CN114123794B - 开关电源电路及方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种开关电源电路及方法。所述开关电源电路包括：原边电路，接收输入电压，所述原边电路具有耦接至原边绕组的主功率开关；第一副边电路，提供第一输出电压，所述第一副边电路具有耦接至第一副边绕组的第一从功率开关；第二副边电路，提供第二输出电压，所述第二副边电路具有耦接至第二副边绕组的第二从功率开关；控制电路，判断第一输出电压和第二输出电压是否偏离参考电压。所述开关电源电路及方法实现了不同路功率输出的均衡。

Description

开关电源电路及方法
技术领域
本发明涉及一种电子电路，更具体地说，本发明涉及一种开关电源电路及其方法。
背景技术
家用电器应用中，通常有两路或更多输出，以给不同负载供电。如吸油烟机应用中，负载可包括电机风扇、计时器、照明灯等。随着近几年家电复杂化的发展趋势，功率供应要求显著上升，因此对效率也提出了更多要求。
同步整流技术(sVnchronous rectification，SR)在效率控制方面有显著优势。所谓SR，即在功率级电路中，用可控功率管(如金属氧化物场效应晶体管MOSFET)取代二极管，作为功率级电路的从开关管，与主控开关管协作进行周期性导通和断开，从而将输入电压转化为期望的输出电压。由于可控功率管的开通电阻低于二极管的导通电阻。因此，使用可控功率管功耗较小，从而具有更高的转换效率。
然而，SR在多路输出中较少被应用，如何在多路输出的SR应用中更好地控制各路输出的平衡，是本领域需要解决的技术问题。
发明内容
因此本发明的目的在于解决现有技术的上述技术问题，提出一种改进的开关电源电路及方法。
根据本发明的实施例，提出了一种开关电源电路，包括：原边电路，接收输入电压，所述原边电路具有耦接至原边绕组的主功率开关；第一副边电路，提供第一输出电压，所述第一副边电路具有耦接至第一副边绕组的第一从功率开关；第二副边电路，提供第二输出电压，所述第二副边电路具有耦接至第二副边绕组的第二从功率开关；控制电路，判断第一输出电压和第二输出电压是否偏离参考电压。
根据本发明的实施例，还提出了一种开关电源电路，包括：原边电路，接收输入电压，所述原边电路具有耦接至原边绕组的主功率开关；n个副边电路，分别提供第一至第n输出电压，其中n为大于等于2的整数，每个副边电路具有分别耦接至n个副边绕组的从功率开关；控制电路，判断各输出电压是否偏离各自的参考电压。
根据本发明的实施例，还提出了一种用于开关电源电路的方法，所述开关电源电路具有变压器，耦接至变压器原边的原边电路和耦接至变压器副边的多个并联的副边电路，所述原边电路具有主功率开关，每个副边电路均包含从功率开关，所述方法包括：周期性导通原边功率开关，以将输入电压传递至副边；在原边功率开关断开期间，从功率开关进行续流，以在每个副边电路产生输出电压；监测每个输出电压，判断是否有哪一个输出电压偏离参考电压的情况：若出现某一个副边电路的输出电压偏离参考电压，延迟断开对应的从功率开关。
根据本发明各方面的上述开关电源电路及方法，实现了不同路功率输出的均衡。
附图说明
图1为根据本发明实施例的开关电源电路100的电路结构示意图；
图2为根据本发明实施例的开关电源电路200的电路结构示意图；
图3为根据本发明实施例的开关电源电路300的电路结构示意图；
图4为根据本发明实施例的开关电源电路400的电路结构示意图；
图5为根据本发明实施例的开关电源电路500的电路结构示意图；
图6为根据本发明实施例的开关电源电路其中一个从功率开关被延迟时的电流/能量走向示意图；
图7示意性示出了根据本发明实施例的用于开关电源电路的方法流程图700。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。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。应当理解，当称元件“耦接到”或“连接到”另一元件时，它可以是直接耦接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
图1为根据本发明实施例的开关电源电路100的电路结构示意图。在图1所示实施例中，所述开关电源电路100包括：原边电路110，接收输入电压VIN，所述原边电路110具有耦接至原边绕组T0的主功率开关Q0；第一副边电路111，提供第一输出电压VO1，所述第一副边电路111具有耦接至第一副边绕组T1的第一从功率开关Q1；第二副边电路112，提供第二输出电压VO2，所述第二副边电路112具有耦接至第二副边绕组T2的第二从功率开关Q2；控制电路120，判断第一输出电压VO1和第二输出电压VO2是否偏离参考电压。
在本发明一个实施例中，当第一输出电压VO1和第二输出电压VO2其中一个偏离参考电压时，则控制电路120控制相应的从功率开关(Q1或Q2)延时(或延迟)迟断开，即延长导通时间；第一输出电压VO1(或第二输出电压VO2)偏离参考电压越大，则相应的从功率开关(Q1或Q2)被延长的导通时间越长。
在本发明一个实施例中，第一输出电压VO1和第二输出电压VO2可以具有相同的参考电压，也可以具有不同的参考电压，如第一输出电压VO1对应第一参考电压VR1，第二输出电压VO2对应第二参考电压VR2。
在本发明一个实施例中，主功率开关Q0包括可控半导体功率开关，如MOSFET，IGBT，BJT等等；第一从功率开关Q1和第二从功率开关Q2其中一个包括可控半导体功率开关，另一个包括功率二极管，或者第一从功率开关Q1和第二从功率开关Q2均包括可控半导体功率开关。
在本发明的一个实施例中，若第一输出电压VO1和第二输出电压VO2均偏离参考电压，则控制电路120判断第一输出电压VO1和第二输出电压VO2哪一个偏离更多，并控制相应的从功率开关(Q1或Q2)延长导通时间；偏离量(偏离值)越大，对应的从功率开关被延长的导通时间越长。
在本发明的一个实施例中，开关电源电路可以包括反激变换器(flyback)，也可以包括正激变换器，等等。控制电路120可以为副边控制，即根据变压器副边的信息(如流过第一或第二从功率开关的电流、第一输出电压、第二输出电压等)来控制各功率开关的导通与断开；也可以是原边控制，此时需要在第一或第二从功率开关被延长导通期间，控制原边功率开关不导通，以避免原副边功率管同时导通引起的直通现象。
在本发明的一个实施例中，所谓偏离为正偏离，即输出电压高于参考电压。
在本发明一个实施例中，第一输出电压VO1和第二输出电压VO2可通过分压比例设置得到相应的反馈电压，通过对两个反馈电压做比较判断偏离情况。如图2所示的开关电源电路200。图2所示开关电源电路200具体示出了根据本发明一实施例的控制电路120的电路结构示意图。具体来说，在图2所示实施例中，所述控制电路120包括：运算放大电路21，对表征第一输出电压VO1的第一反馈电压VFB1和表征第二输出电压VO2的第二反馈电压VFB2之间的差值进行比例积分运算，产生调整信号Tad；逻辑电路22，响应调整信号Tad，控制第一从功率开关Q1或者第二从功率开关Q2延长导通时间。
在本发明一个实施例中，调整信号Tad被叠加至(如通过加法器)导通时长电路23，并经由逻辑电路22控制第一从功率开关Q1和第二从功率开关Q2的导通时长，使得第一输出电压VO1或者第二输出电压VO2偏离参考电压时，第一从功率开关Q1或第二从功率开关Q2被延时断开。
在本发明另一个实施例中，通过比较第一输出电压VO1和第二输出电压VO2与各自对应的参考电压来判断偏离情况。如图3所示的开关电源电路300。图3所示开关电源电路300具体示出了根据本发明另一实施例的控制电路120的电路结构示意图。具体来说，在图3所示实施例中，所述控制电路120包括：第一运算放大电路11，判断第一反馈电压VFB1是否偏离第一参考电压VR1，产生第一调整信号Tad1；第二运算放大电路31，判断第二反馈电压VFB2是否偏离第二参考电压VR2，产生第二调整信号Tad2；第一逻辑电路12，响应第一调整信号Tad1，产生第一控制信号GQ1，以控制第一从功率开关Q1延长导通时间；第二逻辑电路32，响应第二调整信号Tad2，产生第二控制信号GQ2，以控制第二从功率开关Q2延长导通时间。
在本发明一个实施例中，第一调整信号Tad1被叠加至第一导通时长电路13，经由第一逻辑电路12控制第一从功率开关Q1的导通时长，使得在第一输出电压VO1偏离第一参考电压VR1时，第一从功率开关Q1被延时断开；第二调整信号Tad2被叠加至第二导通时长电路33，经由第二逻辑电路32控制第二从功率开关Q2的导通时长，使得在第二输出电压VO2偏离第二参考电压VR2时，第二从功率开关Q2被延时断开。
在本发明的一个实施例中，第一或第二从功率开关(Q1或Q2)的导通时长通过比较表征第一或第二从功率开关两端电压的信号与对应的阈值电压来决定。如下图4。图4为根据本发明实施例的开关电源电路400的电路结构示意图。在图4所示实施例中，所述第一从功率开关Q1包括功率MOSFET，第二从功率开关Q2包括功率二极管；所述导通时长电路23包括断开比较器，比较断开阈值Vthoff与调整信号Tad之和与表征第二从功率开关Q2两端电压的信号(如电压Vds)的大小，产生断开控制信号OFF，并经由逻辑电路22控制第二从功率开关Q2的断开时刻。
当第二输出电压VO2出现正偏离，使得第二反馈电压VFB2大于第一反馈电压VFB1，则运算放大电路21将产生正的调整信号Tad，该调整信号被叠加至断开阈值Vthoff，使得断开控制信号OFF被延迟产生。相应地，第二从功率开关被延时断开。
在图4所示实施例中，所述控制电路120还包括：导通比较器24，比较导通阈值Vthon与第二从功率开关Q2两端电压Vds的大小，产生导通控制信号ON，并经由逻辑电路22控制第二从功率开关Q2的导通时刻。
前述多个根据本发明的实施例阐述了开关电源电路包括两个从功率开关(两路输出)的情况，但是本领域技术人员应当认识到，开关电源电路可以包括多个从功率开关，具有多路输出。如图5所示的开关电源电路500。具体来说，在图5所示实施例中，所述开关电源电路500包括：原边电路110，接收输入电压VIN，所述原边电路110具有耦接至原边绕组T0的主功率开关Q0；n个副边电路(111～11n)，分别提供第一至第n输出电压(MO1～VOn)，其中n为大于等于2的整数，每个副边电路具有分别耦接至n个副边绕组(T1～Tn)的从功率开关(Q1～Qn)；控制电路120，判断各输出电压(VO1～VO2)是否偏离各自的参考电压。
所述主功率开关Q0包括可控半导体功率开关；各从功率开关Q1～Qn可包括可控半导体功率开关或者二极管。
在本发明一个实施例中，当其中一路输出电压偏离参考电压，则控制电路120控制相应的从功率开关(Q1～Qn)延长导通时间；偏离量越大，相应的从功率开关(Q1～Qn)被延长的导通时间越长。
在本发明一个实施例中，当其中多路输出电压均偏离参考电压，则控制电路120控制相应的从功率开关均延长导通时间，哪路偏离量越大，相应的从功率开关被延长的导通时间越长。
在前述多个根据本发明实施例的开关电源电路工作时，若其中一路负载变轻，相应的输出电压变大；若该输出电压偏离参考电压，则运算放大电路将产生调整信号至逻辑电路，以延迟断开该路的从功率开关，使得在该路电流过零后，从功率开关继续导通，从而将该路的能量经由变压器传递给其他路输出。如图6所示，当第二路输出出现正偏离(即第二输出电压VO2飘高)，则第二从功率开关Q2被延迟断开，使得第二路上的电流过零后反向续流，能量由第二路输出经由第二副边绕组T2、第一副边绕组T1传输至第一路输出。也就是说，第二路输出的多余功率被传递给其他路输出，实现了不同路功率输出的均衡。
图7示意性示出了根据本发明实施例的用于开关电源电路的方法流程图700。所述开关电源电路具有变压器，耦接至变压器原边的原边电路和耦接至变压器副边的多个并联的副边电路，所述原边电路具有主功率开关，每个副边电路均包含从功率开关，所述方法包括：
步骤701，周期性导通原边功率开关，以将输入电压传递至副边；
步骤702，在原边功率开关断开期间，从功率开关进行续流，以在每个副边电路产生输出电压；
步骤703，监测每个输出电压，判断是否有哪一个输出电压偏离参考电压的情况：若出现某一个副边电路的输出电压偏离参考电压，则进入步骤704。
步骤704：延迟断开对应的从功率开关(即延长对应从功率开关的导通时间)。
在本发明的一个实施例中，偏离量越大，对应的从功率开关被延迟断开的时间越长。
虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种开关电源电路，包括：
原边电路，接收输入电压，所述原边电路具有耦接至原边绕组的主功率开关；
第一副边电路，提供第一输出电压，所述第一副边电路具有耦接至第一副边绕组的第一从功率开关；
第二副边电路，提供第二输出电压，所述第二副边电路具有耦接至第二副边绕组的第二从功率开关；
控制电路，判断第一输出电压和第二输出电压是否偏离参考电压，其中当第一输出电压和第二输出电压其中一个偏离参考电压时，控制电路控制相应的从功率开关延长导通时间。
2.如权利要求1所述的开关电源电路，其中：
偏离量越大，相应的从功率开关被延长的导通时间越长。
3.如权利要求1所述的开关电源电路，其中：
若第一输出电压和第二输出电压均偏离参考电压，控制电路判断第一输出电压和第二输出电压哪一个偏离更多，并控制相应的从功率开关延长导通时间。
4.如权利要求3所述的开关电源电路，其中：
偏离量越大，对应的从功率开关被延长的导通时间越长。
5.一种开关电源电路，包括：
原边电路，接收输入电压，所述原边电路具有耦接至原边绕组的主功率开关；
n个副边电路，分别提供第一至第n输出电压，其中n为大于等于2的整数，每个副边电路具有分别耦接至n个副边绕组的从功率开关；
控制电路，判断各输出电压是否偏离各自的参考电压，其中：当其中一路输出电压偏离参考电压，控制电路控制相应的从功率开关延长导通时间；偏离量越大，相应的从功率开关被延长的导通时间越长。
6.如权利要求5所述的开关电源电路，其中：
当其中多路输出电压均偏离参考电压，控制电路控制相应的从功率开关均延长导通时间；哪路偏离量越大，相应的从功率开关被延长的导通时间越长。
7.一种用于开关电源电路的方法，所述开关电源电路具有变压器，耦接至变压器原边的原边电路和耦接至变压器副边的多个并联的副边电路，所述原边电路具有主功率开关，每个副边电路均包含从功率开关，所述方法包括：
周期性导通原边功率开关，以将输入电压传递至副边；
在原边功率开关断开期间，从功率开关进行续流，以在每个副边电路产生输出电压；
监测每个输出电压，判断是否有哪一个输出电压偏离参考电压的情况：若出现某一个副边电路的输出电压偏离参考电压，延迟断开对应的从功率开关。
8.如权利要求7所述的方法，其中：
偏离量越大，对应的从功率开关被延迟断开的时间越长。
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