开关电源的反馈控制电路的制作方法

开关电源的反馈控制电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种开关电源的反馈控制电路，将反馈信号离散化，并调制为窄脉冲反馈到隔离电源的原边，原边电路检测此窄脉冲生成合适的反馈信号用于PWM/PFM主控电路的闭环控制。本实用新型的有益效果为：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；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。
【专利说明】
开关电源的反馈控制电路
技术领域
[0001] 本实用新型涉及开关电源，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。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型的目的是，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，本实用新型的另一个目的是，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] 本实用新型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 Vou t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]作为本实用新型的进一步改进，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] 作为本实用新型再进一步的改进，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] 作为本实用新型的另一种改进，所述主边调制解调电路，包括5bits DAC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，所述大动态还原电路，用于在检测到欠冲信号时输出欠冲控制信号，将5bits DAC电 路输出的反馈信号拉高到电源电压VCC，其具体连接关系是，所述5bits DAC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5bits DAC电路和同步脉冲驱动及增减信号检测电路;所述5bits可逆计数器 电路接8421时钟产生电路和同步脉冲驱动及增减信号检测电路;所述8421时钟产生电路接 5bits可逆计数器电路和同步脉冲驱动及增减信号检测电路;所述同步脉冲驱动及增减信 号检测电路接大动态还原电路、5bits可逆计数器电路、8421时钟产生电路以及磁隔离变压 器的主边绕组端，同步脉冲驱动及增减信号检测电路还外接主功率管的驱动信号端DR。
[0019] 针对本实用新型另一改进方案的改进，所述副边调制解调电路，包括增减脉冲驱 动及同步信号检测电路、RS触发器、同步整流管驱动电路、过零比较器、与门、双边沿窄脉冲 调制电路、第一下降沿窄脉冲调制电路、第一判断比较器、第二判断比较器、采样电容和采 样开关，其具体连接关系是，所述增减脉冲驱动及同步信号检测电路的双向输入/输出端接 磁隔离变压器的副边绕组端，输出端接RS触发器的置位端S，其中一个输入端接与门的输出 端，另一个输入端接双边沿窄脉冲调制电路的一个输出端;所述RS触发器的置位端S接增减 脉冲驱动及同步信号检测电路的输出端，复位端R接过零比较器的输出端和采样开关的控 制端，输出端Q接同步整流管驱动电路的输入端;所述同步整流管驱动电路的输入端接RS触 发器的输出端Q，输出端输出同步整流管栅极驱动信号SR;所述的过零比较器的正向输入端 接同步整流管的漏极采样电压VD，负向输入端接副边的电源地，过零比较器的输出端接RS 触发器的复位端R以及采样开关的控制端;所述与门的一个输入端接双边沿窄脉冲调制电 路的一个输出端，与门的另一个输入端接第一下降沿窄脉冲调制电路的输出端，与门的输 出端接增减脉冲驱动及同步信号检测电路的一个输入端;所述双边沿窄脉冲调制电路的一 个输出端接与门的一个输入端，另一个输出端接增减脉冲驱动及同步信号检测电路的另一 个输入端，双边沿窄脉冲调制电路的输入端接第一判断比较器的输出端;所述第一下降沿 窄脉冲调制电路的输出端接与门的另一个输入端，第一下降沿窄脉冲调制电路的输入端接 第二判断比较器的输出端;所述第一判断比较器的正向输入端接基准电压VR，负向输入端 接采样开关的输出端以及第二判断比较器的正向输入端;所述第二判断比较器的负向输入 端接欠冲基准电压VU，正向输入端接第一判断比较器的负向输入端以及采样开关的输出 端，第二判断比较器的输出端接第一下降沿窄脉冲调制电路的输入端;所述的采样电容的 上极板接第一判断比较器的负向输入端、第二判断比较器的正向输入端以及采样开关的输 出端，采样电容的下极板接副边的电源地;所述采样开关的输入端接电源输出电压Vout的 分压值VB，输出端接第一判断比较器的负向输入端、第二判断比较器的正向输入端以及采 样电容的上极板。
[0020]针对本实用新型另一改进方案所述副边调制解调电路的另一种改进，所述副边调 制解调电路，包括增减脉冲驱动及同步信号检测电路、RS触发器、同步整流管驱动电路、过 零比较器、与门、第一下降沿窄脉冲调制电路、第二下降沿窄脉冲调制电路、与非门、振荡 器、第一判断比较器、第二判断比较器、采样电容和采样开关，其具体连接关系是，所述增减 脉冲驱动及同步信号检测电路的双向输入/输出端接磁隔离变压器的副边绕组端，输出端 接RS触发器的置位端S，输入端接与门的输出端;所述RS触发器的置位端S接增减脉冲驱动 及同步信号检测电路的输出端，复位端R接过零比较器的输出端和采样开关的控制端，输出 端Q接同步整流管驱动电路的输入端;所述同步整流管驱动电路的输入端接RS触发器的输 出端Q，输出端输出同步整流管栅极驱动信号SR;所述的过零比较器的正向输入端接同步整 流管的漏极采样电压VD，负向输入端接副边的电源地，过零比较器的输出端接RS触发器的 复位端R以及采样开关的控制端;所述与门的一个输入端接第二下降沿窄脉冲调制电路的 输出端，与门的另一个输入端接第一下降沿窄脉冲调制电路的输出端，与门的输出端接增 减脉冲驱动及同步信号检测电路的一个输入端;所述第二下降沿窄脉冲调制电路的输入端 接与非门的输出端，第二下降沿窄脉冲调制电路的输出端接所述与门的一个输入端;所述 第一下降沿窄脉冲调制电路的输出端接与门的另一个输入端，第一下降沿窄脉冲调制电路 的输入端接接振荡器的输出端，振荡器的输入端接第二判断比较器的输出端;所述与非门 的一个输入端接所述第一判断比较器的输出端，另一个输入端接所述RS触发器的复位端R、 过零比较器的输出端以及采样开关的控制端;所述第一判断比较器的正向输入端接基准电 压VR，负向输入端接采样开关的输出端以及第二判断比较器的负向输入端;所述的第二判 断比较器的正向输入端接欠冲基准VU，负向输入端接第一判断比较器的负向输入端、采样 开关的输出端以及采样电容的上极板;所述的采样电容的上极板接第一判断比较器的负向 输入端、第二判断比较器的负向输入端以及采样开关的输出端，采样电容的下极板接副边 的电源地;所述采样开关的输入端接电源输出电压Vout的分压值VB，输出端接第一判断比 较器的负向输入端、第二判断比较器的负向输入端以及采样电容的上极板。
[0021 ]本实用新型的有益效果在于：
[0022] 1、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；
[0023] 2、通过将采样的电源输出电压信号离散化，处理为利用窄脉冲传递两种反馈信 号，减小了磁隔离变压器的体积，降低了功耗，简化了反馈过程；
[0024] 3、采用主边驱动信号的下降沿开通同步整流管，不需要在副边采用高精度比较器 判断同步整流管的开通，简化了同步整流的实现，提高了可靠性；
[0025] 4、在同步整流管关断时刻采样输出电压，因为输出电容中ESR会造成消磁阶段的 输出电压出现尖峰，尖峰持续的时间为消磁时间，在消磁结束时（即同步整流管关断时刻） 采样输出电压就避免了上述尖峰，从而提高了采样精度。
【附图说明】
[0026] 图1为本实用新型反馈控制电路在反激变换器应用下的电路原理框图；
[0027] 图2为本实用新型第一实施例的反馈控制电路的电路原理框图；
[0028] 图3为本实用新型第二实施例的反馈控制电路的电路原理框图；
[0029] 图4为本实用新型反馈控制电路的控制流程图；
[0030] 图5为本实用新型实施例一的反馈控制电路的关键信号的波形图；
[0031] 图6为本实用新型实施例一的反馈控制电路应用于反激变换器时电源输出电压的 仿真波形。
【具体实施方式】
[0032] 如图1所示，以反激变换器的应用为例，本实用新型提供的反馈控制方法及电路由 主边调制解调电路11、磁隔离变压器12和副边调制解调电路13实现。主边调制解调电路11 将主控制电路中功率管Mp的驱动信号DR的下降沿调制为窄脉冲，通过磁隔离变压器12传送 到副边，副边调制解调电路13检测到此窄脉冲后，输出驱动信号SR将副边同步整流管Ms开 通。同时，副边调制解调电路13通过检测同步整流管Ms的漏极电压VD检测同步整流管Ms关 断的时刻，并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。副边调制解调电路13将比较的结果调制为增能量窄脉冲或减能量窄脉冲，并将此窄 脉冲通过磁隔离变压器12传送到主边调制解调电路11。主边调制解调电路11根据增能量窄 脉冲或减能量窄脉冲，通过可逆计数器、递减时钟产生电路和数模转换器等电路产生电压 反馈信号FB。该反馈信号FB表征了输出电压与基准电压的偏差，用其限制主边的电感电流 峰值，即采样电阻Rs上的电压，从而实现闭环控制。为了提高控制环路的动态性能，副边调 制解调电路13同时检测输出电压的过欠冲情况，并将过欠冲信号调制为窄脉冲通过磁隔离 变压器12传送到主边。主边调制解调电路11将此脉冲信号解调为过欠冲信号，根据过欠冲 信号将反馈信号拉高或拉低，使得环路迅速做出反应，抑制电源的过欠冲。
[0033]其中，主边调制解调电路11包括:可逆计数器电路111、数模转换器电路(DAC) 112、 同步脉冲驱动电路113、递减时钟产生电路114和增减信号检测电路115。所述可逆计数器电 路111接所述数模转换器电路112、递减时钟产生电路114和增减信号检测电路115;所述数 模转换器电路112接可逆计数器电路111、增减信号检测电路115和电源的PWM/PFM主控电路 的反馈输入端TO;所述同步脉冲驱动电路113接增减信号检测电路115和电源的PWM/PFM主 控电路;所述递减时钟产生电路114接可逆计数器电路111和增减信号检测电路115;所述增 减信号检测电路115接可逆计数器电路111、数模转换器电路112、递减时钟产生电路114、同 步脉冲驱动电路113以及磁隔离变压器12的主边绕组端。
[0034]副边调制解调电路13包括:同步驱动电路131、输出采样判断电路132、同步检测电 路133、增减脉冲产生电路134和窄脉冲驱动电路135。所述窄脉冲驱动电路135接磁隔离变 压器12的副边绕组端、同步检测电路133和增减脉冲产生电路134;所述同步检测电路133接 窄脉冲驱动电路135和同步驱动电路131;所述同步驱动电路131接同步检测电路133、输出 采样判断电路132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132接同步驱 动电路131、增减脉冲产生电路134以及电源输出电压Vout的分压值VB;所述增减脉冲产生 电路134接输出采样判断电路132和窄脉冲驱动电路135。
[0035]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2,附图 3,附图4,附图5对本实用新型进一步详细说明。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。
[0036] 实施例一
[0037] -种新型的反馈控制电路，如图2所示，包括依次连接的主边调制解调电路21、磁 隔离变压器22和副边调制解调电路23。主边调制解调电路21将主功率管驱动信号的下降沿 调制为同步窄脉冲，经过磁隔离变压器22传送到副边调制解调电路23,副边调制解调电路 23检测同步窄脉冲将同步整流管开通;副边调制解调电路23还通过检测同步整流管的漏极 电压，将同步整流管关断;在同步整流管关断时刻采样输出电压的分压值，并将采样到的分 压值与基准比较;若分压值小于基准则传送单个增能量脉冲到主边，若分压值大于基准则 传送单个减能量脉冲到主边;主边调制解调电路21检测到单个增能量脉冲，则将反馈电压 以逐周期递减的方式增大，若检测到单个减能量脉冲，则将反馈电压以逐周期递减的方式 减小;此外，副边调制解调电路23还将电源欠冲情况调制为窄脉冲和增能量窄脉冲相与之 后传送到主边，主边调制解调电路21检测到两个增能量脉冲，则判断为发生欠冲，将反馈电 压拉高。
[0038] 所述主边调制解调电路21包括:5bits DAC电路211、大动态还原电路212、5bits可 逆计数器电路213、8421时钟产生电路214、同步脉冲驱动及增减信号检测电路215。所述 5bits DAC电路211接大动态还原电路212和5bits可逆计数器电路213,5bits DAC电路输出 生成的电压反馈信号FB;所述大动态还原电路212接5bits DAC电路和同步脉冲驱动及增减 信号检测电路215;所述5bits可逆计数器电路213接8421时钟产生电路214和同步脉冲驱动 及增减信号检测电路215;所述8421时钟产生电路214接5bits可逆计数器电路213和同步脉 冲驱动及增减信号检测电路215;所述同步脉冲驱动及增减信号检测电路215接大动态还原 电路212、5bits可逆计数器电路213、8421时钟产生电路214以及磁隔离变压器22的主边绕 组端，同步脉冲驱动及增减信号检测电路215还外接主功率管的驱动信号DR。
[0039]所述副边调制解调电路23包括:增减脉冲驱动及同步信号检测电路2301、RS触发 器2302、同步整流管驱动电路2303、过零比较器2304、与门2305、双边沿窄脉冲调制电路 2306、第一下降沿窄脉冲调制电路2307、第一判断比较器2308、第二判断比较器2309、采样 电容2310、采样开关2311。所述增减脉冲驱动及同步信号检测电路2301的双向输入/输出端 接磁隔离变压器22的副边绕组端，输出端接RS触发器2302的置位端S，其中一个输入端接与 门2305的输出端，另一个输入端接双边沿窄脉冲调制电路2306的一个输出端。所述RS触发 器2302的置位端S接增减脉冲驱动及同步信号检测电路2301的输出端，复位端R接过零比较 器2304的输出端和采样开关2311的控制端，输出端Q接同步整流管驱动电路2303的输入端。 所述同步整流管驱动电路2303的输入端接RS触发器2302的输出端Q，2303的输出端输出同 步整流管栅极驱动信号SR。所述的过零比较器2304正向输入端接同步整流管的漏极采样电 压VD，负向输入端接副边的电源地，输出端接RS触发器2302的复位端R以及采样开关2311 的控制端。所述与门2305的一个输入端接双边沿窄脉冲调制电路2306的一个输出端，2305 的另一个输入端接第一下降沿窄脉冲调制电路2307的输出端，2305的输出端接增减脉冲驱 动及同步信号检测电路2301的一个输入端。所述双边沿窄脉冲调制电路2306的一个输出端 接与门2305的一个输入端，2306的另一个输出端接增减脉冲驱动及同步信号检测电路2301 的另一个输入端，2306的输入端接第一判断比较器2308的输出端。所述第一下降沿窄脉冲 调制电路2307的输出端接与门2305的另一个输入端，2307的输入端接第二判断比较器2309 的输出端。所述第一判断比较器2308的正向输入端接基准电压VR，负向输入端接采样开关 2311的输出端以及第二判断比较器2309的正向输入端。所述第二判断比较器2309的负向输 入端接欠冲基准电压VU，正向输入端接第一判断比较器2308的负向输入端以及采样开关 2311的输出端，2309的输出端接第一下降沿窄脉冲调制电路2307的输入端。所述的采样电 容2310的上极板接第一判断比较器2308的负向输入端、第二判断比较器2309的正向输入端 以及采样开关2311的输出端，2310的下极板接副边的电源地。所述采样开关2311的输入端 接电源输出电压Vout的分压值VB，2311的输出端接第一判断比较器2308的负向输入端、第 二判断比较器2309的正向输入端以及采样电容2310的上极板。
[0040] 电路的具体工作原理如下：将反馈信号FB从主边调制解调电路21的电源电压VCC 到地等分为32(25)段，反馈环路尚未建立之前FB拉高到电源电压VCC。在电源系统的启动过 程中，同步脉冲驱动及增减信号检测电路215不断地将主功率管栅极驱动信号DR的下降沿 调制为同步窄脉冲。通过磁隔离变压器22,同步窄脉冲信号传送到副边增减脉冲驱动及同 步信号检测电路2301中，2301检测到同步信号之后，仍将其以窄脉冲形式SYNC输出到RS触 发器2302的置位端S AS触发器2302的Q输出端输出高电平，经过同步整流管驱动电路2303 放大之后输出驱动信号SR到电源同步整流管的栅极，将同步整流管开启。
[0041] 同步整流管的源极接副边电源地，其开通过程中，由于主功率变压器副边的电感 电流由最大值逐渐减小为零，同步整流管的漏极电压VD由最大的负值电压逐渐上升到某个 负阈值电压VDth，表不主功率变压器消磁时间结束。该负阈值电压VDth由过零比较器2304设 置，过零比较器2304正向输入端检测到VD电压高于VDth时，输出信号TDS由低电平翻转为高 电平。TDS信号即为消磁信号，表征主功率变压器的消磁过程，即同步整流过程，TDS低电平 持续的时间即为消磁过程持续的时间。TDS变为高电平使得RS触发器2302复位，Q输出端变 为低电平，经过同步整流管驱动电路2303之后将驱动信号SR拉低，关断同步整流管。同时 TDS为高电平期间将采样开关2311开通，将输出电压Vout的分压值VB采样到采样电容2310 上产生采样电压VC。采样电压VC与基准电压VR比较之后，通过第一判断比较器2308,输出增 减能量信号ZJ到双边沿窄脉冲调制电路2306。2306将增减能量信号ZJ的上升沿和下降沿分 别调制为窄脉冲以表示增能量和减能量。增能量窄脉冲和第一下降沿窄脉冲调制电路2307 的输出经过与门2305相与之后，输出增能量窄脉冲ZP信号到增减脉冲驱动及同步信号检测 电路2301，减能量窄脉冲JP则直接输出到2301。第二判断比较器2309用以检测电源输出电 压Vout是否发生欠冲(过冲的情况类似），若采样电压VC小于欠冲基准电压VU，则第二判断 比较器2309的输出信号US由高电平变为低电平。第一下降沿窄脉冲调制电路2307接收到US 的变化即输出一个窄脉冲到与门2305,与双边沿窄脉冲调制电路2306输出的增能量窄脉冲 相与之后输出ZP信号。上述ZP信号及JP信号经过增减脉冲驱动及同步信号检测电路2301放 大之后，经过磁隔离变压器22传送到主边调制解调电路21。
[0042] 主边调制解调电路21中的同步脉冲驱动及增减信号检测电路215检测并还原磁隔 离变压器22传送过来的副边信号。每检测到一个ZP信号或JP信号，就将8421时钟产生电路 214复位，重新从8个高频时钟开始逐周期输出8个高频时钟、4个高频时钟、2个高频时钟、1 个高频时钟。上述周期是指主功率管驱动信号DR的周期，高频时钟组成时钟序列CK。此后若 检测到的增减信号未交换，则每个DR周期输出1个高频时钟，直到检测到由ZP变为JP或者由 JP变为ZP。同时，检测到的增减能量脉冲决定5bits可逆计数器213的计数方向，增能量脉冲 使得213正向计数，即正向计数接收到的高频时钟序列CK的个数;减能量脉冲使得213负向 计数，即负向计数接收到的高频时钟序列CK的个数。5bits可逆计数器213将计数结果5位的 二进制码DC输出到5bits DAC电路211中，二进制码DC经过数模转换之后产生反馈信号FB。 若检测到增信号ZP，则FB逐渐增加，具体为每个DR周期依次分别增加8/32*VCC，4/32*VCC， 2/32*VCC，l/32*VCC，此后，若仍未检测到减信号JP，则每个DR周期增加1/32*VCC。其中，VCC 表示主边调制解调电路21的供电电源。任何时刻检测到减信号JP，FB即将增加的过程中断， 开始每个DR周期依次分别减小8/32#0：，4/32*￥0：，2/32#0：，1/32*￥0：，除非重新检测到 增信号ZP，FB此后每个DR周期减小1/32*VCC。假设驱动信号DR周期为T，当前为第L个周期， 增减信号ZJ持续为高电平的周期数为M，ZJ持续为低电平的周期数为N。则FB可以表示为： H.4A), ； fCM).. s
[0043] ? -f(4A)r 4-CM),. +(,4),. ]
[0044] 其中，A = VCC/32，Z J为高电平时用"1"表示，为低电平用"0"表示，上式中，假设第 L个周期的FB值为FBo,第L+1个周期ZJ的电平恰好发生翻转，A的下标表示第几个DR周期。 [0045] 反馈信号FB生成之后输出到电源的PWM/PFM主控电路中实现闭环控制，比如结合 主边电感电流Ipk的采样，实现峰值电流控制。
[0046]当电源系统发生欠冲时，采样电压VC低于欠冲基准VU，第二判断比较器2309输出 的欠冲信号US变为低电平，经过第一下降沿窄脉冲调制电路2307调制为窄脉冲。该窄脉冲 与增能量窄脉冲相与之后组合为ZP信号发送到主边。主边同步脉冲驱动及增减信号检测电 路215输出增信号窄脉冲ZP1为单个DR周期内的两个窄脉冲，大动态还原电路212检测到欠 冲信号时输出欠冲控制信号US1，将5bits DAC电路输出的反馈信号FB拉高到电源电压VCC。 [0047] 实施例二
[0048] 实施例二的反馈控制电路如图3所示，包括依次连接的主边调制解调电路31、磁隔 尚变压器32和副边调制解调电路33。
[0049] 所述主边调制解调电路31包含的电路模块及其连接关系与实施例一中的主边调 制解调电路21相同，不予赘述。
[0050] 所述副边调制解调电路33在实施例一副边调制解调电路23的基础上还包括:第二 下降沿窄脉冲调制电路3306、与非门3307、振荡器(0SC)3310。实施例二与实施例一的不同 之处在于，所述第二下降沿窄脉冲调制电路3306替代了实施例一中双边沿窄脉冲调制电路 的功能，其具体连接关系是，第二下降沿窄脉冲调制电路3306的输入端接添加的与非门 3307的输出端，3306的输出端接本实施例中与门3305的一个输入端;所述与非门3307的一 个输入端接本实施例中第一判断比较器3308的输出端，另一输入端接本实施例中RS触发器 3302的复位端R、过零比较器3304的输出端以及采样开关3313的控制端。所述振荡器(0SC) 3310的输入端接第二判断比较器3311的输出端，3310的输出端接本实施例中第一下降沿窄 脉冲调制电路3309的输入端。另外，所述的第二判断比较器3311的正向输入端接欠冲基准 VU，负向输入端接第一判断比较器的3308负向输入端、采样开关3313的输出端以及本实施 例中采样电容3312的上极板。
[0051]电路的工作原理与实施例一的电路大致相同，不同之处在于副边调制解调电路33 中对增减能量信号及欠冲信号的调制方式做了调整，相应的主边调制解调电路31中的增减 脉冲检测及同步信号驱动电路315的检测方式也发生变化。
[0052]正常工作情况下，电源系统不发生欠冲，当采样到的电压值VC低于基准电压VR时， 表明电源系统需要增能量，第一判断比较器3308输出的增减信号ZJ为高电平，通过与非门 3307使能过零比较器3304的输出信号TDS。此时的与非门相当于一个反相器，消磁信号TDS 反相输出到第二下降沿窄脉冲调制电路3306的输入端。消磁结束时TDS由低电平变为高电 平，所以当ZJ为高电平时，第二下降沿窄脉冲调制电路3306在每个DR周期都输出对应于消 磁时间结束时刻的窄脉冲。主边增减脉冲检测及同步信号驱动电路315在每个DR周期都检 测到窄脉冲信号，则判断为电源系统需要增能量，输出的增减信号ZJ1为高电平，同时输出 一个增能量窄脉冲ZP1。当采样信号VC大于基准电压VR时，表明电源系统需要减能量，第一 判断比较器3308输出增减信号ZJ变为低电平，将过零比较器3304输出的消磁信号TDS屏蔽 掉，第二下降沿窄脉冲调制电路3306停止输出窄脉冲。主边同步脉冲驱动及增减信号检测 电路315检测不到窄脉冲，则判断电源系统需要减能量，输出增减信号ZJ1为低电平，并输出 一个减能量窄脉冲JP1。
[0053]当电源系统发生欠冲时，采样电压VC低于欠冲基准VU，第二判断比较器3311输出 的欠冲信号US为高电平，US使能振荡器(0SC)3310,振荡器3310输出高频时钟信号。该高频 时钟信号经过第一下降沿窄脉冲调制电路3309调制之后输出一个窄脉冲群到主边。主边同 步脉冲驱动及增减信号检测电路315在一个DR周期之内检测到多个窄脉冲，即脉冲群，判断 为电源系统发生欠冲。同步信号驱动及增减信号检测电路315输出增减信号ZJ1为高电平， 输出增信号窄脉冲ZP1为单DR周期内的多个窄脉冲，大动态还原电路312输出欠冲信号US1， 将5bits DAC电路311输出的反馈信号FB拉高到电源电压VCC。
[0054] 主边8421时钟产生电路314、5bits可逆计数器电路313和5bits DAC电路311的工 作原理与实施例一完全相同。
[0055] 图4给出了上述实施例的一般工作流程图，反馈环路的建立基于主边同步脉冲的 发送以及副边检测到该同步脉冲。本实用新型的特征在于将输出电压信号离散化，并调制 为窄脉冲发送到隔离电源的主边，主边电路检测到窄脉冲信号之后动态地产生对应于电源 输出电压的反馈信号。该反馈信号结合PWM/PFM主控电路实现整个环路的闭环控制。
[0056]图5给出了上述实施例中关键信号的时序示意图，图中VB为输出电压Vout的分压 值，ZP/JP分别为增能量窄脉冲和减能量窄脉冲，CK为8421高频时钟序列，FB为产生的反馈 电压。可以看到FB根据增能量脉冲和减能量脉冲到来的时刻，处于动态的变化过程。虽然本 实用新型的反馈控制电路应用在电源系统中时，仍然会带来一定的低频输出纹波，但由于 主边控制方式，可以将此低频纹波限制在可以接受的范围之内。
[0057] 图6给出了实施例一的反馈控制电路应用于5V/10W反激变换器时电源输出电压的 仿真波形，可以看到轻载和满载时的低频纹波小于26mV。同时，欠冲的情况也得到了很好的 抑制。
[0058] 本实用新型的实施方式不限于此，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和 惯用手段，在不脱离本实用新型上述基本技术思想前提下，本实用新型的反馈控制电路还 有其它的实施方式；因此本实用新型还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在 本实用新型权利保护范围之内。
【主权项】
1. 一种开关电源的反馈控制电路，其特征在于: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， 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； 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。2. -种开关电源的反馈控制电路，其特征在于: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， 所述主边调制解调电路，包括5bits DAC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，所述大动态还原电路，用于在 检测到欠冲信号时输出欠冲控制信号，将5bits DAC电路输出的反馈信号拉高到电源电压 VCC，其具体连接关系是，所述5bits DAC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5bits DAC电路和同步 脉冲驱动及增减信号检测电路;所述5bits可逆计数器电路接8421时钟产生电路和同步脉 冲驱动及增减信号检测电路;所述8421时钟产生电路接5bits可逆计数器电路和同步脉冲 驱动及增减信号检测电路；所述同步脉冲驱动及增减信号检测电路接大动态还原电路、 5bits可逆计数器电路、8421时钟产生电路以及磁隔离变压器的主边绕组端，同步脉冲驱动 及增减信号检测电路还外接主功率管的驱动信号端DR; 所述副边调制解调电路包括，增减脉冲驱动及同步信号检测电路、RS触发器、同步整 流管驱动电路、过零比较器、与门、双边沿窄脉冲调制电路、第一下降沿窄脉冲调制电路、第 一判断比较器、第二判断比较器、采样电容和采样开关，其具体连接关系是，所述增减脉冲 驱动及同步信号检测电路的双向输入/输出端接磁隔离变压器的副边绕组端，输出端接RS 触发器的置位端S，其中一个输入端接与门的输出端，另一个输入端接双边沿窄脉冲调制电 路的一个输出端;所述RS触发器的置位端S接增减脉冲驱动及同步信号检测电路的输出端， 复位端R接过零比较器的输出端和采样开关的控制端，输出端Q接同步整流管驱动电路的输 入端;所述同步整流管驱动电路的输入端接RS触发器的输出端Q，输出端输出同步整流管栅 极驱动信号SR;所述的过零比较器的正向输入端接同步整流管的漏极采样电压VD，负向输 入端接副边的电源地，过零比较器的输出端接RS触发器的复位端R以及采样开关的控制端； 所述与门的一个输入端接双边沿窄脉冲调制电路的一个输出端，与门的另一个输入端接第 一下降沿窄脉冲调制电路的输出端，与门的输出端接增减脉冲驱动及同步信号检测电路的 一个输入端;所述双边沿窄脉冲调制电路的一个输出端接与门的一个输入端，另一个输出 端接增减脉冲驱动及同步信号检测电路的另一个输入端，双边沿窄脉冲调制电路的输入端 接第一判断比较器的输出端;所述第一下降沿窄脉冲调制电路的输出端接与门的另一个输 入端，第一下降沿窄脉冲调制电路的输入端接第二判断比较器的输出端;所述第一判断比 较器的正向输入端接基准电压VR，负向输入端接采样开关的输出端以及第二判断比较器的 正向输入端;所述第二判断比较器的负向输入端接欠冲基准电压VU，正向输入端接第一判 断比较器的负向输入端以及采样开关的输出端，第二判断比较器的输出端接第一下降沿窄 脉冲调制电路的输入端;所述的采样电容的上极板接第一判断比较器的负向输入端、第二 判断比较器的正向输入端以及采样开关的输出端，采样电容的下极板接副边的电源地;所 述采样开关的输入端接电源输出电压Vout的分压值VB，输出端接第一判断比较器的负向输 入端、第二判断比较器的正向输入端以及采样电容的上极板。3. -种开关电源的反馈控制电路，其特征在于: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， 所述主边调制解调电路，包括5bits DAC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，所述大动态还原电路，用于在 检测到欠冲信号时输出欠冲控制信号，将5bits DAC电路输出的反馈信号拉高到电源电压 VCC，其具体连接关系是，所述5bits DAC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5bits DAC电路和同 步脉冲驱动及增减信号检测电路;所述5bits可逆计数器电路接8421时钟产生电路和同步 脉冲驱动及增减信号检测电路;所述8421时钟产生电路接5bits可逆计数器电路和同步脉 冲驱动及增减信号检测电路;所述同步脉冲驱动及增减信号检测电路接大动态还原电路、 5bits可逆计数器电路、8421时钟产生电路以及磁隔离变压器的主边绕组端，同步脉冲驱动 及增减信号检测电路还外接主功率管的驱动信号端DR; 所述副边调制解调电路，包括增减脉冲驱动及同步信号检测电路、RS触发器、同步整流 管驱动电路、过零比较器、与门、第一下降沿窄脉冲调制电路、第二下降沿窄脉冲调制电路、 与非门、振荡器、第一判断比较器、第二判断比较器、采样电容和采样开关，其具体连接关系 是，所述增减脉冲驱动及同步信号检测电路的双向输入/输出端接磁隔离变压器的副边绕 组端，输出端接RS触发器的置位端S，输入端接与门的输出端;所述RS触发器的置位端S接增 减脉冲驱动及同步信号检测电路的输出端，复位端R接过零比较器的输出端和采样开关的 控制端，输出端Q接同步整流管驱动电路的输入端;所述同步整流管驱动电路的输入端接RS 触发器的输出端Q，输出端输出同步整流管栅极驱动信号SR;所述的过零比较器的正向输入 端接同步整流管的漏极采样电压VD，负向输入端接副边的电源地，过零比较器的输出端接 RS触发器的复位端R以及采样开关的控制端;所述与门的一个输入端接第二下降沿窄脉冲 调制电路的输出端，与门的另一个输入端接第一下降沿窄脉冲调制电路的输出端，与门的 输出端接增减脉冲驱动及同步信号检测电路的一个输入端;所述第二下降沿窄脉冲调制电 路的输入端接与非门的输出端，第二下降沿窄脉冲调制电路的输出端接所述与门的一个输 入端;所述第一下降沿窄脉冲调制电路的输出端接与门的另一个输入端，第一下降沿窄脉 冲调制电路的输入端接振荡器的输出端，振荡器的输入端接第二判断比较器的输出端;所 述与非门的一个输入端接所述第一判断比较器的输出端，另一个输入端接所述RS触发器的 复位端R、过零比较器的输出端以及采样开关的控制端;所述第一判断比较器的正向输入端 接基准电压VR，负向输入端接采样开关的输出端以及第二判断比较器的负向输入端;所述 的第二判断比较器的正向输入端接欠冲基准VU，负向输入端接第一判断比较器的负向输入 端、采样开关的输出端以及采样电容的上极板;所述的采样电容的上极板接第一判断比较 器的负向输入端、第二判断比较器的负向输入端以及采样开关的输出端，采样电容的下极 板接副边的电源地;所述采样开关的输入端接电源输出电压Vout的分压值VB，输出端接第 一判断比较器的负向输入端、第二判断比较器的负向输入端以及采样电容的上极板。
【文档编号】H02M3/335GK205596020SQ201521142933
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2015年12月31日
【发明人】於昌虎, 唐盛斌, 曾正球
【申请人】广州金升阳科技有限公司