副边反馈控制电路的制作方法

副边反馈控制电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型的目的是为了解决现有开关电源在反馈控制上所遇到的技术问题，提出一种副边反馈控制电路，适用于具有由变压器的原边绕组形成的原边电路和变压器的副边绕组形成的副边电路的隔离变换器，包括，副边调制、发送模块，对副边电路的输出电压进行数字采样得到表征副边采样信息的数字信号，再把此数字信号在消磁阶段调制到输出电压上产生已调电压，并把此已调电压作用于变压器副边绕组进行发送；原边接收、解调模块，通过与副边绕组电压成比例的原边辅助绕组可检测到已调电压，在原边把所传输的数字信号解码还原。
【专利说明】
副边反馈控制电路
技术领域
[0001] 本实用新新涉及开关电源控制器，特别涉及磁隔离的副边反馈控制电路。
【背景技术】
[0002] 为了避免负载对供电输入端的干扰和破坏，隔离型开关电源变换器已成为各种供 电系统中不可或缺的部分。既要实现输出电压和输入电压之间的隔离又要把输出电压稳定 在设定值，必然需要采用隔离器件把输出电压的大小反馈到输入一侧进行调节控制。图1是 常用的副边反馈控制技术，隔离反馈的任务由器件TL431、光耦及辅助器件组成的隔离放大 器来承担。基本原理是:TL431与采样电阻R1、R2等元件组成的跨导放大器把输出电压与基 准电压的误差电压信号放大为电流信号，当输出电压偏高时流过TL431的电流变大，也就是 流过光耦的电流变大，控制器FB端口的电压变小，从而控制器输出占空比变小使得变压器 传递更小的能量到副边输出端，输出电压开始降低;反之，若输出电压偏低，通过把误差信 号反馈到原边控制占空比的增加来增加变压器的传输能量，从而提高输出电压。如此反复 不断地调节控制把输出电压稳定在设定值。这种反馈技术因其检测和比较环节在变换器的 副边，即负载一侧，所以称其为副边反馈。这种直接检测输出电压的方式具有精度高的特 点，但是由于这些检测、放大器、隔离反馈器件的存在增加了电源系统板的空间，显然在成 本和体积上没有优势。特别是光耦不能在高温下工作，且易于老化，使得这种电源的高温寿 命短，无法满足一些高温应用。
[0003] 近十几年来原边反馈(PSR)技术得到了快速发展，因其没有上述副边反馈器件而 具有廉价的特点，被大量地应用在LED照明和手机充电器等领域。它的原理图如图2所示，关 键节点的工作波形如图3所示，Gate信号是主边功率M0SFET管的驱动波形（"主边"即变压器 的"原边"，两词同义），ip是变压器主边绕组N P的电流波形，is是变压器副边绕组Ns的电流波 形，VA是变压器辅助绕组NA的电压波形。工作原理是:在消磁阶段辅助绕组NA的电压与变压 器副边绕组NS成比例，而NS的电压与输出电压成确定的关系，从而通过采样VA的电压便可 检测到输出电压的大小，根据检测到的电压进行占空比调制，若输出电压偏高则减小占空 比，若输出电压偏低则增加占空比，使输出电压稳定在设定值。因此种反馈方式检测和比较 环节在变换器的原边，即输入电压一侧，所以称其为原边反馈。它实际是通过主功率变压器 来实现输出电压到原边的反馈，没有上述副边反馈那样的检测反馈元件，成本和体积优势 突出。然而，它并不能完成代替传统的副边反馈技术，因其具有自身固有的缺点一一输出电 压精度低。如图3所示，在消磁刚开始时绕组NA的电压为
其 中nA是绕组NA的匝数，nS是绕组NS的匝数，V0UT是输出电压，VBE是二级管的结压降，Vr是副 边消磁峰值电流iSP在寄生电阻(包括二级管内阻、走线电阻、电容ESR电阻)上产生的压降。 可见，由于Vr是变化的且受器件的参数变化大，在消磁结束之前VA并不能精确地反馈输出 电压的大小。当然，也可以采用常用的拐点采样方式，即在消磁快结束时采样NA的电压VA0， 此时副边消磁电流小到可以忽略不计，Vr也就不考虑在内了。所以，
至此，反馈精度的提高还是会受到三方面的限制:①、VBE的影响，它随温度变化大;②、nA与 nS之比，在生产中能控制的精度也是有限的；③、采样精度，不是所有的采样电路都采样到 消磁刚结束时的电压，而是在其附近。所以原边反馈控制技术在输出电压精度要求高的应 用中受到限制。还有，在最新发展起来的手机电池快充中的应用也受到限制，因为快充需要 根据充电情况在副边选择输出电压，而原边反馈的输出电压是由原边的参数决定的，不能 在副边通过控制进行改变。
[0004] 实用新新内容
[0005] 本实用新新的目的是为了解决现有开关电源在反馈控制上所遇到的技术问题，提 出一种全新的副边反馈的方法，它适用于具有由变压器的原边绕组形成的原边电路和变压 器的副边绕组形成的副边电路的隔离变换器，
[0006] 采用电压通信方式，包括如下步骤，
[0007] 副边调制、发送步骤，对副边电路的输出电压进行数字采样，再把此数字信号在消 磁阶段调制到输出电压上产生已调电压，并把此已调电压作用于变压器副边绕组进行发 送；
[0008] 原边接收、解调步骤，通过与副边绕组电压成比例的原边辅助绕组可检测到已调 电压，在原边把所传输的数字信号解码还原。
[0009] 所述数字信号是指对输出电压量化后形成的进制代码，它放映输出电压的大小；
[0010] 所述已调电压是指变压器消磁阶段作用在副边绕组上的电压，该电压的变化规律 承载着所述数字信号的信息。
[0011] 所述调制是指把数字信号与已调电压的变化规律一一对应，如同数字通信原理中 载波的变化规律包含着传输的数字信息一样。
[0012] 进一步地，本实用新新根据所述的副边反馈方法提出一种副边反馈开关电源变换 器，这种开关电源根据输出电压的大小，选择性地在输出电压上叠加一个大小易于在原边 辅助绕组检测的控制电压，并把叠加后的电压在消磁阶段作用于开关电源副边绕组。同时， 在消磁阶段检测与副边绕组成比例的原边辅助绕组电压，便可感知并判断出是否叠加了此 控制电压，因为是否叠加此控制电压是根据输出电压的大小而定的，从而可以在开关电源 原边判断出输出电压的大小，再根据判断结果调制占空比输出便可把输出电压稳定在设定 值。
[0013] 为实现上述功能，本实用新新提出的开关电源包括:三绕组变压器，它由主边绕组 NP、副边绕组NS、辅助绕组NA这三个绕组组成，它们分别包含第一端口和第二端口；副边消 磁电路，它包含第一端口和第二端口两个端口；输出电容，它包含第一端口和第二端口两个 端口；反馈开关，它包含漏极端口、源极端口和栅极端口三个端口；输出电压编码控制模块， 它包含第一端口、第二端口、第三端口三个端口；检测判断模块，它包含第一端口、第二端 口、第三端口、第四端口、第五端口五个端口；辅助绕组电压检测上电阻，它包含第一端口和 第二端口；辅助绕组电压检测下电阻，它包含第一端口和第二端口；反馈开关状态检测模 块，它包含第一端口和第二端口两个端口；输出电压解码反馈模块，它包含第一端口和第二 端口两个端口；占空比调制电路，它包含第一端口、第二端口、第三端口三个端口。
[0014]本实用新新开关电源的连接关系为:所述主边绕组NP的第一端口与输入电源正极 相连，第二端口与所述占空比调制电路的第三端口相连;所述副边绕组NS的第一端口、输出 电容的第一端口、检测判断模块的第五端口一起相连，连接点形成开关电源输出电压的正 极端口；所述副边绕组NS的第二端口、副边消磁电路的第一端口、反馈开关的漏极端口、检 测判断模块的第一端口一起相连;所述副边消磁电路的第二端口、反馈开关的源极端口、检 测判断模块的第四端口、输出电容的第二端口一起相连，连接点形成开关电源输出电压的 负极端口；所述输出电压编码控制模块的第二端口与检测判断模块的第二端口相连;所述 输出电压编码控制模块的第三端口与检测判断模块的第三端口相连;所述辅助绕组电压检 测上电阻的第一端口与所述辅助绕组NA的第一端口相连;所述辅助绕组电压检测上电阻的 第二端口、辅助绕组电压检测下电阻的第一端口、反馈开关状态检测模块的第一端口一起 相连;所述反馈开关状态检测模块的第二端口与所述输出电压解码反馈模块的第一端口一 起相连;所述输出电压解码反馈模块的第二端口与占空比调制电路的第一端口一起相连； 占空比调制电路的第二端口、辅助绕组电压检测下电阻的第二端口、辅助绕组NA的第二端 口一起相连，连接点形成输入电源的负极端。
[0015]本实用新新开关电源的工作原理如下：
[0016] 所述检测判断模块每个周期完成两个任务。第一个任务是检测输出电压与内部基 准电压进行比较得出判断结果，并把结果通过它的第二端口传递给所述输出电压编码控制 模块;第二个任务是通过检测其第一端口与第四端口之间的负压大小来判断消磁阶段，并 把此信息通过它的第三端口传递给所述输出电压编码控制模块。
[0017] 所述输出电压编码控制模块在每个周期完成两个任务。第一个任务是，根据接收 到的关于输出电压大小的判断结果按照约定的通信协议进行编码;第二个任务是，根据所 述编码在消磁阶段的约定时间控制反馈开关的导通状态。
[0018] 所述约定的通信协议是指，对采样到的开关电源输出电压按照预定的规则进行编 号，在原边的解码过程中又默认此编码规则，目的是可以判断出输出电压是否偏高或偏低。 具体的编码和解码过程可通过实施例的详细讲解来理解。
[0019] 所述消磁阶段的约定时间是指，副边反馈开关约定在消磁阶段的某时刻或时段动 作，原边的检测模块在此预定的时间段感应到此动作才认为有效。
[0020] 所述导通状态是指给反馈开关适当的驱动电压使其工作在高阻区或低阻区，高阻 和低阻是相对的而不是设定绝对的界限，它们的区别仅在于反馈开关所产生的控制电压能 否在原边检测并正确判断出其阻态的变化。
[0021] 所述副边消磁电路在变压器副边绕组消磁阶段处于导通状态，为变压器的储能给 输出电容充电提供路径;在非消磁阶段处于高阻状态，防止输出电容的电荷倒灌。
[0022] 所述反馈开关状态检测模块实现的功能是，在所述消磁阶段的约定时间通过辅助 绕组电压检测上、下电阻的分压来采样辅助绕组的电压，并且把当前检测的电压与之前采 样到的电压进行比较，根据电压的变化幅度是否超过了设定值来判断反馈开关的导通状态 是否发生改变，根据电压的变化方向来判断反馈开关导通状态的变化方向。即，检测到的电 压增加的幅度超过设定值，则认为反馈开关从低阻态跳变到了高阻态;反之，检测到的电压 减小的幅度超过设定值，则认为反馈开关从高阻态跳变到了低阻态。然后，该模块把阻态的 变化信息通过它的第二端口传递给所述输出电压解码反馈模块。
[0023] 所述输出电压解码反馈模块接收到阻态变化信息后再根据约定的通信协议进行 解码，判断出输出电压是偏高还是偏低。若本周期解码的结果是"开关电源输出电压偏高 了"，则逐渐减小该调制电压，直到出现"开关电源输出电压偏低了"为止;反之，若当前解码 的结果是"开关电源输出电压偏低了"，则逐渐增加该调制电压，直到出现"开关电源输出电 压偏高了"为止。
[0024] 所述占空比调制电路接收输出电压解码反馈模块输出的调制电压，并根据此电压 的大小调制变压器主边绕组NP励磁的占空比，调制电压增加则增加占空比，反之则减小占 空比。
[0025] 综上所述，本实用新新的开关电源的反馈控制简化过程是：副边采样输出电压- 编码-控制反馈开关阻态变化-原边检测阻态变化-解码-产生电压调制占空比。可见， 它既不需要光耦器件也不需要其它额外的隔离传输器件，从而不仅避免这些器件本身所带 来的一些固有缺陷，也不会有为辅助这些器件工作而添加的器件，减小体积和成本，同时也 不会有原边反馈技术的输出电压精度低和不能在副边通过控制进行改变输出电压的问题。 使体积、成本、性能到达最优化，适用范围更广。
【附图说明】
[0026] 图1为传统副边反馈开关变换器的典型应用电路图；
[0027] 图2为传统原边反馈开关变换器的典型应用电路图；
[0028] 图3为传统原边反馈开关变换器的关键节点工作波形图；
[0029]图4为本实用新新第一实施例的副边反馈开关变换器的原理框图；
[0030] 图5为本实用新新第一实施例的副边反馈开关变换器的关键信号波形图；
[0031] 图6为本实用新新第二实施例的副边反馈开关变换器的原理框图；
[0032]图7为本实用新新第三实施例的副边反馈开关变换器的原理框图；
[0033]图8为本实用新新第三实施例副边反馈开关变换器关键节点工作波形；
[0034]图9为本实用新新第四实施例的副边反馈开关变换器的原理框图。
【具体实施方式】
[0035]为了更好地理解本实用新新相对于现有技术所作出的改进，在对本实用新新的三 种【具体实施方式】进行详细说明之前，先对【背景技术】部分所提到的现有技术结合附图加以说 明，进而引出本案的发明构思。
[0036] 如图1所示，为现有传统的副边反馈开关变换器，为变压器隔离变换器，包括变压 器的原边绕组NP、副边绕组NS和辅助绕组NA，由变压器的原边绕组NP形成开关变换器的原 边电路，变压器的副边绕组NS形成开关变换器的副边电路，该副边反馈的任务由光耦及辅 助器件组成的隔离放大器来承担。这种直接检测输出电压的方式具有精度高的特点，但是 由于这些检测、放大器、隔离反馈器件的存在增加了电源系统板的空间，显然在成本和体积 上没有优势。特别是光耦不能在高温下工作，且易于老化，使得这种电源的高温寿命短，无 法满足一些高温应用。
[0037] 本实用新新的【具体实施方式】，就是针对现有技术中的光耦隔离反馈所存在的诸多 问题所作出的改进。本实用新新的基本改进思路是，去掉光耦，通过原、副边电压通信技术， 来进行隔离反馈传输。
[0038] 本实用新新的初始方案是，一种副边反馈控制方法，适用于具有由变压器的原边 绕组形成的原边电路和变压器的副边绕组形成的副边电路的隔离变换器，
[0039] 采用电压通信方式，包括如下步骤，
[0040] 副边调制、发送步骤，对副边电路的输出电压进行数字采样得到表征副边电压信 息的数字信号，再把此数字信号在消磁阶段调制到输出电压上产生已调电压，并把此已调 电压作用于变压器副边绕组进行发送；
[0041] 原边接收、解调步骤，通过与副边绕组电压成比例的原边辅助绕组可检测到已调 电压，在原边把所传输的数字信号解码还原。
[0042] 由此构思，进一步细化副边调制、发送方法，包括如下步骤，
[0043] 副边采样步骤，对副边电路的输出电压进行数字采样，得到表示副边输出电压与 内部基准电压的比较判断结果的两个数字信号，并将数字信号传输给编码控制模块；
[0044] 编码控制步骤，接收数字信号，并依预设编码规则，将两个数字信号对应编译为 高、低两种电平信号，输出给加压模块；
[0045] 加压步骤，接受电平信号，并依两种电平信号控制加压器对应工作于两种状态，以 将副边采样信号以电压信号形式加到输出电压上。
[0046] 所述加压步骤中，两种电平信号控制加压器对应工作的两种阻态，是
[0047]在加压器工作于第一阻态时，产生第一电压信号，以将副边采样信号的第一数字 信号以加压器的第一电压信号形式，加到输出电压上，产生已调电压，并把此已调电压作用 于变压器副边绕组进行发送；
[0048]在加压器工作于第二阻态时，产生第二电压信号，以将副边采样信号的第二数字 信号以第二电压信号形式，加到输出电压上，产生已调电压，并把此已调电压作用于变压器 副边绕组进行发送;使输出电压的第二判断结果信号随输出电压同步传输。
[0049]由前述技术构思，进一步细化原边接收、解调方法，包括如下步骤，
[0050] 原边检测步骤，在消磁阶段的预定时间内，对原边辅助绕组的端电压进行采样，得 到与已调电压成比例关系的感应电压作为原边采样信号，并从感应电压中提取出副边调 制、发送的副边采样信息作为比较结果信号，并将比较结果输出给解码控制模块；
[0051] 解码控制步骤，接收原边采样的比较结果信号，依预设编码规则，将比较结果信号 还原为电平信号，输出给占空比调制电路。
[0052] 进一步优化原边接收、解调方法方案是，所述原边检测步骤中，从感应电压中提取 出副边调制、发送的副边采样信息，是将当前原边采样电压信号与之前的原边采样电压信 号进行比较，根据电压的变化幅度是否超过设定值来判断加压器的导通状态是否发生改 变，并根据电压的变化方向来判断加压器导通状态的变化方向。
[0053]以上方法中各步骤，均可转换为相应功能的模块化电路来实现。
[0054] 即一种副边反馈控制电路，适用于具有由变压器的原边绕组形成的原边电路和变 压器的副边绕组形成的副边电路的隔离变换器，包括，
[0055] 副边调制、发送模块，对副边电路的输出电压进行数字采样得到表征副边电压信 息的数字信号，再把此数字信号在消磁阶段调制到输出电压上产生已调电压，并把此已调 电压作用于变压器副边绕组进行发送；
[0056]原边接收、解调模块，通过与副边绕组电压成比例的原边辅助绕组可检测到已调 电压，在原边把所传输的数字信号解码还原。
[0057]其中，副边调制、发送模块，包括，
[0058]副边检测判断模块，对副边电路的输出电压进行数字采样，得到表示副边输出电 压与内部基准电压的比较判断结果的两个数字信号，并将数字信号传输给编码控制模块；
[0059] 编码控制模块，接收数字信号，并依预设编码规则，将两个数字信号对应编译为 高、低两种电平信号，输出给加压模块；
[0060] 加压模块，接受电平信号，并依两种电平信号控制加压器对应工作于两种状态，以 将副边采样信号以电压信号形式加到输出电压上。
[0061] 进一步设计加压模块，是按两种电平信号控制加压器对应工作在两种阻态，即
[0062] 在加压器工作于第一阻态时，产生第一电压信号，以将副边采样信号的第一数字 信号以加压器的第一电压信号形式，加到输出电压上，产生已调电压，并把此已调电压作用 于变压器副边绕组进行发送；
[0063]在加压器工作于第二阻态时，产生第二电压信号，以将副边采样信号的第二数字 信号以第二电压信号形式，加到输出电压上，产生已调电压，并把此已调电压作用于变压器 副边绕组进行发送;使输出电压的第二判断结果信号随输出电压同步传输。
[0064]另设计原边接收、解调模块，包括，
[0065] 原边检测模块，在消磁阶段的预定时间内，对原边辅助绕组的端电压进行采样，得 到与已调电压成比例关系的感应电压作为原边采样信号，并从感应电压中提取出副边调 制、发送的副边采样信息作为比较结果信号，并将比较结果输出给解码控制模块；
[0066] 解码控制模块，接收原边采样的比较结果信号，依预设编码规则，将比较结果信号 还原为电平信号，输出给占空比调制电路。
[0067] 进一步设计原边检测模块，从感应电压中提取出副边调制、发送的副边采样信息， 是将当前原边采样电压信号与之前的原边采样电压信号进行比较，根据电压的变化幅度是 否超过设定值来判断加压器的导通状态是否发生改变，并根据电压的变化方向来判断加压 器导通状态的变化方向。
[0068] 为了使本实用新新更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新新进一步 详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新新，并不用于限定本 实用新新。特别地，为了让人更容易理解本实用新新中的工作原理，在实施例中的编码过程 中逻辑关系使用了特定的形式来表示，例如"输出电压偏高"这一信息用"反馈开关处于高 阻态"来代表，在实际的产品实现中"输出电压偏高"这一信息也可用"反馈开关处于低阻 态"来承载，仅是为了更好地阐述本实用新新，而不是用于限定本实用新新。
[0069] 实施例一
[0070] 根据本实用新新的隔离反馈方法构思，本实施例提供一种把变压器副边电压反馈 到原边的装置，如图4所示，为一种副边反馈开关变换器，它包含本实用新新副边反馈控制 电路的四个控制装置:采样器、调制器、接收器和解调器。
[0071] 采样器对输出电压进行数字采样，把模拟输出电压转化为待传数字信号；
[0072] 调制器把接收到的数字信号调制到输出电压上而产生已调电压，即在待传数字信 号处于"0"状态时使副边绕组处于第一种工作状态，而待传数字信号处于"1"状态时使副边 绕组处于第二种工作状态，这两种不同的工作状态导致副边绕组两端的电压不同，这种变 化的电压通过变压器的耦合作用从副边绕组传递到原边绕组；
[0073]接收器通过对原边绕组电压的检测，感知到变压器传送的两种不同工作状态； [0074]解调器根据接收器感知的不同工作状态解码还原出已解数字信号。
[0075] 为更加清楚地阐述工作过程，如图5所示，列出了本实用新新副边反馈开关变换器 在关键节点的信号波形，各信号名称与图4中的一一对应。
[0076] Bsend是待传数字信号，它是通过采样器对输出电压VQUT进行采样得到;Vsend是经 过调制器调制后的已调电压，即在消磁阶段副边绕组两端的电压差，它是由待传输的数字 信号在输出电压上调制而成，即已调电压Vsend =输出电压+ A Vsend，其中，A Vsend为数字 信号的调制电压，即是加压模块所加的电压，从而使已调电压包含了数字信号的全部信息； VA是接收器在原边辅助绕组上接收到的电压信号;Vrecv是接收器对VA采样得到的原边检 测信号，它的大小与已调电压Vsend成比例关系;Brecv是解码还原出来的已解数字信号，它 是解调器根据原边检测信号解码得到，Brecv与Bsend所表达的数字信息是一样的，只是由 于传输延时仅在时间上的间隔。
[0077]如图5所示，tl~t2、t3~t4、t5~t6都是消磁阶段，数字信号在此阶段进行传输。
[0078] 在tl~t2时间段，待传数字信号为"0"，副边绕组处于第一种工作状态，即它上面 的电压Vsend不叠加A Vsend，接收器接收到的电压也是不叠加A Vrecv;
[0079] 在t3~t4时间段，待传数字信号为"1"，副边绕组处于第二种工作状态，即它上面 的电压Vsend为叠加A Vsend，接收器接收到的电压也是叠加A Vrecv;
[0080] 在t5~t6时间段，待传数字信号为"0"，副边绕组处于第一种工作状态，即它上面 的电压Vsend为不叠加 A Vsend，接收器接收到的电压也是不叠加 A Vrecv;
[0081 ] 解码器根据接收的Vrecv信号进行解调:在t2时刻Vrecv没有发现变化从而Brecv 保持原来的"〇"数字位;在t4时刻Vrecv电压从低变到高且幅度超出设定值，认为状态发生 了改变，从而从"0"数字位变化到"1"数字位;在t6时刻Vrecv电压从高变到低且幅度超出设 定值，认为状态发生了改变，从而从"1"数字位变化到数字位。
[0082]可见，待传数字信号"010"，通过传输在原边得到的已解数字信号也是"010"。
[0083] 实施例二
[0084]如图6所示，是本实施例开关电源的电路图，一种副边反馈开关变换器，它包括:三 绕组变压器，它由主边绕组NP、副边绕组NS、辅助绕组NA这三个绕组组成，其中绕组NP包含 第一端口 102和第二端口 103，绕组NS包含第一端口 104和第二端口 105，绕组NA包含第一端 口 106和第二端口 107。副边调制器由加压模块和编码控制模块构成，其中，加压模块，包括 副边消磁电路和反馈开关，反馈开关即是加压器，副边消磁电路，它包含第一端口 110和第 二端口 111两个端口；输出电容，它包含第一端口 131和第二端口 132两个端口；反馈开关，它 包含漏极端口、源极端口和栅极端口三个端口。输出电压编码控制模块，它包含第一端口 112、第二端口 113、第三端口 114三个端口；副边采样器，采用检测判断模块，它包含第一端 口 115、第二端口 116、第三端口 117、第四端口 118、第五端口 119五个端口；辅助绕组电压检 测上电阻，它包含第一端口 120和第二端口 121;辅助绕组电压检测下电阻，它包含第一端口 122和第二端口 123;反馈开关状态检测模块，它包含第一端口 124和第二端口 125两个端口； 输出电压解码反馈模块，它包含第一端口 126和第二端口 127两个端口；占空比调制电路，它 包含第一端口 128、第二端口 129、第三端口 130三个端口。
[0085]它们的连接关系为:端口 102与输入电源的正极端101相连，端口 103与端口 130相 连;端口 104、端口 131、端口 119一起相连，连接点形成开关电源输出电压的正极端口 108;端 口 105、端口 110、反馈开关的漏极端口、端口 115-起相连;端口 111、端口 118、反馈开关的源 极端口、端口 132-起相连，连接点形成开关电源输出电压的负极端口 109;端口 113与端口 116相连;端口 114与端口 117相连;端口 120与端口 106相连;端口 121、端口 122、端口 124-起 相连；端口 125与端口 126-起相连;端口 127与端口 128-起相连；端口 129、端口 123、端口 107-起相连，连接点形成输入电源的负极端。
[0086] 该反激电源变换器的励磁过程与传统反激变换器是一样的，它的不同之处在于如 何在消磁阶段从副边把输出电压的变化信息反馈到原边。具体的工作原理是：
[0087] 检测判断模块两个检测作用。第一，它通过端口 119检测开关电源的输出电压，并 把该电压与内部的基准电压进行比较，比较的结果可决定反馈M0S开关在变压器消磁阶段 是否开通。第二，它通过110端口和111端口来检测消磁通路的导通压降来实现的，在消磁阶 段端口 110的压降比端口 111的更小。
[0088] 输出电压编码控制模块的两个作用：编码作用，约定编码规则一一输出电压从偏 高状态变化到偏低状态时反馈开关需从高阻状态变化到低阻状态，反之，输出电压从偏低 状态变化到偏高状态时反馈开关需从低阻状态变化到高阻状态。那么，输出电压偏高时反 馈开关应处于高阻态，反馈开关驱动电平被编码为低电平;输出电压偏低时反馈开关应处 于低阻态，反馈开关驱动电平被编码为高电平。控制作用，在消磁阶段控制反馈开关栅极处 于相应的编码电平，即输出电压偏高时端口 112输出低电平，输出电压偏低时端口 112输出 高电平。
[0089] 变压器的传输过程：因为有输出电容CQUT储能作用的存在，变换器在一个甚至几个 周期内输出电压是不会发生较大的突变，所以在短时间内可以忽略电容Cciut电压Vciut的变 化。根据本实用新新内容可知，现在需要在V〇UT上叠加一个控制电压，为此我们采用整流二 级管作为副边消磁通路，如图6所示，这是最简单也是最常用的方式。因为二级管的结压降 V BE的存在，反馈M0S开关在消磁阶段未开通时，绕组Ns端口 104与端口 105的压差最小值为 (Vout+Vbe);反馈M0S开关在消磁阶段开通时，绕组Ns端口 104与端口 105的压差值为(V〇UT+ 1<1。11)，其中1 (1。11是反馈腸5开关导通时源极与漏极之间的压差，因为反馈舢3开关管的内阻 小，Vsdcm小于V BE。可见，消磁阶段反馈M0S开关的导通与不导通使得绕组两端的压差发生了 较大的突变，通过折算，在反馈开关状态检测模块的端口 124处电压变化大小为：
是绕组NA与绕组NS匝数之比。
[0090] 反馈开关状态检测模块的检测判断过程:为了让人更加直观地理解此传输过程， 下面具体地设计一个电源变换器来阐述。选择Vbe = 0.4V，反馈M0S开关管导通压降Vsdcin =
，那么反馈M0S开关管导通与不导通，在端口 124处检测到的 电压变化值是AV124=(0.4V-0.06V)X3X0.2 = 0.2V。每个周期检测端口 124的电压，若本 周期得到的电压比前一个周期的电压高出设定值A Vref = 0.1 V，则可以判断出反馈开关从 低阻态Lr变化到了高阻态Hr;反之，则可以判断出反馈开关从高阻态Hr变化到了低阻态Lr。 为了使这种判断正确无误，是通过以下两个要求来保证的，第一就是A Vref〈 A Vm，也就是 检测模块能够判断出这种电压突变;第二是相比较的电压相隔周期数不能过大，因为只有 时间短才能忽略VQUT电压的变化，避免因V QUT的较大变化而产生误判。
[0091 ] 解码与占空比调制过程:按照编码过程中约定的编码规则，应该约定解码规则为， 当接收到"反馈开关从高阻状态变化到低阻状态"的判断结果时相应地解码出"输出电压从 偏高状态变化到偏低状态"，反之，当接收到"反馈开关从低阻状态变化到高阻状态"的判断 结果时相应地解码出"输出电压从偏低状态变化到偏高状态"。若解码结果是"输出电压从 偏高状态变化到偏低状态"，表明变化之前输出电压是偏高的，当前输出电压是偏低的，直 到再次接收到相反反向的状态变化;反之，可以得知当前输出电压是偏高的。可见，只要按 照这两个约定而构成的通信协议进行控制和传输，便可把隔离变压器副边输出电压的大小 反馈它的原边。当输出电压偏高时逐渐减小调制电压V crl，它控制占空比逐渐减小，从而致 使输出电压降低;反之，输出电压偏低时逐渐增加占空比使其再次升高。如此反复，把输出 电压稳定在设定值。
[0092] 实施例三
[0093] 如图7所示，是本实施例三的电路图，与实施例二的不同之处是，没有副边消磁电 路和反馈开关，取而代之的是整流反馈开关，即是传统开关变换器副边电路中的整流管。整 流反馈开关包含三个端口，第一端口 233与副边绕组的第二端口 105连接，第二端口 234与输 出电压编码控制模块第三端口 112连接，第三端口 235与开关电源输出负极端109连接。
[0094] 本实施例中的整流反馈开关的工作方式是，在消磁阶段之外时间段整流反馈开关 是截止的，防止输出电容上的电荷倒灌;在消磁阶段它的工作状态是变化的，如图8所示是 辅助绕组NA的电压波形，在T1时段整流反馈开关开通为变压器提供消磁通路，起到整流的 作用。然而在T2时段整流反馈开关的导通状态由输出电压的大小决定，起到输出电压反馈 的作用，即作为加压器使用。若开通则辅助绕组NA的电压波形如图8中曲线1所示，若不开通 电流会从反馈M0S开关管的体二级管通过，则辅助绕组的波形如曲线2所示，这两种不同工 作状态就定义出了两种组态，用来承载输出电压大小的信息。
[0095] 根据本实用新新的
【发明内容】
可知，可以通过约定时间来传递反馈开关阻态的变 化。现约定反馈开关状态检测模块在快消磁结束时检测绕组电压，那么在电压曲线1处检测 到的电压大小是VI，在电压曲线2处检测到的波形是V2。实际上电压V2与电压VI之差便是整 流反馈开关的体二极管压降，状态检测模块只要这个突变的控制电压便可感知到反馈开关 的状态，从而得知输出电压的大小。
[0096] 输出电压的编码、解码、占空比控制这一整个过程已经在前面详细阐述了，在此不 再赘述。
[0097]实施例四
[0098] 至此容易理解本实用新新的核心在于，把输出电压的大小信息通过反馈开关的阻 态变化来承载，反馈开关阻态的变化所产生的控制电压从隔离变压器副边绕组耦合到原边 的辅助绕组，在原边感知到相应变化而判断出输出电压的大小，从何控制占空比使输出电 压稳定。即反馈开关作为加压器。所以，如何产生这中控制电压作为信息载体的方式是多种 多样的，本实施例的电路在一些应用中也是不错的选择，如图9所示。
[0099] 本实施例与实施例二的不同之处在于，加压模块中的反馈开关与消磁通路串联， 控制反馈开关的导通状态也可产生所需的控制电压。因为在消磁结束后消磁电路会自行截 止防止输出电容的电荷倒灌，从而对反馈开关的控制不需要采样消磁阶段而降低开关电源 的实现难度，这是它的突出优点。
【主权项】
1. 一种副边反馈控制电路，适用于具有由变压器的原边绕组形成的原边电路和变压器 的副边绕组形成的副边电路的隔离变换器，包括， 副边调制、发送模块，对副边电路的输出电压进行数字采样得到表征副边电压信息的 数字信号，再把此数字信号在消磁阶段调制到输出电压上产生已调电压，并把此已调电压 作用于变压器副边绕组进行发送； 原边接收、解调模块，通过与副边绕组电压成比例的原边辅助绕组可检测到已调电压， 在原边把所传输的数字信号解码还原。2. 根据权利要求1所述的副边反馈控制电路，其特征在于:所述副边调制、发送模块，包 括， 副边检测判断模块，对副边电路的输出电压进行数字采样，得到表示副边输出电压与 内部基准电压的比较判断结果的两个数字信号，并将数字信号传输给编码控制模块； 编码控制模块，接收数字信号，并依预设编码规则，将两个数字信号对应编译为高、低 两种电平信号，输出给加压模块； 加压模块，接受电平信号，并依两种电平信号控制加压器对应工作于两种状态，以将副 边采样信号以电压信号形式加到输出电压上。3. 根据权利要求2所述的副边反馈控制电路，其特征在于:所述加压模块，由整流二极 管和反馈开关组成，反馈开关为一 N型MOS管，其具体连接关系是，整流二极管的阴极与副边 绕组的异名端连接，整流二极管的阳极与输出负端连接;N型MOS管的栅极与编码控制模块 连接，N型MOS管的漏极与整流二极管的阴极接，N型MOS管的源极与整流二极管的阳极连接， 用以在消磁阶段，将副边采样信号的第一数字信号，以N型MOS管工作于第一阻态时产生的 第一电压信号形式，加到输出电压上;并将副边采样信号的第二数字信号，以N型MOS管工作 于第二阻态时产生的第二电压信号形式，加到输出电压上。4. 根据权利要求2所述的副边反馈控制电路，其特征在于:所述加压模块，由整流管组 成，为一N型MOS管，其具体连接关系是，N型MOS管的栅极与编码控制模块连接，N型MOS管的 漏极与副边绕组的异名端连接，N型MOS管的源极与输出负端连接，用以在消磁阶段，将副边 采样信号的第一数字信号，以N型MOS管体二极管导通时产生的第一电压信号形式，加到输 出电压上;并将副边采样信号的第二数字信号，以N型MOS管体二极管不导通时产生的第二 电压信号形式，加到输出电压上。5. 根据权利要求2所述的副边反馈控制电路，其特征在于:所述加压模块，由二极管和P 型MOS管组成，其具体连接关系是，整流二极管的阴极与副边绕组的异名端连接，整流二极 管的阳极与P型MOS管的漏极连接，P型MOS管的源极与输出负端连接，P型MOS管的栅极与编 码控制模块连接， 用以在消磁阶段，将副边采样信号的第一数字信号，以N型MOS管体二极管导通时产生 的第一电压信号形式，加到输出电压上;并将副边采样信号的第二数字信号，以N型MOS管体 二极管不导通时产生的第二电压信号形式，加到输出电压上。
【文档编号】H02M1/08GK205596008SQ201620158437
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年3月1日
【发明人】唐盛斌, 於昌虎, 肖华
【申请人】深圳南云微电子有限公司