开关电源的反馈控制方法及电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及开关电源，特别涉及一种可靠的、低功耗的实现开关电源闭环控制的 反馈控制方法及电路。
【背景技术】
[0002] 开关电源以其高效率、可实现升降压等优点广泛应用于工业领域。所有的开关电 源都需要检测输出电压或电流信息，将其反馈到控制电路用以控制功率管的通断，实现能 量的传递。反馈路径根据有无安全规范要求分为隔离型和非隔离型，隔离型反馈采用隔离 器件将反馈路径断开以满足安全规范。对于隔离型反馈常用的隔离方式有磁隔离、光耦隔 离和电容隔离。其中，光耦相对功耗较大、速度较慢、寿命较短且在高温下、高辐照下性能退 化严重。磁隔离或电容隔离利用瞬变磁场或电场将输出信息离散地反馈到控制电路，功耗 低、速度快、寿命长且适用于极端环境。而电容隔离又需要在隔离距离和容值大小之间做出 折中，所以磁隔离反馈越来越受到重视。
[0003] 磁隔离反馈的应用中，有将隔离电源的副边反馈信号进行斩波之后，再由磁隔离 变压器传送到隔离电源的主边控制器，如德州仪器公司（TI)的UC1901芯片。该技术中，磁隔 离变压器实际上承担的工作是将副边的反馈信号功率变换到主边，变压器不可能做小，且 变压器连续地传送方波信号，功耗较大。相比而言，电力集成公司(PI)最近公开的一篇专利 CN201410085973采用副边的跨周期调制(PSM)，根据输出电压与基准的比较结果选择是否 向主边发送功率管开通信号，并在主边采用状态机选择限流点将功率管关断。该技术从副 边间断地向主边发送功率管开通窄脉冲，从而大大减小了磁隔离变压器的体积，降低了功 耗，并且副边控制方式便于同步整流的实现。此外，该技术还将主副边芯片和磁隔离变压器 集成到一个封装块内，提高了电源的功率密度。
[0004] 然而，CN201410085973采用的跨周期调制虽然动态性能优越，但是稳态性能却不 够好，存在较大的低频纹波，且其负载调整率也不够好。测试采用该技术的Innoswitch-CH 系列芯片搭建的电源系统，结果显示轻载和满载时的输出电压相差200mV之多，低频纹波约 为100mV。这是由于跨周期调制的特点决定的，跨周期调制在一段时间允许输出开关信号将 功率管开通或关断，输出电压逐渐上升，在另一段时间则禁止输出开关信号，保持功率管关 断，输出电压逐渐下降，这样交替的允许或禁止输出开关信号，使得输出电压维持在一个相 对稳定的值。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是，提供一种反馈控制方法，该方法实现了磁隔离方式下的副边反 馈、主边控制，相对于跨周期(PSM)的调制方式，在不降低电源动态性能的条件下提高了稳 态性能，降低了低频纹波，改善了负载调整率;此外，该方法在减小磁隔离变压器体积、降低 功耗的同时简化了反馈过程；由主边控制同步整流管开通，便于同步整流的实现，提高了可 靠性;在同步整流结束时刻采样输出电压，提高了采样的精度。
[0006] 与此相应，本发明的另一个目的是，提供一种反馈控制电路，该电路实现了磁隔离 方式下的副边反馈控制、主边控制，相对于跨周期(PSM)的调制方式，在不降低电源动态性 能的条件下提高了稳态性能，降低了低频纹波，改善了负载调整率;此外，该电路在减小磁 隔离变压器体积、降低功耗的同时简化了反馈过程；由主边控制同步整流管开通，便于同步 整流的实现，提高了可靠性;在同步整流结束时刻采样输出电压，提高了采样的精度。
[0007] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
[0008] 就方法主题而言，一种开关电源的反馈控制方法包括如下步骤，
[0009] 在同步整流管Ms的开通阶段，通过主边调制解调电路将主控制电路中功率管Mp的 驱动信号DR的下降沿调制为第一窄脉冲，再通过磁隔离变压器传送到副边调制解调电路； 副边调制解调电路检测到第一窄脉冲后，输出驱动信号SR以控制副边同步整流管Ms开通；
[0010] 同步整流管Ms的关断阶段，通过副边调制解调电路检测同步整流管Ms的漏极电压 VD以检测同步整流管Ms关断的时刻，在此时刻采样电源输出电压Vout的分压值VB，并将分 压值VB与基准电压进行比较，将比较结果调制为第二窄脉冲，再将第二窄脉冲通过磁隔离 变压器传送到主边调制解调电路；主边调制解调电路根据第二窄脉冲产生电压反馈信号 FB，输出到主边的主控电路中，实现开关电源的闭环控制。
[0011]优选的，在所述同步整流管Ms的关断阶段，副边调制解调电路同时检测输出电压Vout的过欠冲情况，并将过欠冲信号调制为第三窄脉冲，通过磁隔离变压器传送到主边调 制解调电路;主边调制解调电路将第三窄脉冲信号解调为过欠冲信号，再根据过欠冲信号 将反馈信号拉高或拉低，使得主边的主控电路迅速做出反应，抑制开关电源的过欠冲。
[0012] 优选的，所述副边调制解调电路将分压值VB与基准的比较结果调制为第二窄脉 冲，该第二窄脉冲可以为增能量窄脉冲或减能量窄脉冲，若分压值VB小于基准电压，则传送 增能量窄脉冲到主边，主边调制解调电路检测到增能量脉冲，产生将逐周期增大的电压反 馈信号;若分压值VB大于基准电压，则传送减能量窄脉冲到主边，主边调制解调电路检测到 减能量脉冲，产生将逐周期减小的电压反馈信号。
[0013] 就电路主题而言，一种开关电源的反馈控制电路，包括主边调制解调电路、磁隔离 变压器和副边调制解调电路，
[0014] 在同步整流管Ms的开通阶段，所述主边调制解调电路将主控制电路中功率管Mp的 驱动信号DR的下降沿调制为第一窄脉冲，再通过磁隔离变压器传送到副边调制解调电路； 副边调制解调电路检测到第一窄脉冲后，输出驱动信号SR以控制副边同步整流管Ms开通；
[0015] 在同步整流管Ms的关断阶段，所述副边调制解调电路通过检测同步整流管Ms的漏 极电压VD以检测同步整流管Ms关断的时刻，在此时刻采样电源输出电压Vout的分压值VB， 并将分压值VB与基准电压进行比较，将比较结果调制为第二窄脉冲，再将第二窄脉冲通过 磁隔离变压器传送到主边调制解调电路;主边调制解调电路根据第二窄脉冲产生电压反馈 信号FB，输出到主边的主控电路中，实现开关电源的闭环控制。
[0016] 作为本发明的进一步改进，所述主边调制解调电路，包括可逆计数器电路、数模转 换器电路、同步脉冲驱动电路、递减时钟产生电路和增减信号检测电路，其具体连接关系 是，所述可逆计数器电路接所述数模转换器电路、递减时钟产生电路和增减信号检测电路； 所述数模转换器电路接可逆计数器电路、增减信号检测电路和电源的PWM/PFM主控电路的 反馈输入端FB;所述同步脉冲驱动电路接增减信号检测电路和电源的PWM/PFM主控电路;所 述递减时钟产生电路接可逆计数器电路和增减信号检测电路;所述增减信号检测电路接可 逆计数器电路、数模转换器电路、递减时钟产生电路、同步脉冲驱动电路以及磁隔离变压器 的主边绕组端。
[0017] 作为本发明再进一步的改进，所述副边调制解调电路，包括同步驱动电路、输出采 样判断电路、同步检测电路、增减脉冲产生电路和窄脉冲驱动电路，其具体连接关系是，所 述窄脉冲驱动电路接磁隔离变压器的副边绕组端、同步检测电路和增减脉冲产生电路;所 述同步检测电路接窄脉冲驱动电路和同步驱动电路;所述同步驱动电路接同步检测电路、 输出采样判断电路以及电源同步整流管的栅极和漏极;所述输出采样判断电路接同步驱动 电路、增减脉冲产生电路以及电源输出电压Vout的分压值VB;所述增减脉冲产生电路接输 出采样判断电路和窄脉冲驱动电路。
[0018] 作为本发明的另一种改进，所述主边调制解调电路，包括5bitsDAC电路、大动态 还原电路、5bits可逆计数器电路、8421时钟产生电路、同步脉冲驱动及增减信号检测电路， 其具体连接关系是，所述5bitsDAC电路接大动态还原电路和5bits可逆计数器电路，5bits DAC电路输出生成的电压反馈信号FB;所述大动态还原电路接5bitsDAC电路和同步脉冲驱 动及增减信号检测