CN117458889B - 一种反激式开关电源控制电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种反激式开关电源控制电路，包括控制电路、变压器、输出整流电路、第一采样反馈电路、第二采样反馈电路、功率管、供电二极管、电容和功率管电流采样电路；输出整流电路与变压器的次级绕组电性连接；输出整流电路设置在变压器初级绕组的负端；供电二极管与变压器的辅助绕组电性连接；供电二极管设置在变压器辅助绕组的负端；采用初级负端采样对应次级负端整流，芯片供电脚VCC作为交流地，采集VCC与电阻分压信号FB的压差，其值对应输出电压；由于芯片供电脚VCC并不是真正的地，控制电路工作状态下其波动会影响采样准确性，本发明采用先信号放大后采样的方式消除采样带来的误差，采样位置由采样保持信号来进行自动调节。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路领域，更具体地，本发明提供了一种反激式开关电源控制电路，尤其涉及反激式开关电源控制技术。
背景技术
反激式开关电源系统结构简单成本低，在中小功率的适配器、充电器、待机电源等领域有着大量的应用。图4是传统的反激式开关电源系统原理图，控制电路通过采集反馈信号进行占空比的调节，控制功率管的开关实现能量从初级侧到次级侧的传递，其中初级侧与次级侧是电气隔离的，反馈信号通过次级绕组到辅助绕组传递，辅助绕组接收到的反馈信号是到地的电阻分压，因此反馈信号与初级侧控制电路共地。
传统的次级侧二极管整流方式对能效的推升有着极大的制约，目前应用中通常采用同步整流来代替二极管提升效率，由于各种原因，比如为了方便PCB布板、实现输出电压监控、恒功率控制等需求，同步整流通常接到次级绕组的负端，这通常会改变电磁干扰特性，增加电磁干扰性能处理的难度，以及增加系统成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种反激式开关电源控制电路，采用先信号放大后采样的方式消除采样带来的误差，同时采样位置由采样保持信号来进行自动调节。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种反激式开关电源控制电路，包括：
控制电路本体，所述控制电路本体与变压器的初级绕组电性连接，变压器的初级绕组与控制电路本体之间还设置有功率管；
功率管电流采样电路，所述功率管与功率管电流采样电路电性连接；
所述控制电路本体的芯片供电脚与变压器的辅助绕组电性连接，所述变压器的辅助绕组上电性连接有第一采样反馈电路和第二采样反馈电路；
所述变压器的辅助绕组接地端连接有电容；
输出整流电路与变压器的次级绕组电性连接；
所述输出整流电路设置在变压器次级绕组的负端；
供电二极管与变压器的辅助绕组电性连接；
所述供电二极管设置在变压器辅助绕组的负端。
作为本发明进一步的方案：所述控制电路本体包括钳位电路、第一放大器、第二放大器、采样开关、采样保持电容、采样脉冲产生电路、第一比较器、第二比较器、触发器和驱动电路；
其中，还包括芯片供电脚信号VCC、电压采样信号FB、电流采样信号CS、驱动信号DRV。
作为本发明进一步的方案：所述所述钳位电路两端分别接芯片供电脚信号VCC和电压采样信号FB，对钳位电路两端的芯片供电脚信号VCC和电压采样信号FB进行比较：
若电压采样信号FB大于芯片供电脚信号VCC时，钳位电路工作，功率管导通，变压器为励磁阶段；
当电压采样信号FB小于芯片供电脚信号VCC时，钳位电路不工作，功率管关断，变压器为退磁阶段，采样在变压器退磁阶段进行。
作为本发明进一步的方案：芯片供电脚信号VCC和电压采样信号FB通过第一放大器后输出，第一放大器的增益为1；
其中，第一放大器的输出是芯片供电脚信号VCC和电压采样信号FB的差值；
第一放大器处理过程为：是将芯片供电脚信号VCC为“地”的电压差转换成以地为参考的电压差。
作为本发明进一步的方案：所述第一放大器的输出与第一基准信号通过第二放大器进行放大，输出误差信号；
第一基准信号是一个预设基准电压值，第一基准信号由带隙基准电路得到，第一基准信号对应的预设基准电压值根据产品具体信号确定；
所述第二放大器的增益设置在几十至一百之间；
第二放大器的处理过程是将芯片供电脚信号VCC和电压采样信号FB的差值与基准电压值进行无限接近处理。
作为本发明进一步的方案：在变压器退磁阶段，第二放大器的输出信号通过开关进行采样保持，得到采样保持信号；
采样保持信号与锯齿波信号输入到第一比较器进行比较，产生PWM信号，当PWM信号为高时，触发器置位输出高电平，功率管导通；
锯齿波信号由控制电路中的振荡器得到。
作为本发明进一步的方案：在功率管导通后，电流采样信号CS与第二基准信号输入到第二比较器进行比较，当电流采样信号CS高于第二基准信号时输出高电平，触发器复位输出低电平，功率管关断；
第二基准信号也是一个预设基准电压值，第二基准信号由带隙基准电路得到；
第二基准信号对应的预设基准电压值根据产品具体信号确定；
在使用中，如带隙基准电路输出电压是2.5V，通过分压比例如80%，得到2V；
在一个实施过程中，通过分压比例如20%，得到0.5V。
作为本发明进一步的方案：所述采样位置由采样保持信号来进行自动调节；
当采样保持信号变大时，采样位置靠后；
当采样保持信号变小时，采样位置靠前。
本发明的有益效果：采用初级负端采样对应次级负端整流，芯片供电脚VCC作为交流地，采集VCC与电阻分压信号FB的压差，其值对应输出电压；由于芯片供电脚VCC并不是真正的地，控制电路工作状态下其波动会影响采样的准确性，因此本发明采用先信号放大后采样的方式消除采样带来的误差，同时采样位置由采样保持信号来进行自动调节。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明反激式原理图；
图2是本发明控制电路原理图；
图3是本发明采样脉冲产生电路原理图；
图4是现有技术中反激式原理图。
实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图4所示现有技术传统反激式原理图，包括控制电路U01、变压器T1、输出整流电路D1、第一采样反馈电路R1、第二采样反馈电路R2、功率管M1、供电二极管D0、电容C1和功率管电流采样电路R3；
其中：
功率管M1与变压器T1的初级绕组电性连接；
输出整流电路D1与变压器T1的次级绕组电性连接，且输出整流电路D1接在次级绕组的正端；
第一采样反馈电路R1、第二采样反馈电路R2和供电二极管D0与变压器T1的辅助绕组电性连接；
其中，供电二极管D0设置在变压器T1辅助绕组的正端；
传统的次级侧二极管整流方式对能效的推升有着极大的制约，基于此，本方案提供了一种反激式开关电源控制电路，参阅图1所示：
输出整流电路D1设置在变压器T1初级绕组的负端；
供电二极管D0设置在变压器T1辅助绕组的负端；
如图2所示本发明控制电路原理图，包括钳位电路D2、第一放大器U1、第二放大器U2、采样开关U5、采样保持电容C1、采样脉冲产生电路U3、第一比较器U6、第二比较器U7、触发器U8以及驱动电路U9；
其中，芯片供电脚为VCC、电压采样信号为FB、电流采样信号为CS、驱动信号为DRV；
钳位电路D2两端分别接信号VCC和信号FB，对钳位电路D2两端的VCC信号和FB信号进行比较：
若FB信号大于VCC信号时，钳位电路D2工作，此时为功率管M1导通变压器T1励磁阶段；
当FB信号小于VCC信号时，钳位电路D2不工作，此时为功率管M1关断变压器T1退磁阶段，第一采样反馈电路R1和第二采样反馈电路R2在变压器T1退磁阶段进行采样；
差分信号VCC和信号FB通过第一放大器U1后单端输出，第一放大器U1的增益为1；
第一放大器U1的输出与第一基准信号V1通过第二放大器U2进行放大后输出误差信号Comp0，其中，电容C0为补偿电容，第二放大器U2的增益通常设置在几十至一百之间；
在变压器T1退磁阶段，对第二放大器U2的输出信号Comp0通过开关U5进行采样保持得到Comp信号，该采样保持信号Comp与锯齿波信号SaW输入到第一比较器U6进行比较，产生PWM信号，当PWM信号为高时，触发器U8置位输出高电平，经驱动电路U9后导通功率管M1，变压器T1励磁；
在功率管M1导通后，电流采样信号CS与第二基准信号V2输入到第二比较器U7进行比较，当电流采样信号CS高于第二基准信号V2时，第二比较器U7输出高电平，触发器U8复位输出低电平，经驱动电路U9后关断功率管M1，变压器T1退磁；
如图3所示，本发明采样脉冲产生电路原理图，在变压器T1退磁阶段，触发器U8输出信号On/Off为低电平，开关SW1关断，偏置电路I0对电容C2进行充电；
当电容C2电压大于上述采样保持信号Comp时，比较器CMP1的输出信号Td由低变高，由低变高的Td信号与其延时取反相与后得到正脉冲信号；
上述偏置电路I0和电容C2为常量，通过公式C*V=I*t得到，t=k*Comp，k为常数，对应采样位置的t与采样保持信号Comp成比例关系，当采样保持信号Comp变大时，t变大采样位置靠后，当采样保持信号Comp变小时，t变小采样位置靠前。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (6)
1.一种反激式开关电源控制电路，包括：
控制电路本体，所述控制电路本体与变压器的初级绕组电性连接，变压器的初级绕组与控制电路本体之间还设置有功率管；
功率管电流采样电路，所述功率管与功率管电流采样电路电性连接；
所述控制电路本体的芯片供电脚与变压器的辅助绕组电性连接，所述变压器的辅助绕组上电性连接有第一采样反馈电路和第二采样反馈电路；
所述变压器的辅助绕组接地端连接有电容；
其特征在于：
输出整流电路与变压器的次级绕组电性连接；
所述输出整流电路的阴极连接在变压器次级绕组的负端；
供电二极管与变压器的辅助绕组电性连接；
所述供电二极管的阴极连接在变压器辅助绕组的负端；
所述控制电路本体包括钳位电路、第一放大器、第二放大器、采样开关、采样保持电容、采样脉冲产生电路、第一比较器、第二比较器、触发器和驱动电路；
其中，还包括芯片供电脚信号VCC、电压采样信号FB、电流采样信号CS、驱动信号DRV；
所述钳位电路两端分别接芯片供电脚信号VCC和电压采样信号FB，对钳位电路两端的芯片供电脚信号VCC和电压采样信号FB进行比较：
若电压采样信号FB大于芯片供电脚信号VCC时，钳位电路工作，功率管导通，变压器为励磁阶段；
当电压采样信号FB小于芯片供电脚信号VCC时，钳位电路不工作，功率管关断，变压器为退磁阶段，采样在变压器退磁阶段进行。
2.根据权利要求1所述的一种反激式开关电源控制电路，其特征在于，芯片供电脚信号VCC和电压采样信号FB通过第一放大器后输出，第一放大器的增益为1；
其中，第一放大器的输出是芯片供电脚信号VCC和电压采样信号FB的差值；
第一放大器处理过程为：是将芯片供电脚信号VCC为“地”的电压差转换成以地为参考的电压差。
3.根据权利要求2所述的一种反激式开关电源控制电路，其特征在于，所述第一放大器的输出与第一基准信号通过第二放大器进行放大，输出误差信号；
第一基准信号是一个预设基准电压值，第一基准信号由带隙基准电路得到；
所述第二放大器的增益设置在几十至一百之间；
第二放大器的处理过程是将芯片供电脚信号VCC和电压采样信号FB的差值与基准电压值进行比对处理。
4.根据权利要求3所述的一种反激式开关电源控制电路，其特征在于，在变压器退磁阶段，第二放大器的输出信号通过开关进行采样保持，得到采样保持信号；
采样保持信号与锯齿波信号输入到第一比较器进行比较，产生PWM信号，当PWM信号为高时，触发器置位输出高电平，功率管导通；
锯齿波信号由控制电路中的振荡器得到。
5.根据权利要求4所述的一种反激式开关电源控制电路，其特征在于，在功率管导通后，电流采样信号CS与第二基准信号输入到第二比较器进行比较，当电流采样信号CS高于第二基准信号时输出高电平，触发器复位输出低电平，功率管关断；
第二基准信号也是基准电压值，第二基准信号由带隙基准电路得到。
6.根据权利要求1所述的一种反激式开关电源控制电路，其特征在于，采样位置由采样保持信号来进行自动调节；
当采样保持信号变大时，采样位置靠后；
当采样保持信号变小时，采样位置靠前；
具体的，在变压器退磁阶段，触发器输出信号On/Off为低电平，开关关断，偏置电路对电容进行充电；
当电容电压大于采样保持信号Comp时，比较器的输出信号Td由低变高，由低变高的Td信号与其延时取反相与后得到正脉冲信号；
偏置电路和电容为常量，通过公式C*V=I*t得到，t=k*Comp，k为常数，对应采样位置的t与采样保持信号Comp成比例关系，当采样保持信号Comp变大时，t变大采样位置靠后，当采样保持信号Comp变小时，t变小采样位置靠前。
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