CN110896270A - 一种准谐振控制电路及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种准谐振控制电路及方法，在开关电源处于空载、中载、重载任一状态时，可通过模式判断模块进行工作模式判断，即判断工作在DCM断续模式和或CCM连续模式，从而实现在上述任一状态下均可开启准谐振功能，进一步提高开关电源效率，解决因开关电源处于重载时无法开启准谐振功能的问题。
Description
技术领域
本发明涉及开关电源领域，尤涉及一种准谐振控制电路及方法。
背景技术
反激式变压器开关电源，是指当变压器的初级线圈正好被直流脉冲电压激励时，变压器的次级线圈没有向负载提供功率输出，而仅在变压器初级线圈的激励电压被关断后才向负载提供功率输出，这种变压器开关电源称为反激式开关电源。副边反馈的反激式开关电源特点在于其内部变压器采用副边反馈的反激结构形式，该结构的开关电源有两种工作模式，即CCM (ContinuousConductionMode)模式(连续模式)和DCM(DiscontinuousConductionMode)模式(断续模式)，其中CCM模式下在一个开关周期内，变压器原边电流从不会0，DCM模式下在一个开关周期内，变压器原边电流总会0。
在使用反激式开关电源的过程中，有时候需要根据需要开启QR模式， QR模式也叫做反激准谐振模式，其实是DCM的一种，是指当磁芯能量完全释放完毕后，变压器的初级电感和MOS的结电容进行谐振，MOS结电容放电到最低值时，初级的开关管导通。由于准谐振工作模式为DCM模式的一种，只有在副边反馈的反激式开关电源工作在DCM模式(断续模式)下，可以实现准谐振工作模式，能够提高电源的效率，提高开关管的转化效率和降低EMI干扰。
由于反激式开关电源在重载下有可能进入CCM模式(连续模式)，而在CCM模式下是不允许QR功能开启的，现有技术中通过将开关电源输出电压与某一阈值电压比较输出数字信号来决定是否由准谐振信号作为驱动信号驱动开关管(即采用FB脚电压判定反激式开关电源当前负载是重载还是轻载)，由于该技术仅通过判断反激式开关电源处于轻载和中载来控制准谐振工作模式的开启和关闭，副边反馈的反激式开关电源仅能在轻载和中载时开启QR功能，而重载和满载下，QR功能关闭。
发明人在实现本发明的过程中发现，重载有时也会是DCM模式(断续模式)，可允许QR功能存在，因此现有技术因此无法准确开启准谐振工作模式(QR功能)。
由此可见，如何通过判断变压器原边是否处于DCM模式(断续模式) 下来控制QR功能的开启和关闭，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种准谐振控制电路及方法，能够实现针对反激式开关电源的工作模式进行准确的识别以及判断，从而确保在重载也可开启准谐振工作模式。
具体的，本发明公开了一种准谐振控制方法，应用于反激式开关电源的控制电路中，该方法包括：
当检测到为低电平信号的DRV/gate信号时，获取在所述DRV/gate信号转为所述高电平信号前的过零信号；
若获取所述过零信号，输出使所述反激式开关电源处于DCM(断续模式) 工作模式下；
若未获取所述过零信号，输出所述反激式开关电源处于CCM(连续模式) 工作模式下。
优选的，感测反激式开关电源副边分压电压获得表征过零点的过零信号；
优选的，输出使所述反激式开关电源处于CCM(连续模式)工作模式下时，输出具有开关频率的时钟信号以获得所述DRV/gate信号；
优选的，输出所述反激式开关电源处于DCM(断续模式)工作模式下时，输出具有开关频率的准谐振信号以获得所述DRV/gate信号；
相应的，本发明还公开了一种准谐振控制电路，包括过零检测模块、时钟模块，还包括，
模式判断模块，连接至所述过零模块和所述逻辑控制模块之间，用于当检测到为低电平信号的DRV/gate信号时，根据感测的所述过零模块输出的过零信号，输出DCM断续模式信号和或CCM连续模式信号；
逻辑控制模块，根据接收的所述CCM连续模式信号和或DCM断续模式信号，输出准谐振信号和或时钟信号；
优选的，所述模式判断模块，通过如下任一或其任意组合对所述过零信号和所述驱动信号进行逻辑判断，输出CCM连续模式或DCM断续模式信号： RS触发器、D触发器、JK触发器、T触发器和T’触发器；
优选的，所述模式判断模块通过如下方式实现开关电源DCM断续模式和或实CCM连续模式判断：
当检测到为低电平信号的DRV/gate信号时，所述过零检测模块感测到过零信号时，根据感测的过零信号，所述模式判断模块输出DCM断续模式信号；
当检测到为低电平信号的DRV/gate信号时，所述过零检测模块未感测到过零信号时，所述模式判断模块输出CCM连续模式信号。
优选的，还包括：
谷底导通模块，与所述模式判断模块并联被配置在所述过零检测模块与所述逻辑控制模块之间，当电路工作在所述DCM(断续模式)工作模式时，用于将接收所述时钟模块产生的时钟信号后获得的第一个过零信号作为准谐振信号输出至所述逻辑控制模块。
优选的，所述时钟模块分别输出至所述逻辑控制模块和导通模块，当电路工作在所述CC(连续模式)工作模式时，输出时钟信号至所述逻辑控制模块。
优选的，所述逻辑控制模块直接连接至驱动模块，根据所述的准谐振信号和或时钟信号输出DRV/Gate驱动信号。
由此可见，通过应用本发明的一种准谐振控制电路及方法，在开关电源处于空载、中载、重载任一状态时，可通过模式判断模块进行工作模式判断，即判断工作在DCM断续模式和或CCM连续模式，从而实现在上述任一状态下均可开启准谐振功能，进一步提高开关电源效率，解决因开关电源处于重载时无法开启准谐振功能的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1所示为本发明的一种准谐振控制方法；
图2所示为本发明模式判断模块电路图；
图3所示为本发明一种开关电源开启准谐振功能的控制电路工作波形图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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他实施例，都属于本申请保护的范围。
参考图1所述实施例，一种准谐振控制方法，应用于反激式开关电源的控制电路中，该方法包括：
当检测到为低电平信号的DRV/gate信号时，获取在所述DRV/gate信号转为所述高电平信号前的过零信号Valley；
若获取所述过零信号Valley，输出使所述反激式开关电源处于DCM(断续模式)工作模式下；
若未获取所述过零信号Valley，输出所述反激式开关电源处于CCM(连续模式)工作模式下。
上述实施例的反激式开关电源，在开关电源变压器功率开关输出低电平时，即开关电源处于振荡阶段，功率开关处于截止状态下，通过感测变压器辅助绕组分压电压过零点输出过零信号Valley，当感测到过零信号Valley时，说明开关电源工作在DCM模式下；当在开关电源处于振荡阶段，功率开关处于截止状态下，通过感测变压器辅助绕组分压电压未获得过零信号Valley 则说明开关电源工作在CCM模式下。
需要说明的是，上述方法进行开关电源模式判断与现有技术通过将开关电源输出电压与某一阈值电压比较输出数字信号来决定是否由准谐振信号作为驱动信号驱动开关管(即采用FB脚电压判定反激式开关电源当前负载是重载还是轻载)不同，这是因为，本公开对开关电源工作模式的判断不局限于轻载或中载状态下，而是在重载情况下也可进行DCM模式和CCM模式判断，进一步提高开关电源效率，解决因开关电源处于重载时无法开启准谐振功能的问题。
更进一步的是，上述实施例是通过过零信号实现开关电源处于DCM模式和CCM模式的判断，也可通过感测输出/输入电压或电流变化实开关电源 DCM模式和CCM模式，或可通过外接电路实现开关电源电压或电流变化进行DCM模式和CCM模式判断。
另一实施例，本公开的过零信号是通过感测反激式开关电源副边分压电压过零点来获得所述的过零信号Valley，是因为，反激式开关电源副边绕组上感测的电压信号Vaux与开关电源变压器功率开关漏极输入电压Vds波形变化一致，而其电压值大小可通过改变开关电源变压器内部绕组匝数比实现，因此通过感测Vaux的过零点可实现对开关电源变压器功率开关过零点的检测。
另一实施例，当输出使所述反激式开关电源处于CCM(连续模式)工作模式下时，输出具有开关频率的时钟信号CLK以获得所述DRV/gate信号。
上述实施例，当反激式开关电源处于CCM(连续模式)工作模式下时，无法开启准谐振模式，因此开关电源变压器功率开关驱动信号由输出的时钟信号CLK进行控制。
需要说明的是，所述时钟信号CLK其功能为实现功率开关的导通或截止，因此在开关处于CCM(连续模式)时，也可通过输出其他具有开关频率的控制信号实现功率开关的导通或截止。
另一实施例，输出所述反激式开关电源处于DCM(断续模式)工作模式下时，输出具有一定频率的准谐振信号QR以获得所述DRV/gate信号。
上述实施例当反激式开关电源处于DCM(断续模式)工作模式下时，说明开关电源可开启QR模式，在此工作模式下，当获取到时钟信号CLK说明开关电源变压器进入下一个周期，即需要导通其功率开关，而之后获得的第一个过零信号Valley说明功率开关结电容放电到最低值，此时导通功率开关则其损耗最低、EMI影响最小。
参考图2所示实施例一种准谐振控制电路，包括过零检测模块1、时钟模块4，还包括，
模式判断模块2，连接至所述过零检测模块1和所述逻辑控制模块5之间，用于当检测到为低电平信号的DRV/gate信号时，根据感测的所述过零检测模块1输出的过零信号Valley，输出DCM断续模式信号和或CCM连续模式信号；
逻辑控制模块5，根据接收的所述CCM连续模式信号和或DCM断续模式信号，输出准谐振信号QR和或时钟信号clk；
上述实施例，模式判断模块2接收所述DRV/Gate信号和过零信号 Valley，当感测的DRV/Gate信号处于低电平即开关电源变压器功率开关截止，接收到过零信号Valley时，则输出DCM断续模式信号至逻辑判断模块 5；当未接收到过零信号Valley时，输出CCM连续模式信号逻辑判断模块5，从而实现开关电源工作模式的判断。
上述实施例中通过模式判断模块1可以实现开关电源工作模式的判断，即判断其工作在CCM连续模式下和或DCM断续模式下，该工作模式的判断不受开关电源工作输出状态的影响，也就是说，开关电源在任何输出状态下，在DCM断续模式下，均可开启准谐振功能。
需要说明的是，上述实施例进一步提高了开关电源的效率，降低开关电源内开关管的开关损耗和EMI影响。这是因为，开关电源内开关管导通或关断在准谐振模式下，其开关管的开关损耗最低、EMI影响减小。本公开实现了开关电源在任何输出状态下均可开启准谐振功能，相比于现有技术仅能在输出状态为轻载或中载时开启准谐振功能，有助于进一步降低开关管的开关损耗、EMI影响。
另一实施例，所述模式判断模块，通过如下任一或其任意组合对所述过零信号Valley和所述驱动信号DRV进行逻辑判断，输出CCM连续模式或 DCM断续模式信号：RS触发器、D触发器、JK触发器、T触发器和T’触发器。
对于该实施例而言，其目的通过接收的过零信号Valley和驱动信号DRV 触发预设的时序逻辑，从而输出逻辑判断结果。能够理解，可根据实际需求可选用不同的RS触发器和/或D触发器和/或触发器和/或T触发器和/或T’触发器。
另一实施例，所述模式判断模块2通过如下方式实现开关电源DCM断续模式和或实CCM连续模式判断：
当检测到为低电平信号的DRV/gate信号时，所述过零检测模块1感测到过零信号Valley时，根据感测的过零信号Valley，所述模式判断模块2输出DCM断续模式信号；
当检测到为低电平信号的DRV/gate信号时，所述过零检测模块1未感测到过零信号Valley时，所述模式判断模块输出CCM连续模式信号。
上述实施例在开关电源变压器功率开关输出低电平时，即开关电源处于振荡阶段，功率开关处于截止状态下，通过感测变压器辅助绕组分压电压过零点输出过零信号Valley，当感测到过零信号Valley时，说明开关电源工作在DCM模式下；当在开关电源处于振荡阶段，功率开关处于截止状态下，通过感测变压器辅助绕组分压电压未获得过零信号Valley则说明开关电源工作在CCM模式下。
另一实施例，谷底导通模块3，与所述模式判断模块2并联被配置在所述过零检测模块1与所述逻辑控制模块5之间，当电路工作在所述DCM(断续模式)工作模式时，用于将接收所述时钟模块4产生的时钟信号CLK后获得的第一个过零信号Valley作为准谐振信号QR输出至所述逻辑控制模块5。
上述市实施例，在开关电源处于DCM模式下，谷底导通模块3接收过零信号Valley和时钟信号CLK输出准谐振信号QR。当谷底导通模块3接收到时钟信号CLK时，说明开关电源变压器进入下一个周期，即需要导通其功率开关，而之后获得的第一个过零信号Valley说明功率开关结电容放电到最低值，此时导通功率开关则其损耗最低、EMI影响最小，因此其将输出准谐振信号QR至逻辑控制信号从而导通功率开关。
另一实施例，所述时钟模块4分别输出至所述逻辑控制模块5和谷底导通模块3，当电路工作在所述CCM(连续模式)工作模式时，输出时钟信号至所述逻辑控制模块。
需要说明的是，当电路工作在所述CCM(连续模式)工作模式时，说明开关电源无法开启准谐振功能，因此其功率开关导通将由时钟信号CLK发出。
另一实施例，所述逻辑控制模块5直接连接至驱动模块，根据所述的准谐振信号QR和或时钟信号CLK输出DRV/Gate驱动信号。
需要说明的是，逻辑控制模块5根据接收的模式信号，处于CCM(连续模式)时，连接时钟信号CLK至驱动模块；当DCM(断续模式)时，其将连接谷底导通模块3与驱动模块，从而实现不同的输出信号作为DRV/Gate 驱动信号。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不驱使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种准谐振控制方法，应用于反激式开关电源的控制电路中，其特征在于，该方法包括：
当检测到为低电平信号的DRV/gate信号时，获取在所述DRV/gate信号转为所述高电平信号前的过零信号；
若获取所述过零信号，输出使所述反激式开关电源处于DCM(断续模式)工作模式下；
若未获取所述过零信号，输出所述反激式开关电源处于CCM(连续模式)工作模式下。
2.如权利要求1所述的一种准谐振控制方法，其特征在于，感测反激式开关电源副边分压电压获得表征过零点的过零信号。
3.如权利要求1或2所述的一种准谐振控制方法，其特征在于，
输出使所述反激式开关电源处于CCM(连续模式)工作模式下时，输出具有开关频率的时钟信号以获得所述DRV/gate信号。
4.如权利要求1或2所述的一种准谐振控制方法，其特征在于，
输出所述反激式开关电源处于DCM(断续模式)工作模式下时，输出具有开关频率的准谐振信号以获得所述DRV/gate信号。
5.一种准谐振控制电路，包括过零检测模块、时钟模块，其特征在于还包括，
模式判断模块，连接至所述过零模块和所述逻辑控制模块之间，用于当检测到为低电平信号的DRV/gate信号时，根据感测的所述过零模块输出的过零信号，输出DCM断续模式信号和或CCM连续模式信号；
逻辑控制模块，根据接收的所述CCM连续模式信号和或DCM断续模式信号，输出准谐振信号和或时钟信号。
6.如权利要求5所述的一种准谐振控制电路，其特征在于，
所述模式判断模块，通过如下任一或其任意组合对所述过零信号和所述驱动信号进行逻辑判断，输出CCM连续模式或DCM断续模式信号：RS触发器、D触发器、JK触发器、T触发器和T’触发器。
7.如权利要5或6所述的一种准谐振控制电路，其特征在于，
所述模式判断模块通过如下方式实现开关电源DCM断续模式和或实CCM连续模式判断：
当检测到为低电平信号的DRV/gate信号时，所述过零检测模块感测到过零信号时，根据感测的过零信号，所述模式判断模块输出DCM断续模式信号；
当检测到为低电平信号的DRV/gate信号时，所述过零检测模块未感测到过零信号时，所述模式判断模块输出CCM连续模式信号。
8.如权利要求5所述的一种准谐振控制电路，其特征在于，还包括：
谷底导通模块，与所述模式判断模块并联被配置在所述过零检测模块与所述逻辑控制模块之间，当电路工作在所述DCM(断续模式)工作模式时，用于将接收所述时钟模块产生的时钟信号后获得的第一个过零信号作为准谐振信号输出至所述逻辑控制模块。
9.如权利要求5所述的一种准谐振控制电路，其特征在于，
所述时钟模块分别输出至所述逻辑控制模块和导通模块，当电路工作在所述CC(连续模式)工作模式时，输出时钟信号至所述逻辑控制模块。
10.如权利要求9或8所述的一种准谐振控制电路，其特征在于，所述逻辑控制模块直接连接至驱动模块，根据所述的准谐振信号和或时钟信号输出DRV/Gate驱动信号。
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| CN201910951463.9A CN110896270A (zh) | 2019-10-08 | 2019-10-08 | 一种准谐振控制电路及方法 |
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| CN (1) | CN110896270A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112202341A (zh) * | 2020-10-20 | 2021-01-08 | 陕西亚成微电子股份有限公司 | 一种准谐振控制方法及电路 |
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2019
- 2019-10-08 CN CN201910951463.9A patent/CN110896270A/zh active Pending
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