一种反激式开关电源的环路控制电路及应用其的反激式开关电源的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及反激式开关电源，特别涉及反激式开关电源的环路控制电路。
【背景技术】
[0002] 目前，对于输入功率在75W以下的开关电源，对功率因素（PF，Power Factor，也称 功率因数）不作要求的场合，反激式（Fly-back)开关电源具有迷人的优势，电路拓扑简单， 输入电压范围宽。反激式开关电源由于元件少，电路的可靠性相对较高，所以应用很广，为 了方便，很多文献简称为反激开关电源。
[0003] 反激式开关电源为了实现输出电压的稳定，或用于充电用途时，要求输出电流的 稳定，都要实现环路的稳定，目前大部分采用两种反馈、环路控制方法：
[0004] 第一种：经典光耦反馈环路控制法，一般采用TL431这种三端基准集成电路，又称 为三端基准集成电路，以下简称为三端基准源，对输出电压进行采样，当输出电压变高时， TL431的吸收电流变大，流过光耦的电流变大，光耦的输出端的电流也正比例变大，原边的 开关电源的占空比变小，这样经过反激变压器传输的能量变小，使得反激式开关电源的输 出电压下降到输出电压预设值。这种方式应用极广。图1示出了这种应用，在图1中，输入 电压较低，为36v至75V，其中，U3为三端基准集成电路TL431，U2为光耦，图1的电路来自 美国intersil公司2012年版本的ISL6840的官方数据表（Data Sheet)第4页，文件编号 为FN9124. 11，脉宽调制控制器ISL6840是脉宽调制控制器UC3843的替代品之一，ISL6840 的工作频率更高，在大部份工作频率较常规的应用中，和UC3843可以直接互换，具有代表 性。为了实现输出电压的稳定，环路增益一般都比较大，直流增益（OHz) -般在60dB以上， 即1000倍，为了方便理解，可以简单地这样理解，由于某种原因使得输出电压下降IV，由于 环路的存在，最后稳定下来时，仅下降1V/1000 = ImV而已；在IOHz的频率下一般都有30dB 以上，即30倍以上，
[0005] 这种方式类似于运算放大器，运算放大器的开环增益越高，闭环后输出越稳定。图 1示出的经典光耦反馈法，以输出电压下降为例，其闭环路径为：输出电压下降一TL431的 输出电流变小一光耦U2的电流变小一光耦U2的吸收电流变小一光耦U2的输出端相连的 FB脚的电压下降一脉宽调制控制器U4的OUT脚输出占空比变大一主功率开关管Ql对变压 器Tl激磁时间变长一变压器Tl副边续流能量增加一输出电压上升。
[0006] 注意：ISL6840的FB脚与COMP脚电压反向，FB为其反相输入脚，COMP脚为对应的 内部运放输出端，而常见的AC-DC变换器的控制1C，如NCP1234,其FB脚的电压上升，对应 GATE驱动脚输出占空比变大，GATE驱动脚在很多公司的官方数据表上也标为OUT脚。
[0007] 从输出电压下降到输出电压上升，这个环路的增益，直流增益（OHz) -般在60dB 以上，某种原因引起输出电压上升，工作过程相似，所以参数向相反的方向变化，如电流变 小改为电流变大，等等。
[0008] 图2示出了另一款比较流行的反激式开关电源，来自美 国Power Integrations, Inc.的TNY290的官方数据表，文件名称为 "TNY284-290TinySwitch-4Family"，版本 B08/13 的第 8 页，其中，U2 为 TL431, U3 为光耦， 该种方案中，TNY2XX系列的集成电路，年出货量大于1亿片，广泛应用于电脑的ATX电源中 作为待机电源，极具代表性。
[0009] 第二种：采用原边反馈环路控制，在原边设立一个绕组，利用理想的反激式开关电 源多路输出电压与输出绕组之间的匝比相关来实现的，反激式开关电源的输出端在原边绕 组断开电源时获得能量故而得名，输出电压是取决于环路控制电路，与反激式变压器（图 1、图2中的变压器Tl)的原边与副边的匝比无关；在能量传递过程中，变压器Tl并不是变 换电压的作用，而是隔着磁芯续流的作用，是Buck-Boost变换器的隔离版本；所以变压器 Tl通常又称为反激式变压器；
[0010] 理论上反激式开关电源没有输出滤波电感，只有输出滤波电容，相当于电压源， 只要一路稳定，不考虑其它整流的二极管的压降，多路输出的其余各路基本上按匝比稳定 输出，这是一个正激过程，被稳压的这路相当于正激的激励源绕组，其它均为此刻的副边绕 组，其输出电压均为按匝比的感应电压。但由于各绕组之间漏感的存在，产生交叉调节问 题，也称为交叉调整率问题。
[0011] 在原边设立的这个绕组，也接上整流电路，利用它的输出电压来监控主路的输出 电压，来实现主路的输出电压稳定，这种方式，叫原边反馈反激式开关电源。原边设立的这 个绕组，事实上也是副边绕组之一。
[0012] 图3示出了原边反馈反激式开关电源的原理图，同样来自美国Power Integratio ns, Inc.的方案，LNK603-606的官方数据表，文件名称为"LNK603-606/613-616 LinkSwi tch?-II产品系列"，版本ΗΠ /10的第4页，其中，整个电路找不到光耦与TL431， 反激式变压器Tl中，端子2至4这个绕组，在图3中是按副边绕组画到副边的，就是原边反 馈绕组，通过电阻R5和R6分压，送给集成电路Ul的FB脚，实现输出电压的稳定。该种方 案中，LNK6XX系列的集成电路，年出货量大于1亿片，广泛应用于智能家电的待机电源，以 及手机充电器中，极具代表性。
[0013] 图4示出的是美国iWatt公司的iW1677方案的充电器，也是原边反馈反激式开关 电源，官方数据表EBC10004第5页，其中，整个电路找不到光耦与TL431，反激式变压器Tl 中，原边反馈绕组与二极管D6阳极相连，通过电阻R7和R9分压，送给集成电路ICl的Vsense 脚，实现输出电压5V的稳定。该种方案中，iWatt这个系列的集成电路，年出货量大于1亿 片，广泛应用于智能家电的待机电源，以及手机充电器中，同样极具代表性。
[0014] 图3和图4示出的方案，本质上仍和经典光耦反馈法的工作过程相似，图3示出的 原边反馈法，以输出电压下降为例，其闭环路径为：二极管D7阴极输出电压下降一在集成 电路Ul的D和S脚关断期间，二极管D7续流时，变压器Tl的2、4脚感应电压成比例下降 -电阻R5和R6连接点的分压也下降一FB脚的电压下降一集成电路Ul的D和S脚输出占 空比变大一脉宽调制控制器Ul对变压器Tl的3、5原边绕组的激磁时间变长一变压器Tl 副边续流能量增加一二极管D7阴极输出电压上升。
[0015] 从输出电压下降到输出电压上升，这个环路的增益，为了实现输出电压的稳定，直 流增益（OHz) -般在60dB以上。
[0016] 这两种方式是目前的反激式开关电源环路控制的主流电路方式，原边反馈反 激式开关电源的输出电压精度不高，动态负载能力较差，因为真正被稳定的是反馈绕 组的两端电压，一般用于充电器以及待机电源，这两种电路，都无法用于中国申请号为 201410459391. 3的《一种均衡充电电路及电池组》中，在该专利申请中，给出了一种均衡充 电电路，包括检测电路和由检测电路控制的反激式DC-DC变换器，特别强调了 ：检测电路检 测到第一输入端与第二输入端之间的电压大于设定值时，检测电路的输出端输出占空比信 号，控制N-MOS管工作在开关状态；检测电路检测到第一输入端与第二输入端之间的电压 在设定值以下时，检测电路的输出端输出低电平，让N-MOS管截止。
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