CN104734510B - 开关电源及其控制芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种开关电源及其控制芯片，其中，开关电源包括：变压器，变压器包括初级绕组、次级绕组和反馈绕组；初级反馈分压模块，初级反馈分压模块根据反馈绕组输出的反馈电压生成初级反馈电压；次级反馈比较模块，次级反馈比较模块用于反馈开关电源的输出电压，并生成次级反馈电流；开关模块，开关模块的第一端与初级绕组相连；开关电源的控制芯片，控制芯片用于根据初级反馈电压和次级反馈电流控制开关模块的通断以调整开关电源的输出电压。本发明的开关电源及其控制芯片可以同时发挥初级恒压控制模式和次级恒压控制模式的优势，获得更优秀的动态负载响应特性、极低的空载工作频率和空载损耗，并且工作稳定。

Description

开关电源及其控制芯片
技术领域
本发明涉及开关电源技术领域，特别涉及一种开关电源和一种开关电源的控制芯片。
背景技术
开关电源作为手机和笔记本电脑等移动电子设备的主流供电方案，具有体积小、效率高和恒压精度高等优点。目前，随着移动电子设备技术的发展和电源领域对节约能源与保护环境的愈加重视，如今的开关电源在空载功耗和动态负载响应速度等性能方面提出了更高的要求，这也使得研发者对开关电源的控制芯片的恒压控制方式进行不断的改进，以期待获得一种更具优势的恒压控制方式来解决目前开关电源面临的这些问题。
已知技术中，小功率AC/DC开关电源的控制芯片的恒压控制方式主要分为初级恒压控制和次级恒压控制两种方式。具体地，图1为典型的次级恒压控制的开关电源的电路图，图2为典型的初级恒压控制的开关电源的电路图。如图1所示，次级恒压控制的开关电源的工作原理为：交流电在经过由二极管D1’、D2’、D3’和D4’组成的整流桥进行全波整流后，经由电容C2’、C3’和电感L1’组成的π型滤波电路转换为高压直流电，再通过R3’和C4’组成的启动电路进行处理后为PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）控制芯片IC1提供启动电压，并在PWM控制芯片IC1启动后为主边功率环路提供能量，其中，电阻R2’用于检测开关电源的主边峰值电流，D5’和C1’组成次级整流滤波网络。另外，电阻R4’、R5’、R6’以及可控精密稳压源TL431’、光耦Oc’组成次级电压采样比较以及反馈网络，PWM控制芯片IC1接收来自光耦Oc’的反映开关电源的输出电压Vout1’大小的误差电流信号，该误差电流信号经PWM控制芯片IC1处理后产生控制信号，控制开关管T0’的导通时间以调整小功率AC/DC开关电源的输出电压Vout1’的大小，从而适应输出负载的变化。
如图2所示，相较于次级恒压控制的开关电源电路，初级恒压控制的开关电源电路省去了包括电阻R4’、R5’、R6’、可控精密稳压源TL431’以及光耦Oc’组成的整个次级电压采样比较以及反馈网络，取而代之的是通过PWM控制芯片IC2内部集成的采样电路采样反馈绕组耦合的开关电源的输出电压Vout2’，开关电源的输出电压Vout2’经过由R4’和R5’组成的反馈分压网络分压后输入到PWM控制芯片IC2，PWM控制芯片IC2通过内部集成的误差放大器进行处理后产生控制信号以控制开关管T0’的导通时间，从而调整小功率AC/DC开关电源的输出电压Vout2’的大小。
现有技术中，初级恒压控制方式在采样反馈绕组所耦合的开关电源的输出电压Vout2’时，存在一定的误差和局限，不能完全实时准确地反映当前开关电源的输出电压Vout2’的大小，所以初级恒压控制方式在动态负载响应等方面性能较差，并且，采用初级恒压控制方式的***的空载工作频率和空载功耗无法控制到很低。而次级恒压控制方式虽然具有良好的动态负载响应特性，但是，由于次级恒压控制方式中光耦Oc’和其它元器件反馈的信号为模拟信号，需要消耗一定的功率，因此，次级恒压控制方式的空载功耗也无法控制到很低。
发明内容
本发明实施例的目的旨在至少在一定程度上解决上述的技术问题之一。
为此，本发明实施例的一个目的在于提出一种开关电源的控制芯片，该开关电源的控制芯片可以获得良好的动态负载响应特性，并且，具有极低的空载工作频率和空载功耗。
本发明实施例的另一个目的在于提出一种开关电源。
为达到上述目的，本发明实施例一方面提出了一种开关电源的控制芯片，该开关电源的控制芯片包括：用于接收所述开关电源的初级反馈电压的初级反馈端；初级反馈采样模块，所述初级反馈采样模块的输入端与所述初级反馈端相连，所述初级反馈采样模块用于对所述初级反馈电压进行采样以生成初级采样电压；误差放大器，所述误差放大器的第一输入端与所述初级反馈采样模块的输出端相连，所述误差放大器的第二输入端与给定基准电压相连，所述误差放大器对所述初级采样电压和所述给定基准电压之间的误差进行放大，并输出误差放大信号；恒压恒流控制模块，所述恒压恒流控制模块的输入端与所述误差放大器的输出端相连，所述恒压恒流控制模块根据所述误差放大信号进行脉冲宽度调制PWM和/或脉冲频率调制PFM，且所述恒压恒流控制模块的第一输出端输出恒压控制信号；用于接收所述开关电源的次级反馈电流的次级反馈端；次级控制模块，所述次级控制模块的第一输入端与所述次级反馈端相连，所述次级控制模块的第二输入端与所述误差放大器的输出端相连，所述次级控制模块根据所述误差放大信号选择所述控制芯片对应的控制模式，且当根据所述误差放大信号选择所述控制芯片进入次级恒压控制模式时，所述次级控制模块根据所述次级反馈电流输出次级控制信号；控制逻辑模块，所述控制逻辑模块的第一输入端与所述次级控制模块的输出端相连，所述控制逻辑模块的第二输入端与所述恒压恒流控制模块的第一输出端相连，所述控制逻辑模块根据所述次级控制信号和所述恒压控制信号输出控制逻辑信号；以及驱动模块，所述驱动模块的输入端与所述控制逻辑模块的输出端相连，所述驱动模块根据所述控制逻辑信号输出驱动信号。
本发明实施例的开关电源的控制芯片，通过初级反馈采样模块采样初级反馈电压并输出初级采样电压至误差放大器，进而次级控制模块根据误差放大器的输出选择控制芯片对应的控制模式，从而实现控制芯片在极轻载或空载时进入次级恒压控制模式。该开关电源的控制芯片可以获得更优秀的动态负载响应特性、极低的空载工作频率和空载损耗，并且工作稳定。
为达到上述目的，本发明实施例另一方面还提出了一种开关电源，该开关电源包括：变压器，所述变压器包括初级绕组、次级绕组和反馈绕组；初级反馈分压模块，所述初级反馈分压模块与所述反馈绕组相连，所述初级反馈分压模块根据所述反馈绕组输出的反馈电压生成所述初级反馈电压；次级反馈比较模块，所述次级反馈比较模块与所述开关电源的输出电压相连，所述次级反馈比较模块用于反馈所述开关电源的输出电压，并生成所述次级反馈电流；开关模块，所述开关模块的第一端与所述初级绕组相连；以及所述的开关电源的控制芯片，所述控制芯片的初级反馈端与所述初级反馈分压模块的输出端相连，所述控制芯片的次级反馈端与所述次级反馈比较模块的输出端相连，所述控制芯片的信号输出端与所述开关模块的控制端相连，所述控制芯片用于根据所述初级反馈电压和所述次级反馈电流控制所述开关模块的通断以调整所述开关电源的输出电压。
本发明实施例的开关电源，通过控制芯片根据初级反馈分压模块输出的初级反馈电压和次级反馈比较模块输出的次级反馈电流控制控制开关模块的通断，从而实现开关电源的输出电压稳定在额定值。该开关电源可以获得更优秀的动态负载响应特性、极低的空载工作频率和空载损耗，并且工作稳定。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为典型的次级恒压控制的开关电源的电路图；
图2为典型的初级恒压控制的开关电源的电路图；
图3为根据本发明实施例的开关电源的控制芯片的框图；
图4为根据本发明一个实施例的开关电源的控制芯片的框图；
图5为根据本发明一个实施例的开关电源的控制芯片的次级控制模块的结构图；
图6为根据本发明另一个实施例的开关电源的控制芯片的框图；
图7为根据本发明再一个实施例的开关电源的控制芯片的框图；
图8为根据本发明实施例的开关电源的框图；
图9为根据本发明一个实施例的开关电源的框图；
图10为根据本发明一个具体实施例的开关电源的结构图；以及
图11为根据本发明一个实施例的开关电源的工作时序图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
下面参照附图来描述根据本发明实施例提出的开关电源的控制芯片和开关电源。
如图3所示，本发明实施例的开关电源的控制芯片5包括：初级反馈端10、初级反馈采样模块20、误差放大器30、恒压恒流控制模块40、次级反馈端50、次级控制模块60、控制逻辑模块70以及驱动模块80。
其中，初级反馈端10用于接收开关电源的初级反馈电压FB。初级反馈采样模块20的输入端与初级反馈端10相连，初级反馈采样模块20用于对初级反馈电压FB进行采样以生成初级采样电压。误差放大器30的第一输入端与初级反馈采样模块20的输出端相连，误差放大器30的第二输入端与给定基准电压Vref相连，误差放大器30对初级采样电压和给定基准电压Vref之间的误差进行放大，并输出误差放大信号EAO。恒压恒流控制模块40的输入端与误差放大器30的输出端相连，恒压恒流控制模块40根据误差放大信号EAO进行脉冲宽度调制PWM和/或脉冲频率调制PFM，且恒压恒流控制模块40的第一输出端输出恒压控制信号。次级反馈端50用于接收开关电源的次级反馈电流DET。次级控制模块60的第一输入端与次级反馈端50相连，次级控制模块60的第二输入端与误差放大器30的输出端相连，次级控制模块60根据误差放大信号EAO选择控制芯片5对应的控制模式，且当根据误差放大信号EAO选择控制芯片5进入次级恒压控制模式时，次级控制模块60根据次级反馈电流DET输出次级控制信号Control。控制逻辑模块70的第一输入端与次级控制模块60的输出端相连，控制逻辑模块70的第二输入端与恒压恒流控制模块40的第一输出端相连，控制逻辑模块70根据次级控制信号Control和恒压控制信号输出控制逻辑信号PM。驱动模块80的输入端与控制逻辑模块70的输出端相连，驱动模块80根据控制逻辑信号PM输出驱动信号DRV。需要说明的是，初级反馈电压FB用于反映本发明实施例的开关电源的控制芯片5所在开关电源的输出电压的变化情况，由于输出电压与负载成正比例关系，因此，初级反馈电压FB可以反映本发明实施例的开关电源的控制芯片5所在开关电源的负载变化情况，进而误差放大信号EAO也可以以反映本发明实施例的开关电源的控制芯片5所在开关电源负载的变化情况。
进一步地，在本发明的一个实施例中，如图4所示，次级控制模块60具体包括：初次级模式选择单元61、次级反馈信号监测单元62和逻辑单元63。其中，初次级模式选择单元61的输入端与误差放大器30的输出端相连，初次级模式选择单元61根据误差放大信号EAO选择控制芯片5对应的控制模式，且当误差放大信号EAO小于第二基准电压V2时，即控制芯片5所在***工作在极轻载或空载时，初次级模式选择单元61输出次级模式选择信号EN_SC以控制控制芯片5进入次级恒压控制模式。次级反馈信号监测单元62的第一输入端与次级反馈端50相连，次级反馈信号监测单元62的第二输入端与电压源VCC相连，次级反馈信号监测单元62用于采样次级反馈电流DET，并根据电压源VCC的输出电压输出逻辑电压信号BURST。即言，逻辑电压信号BURST可以反映次级反馈电流DET的变化情况。逻辑单元63的第一输入端与次级反馈信号监测单元62的输出端相连，逻辑单元63的第二输入端与初次级模式选择单元61的输出端相连，逻辑单元63在接收到次级模式选择信号EN_SC之后，根据逻辑电压信号BURST输出次级控制信号Control。即言，次级控制信号Control产生的前提是，控制芯片5所在的***工作于极轻载或空载，此时，初次级模式选择单元61输出次级模式选择信号EN_SC，进而逻辑单元63输出次级控制信号Control。需要说明的是，次级反馈电流DET、逻辑电压信号BURST、次级模式选择信号EN_SC、次级控制信号Control均为数字信号，因此，本发明实施例的开关电源的控制芯片5在次级恒压控制模式时，即在极轻载或空载时，控制芯片5所在的***具有极低的空载工作频率和功率损耗。另外，在极轻载或空载时采用次级恒压控制模式，能保证控制芯片5仍然具有优秀的动态负载响应性能。
具体地，在本发明的一个实施例中，如图5所示，初次级模式选择单元61可以包括：选通器611、迟滞比较器612、第一反相器613和与门614。其中，选通器611的第一输入端与第一基准电压V1相连，选通器611的第二输入端与第二基准电压V2相连，选通器611的第三输入端与第一反相信号相连，选通器611根据第一反相信号选通第一基准电压V1或第二基准电压V2，并输出选通信号。迟滞比较器622的阴极与误差放大器30的输出端相连，迟滞比较器612的阳极与选通器611的输出端相连，迟滞比较器612根据选通信号对误差放大信号EAO进行迟滞比较，并输出迟滞比较信号。第一反相器613的输入端与迟滞比较器612的输出端相连，第一反相器613对迟滞比较信号进行反相，并输出第一反相信号。与门614的第一输入端与第一反相器613的输出端相连，与门614的第二输入端与给定使能信号EN相连，与门614对给定使能信号EN和第一反相信号进行逻辑与并输出次级模式选择信号EN_SC。需要说明的是，当负载加重，误差放大信号EAO大于第一基准电压V1时，即控制芯片5所在***工作在中载或重载时，初次级模式选择单元61停止输出次级模式选择信号EN_SC，控制芯片5由次级恒压控制模式进入初级恒压控制模式。其中，第一基准电压V1与第二基准电压V2的差值作为初级恒压控制模式和次级恒压控制模式之间的控制模式转换迟滞电压区间，该控制模式转换迟滞电压区间有利于控制芯片5进行稳定的控制模式转换，从而获得更好的动态负载响应性能。需要说明的是，在中载或重载时，控制芯片5进入初级恒压控制模式中可以避免次级恒压控制模式所带来的损耗。
具体地，在本发明的一个实施例中，如图5所示，次级反馈信号监测单元62可以包括：第一电阻R1、比较器621、第二反相器622和第三反相器623。其中，第一电阻R1的一端与电压源VCC相连，第一电阻R1的另一端与次级反馈端50相连。比较器621的阴极与第一电阻R1的另一端相连，比较器621的阳极与第三基准电压V3相连，比较器621根据第三基准电压V3对比较器621的阴极电压进行比较，并输出比较信号。第二反相器622与比较器621的输出端相连，第二反相器622对比较信号进行反相，并输出第二反相信号。第三反相器623与第二反相器622的输出端相连，第三反相器623对第二反相信号进行反相，并输出逻辑电压信号BURST。具体地，电压源VCC通过第一电阻R1形成的电流源与次级反馈端50接收到的次级反馈电流DET进行比较后生成电流比较信号，该电流比较信号即为比较器621的阴极电压，比较器621根据第三基准电压V3对比较器621的阴极电压进行比较，并输出比较信号至第二反相器622，经过第二反相器622和第三反相器623反相处理后获得逻辑电压信号BURST。
进一步地，在本发明的另一个实施例中，如图6所示，开关电源的控制芯片5还包括：过流端90和过流保护模块100。其中，过流端90用于接收开关电源的主边过流电压信号。过流保护模块100的第一输入端与恒压恒流控制模块40的第二输出端相连，过流保护模块100的第二输入端与过流端90相连，过流保护模块100的输出端与控制逻辑模块70的第三输入端相连，过流保护模块100根据恒压恒流控制模块40输出的过流基准信号Ics对主边过流电压信号进行比较以输出关闭信号。此外，在本发明的一个实施例中，如图6所示，开关电源的控制芯片5还包括地端140和用于输出驱动信号DRV的信号输出端150。
具体地，如图6所示，当控制芯片5进入初级恒压控制模式时，控制芯片5采样初级反馈电压FB和主边过流电压信号，此时，控制逻辑模块70根据恒压控制信号和关闭信号输出控制逻辑信号PM，进而驱动模块80根据控制逻辑信号PM输出驱动信号DRV。当控制芯片5进入次级恒压控制模式时，控制芯片5采样初级反馈电压FB、次级反馈电流DET和主边过流电压信号，此时，控制逻辑模块70根据次级控制信号Control、恒压控制信号和关闭信号输出控制逻辑信号PM，进而驱动模块80根据控制逻辑信号PM输出驱动信号DRV。
在本发明的再一个实施例中，如图7所示，开关电源的控制芯片5还包括：电源端110、迟滞启动模块120和基准与偏置模块130。其中，电源端110用于接收控制芯片5的工作电压。迟滞启动模块120的输入端与电源端110相连，迟滞启动模块120用于根据工作电压输出迟滞电压信号。基准与偏置模块130分别与电源端110和迟滞启动模块120的输出端相连，基准与偏置模块130用于根据迟滞电压信号输出偏置信号、给定基准电压Vref、第一基准电压V1、第二基准电压V2和第三基准电压V3。另外，如图7所示，电源端110还与驱动模块80相连，电源端110向驱动模块80提供工作电压。需要说明的是，电压源VCC既可以由迟滞启动模块120提供，也可以由基准与偏置模块130提供。
本发明实施例的开关电源的控制芯片通过次级控制模块实现在负载减轻至极轻载或空载时控制控制芯片进入次级恒压控制模式和在负载加重至中载或重载时控制控制芯片转换为初级恒压控制模式，进而在全负载下实现初次级混合恒压控制模式。该开关电源的控制芯片发挥初级恒压控制模式和次级恒压控制模式的优势，可以获得更优秀的动态负载响应特性、极低的空载工作频率和空载损耗，并且工作稳定。
本发明另一方面实施例还提出一种开关电源，如图8所示，该开关电源包括：变压器1、初级反馈分压模块2、次级反馈比较模块3、开关模块4以及上述的开关电源的控制芯片5。其中，变压器1包括初级绕组L1、次级绕组L2和反馈绕组L3，反馈绕组L3感应次级绕组L2的电压。初级反馈分压模块2与反馈绕组L3相连，初级反馈分压模块2根据反馈绕组L3输出的反馈电压生成初级反馈电压FB。次级反馈比较模块3与开关电源的输出电压Vout相连，次级反馈比较模块3用于反馈开关电源的输出电压Vout，并生成次级反馈电流DET。开关模块4的第一端与初级绕组L1相连。控制芯片5的初级反馈端10与初级反馈分压模块2的输出端相连，控制芯片5的次级反馈端50与次级反馈比较模块3的输出端相连，控制芯片5的信号输出端150与开关模块4的控制端相连，控制芯片5用于根据初级反馈电压FB和次级反馈电流DET控制开关模块4的通断以调整开关电源的输出电压Vout。
进一步地，在本发明的一个实施例中，如图9所示，开关电源还包括：启动模块6和过流反馈模块7。其中，启动模块6分别与初级绕组L1、反馈绕组L3和控制芯片5相连，启动模块6根据初级绕组L1的输入电压和反馈绕组L3输出的反馈电压生成启动电压以启动控制芯片5。过流反馈模块7的一端分别与开关模块4的第二端和控制芯片5的过流端90相连，过流反馈模块7的另一端接地，过流反馈模块7用于根据开关模块4的输出信号生成主边过流电压信号，并反馈至控制芯片5的过流端90。进一步地，在本发明的一个实施例中，如图9所示，开关电源还包括：初级整流滤波模块8和次级整流滤波模块9。其中，初级整流滤波模块8分别与交流电压、初级绕组L1和反馈绕组L3相连，初级整流滤波模块8用于对交流电压进行整流滤波以生成初级直流电压。次级整流滤波模块9与次级绕组L2相连，次级整流滤波模块9对次级绕组L2输出的次级电压进行整流滤波以生成开关电源的输出电压Vout。
具体地，在本发明的一个实施例中，如图10所示，初级反馈分压模块2包括第一电阻R1和第二电阻R2。其中，第一电阻R1的一端与反馈绕组L3的异名端相连，第一电阻R1的另一端分别与第二电阻R2的一端和控制芯片5的电源端110相连，第二电阻的另一端接地。需要说明的是，在本发明的另一个实施例中，第一电阻R1的一端可以与反馈绕组L3的同名端相连。次级反馈比较模块3包括：第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、可控精密稳压源TL431和光耦Oc。其中，第三电阻R3的一端与开关电源的输出电压Vout的高电平端相连，第三电阻R3的另一端与第四电阻R4的一端相连，第四电阻R4的另一端接地，第五电阻R5的一端与第三电阻R3的一端相连，第五电阻R5的另一端与光耦Oc的第一输入端相连，光耦Oc的第二输入端与可控精密稳压源TL431的阴极相连，光耦Oc的第一输出端与控制芯片5的次级反馈端50相连，光耦Oc的第二输出端接地，可控精密稳压源TL431的阳极接地，可控精密稳压源TL431的参考极与第四电阻R4的一端相连。需要说明的是，第三电阻R3和第四电阻R4用于对开关电源的输出电压Vout进行分压，第五电阻R5用于限制光耦Oc的输入电流，第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5可以选用较大阻值，从而保证本发明实施例的开关电源在进行次级恒压控制模式时损耗极低。另外，由于次级反馈比较模块3输出的次级反馈电流DET为数字信号，因此，光耦Oc的工作电流可以很小便能维持次级反馈比较模块3的工作，同样大大减小了次级恒压控制模式时的功耗。
具体地，如图10所示，本发明实施例的开关电源进行恒压控制的工作原理为：输入的交流电压经过初级整流滤波模块8进行整流滤波后得到初级直流电压。初级直流电压通过启动模块6中的第六电阻R6向第一电容C1充电，第一电容C1向控制芯片5的电源端110输出工作电压。开关模块4由开关管T0构成，控制芯片5通过信号输出端150输出驱动信号DRV以控制开关管T0的导通或关断，从而控制变压器1中的能量存储和输出，进而调整关电源的输出电压在一定负载下恒定为额定值。具体地，当开关管T0导通时，初级绕组L1导通，变压器1的磁芯存储能量。过流反馈模块7中的第七电阻R7感应初级绕组L1的电流，并生成主边过流电压信号反馈至过流端90，主边过流电压信号可以反映初级绕组L1的电流大小。当开关管T0关断时，初级绕组L1关断，变压器1的磁芯存储的能量向次级绕组L2和反馈绕组L3传送。反馈绕组L3的电流通过启动模块6中的第一整流二极管D1整流，向控制芯片5的电源端110输出工作电压。次级绕组L2的电流通过次级整流滤波模块9中的第六整流二极管D6整流和第四电容C4滤波后向***外部负载输出电压Vout。进一步地，当控制芯片5的电源端110的工作电压达到开启电压后，迟滞启动模块120输出迟滞电压信号使能控制芯片5内部的其它模块。同时基准与偏置模块130输出偏置信号、给定基准电压Vref、第一基准电压V1、第二基准电压V2和第三基准电压V3。
具体地，当开关管T0关断时，控制芯片5通过初级反馈端10采样由初级反馈分压模块2反馈的初级反馈电压FB，初级反馈采样模块20采样初级反馈电压FB后生成初级采样电压，若开关电源工作的负载加重至恒压中载或重载状态，该初级采样电压经误差放大器30进行误差放大后，误差放大信号EAO大于第一基准电压V1，控制芯片5工作于初级恒压控制模式，误差放大信号EAO经恒压恒流控制模块40进行脉冲宽度调制PWM和脉冲频率调制PFM后，输出可以调整驱动信号DRV的占空比和工作频率的恒压控制信号。另外，控制芯片5通过过流端90采样过流反馈模块7生成的主边过流电压信号，过流保护模块100根据该主边过流电压信号输出关闭信号。此时，控制芯片5根据恒压控制信号和关闭信号输出驱动信号DRV以控制开关管T0的导通或关断，从而调整开关电源的输出电压Vout在一定负载下恒定为额定值，实现初级恒压控制。此时，次级反馈比较模块3中的可控精密稳压源TL431的参考极电压，即开关电源的输出电压Vout经第三电阻R3和第四电阻R4分压后的电压，低于可控精密稳压源TL431的内部基准电压ref，光耦Oc不导通，无次级反馈电流DET，次级控制模块60不输出次级控制信号Control。
此外，当开关管T0关断时，若开关电源的负载减轻至极轻载甚至空载状态，初级采样电压经误差放大器30进行误差放大后，误差放大信号EAO小于第二基准电压V2，则初次级模式选择单元61将输出次级模式选择信号EN_SC以控制控制芯片5从初级恒压控制模式进入次级恒压控制模式。进入次级恒压控制模式后，开关电源的输出电压Vout会逐渐上升，当开关电源的输出电压Vout上升到高于可控精密稳压源TL431的内部基准电压ref时，光耦Oc导通，次级反馈比较模块3反馈次级反馈电流DET至次级反馈端50，次级反馈端50从高电平拉低为低电平，此时，次级反馈信号监测单元62根据次级反馈端50的电平，生成逻辑电压信号BURST。逻辑单元63在接收到次级模式选择信号EN_SC之后，根据逻辑电压信号BURST输出次级控制信号Control。另外，误差放大信号EAO经恒压恒流控制模块40进行脉冲宽度调制PWM和脉冲频率调制PFM后，输出可以调整驱动信号DRV的占空比和工作频率的恒压控制信号。过流端90采样过流反馈模块7生成的主边过流电压信号，过流保护模块100根据该主边过流电压信号输出关闭信号。进而控制芯片5根据次级控制信号Control、恒压控制信号和关闭信号控制驱动信号DRV为低电平以控制开关管T0关断。当开关管T0关断后，开关电源的输出电压Vout下掉至低于可控精密稳压源TL431的内部基准电压ref时，光耦Oc关断，无次级反馈电流DET反馈至次级反馈端50，次级反馈端50从低电平上拉为高电平，此时，次级反馈信号监测单元62根据次级反馈端50的电平，复位逻辑电压信号BURST，逻辑单元63根据次级模式选择信号EN_SC和逻辑电压信号BURST输出次级控制信号Control。此时，控制芯片5根据次级控制信号Control、恒压控制信号和关闭信号控制驱动信号DRV为高电平以驱动开关管T0导通，如此往复，最终使开关电源的输出电压Vout稳定在额定值，实现次级恒压控制。需要说明的是，控制芯片5在次级恒压控制模式时，无论开关管T0处于导通状态还是关断状态，由于开关电源的输出电压Vout不间断，因此，始终存在次级反馈电流DET。
具体地，开关电源控制过程中各信号的工作时序如图11所示，其中，（1）为误差放大信号EAO的工作时序，（2）为第一基准电压V1，（3）为第二基准电压V2，（4）为次级模式选择信号EN_SC的工作时序，（5）为可控精密稳压源TL431的内部基准电压ref，（6）为开关电源的输出电压Vout，（7）为次级反馈电流DET的工作时序，（8）为逻辑电压信号BURST的工作时序，（9）为驱动信号DRV的工作时序。其中，t1为光耦Oc的输入信号与输出信号间的延时，t2为控制芯片5内部振荡器的延时，（1）至（4）为开关电源从初级恒压控制模式进入次级恒压控制模式和从次级恒压控制模式转换为初级恒压控制模式的过程中各信号的工作时序，（5）至（9）为开关电源进入次级恒压控制模式后各信号的工作时序。
本发明实施例的开关电源通过控制芯片实现在负载减轻至极轻载或空载时控制控制芯片进入次级恒压控制模式和在负载加重至中载或重载时控制控制芯片转换为初级恒压控制模式，进而在全负载下实现初次级混合恒压控制。该开关电源发挥初级恒压控制模式和次级恒压控制模式的优势，可以获得更优秀的动态负载响应特性、极低的空载工作频率和空载损耗，并且工作稳定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (11)

1.一种开关电源的控制芯片，其特征在于，包括：
用于接收所述开关电源的初级反馈电压的初级反馈端；
初级反馈采样模块，所述初级反馈采样模块的输入端与所述初级反馈端相连，所述初级反馈采样模块用于对所述初级反馈电压进行采样以生成初级采样电压；
误差放大器，所述误差放大器的第一输入端与所述初级反馈采样模块的输出端相连，所述误差放大器的第二输入端与给定基准电压相连，所述误差放大器对所述初级采样电压和所述给定基准电压之间的误差进行放大，并输出误差放大信号；
恒压恒流控制模块，所述恒压恒流控制模块的输入端与所述误差放大器的输出端相连，所述恒压恒流控制模块根据所述误差放大信号进行脉冲宽度调制PWM和/或脉冲频率调制PFM，且所述恒压恒流控制模块的第一输出端输出恒压控制信号；
用于接收所述开关电源的次级反馈电流的次级反馈端；
次级控制模块，所述次级控制模块的第一输入端与所述次级反馈端相连，所述次级控制模块的第二输入端与所述误差放大器的输出端相连，所述次级控制模块根据所述误差放大信号选择所述控制芯片对应的控制模式，且当根据所述误差放大信号选择所述控制芯片进入次级恒压控制模式时，所述次级控制模块根据所述次级反馈电流输出次级控制信号；
控制逻辑模块，所述控制逻辑模块的第一输入端与所述次级控制模块的输出端相连，所述控制逻辑模块的第二输入端与所述恒压恒流控制模块的第一输出端相连，所述控制逻辑模块根据所述次级控制信号和所述恒压控制信号输出控制逻辑信号；以及
驱动模块，所述驱动模块的输入端与所述控制逻辑模块的输出端相连，所述驱动模块根据所述控制逻辑信号输出驱动信号。
2.如权利要求1所述的开关电源的控制芯片，其特征在于，所述次级控制模块具体包括：
初次级模式选择单元，所述初次级模式选择单元的输入端与所述误差放大器的输出端相连，所述初次级模式选择单元根据所述误差放大信号选择所述控制芯片对应的控制模式，且当所述误差放大信号小于第二基准电压时，所述初次级模式选择单元输出次级模式选择信号以控制所述控制芯片进入次级恒压控制模式；
次级反馈信号监测单元，所述次级反馈信号监测单元的第一输入端与所述次级反馈端相连，所述次级反馈信号监测单元的第二输入端与电压源相连，所述次级反馈信号监测单元用于采样所述次级反馈电流，并根据所述电压源的输出电压输出逻辑电压信号；以及
逻辑单元，所述逻辑单元的第一输入端与所述次级反馈信号监测单元的输出端相连，所述逻辑单元的第二输入端与所述初次级模式选择单元的输出端相连，所述逻辑单元在接收到所述次级模式选择信号之后，根据所述逻辑电压信号输出所述次级控制信号。
3.如权利要求2所述的开关电源的控制芯片，其特征在于，当所述误差放大信号大于第一基准电压时，所述初次级模式选择单元停止输出所述次级模式选择信号，所述控制芯片进入初级恒压控制模式。
4.如权利要求3所述的开关电源的控制芯片，其特征在于，所述初次级模式选择单元包括：
选通器，所述选通器的第一输入端与所述第一基准电压相连，所述选通器的第二输入端与所述第二基准电压相连，所述选通器的第三输入端与第一反相信号相连，所述选通器根据所述第一反相信号选通所述第一基准电压或所述第二基准电压，并输出选通信号；
迟滞比较器，所述迟滞比较器的阴极与所述误差放大器的输出端相连，所述迟滞比较器的阳极与所述选通器的输出端相连，所述迟滞比较器根据所述选通信号对所述误差放大信号进行迟滞比较，并输出迟滞比较信号；
第一反相器，所述第一反相器的输入端与所述迟滞比较器的输出端相连，所述第一反相器对所述迟滞比较信号进行反相，并输出所述第一反相信号；以及
与门，所述与门的第一输入端与所述第一反相器的输出端相连，所述与门的第二输入端与给定使能信号相连，所述与门对所述给定使能信号和所述第一反相信号进行逻辑与并输出次级模式选择信号。
5.如权利要求2所述的开关电源的控制芯片，其特征在于，所述次级反馈信号监测单元包括：
第一电阻，所述第一电阻的一端与所述电压源相连，所述第一电阻的另一端与所述次级反馈端相连；
比较器，所述比较器的阴极与所述第一电阻的另一端相连，所述比较器的阳极与第三基准电压相连，所述比较器根据第三基准电压对所述比较器的阴极电压进行比较，并输出比较信号；
第二反相器，所述第二反相器与所述比较器的输出端相连，所述第二反相器对所述比较信号进行反相，并输出第二反相信号；以及
第三反相器，所述第三反相器与所述第二反相器的输出端相连，所述第三反相器对所述第二反相信号进行反相，并输出所述逻辑电压信号。
6.如权利要求1所述的开关电源的控制芯片，其特征在于，还包括：
接收开关电源的主边过流电压信号的过流端；以及
过流保护模块，所述过流保护模块的第一输入端与所述恒压恒流控制模块的第二输出端相连，所述过流保护模块的第二输入端与所述过流端相连，所述过流保护模块的输出端与所述控制逻辑模块的第三输入端相连，所述过流保护模块根据所述恒压恒流控制模块输出的过流基准信号对所述主边过流电压信号进行比较以输出关闭信号。
7.如权利要求4所述的开关电源的控制芯片，其特征在于，还包括：
用于接收所述控制芯片的工作电压的电源端；
迟滞启动模块，所述迟滞启动模块的输入端与所述电源端相连，所述迟滞启动模块用于根据所述工作电压输出迟滞电压信号；以及
基准与偏置模块，所述基准与偏置模块分别与所述电源端和所述迟滞启动模块的输出端相连，所述基准与偏置模块用于根据所述迟滞电压信号输出偏置信号、所述给定基准电压、所述第一基准电压、所述第二基准电压和第三基准电压。
8.如权利要求1所述的开关电源的控制芯片，其特征在于，还包括地端和用于输出所述驱动信号的信号输出端。
9.一种开关电源，其特征在于，包括：
变压器，所述变压器包括初级绕组、次级绕组和反馈绕组；
初级反馈分压模块，所述初级反馈分压模块与所述反馈绕组相连，所述初级反馈分压模块根据所述反馈绕组输出的反馈电压生成所述初级反馈电压；
次级反馈比较模块，所述次级反馈比较模块与所述开关电源的输出电压相连，所述次级反馈比较模块用于反馈所述开关电源的输出电压，并生成所述次级反馈电流；
开关模块，所述开关模块的第一端与所述初级绕组相连；以及
如权利要求1-7任一项所述的开关电源的控制芯片，所述控制芯片的初级反馈端与所述初级反馈分压模块的输出端相连，所述控制芯片的次级反馈端与所述次级反馈比较模块的输出端相连，所述控制芯片的信号输出端与所述开关模块的控制端相连，所述控制芯片用于根据所述初级反馈电压和所述次级反馈电流控制所述开关模块的通断以调整所述开关电源的输出电压。
10.如权利要求9所述的开关电源，其特征在于，还包括：
启动模块，所述启动模块分别与所述初级绕组、所述反馈绕组和所述控制芯片相连，所述启动模块根据所述初级绕组的输入电压和所述反馈绕组输出的反馈电压生成启动电压以启动所述控制芯片；以及
过流反馈模块，所述过流反馈模块的一端分别与所述开关模块的第二端和所述控制芯片的过流端相连，所述过流反馈模块的另一端接地，所述过流反馈模块用于根据所述开关模块的输出信号生成主边过流电压信号，并反馈至所述控制芯片的过流端。
11.如权利要求9所述的开关电源，其特征在于，还包括：
初级整流滤波模块，所述初级整流滤波模块分别与交流电压、所述初级绕组和所述反馈绕组相连，所述初级整流滤波模块用于对所述交流电压进行整流滤波以生成初级直流电压；以及
次级整流滤波模块，所述次级整流滤波模块与所述次级绕组相连，所述次级整流滤波模块对所述次级绕组输出的次级电压进行整流滤波以生成所述开关电源的输出电压。
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