[發(fā)明專利]一種開關(guān)電源及其控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110002504.3
• 申請日: 2011-01-07
• 公開（公告）號: CN102097949A
• 公開（公告）日: 2011-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 汪虎;張永鉑;朱慧珍;趙平安
• 申請（專利權(quán)）人: 上海新進(jìn)半導(dǎo)體制造有限公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 逯長明;王寶筠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電子電路技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種開關(guān)電源及其控制方法。

背景技術(shù)

開關(guān)電源由于具有小體積、高轉(zhuǎn)換效率以及大輸出負(fù)載能力等多個優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于手機(jī)充電器、電源適配器等多個領(lǐng)域。輸出動態(tài)性能是開關(guān)電源的一個關(guān)鍵指標(biāo)，在某些手機(jī)充電器的應(yīng)用中，要求輸出電壓在負(fù)載電流從0mA切換到700mA時不能低于4.2V；在筆記本電腦或液晶電視的應(yīng)用中，系統(tǒng)從待機(jī)切換到正常工作狀態(tài)時，要求輸出電壓的下沖尖峰不能超過輸出電壓標(biāo)稱值的+/-10％；輸出電壓精度是開關(guān)電源的另一個關(guān)鍵指標(biāo)，在某些手機(jī)充電器的應(yīng)用中，要求輸出電壓在全負(fù)載電流范圍內(nèi)滿足+/-2.5％的精度。

圖1示出現(xiàn)有開關(guān)電源結(jié)構(gòu)圖。輸入的交流電壓Vac通過整流橋102和輸入濾波電容103得到輸入電壓Vin。系統(tǒng)啟動時通過啟動電阻104對原邊控制芯片101的電源VCC供電。變壓器由原邊繞組105、副邊繞組106和輔助繞組107構(gòu)成。功率開關(guān)管108的導(dǎo)通或關(guān)斷控制變壓器中的能量存儲。

當(dāng)功率開關(guān)管108導(dǎo)通時，原邊繞組105導(dǎo)通，變壓器磁芯存儲能量。第一電阻109感應(yīng)原邊電感電流；當(dāng)功率開關(guān)管108關(guān)斷時，原邊繞組105關(guān)斷，變壓器磁芯存儲的能量向副邊繞組106和輔助繞組107傳送。輔助繞組107的電流通過第一整流二極管110整流，向原邊控制芯片101的電源VCC供電。副邊繞組106的電流通過第二整流二極管116整流和電容114濾波后向負(fù)載電阻115提供能量。輔助繞組107感應(yīng)副邊繞組106的電壓。

當(dāng)功率開關(guān)管108關(guān)斷時，輔助繞組107上的電壓通過第一反饋分壓電阻112和第二反饋分壓電阻113向原邊控制芯片101的FB端提供反饋電壓?？刂颇K101a檢測FB端和CS端的電壓，產(chǎn)生控制信號控制驅(qū)動模塊101b。驅(qū)動模塊101b驅(qū)動功率開關(guān)管108的導(dǎo)通和關(guān)斷。

原邊控制芯片101、功率開關(guān)管108和變壓器構(gòu)成一個負(fù)反饋環(huán)路，將輸出電壓Vout的平均值控制在需要的額定輸出值。反饋環(huán)路的帶寬對系統(tǒng)的負(fù)載響應(yīng)特性具有重要影響。當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載為輕載時環(huán)路帶寬被限制在數(shù)百Hz，導(dǎo)致此時系統(tǒng)的輸出動態(tài)性能較差(見圖2)。

系統(tǒng)由空載或輕載瞬間切換到重載時，原邊控制芯片101都需要至少數(shù)毫秒時間將脈沖頻率調(diào)制(PFM，Pulse?Frequency?Modulation)系統(tǒng)的開關(guān)頻率提高到高頻或讓PWM系統(tǒng)以最大導(dǎo)通占空比工作。在這種條件下，系統(tǒng)的輸出電壓Vout將會出現(xiàn)較大的下沖尖峰電壓(見圖3)。

其次，現(xiàn)有的開關(guān)電源在輕載時，會由于輸出端無法耗盡原邊供給的能量，而出現(xiàn)輸出電壓Vout上沖問題(見圖4)。這樣，不僅會導(dǎo)致輸出電壓過沖，而且也會造成能量的不必要損失，導(dǎo)致效率的下降。圖5為現(xiàn)有開關(guān)電源的輸出電壓Vout和輸出端負(fù)載的曲線示意圖，從圖5中可以看出，在輕載至空載階段，輸出電壓Vout上沖現(xiàn)象明顯。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供一種開關(guān)電源，該開關(guān)電源能夠改善待機(jī)功耗，提高輕載與空載范圍的輸出電壓精度。

本發(fā)明一種開關(guān)電源，包括具有原邊繞組、輔助繞組、和副邊繞組的變壓器，以及耦合在變壓器原邊繞組的功率開關(guān)管，還包括：通過所述功率開關(guān)管耦合到所述變壓器原邊繞組的第一控制電路；耦合在所述變壓器副邊繞組的第二控制電路，第二控制電路的輸入端接開關(guān)電源的輸出端，第二控制電路的輸出端連接輔助繞組的異名端；當(dāng)開關(guān)電源的輸入電壓Vout低于第一設(shè)定電壓值時，第二控制電路發(fā)送脈沖信號到第一控制電路，第一控制電路控制功率開關(guān)管導(dǎo)通，通過變壓器原邊繞組向開關(guān)電源輸出端傳輸能量。

優(yōu)選的，第一控制電路包括負(fù)載檢測模塊、使能控制模塊、輸出電壓檢測模塊、動態(tài)監(jiān)測模塊和驅(qū)動模塊；

所述負(fù)載檢測模塊，用于通過檢測變壓器副邊繞組導(dǎo)通時間的占空比，判斷輸出負(fù)載情況，如輸出負(fù)載低于第一設(shè)定負(fù)載值，發(fā)送輸出輕載信號給使能控制模塊；

輸出電壓檢測模塊，用于在副邊繞組導(dǎo)通時間檢測輸出電壓Vout，如輸出電壓Vout高于預(yù)設(shè)電壓，發(fā)送恒壓信號給使能使能控制模塊；

使能控制模塊，用于在接收到輸出輕載信號和恒壓信號后，發(fā)送確認(rèn)信號到驅(qū)動模塊；

動態(tài)檢測模塊，用于接收到第二控制電路傳送的脈沖信號，發(fā)送啟動信號到驅(qū)動模塊；

驅(qū)動模塊，用于在接收到確認(rèn)信號后才接收啟動信號，依據(jù)啟動信號控制功率開關(guān)管導(dǎo)通。

優(yōu)選的，所述開關(guān)電源還包括整流橋和輸入濾波電容，開關(guān)電源輸入的交流電壓Vac通過整流橋和輸入濾波電容得到輸入電壓Vin。