基于原边反馈的恒流式反激式变换器的制作方法

本发明涉及集成电路领域，特别是涉及基于原边反馈的恒流式反激式变换器。

背景技术：

近年来手持式个人通讯终端(比如手机)产品，发展迅速。其相关充电器市场随之发展。反激式变换器由于其自身成本、性能优势，被广泛应用于这个领域。而各种采用原边反馈的恒流控制器，因其外围结构简单，成本低廉，被广泛接受和应用。

图1是现有技术中的一种基于原边反馈的恒流式反激式变化器，包括整流桥101、∏型滤波器102、吸收电路103、由初级绕组np、次级绕组ns及辅助绕组naux构成的变压器104、次级输出电路105、辅助电路106、恒流控制器107及金属氧化物半导体场效应管q1，次级绕组ns还连接有整流二极管d6、输出电容c4、假负载电阻r2，辅助绕组naux还连接有整流二极管d7、输出电容c5、反馈电阻r3和r4，金属氧化物半导体场效应管q1的栅极与恒流控制器107的输出端连接，金属氧化物半导体场效应管q1的漏极与初级绕组np连接，金属氧化物半导体场效应管q1的源极通过初级电流采样电阻r119接地，恒流控制器107包括去磁检测模块108、反相器110、电流源113和114、传输开关115和116、电容c131、比较器118、rs触发器121、驱动模块123、比较器128等。

去磁检测模块108的输入端与辅助绕组vaux的分压信号相连，去磁检测模块108的输出端分别连接反相器110的输入端和开关116的控制端，反相器110的输出端连接开关115的控制端，开关115的一端连接开关116的一端，开关116的另一端通过电流源114接地，开关115的另一端通过电流源113接供电电压，开关115的一端通过电容c131接地，开关115的一端还连接比较器118的同相输入端，第一基准电压输入比较器118的反相输入端，比较器118的输出端连接rs触发器121的s端，rs触发器121的输出端通过驱动模块123连接金属氧化物半导体场效应管118的栅极，金属氧化物半导体场效应管118的源极连接比较器128的同相输入端，比较器128的反相输入端输入第二基准电压，比较器128的输出端连接rs触发器121的r端。

恒流控制器107需要提取流过初级绕组np的电流信号和变压器的去磁时间tdemag，通过输出调制信号控制开关的导通和截止，来稳定输出电流。在图1所示的系统中，流过初级绕组np的电流信号是金属氧化物半导体场效应管q1源极流出的电流，变压器的去磁时间tdemag可以通过反馈电阻r3和r4中间的节点得到。

假设次级绕组ns通过整流二极管d6和输出电容c4输出的电流为iout，金属氧化物半导体场效应管q1的源极电压为vcs，电流采样电阻r119的电阻值为rcs，初级绕组np的匝数为npri，次级绕组ns的匝数为nsec，恒流控制器107的输出信号的周期为t。

当变换器工作在非连续模式时：

从式(1)中可以看出，可以通过同时恒定和vcs-peak的办法来恒定输出电流。

结合图1和图2，如果金属氧化物半导体场效应管q1导通，则流经电流采样电阻r119的电流线性增大。假设，第二基准电压的电压值为vref2，金属氧化物半导体场效应管q1的源极电压与第二基准电压一起进入比较器128。当金属氧化物半导体场效应管q1的源极电压超过第二基准电压时，则比较器128的输出电压为高电平。

那么金属氧化物半导体场效应管q1的源极电压值vcs为：

vcs＝vref2(2)

当金属氧化物半导体场效应管q1截止时，存储在变压器104中的能量被释放给输出端，去磁过程开始。在去磁过程中，去磁检测模块108对反馈电阻r3和r4中间的信号进行处理，输出去磁时间信号，也就是tdemag。去磁检测模块108输出信号控制传输开关116，反相器110的输出信号控制传输开关115，通过电流源113和114，对电容c131进行充放电。假设第一基准电压的电压值为vref1，电容c131的电压信号和第一基准电压信号一起进入比较器118。当电容c131的电压信号大于第一基准电压信号时，比较器118的输出信号为高电平并进入rs触发器121，rs触发器121的输出信号进入驱动模块123，最终产生调制信号，控制金属氧化物半导体场效应管q1的开通。假设电流源113和114的电流分别是i1和i2,此时得出：

由公式(1)、(2)和(3)联立，结合图1和图2，可以看出原边反馈的恒流控制器107通过恒定和vcs-peak来实现恒定输出电流的工作过程。

但是现有的原边反馈恒流技术，变换器只能工作在非连续模式，该模式变换器当输出功率大于20瓦时，存在变压器利用率不高，开关管电流应力过大等问题。

因此，迫切需要一种自适应于连续和非连续模式的原边恒流的技术的出现。

技术实现要素：

发明目的：本发明的目的是提供一种自适应于连续和非连续模式的基于原边反馈的恒流式反激式变换器。

技术方案：本发明所述的基于原边反馈的恒流式反激式变换器，包括整流桥，整流桥的直流输出信号通过滤波器进行滤波，滤波器输出端连接第一电阻r11与第一电容c31组成的并联电路的一端，第一电阻r11与第一电容c31组成的并联电路的一端还连接初级绕组np的非同名端，第一电阻r11与第一电容c31组成的并联电路的另一端连接第一二极管d51的阴极，第一二极管d51的阳极分别连接初级绕组np的同名端和金属氧化物半导体场效应管q11的漏极，次级绕组ns的同名端连接第二二极管d61的阳极，第二二极管d61的阴极连接第二电容c41与第二电阻r21组成的并联电路的一端，第二电容c41与第二电阻r21组成的并联电路的另一端连接次级绕组ns的非同名端，辅助绕组naux的同名端连接第三电阻r31的一端，第三电阻r31的一端还连接第三二极管d71的阳极，第三二极管d71的阴极连接第三电容c51的一端，第三电容c51的另一端接地，辅助绕组naux的非同名端也接地，第三电阻r31的另一端通过第四电阻r41接地，初级绕组np、次级绕组ns和辅助绕组naux组成变压器，金属氧化物半导体场效应管q11的源极连接第五电阻rcs1的一端，第五电阻rcs1的另一端接地，还包括振荡器，振荡器的输出端连接rs触发器的s端，rs触发器的输出端通过驱动模块连接金属氧化物半导体场效应管q1的栅极，rs触发器的r端连接第一或门的输出端，第一或门的一个输入端连接第一比较器的输出端，第一比较器的同相输入端分别连接第五电阻rcs1的一端和第一开关的一端，第一比较器的反相输入端输入第一基准电压，第一开关的另一端连接第四电容c243的一端，第四电容c243的另一端接地，第四电容c243的一端还连接输出电流计算模块的一个输入端，输出电流计算模块的输出端连接第一运算放大器的反相输入端，第一运算放大器的同相输入端输入第二基准电压，第一运算放大器的输出端连接开通和采样时间模块的输入端，开通和采样时间模块的一个输出端连接第一或门的另一个输入端，开通和采样时间模块另一个输出端连接第一开关的控制端，第三电阻r31的另一端还连接去磁检测模块的输入端，去磁检测模块的输出端连接输出电流计算模块的另一个输入端。

进一步，所述开通和采样时间模块包括三角波发生器，三角波发生器的输出端分别连接第二比较器的同相输入端和第三比较器的同相输入端，第二比较器的输出端作为开通和采样时间模块的一个输出端，第二比较器的反相输入端连接第六电阻r101的一端，第二比较器的反相输入端还作为开通和采样时间模块的输入端，第六电阻r101的另一端连接第七电阻r111的一端，第七电阻r111的另一端接地，第七电阻r111的一端还连接第三比较器的反相输入端，第三比较器的输出端连接单稳态模块的输入端，单稳态模块的输出端作为开通和采样时间模块的另一个输出端。

进一步，所述开通和采样时间模块包括第四比较器，第四比较器的同相输入端连接第五电阻rcs1的一端，第四比较器的反相输入端作为开通和采样时间模块的输入端，第四比较器的输出端作为开通和采样时间模块的一个输出端，rs触发器的输出端连接锁存器的时钟端，锁存器的数据输入端连接锁存器的端，锁存器的端还连接第一与门的一个输入端，第一与门的另一个输入端还分别连接rs触发器的输出端和第二与门的一个输入端，锁存器的q端连接第二与门的另一个输入端，第一与门的输出端分别连接第二开关的控制端和第三开关的控制端，第二开关的一端通过第一电流源接地，第二开关的另一端分别连接第五比较器的反相输入端和第四开关的一端，第五比较器的反相输入端还通过第二电容c731接地，第五比较器的同相输入端输入第三基准电压，第五比较器的输出端连接第三与门的一个输入端，第三与门的另一个输入端连接第一与门的输出端，第三与门的输出端连接第二或门的一个输入端，第四开关的另一端通过第二电流源连接供电电压，第四开关的控制端连接第二与门的输出端，第二与门的输出端还连接第五开关的控制端，第五开关的一端通过第三电流源接地，第五开关的另一端分别连接第六比较器的反相输入端和第三开关的一端，第三开关的另一端通过第四电流源连接供电电压，第六比较器的反相输入端还通过第三电容c732接地，第六比较器的同相输入端输入第四基准电压，第六比较器的输出端连接第四与门的一个输入端，第四与门的另一个输入端连接第二与门的输出端，第四与门的输出端连接第二或门的另一个输入端，第二或门的输出端连接第五与门的一个输入端，第五与门的另一个输入端连接rs触发器的输出端，第五与门的输出端作为作为开通和采样时间模块的另一个输出端。

进一步，所述输出电流计算模块包括第二运算放大器，第二运算放大器的同相输入端作为输出电流计算模块的一个输入端，第二运算放大器的反相输入端连接第二运算放大器的输出端，第二运算放大器的输出端还连接第六开关的一端，第六开关的另一端分别连接第八电阻r305的一端和第七开关的一端，第八电阻r305的另一端通过第九电容c306接地，第八电阻r305的另一端还作为输出电流计算模块的输出端，第六开关的控制端连接反相器的输入端，反相器的输出端连接第七开关的控制端，反相器的输入端还作为输出电流计算模块的另一个输入端。

有益效果：本发明公开了一种基于原边反馈的恒流式反激式变换器，不仅能工作在非连续模式，还能工作在连续模式。此外，本发明中变压器利用率高，相比于只能工作在非连续模式的变化器而言，功率可以做得更大。

附图说明

图1为现有技术中的原边反馈的恒流式反激式变换器的电路图；

图2为图1中恒流式反激式变换器工作时的简化时序图；

图3为本发明具体实施方式中的恒流式反激式变换器的电路图；

图4为本发明具体实施方式中开通和采样时间模块的第一个实施例的电路图；

图5为开通和采样时间模块采用第一个实施例的电路时恒流式反激式变换器在非连续和连续模式的输出电流公式；

图6为开通和采样时间模块采用第一个实施例的电路时恒流式反激式变换器在非连续模式时的简化时序图；

图7为开通和采样时间模块采用第一个实施例的电路时恒流式反激式变换器在连续模式时的简化时序图；

图8为本发明具体实施方式中的输出电流计算模块的电路图；

图9为本发明具体实施方式中开通和采样时间模块的第二个实施例的电路图；

图10为开通和采样时间模块采用第二个实施例的电路时恒流式反激式变换器在非连续模式时的简化时序图；

图11为开通和采样时间模块采用第二个实施例的电路时恒流式反激式变换器在连续模式时的简化时序图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明的技术方案作进一步的介绍。

本具体实施方式公开了一种基于原边反馈的恒流式反激式变换器，如图3所示，包括整流桥201，整流桥201包括第四二极管d11、第五二极管d21、第六二极管d31和第七二极管d41，第四二极管d11的阳极连接第六二极管d31的阴极，第四二极管d11的阴极连接第五二极管d21的阴极，第五二极管d21的阳极连接第七二极管d41的阴极，第七二极管d41的阳极连接第六二极管d31的阳极。整流桥201的直流输出信号通过滤波器202进行滤波。滤波器202包括电感l11，电感l11一端分别连接第七电容c11的一端和第五二极管d21的阴极，电感l11的另一端分别连接第八电容c21的一端和第一电阻r11的一端，第八电容c21的另一端和第七电容c11的另一端均接地。第一电阻r11的一端还连接第一电容c31的一端，第一电阻r11的另一端连接第一电容c31的另一端。第一电容c31的一端还连接初级绕组np的非同名端，第一电容c31的另一端还连接第一二极管d51的阴极，第一二极管d51的阳极分别连接初级绕组np的同名端和金属氧化物半导体场效应管q11的漏极，次级绕组ns的同名端连接第二二极管d61的阳极，第二二极管d61的阴极连接第二电容c41与第二电阻r21组成的并联电路的一端，第二电容c41与第二电阻r21组成的并联电路的另一端连接次级绕组ns的非同名端，辅助绕组naux的同名端连接第三电阻r31的一端，第三电阻r31的一端还连接第三二极管d71的阳极，第三二极管d71的阴极连接第三电容c51的一端，第三电容c51的另一端接地，辅助绕组naux的非同名端也接地，第三电阻r31的另一端通过第四电阻r41接地，初级绕组np、次级绕组ns和辅助绕组naux组成变压器204，金属氧化物半导体场效应管q11的源极连接第五电阻rcs1的一端224，第五电阻rcs1的另一端接地。其中，第一电阻r11、第一电容c31和第一二极管d51共同组成吸收电路203。第二二极管d61、第二电容c41和第二电阻r21共同组成次级输出电路205。第三二极管d71、第三电容c51、第三电阻r31和第四电阻r41共同组成辅助电路206。恒流式反激式变换器还包括恒流控制器2071，恒流控制器2071包括振荡器212，振荡器212的输出端连接rs触发器214的s端，rs触发器214的输出端215通过驱动模块217连接金属氧化物半导体场效应管q1的栅极，rs触发器214的r端连接第一或门220的输出端，第一或门220的一个输入端连接第一比较器223的输出端，第一比较器223的同相输入端分别连接第五电阻rcs1的一端224和第一开关236的一端，第一比较器223的反相输入端输入第一基准电压，第一开关236的另一端连接第四电容c243的一端，第四电容c243的另一端接地，第四电容c243的一端还连接输出电流计算模块225的一个输入端237，输出电流计算模块225的输出端226连接第一运算放大器227的反相输入端，第一运算放大器227的同相输入端输入第二基准电压，第一运算放大器227的输出端连接开通和采样时间模块407的输入端228，开通和采样时间模块407的一个输出端221连接第一或门220的另一个输入端，开通和采样时间模块407另一个输出端235连接第一开关236的控制端，第三电阻r31的另一端还连接去磁检测模块210的输入端，去磁检测模块210的输出端连接输出电流计算模块225的另一个输入端211。

开通和采样时间模块407的第一个实施例如图4所示，包括三角波发生器230，三角波发生器230的输出端分别连接第二比较器242的同相输入端和第三比较器240的同相输入端，第二比较器242的输出端作为开通和采样时间模块407的一个输出端221，第二比较器242的反相输入端连接第六电阻r101的一端，第二比较器242的反相输入端还作为开通和采样时间模块407的输入端228，第六电阻r101的另一端连接第七电阻r111的一端，第七电阻r111的另一端接地，第七电阻r111的一端还连接第三比较器240的反相输入端，第三比较器240的输出端连接单稳态模块234的输入端，单稳态模块234的输出端作为开通和采样时间模块407的另一个输出端235。第六电阻r101和第七电阻r111的阻值相等。

开通和采样时间模块407的第二个实施例如图9所示，包括第四比较器781，第四比较器781的同相输入端连接第五电阻rcs1的一端224，第四比较器781的反相输入端作为开通和采样时间模块407的输入端228，第四比较器781的输出端作为开通和采样时间模块407的一个输出端221，rs触发器214的输出端215连接锁存器701的时钟端，锁存器701的数据输入端连接锁存器701的端，锁存器701的端还连接第一与门704的一个输入端，第一与门704的另一个输入端还分别连接rs触发器214的输出端215和第二与门703的一个输入端，锁存器701的q端连接第二与门703的另一个输入端，第一与门704的输出端分别连接第二开关722的控制端和第三开关723的控制端，第二开关722的一端通过第一电流源711接地，第二开关722的另一端分别连接第五比较器741的反相输入端和第四开关721的一端，第五比较器741的反相输入端还通过第二电容c731接地，第五比较器741的同相输入端输入第三基准电压，第五比较器741的输出端连接第三与门751的一个输入端，第三与门751的另一个输入端连接第一与门704的输出端，第三与门751的输出端连接第二或门761的一个输入端，第四开关721的另一端通过第二电流源710连接供电电压，第四开关721的控制端连接第二与门703的输出端，第二与门703的输出端还连接第五开关714的控制端，第五开关714的一端通过第三电流源724接地，第五开关714的另一端分别连接第六比较器742的反相输入端和第三开关723的一端，第三开关723的另一端通过第四电流源713连接供电电压，第六比较器742的反相输入端还通过第三电容c732接地，第六比较器742的同相输入端输入第四基准电压，第六比较器742的输出端连接第四与门752的一个输入端，第四与门752的另一个输入端连接第二与门703的输出端，第四与门752的输出端连接第二或门761的另一个输入端，第二或门761的输出端连接第五与门771的一个输入端，第五与门771的另一个输入端连接rs触发器214的输出端215，第五与门771的输出端作为作为开通和采样时间模块407的另一个输出端235。

其中，输出电流计算模块225如图8所示，包括第二运算放大器301，第二运算放大器301的同相输入端作为输出电流计算模块225的一个输入端，第二运算放大器301的反相输入端连接第二运算放大器301的输出端，第二运算放大器301的输出端还连接第六开关302的一端，第六开关302的另一端分别连接第八电阻r305的一端和第七开关303的一端，第八电阻r305的另一端通过第九电容c306接地，第八电阻r305的另一端还作为输出电流计算模块225的输出端，第六开关302的控制端连接反相器304的输入端，反相器304的输出端连接第七开关303的控制端，反相器304的输入端还作为输出电流计算模块225的另一个输入端。

开通和采样时间模块407采用第一实施例的电路时，恒流式反激式变换器工作在非连续模式时的输出电流公式和简化时序图分别如图5和图6所示。振荡器212产生的信号使得rs触发器214的输出电压由低电平变为高电平，驱动模块217的输出信号为高电平，那么金属氧化物半导体场效应管q11进入导通状态，初级绕组np的电流由零线性增大，第五电阻rcs1上的电压也线性增大。第二基准电压与第一运算放大器227的输出电压相等时，第二比较器242的输出电压就开始翻转，使得rs触发器214的输出电压由高电平变为低电平，驱动模块217的输出信号为低电平，那么金属氧化物半导体场效应管q11进入截止状态。在金属氧化物半导体场效应管q11导通过程中，当第一运算放大器227的输出电压经过第六电阻r101和第七电阻r111的分压后，由于第六电阻r101和第七电阻r111的阻值相等，第六电阻r101和第七电阻r111之间节点的电压值就等于第一运算放大器227的输出电压值的一半。那么当第二基准电压与第六电阻r101和第七电阻r111之间节点的电压值相等时，第三比较器240的输出信号开始翻转，由平行线分线段成比例定理的推论可知，翻转时间正好是rs触发器214的输出电压的高电平时间的一半。

图5中，如果rs触发器214的输出电压的高电平时间为ton，那么第三比较器240输出电压由低变高的时间为如果第五电阻rcs1的电压的峰值为vcs-peak，那么第四电容c243的电压即为

输出电流计算模块225中，第八电阻r305的阻值为r0，输出电流计算模块225的输出电压v0，因为第九电容c306在一个周期内，充电放电的电荷相等，结合电路连接，可以得出：

那么，

v0等于第二基准电压，假设为vref，则：

非连续模式时输出电流公式为：

式(3)和(4)联立可得：

可见，输出电流恒定。

开通和采样时间模块407采用第一实施例的电路时，恒流式反激式变换器工作在连续模式时的输出电流公式和简化时序图分别如图5和图7所示。振荡器212的输出电压产生的信号使得rs触发器214的输出电压由低电平变为高电平，驱动模块217的输出信号为高电平，那么金属氧化物半导体场效应管q11进入导通状态，初级绕组np的电流不为零并线性增大，第五电阻rcs1上的电压也线性增大。假设第五电阻rcs1上的电压的起始值为vcs-min，第二基准电压与第一运算放大器227的输出电压相等时，第二比较器242的输出电压就开始翻转，使得rs触发器214的输出电压由高电平变为低电平，驱动模块217的输出信号为低电平，那么金属氧化物半导体场效应管q11进入截止状态。在金属氧化物半导体场效应管q11导通过程中，当第一运算放大器227的输出电压经过第六电阻r101和第七电阻r111的分压后，由于第六电阻r101和第七电阻r111的阻值相等，第六电阻r101和第七电阻r111之间节点的电压值就等于第一运算放大器227的输出电压值的一半。那么当第二基准电压与第六电阻r101和第七电阻r111之间节点的电压值相等时，第三比较器240的输出信号开始翻转，由平行线分线段成比例定理的推论可知，翻转时间正好是rs触发器214的输出电压的高电平时间的一半。

图5中，如果rs触发器214的输出电压的高电平时间为ton，那么第三比较器240输出电压由低变高的时间为如果第五电阻rcs1的电压的峰值为vcs-peak，那么第四电容c243的电压即为

输出电流计算模块225的另一个输入端211的输入电压为tdemag，周期为t，同理得出：

输出电流计算模块225的输出端226的电压为：

输出电流计算模块225的输出端226的电压等于第二基准电压vref，也即：

连续模式时输出电流公式为：

将式(8)和(9)联立可得：

可见，输出电流恒定。