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CN104852587B - 开关型变换器 - Google Patents

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CN104852587B CN201510299361.5A CN201510299361A CN104852587B CN 104852587 B CN104852587 B CN 104852587B CN 201510299361 A CN201510299361 A CN 201510299361A CN 104852587 B CN104852587 B CN 104852587B
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Abstract

公开了一种开关型变换器。通过在第二输出电路的回路中串联副边功率开关，同时使得所述第二副边绕组的输出电压反射到所述第一副边绕组上的电压小于所述第一副边绕组的输出电压，使得副边功率开关导通时续流电流全部流过第二输出电路的副边绕组，副边功率开关关断时续流电流流过其它输出电路的副边绕组，从而实现了对于恒流输出电路和恒压输出电路在每个开关周期内进行分时续流，进而在仅进行一次功率转换的前提下就能实现多路恒流/恒压输出，提高了工作效率，同时仅需要一组磁性元件，减小了系统体积。

Description

开关型变换器
技术领域
本发明涉及电力电子技术，具体涉及一种开关型变换器，特别是一种具有多路输出的开关型变换器。
背景技术
现有技术中，应用于LED背光的驱动电源通常具有多路输出，至少一路恒流输出给LED负载提供驱动电流，至少一路恒压输出给系统或者其它负载供电。
图1为现有技术中同时具有恒压和恒流多路输出的开关型变换器的电路示意图。如图1所示，多路输出的开关型变换器1通过变压器的多个副边绕组来实现多路输出。每个副边绕组对应于一个输出电路，在恒流输出电路中，副边绕组Ns1与原边绕组Np耦合。由于与原边绕组串联的原边功率开关Q1受控地导通和关断，从而在副边绕组Ns1两端产生一方波电压，然后经过由二极管D1和电容C1构成的整流电路进行整流滤波后，生成相对稳定的输出电压Vo1。由电感L、功率开关Q2、二极管D3和电容C3组成的升压型(boost)开关变换器连接整流电路和LED负载之间。通过该升压型开关变换器在恒流控制电路11的控制下将电压Vo1变换为恒定输出电流ILED输出到LED负载。恒流控制电路13根据电流采样信号Vs1和电流参考信号Iref来生成控制信号。同时，在恒压输出电路中，副边绕组Ns2与原边绕组Np耦合，经过由二极管D3和电容C3构成的整流电路进行整流滤波后，生成稳定的输出电压Vo2。表征输出电压Vo2的电压采样信号Vs2通过光耦电路11被传递至原边侧，恒压控制电路12根据电压采样信号Vs2和参考电压Vref控制功率开关Q1的开关状态使得输出电压Vo2保持稳定。由此，图1所示的开关型变换器通过两级功率级电路实现同时进行恒流输出和恒压输出。
但是，在恒流输出电路中，两级功率转换增加转换损耗，降低了工作效率。同时，两级功率级电路需要两个磁性元件，这增大了系统体积，不利于小型化。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种开关型变换器，以降低在进行多路恒压/恒流输出时的功率转换次数，提高工作效率，同时减少磁性元件数量，减小系统体积。
本发明提供一种开关型变换器，包括：
输入电路，包括串联连接在输入端和接地端之间的原边绕组和原边功率开关；
至少一个第一输出电路，包括与所述原边绕组耦合的第一副边绕组；
至少一个第二输出电路，包括与所述原边绕组耦合的第二副边绕组和至少一个副边功率开关；
第一控制电路，控制所述原边功率开关导通和关断以调节所述第一输出电路的输出参量；以及，
第二控制电路，控制所述副边功率开关导通和关断以调节所述第二输出电路的输出参量；
其中，所述第一输出电路和所述第二输出电路被配置为所述第二副边绕组的输出电压反射到所述第一副边绕组上的电压小于所述第一副边绕组的输出电压，从而使得所述第一输出电路在所述副边功率开关导通期间被截止。
优选地，所述原边功率开关和所述副边功率开关具有相同的开关周期；
所述第二控制电路控制所述副边功率开关在所述原边功率开关保持关断期间的至少部分时间导通以使得所述第二输出电路的输出参量保持恒定。
优选地，所述第二输出电路为恒流输出电路，还包括：
电流输出端口；
第二整流电路，连接在所述电流输出端口和所述第二副边绕组之间； 以及，
电流采样电路，与所述第二副边绕组串联；
其中，所述副边功率开关与所述第二副边绕组串联，所述副边功率开关受控地导通和关断以使得输出电流保持恒定。
优选地，所述第二控制电路用于根据电流采样信号、电流参考信号和第一控制信号生成第二控制信号控制对应的副边功率开关；
其中，所述电流采样信号由所述电流采样电路获取，所述第一控制信号用于控制所述原边功率开关，所述电流参考信号用于表征所述输出电流的预期值。
优选地，所述第二输出电路为恒流输出电路，包括：
所述第二副边绕组；以及
至少两个输出支路，每个所述输出支路包括电流输出端口、连接在所述电流输出端口和支路输入端之间的第二整流电路、以及串联连接在输出支路上的电流采样电路和所述副边功率开关；
其中，所述输出支路并联连接在所述第二副边绕组两端；
其中，所述副边功率开关受控地导通和关断以使得流过对应输出支路的输出电流保持恒定。
优选地，所述第二控制电路包括至少两个控制子电路，每个所述控制子电路用于根据对应输出支路的电流采样信号、电流参考信号和第一控制信号生成第二控制信号控制对应的副边功率开关；
其中，所述电流采样信号由对应的输出支路的所述电流采样电路获取，所述第一控制信号用于控制所述原边功率开关，所述电流参考信号用于表征对应的输出支路的输出电流的预期值，所述控制子电路的数量与所述输出支路的数量相同。
优选地，所述第一输出电路为恒压输出电路，还包括：
电压输出端口；以及
第一整流电路，连接在所述电压输出端口与所述第一副边绕组之间；
其中，所述原边功率开关受控地导通和关断以使得所述第一输出电路的输出电压保持恒定。
优选地，所述第二控制电路还用于根据电流强度调节信号调节所述 电流参考信号。
优选地，所述第二输出电路为恒压输出电路，还包括：
电压输出端口；
整流二极管，和所述副边功率开关串联连接在所述电压输出端口和所述第二副边绕组之间；以及，
滤波电容，并联连接在所述电压输出端口；
其中，所述副边功率开关受控地导通和关断以使得所述输出端口的输出电压保持恒定。
优选地，所述第二控制电路用于根据电压采样信号、电压参考信号和第一控制信号生成第二控制信号控制所述副边功率开关；
其中，所述电压采样信号表征所述输出电压，所述第一控制信号用于控制所述原边功率开关，所述电压参考信号用于表征所述输出电压的预期值。
优选地，所述第二输出电路为恒压输出电路，包括：
所述第二副边绕组；以及
至少两个输出支路，每个所述输出支路包括电压输出端口、串联连接在所述电压输出端口和输出支路输入端之间的整流二极管和所述副边功率开关，以及，并联连接在所述电压输出端口的滤波电容；
其中，所述输出支路并联连接在所述第二副边绕组两端；
其中，所述副边功率开关受控地导通和关断以使得对应的输出支路的输出电压保持恒定。
优选地，所述第二控制电路包括至少两个控制子电路，每个所述控制子电路用于根据对应输出支路的电压采样信号、电压参考信号和第一控制信号生成第二控制信号控制对应的副边功率开关；
其中，所述电压采样信号用于表征对应输出支路的输出电压，所述第一控制信号用于控制所述原边功率开关，所述电压参考信号用于表征对应输出支路的输出电压的预期值，所述控制子电路的数量与所述输出支路的数量相同。
优选地，所述开关型变换器仅包括一个第一输出电路，所述第一输出电路为恒流输出电路，所述第一输出电路还包括：
电流输出端口；
第一整流电路，连接在所述第一副边绕组和所述电流输出端口之间；以及，
电流采样电路，与所述第一副边绕组串联；
其中，所述原边功率开关受控地导通和关断以使得输出电流保持恒定。
优选地，所述第一控制电路根据电流强度调节信号调节所述电流参考信号。
通过在第二输出电路上串联副边功率开关，同时使得所述第二副边绕组的输出电压反射到所述第一副边绕组上的电压小于所述第一副边绕组的输出电压，使得副边功率开关导通时续流电流全部流过第二输出电路的副边绕组，在副边功率开关关断时续流电流流过其它输出电路的副边绕组，从而实现了对于恒流输出电路和恒压输出电路在每个开关周期内进行分时续流，从而在仅进行一次功率转换的前提下就能实现多路恒流/恒压输出，提高了工作效率，同时仅需要一组磁性元件，减小了系统体积。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1为现有技术中具有恒压和恒流多路输出的开关型变换器的电路示意图；
图2是本发明第一实施例的开关型变换器的电路示意图；
图3是本发明第一实施例的开关型变换器的示例性的工作波形图；
图4是本发明第一实施例的第二控制信号生成电路的电路示意图；
图5a是本发明第二实施例的开关型变换器的电路示意图；
图5b是本发明第二实施例的一个变形的开关型变换器的电路示意图；
图6是本发明第三实施例的开关型变换器的电路示意图；
图7是本发明第四实施例的开关型变换器的电路示意图。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。
除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
图2是本发明第一实施例的开关型变换器的电路示意图。如图2所示，开关型变换器2包括输入电路21、至少一个第一输出电路22、至少一个第二输出电路23、第一控制电路24和第二控制电路25。
输入电路21包括原边绕组Np和原边功率开关Q1。其中，原边绕组Np和原边功率开关Q1串联连接在输入端和接地端之间。输入端的电压Vin通过将交流电压经整流桥整流并经过输入电容滤波后获得。
在本实施例中，第一输出电路22为恒压输出电路，第二输出电路23为恒流输出电路。
第一输出电路22与现有的恒压输出电路类似，其包括与原边绕组 Np耦合的第一副边绕组Ns1。第二输出电路23包括与原边绕组Np耦合的第二副边绕组Ns2。原边绕组Np、第一副边绕组Ns1和第二副边绕组Ns2构成了变压器。
同时，在本实施例中，第二输出电路23包括串联在输出电路回路中的副边功率开关Q2。在副边功率开关Q2导通时，第二输出电路23的电路回路至少部分导通(在本实施例中，整个回路导通)，在副边功率开关Q2关断时，第二输出电路23的电路回路至少部分被关断(在本实施例中，整个回路关断)。
在本实施例中，第一输出电路22和第二输出电路23被配置为在副边功率开关Q2导通时第二副边绕组Ns2的输出电压反射到第一副边绕组Ns1上的电压小于第一副边绕组Ns1的输出电压，从而使得第一输出电路22在副边功率开关Q2导通期间被整流器件(也即整流电路中的二极管D1)截止(也即，流过第一输出电路的续流电流为零或趋向于零)。这可以通过调整第一副边绕组Ns1和第二副边绕组Ns2的匝比或其它参数来实现。由于电磁感应的作用，第一副边绕组Ns1和第二副边绕组Ns2在原边功率开关Q1关断后两端电压上升。在第二输出电路23的电路回路导通时(也即，副边功率开关Q2导通时)，由于第二副边绕组Ns2的输出电压在第一副边绕组Ns1上的反射电压小于第一绕组Ns1本身的输出电压，因此，在第二副边绕组Ns2的电压达到输出电压时，二极管D2导通，第二输出电路23开始续流。而此时反射到第一绕组Ns1的电压并未达到其对应的输出电压，由此，使得二极管D1保持截止状态，第一输出电路22被截止。由于通过磁性元件积累的能量通过第二副边绕组释放，因此，第一副边绕组Ns1保持没有续流电流。由此，原边绕组Np中积蓄的能量优先通过第二副边绕组所在的副边回路释放，也即通过第二输出电路23释放能量。此时，流过第一输出电路22的续流电流趋向于零或等于零。在第二输出电路23的电路回路关断时(也即，副边功率开关Q2关断时)，原边绕组Np通过第一输出电路22释放能量，续流电流流过第一输出电路22。由此，可以通过控制副边功率开关Q2的导通和关断实现在恒流输出电路和恒压输出电路之间进行分时续流。
第一输出电路22为恒压输出电路，其包括第一副边绕组Ns1、电压 输出端口和第一整流电路。第一整流电路连接在电压输出端口和第一副边绕组Ns1之间，其包括二极管D1和电容C1。
同时，第一控制电路24控制原边功率开关Q1导通和关断以调节第一输出电路22的输出参量(也即，输出电压Vo)。
具体地，第一控制电路24对输出电压Vo采样获取电压采样信号Vs1，根据表征期望输出电压的电压参考信号Vref1和电压采样信号Vs1获取误差补偿信号Verr1，根据误差补偿信号Verr1生成开关控制信号Vg1控制原边功率开关Q1以保持电压Vo稳定。
第一控制电路24可以包括第一误差放大电路EA1、光耦电路24a和第一控制信号生成电路24b。第一误差放大电路EA1根据电压采样信号Vs1和电压参考信号Vref1生成误差补偿信号Verr1。光耦电路24a通过光耦合方式将误差补偿信号Verr1从副边侧传输到原边侧的第一控制信号生成电路24b。第一控制信号生成电路24b根据误差补偿信号Verr1生成控制信号Vg1控制原边功率开关Q1。
应理解，以上第一控制电路24的结构仅为示例，能够根据输出电压控制原边功率开关以实现恒压输出的控制电路均可以应用于本实施例。
第二输出电路23为恒流输出电路，其包括第二副边绕组Ns2、电流输出端口、第二整流电路、电流采样电路Rs和副边功率开关Q2。其中，第二整流电路连接在电流输出端口与第二副边绕组Ns2之间。第二整流电路包括二极管D2和电容C2。
电流采样电路Rs和副边功率开关Q2串联在恒流输出电路的回路中(也即，与第二副边绕组Ns2串联)。如图2所示，电流采样电路Rs优选为采样电阻，其连接在接地端和副边功率开关Q2第一端之间，副边功率开关Q2的第二端与电流输出端口的一端连接。在本实施例中，恒流输出电路的负载为LED负载，其连接在电流输出端口，LED负载可以与整个开关型变换器集成为一体。应理解，电流采样电路也可以连接在恒流输出电路回路中的其它位置，通过检测采样电阻两端电压降即可获取表征电流强度的电流采样信号VISEN。
第二控制电路25对电流采样电路Rs采样获得电流采样信号VISEN进行平均，获取表征流过负载的平均电流的平均采样信号Vs2，进而根 据平均采样信号Vs2和表征期望输出电流的电流参考信号Vref2以及控制信号Vg1生成开关控制信号Vg2，来控制副边功率开关Q2，以保持输出电流的平均值保持稳定。
如上所述，本发明实施例通过第二控制电路25控制副边功率开关Q2的导通和关断，使得第一输出电路22和第二输出电路23在原边功率开关Q1关断期间分时续流从而实现多路恒流/恒压输出，同时，通过调整第二输出电路23的续流输出时间来调节其输出电流的强度。
第二控制电路25可以包括平均电路、第二误差放大电路EA2和第二控制信号生成电路25a。其中，平均电路包括电阻R和电容C，也即，平均电路被形成为RC电路形式以对电流采样信号VISEN进行平均处理。平均处理后获得的平均采样信号Vs2被输入到第二误差放大电路EA2。第二误差放大电路EA2根据平均采样信号Vs2和电流参考信号Vref2生成误差补偿信号Verr2。第二控制信号生成电路25a根据误差补偿信号Verr2以及控制信号Vg1生成控制信号Vg2控制副边功率开关Q2。
应理解，以上第二控制电路25的结构仅为示例，能够根据输出电压控制副边功率开关以实现恒流输出的控制电路均可以应用于本实施例。
进一步地，在需要进行LED负载调光(也即，调节输出电流强度)时，可以根据调光信号调节参考电压Vref2以改变输出电流期望值，从而实现输出电流强度的调节。
图3是本发明第一实施例的开关型变换器的示例性的工作波形图。如图3所示，在时刻t0至时刻t1，控制信号Vg1为高电平，此时原边功率开关Q1导通，流过原边绕组Np的电流Ip由零开始上升。副边侧的第一输出电路22和第二输出电路23的整流电路中的二极管D1、D2均由于反偏而处于阻断状态，两路输出电路路均无电流。
图4是本发明第一实施例的第二控制信号生成电路的电路示意图。如图4所示，第二控制信号生成电路25a可以包括RS触发器RS1、非门RV、单触发电路OS、比较器CMP。其中，非门RV通过单触发电路OS连接到RS触发器RS1的置位端。同时，比较器CMP的输入端分别输入误差补偿信号Verr2和周期性的斜坡信号Vramp，输出端与RS触发器RS1的复位端连接。单触发电路OS在检测到输入信号上升沿时输出 一个具有预定时间(例如20ns)的脉冲信号。由此，在t1时刻，控制信号Vg1切换为低电平，原边功率开关Q1被关断。单触发电路OS在该时刻输出脉冲信号，使得RS触发器RS1被置位，由此控制信号Vg2被切换为高电平，副边功率开关Q2导通。
从时刻t1至时刻t2，副边功率开关Q2保持导通，如上所述，在副边功率开关Q2导通期间，原边绕组中存储的能量仅通过第二输出电路23释放，流过第二副边绕组Ns2的电流Is2由峰值持续下降，而流过第一副边绕组Ns1的电流Is1趋近于或等于零。
在时刻t2，斜坡信号Vramp上升到大于误差补偿信号Verr2，RS触发器RS1复位，控制信号Vg2切换为低电平。
从时刻t2至时刻t3，控制信号Vg1保持为低电平，原边功率开关保持关断，同时，控制信号Vg2保持为低电平，副边功率开关Q2也保持关断。此时由于第二输出电路23的回路被断开，只能通过第一输出电路22进行续流。流过第二副边绕组Ns2的电流Is2为零，流过第一副边绕组Ns1的电流Is1由峰值持续下降，从而为电压输出端口提供能量。
在时刻t3，根据第一控制电路24的控制，控制信号Vg1切换为高电平，原边功率开关Q1导通，新的开关周期开始。
周而复始，通过第一控制电路24的控制可以保证第一输出电路22(恒压输出电路)的输出参量稳定在预期输出电压附近，通过第二控制电路25的控制可以保证第二输出电路23(恒流输出电路)的输出参量稳定在预期输出电流附近。
需要说明的是，图3所示的工作波形以及图4所示的第二控制信号生成电路仅为示例，本实施例中第一输出电路22和第二输出电路23的续流顺序并不限于上述方式。在其它的实施方式中，还可以通过第二控制电路25控制副边功率开关Q2先关断，使第一输出电路22先续流，然后再控制副边功率开关Q2导通，使得第二输出电路23接着续流。
通过在第二输出电路上串联副边功率开关，同时使得所述第二副边绕组的输出电压反射到所述第一副边绕组上的电压小于所述第一副边绕组的输出电压，使得副边功率开关导通时续流电流全部流过第二输出电路的副边绕组，副边功率开关关断时续流电流流过其它输出电路的副边 绕组，从而实现了对于恒流输出电路和恒压输出电路在每个开关周期内进行分时续流，从而在仅进行一次功率转换的前提下就能实现多路恒流/恒压输出，提高了工作效率，同时仅需要一组磁性元件，减小了系统体积。
应理解，虽然本实施例以一个第一输出电路(恒压输出电路)为例进行说明，但是，第一输出电路(恒压输出电路)的数量也可以设置为多个，第一控制电路24可以基于其中之一的输出电压进行控制，也可以基于总的输出电压进行控制，通过控制原边功率开关。
同时，虽然本实施例以一个第二输出电路(恒流输出电路)为例进行说明，但是，在根据本实施例的开关型变换器中，第二输出电路也可以设置为多个，每个第二输出电路具有相同的结构。同时，第二控制电路包括多个控制子电路分别控制每个第二输出电路的副边功率开关，使得多个第二输出电路在原边功率开关保持关断期间同时或分时续流以保持输出恒定的电流。
图5a是本发明第二实施例的开关型变换器的电路示意图。如图5a所示，开关型变换器5包括输入电路51、至少一个第一输出电路52、至少一个第二输出电路53、第一控制电路54和第二控制电路55。
输入电路51、第一输出电路52以及第一控制电路54的电路结构与第一实施例相同，在此不再赘述。
第二输出电路53包括第二副边绕组Ns2和至少两个输出支路。第二输出支路53被配置为使得第二副边绕组Ns2的输出电压反射到第一副边绕组Ns1的电压小于第一副边绕组Ns1所对应的输出电压。每个输出支路包括电流输出端口，连接在电流输出端口和支路输入端m之间的第二整流电路以及串联连接在输出支路中的电流采样电路Rsi(i＝1～N,N为大于等于2的整数)和副边功率开关Q2i。所有输出支路并联连接在第二副边绕组Ns2的两端，也即所有输出支路共用第二副边绕组Ns2。在任意数量的副边功率开关Q2i导通时，第二副边绕组Ns2产生的续流电流流过对应的输出支路以驱动对应的LED负载。通过控制副边功率开关Q2i的导通时间，可以实现不同的输出支路驱动的LED负载具有不同的亮度。
具体地，在图5a所示的第二输出电路53中，电流采样电路Rsi为采样电阻，其连接在接地端(也即第二副边绕组Ns2的同名端)和副边功率开关Q2i的第一端之间。副边功率开关Q2i与对应输出支路的电流输出端口的第二端连接。LED负载连接在对应的电流输出端口。第二整流电路包括二极管D2i和电容C2i。应理解，以上的连接方式并不唯一，只要副边功率开关Q2i和电流采样电路Rsi串联在支路中即可。
根据本实施例的一个优选方式，第二控制电路55可以包括多个控制子电路。每个控制子电路将对应的输出支路的电流采样电路Rsi采样获得的电流采样信号VISENi平均化，获取表征流过该输出支路所驱动的LED负载的平均电流的平均采样信号Vs2i，进而根据平均采样信号Vs2i和表征该支路的期望输出电流的电流参考信号Vref2i以及控制信号Vg1生成开关控制信号Vg2i。开关控制信号Vg2i用于控制对应副边功率开关Q2i以使得对应的输出支路的输出电流的平均值保持稳定。不同的控制子电路之间可以同时进行续流，也可以分时进行续流。
每个控制子电路可以包括对应的平均电路、第二误差放大电路EA2i和第二控制信号生成电路55ai。在本实施例中，平均电路被形成为RC电路。第二控制信号生成电路55ai可以优选采用如图4所示的电路结构实现。应理解，以上第二控制电路55i的结构仅为示例，能够根据输出电压控制副边功率开关以实现恒流输出的控制电路均可以应用于本实施例。
在需要进行调光时，可以分别调节每个控制子电路55i的参考电压Vref2i。
由此，可以独立控制每个输出支路的输出电流，实现复杂的调光逻辑。
根据本实施例的另一个优选方式，在所有的LED负载相同时，也可以基于一个输出支路的电流来控制所有的副边功率开关Q2i，由此，可以降低控制电路的复杂程度。
本实施例通过在第二输出电路(恒流输出电路)中设置多个输出支路，使得多个输出支路共用一个第二副边绕组，在实现多路恒流输出的同时可以不增加磁性元件的数量，减小了多路恒流输出电路的体积。
应理解，虽然本实施例以一个第一输出电路为例进行说明，但是，第一输出电路(恒压输出电路)的数量也可以设置为多个，第一控制电路54可以基于其中之一的输出电压进行控制，也可以基于总的输出电压进行控制，通过控制原边功率开关。
同时，虽然本实施例以一个第二输出电路为例进行说明，但是，第二输出电路(恒流输出电路)也可以设置为多个，每个第二输出电路具有相同的结构。第二控制电路包括多个控制子电路分别控制每个第二输出电路的副边功率开关，使得多个第二输出电路在原边功率开关保持关断期间同时或分时续流以保持输出恒定的电流。
图5b是本发明第二实施例的一个变形的开关型变换器的电路示意图。如图5b所示，第二输出电路53’包括第二副边绕组Ns2和至少两个输出支路以及与第二副边绕组Ns2串联的整流二极管D2’。每个输出支路包括电流输出端口，连接在电流输出端口和支路输入端m之间的第二整流电路以及串联连接在输出支路中的电流采样电路Rsi(i＝1～N,N为大于等于2的整数)和副边功率开关Q2i。所有输出支路并联连接在第二副边绕组Ns2的两端，也即所有输出支路共用第二副边绕组Ns2。在任意数量的副边功率开关Q2i导通时，第二副边绕组Ns2产生的续流电流流过对应的输出支路以驱动对应的LED负载。通过控制副边功率开关Q2i的导通时间，可以实现不同的输出支路驱动的LED负载具有不同的亮度。整流二极管D2’被设置为高压二极管，该二极管的引入，可以使得每个输出支路的整流电路中的二极管D2i’被设置为低压的二极管，从而无需如图5a中的电路结构那样需要将所有的二极管D2i设置为耐高压的二极管。由此，可以降低成本。
图6是本发明第三实施例的开关型变换器的电路示意图。如图6所示，开关型变换器6包括输入电路61、一个第一输出电路62、至少一个第二输出电路63、第一控制电路64和第二控制电路65。
输入电路61与在前的实施例的输入电路具有相同的结构，在此不再赘述。
与第一实施例以及第二实施例不同，在本实施例中，第一输出电路62为恒流输出电路，且数量仅为一个，而第二输出电路63为恒压输出 电路。
在本实施例中，第一输出电路62包括第一副边绕组Ns1、电流输出端口、第一整流电路和电流采样电路Rs。其中，第一整流电路连接在第一副边绕组Ns1和电流输出端口之间，其包括连接在第一副边绕组Ns1和电流输出端口的一端之间的二极管D3以及并联连接在电流输出端口的电容C3。电流输出端口连接所述恒流输出电路的负载，在本实施例中，该负载为LED负载。电流采样电路Rs优选为连接在接地端(也即第一副边绕组Ns1的同名端)和电流输出端口的另一端之间的采样电阻，由此，不需要增加其他电路部件，直接从采样电路一端的电压既可以获得表征输出电流的电流采样信号VISEN。电流采样电路和可以与电流输出端口串联，也可以与第一副边绕组Ns1串联。
第一控制电路64为恒流控制电路，其对电流采样电路Rs采样获得电流采样信号VISEN进行平均化，获取表征流过LED负载的平均电流的平均采样信号Vs3，进而根据平均采样信号Vs3和表征期望输出电流的电流参考信号Vref3生成开关控制信号Vg3控制原功率开关Q3使得第一输出电路62的输出电流保持稳定。
进一步地，在需要进行LED负载调光(也即，调节输出电流强度)时，可以根据调光信号调节电流参考信号Vref3以改变输出电流期望值，从而实现输出电流强度的调节。
第一控制电路64可以包括平均电路、第一误差放大电路EA3、光耦电路64a和第一控制信号生成电路64b。其中，平均电路64a包括电阻R和电容C，也即，平均电路被形成为RC电路形式以对电流采样信号VISEN进行平均处理。平均处理后获得的平均采样信号Vs3被输入到第一误差放大电路EA3。第一误差放大电路EA3根据平均采样信号Vs3和电流参考信号Vref3生成误差补偿信号Verr3。光耦电路64a通过光耦合方式将误差补偿信号Verr3从副边侧传输到原边侧的第一控制信号生成电路64b。第一控制信号生成电路64b根据误差补偿信号Verr1生成控制信号Vg3控制原边功率开关Q3。
应理解，以上第一控制电路64的结构仅为示例，能够根据电流采样信号控制原边功率开关以实现恒流输出的控制电路均可以应用于本实 施例。
第二输出电路63包括第二副边绕组Ns2、电压输出端口、副边功率开关Q4以及用作进行整流滤波的二极管D4和电容C4。其中，二极管D4和副边功率开关Q4串联连接在电压输出端口和第二副边绕组Ns2之间。电容C4并联连接在电压输出端口；其中，副边功率开关Q4受控地导通和关断以使得所述输出端口的电压保持恒定。
第二控制电路65对输出电压Vo采样获取电压采样信号Vs4，根据表征期望输出电压的电压参考信号Vref4和电压采样信号Vs4获取误差补偿信号Verr4，根据误差补偿信号Verr4生成开关控制信号Vg4控制副边功率开关Q4。
第二控制电路65可以包括第二误差放大电路EA4和第二控制信号生成电路65a。第二误差放大电路EA4用于根据表征期望输出电压的电压参考信号Vref4和电压采样信号Vs4获取误差补偿信号Verr4。第二控制信号生成电路65a用户根据误差补偿信号Verr4生成控制信号Vg4控制副边功率开关Q4。
由此，通过控制副边功率开关Q2的导通和关断，可以控制第二输出电路在每个开关周期内的续流时间，从而控制流入第二输出电路的能量，使得输出电压保持稳定。
本实施例通过将第二输出电路设置为恒压输出电路，可以在只使用一个磁性元件(变压器)的条件下实现多路恒压加单路恒流的输出。提高了系统工作效率，减小了系统体积。
同时，虽然本实施例以一个第二输出电路为例进行说明，但是，第二输出电路(恒压输出电路)也可以设置为多个，每个第二输出电路具有相同的结构。第二控制电路包括多个控制子电路分别控制每个第二输出电路的副边功率开关，使得多个第二输出电路在原边功率开关保持关断期间同时或分时续流以保持输出恒定的电压。
图7是本发明第四实施例的开关型变换器的电路示意图。如图7所示，开关型变换器7包括输入电路71、一个第一输出电路72、至少一个第二输出电路73、第一控制电路74和第二控制电路75。
其中，输入电路71、第一输出电路72、第一控制电路74与第三实 施例相同，在此不再赘述。
本实施例中，第二输出电路73也为恒压输出电路。但是，与第三实施例不同，第二输出电路73除了包括第二副边绕组Ns2外，还包括多个输出支路。每个输出支路包括电压输出端口、串联连接在所述电压输出端口和输出支路输入端之间的二极管D4i(i＝1～N,N为大于等于2的整数)和副边功率开关Q4i，以及，并联连接在所述电压输出端口的电容C4i，所有输出支路并联连接在第二副边绕组Ns2两端。
其中，副边功率开关Q4i可以控制对应的输出支路的通断，其受控地导通和关断以使得对应的输出支路的输出电压保持恒定。
在任意数量的副边功率开关Q4i导通时，第二副边绕组Ns2产生的续流电流流过对应的输出支路以驱动对应的负载。通过控制对应输出支路的副边功率开关Q2i的导通时间，可以实现不同的输出支路输出不同的稳定电压。
根据本实施例的一个优选方式，第二控制电路75可以包括多个控制子电路。每个控制子电路根据电压采样信号Vs4i和表征该支路的期望输出电压的电压参考信号Vref4i以及控制信号Vg3生成开关控制信号Vg4i，开关控制信号Vg4i用于控制对应副边功率开关Q4i以使得对应的输出支路的输出电压保持稳定。
每个控制子电路可以包括对应的第二误差放大电路EA4i和第二控制信号生成电路75ai。第二控制信号生成电路75ai可以优选采用如图4所示的电路结构实现。应理解，以上第二控制电路的结构仅为示例，能够根据输出电压控制副边功率开关以实现恒流输出的控制电路均可以应用于本实施例。
由此，可以独立控制每个输出支路的输出电压。
根据本实施例的另一个优选方式，在第二输出电路73的所有的负载相同时，也可以基于一个输出支路的输出电压来控制所有的副边功率开关Q4i，由此，可以降低控制电路的复杂程度。
本实施例通过在第二输出电路(恒压输出电路)中设置多个输出支路，使得多个输出支路共用一个第二副边绕组，在实现多路恒流输出的同时可以不增加磁性元件的数量，减小了多路恒流输出电路的体积。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种开关型变换器，包括：
输入电路，包括串联连接在输入端和接地端之间的原边绕组和原边功率开关；
至少一个第一输出电路，包括与所述原边绕组耦合的第一副边绕组；
至少一个第二输出电路，包括与所述原边绕组耦合的第二副边绕组和至少一个副边功率开关；
第一控制电路，控制所述原边功率开关导通和关断以调节所述第一输出电路的输出参量；以及，
第二控制电路，控制所述副边功率开关导通和关断以调节所述第二输出电路的输出参量；
其中，所述第一输出电路和所述第二输出电路被配置为所述第二副边绕组的输出电压反射到所述第一副边绕组上的电压小于所述第一副边绕组的输出电压，从而使得所述第一输出电路在所述副边功率开关导通期间被截止；
其中，所述第二控制电路用于根据输出参量采样信号、输出参量参考信号和第一控制信号生成第二控制信号控制对应的副边功率开关；所述输出参量采样信号用于表征所述第二输出电路的输出参量，所述第一控制信号用于控制所述原边功率开关，所述输出参量参考信号用于表征所述输出参量的预期值。
2.根据权利要求1所述的开关型变换器，其特征在于，所述原边功率开关和所述副边功率开关具有相同的开关周期；
所述第二控制电路控制所述副边功率开关在所述原边功率开关保持关断期间的至少部分时间导通以使得所述第二输出电路的输出参量保持恒定。
3.根据权利要求1所述的开关型变换器，其特征在于，所述第二输出电路为恒流输出电路，还包括：
电流输出端口；
第二整流电路，连接在所述电流输出端口和所述第二副边绕组之间；以及，
电流采样电路，与所述第二副边绕组串联；
其中，所述副边功率开关与所述第二副边绕组串联，所述副边功率开关受控地导通和关断以使得输出电流保持恒定。
4.根据权利要求3所述的开关型变换器，其特征在于，所述第二控制电路用于根据电流采样信号、电流参考信号和第一控制信号生成第二控制信号控制对应的副边功率开关；
其中，所述电流采样信号由所述电流采样电路获取，所述电流参考信号用于表征所述输出电流的预期值。
5.根据权利要求1所述的开关型变换器，其特征在于，所述第二输出电路为恒流输出电路，包括：
所述第二副边绕组；以及
至少两个输出支路，每个所述输出支路包括电流输出端口、连接在所述电流输出端口和支路输入端之间的第二整流电路、以及串联连接在输出支路上的电流采样电路和所述副边功率开关；
其中，所述输出支路并联连接在所述第二副边绕组两端；
其中，所述副边功率开关受控地导通和关断以使得流过对应输出支路的输出电流保持恒定。
6.根据权利要求1所述的开关型变换器，其特征在于，所述第二输出电路还包括：
整流二极管，与所述第二副边绕组串联连接，所述整流二极管为高压整流二极管。
7.根据权利要求5所述的开关型变换器，其特征在于，所述第二控制电路包括至少两个控制子电路，每个所述控制子电路用于根据对应输出支路的电流采样信号、电流参考信号和第一控制信号生成第二控制信号控制对应的副边功率开关；
其中，所述电流采样信号由对应的输出支路的所述电流采样电路获取，所述电流参考信号用于表征对应的输出支路的输出电流的预期值，所述控制子电路的数量与所述输出支路的数量相同。
8.根据权利要求3至7中任一项所述的开关型变换器，其特征在于，所述第一输出电路为恒压输出电路，还包括：
电压输出端口；以及
第一整流电路，连接在所述电压输出端口与所述第一副边绕组之间；
其中，所述原边功率开关受控地导通和关断以使得所述第一输出电路的输出电压保持恒定。
9.根据权利要求4或7所述的开关型变换器，其特征在于，所述第二控制电路还用于根据电流强度调节信号调节所述电流参考信号。
10.根据权利要求1所述的开关型变换器，其特征在于，所述第二输出电路为恒压输出电路，还包括：
电压输出端口；
整流二极管，和所述副边功率开关串联连接在所述电压输出端口和所述第二副边绕组之间；以及，
滤波电容，并联连接在所述电压输出端口；
其中，所述副边功率开关受控地导通和关断以使得所述输出端口的输出电压保持恒定。
11.根据权利要求10所述的开关型变换器，其特征在于，所述第二控制电路用于根据电压采样信号、电压参考信号和第一控制信号生成第二控制信号控制所述副边功率开关；
其中，所述电压采样信号表征所述输出电压，所述电压参考信号用于表征所述输出电压的预期值。
12.根据权利要求1所述的开关型变换器，其特征在于，所述第二输出电路为恒压输出电路，包括：
所述第二副边绕组；以及
至少两个输出支路，每个所述输出支路包括电压输出端口、串联连接在所述电压输出端口和输出支路输入端之间的整流二极管和所述副边功率开关，以及，并联连接在所述电压输出端口的滤波电容；
其中，所述输出支路并联连接在所述第二副边绕组两端；
其中，所述副边功率开关受控地导通和关断以使得对应的输出支路的输出电压保持恒定。
13.根据权利要求12所述的开关型变换器，其特征在于，所述第二控制电路包括至少两个控制子电路，每个所述控制子电路用于根据对应输出支路的电压采样信号、电压参考信号和第一控制信号生成第二控制信号控制对应的副边功率开关；
其中，所述电压采样信号用于表征对应输出支路的输出电压，所述电压参考信号用于表征对应输出支路的输出电压的预期值，所述控制子电路的数量与所述输出支路的数量相同。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的开关型变换器，其特征在于，所述开关型变换器仅包括一个第一输出电路，所述第一输出电路为恒流输出电路，所述第一输出电路还包括：
电流输出端口；
第一整流电路，连接在所述第一副边绕组和所述电流输出端口之间；以及，
电流采样电路，与所述第一副边绕组串联；
其中，所述原边功率开关受控地导通和关断以使得输出电流保持恒定。
15.根据权利要求14所述的开关型变换器，其特征在于，所述第一控制电路根据电流强度调节信号调节电流参考信号。
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