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一种反激式开关电源及其输出控制系统、方法和芯片

文献发布时间:2023-06-19 16:20:42



技术领域

本申请涉及开关电源控制的领域,尤其是涉及一种反激式开关电源及其输出控制系统、方法和芯片。

背景技术

随着消费电子产品的发展,与其相关的电源市场需求也日益增大,通常电子产品的能量功耗有两种模式:即运行模式和待机模式;运行模式中,需要提高系统效率来满足更大的负载功率,待机模式中,要求输出保持较好的负载调整率,电源系统就需要在高频的状态下工作,而高频工作会产生更大的功耗。因此,从智能手机到家用电器,消费电子行业急需要具有超低电机功率的高性能电源装置,即开关电源在负载很小(轻载)或者待机(空载)状态时,部分关断或者完全关断控制电路,从而消除这些不需要的功能所浪费的能量,又要满足在负载发生瞬态变化时,开关电源能及时的判断并调节工作状态。

随着科学技术的进步,AD/DC电源从线性开关电源发展到反激式开关电源,而反激式开关电源从次级控制SSR又发展到初级控制PSR,PSR电源以其成本低、体积小、重量轻、电能转换效率高等特点而被广泛应用。但同时,PSR电源存在动态负载差的问题,即在负载发生瞬态变化时,由于系统输出突然由空载(待机)转换到重载(运行)时,而PSR电源所应用的PSR芯片需要在下一个采样周期才能采集到负载变化的信息,在负载变化而下一个采样周期未到的这段时间内,初级原边就显得很被动,输出电压会被拉到很低的电压值,给后续电路造成错误风险。

发明内容

为了改善负载调整率,降低电路错误以提高开关电源输出的电压稳定性,本申请提供一种反激式开关电源及其输出控制系统、方法和芯片。

第一方面,本申请提供一种反激式开关电源的输出控制系统,采用如下的技术方案:

一种反激式开关电源的输出控制系统,包括:

电源控制模块,设置于原边回路和辅助回路中,用于监测负载状态,并根据负载状态变化调节工作频率,稳定电源的输出电压;

电源唤醒模块,设置于副边回路中,用于监测负载状态,并根据负载状态变化输出唤醒控制信号,所述电源控制模块响应唤醒控制信号;

当所述电源控制模块监测到负载处于带载运行状态时,所述电源控制模块控制开关电源的输出;

当所述电源控制模块监测到负载由带载转为空载时,开关电源的输出由所述电源唤醒模块控制;

当所述电源唤醒模块监测到负载由空载转为带载时,所述电源唤醒模块输出唤醒控制信号以唤醒所述电源控制模块,开关电源的输出控制权由所述电源控制模块控制。

通过采用上述技术方案,通过设置电源控制模块和电源唤醒模块,在开关电源处于正常带载运行时,开关电源输出由电源控制模块控制,电源控制模块根据负载的情况实时调节工作频率或导通占空比,稳定电源的输出电压;当开关电源处于空载状态时,为降低开关电源的损耗,电源控制模放弃对开关电源的输出控制,将对开关电源的控制权转移到电源唤醒模块上;当电源唤醒模块监测到有负载突然加入,即负载由空载转为带载时,电源唤醒模块输出唤醒控制信号唤醒电源控制模块,开关电源的输出控制权重新由电源控制模块控制;增加电源唤醒模块,既可以满足在待机状态下降低开关电源损耗的需求,又可以在负载发生瞬态变化时,通过电源唤醒模块的监测输出唤醒控制信号立即唤醒电源控制模块,以降低电路错误的风险。

优选地,所述电源控制模块包括用于控制原边回路是否导通的第一开关管以及耦接于所述第一开关管与辅助回路之间的主控单元,所述主控单元与所述第一开关管的控制端连接,用于控制所述第一开关管导通或者截止;

所述主控单元包括:

采样输入端,连接于辅助回路,用于获取辅助回路上的采样电压信号;

电流检测输入端,连接于原边回路,用于检测原边回路导通时产生的原边电流信号;

控制输出端,耦接于第一开关管,输出控制信号以控制第一开关管的导通或者截止。

通过采用上述技术方案,主控单元通过控制第一开关管的导通和截止来实现对开关电源的工作频率的调节,同时主控单元通过采样输入端和电流检测输入端的信号采集判断开关电源的负载状态。

优选地,所述主控单元还包括采样控制电路和唤醒接收电路,

所述采样控制电路,与所述采样输入端连接,用于获取采样电压信号,并根据采样电压信号判断负载状态,输出控制信号;

所述唤醒接收电路,其一输入端与所述采样输入端连接,用于获取采样电压信号,其另一输入端与所述控制输出端连接,用于反馈控制信号,并根据采样电压信号和控制信号判断开关电源负载状态是否发生变化。

通过采用上述技术方案,采样控制电路实现对开关电源的输出控制,唤醒接收电路通过采样电压信号和反馈的控制信号,识别开关电源的负载状态是否发生变化,以此来实现对电源控制模块的唤醒。

优选地,所述唤醒接收电路包括第一计时器和第一比较器,

所述第一比较器的一输入端与所述采样输入端连接,用于输出第一响应信号;

所述第一计时器预设有第一计时时长,所述第一计时器的输入端连接有第一非门,所述第一非门的输入端与控制输出端连接,所述第一计时器为高电平触发,用于输出第二响应信号;

所述第一计时器和第一比较器的输出端共同连接有第一或门,所述第一或门的输出端连接有第二非门,所述第二非门根据第一响应信号和第二响应信号输出第三响应信号;

所述采样控制电路接收第二响应信号和第三响应信号,并根据第二响应信号判断是否关闭对开关电源的输出控制,根据第三响应信号判断是否唤醒对开关电源的输出控制。

通过采用上述技术方案,第一计时器输入反馈的控制信号,通过设定的第一计时时长来判断开关电源是否处于运行状态,通过第一比较器判断辅助回路电压是否发生变化,唤醒接收电路综合第一计时器和第一比较器的判断结果输出第三响应信号,采样控制电路根据唤醒接收电路的输出来决定是否唤醒电源控制模块。

优选地,所述采样控制电路包括误差放大器、振荡器和峰值电流检测器,

所述误差放大器的一输入端与采样输入端连接,用于输出误差电压信号;

所述振荡器的输入端与误差放大器的输出端连接,接收误差放大信号,并根据误差放大信号输出时钟信号;

所述峰值电流检测器与误差放大器的输出端连接,接收误差放大信号,并根据误差放大信号提供峰值电力参考信号。

优选地,所述采样控制电路还包括:

待机控制器,其输入端与误差放大器的输出端连接,用于接收误差放大信号,并根据误差放大信号判断负载状态,当负载为空载时,输出待机控制信号;待机控制信号用于间歇性启动电源控制模块控制开关电源输出。

通过采用上述技术方案,通过待机控制器间歇性开启开关电源以对输出电容充电,防止待机时间过长,而输出电容因待机损耗而导致输出电压降低的情况发生,稳定输出电压。

优选地,所述电源唤醒模块包括第二开关管和唤醒电路,所述唤醒电路包括:

电压检测输入端,用于检测副边回路的副边电压信号;

唤醒输出端,耦接于第二开关管的控制端,输出唤醒控制信号以控制所述第二开关管导通或者截止。

通过采用上述技术方案,电源唤醒模块通过唤醒电路对副边回路进行监测并对第二开关管进行的导通与截止进行控制,进而实现当负载突然加入时,电源唤醒模块能够及时唤醒电源控制模块。

优选地,所述唤醒电路还包括:

导通判断器,输入端与所述电压检测输入端连接,用于判断副边线圈是否处于工作状态,并输出导通判断信号;

第二计时器,输入端与所述导通判断器连接,用于获取导通判断信号,并根据导通判断信号输出时间唤醒信号;

第三比较器,输入端与所述电压检测输入端连接,用于比较副边电压信号,并根据副边电压信号输出电压唤醒信号;

所述第二计时器预设有第二计时时长,所述第二计时时长大于第一计时时长。

通过采用上述技术方案,导通判断器用来判断副边线圈是不是在工作,第三比较器用于判断副边电压信号是否发生变化,同时通过设置第二计时器,以及通过设置第二计时时长大于第一计时时长,以防止原边线圈和副边线圈同时工作而导致变压器出现共通现象。

第二方面,本申请提供一种应用上述输出控制系统的开关电源,包括第一开关管、原边回路、副边回路和辅助回路,

所述原边回路包括整流器、原边线圈和原边检测电阻,所述原边线圈和所述原边检测电阻串联设置于所述整流器和地之间,所述第一开关管耦接于所述原边线圈和所述检测电阻之间,所述原边检测电阻与第一开关管耦接的一端耦接有电流检测输入端;

所述副边回路包括副边线圈和输出电容,所述输出电容的两端用于连接负载;

所述辅助回路包括辅助线圈和并联设置于辅助线圈两端的第一分压电阻和第二分压电阻,所述第一分压电阻和第二分压电阻串联,所述第一分压电阻和第二分压电阻之间耦接有采样输入端。

第三方面,本申请提供一种输出控制系统的控制方法,采用如下的技术方案:

一种基于第一方面所述的输出控制系统的采样控制方法,包括:

S1、获取原边电流信号和采样电压信号;

S2、判断开关电源是否处于运行状态,若是,则重复S1步骤,若否,则执行以下步骤;

S3、电源控制模块转移开关电源输出控制权至电源唤醒模块;

S4、获取副边电压信号;

S5、判断第二计时器计时时长是否大于第二计时时长,若是,则第二计时器输出的时间唤醒信号为高电平,若否,第二计时器输出的时间唤醒信号为低电平;

S6、判断副边采样信号是否小于第三基准电压,若是,则第三比较器的电压唤醒信号为高电平,若否,则第三比较器的电压唤醒信号为低电平;

S7、若S5和S6的判断结果均为是,则输出唤醒控制信号,开关电源控制权转移至电源控制模块。

优先地,所述S5和S6同时进行。

优先地,所述S2具体包括以下步骤:

根据反馈的控制信号和第一计时器的计时时长判断开关电源的输出控制是否由电源控制模块控制,并根据判断结果第二响应信号;

根据采样电压信号和第二响应信号判断电源控制模块是否被唤醒,并根据判断结果输出第三响应信号;

根据第二响应信号和第三响应信号判断开关电源是否处于运行状态,并根据时钟信号以及峰值电力参考信号输出控制信号。

第四方面,本申请提供一种控制芯片,采用如下的技术方案:

一种控制芯片,包括含如第一方面所述输出控制系统的电源控制模块的电源控制芯片和含如第一方面所述输出控制系统的电源唤醒模块的唤醒控制芯片。

综上所述,本申请包括以下至少一种有益技术效果:

1.通过设置位于副边回路中的电源唤醒模块,使得副边回路不再采用阻尼方式,而是通过电源唤醒模块配合电源控制模块对开关电源的输出进行控制,当开关电源的工作模式发生改变时,电源控制模块和电源唤醒模块相应调解工作方式,以实现降低开关电源的待机功耗的同时,提高开关电源的工作效率和电路安全性;

2.通过设定第二计时时长大于第一计时时长,避免变压器出现共通的情况;

3.通过设置待机控制器,以实现在长时间待机状态下开关电源能够间歇性运行为输出电容充电,从而稳定输出电压。

附图说明

图1是本申请实施例中反激式开关电源的电路系统示意图;

图2是本申请实施例中反激式开关电源的主控模块的电路结构示意图;

图3是本申请实施例中反激式开关电源的待机状态的部分波形图;

图4是本申请实施例中反激式开关电源的唤醒接收电路的电路结构示意图;

图5是本申请实施例中反激式开关电源的唤醒电路的电路结构示意图;

图6是本申请实施例中反激式开关电源由空载转为带载时的部分工作波形图;

图7是本申请实施例中反激式开关电源的输出控制方法的控制流程图。

附图标记说明:100、电源控制模块;110、主控单元;111、采样控制电路;112、唤醒接收电路; 200、电源唤醒模块;201、唤醒电路。

具体实施方式

以下结合附图图1-图7对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种反激式开关电源。如图1所示,开关电源包括变压器和改善负载调整率的输出控制系统;其中变压器包括原边回路、副边回路以及辅助回路,输出控制系统包括:

电源控制模块100,设置于原边回路和辅助回路中,用于监测负载状态,并根据负载状态变化调节工作频率(导通占空比),稳定电源的输出电压VOUT;

电源唤醒模块200,设置于副边回路中,用于监测负载状态,并根据负载状态变化输出唤醒控制信号SW2,电源控制模块100响应唤醒控制信号SW2。

当电源控制模块100监测到负载由重载转为轻载时,电源控制模块100降低工作频率;

当电源控制模块100监测到负载由带载转为空载时,电源控制模块100关闭输出控制,开关电源的输出控制由电源控制模块100转移至电源唤醒模块200控制;

当电源唤醒模块200监测到负载由空载转为带载后,电源唤醒模块200输出唤醒控制信号SW2以唤醒电源控制模块100,电源控制模块重新控制开关电源的输出。

其中,电源控制模块100包括用于控制原边回路是否导通的第一开关管M1以及耦接于第一开关管M1与辅助回路之间的主控单元110。第一开关管M1串联于原边回路中,当第一开关管M1导通时,原边回路导通;当第一开关管M1截止时,原边回路断开。第一开关管M1的导通或截止由主控单元110控制,主控单元110通过调控第一开关管M1的导通或者截止来调节开关电源的输出。

参照图1,主控单元110包括采样输入端VS1

参照图1,电源唤醒模块200包括第二开关管M2和唤醒电路201,唤醒电路201用于检测副边回路的副边电压信号VS2,并根据副边电压信号VS2的变化输出唤醒控制信号SW2,唤醒控制信号SW2用于控制第二开关管M2的导通或截止,以实现是否唤醒电源控制模块100。第二开关管M2包括但不限于MOS管和三极管,本申请实施例中,第二开关管M2以NMOS管进行展示。唤醒电路201根据副边电压信号VS2判断负载状态,当唤醒电路201判断出负载由空载转为带载时,由于负载突然加重,输出电压VOUT迅速下降,当唤醒电路201检测到副边电压信号VS2低于其预设值时,唤醒电路201输出的唤醒控制信号SW2为高电平,此时第二开关管M2导通。

参照图1,具体地,原边回路包括用于对输入交流电进行整流的桥式整流器和一端耦接于整流器的原边线圈NP,原边线圈NP的另一端连接有原边检测电阻RCS,原边检测电阻RCS的另一端接地设置。第一开关管M1耦接于原边线圈NP和原边检测电阻RCS之间,电流检测输入端CS

副边回路包括相互并联设置的副边线圈NS和输出电容C1,副边线圈NS与原边线圈NP相互耦合感应,输出电容C1的两端并联连接有负载。当原边回路导通时,原边检测电阻RCS有电流流过,主控单元110对流经原边检测电阻RCS的电流进行采样检测,此时原边线圈NP存储能量,副边线圈NS和辅助线圈NA不工作,输出电容C1为负载供电。

辅助回路包括与原边线圈NP和副边线圈NS相互耦合感应的辅助线圈NA,辅助线圈NA的两端耦接有第一分压电阻R1和第二分压电阻R2,第一分压电阻R1和第二分压电阻R2串联后与辅助线圈NA并联,主控单元110的采样输入端VS1

参照图1,为方便电源控制模块100的正常供电,主控单元110设置有电源输入端VCC

参照图1和图2,主控单元110包括采样控制电路111和唤醒接收电路112,其中采样控制电路111包括误差放大器EA、待机控制器STANDBY、振荡器OSC和峰值电流检测器CST。其中,误差放大器EA的一输入端与采样输入端VS1

参照图2和图3,待机控制器STANDBY判断开关电源是否处于待机状态,待机控制器STANDBY的输入端与误差放大器EA的输出端连接,用于接收误差放大器EA输出的误差电压信号EAOUT,并根据误差电压信号EAOUT输出待机控制信号Sout。待机控制器STANDBY预设有判断电压值,当输入的误差电压信号EAOUT高于判断电压值时,待机控制器STANDBY判断开关电源处于运行状态,此时待机控制器STANDBY不工作,其不输出的待机控制信号Sout或者可以理解为待机控制信号Sout为低电平。当输入的误差电压信号EAOUT小于判断电压值时,待机控制器STANDBY判断开关电源处于待机状态,此时待机控制器STANDBY工作,待机控制器STANDBY输出待机控制信号Sout,待机控制信号Sout为导通占空比小的高低电平开关信号。当开关电源处于待机状态时,系统存在待机功耗,待机功耗会导致输出电容C1的电能下降,即导致输出电压VOUT下降,为保证输出电压VOUT稳定,通过待机控制器STANDBY控制开关电源间歇性工作,为输出电容C1充电,从而稳定输出电压VOUT。

参照图2,振荡器OSC的输入端与误差放大器EA的输出端连接,用于接收误差放大器EA输出的误差电压信号EAOUT,并根据误差电压信号EAOUT输出时钟信号CLK。峰值电流检测器CST的输入端也耦接于误差放大器EA的输出端,用于接收误差放大器EA输出的误差电压信号EAOUT,并根据误差电压信号EAOUT提供合适的峰值电力参考信号VSCT。

参照图1和图4,唤醒接收电路112包括一输入端与采样输入端VS1

参照图4,第一计时器TD1的输出端与第一比较器CMP1的输出端共同连接有第一或门OR1,第一或门OR1输出端连接有第二非门NOT2,第二非门NOT2输出第三响应信号S3。第一响应信号S1为唤醒接收电路112的内部信号,第二响应信号S2和第三响应信号S3为唤醒接收电路112的输出信号。

参照图1和图2,采样控制电路111还包括第一与门AND1、第二或门OR2和第三或门OR3,第二或门OR2的两个输入端分别用于获取第二响应信号S2和待机控制信号Sout;第一与门AND1的一输入端与第二或门OR2的输出端连接,第一与门AND1的另一输入端输入时钟信号CLK;第三或门OR3的一输入端与第一与门AND1的输出端连接,第三或门OR3的另一输入端接收第三响应信号S3。采样控制电路111还包括第二比较器CMP2和触发器,第二比较器CMP2的一输入端耦接于峰值电流检测器CST输出端,第二比较器CMP2的另一输入端耦接于电流检测输入端CS

参照图1和图5,唤醒电路201包括电压检测输入端VS2

参照图5,第二计时器TD2输出时间唤醒信号S5,第二计时器TD2预设有第二计时时长tdly2,第二计时时长tdly2根据输出电容C1的储能能力进行设定。输出电容C1为大电容,即使当负载突然加重,若依副边回路所能供给的最大电流I

根据电容供电时间t=(c*u)/I;那么:

t

其中,t

在第二计时时长tdly2内,第二计时器TD2输出的时间唤醒信号S5为低电平,超出第二计时时长tdly2后,第二计时器TD2输出的时间唤醒信号S5为高电平,由此可知时间唤醒信号S5初始为低电平。

参照图1和图5,唤醒电路201还包括与电压检测输入端VS2

参照图1和图5,唤醒电路201还包括第二与门AND2,第二与门AND2的输入端分别与第三比较器CMP3的输出端和第二计时器TD2的输出端连接,第二与门AND2的输出端即为唤醒输出端SW2

参照图1和图6,在开关电源的架构系统中,为降低开关电源的损耗,用同步整流管替代二极管,以提高系统效率,降低功耗,但是同步整流管控制不当则会造成电源变压器共通的现象(即原边线圈NP和副边线圈NS同时工作),导致变压器被击穿损坏。开关电源自身的输出功率和稳定性由第一开关管M1的导通占空比和系统工作频率实现的,故第一开关管M1截止时并不一定代表负载为空载状态,为防止电源控制模块100误判负载为空载而导致原边线圈NP和副边线圈NS同时工作而导致变压器可能被击穿的情况发生,因此第一计时器TD1预设的第一计时时长tdly1小于第二计时器TD2预设的第二计时时长tdly2,即tdly1

在第一开关管M1关断时,即在原边线圈NP关断,副边线圈NS开始工作时,第一计时器TD1和第二计时器TD2同时开始计时。当第一开关管M1关断的时间(即计时时长)在第一计时器TD1的第一计时时长tdly1内时,第一计时器TD1输出的第二响应信号S2为高电平信号,此时第一与门AND1输出的电平信号受振荡器OSC控制,同时第三或门OR3接收到唤醒信号S3为低电平,因此主控单元110输出的控制信号SW1为高电平还是低电平仍由电源控制模块100控制。

当计时时长达到第一计时时长tdly1时,且待机控制器STANDBY输出EAOUT小于预设电压值,开关电源进入待机状态,第一计时器TD1输出的第二响应信号S2为低电平信号,此时待机控制器STANDBY开始工作,输出待机控制信号Sout,系统以最低频率进入间歇性工作,保证稳定的输出电压VOUT。故,此时主控单元110输出的控制信号SW1不受振荡器OSC控制,开关电源的输出由电源唤醒模块200控制,即开关电源的输出控制权由电源控制模块100转移到电源唤醒模块200上,开关电源进入待机状态。

当开关电源处于待机状态时,开关电源的输出控制权由电源唤醒模块200控制;主控单元110的待机控制器STANDBY开始工作,当待机控制信号Sout为低电平时,开关电源暂停不工作,输出电压VOUT有输出电容C1提供;当输出的待机控制信号Sout为高电平时,开关电源以最低频率工作稳定输出电压VOUT。待机控制信号Sout的每一个低电平时长均小于高电平时长,当开关电源长时间处于待机状态时,通过待机控制器STANDBY输出的待机控制信号Sout使开关电源进入间歇性的运行状态,为输出电容C1供电,使得输出电压VOUT保持稳定。

当计时时长达到第一计时时长tdly1而未到第二计时时长tdly2时,此时若有负载接入,则负载由输出电容C1供电。

当计时时长达到第二计时时长tdly2后,第二计时器TD2输出高电平信号,且负载接入使得副边采样信号VS_out小于第三基准信号,第三比较器CMP3输出高电平信号,此时第二与门AND2输出的唤醒控制信号SW2为高电平,控制第二开关管M2导通,副边回路的输出电压VOUT在副边线圈NS上产生正电压,通过变压器的耦合感应,辅助线圈NA感应正电压,采样电压信号VS1为正值且大于第一基准信号,此时第一比较器CMP1输出的第一响应信号S1为低电平,由于第一计时器TD2输出的第二响应信号S2为低电平,因此第三响应信号S3输出高电平信号,第三或门OR3输出高电平,触发器S端置位,故主控单元110输出的采样控制信号SW1为高电平信号,控制第一开关管M1导通,此时原边线圈NP开始工作,开关电源退出待机状态,开关电源的输出控制权由电源唤醒模块200转移到电源控制模块100上。

本申请实施例一种具有改善负载调整率控制电路的开关电源的控制原理为:当开关电源带载正常运行(运行状态)时,开关电源的输出控制由电源控制模块100控制,电源控制模块100由辅助线圈NA提供工作电压,振荡器OSC根据误差放大器EA输出的误差电压信号EAOUT提供时钟信号CLK,同时,峰值电流检测器CST根据误差电压信号EAOUT提供合适的峰值电流参考信号VCST,此时第一计时器TD1输出的第二响应信号S2为高电平信号,因此主控单元110输出的控制信号SW1由时钟信号CLK和原边电流信号CS控制。当负载由重载转为轻载或者由轻载转为重载时,主控单元110根据原边电路信号的变化调整开关电源的工作频率或导通占空比。

当开关电源由带载转为空载时,在原边线圈NP关断,副边线圈NS开始工作时,第一计时器TD1和第二计时器TD2同时开始计时,待机控制器STANDBY判断输入的误差电压信号EAOUT是否小于预设电压值,当计时时长达到第一计时时长tdly1时,且EAOUT小于预设电压值,开关电源进入待机状态,开关电源的输出控制由电源控制模块100转移到电源唤醒模块200。

当开关电源处于待机状态时,待机控制器STANDBY启动,待机控制器STANDBY输出其预设的待机控制信号Sout。在待机控制器STANDBY的作用下,电源控制模块100间歇性控制开关电源输出,对储能电容C1进行充电,从而稳定输出电压VOUT。

当开关电源处于待机状态时,此时若负载突然加重,输出电压VOUT迅速下降,使得唤醒电路201的副边采样信号VS_out小于第三基准电压VREF3,且当计时时长达到第二计时时长tdly2时,唤醒电路201输出的唤醒控制信号SW2为高电平信号,第二开关管M2导通;通过变压器的耦合感应,唤醒接收电路112输出的控制信号SW1也为高电平,第一开关管M1导通,此时原边线圈NP开始工作,电源控制模块100退出待机状态,且开关电源的输出由电源控制模块100重新控制。

本申请实施例还公开一种具有改善负载调整率的控制方法。参照图7,控制方法包括以下步骤:

S1、获取原边电流信号CS和采样电压信号VS1。

具体地,通过采样输入端VS1

通过电流检测输入端CS

S2、判断开关电源是否处于运行状态,若是,则重复S1步骤,若否,则执行以下步骤。

具体地,根据输出电容C1来设定第二计时时长tdly2,并根据第二计时时长tdly2来设计第一计时时长tdly1;根据输出电压VOUT来设定振荡器OSC的时钟信号CLK和峰值电流检测器CST的峰值电力参考信号VSCT,误差放大器EA根据采样电压信号VS1获取误差电压信号EAOUT,振荡器OSC和峰值电流检测器CST根据误差电压信号EAOUT分别输出时钟信号CLK和峰值电流参考信号VCST,第二比较器CMP2根据原边电流信号CS和峰值电流参考信号VCST输出对应的比较信号。

唤醒接收电路根据反馈的采样控制信号和第一计时器的计时时长判断开关电源的输出控制是否由电源控制模块控制,并根据判断结果第二响应信号。若控制信号SW1为高电平信号,第一计时器TD1不计时,第一计时器TD1输出的第二响应信号S2为低电平;若控制信号SW1为低电信号,第一计时器TD1开始计时,第一计时器TD1输出的第二响应信号S2为高电平,当计时时长达到第一计时时长tdly1后,第一计时器TD1输出的第二响应信号S2为低电平信号。

唤醒接收电路根据采样电压信号和第二响应信号判断电源控制模块是否被唤醒,并根据判断结果输出第三响应信号。

采样控制电路根据第二响应信号和第三响应信号判断开关电源是否处于运行状态,并根据时钟信号以及峰值电力参考信号输出控制信号。触发器根据第二比较器CMP2输出的比较信号和唤醒接收电路112输出的第三响应信号S3输出控制信号SW1,输出的控制信号SW1为高电平或低电平。

开关电源启动完成后并接入负载时,电源控制模块100由辅助回路提供工作电压,误差放大器EA的一端输入第一基准电压VREF1,另一端输入采样电压信号VS1,振荡器OSC根据误差放大器EA输出的误差电压信号EAOUT提供时钟信号CLK,同时,峰值电流检测器CST根据误差电压信号EAOUT提供合适的峰值电流参考信号VCST,此时第一计时器TD1输出的第二响应信号S2为高电平信号,因此主控单元110输出的控制信号SW1由时钟信号CLK和原边电流信号CS控制,开关电源处于运行状态。

若控制信号SW1为高电平信号,第一计时器TD1不计时,第一计时器TD1输出的第二响应信号S2为低电平,当开关电源正常带载运行时,唤醒接收电路112接收到的采样电压信号VS1为负值,因此第一比较器CMP1输出的第一响应信号S1为高电平,此时第三响应信号S3为低电平,主控单元110输出的控制信号SW1由时钟信号CLK和原边电流信号CS控制,开关电源处于运行状态。

若控制信号SW1为低电平信号,第一计时器TD1开始计时,待机控制器STANDBY开始判断输入的误差电压信号EAOUT与预设电压值的关系;在第一计时时长tdly1内,第一计时器TD1输出的第二响应信号S2为高电平,此时第三响应信号S3为低电平,采样控制电路111输出的控制信号SW1由时钟信号CLK和原边电流信号CS控制,开关电源处于运行状态。若计时时长达到第一计时时长tdly1,则第一计时器TD1输出的第二响应信号S2为低电平,此时主控单元110输出的控制信号SW1受待机控制器STANDBY输出的待机控制信号SOUT控制,若待机控制器STANDBY判断输入的误差电压信号EAOUT小于预设电压值时,开关电源进入待机状态。

S3、电源控制模块100转移开关电源输出控制权至电源唤醒模块200。

具体地,当开关电源进入待机状态后,开关电源的输出控制由唤醒电路201输出的第三响应信号S3控制,即电源控制模块100不再适时调节控制开关电源的输出,而是由电源唤醒模块200控制。电源控制模块100转移开关电源输出的控制权不代表电源控制模块100完全关闭,不工作,为防止开关电源长时间处于待机状态,输出电容C1因待机功耗的消耗而导致输出电压VOUT下降,当开关电源进入待机状态后,待机控制器STANDBY开始工作,通过待机控制器STANDBY使得开关电源间歇性进入运行状态为输出电容C1充电。

S4、获取副边电压信号VS2。

具体地,通过电压检测输入端VS2

S5、判断第二计时器TD2计时时长是否大于第二计时时长tdly2,若是,则第二计时器TD2输出的时间唤醒信号S5为高电平,若否,第二计时器TD2输出的时间唤醒信号S5为低电平。

具体地,设定第三基准电压VREF3,导通判断器YES/NO根据副边电压信号VS2判断副边线圈NS是否处于工作状态,当导通判断器YES/NO输出高电平信号时,即为副边线圈NS工作(有电流流过),此时第二计时器TD2开始计时,并输出时间唤醒信号S5。第二计时器TD2根据输出电容C1的电容量预设有第二计时时长tdly2,输出电容C1为大电容,即使当负载突然加重,若依副边回路所能供给的最大电流I

根据电容供电时间t=(c*u)/I;那么:

t

其中,t

S6、判断副边采样信号VS_out是否小于第三基准电压VREF3,若是,则第三比较器CMP3的电压唤醒信号S6为高电平,若否,则第三比较器CMP3的电压唤醒信号S6为低电平。

具体地,在电压检测输入端VS2

需要注意的是:步骤5和步骤6无先后顺序,为同时进行。

S7、若S5和S6的判断结果均为是,则输出唤醒控制信号,开关电源控制权转移至电源控制模块100。

具体地,第二与门AND2根据第二计时器TD2输出的时间唤醒信号S5和第三比较器CMP3输出的电压唤醒信号S6输出唤醒控制信号SW2,根据第二与门AND2的逻辑,只有时间唤醒信号S5和电压唤醒信号S6均为高电平时,唤醒控制信号SW2为高电平。

即,当开关电源进入待机状态时,此时若计时时长达到第二计时时长tdly2,且负载加入使得输出电压VOUT下降,即副边采样信号VS_out小于第三基准电压VREF3时,唤醒电路201输出的唤醒控制信号SW2为高电平,此时唤醒控制信号SW2驱动第二开关管M2导通。副边回路的输出电压VOUT在副边线圈NS上产生正电压,通过变压器的耦合感应,辅助线圈NA感应正电压,开关电源退出待机状态,电源控制模块100重新控制开关电源的输出。若计时时长未达到第二计时时长tdly2,或者副边采样信号VS_out高于第三基准电压VREF3时,开关电源仍处于待机状态,负载仍由输出电容C1供电。

本申请实施例还公开一种反激式开关电源的输出控制芯片。控制芯片包括电源控制芯片和唤醒控制芯片,其中电源控制芯片集成了采样控制电路111、唤醒接收电路112和第一开关管M1,能够获取原边回路上的原边电流信号CS和辅助回路上的采样电压信号VS1,并通过检测原边电流信号CS和采样电压信号VS1来判断负载的状态及副边回路的输出电压VOUT,同时能够接收并响应唤醒控制芯片输出的唤醒控制信号SW2,从而调整电源控制芯片的工作频率对开关电源的输出控制。唤醒控制芯片集成了唤醒电路201和第二开关管M2,能够采样副边回路上的副边采样电压信号VS1,并根据副边采样信号VS_out输出唤醒控制信号SW2。同理,采样控制电路111、唤醒接收电路112第一开关管M1、唤醒电路201和第二开关管M2也可以采取分立设置。

以上均为本申请的较佳实施例,并非依此限制本申请的保护范围,故:凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化,均应涵盖于本申请的保护范围之内。

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06120114791363