口 C93;所述后級控制信號產(chǎn)生電路包含三個輸入端 口C91、C92和C93,以及一個輸出端口C94,其輸出端口C94作為后級控制信號產(chǎn)生電路的輸 出端,用以與后級開關(guān)管的柵極相連。
[0014]優(yōu)選的,所述的后級輸出電壓采樣電路包括:快速比較器和后級輸出采樣模塊;FA 端連接至快速比較器的正相輸入端,第三基準電壓Vref3連接至快速比較器的負相輸入端, 快速比較器的輸出及FA端一并作為后級輸出采樣模塊的輸入,后級輸出采樣模塊的輸出連 接后級比較判斷電路,用以將信號Tds輸出給后級比較判斷電路;所述的后級比較判斷電路 包括:后級跨導放大器、后級峰值電流限定電阻R4和電壓選擇模塊;所述后級輸出采樣模塊 輸出的信號Tds與FB端分別連接至后級跨導放大器的兩個輸入,后級跨導放大器的第一輸 出與后級控制信號產(chǎn)生電路連接,用以輸出生成的后級開關(guān)管的開啟控制信號Ton_L;后 級跨導放大器的第二輸出與第四基準電壓Vref4-起輸入到電壓選擇模塊,電壓選擇模塊 的輸出與后級控制信號產(chǎn)生電路連接;所述的后級電流采樣電路包括:后級峰值電流檢測 模塊;后級峰值電流檢測模塊的輸入與Drain2端連接,后級峰值電流檢測模塊的輸出連接 至后級控制信號產(chǎn)生電路;比較器0CP2的正相輸入端;所述后級控制信號產(chǎn)生電路包括:比 較器0CP2和后級邏輯及驅(qū)動模塊,比較器0CP2的正相輸入端與后級峰值電流檢測模塊的輸 出連接,比較器0CP2的反相輸入端與電壓選擇模塊的輸出連接,比較器0CP2的輸出連接后 級邏輯及驅(qū)動模塊,用以輸出生成的后級開關(guān)管的關(guān)斷控制信號Toff_FB;比較器0CP2的輸 出和后級跨導放大器的第一輸出一起連接至后級邏輯及驅(qū)動模塊的輸入,后級邏輯及驅(qū)動 模塊的輸出作為后級控制信號產(chǎn)生電路的輸出端。
[0015] 優(yōu)選的,所述芯片還集成有前級開關(guān)管和/或后級開關(guān)管,所述前級開關(guān)管的漏極 和源極分別與Drainl端和地電位相連;所述后級開關(guān)管的漏極和源極分別與Drain2端和地 電位相連。
[0016] 本實用新型還提供一種AC/DC開關(guān)電源,包括BOOST前級電路、反激后級電路和上 述的兩級控制器,所述BOOST前級電路包括輔助繞組、電阻Rsl和電阻Rs2的串聯(lián)支路及前級 開關(guān)管,所述反激后級電路包括變壓器、光耦和后級開關(guān)管,所述兩級控制器的FA端,與電 阻Rsl和電阻Rs2的串聯(lián)連接點相連,在反激后級變壓器的激磁階段,為所述BOOST前級的控 制環(huán)路,采集和保存BOOST前級的輸出電壓,進而產(chǎn)生前級開關(guān)管的關(guān)斷信號和時鐘信號, 來對前級開關(guān)管的開關(guān)頻率和峰值電流進行分別調(diào)控;在反激后級變壓器的去磁階段,采 集和保存反激后級的輸出電壓,以提供上一周期的后級輸出電壓波形,疊加于后級消磁時 間Tds,來選定上一周期的后級消磁時間Tds的中點時刻為反激后級的采樣時刻,并提供給 反激后級的控制環(huán)路;所述兩級控制器的FB端,與光耦連接,在反激后級變壓器的去磁階 段,為反激后級的控制環(huán)路,在反激后級的采樣時刻,對反激后級的輸出電壓進行采集和保 存,進而產(chǎn)生后級開關(guān)管的開啟信號和關(guān)斷信號。
[0017] 本實用新型再提供一種兩級控制方法,適用于AC/DC中前級開關(guān)管和后級開關(guān)管 的控制,是將BOOST前級和反激后級的控制環(huán)路結(jié)合起來的控制方法,包括如下步驟:在反 激后級變壓器的激磁階段,BOOST前級的輸出電壓,通過兩級控制器的FA端進行采集和保 存,經(jīng)前級采樣模塊采樣并輸出與基準電壓進行比較,得到的比較電壓輸入跨導運放器生 成前級峰值電流Ipk_BT和前級工作頻率電流lose兩路電流,再轉(zhuǎn)化成前級開關(guān)管的關(guān)斷信 號和時鐘信號,來對前級開關(guān)管的開關(guān)頻率和峰值電流進行分別調(diào)控;在反激后級變壓器 的去磁階段,反激后級的輸出電壓,通過兩級控制器的FA端進行采集和保存,以提供上一周 期的后級輸出電壓波形,疊加于后級消磁時間Tds,來選定上一周期的后級消磁時間Tds的 中點時刻為反激后級的采樣時刻,控制兩級控制器的FB端在反激后級的采樣時刻,對反激 后級的輸出電壓進行采集和保存,通過兩級控制器的FB端輸入后傳送到后級跨導運放器; 經(jīng)后級跨導運放器后,產(chǎn)生后級開關(guān)管的開啟信號及后級峰值電流,后級峰值電流再轉(zhuǎn)化 成后級開關(guān)管的關(guān)斷信號,用以通過控制后級開關(guān)管的開啟和關(guān)斷,一方面在反激后級恒 流階段實現(xiàn)消磁時間比后級開關(guān)管的周期為恒定值,即Tds/T = C,另一方面也實現(xiàn)對后級 開關(guān)管的開關(guān)頻率和峰值電流的調(diào)控。
[0018] 優(yōu)選的,所述前級采樣模塊,在反激后級變壓器的激磁階段,將BOOST前級的輸出 電壓進行采樣并保存。
[0019] 優(yōu)選的,所述反激后級變壓器的去磁階段,通過后級采樣模塊將反激后級的輸出 電壓在消磁的中點時刻進行采樣并保存。
[0020] 優(yōu)選的,所述BOOST前級控制環(huán)路,在反激后級為極輕載或空載時,通過計時降幅 電路讓BOOST前級控制環(huán)路的前級峰值電流跟隨反激后級的控制環(huán)路的降頻和降幅,以將 前級峰值電流降至最小幅值,進而減小前級開關(guān)管導通占空比。
[0021] 本實用新型所述的一種高集成的兩級控制電路和方法,將BOOST前級和反激后級 的控制環(huán)路結(jié)合起來控制,不僅能夠應用在有PFC功能的AC/DC電路技術(shù)中,以實現(xiàn)減小或 移除小功率級別的AC/DC輸入大電解電容,而且將原本控制所需要的兩個控制芯片合二為 一,節(jié)省了 1C引腳和PCB的布板面積。且將兩個控制電路集成為一個芯片:一方面BOOST和反 激結(jié)構(gòu)的控制1C內(nèi)部有部分模塊的功能和引腳是可以共用的,比如:高壓啟動電路、基準電 壓和基準電流的產(chǎn)生電路以及公共地引腳等;另一方面,兩個控制芯片均采用含功率管的 BICMOS工藝,因而從工藝的角度允許二者兼容在同一顆芯片上。而現(xiàn)有兩級控制器的采樣 是前后級兩個獨立的環(huán)路分別采樣前后級的輸出電壓:其中前級需要選定采樣時刻的引腳 和反饋輸出電壓的引腳各一個,后級也需要選定采樣時刻的引腳和反饋輸出電壓的引腳各 一個,一共是四個引腳。本專利通過對FA引腳進行分時復用實現(xiàn)了前級采樣時刻選定、前級 輸出電壓反饋和后級采樣時刻選定三個功能,再結(jié)合FB腳對后級輸出電壓的反饋,這樣僅 僅通過兩個引腳就實現(xiàn)了對兩個環(huán)路輸出的采樣和反饋,具體來說:在后級變壓器激磁期 間,利用FA腳將前級輸出電壓采樣并保存,用于調(diào)控前級環(huán)路的頻率和幅值;在后級變壓器 去磁期間,利用FA腳波形提取出后級消磁時間Tds,采集到Tds的中點時刻,結(jié)合FB腳反饋 回的后級輸出電壓用于控制后級環(huán)路對輸出電壓的準確采樣。這樣進一步提高了 1C引腳的 利用率,實現(xiàn)了兩個環(huán)路的緊密配合工作。
【附圖說明】
[0022] 圖1是現(xiàn)有BOOST變換器式開關(guān)電源的應用電路圖;
[0023]圖2是現(xiàn)有BOOST變換器正常工作時各點的工作電壓、電流波形;
[0024] 圖3是現(xiàn)有反激變換器式開關(guān)電源的應用電路圖;
[0025] 圖4是現(xiàn)有反激變換器在斷續(xù)模式下正常工作時各點工作電壓、電流波形;
[0026] 圖5是本實用新型提出的一種將BOOST前級和反激后級的控制環(huán)路結(jié)合起來的兩 級控制器的應用電路圖;
[0027] 圖6是本實用新型實施例一所述的由芯片同一引腳來分時反饋兩級的輸出電壓分 別參與兩個環(huán)路調(diào)控的兩級控制器的電路原理框圖;
[0028]圖7是本實用新型實施例一的兩級控制器在正常工作時各點工作電壓、電流波形; [0029]圖8是本實用新型實施例二的兩級控制器的電路原理框圖。
【具體實施方式】
[0030]為了更好地理解本實用新型相對于現(xiàn)有技術(shù)所作出的改進,在對本實用新型的兩 種【具體實施方式】進行詳細說明之前,先對【背景技術(shù)】部分所提到的現(xiàn)有技術(shù)結(jié)合附圖加以說 明。
[0031]現(xiàn)有常見的BOOST變換器式開關(guān)電源的應用電路圖如圖1所示(小功率情況下不考 慮功率因數(shù)校正),其中,BOOST前級的控制環(huán)路包括電阻Rsl和電阻Rs2的串聯(lián)支路及前級 開關(guān)管Ml,通過電阻Rsl和Rs2分壓采樣輸出電壓與基準在誤差放大器中比較,得到的電壓 輸入跨導運放生成電流來對開關(guān)頻率和峰值電流進行調(diào)控。BOOST變換器的正常工作時各 點的工作電壓、電流波形如圖2所示,輸入電壓是以工頻(50Hz)工作的,當開關(guān)管開啟時,電 感激磁使電流上升;開關(guān)管關(guān)斷時,電感去磁使電流下降,輸出電壓上會有與開關(guān)頻率相同 頻率的紋波。而現(xiàn)有常見的反激變換器式開關(guān)電源的應用電路圖如圖3所示,其中,反激后 級的控制環(huán)路包括變壓器的輔助繞組、電阻Rs3和電阻Rs4的串聯(lián)支路及后級開關(guān)管M2,在 副邊繞組去磁階段通過檢測輔助繞組兩端的電壓VA大小來采樣輸出電壓,反饋給環(huán)路與基 準在誤差放大器中比較,得到的電壓輸入跨導運放生成電流實施恒壓恒流的控制,反激變 換器在斷續(xù)模式下正常工作時各點工作電壓、電流波形如圖4所示,開關(guān)管開啟階段原邊 繞組激磁,原邊電流逐漸上升至Ippk;當開關(guān)管一旦關(guān)閉副邊電感開始去磁,電流逐漸由峰 值電流Ispk下降至0,這之后進入斷續(xù)模式的振鈴階段直到下一次開關(guān)管再次開啟。目前市 場上成熟的方案只是前級BOOST和后級反激兩級電路的簡單疊加,所以兩個電路的控制模 塊是獨立的兩顆芯片。兩顆芯片占用PCB板的面積多,引腳也更多?,F(xiàn)有兩級控制器的采樣 是前級控制環(huán)路采樣前級的輸出電壓,需要選定采樣時刻的引腳和反饋輸出電壓的引腳各 一個;后級控制環(huán)路采樣后級的輸出電壓,也需要選定采樣時刻的引腳和反饋輸出電壓的 引腳各一個,因此,現(xiàn)有兩級控制芯片共需四個采樣引腳。
[0032] 針對此問題,實用新型人對現(xiàn)有技術(shù)進行了深入研究,發(fā)現(xiàn)只有打破現(xiàn)有引腳的 功能定義,利用同一個引腳分時復用來控制兩個環(huán)路,才能進一步減少芯片面積和引腳數(shù) 量?;诖嘶緲?gòu)思,實用新型人進一步提出改進思路,通過對采樣引腳的功能進行重新組 合、定義,將兩級控制芯片所需的采樣引腳數(shù)量,由現(xiàn)有的四個減少為兩個。同時還可將前 后級的功率開關(guān)管也集成到芯片內(nèi)部來節(jié)省引腳。
[0033] 具體改進思路是通過對前級采樣的FA引腳進行分時復用功能定義,以實現(xiàn)前級采 樣時刻選定、前級輸出電壓反饋和后級采樣時刻選定三個功能,再結(jié)合后級采樣的FB腳對 后級輸出電壓的反饋,這樣僅僅通過兩個引腳就實現(xiàn)了對兩個環(huán)路輸出的采樣和反饋。
[0034] 雖然同在輔助繞組處分時采樣前后級輸出電壓可以用于實現(xiàn)單個引腳反饋控制 兩個環(huán)路,但仍存在前后級控制配合的風險問題,比如:當后級輸出空載時,其頻率會下降 至對應的最小頻率(0.1~1kHz級別),此時若不對前級作相應處理,它仍會以較高頻率工 作,在一個后級電路的工作周期內(nèi),前級會出現(xiàn)充爆的危險情況,需提出相應的對策來解決 這個問題。
[0035]基于以上改進構(gòu)思,本實用新型提供一種高集成的兩級控制電路,以將BOOST前級 和反激后級的控制環(huán)路結(jié)合起來控制。本實用新型同時也提供一種由芯片同一引腳來分時 反饋兩級的輸出電壓分別參與兩個環(huán)路的調(diào)控的兩級控制方法。本實用新型還可應用于小 功率的有PFC功能的AC/DC電路技術(shù),以減小電解電容體積。為了使本實用新型的目的、技術(shù) 方案及優(yōu)點更加清楚明白,以下結(jié)合附圖和實施例,對本實用新型做進一步詳細說明。應當 理解,此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本實用新型,并不用于限定本實用新型。 [0036] 實施例一
[0037]如圖5所示,為應用本實用新型的兩級控制器的AC/DC開關(guān)電源電路圖,是將BOOST 前級和反激后級的控制環(huán)路結(jié)合起來的兩級控制器的應用電路圖,BOOST級的控制可以通 過輔助繞組反饋其輸出電壓的變化,采樣該電壓拐點處的電壓值與基準在誤差放大器中比 較,得到的電壓輸入跨導運放生成電流來對開關(guān)頻率和峰值電流進行調(diào)控。后級反激電路 可工作在斷續(xù)模式(DCM)下,在變壓器去磁階段(也就是副邊繞組向負載和輸出電容傳輸能 量的階段),也可以通過檢測輔助繞組兩端的電壓大小來采樣輸出電壓并實施恒壓恒流的 控制。這樣一來前后級都在輔助繞組處采樣輸出電壓,則原本在BOOST級輸出處用于采樣輸 出電壓的分壓電阻可以移除,這樣既節(jié)省了系統(tǒng)的功耗,又降低了由于電阻虛焊引起的炸 機風險。更重要的是,基于同一個引腳分時復用來使兩級環(huán)路結(jié)合允許芯片采用更小的封 裝,進一步節(jié)省封裝成本和PCB面積。
[0038]圖6是實施例一的兩級控制器的電路原理框圖。一種將Boost前級和反激后級的控 制環(huán)路結(jié)合起來的兩級控制器,包括:控制器的FA端、控制器的FB端、控制器的Drainl端、控 制器的Drain2端、前級輸出電壓采樣電路101、前級比較判斷電路102、前級電流采樣電路 103、前級控制信號產(chǎn)生電路104、前級開關(guān)管105、后級輸出電壓中點采樣電路106、后級比 較判斷電路107、后級電流采樣電路108、后級控制信號產(chǎn)生電路109和后級開關(guān)管110。 [0039] BOOST前級控制環(huán)路111包括:控制器的FA端、控制器的Drainl端、前級輸出電壓采 樣電路101、前級電流采樣電路102、前級比較判斷電路103、前級控制信號產(chǎn)生電路104、前 級開關(guān)管105。
[0040] 前級輸出電壓采樣電路有一個輸入端口 Cl 1和一個輸出端口 C12,輸入端口 Cl 1與 控制器的FA引腳相連,輸出端口 C12輸出由前饋電流轉(zhuǎn)化成的前級輸出采樣電壓Vo_BT給前 級比較判斷電路的輸入端口 C21。前級輸出采樣電路在后級開關(guān)管開啟的時候,將前級輸出 電壓采樣并保存,傳送給所述的前級比較判斷電路。
[0041] 前級比較判斷電路有一個輸入端口 C21和兩個輸出端口 C22和C23,輸出端口 C22輸 出限定前級峰值電流大小的電流信號Ipk_BT,輸出端口 C23則輸出決定前級工作頻率的電 流信號lose,兩路電流分別連接至前級控制信號產(chǎn)生電路的第一和二輸入端口 C41和C42, 用以輸出調(diào)節(jié)開關(guān)頻率的電流和限定前級峰值電流大小的電流,二者分別對前級電路進行 調(diào)頻和調(diào)幅的控制。
[0042] 前級電流采樣電路有一個輸入端口 C31和一個輸出端口 C32,輸入端口 C31與控制 器的Dra i n 1引腳相連,輸出端口 C3 2輸出檢測到的前級輸入電流轉(zhuǎn)化成的電壓Vc s_BT給前 級控制信號產(chǎn)生電路的第三輸入端口 C43;前級控制信號產(chǎn)生電路包含三個輸入端口 C41、 C42和C43,以及一個輸出端口 C44,其輸出端口 C44與前級開關(guān)管105的柵極G1相連;前級開 關(guān)管的漏極和源極分別與控制器的Drainl端和地電位相連。
[0043]兩級控制器中各部分的具體控制結(jié)構(gòu)是,所述的前級輸出電壓采樣電路101包括: 前級輸出采樣模塊和前饋電流采樣電阻R11,前級輸出采樣模塊的輸入與輸入端口 C11相 連,前級輸出采樣模塊的輸出與R11的第一端口相連,R11的第一端口也連接至輸出端口 C12,R11的第二端口連接至地電平;前饋電流以一定的比例鏡像放大后降落在所述的前饋 電流采樣電阻上,以電壓的形式傳送到所述的前級比較判斷電路的第一輸入端。
[0044]所述的前級比較判斷電路102包括:誤差放大器和前級跨導放大器,輸入端口 C21 和基準電壓Vrefl分別是誤差放大器的兩個輸入信號,誤差放大器的輸出信號VEA與基準電 壓Vref2連接至前級跨導放大器作為輸入,生成了兩路電流Ipk_BT和lose分別從輸出端口 C22和C23輸出;誤差放大器將前級反饋回的輸出電壓與所述的基準電壓一作比較,得到的 誤差放大電壓與基準電壓二分別作為所述的前級跨導放大器的兩個輸入,用來調(diào)節(jié)產(chǎn)生決 定前級工作頻率和限定前級峰值電流大小的兩路電流輸出,二者分別作為所述的前級控制 信號產(chǎn)生電路的第一輸入端口和第二輸入端口。
[0045] 所述的前級電流采樣電路103包括:前級峰值電流檢測模塊和峰值電壓分壓電阻 R12,前級峰值電流檢測模塊的輸入與輸入端口 C31連接,其前級峰值電流檢測模塊的輸出 與R12的第一端口相連,R12的第一端口也連接至輸出端口 C32,R12的第二端口連接至地電 平;在前級開關(guān)管導通階段,降落在所述前級開關(guān)管內(nèi)阻上的壓降,即對應時刻的Drainl端 電壓能夠體現(xiàn)前級輸入電流的大小,所述的前級峰值電流檢測模塊將該階段的Drainl端電 壓采集下來,經(jīng)過所述峰值電壓分壓電阻分壓后,輸入到所述的前級控制信號產(chǎn)生電路。
[0046] 所述的前級控制信號產(chǎn)生電路104包括:前級峰值電流轉(zhuǎn)換電阻R3、前級過流保護 電壓比較器0CP1、振蕩器0SC和前級邏輯及驅(qū)動模塊;輸入端口 C41連接前級比較判斷電路 輸出的lose信號,作為振蕩器0SC的輸入,R13的第一端口連接輸入端口 C42,第二端口連接 到地電平,輸入端口 C43和C42-起輸入到前級過流保護電壓比較器0CP1,生成的Toff_BT信 號和振蕩器0SC的輸出信號CLK 一起連接到前級邏輯及驅(qū)動模塊的輸入端口,前級邏輯及驅(qū) 動模塊的輸出與輸出端口C44連接。在前級控制信號產(chǎn)生電路中,前級峰值限定電流通過所 述的前級峰值限定電流轉(zhuǎn)換電阻轉(zhuǎn)換成電壓,與所述的前級電流采樣電壓分壓,一同輸入 到所述的前級過流保護比較器進行比較,產(chǎn)生的信號決定了前級每個周期的關(guān)斷;同時,決 定前級工作頻率的電流流入所述的前級振蕩器,生成的時鐘信號也連接至所述的前級邏 輯及驅(qū)動模塊;前級過流保護比較器輸出決定開關(guān)關(guān)斷,振蕩器產(chǎn)生的時鐘信號的下降沿 決定開關(guān)開啟,二者共同決定開關(guān)周期;所述的前級邏輯及驅(qū)動模塊輸出將連接至所述前 級開關(guān)管的柵極,來決定前級的開關(guān)頻率和占空比大小。由于芯片內(nèi)置前級開關(guān)管,其柵極 信號在芯片外圍觀察不到,開關(guān)頻率和占空比大小的調(diào)節(jié)效果可以從開關(guān)管漏極,即 Drainl端波形得以體現(xiàn)。
[0047] 反激后級控制環(huán)路112包括:控制器的FA端、控制器的FB端、控制器的Drain2端、后 級輸出電壓中點采樣電路106、后級比較判斷電路107、后級電流采樣電路108、后級控制信 號產(chǎn)生電路109和后級開關(guān)管110。
[0048] FB端口是所述的后級比較判斷電路的輸入端,F(xiàn)B為后級輸出電壓副邊反饋端口, 后級輸出電壓副邊反饋環(huán)路由TL431、采樣分壓電阻、補償電容和光耦構(gòu)成,F(xiàn)B端口在所述 的后級輸出電壓中點采樣電路采集到的消磁中點時刻,通過光耦將準確的輸出電壓反饋回 環(huán)路,控制所述的后級跨導放大器產(chǎn)生調(diào)節(jié)開關(guān)頻率的電流和調(diào)節(jié)峰值限定電壓的電流, 二者分別對后級電路進行調(diào)頻和調(diào)幅的控制;所述的后級峰值電流限定電阻將后級跨導放 大器生成的調(diào)節(jié)峰值限定電壓的電流轉(zhuǎn)換成電壓,與選定的最小峰值限定電壓一起輸入到 所述的電壓選擇器,作用在于當后級降幅到一定值時,啟用最小峰值限定電壓而不會讓峰 值電流一直降到最小;所述的后級跨導放大器生成調(diào)節(jié)后級開關(guān)頻率的電流被轉(zhuǎn)化成控制 后級每個周期開啟的控制信號,與電壓選擇的輸出信號一起輸入到所述后級控制信號產(chǎn)生 電路。
[0049] 后級輸出電壓中點采樣電路有一個輸入端口 C61和一個輸出端口 C62,輸入端口 C61與控制器的FA引腳相連,輸出端口 C62輸出采樣到的后級變壓器去磁階段的時間信號 Tds,給到后級比較判斷電路的輸入端口 C71;后級比較判斷電路有兩個輸入端口 C71和C7 2, 兩個輸出端口 C7 3和C74,其中輸入端口 C7 2連接控制器的FB引腳,輸出端口 C7 3輸出跨導放 大器產(chǎn)生的控制后級每個周期開啟的信號Ton_L,輸出端口 C73輸出限定后級峰值電流的電 壓信號Vpk_FB,這兩個輸出信號分別連接至后級控制信號產(chǎn)生電路的第一和二輸入端口 C91和C9 2;后級電流采樣電路由一個輸入端口 C81和一個輸出端口 C82,輸入端口 C81連接控 制器的Dra in 2引腳,輸出端口 C8 2輸出檢測到的后級輸入電流轉(zhuǎn)化成的電壓Vc s_FB給后級 控制信號產(chǎn)生電路的第三輸入端口 C93;后級控制信號產(chǎn)生電路包含三個輸入端口 C91、C92 和C93,以及一個輸出端口C94,其輸出端口C94與后級開關(guān)管110的柵極G2相連;后級開關(guān)管 的漏極和源極分別與控制器的Drain2端和地電位相連。在后級輸出電壓中點采樣電路中, 快速比較器的輸出與FA端電壓一起控制后級輸出采樣模塊,在后級變壓器去磁階段,通過 FA反饋回來的輸出電壓波形,所述的后級輸出采樣模塊一方面可以提取出消磁時間Tds,在 反激拓撲恒流階段實現(xiàn)Tds/T為恒定值,這里T表示前級開關(guān)周期;另一方面也能夠通過電 容對上一周期的TDS時間Tdsl進行存儲,然后再當前周期消磁時間開始后,經(jīng)過l/2*Tdsl的 時間,采樣所謂的"消磁中點時刻",避開后級開關(guān)切換瞬間引起的尖峰干擾電壓,采集到 Tds的中點時刻,用于控制后續(xù)電路對輸出電壓的準確采樣,連接至后級所述的后級比較判 斷電路。
[0050] 所述的后級輸出電壓采樣電路106包括:快速比較器和后級輸出采樣模塊;輸入端 口 C61和基準電壓Vref 3分別連接至快速比較器的正相和負相輸入端,比較器的輸出又與輸 入端口 C61-并作為后級輸出采樣模塊的輸入,后級輸出采樣模塊的輸出信號Tds連接至輸 出端口 C62;
[0051] 所述的后級比較判斷電路107包括:后級跨導放大器、后級峰值電流限定電阻R4和 電壓選擇模塊;輸入端口 C71和C72分別連接至后級跨導放大器的兩個輸入,后級跨導放大 器生成調(diào)節(jié)后級開關(guān)頻率的電流,被轉(zhuǎn)化成控制后級每個周期開啟的控制信號Ton_L,連接 作為輸出端口C73;同時后級跨導放大器也產(chǎn)生了限定后級峰值電流大小的電流信號,連接 至R14的第一端口,對應生成Vpk_FB0信號,R14的第二端口連接至地電位;Vpk_FB0信號和基 準電壓Vref 4-起輸入到電壓選擇模塊,生成的電壓信號Vpk_FB連接至輸出端口 C74;
[0052]所述的后級電流采樣電路108包括:后級峰值電流檢測模塊;后級峰值電流檢測模 塊的輸入與輸入端口 C81連接,后級峰值電流檢測模塊的輸出為Vcs_FB信號,連接至輸出端 口 C82。所述的后級峰值電流檢測在后級開關(guān)管導通階段,降落在所述后級開關(guān)管內(nèi)阻上的 壓降,即對應時刻的Drain2端電壓能夠體現(xiàn)后級輸入電流的大小,所述的后級峰值電流檢 測模塊將該階段的Drain2端電壓采集下來,經(jīng)過分壓電阻分壓后,連接到所述的后級控制 信號產(chǎn)生電路。
[0053] 所述的后級控制信號產(chǎn)生電路109包括:后級過流保護電壓比較器0CP2和后級邏 輯及驅(qū)動模塊;輸入端口 C92和C93分別接至0CP2的兩個輸入端;0CP2的輸出信號和輸入端 口 C91 一起連接至后級邏輯及驅(qū)動模塊,后級邏輯及驅(qū)動模塊的輸出連接至輸出端口 C94。 在后級控制信號產(chǎn)生電路中,后級峰值電流限定電壓和后級峰值電流檢測電壓一同輸入到 所述的后級過流保護比較器進行比較,產(chǎn)生的信號決定了后級每個周期的關(guān)斷;控制后級 每個周期開啟和關(guān)斷的控制信號一起輸入至后級邏輯及驅(qū)動模塊,通過控制所述的后級開 關(guān)管來決定后級的開關(guān)周期;所述的后級邏輯及驅(qū)動模塊輸出將連接至所述后級開關(guān)管的 柵極,來決定后級的開關(guān)頻率和占空比大小。由于芯片內(nèi)置后級開關(guān)管,其柵極信號在芯片 外圍觀察不到,開關(guān)頻率和占空比大小的調(diào)節(jié)效果可以從開關(guān)管漏極,即Drain2端波形得 以體現(xiàn)。
[OOM]需注意的是,輸入的能量從原邊繞組的兩端經(jīng)過Drainl和Drain2引腳流入芯片, 經(jīng)過內(nèi)部環(huán)路的調(diào)節(jié),由于芯片內(nèi)置前后級開關(guān)管,開關(guān)頻率和占空比大小的調(diào)節(jié)效果還 是通過Drainl和Drain2腳來體現(xiàn),因此從該角度而言Drainl和Drain2引腳即作為芯片的能 量輸入端,又做為環(huán)路調(diào)控的輸出端。而能量的輸出則是通過芯片外圍的繞組傳遞到功率 級的輸出端。
[0055]結(jié)合圖7所示的本實用新型兩級系統(tǒng)正常工作時各點工作電壓、電流波形,分析前 后級兩個環(huán)路中各模塊的工作原理如下:
[0056] Boost前級控制環(huán)路111的工作原理:前級輸出電壓采樣電路101中,在圖7所示的 后級開關(guān)管開啟階段Ton,由控制器FA端能夠反饋回體現(xiàn)前級BOOST輸出電壓VQUT_BT大小的 電流,對照圖5所示的兩級控制器的應用電路圖,輔助繞組上的電壓VA處于如圖7中所示VA 波形中的VA1階段,滿足:
[0058] 其中,Na表示輔助繞組上的匝數(shù),NP表示變壓器原邊繞組匝數(shù),
[0059] 此時控制器內(nèi)部電路將FA端電壓拉低至地電位,因此通過RS1電阻采樣到與輸入電 壓成正比的電流:
[0061]這就是所需前饋電流,以一定的比例鏡像放大1_后降落在所述的前饋電流采樣 電阻R1上,轉(zhuǎn)化成電壓Vo_BT傳送到前級比較判斷電路102里的誤差放大器;誤差放大器將 Vo_BT與基準電壓Vrefl作比較,得到的誤差放大電壓VEA與基準電壓Vref2-起作用在前級 跨導放大器,調(diào)節(jié)產(chǎn)生決定前級工作頻率和限定前級峰值電流大小的兩路電流lose和Ipk_ BT;同時,前級電流采樣電路103中,在內(nèi)部邏輯和時序控制作用下,在前級開關(guān)管導通階 段,前級峰值電流檢測模塊通過Drainl端將前級輸入電流采集下來并轉(zhuǎn)化成電壓Vcs_BT; 在前級控制信號產(chǎn)生電路104中,前級峰值限定電流Ipk_BT通過電阻R3轉(zhuǎn)換成電壓Vpk_ BT,與Vcs_BT-起輸入到前級過流保護比較器0CP1進行比較,產(chǎn)生的信號TofT_BT連接至所 述的前級邏輯及驅(qū)動模塊,控制前級每個周期開關(guān)管的關(guān)斷,而決定前級工作頻率的電流 lose流入振蕩器0SC,生成時鐘信號CLK也連接至前級邏輯及驅(qū)動模塊,在信號Toff_BT和 CLK的共同作用下,前級邏輯及驅(qū)動模塊產(chǎn)生G1信號,控制前級開關(guān)管105的開啟和關(guān)斷,SP 調(diào)控BOOST級的工作頻率和占空比。
[0062]反激后級控制環(huán)路112的工作原理:
[0063]后級輸出電壓中點采樣電路106中,基準電壓Vref3與控制器FA端電壓在快速比較 器中比較,其輸出將與FA端電壓一起輸入到后級輸出采樣模塊,進而采集到圖7所示波形中 后級變壓器的消磁時間Tds,在這一階段,對應圖7中所示VA波形中的VA2階段,此時FA上的 壓降是通過電阻Rs4PR S2對VA分壓得到的值,因此FA通過輔助繞組可以反映后級輸出電壓:
[0065]其中,VF表示后級副邊二極管上的壓降,Rs表示副邊繞組上的等效電阻,Is則表示 流過電阻Rs上的副邊電流;推薦采用中點采樣的目的在于,避免開關(guān)管關(guān)斷瞬間的漏感尖 峰引起誤判斷,并且等到Is消失為〇,使得Is*Rs = 〇,中點的具體位置具體來說就是用電容將 上一周期的Tds寬度保存下來,下一周期Tds到達中點時比較器翻轉(zhuǎn)。此時滿足:
[0067] 雖然依據(jù)上公式所述,可以在一周期的Tds中點時采樣FA的電壓以體現(xiàn)后級輸出 電壓的值給到內(nèi)部環(huán)路,但由FB將光耦反饋回的后級輸出電壓會更加精準。Tds信號傳送至 后級比較判斷電路107,控制在后級變壓器消磁的中點時刻FB端口通過光耦將準確的輸出 電壓V QUT_FB反饋回環(huán)路,控制后級跨導放大器一方面生成調(diào)節(jié)后級開關(guān)頻率的電流,并被轉(zhuǎn) 化成控制后級每個周期開啟的控制信號Ton;另一方面生成的調(diào)節(jié)峰值限定電壓的電流轉(zhuǎn) 換成電壓Vpk_FB0后,與選定的最小峰值限定電壓Vref 4-起輸入到電壓選擇,生成后級峰 值電流限定電壓Vpk_FB;同時,后級電流采樣電路108中,在內(nèi)部邏輯和時序控制作用下,在 后級開關(guān)管導通階段,后級峰值電流檢測模塊通過Drain2端將后級輸入電流采集下來并轉(zhuǎn) 化成電壓Vcs_FB;在后級控制信號產(chǎn)生電路109中,Vpk_FB和Vcs_FB-起輸入到后級過流保 護比較器0CP2進行比較,產(chǎn)生的信號Toff_FB連接至后級邏輯及驅(qū)動模塊,控制后級每個周 期開關(guān)管的關(guān)斷,在信號TofT_FB和Ton的共同作用下,后級邏輯及驅(qū)動模塊產(chǎn)生G2信號, 控制后級開關(guān)管110的開啟和關(guān)斷,即調(diào)控反激變換器的工作頻率和占空比。
[0068] 可見以上前級111和后級112兩個環(huán)路共同組成了兩級系統(tǒng)中BOOST前級和反激后 級的控制電路,完成了從選擇采樣時間、采樣輸出電壓、利用反饋回的輸出調(diào)控跨導實現(xiàn)環(huán) 路的調(diào)幅和調(diào)頻到最終實現(xiàn)對兩個開關(guān)管的頻率和占空比的控制?,F(xiàn)有采樣是前后級兩個 獨立的環(huán)路分別采樣前后級的輸出電壓:其中前級需要選定采樣時刻的引腳和反饋輸出電 壓的引腳各一個,后級也需要選定采樣時刻的引腳和反饋輸出電壓的引腳各一個,一共是 四個引腳;本實施例所述的控制通過對FA引腳的分時采樣,實現(xiàn)了前級采樣時刻選定、前級 輸出電壓反饋和后級采樣時刻選定三個功能,再結(jié)合FB腳對后級輸出電壓的反饋,這樣通 過兩個引腳就實現(xiàn)了兩個環(huán)路的采樣和反饋,不僅實現(xiàn)了前后級輸出電壓的準確反饋,也 進一步提高了 1C引腳的利用率,真正意義上實現(xiàn)了兩個環(huán)路的緊密配合。這樣一來,不僅能 夠應用在有PFC功能的AC/DC電路技術(shù)中,以實現(xiàn)減小或移除小功率級別的AC/DC輸入大電 解電容,而且將原本所需要的兩個控制芯片合二為一,節(jié)省了 1C引腳和PCB的布板面積。
[0069] 然而,雖然同在輔助繞組處分時采樣前后級輸出電壓可以用于實現(xiàn)單個引腳反饋 控制兩個環(huán)路,但仍存在一個前后級控制配合的風險問題:當后級輸出空載時,其頻率會下 降至對應的最小頻率(lKHz級別),此時若不對前級作相應處理,它仍會以較高頻率工作,在 一個后級電路的工作周期內(nèi),前級可能會出現(xiàn)充爆的危險情況。
[0070] 實施例二
[0071] 本實施例在于提出一種利用實施例一中所述的控制電路和方法,并解決后級空載 時前級具有充爆風險的問題。
[0072] 當兩級系統(tǒng)輸出極輕載或空載情況時,后級會在環(huán)路調(diào)控的作用下降頻和降幅至 設(shè)計最低值,通常此時的后級開關(guān)頻率為O.lKHz~lKHz的數(shù)量級,而由于本實用新型提出 的兩級合并控制環(huán)路中FA腳只是完成針對后級變壓器在激磁和去磁兩階段分時采樣輸出 電壓的功能,從而可能出現(xiàn)這樣的情況:當后級降頻至頻率最小時,對應圖7所示的Tds時間 會很長(ms級別),而此時前級的采樣要在Tds的中點處才進行,這樣前級可能一直以較高的 頻率和較大的峰值電流工作傳遞能量到后級的輸入端,但后級輸出并不需要也接收不了這 么多能量,最終導致前級電感上儲存的能量過多而燒毀,就是所謂的出現(xiàn)前級充爆風險。
[0073]圖8是解決后級空載時前級具有充爆風險問題的兩級控制器的電路原理框圖。一 種解決前級充爆風險的兩級控制器,包括:控制器的Drainl端、計時降幅電路201、前級控制 信號產(chǎn)生電路202和前級開關(guān)管203。
[0074] 計時降幅電路201有四個輸入端口D11、D12、D13和D14,以及一個輸出端口D15;D11 端口與前級控制信號產(chǎn)生電路生成的Driver_BT信號相連,D12和D13則分別由控制后級開 關(guān)管開啟和關(guān)斷的信號Ton和Toff_FB來提供,D14連接的限定前級峰值電流大小的電流信 號Ipk_BT,輸出端口 D15輸出Vpk_BT信號傳送到前級控制信號產(chǎn)生電路的輸入端口 D23;前 級控制信號產(chǎn)生電路202有三個輸入端口 D21、D22和D23,還有兩個輸出端口 D24和D25;D21 端口與前級時鐘信號CLK相連,D22端口與前級輸入電流轉(zhuǎn)化成的電壓Vcs_BT相連,輸出端 口D24生成Driver_BT信號,而輸出端口D25生成了前級開關(guān)管203的柵極控制信號G1;前級 開關(guān)管203的漏極和源極分別與控制器的Drainl端和地電位相連;
[0075]所述的計時降幅電路201包括:前級邏輯及驅(qū)動模塊、計時器、RS觸發(fā)器、控制開關(guān) M1、第一分壓電阻R31和第二分壓電阻R32;輸入端口 D12和D13分別連接到后級邏輯及驅(qū)動 模塊的兩個輸入端,控制后級邏輯及驅(qū)動模塊生成Driver_FB信號,與輸入端口 D11輸入的 Driver_BT,分別連接至計時器的清零端ClrJJfP計數(shù)端CP_L,控制計時器產(chǎn)生的Q'信號與 Driver_FB信號又分別連接至RS觸發(fā)器的S端和R端,RS觸發(fā)器輸出Freq_low信號,連接至控 制開關(guān)Ml的柵極,輸入端口 D14與第一分壓電阻R31的第一端口相連,R31的第二端口與第二 分壓電阻R32的第一端口相連,R32的第二端口連接至地電位,開關(guān)Ml的第一端口與R32的第 一端口相連,開關(guān)Ml的第二端口也連接至地電位,電阻R31和R32上的壓降信號Vpk_BT連接 到輸出端口 D15;
[0076]所述的前級控制信號產(chǎn)生電路202包括:前級過流保護電壓比較器0CP1和前級邏 輯及驅(qū)動模塊;輸入端口 D22和D23-起輸入到前級過流保護電壓比較器0CP1,生成的Toff_ BT信號和輸入端口D21傳送的CLK信號一起連接到前級邏輯及驅(qū)動模塊的輸入端口,前級邏 輯及驅(qū)動模塊的兩個輸出D24和D25分別生成Driver_BT信號和開關(guān)管203的柵極控制信號 Gl〇
[0077] 以上電路解決后級空載時前級具有充爆風險問題的原理如下:
[0078] 當后級極輕載或空載時,后級邏輯及驅(qū)動模塊在環(huán)路的調(diào)控下降頻和降幅至最小 值,對應生成的后級開關(guān)的信號Driver_FB的周期會很長(ms級別),而此時對應的前級開關(guān) 信號Driver_BT仍以較高的頻率在翻轉(zhuǎn),前級峰值電流的幅值也沒有降下來。此時計時降幅 電路201中的計時器開始起作用,Driv er_FB在每一個后級開關(guān)開啟時控制清零端(:&_1清 零,Driver_BT則在每一個前級開關(guān)開啟時計數(shù)一次,設(shè)定在成功計到N個前級開關(guān)周期時 (Driv er_FB還未檢測到后級開關(guān)開啟而翻轉(zhuǎn)),計數(shù)器輸出有效電平讓RS觸發(fā)器翻轉(zhuǎn),在Q' 端產(chǎn)生高電平,控制后續(xù)Ml開關(guān)閉合短接分壓電阻R32,從而在限定前級峰值電流大小的 Ipk_BT不變的情況下,減小了 Vpk_BT的限定電壓值,假設(shè)阻值R31: R32 = 1:3,那么Vpk_BT將 減小為原來的1/4;在前級控制信號產(chǎn)生電路202中,Vpk_FB和Vcs_FB-起輸入到前級過流 保護比較器0CP1進行比較,產(chǎn)生的Toff_FB控制前級每個周期開關(guān)管的關(guān)斷,在信號Toff_ FB和CLK的共同作用下,前級邏輯及驅(qū)動模塊產(chǎn)生G2信號,控制前級開關(guān)管203工作頻率和 占空比,Vpk_BT的減小必然使得前級開關(guān)管的導通占空比減小。
[0079]在計時降幅電路201和前級控制信號產(chǎn)生電路202的配合工作下,上述電路完成了 在后級空載時,將前級峰值電流降至最小幅值進而減小前級開關(guān)管導通占空比的工作過 程,解除前級電感充爆的風險后,傳遞到前級輸出的能量也減小了,當前級對其輸出的響應 建立起來后,環(huán)路液晶調(diào)控前級進行自身的降頻動作,這樣實現(xiàn)了前級與后級環(huán)路的動態(tài) 配合。
[0080]本文上述所提及的"前級開關(guān)管",是BOOST前級電路中的功率開關(guān)管。"后級開關(guān) 管"是反激后級電路中的功率開關(guān)管。
【主權(quán)項】
1. 一種兩級控制器,適用于AC/DC中前級開關(guān)管和后級開關(guān)管的控制,包括BOOST前級 的控制環(huán)路、反激后級的控制環(huán)路及FA端、FB端,其特征在于: 所述BOOST前級的控制環(huán)路和反激后級的控制環(huán)路集成在一顆芯片中, 所述芯片僅有一個FA端和一個FB端, 所述芯片的FA端,在反激后級變壓器的激磁階段,為BOOST前級的控制環(huán)路,采集和保 存BOOST前級的輸出電壓;在反激后級變壓器的去磁階段,采集和保存反激后級的輸出電 壓,并提供給反激后級的控制環(huán)路; 所述芯片的FB端,在反激后級變壓器的去磁階段,對反激后級的輸出電壓進行采集和 保存,進而產(chǎn)生后級開關(guān)管的開啟信號及關(guān)斷信號。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩級控制器,其特征在于:還包括連接于BOOST前級的控制環(huán) 路與反激后級的控制環(huán)路之間的防充爆電路,所述防充爆電路包括計時降幅電路,計時降 幅電路在反激后級為極輕載或空載時,讓BOOST前級控制環(huán)路的前級峰值電流跟隨反激后 級的控制環(huán)路的降頻和降幅至最小幅值。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的兩級控制器,其特征在于:所述防充爆電路的計時降幅電路, 包括計時器、RS觸發(fā)器、開關(guān)Ml及電阻R31和電阻R32串聯(lián)支路,計時器的控制清零端Clr_L 及RS觸發(fā)器的R端接入反激后級的開啟信號,以在每一個后級開關(guān)管的開啟時刻控制計時 器清零;計時器的計數(shù)端CP_L在每一個前級開關(guān)管的開啟時刻計數(shù)一次,達到設(shè)定次數(shù)時, 輸出有效電平讓RS觸發(fā)器翻轉(zhuǎn),在Q'端產(chǎn)生高電平輸出經(jīng)開關(guān)Ml,以控制開關(guān)Ml閉合來短 接電阻R32,從而讓流過電阻R31和電阻R32串聯(lián)支路的前級峰值電流Ipk_BT在串聯(lián)支路上 產(chǎn)生的電壓Vpk_BT減小。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的兩級控制器,其特征在于:所述BOOST前級的控制環(huán)路,包 括前級采樣電路、前級電流采樣電路、前級比較判斷電路和前級控制信號產(chǎn)生電路,其具體 連接關(guān)系是, 所述的前級采樣電路的輸入端口與兩級控制器的FA端相連,輸出端口與所述的前級比 較判斷電路的第一輸入端口相連;所述的前級采樣電路在反激后級變壓器的激磁階段,將 前級輸出電壓采樣并保存,以傳送給前級比較判斷電路; 所述的前級比較判斷電路通過第一輸入端口接收前級采樣電路的采樣信號,并通過第 一輸出端口和第二輸出端口分別與所述的前級控制信號產(chǎn)生電路的第一輸入端口和第二 輸入端口連接,以輸出調(diào)節(jié)開關(guān)頻率的電流和限定前級峰值電流大小的電流; 所述的前級電流采樣電路的輸入端口與所述控制器的Drainl端相連,前級電流采樣電 路的輸出與所述的前級控制信號產(chǎn)生電路的第三輸入端口連接; 所述的前級控制信號產(chǎn)生電路的輸出端口與所述的前級開關(guān)管的柵極相連,前級開關(guān) 管的漏極和源極分別與所述控制器的Drainl端和地電位相連;前級控制信號產(chǎn)生電路在調(diào) 頻和調(diào)幅電流作用下,生成控制信號控制所述前級開關(guān)管的開啟和關(guān)斷。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的兩級控制器,其特征在于: 所述的前級采樣電路包括:前級采樣模塊和電阻Rl,前級采樣模塊的輸入端與FA端相 連,前級采樣模塊的輸出端與電阻Rl的一端相連,電阻Rl的一端還連接前級比較判斷電路 的輸入端,電阻Rl的另一端接地; 所述的前級比較判斷電路包括:誤差放大器和前級跨導放大器,誤差放大器的兩個輸 入分別接前級采樣電路的電阻Rl的一端和第一基準電壓,誤差放大器的輸出與第二基準電 壓Vref2分別接入前級跨導放大器的兩個輸入,前級跨導放大器的第一輸出和第二輸出接 入前級控制信號產(chǎn)生電路,用以將前級比較判斷電路生成的兩路電流Ipk_BT和lose分別輸 出給前級控制信號產(chǎn)生電路; 所述的前級電流采樣電路包括:前級峰值電流檢測模塊和電阻R2,前級峰值電流檢測 模塊的輸入與Drainl端連接,前級峰值電流檢測模塊的輸出與電阻R2的一端相連,電阻R2 的一端還連接前級控制信號產(chǎn)生電路,電阻R2的另一端接地; 所述的前級控制信號產(chǎn)生電路包括:電阻R3、比較器0CP1、振蕩器OSC和前級邏輯及驅(qū) 動模塊;所述比較器OCPl的反向輸入端與前級峰值電流檢測模塊的輸出連接,比較器OCPl 的正向輸入端接入前級比較判斷電路的前級跨導放大器的第一輸出的電流Ipk_BT,比較器 OCPl的正向輸入端還通過電阻R3接地,用以生成后級開關(guān)管的關(guān)斷信號Toff _BT;所述前級 比較判斷電路的前級跨導放大器的第一輸出所輸出的lose信號,作為振蕩器OSC的輸入,經(jīng) 振蕩器OSC輸出時鐘信號CLK;振蕩器OSC輸出的時鐘信號CLK和比較器OCPl輸出的關(guān)斷信號 Toff_BT-起連接到前級邏輯及驅(qū)動模塊的輸入端口,前級邏輯及驅(qū)動模塊的輸出作為前 級控制信號產(chǎn)生電路的輸出端,用以與后級開關(guān)管的柵極連接。6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的兩級控制器,其特征在于:所述反激后級的控制環(huán)路,包 括:后級采樣電路、后級比較判斷電路、后級電流采樣電路和后級控制信號產(chǎn)生電路, 所述后級采樣電路的輸入與兩級控制器的FA端相連,后級采樣電路的輸出給到后級比 較判斷電路的輸入端口,用以輸出采樣到的后級變壓器去磁階段的時間信號Tds; 所述后級比較判斷電路的輸入端口 C72連接兩級控制器的FB引腳和后級采樣電路的輸 出,后級比較判斷電路的輸出端口C73輸出后級開關(guān)管的開啟信號Ton_L和限定后級峰值電 流的電壓信號Vpk_FB,這兩個輸出信號分別連接至后級控制信號產(chǎn)生電路的第一和二輸入 端口 C91 和 C92; 所述后級電流采樣電路的輸入端口 C81連接兩級控制器的Dra i n2引腳,其輸出端口 C8 2 輸出檢測到的后級輸入電流轉(zhuǎn)化成的電壓Vcs_FB給后級控制信號產(chǎn)生電路的第三輸入端 口 C93; 所述后級控制信號產(chǎn)生電路包含三個輸入端口 C91、C92和C93,以及一個輸出端口 C94, 其輸出端口 C94作為后級控制信號產(chǎn)生電路的輸出端,用以與后級開關(guān)管的柵極相連。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的兩級控制器,其特征在于: 所述的后級輸出電壓采樣電路包括:快速比較器和后級輸出采樣模塊;FA端連接至快 速比較器的正相輸入端,第三基準電壓Vref3連接至快速比較器的負相輸入端,快速比較器 的輸出及FA端一并作為后級輸出采樣模塊的輸入,后級輸出采樣模塊的輸出連接后級比較 判斷電路,用以將信號Tds輸出給后級比較判斷電路; 所述的后級比較判斷電路包括:后級跨導放大器、后級峰值電流限定電阻R4和電壓選 擇模塊;所述后級輸出采樣模塊輸出的信號Tds與FB端分別連接至后級跨導放大器的兩個 輸入,后級跨導放大器的第一輸出與后級控制信號產(chǎn)生電路連接,用以輸出生成的后級開 關(guān)管的開啟控制信號Ton_L;后級跨導放大器的第二輸出與第四基準電壓Vref4-起輸入到 電壓選擇模塊,電壓選擇模塊的輸出與后級控制信號產(chǎn)生電路連接; 所述的后級電流采樣電路包括:后級峰值電流檢測模塊;后級峰值電流檢測模塊的輸 入與Drain2端連接,后級峰值電流檢測模塊的輸出連接至后級控制信號產(chǎn)生電路;比較器 0CP2的正相輸入端; 所述后級控制信號產(chǎn)生電路包括:比較器0CP2和后級邏輯及驅(qū)動模塊,比較器0CP2的 正相輸入端與后級峰值電流檢測模塊的輸出連接,比較器0CP2的反相輸入端與電壓選擇模 塊的輸出連接,比較器0CP2的輸出連接后級邏輯及驅(qū)動模塊,用以輸出生成的后級開關(guān)管 的關(guān)斷控制信號Toff_FB;比較器0CP2的輸出和后級跨導放大器的第一輸出一起連接至后 級邏輯及驅(qū)動模塊的輸入,后級邏輯及驅(qū)動模塊的輸出作為后級控制信號產(chǎn)生電路的輸出 端。8. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的兩級控制器,其特征在于:所述芯片還集成有前級開關(guān)管 和/或后級開關(guān)管,所述前級開關(guān)管的漏極和源極分別與Drainl端和地電位相連;所述后級 開關(guān)管的漏極和源極分別與Drain2端和地電位相連。9. 一種AC/DC開關(guān)電源,包括BOOST前級電路、反激后級電路和權(quán)利要求1至8所述的兩 級控制器,其特征在于: 所述BOOST前級電路包括輔助繞組、電阻Rsl和電阻Rs2的串聯(lián)支路及前級開關(guān)管,所述 反激后級電路包括變壓器、光耦和后級開關(guān)管, 所述兩級控制器的FA端,與電阻Rsl和電阻Rs2的串聯(lián)連接點相連,在反激后級變壓器 的激磁階段,為所述BOOST前級的控制環(huán)路,采集和保存BOOST前級的輸出電壓;在反激后級 變壓器的去磁階段,采集和保存反激后級的輸出電壓,并提供給反激后級的控制環(huán)路; 所述兩級控制器的FB端,與光耦連接,在反激后級變壓器的去磁階段,對反激后級的輸 出電壓進行采集和保存,進而產(chǎn)生后級開關(guān)管的開啟信號和關(guān)斷信號。
【文檔編號】H02M7/06GK205596029SQ201521143355
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2015年12月31日
【發(fā)明人】唐盛斌, 周阿鋮
【申請人】廣州金升陽科技有限公司