CN113725819B - 一种反激电路及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种反激电路及其控制方法，采样电阻第一端连接主功率管，第二端接***地端，反激电路的控制电路的参考地端连接所述采样电阻和所述主功率管的公共连接端，所述采样电阻第二端电压为第一负压，在第一负压的基础上叠加偏置电压，得到第一电压；根据所述第一电压得到输出电流预估信号；当所述输出电流预估信号大于第一参考电压时，启动输出电流过流保护。本发明可以灵活的设置过流保护点，方便***参数设计，并能精准的实现过流保护。

Description

一种反激电路及其控制方法
技术领域
本发明涉及电力电子领域，特别涉及一种反激电路及其控制方法。
背景技术
现有技术中，适配器和充电器的输出过流保护方法，通常在反激电路的控制器中通过OPP(过功率保护)实现。但是输出过流保护的精度通常做的比较差，尤其在不同输入电压下，输出过流保护点变化比较大，且在高输入电压下的输出过流保护点比较高，通常需要加入输入电压进行补偿,但是也没有办法做到很好的精度。
现有技术方案，以反激变换器为例，控制器采用如图1的***电路，通过CS引脚采样到表征电感峰值电流的峰值电压，并通过辅助绕组分压(如图1VS PIN)得到副边二极管导通的区间。将副边导通区间的峰值电压在整个开关周期内做低通滤波，得到表征平均输出电流的信号，此信号与内部阈值做比较，决定是否响应OCP保护。
传统方法设定的输出过流保护点为以下：，其中N是变压器原副边匝比，RCS是原边电流采样电阻，Vocp是内部过流保护电路设定阈值。N受输入电压和输出电压，原副边功率器件的电压比值规格决定，不好任意设定。Vocp是反激电路控制器芯片内部设定的固定值。RCS＝Vcs_max/Ipk_max,其中Vcs_max控制器内部设定固定值，Ipk_max取决于***的功率设计，也是相对比较确定的值，所以RCS也是比较确定的值，也不好任意设定。根据以上，可见输出过流保护点设定比较不灵活，没有一个灵活变量可设，导致应用中设计会受到限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种可灵活实现输出电流过流保护的反激电路及其控制方法，解决了现有技术中输出电流过流保护点设定比较不灵活的问题。
基于上述目的，本发明提供了一种反激电路，包括控制电路和原边的主功率管，所述控制电路用以控制原边主功率管，采样电阻第一端连接所述主功率管，所述采样电阻第二端连接***地端，其特征在于：所述控制电路的参考地端连接所述主功率管和所述采样电路的公共连接端，
所述反激电路还包括第一调节电路，所述第一调节电路第一端接所述采样电阻第二端，所述第一调节电路的第二端连接所述控制电路采样端，所述控制电路通过偏置电流流经所述第一调节电路，所述第一调节电路的第二端电压为第一电压，
所述控制电路包括过流保护电路，所述过流保护电路接收所述第一电压，并根据所述第一电压获得输出电流预估信号，当所述输出电流预估信号大于第一参考电压时，输出过流保护信号以启动输出电流过流保护。
可选的，所述第一调节电路为第一电阻。
可选的，所述过流保护电路包括：
检测电路，在反激电路的同步整流管导通期间，所述检测电路检测第一电压并输出，得到其输出信号；
滤波电路，接收所述检测电路的输出信号，得到所述输出电流预估信号；
第一比较器，第一输入端接收所述输出电流预估信号，第二输入端接收第一参考电压，输出过流保护信号；当所述输出电流预估信号大于所述第一参考电压时，所述过流保护信号控制过流保护启动。
可选的，通过调节所述采样电阻和所述第一电阻的阻值比来控制原边电感的峰值电流。
可选的，通过调节所述采样电阻的阻值来调节所述第一电压，从而调节所述输出电流预估信号。
可选的，所述偏置电流随着反激电路输出电压的反馈信号变大而阶梯式变大。
可选的，所述控制器还包括第二比较器，其第一输入端接收所述第一电压，其第二输入端接收第二参考电压，其输出端输出第一控制信号；当所述第一电压小于所述第二参考电压时，所述第一控制信号控制所述主功率管关断。
可选的，所述控制电路还包括逻辑处理电路和驱动电路，所述逻辑处理电路接收所述过流保护信号，经逻辑处理后得到逻辑控制信号，所述逻辑控制信号通过所述驱动电路驱动所述主功率管的开关动作。
本发明还提供一种反激电路的控制方法，所述反激电路包括原边的主功率管，采样电阻第一端连接主功率管，第二端接***地端，反激电路的控制电路的参考地端连接所述采样电阻和所述主功率管的公共连接端，所述采样电阻第二端电压为第一负压，在第一负压的基础上叠加偏置电压，得到第一电压；
根据所述第一电压获得输出电流预估信号，当所述输出电流预估信号大于第一参考电压时，启动输出电流过流保护。
可选的，在副边整流管导通期间，采样所述第一电压得到第一采样信号，将副边整流管导通期间的所述第一采样信号在整个开关周期内做平均值处理，以得到所述输出电流预估信号。
可选的，在所述采样电阻第二端和反激电路的控制器采样端之间连接第一电阻，通过偏置电流流过所述第一电阻，所述第一电阻上的电压为所述偏置电压，所述控制器采样端接收的电压为所述第一电压。
可选的，通过调节采样电阻的阻值来调节所述第一电压，从而调节所述输出电流预估信号。
可选的，通过调节所述采样电阻和所述第一电阻的阻值比来控制所述反激电路原边电感的峰值电流。
可选的，根据反激电路输出电压的反馈信号调节所述偏置电压。
可选的，所述偏置电压随着所述反馈信号的变大而阶梯式变大。
可选的，当所述第一电压小于第二参考电压时，控制所述主功率管关断。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明提出在采用基于负电压的电流采样结构基础上实现输出过流保护，可以灵活的设置输出过流保护点，方便***参数设计，并能精准的实现输出过流保护。
附图说明
图1为现有技术中反激电路原理图；
图2为本发明反激电路原理图；
图3为本发明过流保护电路原理图；
图4为本发明过流保护电路的波形图；
图5为本发明偏置电流与输出电压波形图；
图6为本发明控制器采样端电压和第二参考电压的关系图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精神和区间上做的替代、修改、等效方法以及方案。
为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图2所示，示意了本发明反激电路原理图，如图2所示，原边电感连接主功率管M0，采样电阻Rcs一端连接主功率管，另一端接***地端，这里所述的***地端指的是反激电路的开关***所对应的地端，可以理解的是，这里的地端是相对值。反激电路控制器的参考地端GND连接主功率管M0和采样电阻Rcs的公共连接端，所述控制器采样端CS通过第一调节电路连接采样电阻Rcs的接地端，所述第一调节电路在本实施例中为第一电阻Roffset。所述控制器产生偏置电流Ioffset流过第一电阻Roffset产生第一电压VCS。过流保护电路U101接收所述第一电压VCS，根据所述第一电压VCS以获得输出电流预估信号并据此确定是否启动输出电流过流保护。
继续参考图2，比较器U201分别接收第一电压VCS和第二参考电压CS_ref，将两者进行比较，当第一电压VCS小于第二参考电压CS_ref时，控制主功率管M0关断。根据第一电压的计算公式：
VCS＝Ioffset*Roffset-IL*Rcs
VCS最小值一般取为0V，此时IL最大，IL＝Ioffset*Roffset/Rcs，由于Ioffset一般根据反馈信号决定，所以第一电阻Roffset和采样电阻Rcs阻值比决定电感峰值电流，其中IL为原边电感电流。
参考图2，逻辑处理电路U301接收比较器U201输出的比较信号和过流保护电路U101输出的过流保护信号，经逻辑处理后得到逻辑控制信号，逻辑控制信号通过驱动电路U401驱动主功率管。逻辑处理电路U301的处理逻辑为只有当输出电流未达到过流保护点，且电感电流未达到峰值电流参考点时，逻辑控制信号才会用于控制主功率管导通。
如图3所示，示意了本发明过流保护电路原理图，包括采样电路U101、滤波电路U102和比较器U103，在反激电路副边二极管或者同步整流管导通期间，检测电路U101检测第一电压VCS，其他时刻，检测电路U101输出低电平信号；所述滤波电路U102输出端连接所述检测电路U101的输入端，将同步整流管导通期间Tons得到的第一采样信号在整个开关周期TSW内进行均值处理得到输出电流的预估信号Vo_e；所述比较器U103接收预估信号Vo_e和第一参考电压Vocp，将两者进行比较，当所述预估信号Vo_e大于第一参考电压Vocp，输出的比较结果表征输出电流过流，启动输出过流保护，过流保护可以是通过逻辑处理电路控制关断主功率管M0，如关断一段时间，检测到所述预估信号Vo_e小于第一参考信号，输出过流保护解除，开关电源***进入到正常反馈控制状态。副边整流二极管或同步整流管导通的区间Tons通过辅助绕组分压(即VS电压)得到。
如图4所示，示意了过流保护电路波形，结合图3的电路原理图进行说明，波形Vds为主功率管M0漏源电压，Ip表征原边电感电流，Ip*N表征副边电感电流，CS表征为采样端电压即第一电压波形，CS_Sample表征为CS端电压在同步整流管导通阶段的检测波形，峰值为Ipk*RCS，其中Ipk为副边电感峰值电流，经低通滤波后得到输出电流的预估信号Io_e的波形。
通过上述的电路方案，所述预估信号Vo_e可表征开关电源的输出电流信息，由于第一电压的电压值跟第一电阻的阻值有关联，因此，调节第一电阻的阻值可调节第一电压的电压值，从而调节预估信号Io_e的大小。预估信号Io_e的大小不同，对于***而言，由于表征过流阈值的第一参考电压不变的，则***的过流保护点的启动不同，实现了在不同场合对开关电源的过流灵活保护。
根据电路的设计方案，输出过流的电流保护点为：Io＝Vocp*N/(2*Rcs)，其中N是变压器原副边匝比，Rcs是原边的采样电阻，Vocp是内部过流保护电路的设定阈值，而采用本发明电流采样方法，Rcs＝(Ioffset_max*Roffset)/Ipk_max，其中Ioffset_max是控制器内部固定值，Ipk_max由***决定，也是比较确定的值，可以通过灵活调节Roffset的阻值来灵活调节Rcs的阻值，从而可以灵活调节输出电流的过流保护点。
如图5所示，为偏置电流与输出电压关系的波形图，Ioffset为给定的偏置电流波形，FB为表征输出电压的反馈电压波形，偏置电流Ioffset根据反馈电压FB调节。由图中可以看出偏置电流Ioffset随反馈电压FB阶梯式变大，从而能够有效改善轻载下反激电路工作效率降低的问题。
如图6所示，示意了控制器采样端电压与第二参考电压的关系图，原边主功率管关断时，控制器采样端CS电压最大，为偏置电流Ioffset和第一电阻Roffset的乘积，当原边主功率管导通时，控制器采样端CS电压开始降低，当采样端CS电压降低到第二参考电压CS_ref时，控制主功率关断，CS_ref一般取0V或者是微小电压信号。本实施例中第二参考电压表征了峰值参考电流，采样端CS电压达到第二参考电压CS_ref，相当于主功率管电流达到预设的峰值电流，则控制主功率管关断。主功率管的导通可根据时钟信号或其他导通控制信号控制。偏置电流Ioffset可随反馈电压FB调节，具体参考图5。
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。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种反激电路，包括控制电路和原边的主功率管，所述控制电路用以控制原边主功率管，采样电阻第一端连接所述主功率管，所述采样电阻第二端连接***地端，其特征在于：所述控制电路的参考地端连接所述主功率管和所述采样电阻的公共连接端，
所述反激电路还包括第一调节电路，所述第一调节电路第一端接所述采样电阻第二端，所述第一调节电路的第二端连接所述控制电路采样端，所述控制电路通过偏置电流流经所述第一调节电路，所述第一调节电路的第二端电压为第一电压，
所述控制电路包括第二比较器，其第一输入端接收所述第一电压，其第二输入端接收第二参考电压，其输出端输出第一控制信号；当所述第一电压小于所述第二参考电压时，所述第一控制信号控制所述主功率管关断；
所述控制电路包括过流保护电路，所述过流保护电路在所述反激电路的副边二极管或者同步整流管导通期间接收所述第一电压，并根据所述第一电压获得输出电流预估信号，当所述输出电流预估信号大于第一参考电压时，输出过流保护信号以启动输出电流过流保护。
2.根据权利要求1所述的反激电路，其特征在于：所述第一调节电路为第一电阻。
3.根据权利要求1或2所述的反激电路，其特征在于：所述过流保护电路包括：
检测电路，在反激电路的副边二极管或者同步整流管导通期间，所述检测电路检测第一电压并输出，得到其输出信号；
滤波电路，接收所述检测电路的输出信号，得到所述输出电流预估信号；
第一比较器，第一输入端接收所述输出电流预估信号，第二输入端接收第一参考电压，输出过流保护信号；当所述输出电流预估信号大于所述第一参考电压时，所述过流保护信号控制过流保护启动。
4.根据权利要求2所述的反激电路，其特征在于：通过调节所述采样电阻和所述第一电阻的阻值比来控制原边电感的峰值电流。
5.根据权利要求1所述的反激电路，其特征在于：通过调节所述采样电阻的阻值来调节所述第一电压，从而调节所述输出电流预估信号。
6.根据权利要求1所述的反激电路，其特征在于：所述偏置电流随着反激电路输出电压的反馈信号变大而阶梯式变大。
7.根据权利要求3所述的反激电路，其特征在于：所述控制电路还包括逻辑处理电路和驱动电路，所述逻辑处理电路接收所述过流保护信号，经逻辑处理后得到逻辑控制信号，所述逻辑控制信号通过所述驱动电路驱动所述主功率管的开关动作。
8.一种反激电路的控制方法，所述反激电路包括原边的主功率管，其特征在于：采样电阻第一端连接主功率管，第二端接***地端，反激电路的控制电路的参考地端连接所述采样电阻和所述主功率管的公共连接端，所述采样电阻第二端电压为第一负压，在第一负压的基础上叠加偏置电压，得到第一电压；
将所述第一电压和第二参考电压进行比较，当所述第一电压小于所述第二参考电压时，控制所述主功率管关断；
在所述反激电路的副边二极管或者同步整流管导通期间接收所述第一电压，根据所述第一电压获得输出电流预估信号，当所述输出电流预估信号大于第一参考电压时，启动输出电流过流保护。
9.根据权利要求8所述的反激电路的控制方法，其特征在于：在副边二极管或者同步整流管导通期间，采样所述第一电压得到第一采样信号，将副边二极管或者同步整流管导通期间的所述第一采样信号在整个开关周期内做平均值处理，以得到所述输出电流预估信号。
10.根据权利要求8所述的反激电路的控制方法，其特征在于：在所述采样电阻第二端和反激电路的控制器采样端之间连接第一电阻，通过偏置电流流过所述第一电阻，所述第一电阻上的电压为所述偏置电压，所述控制器采样端接收的电压为所述第一电压。
11.根据权利要求8所述的反激电路的控制方法，其特征在于：通过调节采样电阻的阻值来调节所述第一电压，从而调节所述输出电流预估信号。
12.根据权利要求10所述的反激电路的控制方法，其特征在于：通过调节所述采样电阻和所述第一电阻的阻值比来控制所述反激电路原边电感的峰值电流。
13.根据权利要求8所述的反激电路的控制方法，其特征在于：根据反激电路输出电压的反馈信号调节所述偏置电压。
14.根据权利要求8所述的反激电路的控制方法，其特征在于：所述偏置电压随着反馈信号的变大而阶梯式变大。
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