技术领域
[0001] 本
发明涉及
开关电源技术领域，更具体地说，涉及一种多路输出开关电源。
背景技术
[0002]
反激变换器广泛用于各类
消费电子产品，是中小功率电源的主要拓扑。随着便携式电子产品的日益普及，利用一个电源给多个终端产品供电的需要也日渐突出。为了降低成本，采用一个隔离
变压器产生多路输出的方法得到普遍采用。
[0003] 传统的多路输出方法如图1所示，图中TX1是变压器，有1个原边绕组Np，2个副边绕组Ns1和Ns2。1个原边开关Q1。2个副边绕组分别接到整
流管D1和D2，提供2路直流输出Vout1和Vout2。利用变压器的耦合特性，这2个输出(或者更多个输出)的
电压之间形成接近比例关系。
输出电压通过
采样电阻R1，R2，R3和补偿的反馈
电路给原边的
控制器提供控制量到FB。控制器通过控制Q1的开和管的时间来调整输出值。这种方法简单，但是每路输出不能独立控制，而是由变压器副边绕组Ns1和Ns2的比例关系和各路输出的负载决定。
[0004] 为了生成多路独立于变压器绕组变比的输出电压，还有一些现有电路会在其中一路或者多路的输出端
串联加入一个电压调节器，以通过额外的电压调节器，使其对应的输出电压独立于变压器绕组的变化比。但是调节器降低了电源转换效率，产生额外的损耗，增加了系统的成本。还有一些电路中，采用多个独立的反激变换器，即每路输出都有对应的变压器和原边开关及其外围电路来实现多路输出完全独立调节，大大的增加系统体积和成本。
发明内容
[0005] 本发明要解决的技术问题在于，针对
现有技术的上述现有技术
缺陷，提供一种多路输出开关电源。
[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种多路输出开关电源，包括：包含有原边绕组和副边绕组的变压器，连接所述原边绕组的输入开关电路和电压输入端，连接所述副边绕组的N个输出开关电路，其中N为大于1的整数，与所述输出开关电路分别对应连接的输出端，分别连接所述输出端的反馈电路，分别连接所述输入开关电路、所述输出开关电路和所述反馈电路的控制电路；
[0007] 所述控制电路用于生成第一控制
信号以控制所述输出开关电路导通，并通过与所述输出开关电路对应的所述反馈电路获取所述输出端的反馈信号；
[0008] 所述控制电路还用于在所述输出开关电路导通时，生成第二
控制信号控制所述输入开关电路的导通或关断。
[0009] 优选地，
[0010] 所述控制电路包括第一控
制模块和第二
控制模块；
[0011] 所述第一控制模块用于生成第二控制信号，所述第二控制模块用于生成第一控制信号。
[0012] 优选地，
[0013] 所述控制电路还包括连接所述第一控制模块和/或第二控制模块的隔离模块，所述隔离模块的第一隔离端与所述原边绕组共地设置，所述隔离模块的第二隔离端与所述副边绕组共地设置。
[0014] 优选地，
[0015] 所述隔离模块包括光电耦合模块，所述光电耦合模块的发光
二极管的第一端连接所述第二控制模块，所述光电耦合模块的
发光二极管的第二端接地并与所述第二控制模块共地，所述光电耦合模块的光敏
三极管的第一端连接所述第一控制模块，所述光电耦合模块的光敏三极管的第二端接地并与所述第一控制模块共地；所述第一控制模块与所述原边绕组共地设置，所述第二控制模块与所述副边绕组共地设置；或
[0016] 所述隔离模块包括第一隔离线圈，所述第一隔离线圈的第一端和第二端连接所述第一控制模块，所述第一隔离线圈的第三端和第四端连接所述输入开关电路；所述第一控制模块连接所述第二控制模块、并与所述副边绕组共地设置，所述第二控制模块连接所述输出开关电路；或
[0017] 所述隔离模块包括第二隔离线圈，所述第二隔离线圈的第一端和第二端分别连接所述第二控制模块，所述第二隔离线圈的第三端和第四端连接所述输出开关电路，所述第二控制模块连接所述第一控制模块、并与所述原边绕组共地设置，所述第一控制模块连接所述输入开关电路。
[0018] 优选地，
[0019] 所述第一控制模块包括：
[0020] 用于输出占空比信号的PWM信号输出模块，连接所述PWM信号输出模块的第一开关驱动模块，其中，所述第一开关驱动模块连接所述输入开关电路或连接所述第一隔离线圈的第一端和第二端；
[0021] 所述第二控制模块包括：
[0022] 连接所述副边绕组或所述输入开关电路、用于获取所述输入开关电路的当前开关周期顺序的开关周期计数模块，
[0023] 连接所述开关周期计数模块、用于获取所述输入开关电路的当前开关周期顺序并输出第一切换信号和第二切换信号的切换模块，
[0024] 连接所述切换模块，用于接收所述第一切换信号以切换所述输出开关电路导通的第二开关驱动模块，其中所述第二开关驱动模块连接所述输出开关电路或所述第二隔离线圈的第一端和第二端；
[0025] 分别连接所述反馈电路和所述切换模块，用于接收第二切换信号以切换所述反馈电路与所述第一控制模块导通连接的反馈开关电路。
[0026] 优选地，
[0027] 所述反馈电路包括
运算放大器以及连接所述
运算放大器的环路补偿模块。
[0028] 优选地，
[0029] 所述反馈电路还包括与所述副边绕组耦合连接的辅助绕组，所述运算放大器的一输入端连接所述辅助绕组。
[0030] 优选地，
[0031] 所述副边绕组包括多个副边绕组，每个所述副边绕组均连接一个或多个所述输出开关电路。
[0032] 优选地，
[0033] 所述输出开关电路包括整流管和切换开关，所述整流管的第一端连接所述副边绕组，所述整流管的第二端连接所述切换开关的第一端，所述切换开关的第二端连接所述输出端，所述切换开关的控制端连接所述控制电路；或
[0034] 所述输出开关电路包括双向阻断开关，所述双向阻断开关的第一端连接所述副边绕组，所述双向阻断开关的第二端连接所述输出端，所述双向阻断开关的控制端连接所述控制电路。
[0035] 优选地，所述反馈电路包括分别连接所述输出端的
电流反馈电路和电压反馈电路。
[0036] 实施本发明的一种多路输出开关电源，具有以下有益效果：通过简单的电路实现多路输出的独立控制。
附图说明
[0037] 下面将结合附图及
实施例对本发明作进一步说明，附图中：
[0038] 图1是相关的多路输出开关电源的电路原理图；
[0039] 图2是本发明的一种多路输出开关电源一实施例的结构示意图；
[0040] 图3是本发明的一种多路输出开关电源另一实施例的结构示意图；
[0041] 图4是本发明的一种多路输出开关电源另一实施例的结构示意图；
[0042] 图5是本发明的一种多路输出开关电源一实施例的电路原理图；
[0043] 图6是本发明的一种多路输出开关电源另一实施例的电路原理图；
[0044] 图7是本发明的一种多路输出开关电源另一实施例的电路原理图；
[0045] 图8是本发明的一种多路输出开关电源另一实施例的电路原理图；
[0046] 图9是本发明的一种多路输出开关电源另一实施例的电路原理图；
[0047] 图10是本发明的一种多路输出开关电源另一实施例的电路原理图；
[0048] 图11是本发明的一种多路输出开关电源一实施例的工作示意图；
[0049] 图12是本发明的一种多路输出开关电源另一实施例的工作示意图。
具体实施方式
[0050] 为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
[0051] 如图2所示，在本发明的一种多路输出开关电源第一实施例中，包括：包含有原边绕组210和副边绕组220的变压器20，连接原边绕组210的输入开关电路30和电压输入端10，连接副边绕组220的N个输出开关电路40，其中N为大于1的整数，与输出开关电路40分别对应连接的输出端50，分别连接输出端50的反馈电路60，分别连接输入开关电路30、输出开关电路40和反馈电路60的控制电路；控制电路用于生成第一控制信号以控制输出开关电路40导通，并通过与该输出开关电路40对应的反馈电路60获取输出端50的反馈信号；控制电路还用于在输出开关电路40导通，生成第二控制信号以控制输入开关电路30的导通或关断。具体的，开关电源中，其电压输入通过电压输入端10输入原边绕组210，然后通过与原边绕组210对应的副边绕组220提供输出。副边绕组220与N路输出的输出端50之间分别设置对应的输出开关电路40，通过控制电路控制输出开关电路40导通或关断以控制副边绕组220与对应的输出端50对应的导通连接，以将副边绕组220的输出通过需要的输出端50导通输出。
同时，在每一路的输出端50均设置与控制电路连接的反馈电路60，控制电路以通过反馈电路60获取每一输出端50的输出对应的反馈信号，控制电路根据该反馈信号控制输入开关电路30导通或关断、其主要是控制其导通和关断时间，以调节原边绕组210的输入，最终达到使对应的输出端50满足输出要求。输出开关电路40的切换可以按照预设规则设置，哪一路输出开关电路40导通，则调节哪一路的输出端50的输出。
[0052] 如图3所示，在一实施例中，控制电路包括第一控制模块71和第二控制模块72；第一控制模块71用于生成第二控制信号，第二控制模块72用于生成第一控制信号。具体的，可以通过两个独立的控制模块分别生成第一控制信号和第二控制信号，即第一控制模块71控制输入开关电路30，第二控制模块72控制输出开关电路40。
[0053] 如图4所示，在一实施例中，控制电路还包括连接第一控制模块71和/或第二控制模块72的隔离模块73，隔离模块73的第一隔离端与原边绕组210共地设置，隔离模块73的第二隔离端与副边绕组220共地设置。具体的，在一些场景中，原边绕组210和副边绕组220需要电气隔离采用不同的接地设置，因此通过隔离模块73在控制电路中实现
信号传输同时实现原边和副边的电气隔离，其隔离模块73的第一隔离端与原边绕组210共地设置，隔离模块73的第二隔离端与副边绕组220共地设置。如图5和如图6所示，在一些实施例中，其中第一控制模块71和第二控制模块72通过隔离模块73连接，实现第一控制模块71与第二控制模块
72的不同地设置，例如第一控制模块71与原边绕组210共地，第二控制模块72与副边绕组
220共地。
[0054] 如图7所示，在一实施例中，隔离模块73包括光电耦合模块，光电耦合模块的发光二极管的第一端连接第二控制模块72，光电耦合模块的发光二极管的第二端接地并与第二控制模块72共地，光电耦合模块的光敏三极管的第一端连接第一控制模块71，光电耦合模块的光敏三极管的第二端接地并与第一控制模块71共地；第一控制模块71与原边绕组210共地设置，第二控制模块72与副边绕组220共地设置；具体的，隔离模块73可以采用光电耦合模块实现隔离，其中光电耦合模块的发光二极管端连接第二控制模块72，并和第二控制模块72一起与副边绕组220共地设置，光电耦合模块的光敏三极管连接第一控制模块71，并和第一控制模块71一起与原边绕组210共地设置。
[0055] 如图8所示，在一实施例中，隔离模块73包括第一隔离线圈，第一隔离线圈的第一端和第二端连接第一控制模块71，第一隔离线圈的第三端和第四端连接输入开关电路30；第一控制模块71连接第二控制模块72、并与副边绕组220共地设置，第二控制模块72连接输出开关电路40；具体的，隔离模块73可以通过第一隔离线圈实现隔离，第一隔离线圈包括两个相互隔离的线圈，其中一线圈绕组连接输入开关电路30，其通过输入开关电路30与原边绕组210实现共地设置，另一线圈连接第一控制模块71，第一控制模块71和第二控制模块72相互连接，第二控制模块72连接输出开关电路40，实现与副边绕组220共地设置。
[0056] 如图9所示，在一实施例中，隔离模块73包括第二隔离线圈，第二隔离线圈的第一端和第二端分别连接第二控制模块72，第二隔离线圈的第三端和第四端连接输出开关电路40，第二控制模块72连接第一控制模块71、并与原边绕组210共地设置，第一控制模块71连接输入开关电路30。具体的，隔离模块73可以通过第二隔离线圈实现隔离，第二隔离线圈包括两个相互隔离的线圈，其中一线圈绕组连接输出开关电路40，其通过输出开关电路40与原边绕组210实现共地设置，另一线圈连接第二控制模块72，第二控制模块72和第一控制模块71相互连接，第一控制模块71连接输入开关电路30，实现与原边绕组210共地设置。可以理解，第二隔离线圈可以为多个，即每个第二隔离线圈与一路输出开关电路40对应，实现每一路输出的隔离。
[0057] 如图7-9所示，在一实施例中，第一控制模块71包括：用于输出占空比信号的PWM信号输出模块712，连接PWM信号输出模块712的第一开关驱动模块711，其中，第一开关驱动模块711连接输入开关电路30或连接第一隔离线圈的第一端和第二端；第二控制模块72包括：连接副边绕组220或输入开关电路30、用于获取输入开关电路30的当前开关周期顺序的开关周期计数模块721，连接开关周期计数模块721、用于获取输入开关电路30的当前开关周期顺序并输出第一切换信号和第二切换信号的切换模块723；连接切换模块723，用于接收第一切换信号以切换输出开关电路40导通的第二开关驱动模块722，其中第二开关驱动模块连接输出开关电路40或第二隔离线圈的第一端和第二端；分别连接反馈电路60和切换模块723，用于接收第二切换信号以切换反馈电路60与第一控制模块71导通连接的反馈开关电路724。具体的，第一控制模块71中通过PWM信号输出模块712输出一定占空比的占空比信号，通过该占空比信号驱动第一开关驱动模块711输出驱动信号即第二控制信号以驱动输入开关电路30的导通或关断一定时长，其中第一开关驱动模块711可以直接连接输入开关电路30也可以通过第一隔离线圈连接输入开关电路30。其中通过PWM信号设置占空比，可以设置每一路的输出对应相同或者不同的占空比。在第二控制模块72中，可以通过开关周期计数模块721获取输入开关电路30的当前开关周期顺序，即通过周期计数模块721记录输入开关电路30的开关顺序，以根据预设时序确定需要连接的输出端50，即在第二控制模块72中，通过切换模块723输出第一切换信号和第二切换信号，通过第一切换信号控制第二开关驱动模块722工作，以控制输出开关电路40导通或关断，其中，第二开关驱动模块722可以直接连接输出开关电路40，也可以通过第二隔离线圈连接输出开关电路40。其还可以通过第二切换信号通过反馈开关电路724控制反馈电路60导通或关断。既可以理解第一切换信号和第二切换信号是对应的。
[0058] 如图7-9所示，在一实施例中，反馈电路60包括运算放大器以及连接运算放大器的环路补偿模块。具体的，反馈电路60通过常用的运算放大器和环路补偿模块组成，运算放大器的第一个输入端连接输出端50，运算放大器的输出端50连接PWM信号输出模块，运算放大器的第二个输入端输入一参考电压，运算放大器的第一个输入端经环路补偿模块连接运算放大器的输出端50。
[0059] 进一步的，在一实施例中，反馈电路60还包括与副边绕组220耦合连接的辅助绕组，运算放大器的反向输入端连接辅助绕组。具体的，反馈电路60还可以通过从辅助绕组获取输出端50的
输出信号。
[0060] 如图5和图6所示，在一实施例中，副边绕组220包括多个副边绕组220，每个副边绕组220均连接一个或多个输出开关电路40。具体的，多个输出可以通过一个副边绕组220获取输出，也可以通过多个不同的副边绕组220分别获取，其中多个副边绕组220均与原边绕组210耦合。
[0061] 如图5所示，在一实施例中，输出开关电路40包括整流管和切换开关，整流管的第一端连接副边绕组220，整流管的第二端连接切换开关的第一端，切换开关的第二端连接输出端50，切换开关的控制端连接控制电路；具体的，其整流管实现反向隔离作用，切换开关控制副边绕组220与输出端50的对应导通连接。
[0062] 如图6所示，在一实施例中，输出开关电路40包括双向阻断开关，双向阻断开关的第一端连接副边绕组220，双向阻断开关的第二端连接输出端50，双向阻断开关的控制端连接控制电路。具体的，上面实施例的一个替代方案中，可以将切换开关和整流管进行整合，采用一个可双向阻断的双向阻断开关控制副边绕组220与输出端50的对应导通连接。
[0063] 如图10所示，在一实施例中，反馈电路60包括分别连接输出端50的电流反馈电路62和/或电压反馈电路61，通过电压反馈电路61获取输出端50的电压反馈信号，通过电流反馈电路62获取输出端50的电流反馈信号。可以根据电压反馈信号或电流反馈信号进行单独控制，也可以同时根据电压反馈信号和电流反馈信号进行控制。
[0064] 以上面多路输出开关电源中，其控制电路根据反馈信号控制输入开关电路30的导通和关断的一个具体的控制过程如图11所示，在初始时间t0，g_q1变高电平，开关管Q1导通，变压器20(Tx1)存储
能量。副边绕组220(vs)信号为负值，电平由原副边
匝比和输入电压决定。开关管Q1电流Ipri上升，开关管Q1的导通时间根据控制量Vctl对应的占空比决定。持续一时间t1后，开关管Q1导通时间结束，开关管Q1关断。Tx1释放能量到输出。在这个周期，输出选择决定S1导通，g_s1为高电平，Tx1能量释放到第一个输出Vout1。在t2时间，变压器20存储能量完全释放到第一个输出端50。反馈电路60获取对第2路输出能量的要求，表示为Vctl2。输出控制逻辑通过g_sw选择了第二路控制量Vctl2，通过隔离光耦ISO1给到Vctl。在t3-t4时间，Q1和Tx1根据Vctl的值把第二路所需的能量送到第二路输出。依次类推。在这个过程中，开关周期计数单元给出每个周期所处的时序
位置。输出选择根据控制策略来决定g_s1,g_s2和g_sw的时序。
[0065] 以上面多路输出开关电源中，控制电路根据反馈信号控制输入开关电路30的导通和关断的另一个具体的控制过程如图12所示，假设第二路输出量很小，第一路输出量很大。控制电路可以根据输出能量的差异，除了控制占空比来改变输出能量，还可以通过时序控制比例来实现能量的调节。第一路和第二路的时序可以是每2个第一路导通周期对应1个第二路导通周期。其相应的也可以理解为调节在每一路输出开关电路导通时，可以通过增加或减少输入开关电路导通和关断的周期数，来改变其在一路输出开关电路导通时，传递给这一路输出的能量。跟图11中的简单互补导通方案相比，同等变压器20可以对其中的一路提供2倍的功率。这个基于时序的能量控制可以根据输出需要动态地决定。
[0066] 可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明
专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干
变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明
权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。
