技术领域
[0001] 本
发明涉及电源控制领域，具体涉及一种反激式转换器恒流控制电路。
背景技术
[0002] 随着
电子技术的快速发展，电子设备的种类和功能越来越多，以手机为代表的便携式电子设备的充电问题日益突出，在充电时充电器的输出
精度影响到充电的安全问题。在另一类电子设备中，以LED照明为例，电源的
电流精度直接影响了照明的
亮度。当前，采用原边电流反馈方案的反激式转换器因节省了光耦成本、提高了系统寿命在电源设备领域得到广泛应用。由于反激式转换器恒流输出的精度直接受电流
采样精度、退磁时间采样精度及控制方案的影响，并且功率管密勒电容带来的密勒平台电流采样误差，造成
现有技术中对退磁时间及电流的采样精度不够高，降低了反激式转换器输出电流的精度。
发明内容
[0003] 因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的恒流控制电流采样及退磁时间采样不精准，输出电流精度低的
缺陷，从而提供一种反激式转换器恒流控制电路。
[0004] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0005] 本发明提供一种反激式转换器恒流控制电路，包括：原边电流峰值及退磁时间生成模
块、控
制模块及功率管驱动模块，其中，功率管驱动模块，用于根据检测得到的当前采样周期的反激式转换器功率管栅端
电压过零点，生成退磁结束时间，并发送到原边电流峰值及退磁时间生成模块；原边电流峰值及退磁时间生成模块，用于根据获取的当前采样周期的反激式转换器的原边采样电流，生成原边电流峰值及退磁开始时间，以及根据退磁结束时间及退磁开始时间生成退磁时间，将当前采样周期的原边电流峰值及退磁时间发送到
控制模块；控制模块，用于根据当前采样周期的原边电流峰值及退磁时间，生成原边电流关断值，当下一采样周期的原边采样电流与原边电流关断值相等时，生成功率管关断
信号控制功率管驱动电路模块关断反激式转换器功率管。
[0006] 在一
实施例中，反激式转换器恒流控制电路还包括：线性稳压模块及
振荡器模块，其中，线性稳压模块，用于获取反激式转换器辅助绕组供电输入电压及高压启动输入电压，为反激式转换器恒流控制电路中的其它模块提供稳定电源；振荡器模块，用于为控制模块提供
时钟信号。
[0007] 在一实施例中，反激式转换器恒流控制电路还包括：基准参数电路模块、过温保护电路模块、
启动电路模块及过压保护电路模块，其中，基准参数电路模块，用于为反激式转换器恒流控制电路中的其它模块提供电气量参数；过温保护电路模块，用于当检测到基准参数电路模块中的正温系数电压超过过温电压基准值时，生成功率管关断信号并发送到控制模块；启动电路模块，用于当检测到电压启动输入电压达到启动电压基准值时，启动恒流控制电路功能运行；过压保护电路模块，用于当检测到电压启动输入电压超过过压电压基准值时，断开除启动电路模块及过压保护电路模块外其它模块的供电。
[0008] 在一实施例中，电气量参数包括：启动电压基准值、过压电压基准值、过温电压基准值、导通电压基准值及恒定电流值。
[0009] 在一实施例中，原边电流峰值及退磁时间生成模块包括：原边电流峰值生成电路、退磁开始时间生成电路及退磁时间生成电路，其中，原边电流峰值生成电路，用于根据获取的当前采样周期的反激式转换器的原边采样电流，生成原边电流峰值，并发送到控制模块及退磁开始时间生成电路；退磁开始时间生成电路，用于根据导通电压基准值及当前采样周期的反激式转换器的原边电流峰值，生成退磁开始时间；退磁时间电路，用于根据退磁结束时间及退磁开始时间，生成退磁时间并发送到控制模块。
[0010] 在一实施例中，控制模块包括：原边电流关断值生成电路及驱动信号生成电路，其中，原边电流关断值生成电路，用于根据原边电流峰值、退磁时间、恒定电流值、采样周期及电流关断
电阻阻值，生成原边电流关断值；驱动信号生成电路，用于将获取的下一采样周期的原边采样电流与原边电流关断值比较，生成功率管关断信号并发送到功率管驱动电路模块。
[0011] 在一实施例中，驱动信号生成电路还用于根据接收的时钟信号，生成功率管导通信号，并发送到功率管驱动电路模块。
[0012] 在一实施例中，当反激式转换器处于稳态时，由反激式转换器恒流控制电路控制的反激式转换器副边输出电流值，通过以下公式计算：
[0013]
[0014] 其中，Io为反激式转换器副边输出电流，k＝Np/Ns，Np为
变压器原边绕组
匝数，Ns为变压器副边绕组匝数，R为电流关断电阻阻值，RCS为采样电阻阻值，Ic为恒定电流值。
[0015] 在一实施例中，功率管驱动模块包括：驱动电路场效应管，其源端与反激式转换器的采样电阻连接，用于将反激式转换器功率管的密勒平台电流引入原边电流采样电路中。
[0016] 在一实施例中，在驱动电路场效应管的栅端与控制模块之间接入电阻，用于滤除电流尖刺。
[0017] 本发明技术方案，具有如下优点：
[0018] 1.本发明提供的反激式转换器恒流控制电路，通过将原边电流峰值及退磁时间生成的原边电流关断值，与下一采样周期的原边采样电流进行比较，根据比较结果控制反激式转换器功率管的关断时间，实现了反激式转换器副边恒定电流的输出。
[0019] 2.本发明提供的反激式转换器恒流控制电路，考虑了由反激式转换器功率管密勒电容带来的密勒平台在功率管关断时对原边电流峰值采样带来的影响，通过采集密勒平台电流，提高了原边电流峰值的采样精度；根据原边电流峰值，获取退磁开始时间，功率管驱动模块采集反激式转换器功率管栅端电压过零点，获取退磁结束时间，提高了退磁时间采样精度；由本发明提供的反激式转换器恒流控制电路控制的反激式转换器，通过给定不同的匝数比和采样电阻值可以实现副边电流的恒定输出。
附图说明
[0020] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，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。
[0021] 图1为本发明实施例提供的反激式转换器的一个具体示例的电路原理拓扑图；
[0022] 图2为本发明实施例提供的反激式转换器恒流控制电路的一个具体示例的示意图；
[0023] 图3为本发明实施例提供的反激式转换器恒流控制电路的一个具体示例的示意图；
[0024] 图4为本发明实施例提供的反激式转换器恒流控制电路的一个具体示例的示意图；
[0025] 图5为本发明实施例提供的反激式转换器恒流控制电路的一个具体示例的示意图；
[0026] 图6为本发明实施例提供的反激式转换器恒流控制电路的一个具体示例的示意图。
具体实施方式
[0027] 下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0028] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“
水平”、“内”、“外”等指示的方位或
位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0029] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0030] 此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
[0031] 实施例
[0032] 本实施例提供一种反激式转换器恒流控制电路，实际应用中，可该恒流控制电路集成在一控
制芯片中，应用于消费类电子电源、便携式电子设备充电及替代其他线性电源等领域，本发明实施例以反激式转换器为平台，验证恒流控制电路的恒流控制功能的有效性，图1将反激式转换器恒流控制电路集成为一控制芯片时对一原边反馈反激式转换器进行恒流控制的电路结构
框图，主要器件包括变压器、电感、反激式转换器功率管、整流
二极管、RCD电路、辅助绕组及恒流控制电路。
[0033] 反激式变换器原边电流和副边电流成比例，比例关系如式(1)所示，
[0034]
[0035] 其中，Isp为副边峰值电流，Ipp为原边峰值电流，Np为变压器原边线圈匝数、Ns为变压器副边线圈匝数。
[0036] 由如式(1)所示的原边电流和副边电流的比例关系式及式(2)所示的周期平均电流公式，可以得到副边峰值电流与原边电流峰值及退磁时间的关系，如式(3)所示。
[0037]
[0038]
[0039] 其中，Io为反激式转换器输出电流，Tdm为退磁时间，Ts为采样周期。
[0040] 由式(3)可知，反激式转换器输出电流Io与原边电流峰值Ipp、退磁时间Tdm、变压器原边线圈匝数Np、变压器副边线圈匝数Ns及采样周期Ts有关，然而变压器原边线圈匝数Np、变压器副边线圈匝数Ns及采样周期Ts为给定值，因此控制原边电流峰值Ipp和退磁时间Tdm就可以控制反激式转换器实现恒流输出。
[0041] 本实施例提供一种反激式转换器恒流控制电路，如图2所示，包括：
[0042] 功率管驱动模块，用于根据检测得到的当前采样周期的反激式转换器功率管栅端电压过零点，生成退磁结束时间，并发送到原边电流峰值及退磁时间生成模块。
[0043] 反激式转换器功率管在关断后的退磁时间由退磁开始时间及退磁结束时间求得，本发明实施例中，退磁结束时间由功率管驱动模块检测获得。根据反激式转换器的工作原理可知，当反激式转换器副边电压降低时，退磁结束，此时变压器的等效电感中残留的
能量，在变压器的等效电感和反激式转换器功率管的寄生电容间形成震荡，在反激式转换器功率管漏端可以检测到这一震荡波型，震荡电压波型经过反激式转换器功率管寄生电容传导至栅端，由于反激式转换器功率管在关断状态时，栅端为高阻态，栅端电压信号和漏端电压信号
相位相差90度，因此当功率管驱动模块检测栅端电压过零时，即为退磁结束时间。
[0044] 原边电流峰值及退磁时间生成模块，用于根据获取的当前采样周期的反激式转换器的原边采样电流，生成原边电流峰值及退磁开始时间，以及根据退磁结束时间及退磁开始时间生成退磁时间，将当前采样周期的原边电流峰值及退磁时间发送到控制模块。
[0045] 控制模块，用于根据当前采样周期的原边电流峰值及退磁时间，生成原边电流关断值，当下一采样周期的原边采样电流与原边电流关断值相等时，生成功率管关断信号控制功率管驱动电路模块关断反激式转换器功率管。
[0046] 在反激式转换器功率管关断后，由于变压器的等效电感的退磁时间，原边采样电流并不是迅速下降，而是反激式转换器功率管完全关断后，再突然降为零，同时由于反激式转换器的密勒电容的影响，原边电流峰值在密勒平台时间内产生，因此本发明实施例通过对密勒平台电流的采样，使得原边电流峰值及退磁时间生成模块获得更为精确的当前采样周期的原边电流峰值，控制模块根据当前采样周期的原边电流峰值及退磁时间，生成下一采样周期的原边电流关断值，当在下一周期原边采样电流和原边电流关断值相等时，关断反激式转换器功率管。本发明实施例通过不断调整每个采样周期的原边电流关断值，从而实现对反激式转换器的恒流控制。
[0047] 本发明实施例提供的反激式转换器恒流控制电路，通过将原边电流峰值及退磁时间生成的原边电流关断值，与下一采样周期的原边采样电流进行比较，根据比较结果控制反激式转换器功率管的关断时间，实现了反激式转换器副边恒定电流的输出。
[0048] 在一具体实施例中，反激式转换器恒流控制电路还包括：
[0049] 振荡器模块，用于为控制模块提供时钟信号。本发明实施例中，当下一周期的原边采样电流上升达到原边电流关断值时，控制模块生成功率管关断信号控制功率管驱动电路模块关断反激式转换器功率管，在反激式转换器功率管完全关断后，反激式转换器功率管需要驱动信号控制导通时，同时本发明实施例中反激式转换器功率管是通过PWM调制方式控制其导通的，因此振荡器模块为控制模块提供时钟信号，然后控制模块将时钟信号转换为功率管导通信号控制功率管驱动电路模块导通反激式转换器功率管。
[0050] 线性稳压模块，用于获取反激式转换器辅助绕组供电输入电压及高压启动输入电压，为反激式转换器恒流控制电路中的其它模块提供稳定电源。本发明实施例中，在反激式转换器电路未启动时，辅助绕组中无电流流通，此时由高压启动输入电压提供电源，当反激式转换器电路正常运行时，此时由转换器辅助绕组供电输入电压提供电源，如图1所示，反激式转换器恒流控制电路的Vs端连接在分压电阻的一端，分压电阻的另一端Vsup端连接到辅助绕组侧。线性稳压模块的输出端VDD端输出供电电压，用于为反激式转换器恒流控制电路中的其它模块提供稳定电源。
[0051] 在一具体实施例中，反激式转换器恒流控制电路还包括：
[0052] 基准参数电路模块，用于为反激式转换器恒流控制电路中的其它模块提供电气量参数。本发明实施例中，利用高压启动输入电压或是辅助绕组供电输入电压，经过电阻分压、
运算放大器等参数电路联合作用，得到恒流控制电路运行需要的电压或是电流等状态量参数。
[0053] 过温保护电路模块，用于当检测到基准参数电路模块中的正温系数电压超过过温电压基准值时，生成功率管关断信号并发送到控制模块。
[0054] 启动电路模块，用于当检测到电压启动输入电压达到启动电压基准值时，启动恒流控制电路功能运行。如图1所示，反激式转换器恒流控制电路的HV端接高压启动输入电压，高压启动输入电压由ac-dc
整流二极管电路输出的直流电压经过
滤波器滤波后生成。
[0055] 过压保护电路模块，用于当检测到高压启动输入电压超过过压电压基准值时，断开除启动电路模块及过压保护电路模块外其它模块的供电。
[0056] 在一具体实施例中，电气量参数包括：启动电压基准值、过压电压基准值、过温电压基准值、导通电压基准值及恒定电流值。本发明实施例中利用多种电气量参数基准值与实际值比较，从而获取恒流控制电路中正常运行的电压、电流等，此仅以此举例，不以此为限。
[0057] 在一具体实施例中，如图3所示，原边电流峰值及退磁时间生成模块包括：
[0058] 原边电流峰值生成电路，用于根据获取的当前采样周期的反激式转换器的原边采样电流，生成原边电流峰值，并发送到控制模块及退磁开始时间生成电路。
[0059] 如图1所示，本发明实施例将电流采样电路接在采样电阻的一端，通过采集采样电阻电压Vcs作为当前采样周期的原边采样电流的相关电压，因此原边采样电流峰值可以由采样电阻电压峰值获取，即Ipp＝Vcsp/Rcs，其中Ipp为原边采样电路峰值，Rcs为采用电阻阻值，Vcsp为采样电阻电压峰值，为了获取采样电阻电压峰值Vcsp，本发明实施例搭建如图3所示电路。图3中VDD为线性稳压模块输出的供电电压，Vcs为采集采样电阻电压，Vref为导通电压基准值，tdm_on为退磁开始时间，M1为P型MOS场效应管，A1为
运算放大器，C1为充电电容，R1为滤波电阻。
[0060] 如图3(a)所示，在反激式转换器功率管关断后，由于功率管具有关断延时时间，且由于P型MOS管只能从VDD处拉高漏端电压，因此M1处于导通状态，本发明实施例通过运算放大器A1及M1场效应管，利用采样电阻电压Vcs向充电电容C1充电。由于MOS的单向导通性，电容在充电期间内只能充电不能放电，故功率管关断后可以采集到采样电阻电压对充电电容充电的期间的电流峰值Vcsp。
[0061] 退磁开始时间生成电路，用于根据导通电压基准值及当前采样周期的反激式转换器的原边电流峰值，生成退磁开始时间。如图3(b)所示，在反激式转换器功率管完全关断时，由于原边电流峰值突然下降至零，造成采样电阻电压Vcs突然下降，此时为退磁开始时间，此时A1将M1的栅端拉至高电平，从而关断M1管，通过将导通电压基准值Vref与A1
输出电压比较，可以获得退磁开始时间信息。
[0062] 退磁时间电路，用于根据退磁结束时间及退磁开始时间，生成退磁时间并发送到控制模块。
[0063] 在一具体实施例中，控制模块包括：
[0064] 原边电流关断值生成电路，用于根据原边电流峰值、退磁时间、恒定电流值、采样周期及电流关断电阻阻值，生成原边电流关断值。
[0065] 本发明实施例，如图4(b)所示，当退磁未开始时，即原边电流峰值及退磁时间生成模块未生成退磁开始时间时，图4(a)中的功率管由于没有驱动信号，恒定电流源对电容C进行充电；当退磁开始时，电容C开始放电，在反激式转换器稳态时，电容C的充电电流等于放电电流，因此可以在电流关断电阻阻值R处检测到退磁时间充电电压VC，并可以由式(4)计算得到：
[0066]
[0067] 其中，VC为退磁时间充电电压，R为电流关断电阻阻值，Ts为采样周期，Tdm为退磁时间。
[0068] 将采样电阻电压峰值Vcsp与退磁时间充电电压VC通过误差放大器比较，Vcsp大于VC时调低关断值，Vcsp低于VC时调高关断值，生成采样电阻电压关断值Vcsgd，即得到原边电流关断值。
[0069] 驱动信号生成电路，用于将获取的下一采样周期的原边采样电流与原边电流关断值比较，生成功率管关断信号并发送到功率管驱动电路模块。
[0070] 如图5(a)所示，本发明实施例是通过驱动信号生成电路当检测到下一采样周期的原边电流上升达到原边电流关断值时，即采样电阻电压Vcs达到采样电阻电压关断值Vcsgd，关断反激式转换器功率管，在一定时间后彻底关断，此时下一采样周期的采样电阻电压峰值可以达到采样电阻电压峰值Vcsp，当下一采样周期的采样电阻电压峰值不能达到采样电阻电压峰值Vcsp时，通过原边电流峰值及退磁时间生成模块及控制模块不断调整采样电阻电压关断值Vcsgd，以控制下一采样周期的采样电阻电压峰值可以达到采样电阻电压峰值Vcsp。
[0071] 在一具体实施例中，驱动信号生成电路还用于根据接收的时钟信号，生成功率管导通信号，并发送到功率管驱动电路模块。
[0072] 在一具体实施例中，当反激式转换器处于稳态时，由反激式转换器恒流控制电路控制的反激式转换器副边输出电流值，通过以下公式计算：
[0073]
[0074] 其中，Io为反激式转换器副边输出电流，k＝Np/Ns，Np为变压器原边绕组匝数，Ns为变压器副边绕组匝数，R为电流关断电阻阻值，RCS为采样电阻阻值，Ic为恒定电流值。
[0075] 本发明实施例中，当反激式变换器电路达到稳态时，即副边输出电流为预设恒定值时，此时Vcsp＝Vc，如图5(b)所示，根据式(3)及式(4)可以得到式(5)。由式(5)可知，当反激式转换器处于稳态时，由反激式转换器恒流控制电路控制的反激式转换器副边输出电流值，只和变压器匝数比k、电流关断电阻阻值R、恒定电流值Ic以及采样电阻Rcs相关，且均为设计给定值，因此由本实施例提供的反激式转换器恒流控制电路控制的反激式转换器，通过给定不同的匝数比和采样电阻值可以实现副边电流的恒定输出。
[0076] 在一具体实施例中，功率管驱动模块包括：驱动电路场效应管，其源端与反激式转换器的采样电阻连接，用于将反激式转换器功率管的密勒平台电流引入原边电流采样电路中。并在驱动电路场效应管的栅端与控制模块之间接入电阻，用于滤除电流尖刺。
[0077] 如图6(a)及图6(b)所示，本发明实施例中没有将驱动电路场效应管的源端接地，而是接到采样电阻上。通过这种方式可以采样到在关断反激式转换器功率管时，由密勒电容引起的密勒平台造成的电流过充，可以采样到准确的原边电流峰值。如图6(d)所示，这种接法会在驱动电路场效应管关断时，在原边电流中引入一个电流尖刺，因此在驱动管栅端加入一个电阻滤除该尖刺，如图6(c)所示。对比图6(d)及图6(e)所示，接入滤除电阻后，电流尖峰不再对采样造成影响。
[0078] 为了验证本发明实施例提供的反激式转换器恒流控制电路的正确性，本发明实施例通过新唐350nm BCD工艺ntc1132完成设计并进行仿真(仅以此作为举例，不以此为限)，测得芯片在反激式系统输入电压在85Vac～220Vac间变化，副边负载由6W致23W区间变化时，副边输出电流值偏差在±1.46％以内。
[0079] 本发明实施例提供的反激式转换器恒流控制电路，根据原边电流峰值及退磁时间生成的原边电流关断值，及下一采样周期的原边采样电流，控制反激式转换器功率管的关断时间，实现了反激式转换器副边恒定电流的输出；考虑了由反激式转换器功率管密勒电容带来的密勒平台在功率管关断时对原边电流峰值采样带来的影响，通过采集密勒平台电流，提高了原边电流峰值的采样精度；根据原边电流峰值，获取退磁开始时间，功率管驱动模块采集反激式转换器功率管栅端电压过零点，获取退磁结束时间，原边电流峰值及退磁时间生成模块采集P型MOS管的导通电压，获取退磁开始时间，提高了退磁时间采样精度；由本发明提供的反激式转换器恒流控制电路控制的反激式转换器，通过给定不同的匝数比和采样电阻值可以实现副边电流的恒定输出。
[0080] 显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的
基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
