CN102638183A - 一种反激电路控制***及其控制器芯片 - Google Patents

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李剑
黄朝刚
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Abstract

本发明涉及一种反激电路控制***及其控制器芯片，对应控制器芯片(IC)包括自身输入端与所述电压检测信号输入端(INV)电连接的内部选通开关，与所述选通开关第一输出端电连接的线电压检测单元和线电压取样保持单元，以及与所述选通开关第二输出端电连接的反激电路输出电压检测单元；所述选通开关控制端电连接所述PWM信号，PWM信号为高电平时，所述选通开关选择连通自身输入端与第一输出端，PWM信号为低电平时，所述选通开关选择连通自身输入端与第二输出端。这种控制器检测线电压和输出电压共用一个引脚，简化外部电路和PCB板布局、降低了成本。

Description

一种反激电路控制***及其控制器芯片
技术领域
本发明涉及集成电路开关控制技术，具体涉及一种反激电路控制***及其控制器芯片。
背景技术
随着反激(flyback)***的应用越来越广泛，对其功率因数控制的要求也越来越多。在flyback控制***，如果直接将交流电接入此***，则会导致功率因数(PF)值非常低；所以需要检测线电压，使得在线电压低时，输出功率变低，线电压高时，输出功率变高，而在很长一段时间内，功率稳定，从而使得输出稳定的效果。由于功率因数控制需直接或间接采样线电压以控制线电流。如图1所示，该反激***中控制子***采用一种常用的线电压取样电路，即采用通过电阻分压单元RA和RB得到输入线电压的分压信号VM，然后通过输入到控制器芯片IC来控制反激***输入线电流的方法。另外一种常用的线电流控制方法，通过控制功率管Q1导通时间Ton，即在很长一段时间Ton不变，从而使得线峰值电流随线电压比例变化。
第一种方法需要外部电阻分压，且对控制器芯片来说多一个引脚；第二种方法则由于不能控制线电流，所以在输入电流有干扰的情况下不能迅速响应。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是，如何提供一种反激电路控制***及其控制器芯片，能减少控制器芯片输入引脚，从而简化***、降低成本。
本发明的第一个技术问题这样解决：构建一种反激电路控制***，包括控制器芯片及其电压检测信号输入端电连接的反激电路变压器辅助绕组的电阻分压单元和脉冲宽度调制PWM信号输出端控制电连接的开关管，所述控制器芯片包括自身输入端与所述电压检测信号输入端电连接的内部选通开关，与所述选通开关第一输出端电连接的线电压检测单元和线电压取样保持单元，以及与所述选通开关第二输出端电连接的反激电路输出电压检测单元；所述选通开关控制端电连接所述PWM信号，PWM信号为高电平时，所述选通开关选择连通自身输入端与第一输出端，PWM信号为低电平时，所述选通开关选择连通自身输入端与第二输出端。
按照本发明提供的控制***，所述线电压检测单元包括电流源镜像电路，一端电连接所述电压检测信号输入端，另一端通过内部线电压检测电阻接地。
按照本发明提供的控制***，所述线电压检测单元包括一输入端连接所述电压检测信号输入端的集成运放电路。
按照本发明提供的控制***，所述线电压取样保持单元包括依次电连接的取样开关管和电容。
按照本发明提供的控制***，所述线电压取样保持单元是/包括取样单元在PWM信号为高电平时取样检测单元输出信号，以及输出单元输出取样单元输出信号
本发明的另一个技术问题这样解决：构建一种反激电路控制器芯片，包括电压检测信号输入端和PWM信号输出端，所述控制器芯片包括自身输入端与所述电压检测信号输入端电连接的内部选通开关，与所述选通开关第一输出端电连接的线电压检测单元和线电压取样保持单元，以及与所述选通开关第二输出端电连接的反激电路输出电压检测单元；所述选通开关控制端电连接所述PWM信号，PWM信号为高电平时，所述选通开关选择连通自身输入端与第一输出端，PWM信号为低电平时，所述选通开关选择连通自身输入端与第二输出端。
按照本发明提供的控制器芯片，所述线电压检测单元包括电流源镜像电路，一端电连接所述电压检测信号输入端，另一端通过线电压检测电阻接地。
按照本发明提供的控制器芯片，所述线电压检测单元包括一输入端连接所述电压检测信号输入端的集成运放电路。
按照本发明提供的控制器芯片，所述线电压取样保持单元包括依次电连接的取样开关管和电容。
按照本发明提供的控制器芯片，所述线电压取样保持单元是/包括取样单元在PWM信号为高电平时取样检测单元输出信号，以及输出单元输出取样单元输出信号
本发明提供的反激电路控制***及其控制器芯片，与现有技术相比，具有以下优势：
1、减少一个额外的引脚去取样线电压；
2、能控制线电流，在输入电流有干扰的情况下能迅速响应；
3、简化了外部电路和PCB板布局，降低了产品整体成本。
附图说明
下面结合附图和具体实施例进一步对本发明进行详细说明。
图1是传统的flyback电路及其控制***结构示意图；
图2是本发明具体实施例的flyback电路及其控制***结构示意图；
图3是本发明线电压取样电路原理示意图；
图4是本发明辅助绕组输出电压信号时序示意图；
图5是本发明线电压检测原理示意图；
图6是本发明线电压取样电路输出波形示意图；
图7是本发明线电压取样单元具体实施例一的原理示意图；
图8是图7所示线电压取样单元输入/出信号时序示意图；
图9是本发明线电压取样单元具体实施例二的原理示意图；
图10本发明取样保持单元具体实施例一的原理示意图；
图11本发明取样保持单元具体实施例二的原理示意图。
具体实施方式
本发明提出的flyback***控制方案，结构如图2所示，该电路为flyback基本控制***，其中变压器T1的主边绕组L0对应输入能量，副边绕组L1对应输出能量，辅助绕组L2提供输出的反馈。此方案为基本方案，电阻R1和R2的分压提供：
(一)输出级的信息给控制器，对应副边绕组L1；
(二)对线电压的取样，对应主边绕组L0。
本发明所提出的线电压取样电路由线电压检测单元和取样保持单元构成，结构如图3所示。该线电压取样电路的工作原理是：由于flyback控制***在PWM开关导通时，辅助绕组得到的波形为线电压Vac_rec的-1/k倍，其中k为主边与辅助的匝数比，具体波形如图4所示。
如图5所示，该线电压取样电路通过检测辅助绕组的负值电压大小就可以获得与输入线电压成正比的电压波形：
(一)当PWM信号为低电平L时，此时Vau电压大于0，无输入电流流过，故不影响控制器的正常工作，即通过电阻R1和R2分压Vau电压得到INV信号来控制输出电压的功能；
(二)而当PWM信号为高电平H时，此时Vau电压小于零，通过内部电路使得INV引脚虚地，所以电阻R2上没有电流，而流过电阻R1的电流全部流过电阻Rx，所以得到输出电压VM值为
VM＝-Vau＊Rx/R1
由于Vau波形仅在PWM为高电平H时为负值，且与线电压Vac_rec成比例(-1/k倍)，故在通过线电压检测电路后要输出到取样保持电路，而在PWM为低电平L时保持其电压。最后得到的检测电压如图6所示中附在实际平滑信号波形上的锯齿波。
本发明一个具体实施例中的线电压检测单元由电流源镜像电路实现，具体结构如图7所示，对应INV端的信号波形如图8所示。
本发明另一个具体实施例中的线电压检测单元由集成运放电路实现，具体结构如图9所示。
本发明一个具体实施例中的取样保持单元，具体结构如图10所示，包括依次电连接的取样开关管Q2、电容C1和地，取样开关管Q2的控制信号理想情况下可以选择PWM信号，电容C1用于开关管Q2关闭时的电压保持。
本发明一个具体实施例中的取样保持单元，具体结构如图11所示，包括取样子单元在PWM信号为高电平时取样检测单元输出信号，以及输出子单元输出取样单元输出信号。
在本发明各实施例中，最终通过取样保持得到的电压VMSAM就是与线电压成线性比例的近似波形，其输出表达式为
Vau＝-1/n＊Vac_rec
VM＝-Vau＊Rx/R1
由于VMSAM为VM电压的取样(在PWM为高电平H时)，故VMSAM近似为
VMSAM ≈1/n＊Vac_rec＊Rx/R1
通过上述公式可以看出电压VMSAM随线电压成线性比例变化，其输入到控制器功率因数(PF)控制模块就可以提高flyback***的PF值，从而达到功率因数矫正(PFC)的功能，而不需要一个额外的引脚，降低了成本，优化了电路板(PCB)布局。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种反激电路控制***，包括控制器芯片(IC)及其电压检测信号输入端(INV)电连接的反激电路变压器(T1)辅助绕组(L2)的电阻分压单元(R1、R2)和PWM信号输出端(PWM)控制电连接的开关管(Q1)，其特征在于，所述控制器芯片(IC)包括自身输入端与所述电压检测信号输入端(INV)电连接的内部选通开关，与所述选通开关第一输出端电连接的线电压检测单元和线电压取样保持单元，以及与所述选通开关第二输出端电连接的反激电路输出电压检测单元；所述选通开关控制端电连接所述PWM信号，PWM信号为高电平时，所述选通开关选择连通自身输入端与第一输出端，PWM信号为低电平时，所述选通开关选择连通自身输入端与第二输出端。
2.根据权利要求1所述控制***，其特征在于，所述线电压检测单元包括电流源镜像电路，一端电连接所述电压检测信号输入端(INV)，另一端通过内部线电压检测电阻(Rx)接地。
3.根据权利要求1所述控制***，其特征在于，所述线电压检测单元包括一输入端连接所述电压检测信号输入端(INV)的集成运放电路(OPAMP)。
4.根据权利要求1所述控制***，其特征在于，所述线电压取样保持单元包括依次电连接的取样开关管(Q2)和保持电容(C1)。
5.根据权利要求1所述控制***，其特征在于，所述线电压取样保持单元包括依次电连接的在PWM信号为高电平时取样检测信号的取样子单元和输出取样子单元输出信号的输出子单元(buffer)。
6.一种反激电路控制器芯片，包括电压检测信号输入端(INV)和PWM信号输出端(PWMI)，其特征在于，所述控制器芯片(IC)包括自身输入端与所述电压检测信号输入端(INV)电连接的内部选通开关，与所述选通开关第一输出端电连接的线电压检测单元和线电压取样保持单元，以及与所述选通开关第二输出端电连接的反激电路输出电压检测单元；所述选通开关控制端电连接所述PWM信号，PWM信号为高电平时，所述选通开关选择连通自身输入端与第一输出端，PWM信号为低电平时，所述选通开关选择连通自身输入端与第二输出端。
7.根据权利要求6所述控制器芯片，其特征在于，所述线电压检测单元包括电流源镜像电路，一端电连接所述电压检测信号输入端(INV)，另一端通过线电压检测电阻(Rx)接地。
8.根据权利要求6所述控制器芯片，其特征在于，所述线电压检测单元包括一输入端连接所述电压检测信号输入端(INV)的集成运放电路(OPAMP)。
9.根据权利要求6所述控制器芯片，其特征在于，所述线电压取样保持单元包括依次电连接的取样开关管(Q2)和电容(C1)。
10.根据权利要求6所述控制器芯片，其特征在于，所述线电压取样保持单元包括依次电连接的在PWM信号为高电平时取样检测信号的取样子单元和输出取样子单元输出信号的输出子单元(buffer)。
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