专利名称：一种隔离式电压转换器电路及其控制方法
技术领域：
本发明涉及电源电路，更具体地说，本发明涉及隔离式电压转换电路及其控制方法。
背景技术：
当前的隔离式电压转换电路通常采用原边控制方式。如图I所示，隔离式电压转换电路10通常采用变压器Tl作为储能元件。一功率开关电耦接至变压器的原边Lp，控制电路控制该功率开关的导通与关断，使能量交替地在变压器Tl的原边中被存储或被传递到变压器的副边Ls。变压器的副边Ls将能量传递至输出电容Co，在输出电容Co两端产生ー输出电压Vo，该输出电压No即为隔离式变换器的直流输出电压。在图I所示的隔离式变换器中，功率开关和控制电路被集成在芯片ICl中。在原边控制的隔尚式变换器中，输出电压Vo通过ー耦合器件DO反馈至控制电路的反馈端FB，与流过功率开关的电流一起控制功率开关的通断。在原边控制方式中，耦合器件必须一直保持工作状态以保证隔离式电压转换电路正常工作。当耦合器件由光耦器件及其辅助器件(如电阻等)实现时，光耦器件的功耗随着负载的减轻而増大。因此耦合器件増加了系统的空载损耗，降低了系统在轻载状态下的效率。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的上述问题，提供一种副边控制的隔离式电压转换电路及其控制方法。为实现上述目的，本发明提出了一种隔离式电压转换电路，包括输入端ロ，接收输入电压；输出端ロ，提供输出电压；变压器，具有原边绕组、副边绕组和第三绕组，其中，原边绕组，副边绕组和第三绕组分别具有第一端和第二端，所述原边绕组的第一端耦接至输入端ロ以接收输入电压；原边功率开关，具有第一端、第二端和控制端，其中所述第一端耦接至变压器的原边绕组的第二端，所述第二端接原边參考地；副边功率开关，耦接在变压器的副边绕组的第一端和输出端ロ之间；副边控制器，具有电源端、第一反馈端和耦合控制端，其中所述电源端接收输出电压，所述第一反馈端接收表征输出电压的第一反馈信号，基于输出电压和第一反馈信号，所述副边控制器在耦合控制端产生频率调制信号；耦合器件，具有输入侧和输出侧，其中所述输入侧耦接在输出电压和副边控制器的耦合控制端之间，以接收输出电压和频率调制信号，所述耦合器件基于所述输出电压和所述频率调制信号，在其输出侧提供频率控制信号；原边控制器，具有电流检测端、频率控制信号端和输出端，其中电流检测端耦接至原边功率开关接收电流检测信号，频率控制信号端耦接至耦合器件的输出侧接收频率控制信号，所述原边控制器基于电流检测信号和频率控制信号，在输出端输出门极信号至原边功率开关的控制端以控制原边功率开关的通断。根据本发明的实施例，其中所述副边控制器包括误差放大器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中所述第一输入端耦接第一反馈信号，所述第二输入端接收误差基准信号，基于第一反馈信号和误差基准信号，误差放大器在输出端输出误差信号；误差比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中所述第一输入端稱接至误差放大器的输出端接收误差信号，所述第二输入端耦接调制信号，基于误差信号和调制信号，所述误差比较器在输出端输出第一比较信号；第一开关，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至耦合控制端，所述第二端接副边參考地，所述控制端耦接至误差比较器的输出端接收第一比较信号，基于第一比较信号 ，所述第一开关或开通或关断，在耦合控制端产生频率调制信号。根据本发明的实施例，其中所述原边控制器包括峰值比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中所述第一输入端接收电流检测信号，所述第二输入端接收峰值电流信号，基于所述电流检测信号和峰值电流信号，所述第三比较器在输出端输出峰值电流控制信号；逻辑电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中所述第一输入端耦接至耦合器件的输出侧接收频率控制信号，所述第二输入端耦接至峰值比较器的输出端接收峰值电流控制信号，基于频率控制信号和峰值电流控制信号，所述逻辑电路在输出端输出逻辑控制信号。根据本发明的实施例，其中所述逻辑电路包括第一 RS触发器，具有置位端、复位端和输出端，其中所述置位端耦接频率控制信号，所述复位端耦接至峰值比较器的输出端接收峰值电流控制信号，基于频率控制信号和峰值电流控制信号，所述第一 RS触发器在输出端输出逻辑控制信号。根据本发明的实施例，其中所述逻辑电路输出的逻辑控制信号作为门极信号耦接至原边功率开关的控制端控制原边功率开关的通断。根据本发明的实施例，其中所述原边控制器原边控制器还具有第二反馈端，所述原边控制器原边控制器还包括负载检测电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中所述第一输入端接收第二反馈信号，所述第二输入端接收门极信号，基于第二反馈信号和门极信号，所述负载检测电路在输出端输出负载检测信号；启动控制电路，具有输入端和输出端，所述输入端接收电流检测信号，基于电流检测信号，所述启动控制电路在输出端输出启动控制信号。根据本发明的实施例，其中所述原边控制器还包括选择器，具有第一输入端、第二输入端、控制端和输出端，其中所述第一输入端耦接至启动控制电路接收启动控制信号，所述第二输入端耦接至逻辑电路的输出端接收逻辑控制信号，所述控制端接收负载检测信号，基于负载检测信号，所述选择器选择将启动控制信号或逻辑控制信号选择作为门极信号。根据本发明的实施例，其中所述负载检测电路包括负载检测比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端接收第二反馈信号，所述第二输入端接收负载检测基准信号，基于第二反馈信号和负载检测基准信号，所述负载检测比较器输出负载比较信号；脉冲电路，具有输入端和输出端，所述输入端接收门极信号，基于门极信号，所述输出端输出脉冲信号；锁存器，具有时钟端，信号输入端和输出端，所述时钟端至脉冲电路的输出端接收脉冲信号，所述信号输入端ロ耦接至负载检测比较器的输出端接收负载比较信号，基于脉冲信号和负载比较信号，所述锁存器在输出端输出负载检测信号。
根据本发明的实施例，其中所述启动控制电路包括最大峰值比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端接收电流检测信号，所述第二输入端接收峰值电流信号最大值，基于电流检测信号和峰值电流信号最大值，所述最大峰值比较器在输出端输出最大峰值电流控制信号；振荡器，输出固定的时钟信号；第二 RS触发器，具有置位端、复位端和输出端，所述置位端耦接至振荡器接收时钟信号，所述复位端耦接至最大峰值比较器的输出端接收最大峰值电流控制信号，基于时钟信号和最大峰值电流控制信号，所述第二 RS触发器在输出端输出启动控制信号。为实现上述目的，本发明还提出了一种隔离式电压转换电路的控制方法。所述控制方法包括通过变压器的原边绕组接收输入电压；通过原边控制器控制与变压器原边绕组耦接的原边功率开关，将储存在变压器原边绕组的能量转移至变压器的副边绕组，并提供输出电压给负载；检测输出电压并生成第一反馈信号；基于第一反馈信号和调制信号，生成频率调制信号；通过耦合器件接收频率调制信号，并生成频率控制信号耦合到原边控制器；检测流经变压器的原边绕组的电流，生成电流检测信号；基于电流检测信号和峰值电流信号，生成峰值电流控制信号；基于峰值电流控制信号和频率调制信号，生成门极信号 来控制原边功率开关。根据本发明上述各方面的隔离式电压转换器电路及其控制方法，有效提高了电路的效率。
图I示出了现有技术中的原边控制的隔离式电压变换器的电路示意 图2示出了根据本发明一实施例的隔离式电压转换电路20的电路结构示意 图3示出了负载跳变时图2电路中的各信号的波形示意 图4示出了根据本发明一实施例的原边控制器204的电路结构示意 图5示出了根据本发明一实施例的隔离式电压转换电路的控制方法50。图6示出了根据本发明一实施例的隔离式电压转换电路的控制方法60。
具体实施例方式下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少ー个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“ー个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。应当理解，当称元件“连接到”或“耦接到”另一元件时，它可以是直接连接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。图2示出了根据本发明一实施例的隔离式电压转换电路20的电路结构示意图。如图2所示，隔离式电压转换电路20包括输入端ロ，接收输入电压Vin ;输出端ロ，提供输出电压Vo ;变压器Tl，具有原边绕组Lp，副边绕组Ls和第三绕组Lt，其中，原边绕组Lp，副边绕组Ls和第三绕组Lt分别具有第一端和第二端，所述原边绕组Lp的第一端耦接至输入端ロ以接收输入电压Vin ;原边功率开关M1，具有第一端、第二端和控制端，其中所述第一端耦接至变压器Tl的原边绕组Lp的第二端，所述第二端接原边參考地PGND ;副边功率开关D1，耦接在变压器的副边绕组Ls的第一端和输出端ロ之间；副边控制器202，具有电源端VCC，第一反馈端FBl和耦合控制端0P，其中所述电源端VCC接收输出电压Vo，所述第一反馈端FBl接收表征输出电压Vo的第一反馈信号Vfbl,基于输出电压Vo和第一反馈信号Vfbl，所述副边控制器202在耦合控制端OP产生频率调制信号；耦合器件，包括输入侧101-1和输出侧101-2，其中输入侧101-1耦接在输出端口和副边控制器的耦合控制端之 间，以接收输出电压Vo和频率调制信号，所述耦合器件基于所述输出电压和所述频率调制信号，在其输出端提供频率控制信号Con ;原边控制器201，具有电流检测端CS，频率控制信号端FRE和输出端Drv，其中电流检测端CS耦接表征流过原边绕组Lp的电流的电流检测信号Vcs，频率控制信号端FRE耦接至耦合器件的输出侧101 — 2接收频率控制信号Con，所述原边控制器201基于电流检测信号Vcs和频率控制信号Con，在其输出端Drv输出门极信号Gate至原边功率开关Ml的控制端以控制原边功率开关Ml的通断。在一个实施例中，所述耦合器件的输出侧101 — 2耦接在原边控制器201的频率控制信号端FRE和原边參考地PGND之间。如图2所示，耦合器件包括光电耦合器件。所述光电耦合器件的输入侧101 — I包括发光二极管，其输出侧101 — 2包括光敏晶体管。所述发光二极管的阳极通过电阻R2耦接至输出端ロ以接收输出电压Vo ;阴极耦接至副边控制器202的，将耦合控制端OP提供的频率调制信号耦合至光敏晶体管。所述光敏晶体管的一端接原边參考地PGND，另一端输出所述频率控制信号Con。所述频率控制信号Con与频率调制信号具有相似的波形，不同的幅值。其中电阻R2用于限制流过发光二极管的电流。在一个实施例中，电阻R2可省略。发光二极管和电阻R2不局限于图2所示实施例中的连接方式。在一个实施例中，电阻R2与发光二极管的位置互換。本领域普通技术人员应该知道，光耦器件及电阻R2的作用是为了将频率调制信号耦合成频率控制信号，从而提供给原边控制器201，任何可实现上述功能的连接方式或器件(比如霍尔器件)均包含在本发明范围之内。光电耦合器件的工作原理为本领域普通技术人员的公知常识，为叙述简明，此处不再详细阐述。在一个实施例中，所述副边控制器202包括误差放大器102，具有第一输入端(正输入端)、第二输入端(负输入端)和输出端，其中所述第一输入端I禹接表征输出电压Vo的第一反馈信号Vfbl，所述第二输入端接收误差基准信号Vrefl，基于第一反馈信号Vfbl和误差基准信号Vrefl，所述误差放大器102在输出端输出误差信号Vc ;误差比较器103，具有第一输入端(负输入端)，第二输入端(正输入端)和输出端，其中所述第一输入端稱接至误差放大器102的输出端接收误差信号Vc，所述第二输入端耦接调制信号Vsaw，基于误差信号Vc和调制信号Vsaw,所述误差比较器103在输出端输出第一比较信号；第一开关M2,具有第一端、第二端和控制端，其中所述第一端耦接至耦合控制端0P，所述第二端接副边參考地SGND，所述控制端耦接至误差比较器103的输出端接收第一比较信号，基于第一比较信号，所述第一开关M2或开通或关断，在所述耦合控制端OP产生频率调制信号。在一个实施例中，所述副边控制器202还包括调制信号发生器104。所述调制信号发生器104具有输入端和输出端，其输入端耦接至副边功率管Dl的第一端接收同步信号，并基于同步信号，所述调制信号发生器104在其输出端输出调制信号Vsaw。所述调制信号发生器104的功能为当副边功率管Dl开启时，同步信号为高，调制信号Vsaw上升；当调制信号Vsaw上升至误差信号Vc时，调制信号下降为低电平，等待下一次同步信号为高时，调制信号Vsaw再次上升。调制信号发生器104为本领域的公知常识，为叙述简明，此处不再阐述其具体电路。调制信号Vsaw的产生并不必须基于同步信号。在一个实施例中，所述调制信号Vsaw在每个开关周期具有固定的低电平时间t。即经过固定时间t，调制信号Vsaw开始上升；当调制信号Vsaw上升至误差信号Vc时，变为低电平。再次经过固定时间t，调制信号 Vsaw上升。以上过程周而复始。所述固定低电平时间可根据实际应用情况设置。在一个实施例中，所述原边控制器201包括峰值比较器107，具有第一输入端、第ニ输入端和输出端，其中所述第一输入端接收电流检测信号Vcs,所述第二输入端接收峰值电流信号Vlim，基于所述电流检测信号Vcs和峰值电流信号Vlim，所述峰值比较器107在输出端输出峰值电流控制信号Vp ;逻辑电路108,具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至耦合器件的输出侧101-2接收频率控制信号Con，所述第二输入端耦接至峰值比较器107的输出端接收峰值电流控制信号Vp，基于频率控制信号Con和峰值电流控制信号Vp，所述逻辑电路108在输出端输出逻辑控制信号111。在该实施例中，所述第一 RS触发器为电平触发。在一个实施例中，第一 RS触发器为脉冲触发，频率控制信号Con下降沿有效。在一个实施例中，逻辑电路108输出的逻辑控制信号111被用作门极信号Gate来控制原边功率开关Ml的通断。本领域普通技术人员应该知道，门极信号Gate通常会经过驱动器加强驱动能力后再控制原边功率开关Ml的通断。驱动器属于本领域的公知常识，为简便起见，在图2中未表示。在图2所示的实施例中，频率控制信号Con低电平有效。逻辑电路108包括 第一反相器109，具有输入端和输入端，其中输入端耦接至耦合器件输出侧101-2接收频率控制信号Con，基于频率控制信号Con，所述第一反相器109在输出端输出反相频率控制信号;第一 RS触发器106，具有置位端” S”、复位端”R”和输出端”Q”，其中置位端” S”耦接至第一反相器109的输出端接收反相频率控制信号，复位端” R”耦接至峰值比较器107的输出端接收峰值电流控制信号Vp，基于反相频率控制信号和峰值电流控制信号Vp，所述第一 RS触发器106在输出端输出逻辑控制信号111。本领域普通技术人员应该知道在频率控制信号Con高电平有效的实施例中，第一反相器109可省略；第一反相器109也可位于第一 RS触发器106内部，即置位端为“S”，该置位端“’低电平有效。图3示出了负载跳变时图2所示隔离式电压转换电路20中的各信号的波形示意图。其中，Iload代表负载电流，即为图2中流过负载电阻RL的电流；OT1代表副边功率开关Dl的通断示意波形，并不是具体的信号波形，当副边功率开关管Dl开通时，⑶I为高，当副边功率开关管Dl关断吋，GDl为低；Gate代表逻辑电路108的输出信号，也就是原边功率开关Ml的门极イ目号，在图2所不的实施例中，Gate为闻时，原边功率开关Ml开通，Gate为低时，原边功率开关Ml关断；Vc为误差信号；Vsaw为调制信号；Con为频率控制信号下面结合图2和图3来说明隔离式电压转换电路20的工作过程。在隔离式电压转换电路20稳定工作时，输出电压Vo保持不变。t0时刻，负载由重载向轻载跳变。此时输出电压Vo将略微上升，第一反馈信号Vfbl跟随上升，导致误差信号Vc上升。由于调制信号Vsaw的上升斜率是固定的，因此调制信号Vsaw上升至误差信号Vc的时间增加，使第一比较器103输出的第一比较信号的低电平时间增加。从而使第一开关M2的关断时间增カロ。频率控制信号Con在开关管M2关断时为高，在开关管M2导通时为低电平脉冲，因此当负载由重载跳变为轻载吋，输出电压的增大将使得频率控制信号Con的高电平时间增加，即频率控制信号输出低电平脉冲的间隔增加。频率控制信号Con经过第一反相器109的反相后，置位第一 RS触发器106，使逻辑控制信号111为高，即门极信号Gate为高，从而开通原边功率开关Ml。频率控制信号Con的低电平脉冲的间隔时间的延长，意味着原边功率开关Ml的关断时间增加。从而使得在一个开关周期内，输入电压传递到负载RL的能量减小，以适应负载电流的下降。在tl时刻，负载由轻载跳变为重载，输出电压Vo下降，第一反馈信号Vfbl跟随下降，则误差信号Vc下降，使得第一开关M2的关断时间减少，从而使得频率控制信号Con的高电平时间缩短，即频率控制信号输出低电平脉冲的间隔减小。频率控制信号Con经过第一反相器109的反相后，置位第一 RS触发器106，使逻辑控制信号111为高，即门极信号Gate为高，从而开通原边功率开关Ml。频率控制信号Con的低电平脉冲的间隔时间的缩短，意味着原边功率开关Ml的关断时间缩短。从而使得在一个开关周期内，输入电压传递到负载RL的能量増加，以适应负载电流的上升。由于在隔离式电压转换电路20中，当第一开关M2被断开时耦合器件处于“空闲”状态。在空载和轻载状态下，第一开关M2的断开时间延长，相应地，耦合器件的“空闲”状态时间也被延长。因此，耦合器件及其辅助电路(如电阻R2)的功耗大大降低，从而有效提高了隔离式电压转换电路的效率。图4示出了根据本发明一实施例的原边控制器204的电路结构示意图。与原边控制器201相比，所述原边控制器204还具有第二反馈端FB2，耦接至第三绕组Lt的第一端接收第二反馈信号Vfb2，所述原边控制器204中的逻辑电路108c还包括负载检测电路401，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中所述第一输入端接收第二反馈信号V fb2,所述第二输入端接收门极信号Gate，基于第二反馈信号V fb2和门极信号Gate，所述负载检测电路401在输出端输出负载检测信号403 ;启动控制电路402，具有输入端和输出端，所述输入端接收电流检测信号V cs，基于电流检测信号V cs，所述启动控制电路在输出端输出启动控制信号404。副边控制器的电源端Vcc耦接至输出端接收输出电压Vo作为供电电压。在启动时和输出电压Vo偏低时，副边控制器可能由于供电不足而输出错误的频率控制信号Con。此时，原边控制器204采用启动控制电路402控制原边功率开关Ml的通断，屏蔽副边控制器输出的错误的频率控制信号Con的控制。在一个实施例中，所述原边控制器204还包括选择器118，具有第一输入、第二输入端、控制端和输出端，其中所述第一输入端耦接至启动控制电路402接收启动控制信号404，所述第二输入端耦接至第一 RS触发器的输出端接收逻辑控制信号111，所述控制端接收负载检测信号403，基于负载检测信号403，所述选择器118将启动控制信号404或逻辑控制信号111耦接至输出端，作为门极信号Gate控制原边功率开关Ml。在一个实施例中，所述选择器118包括单端双掷开关(STOT)，所述单端双掷开关具有第一输入端、第二输入端、控制端和输出端，其中其中所述第一输入端耦接至启动控制电路402接收启动控制信号404，所述第二输入端耦接至第一 RS触发器的输出端接收逻辑控制信号111，所述控制端接收负载检测信号403，当负载检测信号403有效时，所述单刀双掷开关将启动控制信号404耦接至输出端，作为门极信号Gate控制原边功率开关M1，当负载检测信号403无效时，所述单刀双掷开关将第一 RS触发器输出的逻辑控制信号111耦接至输出端，作为门极信号Gate控制原边功率开关Ml。在一个实施例中，所述负载检测电路401包括负载检测比较器121，具有第一输入端(负输入端)、第二输入端(正输入端)和输出端，所述第一输入端接收第二反馈信号 Vfb2，所述第二输入端接收负载检测基准信号Vref2，基于第二反馈信号Vfb2和负载检测基准信号Vref2，所述负载检测比较器121输出负载比较信号125 ;脉冲电路123，具有输入端和输出端，所述输入端接收门极信号Gate,基于门极信号Gate,所述输出端输出脉冲信号124 ;锁存器126，具有时钟端ロ，信号输入端口和输出端ロ，所述时钟端ロ至脉冲电路123的输出端接收脉冲信号124，所述信号输入端ロ耦接至负载检测比较器121的输出端接收负载比较信号125，基于脉冲信号124和负载比较信号125，所述锁存器126在输出端输出负载检测信号403。在一个实施例中，所述负载检测电路401还包括延时电路120,具有输入端和输出端，所述输入端接收门极信号Gate，所述输出端耦接至脉冲电路的输出端。当门极信号Gate关闭原边功率开关M1，经过延时电路120预设的延时时间，脉冲电路123输出脉冲信号124。第二反馈信号Vfb2是第三绕组Lt上的电压信号。当原边功率开关Ml关断后，副边功率开关管Dl开启，此时第二反馈信号Vfb2跳变至输出电压Vo。副边控制器202由输出电压Vo供电。若是输出电压Vo较低(在电路启动时期或是输出电压在正常工作时掉电)，以至于副边控制器202无法正常工作，则频率控制信号Con可能是错误的。当副边功率开关导通吋，第二反馈信号Vfb2与输出电压No成正比。在一个实施例中，当输出电压Vo较低，以至于副边控制器无法正常正作时，第二反馈信号Vfb2低于负载检测基准信号Vref2，负载检测比较器121翻转。在锁存器接收到脉冲电路123输出脉冲信号124后，将负载检测比较器121输出的负载检测比较信号锁存住，输出负载检测信号403来指示输出电压Vo的状态。由上述描述可知，在每个开关周期中，负载检测电路401都将检测输出电压Vo，若输出电压Vo低于一定值(第二反馈电压Vfb2小于负载检测基准信号Vref2),负载检测信号403将控制选择器118将启动控制电路输出的启动控制信号404作为门极信号Gate。延时电路120的延时时间是为了锁存器126锁存的信号是在第二反馈信号Vfb2稳定的状态下得到的。本领域普通技术人员应该知道，负载检测基准信号Vref2和延时电路120的延时时间可根据实际电路应用情况进行设置。在一个实施例中，启动控制电路402包括最大峰值比较器119,具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端接收电流检测信号Vcs，所述第二输入端接收峰值电流信号最大值Vlim_max,基于电流检测信号Vcs和峰值电流信号最大值Vlim_max,所述最大峰值比较器119在输出端输出最大峰值电流控制信号Vmp ;振荡器114,输出时钟信号Vosc ;第二 RS触发器117，具有置位端“S”、复位端“R”和输出端“Q”，所述置位端“S”耦接至振荡器114接收时钟信号Vosc，所述复位端“R”耦接至最大峰值比较器119的输出端接收最大峰值电流控制信号Vmp,基于时钟信号Vosc和最大峰值电流控制信号Vmp,所述第二RS触发器117在输出端“Q”输出启动控制信号404。在一个实施例中，振荡器114输出的时钟信号Vosc具有固定频率fsjnax，即隔离式电压转换电路的最大工作频率。最大峰值比较器119将电流检测信号Vcs与峰值电流信号最大值Vlim_max相比较从而输出信号来控制第二 RS触发器117的置位端。图5示出了根据本发明一实施例的隔离式电压转换电路的控制方法50。所述控制方法50包括步骤501，通过变压器的原边绕组接收输入电压；步骤502，通过原边控制器控制与变压器原边绕组耦接的原边功率开关，将储存在变压器原边绕组的能量转移至变 压器的副边绕组，并提供输出电压给负载；步骤503，检测输出电压并生成第一反馈信号；步骤504，基于第一反馈信号和调制信号，生成频率调制信号；步骤505，通过耦合器件接收频率调制信号，并生成频率控制信号耦合到原边控制器；步骤506，检测流经变压器的原边绕组的电流，生成电流检测信号；步骤507，基于电流检测信号和峰值电流信号，生成峰值电流控制信号；步骤508，基于峰值电流控制信号和频率控制信号，生成门极信号来控制原边功率开关。在一个实施例中，所述调制信号在每个开关周期具有固定的低电平时间，并且在固定的低电平时间结束后开始升高，直至等于误差信号。调制信号可以线性升高，也可以以曲线函数方式升高。在一个实施例中，所述调制信号与副边功率开关同步，当副边功率开关开通时，所述调制信号开始升高，当副边功率开关关断时，所述调制信号为低电平。调制信号可以线性升高，也可以以曲线函数方式升高。在一个实施例中，步骤504包括基于第一反馈信号和误差基准信号的差值，产生误差信号；基于误差信号和调制信号的比较，产生第一比较信号；基于第一比较信号，产生频率调制信号。在一个实施例中，基于第一比较信号产生频率控制信号包括当第一比较信号为逻辑低电平时，频率控制信号为逻辑高电平；当第一比较信号为逻辑高电平时，频率控制信号为逻辑低电平。在其它实施例中，也可以是当第一比较信号为逻辑高电平时，频率控制信号为逻辑高电平；当第一比较信号为逻辑低电平时，频率控制信号为逻辑低电平。在一个实施例中，步骤508包括当频率控制信号产生脉冲时，门极信号开通原边功率开关；当电流检测信号大于峰值电流信号最大值时，门极信号关断原边功率开关。在一个实施例中，频率最大值信号是ー个固定的时钟信号，由振荡器产生。图6示出了根据本发明一实施例的隔离式电压转换电路的控制方法60。所述控制方法60包括步骤601，通过变压器的原边绕组接收输入电压；步骤602，通过原边控制器控制与变压器原边绕组耦接的原边功率开关，将储存在变压器原边绕组的能量转移至变压器的副边绕组，并提供输出电压给负载；步骤603，检测输出电压并生成第一反馈信号；步骤604，基于第一反馈信号和调制信号，生成频率调制信号；步骤605，通过耦合器件接收频率调制信号，并生成频率控制信号耦合至原边控制器；步骤606，检测流经变压器的原边绕组的电流，生成电流检测信号；步骤607，基于电流检测信号和峰值电流信号，生成峰值电流控制信号；步骤608，基于峰值电流控制信号和频率调制信号，生成逻辑控制信号；步骤609，采用启动控制电路来产生启动控制信号；步骤610，基于第二反馈信号产生负载检测信号，当第二反馈信号小于负载检测基准值时，所述负载检测信号有效；步骤611，当负载检测信号有效时，将启动控制信号作为门极信号，当负载检测信号无效时，将逻辑控制信号作为门极信号；其中第二反馈信号是基于变压器的第三绕组两端的电压产生的，表征输出电压。在一个实施例中，所述调制信号在每个开关周期具有固定的低电平时间，并且在固定的低电平时间结束后开始升高，直至等于误差信号。调制信号可以线性升高，也可以以曲线函数方式升高。在一个实施例中，所述调制信号与副边功率开关同步，当副边功率开关开通时，所述调制信号开始升高，当副边功率开关关断时，所述调制信号为低电平。调制信号可以线性升高，也可以以曲线函数方式升高。在一个实施例中，步骤604包括基于第一反馈信号和误差基准信号的差值，产生误差信号；基于误差信号和调制信号的比较，产生第一比较信号；基于第一比较信号，产生频率调制信号。在一个实施例中，基于第一比较信号产生频率控制信号包括当第一比较信号为逻辑低电平时，频率控制信号为逻辑高电平；当第一比较信号为逻辑高电平时，频率控制信号为逻辑低电平。在其它实施例中，也可以是当第一比较信号为逻辑高电平时，频率控制信号为逻辑高电平；当第一比较信号为逻辑低电平时，频率控制信号为逻辑低电平。在一个实施例中，步骤608包括当频率控制信号为逻辑低电平吋，门极信号开通原边功率开关；当电流检测信号大于峰值电流信号吋，门极信号关断原边功率开关。在一个实施例中，步骤611包括当频率最大值信号为逻辑高电平吋，门极信 号开通原边功率开关；当电流检测信号大于峰值电流信号最大值时，门极信号关断原边功率开关。在一个实施例中，频率最大值信号是ー个固定的时钟信号，由振荡器产生。虽然已參照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。
权利要求
1.一种隔离式电压转换电路，其特征在于，所述隔离式电压转换电路包括 输入端口，接收输入电压； 输出端口，提供输出电压； 变压器，具有原边绕组、副边绕组和第三绕组，其中，原边绕组，副边绕组和第三绕组分别具有第一端和第二端，所述原边绕组的第一端耦接至输入端口以接收输入电压； 原边功率开关，具有第一端、第二端和控制端，其中所述第一端耦接至变压器的原边绕组的第二端，所述第二端接原边参考地； 副边功率开关，耦接在变压器的副边绕组的第一端和输出端口之间； 副边控制器，具有电源端、第一反馈端和耦合控制端，其中所述电源端接收输出电压，所述第一反馈端接收表征输出电压的第一反馈信号，基于输出电压和第一反馈信号，所述副边控制器在耦合控制端产生频率调制信号； 耦合器件，具有输入侧和输出侧，其中所述输入侧耦接在输出端口和副边控制器的耦合控制端之间，以接收输出电压和频率调制信号，所述耦合器件基于所述输出电压和所述频率调制信号，在其输出侧提供频率控制信号； 原边控制器，具有电流检测端、频率控制信号端和输出端，其中电流检测端接收表征流过原边绕组的电流的电流检测信号，频率控制信号端耦接至耦合器件的输出侧接收频率控制信号，所述原边控制器基于电流检测信号和频率控制信号，在输出端输出门极信号至原边功率开关的控制端以控制原边功率开关的通断。
2.如权利要求I所述的隔离式电压转换电路，其特征在于，其中所述副边控制器包括 误差放大器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中所述第一输入端稱接第一反馈信号，所述第二输入端接收误差基准信号，基于第一反馈信号和误差基准信号，误差放大器在输出端输出误差信号； 误差比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中所述第一输入端耦接至误差放大器的输出端接收误差信号，所述第二输入端耦接调制信号，基于误差信号和调制信号，所述误差比较器在输出端输出第一比较信号； 第一开关，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至耦合控制端，所述第二端接副边参考地，所述控制端耦接至误差比较器的输出端接收第一比较信号，基于第一比较信号，所述第一开关或开通或关断，在耦合控制端产生频率调制信号。
3.如权利要求I所述的隔离式电压转换电路，其特征在于，其中所述原边控制器包括 峰值比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中所述第一输入端接收电流检测信号，所述第二输入端接收峰值电流信号，基于所述电流检测信号和峰值电流信号，所述第三比较器在输出端输出峰值电流控制信号； 逻辑电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中所述第一输入端耦接至耦合器件的输出侧接收频率控制信号，所述第二输入端耦接至峰值比较器的输出端接收峰值电流控制信号，基于频率控制信号和峰值电流控制信号，所述逻辑电路在输出端输出逻辑控制信号；其中， 所述逻辑电路输出的逻辑控制信号作为门极信号耦接至原边功率开关的控制端控制原边功率开关的通断。
4.如权利要求I所述的隔离式电压转换电路，其特征在于，其中所述原边控制器还具有第二反馈端，所述原边控制器包括 峰值比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中所述第一输入端接收电流检测信号，所述第二输入端接收峰值电流信号，基于所述电流检测信号和峰值电流信号，所述第三比较器在输出端输出峰值电流控制信号； 逻辑电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中所述第一输入端耦接至耦合器件的输出侧接收频率控制信号，所述第二输入端耦接至峰值比较器的输出端接收峰值电流控制信号，基于频率控制信号和峰值电流控制信号，所述逻辑电路在输出端输出逻辑控制信号; 负载检测电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中所述第一输入端接收第二反馈信号，所述第二输入端接收门极信号，基于第二反馈信号和门极信号，所述负载检测电路在输出端输出负载检测信号； 启动控制电路，具有输入端和输出端，所述输入端接收电流检测信号，基于电流检测信 号，所述启动控制电路在输出端输出启动控制信号。
5.如权利要求4所述的隔离式电压转换电路，其特征在于，其中所述原边控制器还包括选择器，具有第一输入端、第二输入端、控制端和输出端，其中所述第一输入端耦接至启动控制电路接收启动控制信号，所述第二输入端耦接至逻辑电路的输出端接收逻辑控制信号，所述控制端接收负载检测信号，基于负载检测信号，所述选择器选择将启动控制信号或逻辑控制信号选择作为门极信号。
6.如权利要求4所述的隔离式电压转换电路，其特征在于，其中所述负载检测电路包括 负载检测比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端接收第二反馈信号，所述第二输入端接收负载检测基准信号，基于第二反馈信号和负载检测基准信号，所述负载检测比较器输出负载比较信号； 脉冲电路，具有输入端和输出端，所述输入端接收门极信号，基于门极信号，所述输出端输出脉冲信号； 锁存器，具有时钟端，信号输入端和输出端，所述时钟端至脉冲电路的输出端接收脉冲信号，所述信号输入端口耦接至负载检测比较器的输出端接收负载比较信号，基于脉冲信号和负载比较信号，所述锁存器在输出端输出负载检测信号。
7.如权利要求4所述的隔离式电压转换电路，其特征在于，其中所述启动控制电路包括 最大峰值比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端接收电流检测信号，所述第二输入端接收峰值电流信号最大值，基于电流检测信号和峰值电流信号最大值，所述最大峰值比较器在输出端输出最大峰值电流控制信号； 振荡器，输出固定的时钟信号； 第二 RS触发器，具有置位端、复位端和输出端，所述置位端耦接至振荡器接收时钟信号，所述复位端耦接至最大峰值比较器的输出端接收最大峰值电流控制信号，基于时钟信号和最大峰值电流控制信号，所述第二 RS触发器在输出端输出启动控制信号。
8.一种隔离式电压转换电路的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括 通过变压器的原边绕组接收输入电压；通过原边控制器控制与变压器原边绕组耦接的原边功率开关，将储存在变压器原边绕组的能量转移至变压器的副边绕组，并提供输出电压给负载； 检测输出电压并生成第一反馈信号； 基于第一反馈信号和调制信号，生成频率调制信号； 通过耦合器件接收频率调制信号，并生成频率控制信号耦合到原边控制器； 检测流经变压器的原边绕组的电流，生成电流检测信号； 基于电流检测信号和峰值电流信号，生成峰值电流控制信号； 基于峰值电流控制信号和频率控制信号，生成门极信号来控制原边功率开关。
9.如权利要求8所述的隔离式电压转换电路的控制方法，其特征在于，其中所述基于第一反馈信号和调制信号生成频率调制信号包括 基于第一反馈信号和误差基准信号的差值，产生误差信号； 基于误差信号和调制信号的比较，产生第一比较信号； 基于第一比较信号，产生频率调制信号。
10.如权利要求8所述的隔离式电压转换电路的控制方法，其特征在于，其中所述基于峰值电流控制信号和频率控制信号生成门极信号来控制原边功率开关包括 当频率控制信号产生脉冲时，门极信号开通原边功率开关； 当电流检测信号大于峰值电流信号时，门极信号关断原边功率开关。
全文摘要
本发明提出了一种隔离式电压转换电路及其控制方法，所述隔离式电压转换电路包括输入端口，接收输入电压；输出端口，提供输出电压；变压器，具有原边绕组、副边绕组和第三绕组，其中，原边绕组，副边绕组和第三绕组分别具有第一端和第二端，所述原边绕组的第一端耦接至输入端口以接收输入电压；原边功率开关，耦接至变压器的原边绕组的第二端和原边地之间；副边功率开关，耦接在变压器的副边绕组的第一端和输出端口之间；副边控制器，提供频率调制信号；耦合器件，接收频率调制信号，提供频率控制信号；原边控制器，接收电流检测信号，频率控制信号，在输出端输出门极信号至原边功率开关的控制端以控制原边功率开关的通断。
文档编号H02M3/157GK102655378SQ20121013941
公开日2012年9月5日 申请日期2012年5月8日 优先权日2012年5月8日
发明者任远程, 张军明, 王斯然 申请人:成都芯源系统有限公司