一种反激式ac-dc电压转换电路及反激式电压转换器的制造方法
【专利摘要】本实用新型适用于集成电路领域，提供了一种反激式AC?DC电压转换电路及反激式电压转换器，包括：源边功率管、线圈、副边功率管、输入电容、输出电容、电阻和二极管、源边控制单元、副边控制单元和电压采样单元；线圈源边电感与源边功率管、输入电容、源边控制单元连接；线圈副边电感与副边功率管、输出电容、电阻和二极管、副边控制单元和电压采样单元连接。本实用新型通过副边的电压采样单元采样生成源边功率管的开启信号，再通过源边的源边控制单元生成控制源边功率管的关断信号实现电压转换，无需光耦、源边辅助绕组和电阻，降低了成本和待机功耗，提高了转换效率和重负载效率。
【专利说明】
一种反激式AC-DC电压转换电路及反激式电压转换器
技术领域
[0001]本实用新型属于电源领域，尤其涉及一种反激式AC-DC电压转换电路及反激式电压转换器。
【背景技术】
[0002]反激式电压转换电路，又称Flyback电压转换电路，该电路在主开关管导通期间储存能量，在主开关管关断期间向负载传递能量，特别适合小功率、多路输出的应用需求。
[0003]目前反激式AC-DC电压转换电路主要采用下面两种控制方法:
[0004]1、光耦反馈，但是这种方式通常需要外部连接一个光耦元件，成本比较高；
[0005]2、源边反馈，但是这种方式通常需要一个辅助绕组对输出电压进行采样，且有较尚的待机功耗。
[0006]并且，现有的反激式AC-DC电压转换电路需要采样电阻来采样源边电流，而采样电阻会产生功耗，从而降低转换效率。
【实用新型内容】
[0007]本实用新型实施例的目的在于提供一种反激式AC-DC电压转换电路，旨在解决现有反激式转换电路需要采样电阻来采样源边电流，降低转换效率的问题。
[0008]本实用新型实施例是这样实现的，一种反激式AC-DC电压转换电路，所述电路包括:
[0009]导通后生成脉冲时间信号，脉冲时间信号结束时关断的源边功率管、线圈、副边功率管;及
[0010]生成固定导通时间信号控制所述源边功率管导通的源边控制单元；
[0011]对所述线圈的副边电感输出的直流输出电压进行采样，生成采样电压的电压采样单元；
[0012]根据所述采样电压生成开关频率信号控制所述副边功率管的导通，进而控制所述源边功率管重新导通的副边控制单元；
[0013]所述电路还包括:
[0014]输入电容Cin、输出电容Cout、电阻R3和二极管Dl;
[0015]所述线圈源边电感的同名端为所述电路的输入端连接输入电压，所述线圈源边电感的同名端还通过所述输入电容Cin接地，所述线圈源边电感的异名端同时与所述源边控制单元的输入端和所述源边功率管的输入端连接，所述源边功率管的输出端接地，所述源边控制单元的输出端与所述源边功率管的控制端连接，所述源边功率管的控制端还与所述源边控制单元的反馈端连接；
[0016]所述线圈副边电感的异名端为所述电路的输出端输出直流输出电压，所述线圈副边电感的异名端还通过所述输出电容Cout接地，所述线圈副边电感的异名端还与所述电压采样单元的输入端连接，所述电压采样单元的输出端与所述副边控制单元的输入端连接，所述副边控制单元的输出端与所述副边功率管的控制端连接，所述副边功率管的输入端与所述电阻R3的一端连接，所述电阻R3的另一端同时与所述线圈副边电感的同名端和所述二极管Dl的阴极连接，所述二极管Dl的阳极和所述副边功率管的输出端同时接地。
[0017]进一步地，所述脉冲时间信号为与所述输入电压成正比的负向脉冲信号。
[0018]更进一步地，所述源边功率管和所述副边功率管均为N型MOS管，所述N型MOS管的漏极为所述源边功率管和所述副边功率管的输入端，所述N型MOS管的源极为所述源边功率管和所述副边功率管的输出端，所述N型MOS管的栅极为所述源边功率管和所述副边功率管控制端。
[0019]更进一步地，所述源边控制单元包括:
[0020]生成固定导通时间信号控制所述源边功率管导通的逻辑控制模块；
[0021]将所述源边功率管的输入端电压与地电压比较，生成逻辑数字信号的第一比较模块；
[0022]生成导通时间信号，以供所述逻辑控制模块根据所述逻辑数字信号和所述导通时间信号调整输出固定导通时间信号的导通时间产生模块；
[0023]所述第一比较模块的输入端为所述源边控制单元的输入端，所述第一比较模块的输出端与所述逻辑控制模块的第一输入端连接，所述逻辑控制模块的输出端为所述源边控制单元的输出端，所述导通时间产生模块的输入端为所述源边控制单元的反馈端，所述导通时间产生模块的输出端与所述逻辑控制模块的第二输入端连接。
[0024]更进一步地，所述第一比较模块为比较器，所述比较器的反向输入端为所述第一比较模块的输入端，所述比较器的正向输入端接地，所述比较器的输出端为所述第一比较模块的输出端。
[0025]更进一步地，所述逻辑控制模块为RS触发器，所述RS触发器的S端为所述逻辑控制模块的第一输入端，所述RS触发器的R端为所述逻辑控制模块的第二输入端，所述RS触发器的Q端为所述逻辑控制模块的输出端。
[0026]更进一步地，所述电压采样单元包括:
[0027]电阻R1、电阻R2;
[0028]所述电阻Rl的一端为所述电压采样单元的输入端，所述电阻Rl的另一端为所述电压采样单元的输出端通过所述电阻R2接地。
[0029]更进一步地，所述副边控制单元包括:
[0030]电流源、电压源、加法器和第二比较模块；
[0031]所述电流源的输入端连接电源电压，所述电流源的输出端与加法器的第一输入端连接，所述加法器的第二输入端为所述副边控制单元的输入端，所述加法器的输出端与所述第二比较模块的第一输入端连接，所述第二比较模块的第二输入端与所述电压源的正极连接，所述电压源的负极接地，所述第二比较模块的输出端为所述副边控制单元的输出端。
[0032]更进一步地，所述第二比较模块为比较器，所述比较器的反向输入端为所述第二比较模块的第一输入端，所述比较器的正向输入端为所述第二比较模块的第二输入端，所述比较器的输出端为所述第二比较模块的输出端。
[0033]本实用新型实施例的另一目的在于，提供一种包括上述反激式AC-DC电压转换电路的反激式电压转换器。
[0034]本实用新型实施例通过源边采用固定导通时间控制源边功率管，以达到控制输出电压的目的，并副边的电压采样单元对输出电压采样生成控制源边功率管的开启信号，再通过源边的源边控制单元生成控制源边功率管的关断信号，并按周期循环，完成AC-DC电压转换，无需光耦、源边辅助绕组，也无需电阻，降低了成本和待机功耗，提高了转换效率和重负载效率。
【附图说明】
[0035]图1为本实用新型实施例提供的反激式AC-DC电压转换电路的结构图；
[0036]图2为本实用新型实施例提供的反激式AC-DC电压转换电路的示例电路结构图。
【具体实施方式】
[0037]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。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型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0038]本实用新型实施例通过副边的电压采样单元采样生成控制源边功率管的开启信号，再通过源边的源边控制单元生成控制源边功率管的关断信号，实现AC-DC电压转换，无需光耦、源边辅助绕组和电阻，降低了成本和待机功耗，提高了转换效率和重负载效率。
[0039]图1示出了本实用新型实施例提供的反激式AC-DC电压转换电路的结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分。
[0040]作为本实用新型一实施例，该反激式AC-DC电压转换电路可以应用于多种反激式电压转换器中，例如AC-DC充电器、LED驱动控制器等。
[0041]该反激式AC-DC电压转换电路包括:
[0042 ] 源边功率管Ml、线圈T、副边功率管M2 ；及
[0043]源边控制单元I，用于生成固定导通时间信号Tc控制源边功率管Ml导通，源边功率管Ml导通后生成一脉冲时间信号，脉冲时间信号结束时源边功率管Ml关断，并通过线圈T控制其副边电感LI进行电压转换输出直流输出电压Vout;
[0044]电压采样单元3，用于对直流输出电压Vout进行采样，生成采样电压Vsence；
[0045]副边控制单元2，用于根据采样电压Vsence生成开关频率信号Tsw控制副边功率管M2的导通，副边功率管M2的导通后控制源边功率管Ml重新导通；
[0046]该反激式AC-DC电压转换电路还包括:
[0047]输入电容Cin、输出电容Cout、电阻R3和二极管Dl;
[0048]线圈T源边电感LO的同名端为该反激式AC-DC电压转换电路的输入端连接输入电压Vin，线圈T源边电感LO的同名端还通过输入电容Cin接地，线圈T源边电感LO的异名端同时与源边控制单元I的输入端和源边功率管Ml的输入端连接，源边功率管Ml的输出端接地，源边控制单元I的输出端与源边功率管Ml的控制端连接，源边功率管Ml的控制端还与源边控制单元I的反馈端连接；
[0049]线圈T副边电感LI的异名端为该反激式AC-DC电压转换电路的输出端输出直流输出电压Vout，线圈T副边电感LI的异名端还通过输出电容Cout接地，线圈T副边电感LI的异名端还与电压采样单元3的输入端连接，电压采样单元3的输出端与副边控制单元2的输入端连接，副边控制单兀2的输出端与副边功率官M2的控制端连接，副边功率官M2的输入端与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端同时与线圈T副边电感LI的同名端和二极管Dl的阴极连接，二极管Dl的阳极和副边功率管M2的输出端同时接地。
[0050]作为本实用新型一实施例，该脉冲时间信号为与输入电压Vin成正比的负向脉冲信号。
[0051 ] 源边功率管Ml和副边功率管M2均为N型MOS管，M0S管的漏极为源边功率管Ml和副边功率管M2的输入端，N型MOS管的源极为源边功率管Ml和副边功率管M2的输出端，N型MOS管的栅极为源边功率管Ml和副边功率管M2控制端。
[0052]作为本实用新型一实施例，可以将源边控制单元I和源边功率管Ml集成在一个芯片中，将副边控制单元2、电压采样单元3、副边功率管M2和电阻R3集成在另一个芯片中。
[0053]在本实用新型实施例中，源边控制单元I生成固定导通时间信号Tc控制源边功率管Ml导通，源边功率管Ml导通后生成一脉冲时间信号，脉冲时间信号结束时源边功率管Ml关断，并通过线圈T控制其副边电感LI进行电压转换输出直流输出电压Vout，电压采样单元3对直流输出电压Vout进行采样，生成采样电压Vsence，副边控制单元2，根据采样电压Vsence生成开关频率信号Tsw控制副边功率管M2的导通，副边功率管M2的导通后控制源边功率管Ml重新导通。
[0054]本实用新型实施例通过源边采用固定导通时间控制源边功率管，以达到控制输出电压的目的，并副边的电压采样单元对输出电压采样生成控制源边功率管Ml的开启信号，再通过源边的源边控制单元生成控制源边功率管Ml的关断信号，并按周期循环，完成AC-DC电压转换。
[0055]本实用新型实施例无需光耦、源边辅助绕组，也无需电阻对源边采样实现反激式AC-DC电压转换，降低了成本和待机功耗，提高了转换效率和重负载效率。
[0056]图2示出了本实用新型实施例提供的反激式AC-DC电压转换电路的示例电路结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分。
[0057]作为本实用新型一实施例，该源边控制单元I包括:
[0058]逻辑控制模块12，用于生成固定导通时间信号Tc控制源边功率管Ml导通；
[0059]第一比较模块11，用于将源边功率管Ml的输入端电压与地电压比较，生成逻辑数字信号；
[0060]导通时间产生模块13，用于生成导通时间信号Ton，以供逻辑控制模块12根据逻辑数字信号和导通时间信号Ton调整输出固定导通时间信号Tc;
[0061]第一比较模块11的输入端为源边控制单元I的输入端，第一比较模块11的输出端与逻辑控制模块12的第一输入端连接，逻辑控制模块12的输出端为源边控制单元I的输出端，导通时间产生模块13的输入端为源边控制单元I的反馈端，导通时间产生模块13的输出端与逻辑控制模块12的第二输入端连接。
[0062]优选地，第一比较模块11可以采用比较器，比较器的反向输入端为第一比较模块11的输入端，比较器的正向输入端接地，比较器的输出端为第一比较模块11的输出端。
[0063]优选地，逻辑控制模块12可以采用为RS触发器，RS触发器的S端为逻辑控制模块12的第一输入端，RS触发器的R端为逻辑控制模块12的第二输入端，RS触发器的Q端为逻辑控制模块12的输出端。
[0064]作为本实用新型一实施例，该电压采样单元3包括:
[0065]电阻R1、电阻R2;
[0066]电阻Rl的一端为电压采样单元3的输入端，电阻Rl的另一端为电压采样单元3的输出端通过电阻R2接地。
[0067]作为本实用新型一实施例，该副边控制单元2包括:
[0068]电流源Iramp、电压源DC、加法器和第二比较模块21;
[0069 ]电流源I ramp的输入端连接电源电压，电流源I ramp的输出端与加法器的第一输入端连接，加法器的第二输入端为副边控制单元2的输入端，加法器的输出端与第二比较模块21的第一输入端连接，第二比较模块21的第二输入端与电压源DC的正极连接，电压源DC的负极接地，第二比较模块21的输出端为副边控制单元2的输出端。
[0070]优选地，第二比较模块21可以采用比较器，比较器的反向输入端为第二比较模块21的第一输入端，比较器的正向输入端为第二比较模块21的第二输入端，比较器的输出端为第二比较模块21的输出端。
[0071]在本实用新型实施例中，在源边功率管Ml开启后，节点MlD产生一个脉冲时间信号，该脉冲时间信号为与输入端AC Input的输入电压Viη成正比的负向脉冲信号，在该脉冲时间信号结束时(脉冲的上升沿)，关断源边功率管Ml，副边变压器开始工作，向输出端DCOutput输出电流。
[0072]在源边功率管Ml关断时间内，电流源Iramp产生一个向下的斜坡电压，该斜坡电压的斜率正比于直流输出电压，并将该斜坡电压通过加法器与采样后获得的采样电压Vsence叠加，产生一个反馈信号FB，该反馈信号FB与电压源DC提供的基准电压Vref比较，当反馈电压FB小于基准电压Vref时且副边电感LI电流已经过零之后，第二比较模块21产生一个脉冲信号去打开副边功率管M2，该副边功率管M2将副边电感LI的同名端连接到副边输出电压的负端(地电位)。
[0073]当副边功率管M2的导通时间结束时，副边功率管M2关断，源边电感LO会将源边功率管Ml的漏极MlD拉至负压，第一比较模块的输入端检测源边功率管Ml的漏极MlD电压，当漏极MlD电压小于源边地电位时，开启一个新的开关周期，打开源边功率管Ml。
[0074]本实用新型实施例的另一目的在于，提供一种包括上述反激式AC-DC电压转换电路的反激式电压转换器。
[0075]本实用新型实施例通过源边采用固定导通时间控制源边功率管，以达到控制输出电压的目的，并副边的电压采样单元对输出电压采样生成控制源边功率管Ml的开启信号，再通过源边的源边控制单元生成控制源边功率管Ml的关断信号，并按周期循环，完成AC-DC电压转换。
[0076]本实用新型实施例无需光耦、源边辅助绕组，也无需电阻对源边采样实现反激式AC-DC电压转换，降低了成本和待机功耗，提高了转换效率和重负载效率。
[0077]以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种反激式AC-DC电压转换电路，其特征在于，所述电路包括: 导通后生成脉冲时间信号，脉冲时间信号结束时关断的源边功率管、线圈、副边功率管;及 生成固定导通时间信号控制所述源边功率管导通的源边控制单元； 对所述线圈的副边电感输出的直流输出电压进行采样，生成采样电压的电压采样单元； 根据所述采样电压生成开关频率信号控制所述副边功率管的导通，进而控制所述源边功率管重新导通的副边控制单元； 所述电路还包括: 输入电容Cin、输出电容Cout、电阻R3和二极管Dl; 所述线圈源边电感的同名端为所述电路的输入端连接输入电压，所述线圈源边电感的同名端还通过所述输入电容Cin接地，所述线圈源边电感的异名端同时与所述源边控制单元的输入端和所述源边功率管的输入端连接，所述源边功率管的输出端接地，所述源边控制单元的输出端与所述源边功率管的控制端连接，所述源边功率管的控制端还与所述源边控制单元的反馈端连接； 所述线圈副边电感的异名端为所述电路的输出端输出直流输出电压，所述线圈副边电感的异名端还通过所述输出电容Cout接地，所述线圈副边电感的异名端还与所述电压采样单元的输入端连接，所述电压采样单元的输出端与所述副边控制单元的输入端连接，所述副边控制单元的输出端与所述副边功率管的控制端连接，所述副边功率管的输入端与所述电阻R3的一端连接，所述电阻R3的另一端同时与所述线圈副边电感的同名端和所述二极管Dl的阴极连接，所述二极管Dl的阳极和所述副边功率管的输出端同时接地。2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述脉冲时间信号为与所述输入电压成正比的负向脉冲信号。3.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述源边功率管和所述副边功率管均为N型MOS管，所述N型MOS管的漏极为所述源边功率管和所述副边功率管的输入端，所述N型MOS管的源极为所述源边功率管和所述副边功率管的输出端，所述N型MOS管的栅极为所述源边功率管和所述副边功率管控制端。4.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述源边控制单元包括: 生成固定导通时间信号控制所述源边功率管导通的逻辑控制模块； 将所述源边功率管的输入端电压与地电压比较，生成逻辑数字信号的第一比较模块；生成导通时间信号，以供所述逻辑控制模块根据所述逻辑数字信号和所述导通时间信号调整输出固定导通时间信号的导通时间产生模块； 所述第一比较模块的输入端为所述源边控制单元的输入端，所述第一比较模块的输出端与所述逻辑控制模块的第一输入端连接，所述逻辑控制模块的输出端为所述源边控制单元的输出端，所述导通时间产生模块的输入端为所述源边控制单元的反馈端，所述导通时间产生模块的输出端与所述逻辑控制模块的第二输入端连接。5.如权利要求4所述的电路，其特征在于，所述第一比较模块为比较器，所述比较器的反向输入端为所述第一比较模块的输入端，所述比较器的正向输入端接地，所述比较器的输出端为所述第一比较模块的输出端。6.如权利要求4所述的电路，其特征在于，所述逻辑控制模块为RS触发器，所述RS触发器的S端为所述逻辑控制模块的第一输入端，所述RS触发器的R端为所述逻辑控制模块的第二输入端，所述RS触发器的Q端为所述逻辑控制模块的输出端。7.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电压采样单元包括: 电阻R1、电阻R2; 所述电阻Rl的一端为所述电压采样单元的输入端，所述电阻Rl的另一端为所述电压采样单元的输出端通过所述电阻R2接地。8.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述副边控制单元包括: 电流源、电压源、加法器和第二比较模块； 所述电流源的输入端连接电源电压，所述电流源的输出端与加法器的第一输入端连接，所述加法器的第二输入端为所述副边控制单元的输入端，所述加法器的输出端与所述第二比较模块的第一输入端连接，所述第二比较模块的第二输入端与所述电压源的正极连接，所述电压源的负极接地，所述第二比较模块的输出端为所述副边控制单元的输出端。9.如权利要求8所述的电路，其特征在于，所述第二比较模块为比较器，所述比较器的反向输入端为所述第二比较模块的第一输入端，所述比较器的正向输入端为所述第二比较模块的第二输入端，所述比较器的输出端为所述第二比较模块的输出端。10.—种反激式电压转换器，其特征在于，所述反激式电压转换器包括如权利要求1至9任一项所述的反激式AC-DC电压转换电路。
【文档编号】H02M7/217GK205566126SQ201521139985
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2015年12月31日
【发明人】邓海飞, 马颖乾, 王锴, 马勋, 刘学
【申请人】深圳宝砾微电子有限公司