专利名称：一种控制变换器输出电流的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电源技术领域，具体涉及一种控制变换器输出电流的方法及装置。
背景技术：
通常情况下，在普通电池充电器和适配器的应用中，为了保证在低输出电压下，电 池能维持一个恒定的充电电流而不使之发热而损坏，其输出I/V曲线是垂直翻转设计的， 如图1所示。这种I/V特性的特点是在不同输出电压的情况下具有相同的输出电流。实现 这种输出电流恒定的特性，可采用付边控制(SSR)或原边控制(PSR)。付边控制SSR是通 过在付边加入恒定电流CC环路的办法来实现，一般而言，可通过电阻Rss检测输出电流值 (io&Rss)，然后与一个基准电压值(Vsense)误差放大，误差放大器的输出反馈到原边控制
器，如采用通过光耦等方式，从而构成付边电流固定的闭环系统，固定电流CC为一;~ ；原
Rss
边控制PSR是一种在原边进行控制的方案，这种方案因为性能好且成本不高获得极大的应 用。如图2a和2b，现有的原边控制PSR方案中，一般不直接检测输出电流，要实现恒定输出 电流CC，常用的手段是通过控制原边的峰值电流和占空比等一定关系来实现。工作在不连 续工作模式(DCM，Discontinue Mode)或不连续工作临界模式DCMB下，输出电流即付边的 平均电流主要与原边峰值电流与付边导通占空比相关，所以在恒定电流CC的前提条件下， 只需保持付边导通比例和原边峰值电流的乘积不变即可实现垂直的CC工作。图3是恒定 电流CC时原边与付变电流波形。但是，有些负载在低输出电压仍需要一个大电流工作，并且输出电压越低电流越 大。在低压下实现大电流输出，并在电压低于预定门限时保持输出电流相对恒定，目前还没 有可行的方案。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种控制变换器输出电流的方法及装置，在低压下实现大 电流输出，并在电压低于预定门限时保持输出电流相对恒定。本发明实施例提供的一种控制变换器输出电流的方法，包括获取一与一付边输出电压成一预定比例的电压采样信号Va ；将该采样电压Va输入 到一原边输入信号控制电路，通过控制该预定比例使得原边的峰值电流随该采样电压Va的 增大而减小，以调整该输出电流。更适宜地，该方法还包括所述采样电压Va输入到所述输入信号控制电路之前，通过一分压电路对所述采样 电压信号Va进行分压，将分压后的电压输入到所述原边输入信号控制电路。本发明实施例提供的一种控制变换器输出电流的装置，包括第一控制电路单元，用于获取该变换器的一输出电压并按一预定比例将该输出电 压输入到一原边的一输入信号控制电路，使得该原边的一峰值电流随一电压采样信号Va增
4大而减小，以调整输出电流。更适宜地，该装置还包括第二控制电路单元，用于当所述输出电压低于一预定值时，添加另一电压分量到 所述输入信号控制电路，使得所述峰值电流随该电压分量增大而进一步减小，以调整所述 输出电流。本发明实施例提供的另一种控制变换器输出电流的方法，包括以一预定比例的获取一付边输出电压采样信号Va ；将该电压采样信号Va输入到付边导通时间占空比控制电路，使得一开关器件的工 作占空比随该电压采样信号Va增大而减小，以调整一付边输出电流。更适宜地，该方法进一步包括若输出电压低于一预定值，通过一电压控制电路添加另一电压分量Vb到所述付 边导通时间占空比控制电路，使得所述占空比随该电压分量Vb增大而进一步减小，以调整 所述付边输出电流。本发明实施例提供的另一种控制变换器输出电流的装置，包括第一控制电路单 元，用于获取该变换器的一输出电压并按预定比例增减后输入到一付边导通时间占空比控 制电路，使得该变换器输出电流进入一恒定状态后，付边导通时间占空比随一电压采样信 号Va增大而减小。更适宜地，该装置还包括第二控制电路单元，用于在所述输出电压低于一预定值时，添加另一电压分量到 所述付边导通时间占空比控制电路，使得一付边导通时间占空比随该电压分量增大而进一 步减小，以调整一付边输出电流。本发明实施例提供的技术方案中，采用改变原边峰值电流或付边导通时间占空比 的方法，可以根据不同的VCC特性来实现不同CC斜率，在低输出电压下实现大电流输出特 性，并在电压低于预定门限时保持输出电流相对恒定。实现的IV曲线可以范围更大，更复 杂，应用更广。
图1为现有技术中输出电压电流关系曲线图；图2a为现有技术中一种采用原边控制方式的变换器电路图；图2b为图2a中Ul内部电路示意图；图3为现有技术中变换器工作在恒定输出电流时原边与付边电流波形示意图；图4为本发明实施例中需要实现的输出电压电流关系曲线图；图5为本发明实施例中采用原边控制方式的变换器输出电流的控制方法流程图；图6a为本发明实施例中提供的采用原边控制方式变换器输出电流的控制原理 图；图6b为本发明实施例中提供的采用原边控制方式的变换器输出电流控制电路示 意图；图7为本发明实施例中提供采用原边控制方式的绕组靠近付边的实现方法中电 流电压变化过程；
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图8为本发明实施例中提供的另一种采用原边控制方式的控制电路示意图；图9为本发明实施例中提供的又一种采用原边控制方式的控制电路示意图；图10为本发明实施例中提供的采用付边控制方式的控制电路示意图；图11为本发明实施例中采用付边控制方式的控制方法流程图；图12为本发明实施例中输出电流恒定时占空比控制电路原理示意图；图13为本发明实施例中提供的采用控制付边输出电压占空比的控制电路示意 图；图14为本实施例中提供的改变付边导通时间占空比的方法中输出电压变化过程 示意图；图15为本发明实施例中提供的另一种采用控制付边输出电压占空比的控制电路 示意图；图16为采用图15所示方案中原付边峰值与平均输出电流变化过程示意图。
具体实施例方式若变换器工作在不连续工作模式(DCM，Discontinue Mode)或不连续工作临界模
式DCMB下，付边的平均电流主要与原边峰值电流与付边导通占空比相关，可用下式表示
τ Μ
「m411 τ - P-Peak
_1] 1OUt- 2 Ns U(1)其中lout为变换器输出电流，Ip_peak为原边的峰值电流，D为付边导通时间占空 比。变换器进入输出恒定电流(CC)模式，有些负载在低电压仍需要一个大电流工作， 并且电压越低电流越大。为在低压下实现大电流输出，需要提供一种控制方案实现一种特 殊的倾斜Ι/ν特性曲线，如图4中曲线1 ；并且有时在此基础上又需要输出短路时电流又要 变小，如曲线2。为了得到这种特殊IV特性曲线，本发明提供一种新的控制方案，可在低输 出电压下实现大电流输出特性，并在电压低于预定门限时保持输出电流相对恒定。实施例一根据在DCM/DCMB状态下，由表达式1可知，变换器进入输出恒定电流CC时的控制 变量主要有两个，原边的关断峰值电流ip-peak和付边的导通占空比，本实施例中，通过控 制电路使得原边的峰值电流变化而保持付边导通占空比例不变。在CC下，控制原边的峰值 电流随着输出电压变化而变化，比如保持一个类似反比例的关系。 参照图5，本发明实施例提供的一种控制变换器输出电流的方法，包括S101，获取预定比例的付边输出采样电压信号Va ；输出电压的采样可采用电阻网络或变压器绕组网络。按照预定比例获取到的输出 电压，称之为采样电压信号。第一控制电路单元是主要用来从正常输出电压进入CC开始，通过改变cs来实现 一个倾斜的IV特性，它的IV输出结果如图4中示出的曲线2 ；参照图6a和6b，用于控制原边电流的第一控制电路单元(Block Α)主要包括检测 输出电压绕组L3，整流二极管D10，滤波电容C4，偏置电阻R16。电压检测辅助绕组位置可 以靠近付边或原边，不同位置会因为耦合不同带来不同的输出电压采样变化，就会产生不同IV曲线。输出采样电压信号表达式如下Vaux = klVo+k2,其中kl = Na/Ns,k2是一个常数(比如，该电路中的基准电压值)，Na为采用的绕 组匝数，Ns为付边线圈匝数，Vo为付边输出电压。S102，将该采样电压Va输入到输入信号控制电路，使得变换器输出电流恒定后原 边的峰值电流随该采样电压Va加大而减小，以调整付边输出电流。这个采样电压信号通过一定比例作用于原边的峰值电流单元(如图中CS采样)， 这样在CC状态下将输出电压与原边峰值电流建立一定关系，在此为反比例叠加，如下式所 示；
ττVO .,1P-Peak = 1P-Peak -Origin “―*k(2)当系统工作在恒定电压CV状态时，由于输出电压值保持固定不变，这个采样值也 是个固定值，所以不会影响系统正常工作；而当变换器进入CC时，这个采样值正比于输出 电压，使得实际的原边峰值反比于输出电压，这样付边输出电流反比于输出电压，在电压越 低压下输出电流越大。所述采样电压Va输入到输入信号控制电路之前，对所述采样电压Va进行分压，将 分压后的电压加到输入信号控制电路。原边的峰值电流可按照如下公式计算
R9(3 )Ip-Reak = Ip-Reak-Origin 一 (▽〇 * k1 + k2).肌 + 闷由此可知，在CC时就能得到倾斜的输出电压与电流关系曲线即V。/%曲线，控制耦 合系数kl或改变R16的阻值就可以控制V。/I0曲线的斜率，根据式(1)，输出电流与原边的 峰值电流Ip_peak成正比，这样也就可调整输出电流的大小。S103，若输出电压低于预定值，添加另一电压分量Vb到所述输入信号控制电路， 使得原边的峰值电流随该电压分量Vb加大而进一步减小。如图6b所示，通过第二控制电路单元(图中Block B)提供电压分量Vb，该第二控 制电路包括偏置电压绕组(通常用VCC绕组)L2，整流二极管D5，滤波电容C3，电压比较电 路ZD1&Q2，偏置电阻R17。本实施例中，采用稳压管ZDl提供电压比较电路的基准电压，当 然，也可以是其他电路提供基准电压。当Vaux小于基准电压时，PNP管Q2导通，稳压管ZDl 的基准电压添加到输入信号控制电路，即图6中CS端，这样控制原边电流的电压就多了另 一个变量，此时原边峰值电流为
R9R9
_4] Wak =Iwsin⑷由此可知，当输出电压低于预定值，控制R17就可以控制折回电流大小，即图中曲 线2的拐点的位置。本实施例中提供绕组靠近付边的实现方法中电流电压变化过程如图7所示。实施例二与实施例一基本相同，不同之处在于，第一控制电路单元(图中Block Α)的整流二极管D10、滤波电容C4与偏置电阻R16之间串了一个稳压管ZD1，以提供一个稳定的基准 电平，如图8所示。而第二控制电路单元(图中Block B)用的NPN型开关管，其电流折回的基准是 NPN三级管Q2中的PN结，约0. 7V，如图8所示。整个线路的工作原理和方式与实施例一样， 在此不再赘述。在本发明实施例中所提供的采样原边控制方式PSR的方案中，有些本身就采样了 输出电压，此时用于耦合输出电压的绕组就可以省掉了。这样，就可把这种IV特性集成到 原边的集成电路IC中。如图9，反馈端FB采样了输出电压，将第一控制电路单元和第二控 制电路单元(即Block A和Block B)叠加到峰值电流感应端(CS)上。如图6a—样，通过 FB输出电压来决定Block A和Block B起作用的区间。当Block A起作用时，输出电压越 低，原边的关断峰值电流也就越高，付边的开关峰值电流也就越高所以平均电流也就越大。 此时的原边的关断峰值电流IP-Peak = Ip-peak-origin-Vo*k4 ；而当BlockA与Block B共同起作 用就可以获得较低的CC电流为IP_Peak = IP_Peak_0rigin-Vo · K4-VDD · K5上述两实施例中，采用改变原边峰值电流方法，可以根据不同的VCC特性来实现 不同CC斜率，在低输出电压下实现大电流输出特性，并在电压低于预定门限时保持输出电 流相对恒定，应用范围广，精确可控，简单可行。实施例三当变换器进入工作状态时，控制使付边的导通时间占空比，使其反比于输出电压， 而不改变原边峰值电流，这样付边的平均输出电流也反比于输出电压，这样也可实现低压 大电流输出，即倾斜的IV特性曲线。本实施例中提供的控制变换器输出电流的方法是通过 改变付边导通时间占空比来实现的。如图10，反馈电路单元FB采样了输出电压，通过控制 电路单元BlockA及Block B叠加到付边导通时间占空比控制电路CC loop duty control。 输出电压越低，付边的导通占空比越大，付边的平均电流也就越大。这种方案实现简单并且 不需要改变原边峰值电流，所以磁芯最大磁通密度就不会增加，这样有利于变压器的设计。 这种方式一般适用在集成电路IC内部实现。参照图11，本实施例中提供的一种控制变换器输出电流的方法，包括S201，获取预定比例的付边输出采样电压信号Va ；由于反馈电路单元FB采样了输出电压，因此从反馈电路单元FB可获取付边输出 采样电压信号Va。另外，当然也可采用如实施例1中的通过绕组耦合得到的预定比例的付边输出采 样电压信号Va;S202,将该采样电压Va输入到付边导通时间占空比控制电路，使得变换器输出电 流恒定后付边导通时间占空比随该采样电压Va加大而减小，以调整付边输出电流。通过第一控制电路单元BlockA将该采样电压Va叠加输入到付边导通时间占空比 控制电路CC loop duty control。输出电压越低，付边的导通占空比越大，付边的平均电流 也就越大。根据式(1)，输出电流与付边的导通占空比成正比，通过改变付边的导通占空比也 就可调整输出电流的大小。
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S203，若输出电压低于预定值，通过电压控制电路添加另一电压分量Vb到所述付 边导通时间占空比控制电路，使得付边导通时间占空比随该电压分量Vb加大而进一步减 小，以进一步调整付边输出电流。图12中所示为一种占空比控制电路CC loop duty control的实现方式，占空比 控制电路是通过控制对一个电容恒定的充放电电流比例来实现恒定付边占空比，比如充电 电流为I，放电电流为0. 751，即放电与充电电流比例为0. 75I/I = 3/4，则CC恒定的付边导 通占空比为 1/(0. 75I+I) = 4/7。在此，付边导通时间占空比控制电路CC loop duty control是通过控制充放电电 流比例来实现恒定付边占空比，比如充放电比例为1 0.75，所以CC恒定的付边导通占空 比为0. 75/1 = 3/4。所以假设充电电流不变，只需要将输出通过电压通过Block A和Block B叠加到CC loop duty control来改变放电电流比例，不同的输出电压对应不同的放电电 流比例(系数)，这样就可以实现所需的最大占空比随输出的变化。图13中所示为一种改变付边导通时间占空比的实现方式，在此假设充电电流不 变，只需要将输出电压通过Block A和Block B叠加到放电电流系数控制单元，不同的输 出电压对应不同的放电电流系数，这样就可以实现所需的最大占空比随输出电压的变化 而变化。假设充电电流仍为I，放电电流当Block A和Block A及Block B分别作用时为 (0. 75+k6*Vo) I和(0. 75+k6*Vo-k7*VDD) I。同理则输出电流恒定CC的付边导通占空比为 I/((0. 75+k6*Vo)I+I) = 1/(0. 75+K6*V0)和 1/(0. 75+k6*Vo_k7*VDD)。本实施例中提供的改变付边导通时间占空比的方法中相关原付边峰值与平均电 流变化变化过程如图14所示。实施例四与实施例三类似，不同之处在于，本实施例中用输出电压既调制了充电系数也调 制了放电系数。如图15所示，在CC时调制付边最大占空比随着输出做相应变化。相关原付边峰 值与平均输出电流见图16。也可单独调制充电电流。需要说明的是，改变付边导通占空比，可以是固定频率付边导通占空比，也可以是 变动频率付边导通占空比，或则是类似大范围的付边导通时间，主要体现是付边的平均输 出电流。上述两实施例中，采用付边导通时间占空比的方法，可以根据不同的VCC特性来 实现不同CC斜率，在低输出电压下实现大电流输出特性，并在电压低于预定门限时保持输 出电流相对恒定。实现的IV曲线可以范围更大，更复杂，应用更广。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在 本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围 内。
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权利要求
一种控制变换器输出电流的方法，其特征在于，包括获取一与一付边输出电压成一预定比例的电压采样信号Va；将该采样电压Va输入到一原边输入信号控制电路，通过控制该预定比例使得原边的峰值电流随该采样电压Va的增大而减小，以调整该输出电流。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取采样电压信号Va，，具体包括 一采样绕组通过一变换器线圈耦合得到所述采样电压信号Va Va = ^-Vo Ns其中Na为该采样绕组采用的绕组匝数，Ns为一付边线圈匝数，Vo为该付边输出电压。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括所述采样电压Va输入到所述输入信号控制电路之前，通过一分压电路对所述采样电压 信号Va进行分压，将分压后的电压输入到所述原边输入信号控制电路。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括若所述付边输出电压低于一预定值，通过一电压控制电路添加另一电压分量Vb到所 述输入信号控制电路，使得所述峰值电流随该电压分量Vb增大而进一步减小。
5.一种控制变换器输出电流的装置，其特征在于，包括第一控制电路单元，用于获取该变换器的一输出电压并按一预定比例将该输出电压输 入到一原边的一输入信号控制电路，使得该原边的一峰值电流随一电压采样信号Va增大而 减小，以调整输出电流。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括第二控制电路单元，用于当所述输出电压低于一预定值时，添加另一电压分量到所述 输入信号控制电路，使得所述峰值电流随该电压分量增大而进一步减小，以调整所述输出 电流。
7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一控制单元包括输出电压获取电路，与所述输出电压耦合，得到一按预定比例撷取的输出电压采样信 号Va;分压电路，用于对所述电压采样信号Va进行分压。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，若通过耦合得到付边输出电压采样信号Va， 所述输出电压获取电路，包括绕组，用于绕在所述变换器上，用于耦合获得一预定比例撷取的付边输出电压采样信 号Va;整流电路，用于对所述付边输出电压耦合信号进行整流；滤波电路，用于对整流后所述付边输出电压耦合信号进行滤波；偏置电路，用于将所述整流滤波后的付边输出电压耦合信号输入到原边的电流控制端。
9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一控制单元还包括 稳压管，串接在滤波电路与偏置电路之间，用于提供基准电压。
10.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一控制单元包括 输出电压获取电路，用于通过负反馈方式获取所述输出电压采样信号Va ；分压电路，用于对所述电压采样信号Va进行分压。
11.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二控制单元包括比较电路，用于将获取到的输出电压采样信号Va与基准电压进行比较；开关电路，用于当所述比较电路确定输出电压采样信号Va值低于基准电压时接通一电 压分量，以添加到所述输入信号控制电路。
12.—种控制变换器输出电流的方法，其特征在于，包括以一预定比例的获取一付边输出电压采样信号Va ；将该电压采样信号Va输入到付边导通时间占空比控制电路，使得一开关器件的工作占 空比随该电压采样信号Va增大而减小，以调整一付边输出电流。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，进一步包括若输出电压低于一预定值，通过一电压控制电路添加另一电压分量Vb到所述付边导 通时间占空比控制电路，使得所述占空比随该电压分量Vb增大而进一步减小，以调整所述 付边输出电流。
14.一种控制变换器输出电流的装置，其特征在于，包括第一控制电路单元，用于获 取该变换器的一输出电压并按预定比例增减后输入到一付边导通时间占空比控制电路，使 得该变换器输出电流进入一恒定状态后，付边导通时间占空比随一电压采样信号Va增大而 减小。
15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，还包括第二控制电路单元，用于在所述输出电压低于一预定值时，添加另一电压分量到所述 付边导通时间占空比控制电路，使得一付边导通时间占空比随该电压分量增大而进一步减 小，以调整一付边输出电流。
全文摘要
本发明公开了一种控制变换器输出电流的方法，包括获取预定比例的付边输出采样电压信号；将该采样电压值输入到输入信号控制电路或导通时间占空比控制电路，通过控制采样比使得原边的峰值电流随该采样电压Va加大而减小，以调整付边输出电流。本发明还提供了相应的装置。根据本发明，可以根据不同的VCC特性来实现不同CC斜率，在低输出电压下实现大电流输出特性，并在电压低于预定门限时保持输出电流相对恒定。实现的IV曲线可以范围更大，更复杂，应用更广。
文档编号H02M3/335GK101964589SQ20091016477
公开日2011年2月2日 申请日期2009年7月22日 优先权日2009年7月22日
发明者刘磊, 吴泉清, 孙超群 申请人:Bcd半导体制造有限公司