一種ac-dc變換器輸出電壓的恒壓控制方法及其電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于隔離式電源變換器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種AC-DC原邊反饋?zhàn)儞Q器輸出電壓的恒壓控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著移動(dòng)便攜式電子設(shè)備的迅猛發(fā)展，隔離式電源變換器得到快速發(fā)展。移動(dòng)電子設(shè)備的發(fā)展對(duì)于AC-DC電源變換器提出了新的要求，隨著移動(dòng)電子設(shè)備更趨輕便。迫切需要AC-DC電源管理芯片能夠更加的模塊化，以減少對(duì)于外部元器件的要求，從而降低電源變換器的體積和硬件成本。
[0003]傳統(tǒng)的隔離式電源變換器如圖1，采用直接采樣副邊輸出電壓的方法，通過(guò)光耦器件達(dá)到原邊與副邊的隔離。變換器中輸出電阻上的的電壓通過(guò)光耦器件傳遞到原邊作為輸出電壓的反饋信號(hào)，以供電源控制器控制輸出電壓的恒定。這樣就極大的增加了變換器的體積以及硬件成本。
[0004]為了解決光耦隔離所帶來(lái)的硬件成本和變換器體積問(wèn)題。圖2提供了一種基于原邊反饋的電源電壓控制電路。該控制電路不是直接的采樣輸出電壓通過(guò)光耦傳輸做為輸出信號(hào)的反饋信號(hào)，而是在變壓器中增加了一個(gè)輔助繞組，輔助繞組上電壓波形如圖4。該控制電路需要一個(gè)采樣保持電路來(lái)測(cè)定輔助繞組上的電壓值，從而利用該電壓值推算輸出電壓的情況，達(dá)到恒壓控制的目的。
[0005]但是在實(shí)際情況中，該采樣保持電路的精度是有限的，從而使采樣電壓和輸出電壓之間存在誤差，該誤差會(huì)影響電壓控制器的控制精度。并且誤差值是隨輸入電壓以及負(fù)載工作情況的變化而變化的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有一些技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供了一種AC-DC原邊反饋?zhàn)儞Q器輸出電壓的恒壓控制方法及其電路。能夠得到輸出電壓的精確反饋量，從而提高AC-DC變換器的恒壓特性，同時(shí)減少變換器的硬件成本和體積。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:一種AC-DC原邊反饋?zhàn)儞Q器輸出電壓的恒壓控制方法，其特征在于:利用分壓電阻采樣輔助繞組上的電壓后，通過(guò)反饋信號(hào)采樣模塊產(chǎn)生一個(gè)反映變換器輸出電壓狀況的數(shù)字量輸出給算法控制模塊，由算法控制模塊決定PWM波形的產(chǎn)生以調(diào)整變換器主開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)變換器的恒壓輸出，包括以下內(nèi)容:
[0008](I)拐點(diǎn)處次級(jí)繞組上的電流下降為0，所對(duì)應(yīng)輔助繞組上的該點(diǎn)電壓為Vknee，當(dāng)輸出電壓滿(mǎn)足反激式變換器的目標(biāo)輸出電壓即恒壓輸出時(shí)，將會(huì)對(duì)應(yīng)一個(gè)拐點(diǎn)電壓Vknee-ref，此時(shí)開(kāi)關(guān)管關(guān)斷距離拐點(diǎn)的時(shí)間記為T(mén)r，Tr時(shí)刻點(diǎn)是對(duì)應(yīng)拐點(diǎn)電壓Vknee-ref的時(shí)間點(diǎn)，在Tr點(diǎn)前后相同時(shí)間間距上選取兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)T1、T2 ;
[0009](2)兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)Τ1、Τ2分別對(duì)應(yīng)輔助繞組上的兩個(gè)不同的電壓Vknee，在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期開(kāi)關(guān)管關(guān)斷之后，兩個(gè)不同的電壓Vknee之間存在電壓差，記為AV;反饋信號(hào)采樣模塊分別采樣在Tl、T2兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)上的電壓，得出兩個(gè)時(shí)刻的電壓差值△ V ;
[0010](3)定義變換器為目標(biāo)電壓輸出時(shí)M= ΔVref，即在輔助繞組上Tr時(shí)間點(diǎn)剛好對(duì)應(yīng)拐點(diǎn)時(shí)T1、T2兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)上的電壓差，反饋信號(hào)采樣模塊比較采樣到的AV和AVref之間的大小，根據(jù)比較結(jié)果，算法邏輯控制模塊控制PWM波形產(chǎn)生模塊產(chǎn)生PWM波形，調(diào)整變換器主開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間時(shí)間，具體分以下三種情況:
[0011]I) Δν< AVref,表示當(dāng)前狀況下，Tr點(diǎn)的位置超過(guò)了拐點(diǎn)位置，表示負(fù)載電壓過(guò)小，需要增加開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間；
[0012]2) AV= AVref,表示當(dāng)前狀況下，Tr點(diǎn)的位置剛好在拐點(diǎn)位置，當(dāng)前的輸出電壓值處于穩(wěn)定的狀態(tài)；
[0013]3) AV> AVref,表示當(dāng)前狀況下，Tr點(diǎn)的位置未到拐點(diǎn)位置，表示負(fù)載電壓過(guò)大，需要減少開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間。
[0014]上述AC-DC原邊反饋?zhàn)儞Q器輸出電壓的恒壓控制方法的控制電路，其特征在于，包括反饋信號(hào)采樣模塊、算法控制模塊和PWM波形產(chǎn)生模塊；反饋信號(hào)采樣模塊的輸入端連接輔助繞組的反饋輸出，反饋信號(hào)采樣模塊雙向連接算法控制模塊，算法控制模塊雙向連接PWM波形產(chǎn)生模塊，PWM波形產(chǎn)生模塊的輸出連接變換器主開(kāi)關(guān)管的柵極；
[0015]反饋信號(hào)采樣模塊包括控制開(kāi)關(guān)S1、S2，電容Cl、C2，減法器和三態(tài)比較器，控制開(kāi)關(guān)S1、S2的輸入端均連接在輔助繞組輸出端，控制開(kāi)關(guān)SI的輸出端連接電容Cl的正端和減法器的同向輸入端，控制開(kāi)關(guān)S2的輸出端連接電容C2的正端和減法器的反向輸入端，電容Cl和C2的另一端均接地，減法器的輸出Δ V連接三態(tài)比較器的同向輸入端，三態(tài)比較器的反向輸入端連接恒定電壓值A(chǔ)Vref，三態(tài)比較器的輸出端連接算法控制模塊，算法控制模塊同時(shí)控制開(kāi)關(guān)S1、S2在何時(shí)打開(kāi)；
[0016]算法控制模塊包括一個(gè)計(jì)時(shí)器，在系統(tǒng)時(shí)鐘控制下，當(dāng)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通后，計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)為T(mén)l、T2時(shí)，算法控制模塊分別打開(kāi)反饋信號(hào)采樣模塊中的開(kāi)關(guān)S1、S2 ；
[0017]PWM波形產(chǎn)生模塊內(nèi)部包含一個(gè)RS觸發(fā)器和一個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊，PWM波形產(chǎn)生模塊會(huì)根據(jù)算法控制模塊給出的控制信號(hào)，決定RS觸發(fā)器何時(shí)輸出“ I”以及“0”，驅(qū)動(dòng)模塊的作用則是提供大電流以驅(qū)動(dòng)外圍MOS管。
[0018]所說(shuō)的反饋信號(hào)采樣模塊是一種基于兩個(gè)開(kāi)關(guān)電容的反饋電壓采樣電路，利用兩個(gè)寬度為一個(gè)時(shí)鐘周期的脈沖給分別于T1、T2時(shí)刻給兩個(gè)電容C1、C2充電，從而得到連個(gè)不同時(shí)刻對(duì)應(yīng)反饋波形上的電壓差，當(dāng)算法控制模塊中的計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)到Tl時(shí)刻的時(shí)候，給反饋信號(hào)采樣模塊發(fā)送信號(hào)打開(kāi)開(kāi)關(guān)SI，下時(shí)鐘中期則關(guān)斷SI，輔助繞組上的波形將會(huì)對(duì)電容Cl充電一個(gè)周期，同理，當(dāng)當(dāng)前時(shí)刻為T(mén)2時(shí)，算法控制模塊給反饋信號(hào)采樣模塊發(fā)送信號(hào)打開(kāi)開(kāi)關(guān)S2，輔助繞組上的波形將會(huì)對(duì)電容C2充電一個(gè)周期，充電之后的電容Cl以及C2上的電壓值經(jīng)過(guò)減法器之后的輸出ΔΥ接入三態(tài)比較器的同相輸入端，三態(tài)比較器的反相輸入端接一個(gè)固定電位值A(chǔ)Vref,該值對(duì)應(yīng)的就是輸出電壓穩(wěn)定為理想值時(shí)的輸出反饋電壓在兩個(gè)采樣點(diǎn)上的電壓差值，三態(tài)比較器能夠反應(yīng)AV和AVref兩個(gè)輸入量之間的三種關(guān)系，S卩 AV〈AVref、AV = AVref 和 AV>AVref。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為傳統(tǒng)光耦式隔離的電路圖；
[0020]圖2為采用輔助繞組電壓的原邊反饋電路圖；
[0021]圖3本發(fā)明電路方案框圖；
[0022]圖4為輔助繞組上的電壓波形；
[0023]圖5為本發(fā)明的采樣原理說(shuō)明；
[0024]圖6本發(fā)明的反饋信號(hào)采樣電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]如圖1，輸出電壓通過(guò)電阻Rl連接一個(gè)光耦原件，光耦接收器接收光耦元件的信號(hào)，將輸出電壓轉(zhuǎn)化為反饋電壓Vfb，控制器接收到反饋電壓后與內(nèi)部的參考電壓進(jìn)行比較，決定開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間。這個(gè)方案可以直接采樣輸出電壓，但是增加了一個(gè)光耦合器件，不利于降低反激電源的體積，同時(shí)增加了方案的硬件成本。
[0026]如圖2，圖中反饋信號(hào)不是直接來(lái)自輸出電壓，而是來(lái)自于一個(gè)輔助繞組上的電壓。該輔助繞組上的電壓滿(mǎn)足公式:
[0027]Vaux = (Na/Ns) (Vo+Vd)
[0028]Vaux為輔助繞組上的電壓，Na/Ns為輔助繞組和次級(jí)繞組的匝比，Vo為負(fù)載RL兩端的電壓，Vd為輸出整流二極管Dl的導(dǎo)通壓降，輔助繞組上的電壓通過(guò)分壓電阻Rl以及R2分壓后作為反映輸出電壓狀況的反饋信號(hào)，該反饋信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)ADC將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量之后，與控制模塊內(nèi)部的電壓進(jìn)行比較，然后決定開(kāi)關(guān)的管的關(guān)斷時(shí)間。該方案的雖然避免了使用光耦合器件，但是輸出電壓的控制精度直接受ADC的采樣精度的影響，同時(shí)增加的ADC增加了控制器的復(fù)雜度。
[0029]如圖3，本發(fā)明與傳統(tǒng)方案相比，不僅沒(méi)有采用光耦合器件，而且在減少