用于原边反馈ac-dc开关电源的待机控制系统的制作方法

文档序号:9790398阅读:551来源:国知局
用于原边反馈ac-dc开关电源的待机控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于开关电源控制技术领域,具体设及一种原边反馈AC-DC开关电源的待 机控制系统。
【背景技术】
[0002] 随着全球能源日渐紧缺,人们对于日常设备的节能性提出越来越高的要求。其中, 近年来消费电子设备的大量普及在带给人们方便,愉悦的同时,也成为了一个巨大的能源 消耗群。对于与电子设备相对应的充电设备而言,不仅仅要求其具有很高的转换效率,还要 求待机功耗低。作为权威认证标准的能源之星已经从一星认证标准提高到了五星认证标 准,对于AC-DC开关电源的待机功耗要求十分苛刻。
[0003] 原边反馈(PSR)AC-DC开关电源,因其具有外围系统元器件少,成本低,结构简单, 待机功耗低等优点,受到了广泛的应用。由于其对于输出电压的采样具有周期性,因此必须 保证一个最低的开关频率来维持正常工作。另外,目前的应用中对于系统动态性能也有相 应的要求,与副边反馈(SSR)AC-DC开关电源相比,原边反馈AC-DC开关电源因其采样周期性 决定了待机时最小频率不能太低,因此待机功耗要比副边反馈AC-DC开关电源大。目前,降 低待机功耗方面,不论是脉冲频率调制方式(PFM)还是脉冲宽度调制方式(PWM) W及混合型 控制方式,均是采用降低待机开关频率和减小控制电路耗电方式来实现低待机功耗。
[0004] 图1给出了现有原边反馈AC-DC开关电源的控制及应用框图。如图1所示,原边反馈 AC-DC开关电源主要包括控制忍片、变压器和功率开关管,变压器包括原边绕组Np、辅助绕 组NaW及次级绕组化,控制忍片包括副边导通时间侦测单元、恒流频率控制单元、恒压控制 单元、恒压/恒流模式选择单元、RS触发器、驱动单元、前沿消隐单元、峰值电流比较单元W 及内建电源模块。
[000引在采用运种控制忍片构成的原边反馈AC-DC开关电源中,FB引脚为辅助绕组化电 压反馈引入脚,并从电阻Ri和电阻R2构成分压电路中取得分压信号。在控制忍片内部,FB引 脚连接到输出电压侦测单元和副边导通时间侦测单元的输入端,副边导通时间侦测单元的 输出连接到恒流频率控制单元,输出电压侦测单元的输出端连接到恒压频率控制单元。CS 引脚为原边绕组Np电流检测信号引入脚,从醒OS管源极电阻Rs上取得信号。在控制忍片内 部,CS引脚连接到前沿消隐单元的输入端,前沿消隐单元的输出端连接到峰值电流比较单 元的输入端。恒流频率控制单元和恒压频率控制单元的输出信号分别连接恒压/恒流模式 选择单元的两个输入端。恒压/恒流模式选择单元的输出端(即开启信号)和峰值电流比较 单元的输出端(即关断信号)分别连接到RS触发器的S端和R端,RS触发器的输出端即Q端连 接到驱动单元,驱动单元的输出端与控制忍片的GATE引脚连接,GATE引脚输出接至醒OS管 的栅极,用于驱动外部的功率NMOS管。VCC引脚为控制忍片的电源引脚,用于为整个控制忍 片接入外部电源;FB引脚同时作为恒流频率控制信号和恒压频率控制信号,其恒流频率控 制用于侦测辅助绕组Na的导通时间,W便恒流频率控制单元按比例调节工作周期,使得次 级绕组Ns输出电流稳定在设定的值,即实现恒流功能;其恒压频率控制用于侦测副边导通 时辅助绕组的电压,间接反映输出绕组的电压,进而间接反映输出电压的大小,并根据所侦 测到的电压大小来调节开关频率,使得输出电压稳定在设定值。CS为原边绕组Np电流侦测 引脚,用于侦测原边绕组Np导通时的峰值电流,W实现各周期过程中原边峰值电流等于所 设定的阔值。
[0006] 当系统正常工作时,由于变压器原边绕组Np的极性相对辅助绕组Na和次级绕组化 同名端相反,因此在原边绕组Np导通时,FB引脚为负电压;当处于次级绕组化导通阶段时,由 于辅助绕组Na与次级绕组化同名端极性相同,因此FB电压为正电压,此时变压器副边绕组电 压为¥3 = ¥。+¥3,辅助绕组电压¥3 = ¥3*(亂/化)=¥扎*1?2八扣+1?2),因此¥。= ¥化*1?2*化/[(扣+ R2)*Na]-Vz,也就是输出电压是反馈电压Vfb的函数,忍片通过恒压频率控制单元7来调节Vfb 到设定值,即可使得输出电压V。稳定在设定值,此时系统工作在恒压模式;当系统工作在恒 流模式时,副边导通时间侦测单元可通过侦测FB引脚为正电压的时间来确定次级绕组化的 导通时间Tons,并W此为依据来确定系统的工作周期T = K*T〇ns,其中K为比例系数。由于系统 工作与断续模式,每个周期均要使原边绕组Np储存的能量全部在次级绕组化释放,运样次级 绕组化导通时的峰值电流,Ipp为原边绕组Np导通时的峰值电流,化为次级绕组化的圈数,Np 为原边绕组Np的圈数。运样只要设定好Ipp和K及变压器参数,那么次级绕组化的输出电流就 是一个恒定值。
[0007] 当系统工作在轻载或者空载时,由于每个周期原边峰值电流固定不变,因此每个 周期传输给副边的能量固定不变,运样在输出完全空载时,由于不停地有能量向副边传输, 副边输出电压会不断被抬高,且高于设定值,为了解决该问题,通常需要给副边输出端加入 一个假负载R4,用于消耗掉每个周期传输过来的能量,使得输出电压维持在设定值。
[0008] 加入假负载R4带来的是待机功耗的增加,为了降低待机功耗,必须降低控制忍片 的最低工作频率Fmin,使其在相同时间内导通次数减少,从而减少传输的能量,运样就能增 大R4阻值来降低待机功耗。但是Fmin又会对系统的动态特性产生极大影响,当负载突然从零 跳变到满载时受Fmin的限制,忍片不能立即使原边导通来补充能量,而是必须等待最大关断 时间Tmax(Tmax=l/Fmin)过了才能使原边导通,运样,在Tmax运段时间内由于输出端负载很大, 而能量也没有传输,因此输出电压会迅速下降,其下降值完全取决于Tmax, Tmax越大,即Fmin越 低则待机功耗越小,但是动态特性越差,因此在满足一定动态特性的情况下Fmin不能再降 低。

【发明内容】

[0009] 针对现有技术所存在的上述技术问题,本发明提供了一种原边反馈AC-DC开关电 源的待机控制系统,能够在不影响动态性能的条件下降低AC-DC开关电源的待机功耗。
[0010] 所述原边反馈AC-DC开关电源的待机控制系统,包括:辅助绕组电压反馈引入脚FB 引脚,电源引脚VCC引脚,原边绕组电流侦测引入脚CS引脚,驱动AC-DC开关电源中功率开关 管的GATE引脚,所述FB引脚分别连接到副边导通时间侦测单元、输出电压侦测单元和线电 压侦测单元的输入端,副边导通时间侦测单元的输出连接恒流频率控制单元,输出电压侦 测单元的输出分别连接恒压频率控制单元、待机脉宽控制单元、待机脉冲计数单元和恒压 脉冲控制单元的输入端;线电压侦测单元的输出端依次连接待机脉宽控制单元、待机预备 脉冲信号生成单元、待机脉冲计数单元;CS引脚经过前沿消隐单元连接到峰值电流比较单 元的输入端;恒流频率控制单元和峰值电流比较单元的输出端分别连接第一 RS触发器的S 端和R端,第一 RS触发器的Q端连接恒压/恒流模式选择单元的输入端;恒压频率控制单元和 峰值电流比较单元的输出端分别连接第二RS触发器的S端和R端,恒压频率控制单元的输出 端还连接待机预备脉冲信号生成单元的输入端,第二RS触发器的Q端和待机脉冲计数单元 的输出端连接恒压脉冲控制单元的输入端,恒压脉冲控制单元的输出端连接恒压/恒流模 式选择单元的输入端,恒压/恒流模式选择单元的输出端连接驱动单元,驱动单元的输出连 接GATE引脚;VCC引脚连接内建电源单元,为整个系统供电;
[OOW 所述畐脚导通时间侦测单元,采集AC-DC开关电源中变压器的辅助绕组分压信号, 并从中检测得到AC-DC开关电源的副边导通时间Treset;
[0012]所述恒流频率控制单元,根据副边导通时间Treset构造得到一路恒流频率控制信 号;
[0013] 所述前沿消隐单元,采集流经AC-DC开关电源中功率开关管的
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