CN111146930A - 功率变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明揭露了一种功率变换器，通过在第二输出电路上串联副边开关管，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，使得原边开关管关断且副边开关管导通时续流电流全部流过第二输出电路的副边绕组，在副边开关管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***体积。并且，在一个开关周期内，所述第二控制电路控制所述副边开关管在所述原边开关管关断之前开始导通，以减小切换干扰。

Description

功率变换器
技术领域
本发明涉及电力电子领域，更具体的说，涉及一种功率变换器。
背景技术
现有技术中，应用于LED背光显示屏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***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功率变换器的电路示意图。如图1所示，多路输出的功率变换器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Ns2与原边绕组Np耦合。由于与原边绕组串联的原边开关管Q1受控地导通和关断，从而在副边绕组Ns2两端产生一方波电压，然后经过由二极管D2和电容C2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、开关管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13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Vs2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Ns1与原边绕组Np耦合，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，生成稳定的输出电压Vo2。表征输出电压Vo2的电压采样信号Vs1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Vs1和参考电压Vref控制开关管Q1的开关状态使得输出电压Vo2保持稳定。由此，图1所示的功率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***体积，不利于小型化。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种功率变换器，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***体积。
本发明提供了一种功率变换器，包括：
输入电路，包括串联连接在输入端和接地端的原边绕组和原边开关管；
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开关管；
第一控制电路，控制所述原边开关管的导通和关断以调节所述第一输出电路的输出参量；
第二控制电路，控制所述副边开关管的导通和关断以调节所述第二输出电路的输出参量；
其中，在第一状态下，一个开关周期内，所述副边开关管在所述原边开关管关断之前开始导通。
优选地，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，使得所述第一输出电路在所述副边开关管导通期间被截止。
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，所述副边开关管与所述第二副边绕组串联，所述副边开关管受控地导通和关断以使得输出电流保持恒定。
优选地，所述第二输出电路为恒压输出电路，还包括：
电压输出端口；
整流管，和所述副边开关管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，所述副边开关管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，在第一状态下，当所述原边开关管导通时，所述副边开关管也开始导通。
优选地，在第一状态下，所述第二控制电路控制所述副边开关管在所述原边开关管导通期间内导通。
优选地，在第一状态下，所述原边开关管和所述副边开关管具有相同的开关周期，所述第二控制电路控制所述副边开关管在所述原边开关管关断期间内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，在第一状态下，所述第二控制电路根据表征所述第一副边绕组电压或表征所述第二副边绕组电压的第一采样信号控制所述副边开关管的导通时刻。
优选地，在第二状态下，所述第二控制电路根据内部时钟产生电路产生的内部时钟信号控制所述副边开关管的导通时刻。
优选地，所述原边开关管导通后，当所述第一采样信号大于第一阈值时，所述副边开关管导通。
优选地，所述内部时钟产生电路包括第一电容，通过对第一电容的充电和放电产生内部时钟信号。
优选地，对第一电容进行充电，当第一电容上的电压大于第二阈值时，所述内部时钟信号为高电平，对所述第一电容进行放电，当所述第一电容上的电压小于第二阈值时，所述内部时钟信号为低电平，停止对所述第一电容进行放电。
优选地，所述第二控制电路根据电流采样信号、电流参考信号和表征所述第一副边绕组电压或表征所述第二副边绕组电压的第一采样信号或内部时钟信号调节所述副边开关管的占空比，以使得第二输出电路的输出电流保持恒定；
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。
优选地，所述第二控制电路根据电流采样信号和电流参考信号控制所述副边开关管的关断时刻。
优选地，所述第二控制电路根据电压采样信号、电压参考信号和表征所述第一副边绕组电压或表征所述第二副边绕组电压的第一采样信号或内部时钟信号调节所述副边开关管的占空比，以使得第二输出电路的输出电压保持恒定；
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。
优选地，所述第二控制电路根据电压采样信号和电压参考信号控制所述副边开关管的关断时刻。
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，所述第二输出支路还包括第五开关管，所述第五开关管和负载串联在所述电流输出端口，所述第五开关管的控制端接收电流强度调节信号，所述第五开关管根据所述电流强度调节信号调节所述电流输出端口的电流强度。
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，所述原边开关管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，所述原边开关管受控地导通和关断以使得输出电流保持恒定。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：本发明通过在第二输出电路上串联副边开关管，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，使得原边开关管关断且副边开关管导通时续流电流全部流过第二输出电路的副边绕组，在副边开关管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***体积。此外，在第一状态下，一个开关周期内，所述第二控制电路控制所述副边开关管在所述原边开关管关断之前开始导通，以减小切换干扰。
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功率变换器的电路示意图；
图2a为本发明第一实施例的功率变换器的电路示意图；
图2b为本发明第二实施例的功率变换器的电路示意图；
图2c为本发明第三实施例的功率变换器的电路示意图；
图3为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4为本发明第一实施例的导通信号生成电路的电路示意图；
图5为本发明第一实施例的功率变换器的示例性的工作波形图；
图6为本发明第四实施例的功率变换器的电路示意图；
图7a为本发明第五实施例的功率变换器的电路示意图；
图7b为本发明第六实施例的功率变换器的电路示意图；
图8为本发明第七实施例的功率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。
本发明提供了一种功率变换器，包括：
输入电路，包括串联连接在输入端和接地端的原边绕组和原边开关管；
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开关管；
第一控制电路，控制所述原边开关管的导通和关断以调节所述第一输出电路的输出参量；
第二控制电路，控制所述副边开关管的导通和关断以调节所述第二输出电路的输出参量；
其中，在第一状态下，一个开关周期内，所述副边开关管在所述原边开关管关断之前开始导通，以减小切换干扰。
优选的，在第一状态下，当所述原边开关管导通时，所述副边开关管也开始导通。进一步的，在第一状态下，所述第二控制电路控制所述副边开关管在所述原边开关管导通期间内导通。
在第一状态下，所述原边开关管和所述副边开关管具有相同的开关周期，所述第二控制电路控制所述副边开关管在所述原边开关管关断期间内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。
所述的第一状态为所述功率变换器工作在CCM或DCM等状态。
图2a是本发明第一实施例的功率变换器的电路示意图。如图2a所示，功率变换器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和原边开关管Q1。其中，原边绕组Np和原边开关管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开关管Q2。在第一状态下，一个开关周期内，所述副边开关管Q2在所述原边开关管Q1关断之前开始导通，以减小切换干扰。优选的，在第一状态下，当所述原边开关管导通时，所述副边开关管也开始导通。进一步的，在第一状态下，所述第二控制电路控制所述副边开关管在所述原边开关管导通期间内导通。
在原边开关管Q1关断且副边开关管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)，在副边开关管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被配置为在副边开关管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在原边开关管Q1关断且副边开关管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在原边开关管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，原边开关管Q1关断且副边开关管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Ns2释放，因此，第一副边绕组Ns1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Ns2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，副边开关管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，可以通过控制副边开关管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。并且，在本发明中，在第一状态下，一个开关周期内，所述副边开关管在所述原边开关管关断之前开始导通，以减小切换干扰。
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控制原边开关管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控制原边开关管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生成开关控制信号Vg1控制原边开关管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开关管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和副边开关管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和副边开关管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开关管Q2第一端之间，副边开关管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负载可以与整个功率变换器集成为一体。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。
进一步的，在优选的实施例中，如图2b所示的第二实施例的功率变换器的电路示意图，所述采样电阻连接在接地端和副边开关管Q2第一端之间，副边开关管Q2的第二端与第二副边绕组的一端连接，所述恒流输出电路的负载为LED负载，其连接在电流输出端口，所述LED的正端接地，以方便采样LED上的电压以进行判断LED短路和LED开路。在其他的实施例，也可以通过变动副边开关管Q2和采样电阻的位置，使得LED负端接地，也可以达到方便采样LED上的电压的效果。
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、表征期望输出电流的电流参考信号Vref2以及表征所述第一副边绕组电压或表征所述第二副边绕组电压的第一采样信号V11或内部时钟信号Clock1生成开关控制信号Vg2，来控制副边开关管Q2，以保持输出电流的平均值保持稳定。
具体的，第二控制电路根据所述电流采样信号VISEN和电流参考信号Vref2控制所述副边开关管的关断时刻，根据表征所述第一副边绕组电压或表征所述第二副边绕组电压的第一采样信号V11或内部时钟信号Clock1控制副边开关管的导通时刻。
如上所述，本发明实施例通过第二控制电路25控制副边开关管Q2的导通和关断，使得第一输出电路22和第二输出电路23在原边开关管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以及表征所述第一副边绕组电压或表征所述第二副边绕组电压的第一采样信号V11或内部时钟信号Clock1生成开关控制信号Vg2控制副边开关管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开关管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，可以根据电流强度调节信号(调光信号)调节电流参考信号Vref2以改变输出电流期望值，从而实现输出电流强度的调节。
在其他的实施例中，也可以为其他的方式进行LED负载调光，如图2c所示的第三实施例的功率变换器的电路示意图，在LED正极和地之间连接第五开关管Q5，所述第五开关管Q5的控制端接收电流强度调节信号Vg5，所述第五开关管Q5根据电流强度调节信号Vg5调节流过LED电流的强度。也可以在LED负极连接第五开关管，本发明不对此进行限制。
图3为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3所示，第二控制信号生成电路25a可以包括RS触发器RS1、导通信号生成电路25a1和比较器CMP。其中，导通信号生成电路25a1接收表征所述第一副边绕组电压或表征所述第二副边绕组电压的第一采样信号V11或内部时钟信号Clock1，生成导通信号Clock并输出到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。所述RS触发器的输出端输出开关控制信号Vg2。
本发明的功率变换器工作在第一状态，所述第一状态为CCM和DCM等正常工作的状态，此时，一个开关周期内，所述副边开关管在所述原边开关管关断之前开始导通，优选的，所述原边开关管导通期间导通后，所述副边开关管也开始导通。所述原边开关管导通后，所述第一副边绕组的电压迅速升高，故根据表征所述第一副边绕组电压或表征所述第二副边绕组电压的第一采样信号V11控制所述副边开关管的导通时刻。当第一采样信号V11达到第一阈值Vr1，则认为此时原边开关管未关断(或所述原边开关管开通)，则此时开通所述副边开关管；当所述第一采样信号V11未达到第一阈值Vr1时，可以根据内部时钟信号Clock1控制所述副边开关管的导通时刻，也可以控制此时的副边开关管不导通，本发明对此不进行限制。
当功率变换器工作在第二状态，所述第二状态为burst状态，此时电路超级轻载，第一采样信号V11不能达到第一阈值Vr1，故根据内部时钟信号Clock1控制所述副边开关管的导通时刻。
图4给出了本发明第一实施例的导通信号生成电路的电路示意图；所述的导通信号生成电路25a1包括比较器CMP1和内部时钟产生电路25a11，所述内部时钟产生电路生成内部时钟信号Clock1，所述比较器CMP1的第一输入端接收表征所述第一副边绕组Ns1电压的第一采样信号V11，其第二输入端接收第一阈值Vr1，所述比较器CMP1的输出端和所述内部时钟产生电路的输出端连接到或门的输入端，所述或门的输出端输出导通信号Clock。
在图4中电阻R3和电阻R4串联在所述第一副边绕组Ns1的一端和地之间，所述第一采样信号V11为电阻R3和电阻R4的公共端电压。本发明对比不进行限制，可以通过任意方式得到表征所述第一副边绕组Ns1电压的第一采样信号V11。
所述内部时钟产生电路25a11包括第一电容C11，通过对第一电容C11的充电和放电产生内部时钟信号Clock1。
对第一电容C11进行充电，当第一电容C11上的电压大于第二阈值Vr2时，所述内部时钟信号为高电平，对所述第一电容C11进行放电，当所述第一电容C11上的电压小于第二阈值Vr2时，所述内部时钟信号为低电平，停止对所述第一电容C11进行放电。其中，第二阈值Vr2大于第一阈值Vr1。
具体的，所述内部时钟生成电路25a11还包括比较器CMP2、电流源I11、开关S11和第一电容C11，所述第一电容C11、电流源I11和开关S11并联构成并联结构，所述并联结构的高电位端连接所述比较器CMP2的第一输入端，所述比较器的第二输入端接收第二阈值Vr2，所述比较器的输出端连接所述或门的输入端，所述或门的输出端经过Buffer连接到所述开关S11的控制端。所述并联结构的地电位端可以为地电位也可以为电压VTN(第二阈值Vr2大于VTN)，本发明不对此进行限制。所述Buffer用于增强驱动能力。
所述内部时钟生成电路25a11还包括二极管D11，所述二极管和所述并联结构并联，所述二极管的阴极连接所述并联结构的高电位端。
所述内部时钟生成电路25a11不限定为上述的结构，其他的生成内部时钟Clock1的方式均在本发明的保护范围内。
此外，图3中所述周期性的斜坡信号Vramp可以采用其他另外的电路产生，也可以根据内部时钟生成电路25a11产生，所述内部时钟生成电路25a1中所述并联结构高电位端的电压信号可以作为图3中所述周期性的斜坡信号Vramp。
需要说明的是，图4中的第一采样信号V11是通过采样表征所述第一副边绕组Ns1电压，所述第一采样信号V11也可以是通过采样表征所述第二副边绕组Ns2的电压，例如通过采样本发明图1所示的第一实施例中的第二副边绕组非同名端的电压并进行分压作为第一采样信号V11。故本发明对于第一采样信号V11不进行限制，只要可以表征第一副边绕组或第二副边绕组的电压均在本发明的保护范围内。其次，还需要说明的是，在选择第一采样信号V11不同时，第一阈值Vr1不同，故本发明中的第一阈值Vr1在第一采样信号V11不同时，指代的是不同的值。
图5是本发明第一实施例的功率变换器的示例性的工作波形图。其中，所述功率变换器工作在第一工作状态，如图5所示，在时刻t0至时刻t1，开关控制信号Vg1为高电平，此时原边开关管Q1导通，流过原边绕组Np的电流Ip由零开始上升。检测到第一采样信号V11达到第一阈值Vr1(由于原边导通后表征所述第一副边绕组电压或表征所述第二副边绕组电压的第一采样信号V11很快达到第一阈值Vr1，故可以认为原、副边开关管同时导通)，则图3中的RS触发器被置位，开关控制信号Vg2也为高电平，此时，副边开关管Q2也导通，但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。
需要的说明是，图5中在原边开关管Q1导通期间副边开关管Q2也导通仅为一个实施例，在第一状态下，一个开关周期内，所述副边开关管Q2在所述原边开关管Q1关断之前开始导通，均在本发明的保护范围内。
在t1时刻，开关控制信号Vg1切换为低电平，原边开关管Q1被关断。
从时刻t1至时刻t2，副边开关管Q2保持导通，如上所述，在副边开关管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，开关控制信号Vg2切换为低电平。
从时刻t2至时刻t3，开关控制信号Vg1保持为低电平，原边开关管保持关断，同时，开关控制信号Vg2保持为低电平，副边开关管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，开关控制信号Vg1切换为高电平，原边开关管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所示的第二控制信号生成电路、图4所示的导通信号生成电路和图5所示的工作波形仅为示例，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控制副边开关管Q2先关断，使第一输出电路22先续流，然后再控制副边开关管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开关管，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，使得原边开关管关断且副边开关管导通时续流电流全部流过第二输出电路的副边绕组，副边开关管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***体积。同时，在第一状态下，一个开关周期内，所述第二控制电路控制所述副边开关管在所述原边开关管关断之前开始导通，以减小切换干扰。且本发明可以适用于CCM、BCM、DCM、burst等多种工作状态。
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对原边开关管进行控制，也可以基于总的输出电压对原边开关管进行控制。
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，在根据本实施例的功率变换器中，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开关管，使得多个第二输出电路在原边开关管保持关断期间同时或分时续流以保持输出恒定的电流。
图6为本发明第四实施例的功率变换器的电路示意图；如图6所示，功率变换器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。第二输出电路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和副边开关管Q2i(i＝1～N,N为大于等于2的整数)。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。在任意数量的副边开关管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。通过控制副边开关管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6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)和副边开关管Q2i的第一端之间。副边开关管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，只要副边开关管Q2i和电流采样电路Rsi串联在输出支路中即可。
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以驱动的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以及表征所述第一副边绕组电压或表征所述第二副边绕组电压的第一采样信号V11或内部时钟信号Clock1生成开关控制信号Vg2i。开关控制信号Vg2i用于控制对应副边开关管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3和图4所示的电路结构实现。应理解，以上第二控制电路55ai的结构仅为示例，能够根据输出电压控制副边开关管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中电流参考信号Vref2i以改变输出电流期望值，从而实现输出电流强度的调节。
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开关管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原边开关管进行控制，也可以基于总的输出电压原边开关管进行控制。
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开关管，使得多个第二输出电路在原边开关管保持关断期间同时或分时续流以保持输出恒定的电流。
图7a是本发明第五实施例的功率变换器的电路示意图。如图7a所示，功率变换器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与第一实施例的输入电路具有相同的结构，在此不再赘述。
与第一实施例不同，在本实施例中，第一输出电路62为恒流输出电路，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，直接获取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。电流采样电路也可以有其他的连接方式，如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控制原开关管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。
进一步的，在其他的实施例中，也可以为其他的方式进行LED负载调光，在LED正极和地之间连接第五开关管Q5，所述第五开关管Q5的控制端接收电流强度调节信号Vg5，所述第五开关管Q5根据电流强度调节信号Vg5调节LED电流的强度。也可以在LED负极连接第五开关管，本发明不对此进行限制。
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Verr3生成开关控制信号Vg3控制原边开关管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开关管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、副边开关管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和副边开关管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，副边开关管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。图7a中，所述副边开关管Q4还可以连接在电压输出端口的高电位端和第二副边绕组Ns2之间，在其他实施例中，如图7b本发明第五实施例的功率变换器的电路示意图所示，所述副边开关管Q4还可以连接在电压输出端口的低电位端和第二副边绕组Ns2之间。
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和表征所述第一副边绕组电压或表征所述第二副边绕组电压的第一采样信号V11或内部时钟信号Clock1生成开关控制信号Vg4控制副边开关管Q4。
具体的，第二控制电路根据所述电压采样信号Vs4和电压参考信号Vref4生成的误差补偿信号Verr4控制所述副边开关管的关断时刻，根据所述所述第一副边绕组电压的第一采样信号V11或内部时钟信号Clock1控制副边开关管的导通时刻。
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用于根据误差补偿信号Verr4和表征所述第一副边绕组电压或表征所述第二副边绕组电压的第一采样信号V11或内部时钟信号Clock1生成开关控制信号Vg4控制副边开关管Q4。
本实施例中的所述第二控制信号生成电路65a可以优选采用如图3和图4所示的电路结构实现。
由此，通过控制副边开关管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***工作效率，减小了***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。具体的，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。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开关管，使得多个第二输出电路在原边开关管保持关断期间同时或分时续流以保持输出恒定的电压。
图8是本发明第七实施例的功率变换器的电路示意图。如图8所示，功率变换器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与第五实施例相同，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，与第五实施例不同，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和副边开关管Q4i(i＝1～N,N为大于等于2的整数)，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，副边开关管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。
在任意数量的副边开关管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开关管Q4i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以及表征所述第一副边绕组电压或表征所述第二副边绕组电压的第一采样信号V11或内部时钟信号Clock1生成开关控制信号Vg4i，开关控制信号Vg4i用于控制对应副边开关管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3和图4所示的电路结构实现。应理解，以上第二控制电路75的结构仅为示例，能够根据输出电压控制副边开关管以实现恒流输出的控制电路均可以应用于本实施例。
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开关管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开关管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。
虽然以上将实施例分开说明和阐述，但涉及部分共通之技术，在本领域普通技术人员看来，可以在实施例之间进行替换和整合，涉及其中一个实施例未明确记载的内容，则可参考有记载的另一个实施例。
依照本发明实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (20)

1.一种功率变换器，其特征在于，包括：
输入电路，包括串联连接在输入端和接地端的原边绕组和原边开关管；
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开关管；
第一控制电路，控制所述原边开关管的导通和关断以调节所述第一输出电路的输出参量；
第二控制电路，控制所述副边开关管的导通和关断以调节所述第二输出电路的输出参量；
其中，在第一状态下，一个开关周期内，所述副边开关管在所述原边开关管关断之前开始导通。
2.根据权利要求1所述的功率变换器，其特征在于：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，使得所述第一输出电路在所述副边开关管导通期间被截止。
3.根据权利要求1所述的功率变换器，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，所述副边开关管与所述第二副边绕组串联，所述副边开关管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1所述的功率变换器，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；
整流管，和所述副边开关管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，所述副边开关管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。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的功率变换器，其特征在于：在第一状态下，当所述原边开关管导通时，所述副边开关管也开始导通。
6.根据权利要求1-4任意一项所述的功率变换器，其特征在于：在第一状态下，所述第二控制电路控制所述副边开关管在所述原边开关管导通期间内导通。
7.根据权利要求1-4任意一项所述的功率变换器，其特征在于：在第一状态下，所述原边开关管和所述副边开关管具有相同的开关周期，所述第二控制电路控制所述副边开关管在所述原边开关管关断期间内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。
8.根据权利要求1-4任意一项所述的功率变换器，其特征在于：在第一状态下，所述第二控制电路根据表征所述第一副边绕组电压或表征所述第二副边绕组电压的第一采样信号控制所述副边开关管的导通时刻。
9.根据权利要求1-4任意一项所述的功率变换器，其特征在于：在第二状态下，所述第二控制电路根据内部时钟产生电路产生的内部时钟信号控制所述副边开关管的导通时刻。
10.根据权利要求8所述的功率变换器，其特征在于：所述原边开关管导通后，当所述第一采样信号大于第一阈值时，所述副边开关管导通。
11.根据权利要求9所述的功率变换器，其特征在于：所述内部时钟产生电路包括第一电容，通过对第一电容的充电和放电产生内部时钟信号。
12.根据权利要求11所述的功率变换器，其特征在于：对第一电容进行充电，当第一电容上的电压大于第二阈值时，所述内部时钟信号为高电平，对所述第一电容进行放电，当所述第一电容上的电压小于第二阈值时，所述内部时钟信号为低电平，停止对所述第一电容进行放电。
13.根据权利要求3所述的功率变换器，其特在在于：所述第二控制电路根据电流采样信号、电流参考信号和表征所述第一副边绕组电压或表征所述第二副边绕组电压的第一采样信号或内部时钟信号调节所述副边开关管的占空比，以使得第二输出电路的输出电流保持恒定；
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。
14.根据权利要求13所述的功率变换器，其特征在于：所述第二控制电路根据电流采样信号和电流参考信号控制所述副边开关管的关断时刻。
15.根据权利要求4所述的功率变换器，其特征在于：所述第二控制电路根据电压采样信号、电压参考信号和表征所述第一副边绕组电压或表征所述第二副边绕组电压的第一采样信号或内部时钟信号调节所述副边开关管的占空比，以使得第二输出电路的输出电压保持恒定；
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。
16.根据权利要求15所述的功率变换器，其特征在于：所述第二控制电路根据电压采样信号和电压参考信号控制所述副边开关管的关断时刻。
17.根据权利要求13所述的功率变换器，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。
18.根据权利要求3所述的功率变换器，其特征在于：所述第二输出支路还包括第五开关管，所述第五开关管和负载串联在所述电流输出端口，所述第五开关管的控制端接收电流强度调节信号，所述第五开关管根据所述电流强度调节信号调节所述电流输出端口的电流强度。
19.根据权利要求3所述的功率变换器，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，所述原边开关管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。
20.根据权利要求4所述的功率变换器，其特征在于，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，所述原边开关管受控地导通和关断以使得输出电流保持恒定。
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