[實用新型]開關電源控制電路和開關電源系統

有效

• 申請號: 201921585109.0
• 申請日: 2019-09-23
• 公開（公告）號: CN211151829U
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發明（設計）人: 成東波
• 申請（專利權）人: 上海新進芯微電子有限公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02M1/14
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 曹廷廷

本實用新型公開了一種開關電源控制電路和開關電源系統，在開關電源具有低母線電壓Vbus輸入時，其副邊的輸出電壓Vout下降，在這種情況下，本實用新型的開關電源控制電路，能夠檢測到用于反饋開關電源的副邊輸出電壓Vout情況的反饋電壓V_FB波形出現滿占空比，并判定為出現輸出工頻紋波問題，進而會把開關電源的峰值電壓Vcs抬高K倍(K1)，同時把開關電源的副邊導通時間與開關周期的比值Tons/Tsw縮小K倍，以此維持Vcs*Tons/Tsw乘積不變，繼而維持了開關電源的恒流輸出；同時由于Tons/Tsw縮小，即Tons不變，Tsw增大，可供原邊導通時間Tonp“吃掉”的關斷時間Toff增大，在開關電源具有低母線電壓Vbus輸入時能有更多的空間給Tonp去調整，由此優化了輸出工頻紋波問題，提高了開關電源的輸出精度。

技術領域

本實用新型涉及充電控制技術領域，特別是涉及一種開關電源控制電路和開關電源系統。

背景技術

電源是各個電子設備不可或缺的組成部分，其性能的優劣直接關系到電子設備的技術指標以及其能否安全可靠的工作，而目前主流應用是開關電源(Switch Mode PowerSupply)。開關電源又稱之為開關變換器，是利用現代電力電子技術，通過調整開關器件的導通比或者頻率來使輸出電壓恒定或輸出電流恒定的一種電源。開關電源相對于傳統線性電源具有體積小、穩定性好、轉換效率高的特點，因此被廣泛應用于充電器、電源適配器、LED驅動電源、無線通信設備、液晶屏電源管理、電子冰箱、以太網電源等場合。

由于開關電源需要適應于不同的工作條件，對開關電源的動態響應性能要求越來越高。舉例而言，在開關電源應用于電子設備(例如手機)充電器時，充電器的線端電壓(也即被充電端，例如手機端)的穩定性是衡量充電器的性能的一個重要指標。請參考圖1，圖1為現有的充電器(即原邊控制的開關電源)的系統原理圖。該充電器由橋式整流電路U1、高壓濾波電容C1、變壓器原邊繞組Lp、變壓器輔助繞組Laux、變壓器副邊繞組Ls、開關電源控制電路IC、功率開關管M1等組成。變壓器原邊繞組Lp、變壓器輔助繞組Laux和變壓器副邊繞組Ls組成變壓器，主要用于輸入和輸出的電氣隔離和能量傳輸。交流電源Vac經過橋式整流電路U1產生母線電壓Vbus，母線電壓Vbus為變壓器的原邊供電。功率開關管M1的柵極連接開關電源控制電路IC的驅動端DRI，漏極連接變壓器原邊繞組Lp的一端，源極通過串聯采樣電阻Rcs而接地，功率開關管M1的源極和采樣電阻Rcs的公共端連接開關電源控制電路IC的原邊峰值電壓或峰值電流采樣端CS端。變壓器原邊繞組Lp的另一端連接橋式整流電路U1的輸出端，以接收母線電壓Vbus。變壓器輔助繞組Laux同名端通過連接串聯的兩個反饋電阻Rfb1和Rfb2而接地，以得到反饋電壓V_FB，用于實現副邊輸出電壓Vout向開關電源控制電路IC的反饋，具體地，因為變壓器輔助繞組Laux的電壓與變壓器副邊繞組Ls的電壓存在匝比關系，所以反饋電壓V_FB能夠反映副邊輸出電壓Vout的變化，兩個反饋電阻Rfb1和Rfb2的公共端連接控制電路IC的開關電源輸出電壓反饋端FB端。變壓器輔助繞組Laux的一端還通過連接二極管Daux的陽極，二極管Daux的陰極連接電阻Rst和電容C2的公共端，電阻Rst和電容C2組成RC啟動電路，電阻Rst和電容C2的公共端還連接開關電源控制電路IC的VCC端，以對母線電壓Vbus采樣得到開關電源控制電路IC所需的工作電壓V_CC。變壓器副邊繞組Ls的一端連接二極管Ds的陽極，變壓器副邊繞組Ls的另一端接地。二極管Ds的陰極和地之間并聯電容C3和電阻R0以及負載RL，二極管Ds用于整流、穩壓，并聯電容C3和電阻R0用于組成濾波電路，對輸出電壓Vout進行濾波。

圖2中示出了V_FB隨時間的變化曲線，從圖2中可以看出，充電器正常工作時的一個M1開關周期T實際被分為三個階段：原邊導通階段Tonp(Tonp即原邊導通時間)，副邊導通階段Tons(Tons即副邊導通時間)以及原邊和副邊均關斷階段Toff(Toff即關斷時間)，結合圖1，在原邊導通階段Tonp內原邊繞組Lp存儲能量，在副邊導通階段Tons內原邊繞組Lp存儲的能量向副邊電路進行傳輸，副邊電流逐漸降為0。