[發明專利]根據次級側電流持續時間進行調節的開關電源的控制電路

有效

• 申請號: 200910163971.7
• 申請日: 2009-04-14
• 公開（公告）號: CN101626200A
• 公開（公告）日: 2010-01-13
• 發明（設計）人: 拉爾夫·施羅德-格吉格
• 申請（專利權）人: 能源系統技術有限責任公司
• 主分類號: H02M7/217
• 分類號: H02M7/217;H02M3/335
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 謝 強

技術領域

本發明涉及一種用于具有初級側開關和變壓器的初級受控開關電源的 控制電路。此外，本發明還涉及一種相關的開關電源。

背景技術

通常，已知的開關電源使用功率晶體管開關，以便將脈動的電流提供 到電感的和電容的蓄能元件的網絡上，這些蓄能元件將接入的電流脈沖轉 換為經過調節的直流電壓。根據開關電源的工作模式，開關電源可以提供 大于、小于、等于未經調節的輸入電壓的或者與未經調節的輸入電壓極性 相反的輸出電壓。開關電源往往用于功率電源電路。在此，這樣的開關電 源要接受在85V至270V交流電壓范圍內的輸入電壓，并且按照這種方式可 以在全世界不同的電網電源上不經修改或者開關地工作。此外，還必須足 夠地和準確地調節輸出電壓，以便一方面防止損壞負載，而另一方面防止 不必要的功率消耗。最后，今天的開關電源必須做得成本極其低廉而且其 幾何尺寸盡量減到最小。

通常，借助于反饋信號來調節已知的初級開關的開關電源的輸出電壓， 該反饋信號反映了輸出電壓和/或輸出電流。為了能夠使用輸出電壓作為調 節量，必須進行從次級側向在初級側的調節回路的相應信號的反饋。這個 反饋信號被用來控制開關功率晶體管的工作周期。為了提供一個適當的反 饋信號，目前存在不同的方式。例如，可以設置初級側輔助繞組，它在初 級側開關斷開期間產生一個反饋信號，該反饋信號提供了輸出電壓的映像。 但是，作為替代方案，還可以通過光耦合器直接反饋輸出電壓。作為替代 方案，還可以使用另一種信號轉發器，以便直接將在次級側的輸出電壓在 初級側的控制電路上發出信號。

這些反饋方案具有如下的缺點：它們必須使用輔助繞組、光耦合器或 者信號轉發器。例如，在變壓器中輔助繞組的情況下其比較復雜和昂貴。

發明內容

因此，本發明要解決的技術問題在于，給出一種盡可能簡單和成本最 低廉的用于開關電源的控制電路，它允許在在次級側和初級側之間沒有直 接反饋的條件下調節開關電源的輸出電壓。

本發明基于這樣的思想，即可以采用次級側電流持續時間代替實際的 輸出電壓作為調節量，以便由此控制初級側開關。因為該次級側電流持續 時間可以間接地在初級側確定，所以在次級側的輸出電壓和初級側的控制 電路之間完全不需要直接反饋。

因此，根據該控制電路的設計，初級側開關的斷開時刻和/或接通時刻 可以根據次級側電流持續時間來確定。

該次級側電流持續時間必須在初級側確定，其中，在次級側上的該電 流持續時間的起點通過初級側開關的斷開時刻來定義，因為只有在此時刻 電流才開始通過次級繞組流動。

電流通過次級側流動的電流持續時間的終點，可以通過觀察在初級繞 組上的電壓來確定。一個變壓器中的初級和次級繞組是磁耦合的，而且如 果假定是理想的元件，則兩個繞組上的電壓具有一個相同的變化過程。如 果次級側電流不再流動，則在次級繞組上不再有電壓，因此在初級繞組上 也沒有電壓。所以次級側電流的終點可以根據初級線圈上的電壓過零點確 定。

初級線圈上的電壓比較高，因此不能直接在初級線圈上測量這個電壓， 而是在也施加了這個電壓的開關的控制輸入端測量。該初級繞組的高電壓 處于雙極性晶體管(例如可以作為開關使用)的集電極輸入端。由于該高 電壓，通過雙極性晶體管集電極輸入端和基極輸入端(控制輸入)之間的 寄生電容可以在基極輸入端上量取一個足夠高的電壓，以便確定在初級線 圈上的電壓是否衰退，亦即，發生了電壓過零。

作為替代方案，還可以使用印制導線之間的寄生電容來量取初級繞組 上的電壓。

按照一個有利的實施方式，使初級側開關在斷開狀態下保持高阻，從 而使該初級繞組上的電壓更好地傳遞到雙極性晶體管基極輸入端的電壓。

用來控制初級側開關的控制電路的控制輸出端與該開關的控制輸入端 連接。在該開關的控制輸入端上還可以量取由此通過該控制輸出端返回到 控制電路的上述電壓。因此，該控制電路的控制輸出端必須在兩個方向上 都能工作。然而，還可以在該控制電路上設置一個附加的端子，以便返回 雙極性晶體管基極輸入端上的與初級繞組上的電壓對應的電壓。作為替代 方案，該端子可以電阻地或者電容地連接到變壓器的一個繞組上。

如前所述，使用次級側電流持續時間作為調節量來調節開關電源的輸 出電壓。通過一個或多個與控制電路的一個反饋輸入端連接的開關元件來 定義該電流持續時間的極限值，該極限值是對于實際的調節回路需要的。