专利名称：一种原边控制的恒流开关电源控制器及方法
技术领域：
本发明属于开关电源技术领域，涉及一种原边控制的恒流开关电源控制器及方法。
背景技术：
目前很多隔离型电源如手机充电器和大功率的LED驱动器由于应用需求通常要求电路有输出恒流的功能；此外，为了减轻电力污染的危害程度，满足国际电工委员会的谐波标准IEEE555-2和IEC1000-3-2等，上述隔离型电源还必须具备功率因数校正(PFC)功能，
图1为目前比较常用的单级功率因数校正方案通过检测变压器副边侧的输出电流，在副边进行恒流控制之后经光耦反馈送到原边PFC控制电路。图1所示现有技术方案由于副边电流采样电路和光耦的存在，增加了电路的复杂性，进一步，由于光耦存在老化问题，使电路的稳定性和使用寿命都受到一定影响。针对上述问题的解决方案是采用兼具原边恒流控制和功率因数校正功能的控制方案，即无需副边电流采样和光耦元件，直接通过在隔离变压器的原边获得输出电流的信息，加以控制实现输出恒流，并且同时实现高功率因数，如图2所示。目前市面上已经有一些能实现上述输出恒流和PFC功能的控制芯片，如infineon公司的ICL8001G、MPS的 MP4020、PI的LinkSwitch-PH系列等。然而这些芯片都采用变频控制模式(电流临界断续模式)，因此电路频率波动范围较大，比较难通过电磁兼容性标准；另外上述芯片应用于反激电路时输入电流为
权利要求
1.原边控制的恒流开关电源控制器，其特征在于包括采样保持模块，所述的采样保持模块的输入端接收来自开关电源主电路的原边电流采样网络的输出信号CS，其输出端接乘法器模块的一个输入端，所述的采样保持模块用于在每个开关周期对原边电流采样信号进行采样保持，提取原边电流的采样信号的峰值；副边二极管导通时间检测电路，所述的副边二极管导通时间检测电路根据接收到来自主电路的信号TD，检测出副边二极管有电流的时间区间，并将检测出副边二极管有电流的时间区间信号发送给乘法器模块；乘法器模块，所述的乘法器模块接收到采样保持模块及副边二极管导通时间检测电路的信号之后，输出一幅值与采样保持模块的输出信号成比例，占空比和周期都与副边二极管导通时间检测电路的输出信号相同的矩形脉冲信号，该输出信号平均值与副边二极管电流信号平均值成比例；平均电流环，所述的平均电流环接收来自乘法器模块的输出信号，平均电流环的输出端接比较模块的一个输入端，所述的平均电流环用于对乘法器模块的输出信号平均值与平均电流环内部的电压基准进行比较并对二者之间误差加以放大；锯齿波产生模块，所述的锯齿波产生模块的输入端接所述驱动脉冲产生模块的输出端，锯齿波产生模块在开关电源主电路原边开关管导通期间产生锯齿波，在原边开关管关断期间，锯齿波产生模块输出低电平；比较模块，所述的比较模块的输入分别接收锯齿波产生模块的输出信号和平均电流环的输出信号，该比较模块对锯齿波产生模块的输出信号和平均电流环的输出信号进行比较，当锯齿波产生模块的输出信号上升到与平均电流环的输出信号相等时，比较模块输出信号从低电平翻转为高电平，当锯齿波产生模块的输出信号下降到低于平均电流环的输出信号时，比较模块输出信号从高电平翻转为低电平；定时触发器，所述的定时触发器用于产生频率固定的时钟信号，输出到驱动脉冲产生模块；驱动脉冲产生模块，所述的驱动脉冲产生模块两个输入端分别接比较模块的输出和定时触发器的输出，驱动脉冲产生模块根据比较模块输出的信号和定时触发器输出的时钟信号来产生脉冲信号；当比较模块产生一个低电平到高电平的翻转时，驱动脉冲产生模块的脉冲信号由高电平复位到低电平；当定时触发器输出的时钟信号由低电平翻转为高电平时，驱动脉冲产生模块的脉冲信号由低电平置位到高电平；周而复始，产生脉冲序列；驱动模块，所述的驱动模块的输入接驱动脉冲产生模块的输出，用于增强所述驱动脉冲产生模块的驱动原边开关管的能力。
2.如权利要求1所述控制器，其特征在于所述的副边二极管导通时间检测电路接收到来自主电路的信号TD是从主电路变压器的辅助绕组接收的。
3.如权利要求1所述控制器，其特征在于所述的副边二极管导通时间检测电路接收到来自主电路的信号TD是从主电路的原边开关管的漏极经隔直/分压电路接收的。
4.如权利要求1所述控制器，其特征在于所述的副边二极管导通时间检测电路接收到来自主电路的信号TD是从主电路的副边绕组Ns电路中的电流互感器CT的副边绕组的同名端接二极管Dc的阳极，二极管Dc的阴极接电阻Rc的一端接收的。
5.如权利要求1所述控制器，其特征在于所述的平均电流环包括输入电阻、电压基准、补偿网络和运算放大器，乘法器模块的输出经电阻Rf接到平均电流环中的运算放大器的负端输入，运算放大器Uf正端输入接电压基准Vref。
6.如权利要求5所述控制器，其特征在于所述平均电流环电压基准可以是直流电压基准，当开关电源主电路输入为交流源时平均电流环电压基准也可以是幅值固定的正弦半波基准。
7.如权利要求1所述控制器，其特征在于所述的平均电流环的运算放大器可以是电压型或电流型。
8.如权利要求1所述控制器，其特征在于所述平均电流环的补偿网络为纯积分环节、 比例积分环节，或者比例积分微分环节中的一种。
9.原边控制的恒流开关电源控制方法，其特征在于包括以下步骤(1)通过开关电源的主电路设计使开关电源主电路工作在电流断续或者临界断续状态；(2)对开关电源的主电路的原边开关电流采样信号进行采样保持，提取主电路原边电流采样峰值；同时检测出副边二极管导通时间，将所述主电路原边电流采样峰值与副边二极管导通时间相乘，模拟出与输出副边二极管电流成比例的电流波形；(3)通过平均电流环控制，使步骤( 模拟出的信号的平均值为恒定值，从而实现输出电流恒流；(4)进行上述步骤的同时产生锯齿波；当锯齿波上升到与步骤C3)所述平均电流环的输出信号幅值相等时，获得主电路的原边开关管的关断触发信号；(5)进行上述步骤的同时利用定时触发器来获得固定的开关电源的开关管的工作频率，利用定时触发器产生使原边开关管导通的触发信号。
10.原边控制的恒流开关电源，包括主电路和控制器，所述主电路为隔离型或非隔离型拓扑，包括输入整流桥，开关管、原边电流采样网络，其特征在于所述控制器包括采样保持模块，所述的采样保持模块的输入端接收来自开关电源主电路的原边电流采样网络的输出信号CS，其输出端接乘法器模块的一个输入端，所述的采样保持模块用于在每个开关周期对原边电流采样信号进行采样保持，提取原边电流的采样信号的峰值；副边二极管导通时间检测电路，所述的副边二极管导通时间检测电路根据接收到来自主电路的信号TD，检测出副边二极管有电流的时间区间，并将检测出副边二极管有电流的时间区间信号发送给乘法器模块；乘法器模块，所述的乘法器模块接收到采样保持模块及副边二极管导通时间检测电路的信号之后，输出一幅值与采样保持模块的输出信号成比例，占空比和周期都与副边二极管导通时间检测电路的输出信号相同的矩形脉冲信号，该输出信号平均值与副边二极管电流信号平均值成比例；平均电流环，所述的平均电流环接收来自乘法器模块的输出信号，平均电流环的输出端接比较模块的一个输入端，所述的平均电流环用于对乘法器模块的输出信号平均值与平均电流环内部的电压基准进行比较并对二者之间误差加以放大；锯齿波产生模块，所述的锯齿波产生模块的输入端接所述驱动脉冲产生模块的输出端，锯齿波产生模块在开关电源主电路原边开关管导通期间产生锯齿波，在原边开关管关断期间，锯齿波产生模块输出低电平；比较模块，所述的比较模块的输入分别接收锯齿波产生模块的输出信号和平均电流环的输出信号，该比较模块对锯齿波产生模块的输出信号和平均电流环的输出信号进行比较，当锯齿波产生模块的输出信号上升到与平均电流环的输出信号相等时，比较模块输出信号从低电平翻转为高电平，当锯齿波产生模块的输出信号下降到低于平均电流环的输出信号时，比较模块输出信号从高电平翻转为低电平；定时触发器，所述的定时触发器用于产生频率固定的时钟信号，输出到驱动脉冲产生模块；驱动脉冲产生模块，所述的驱动脉冲产生模块用于根据比较模块输出的信号和定时触发器输出的时钟信号来产生脉冲信号；当比较模块产生一个低电平到高电平的翻转时，驱动脉冲产生模块的脉冲信号由高电平复位到低电平；当定时触发器输出的时钟信号由低电平翻转为高电平时，驱动脉冲产生模块的脉冲信号由低电平置位到高电平；周而复始，产生脉冲序列；驱动模块，所述的驱动模块用于增强所述驱动脉冲产生模块的驱动原边开关管的能力。
11.如权利要求10所述开关电源，其特征在于所述副边二极管导通时间检测电路接收到来自主电路的信号TD是从主电路变压器的辅助绕组接收的。
12.如权利要求10所述开关电源，其特征在于所述的副边二极管导通时间检测电路接收到来自主电路的信号TD是从主电路的原边开关管的漏极经隔直/分压电路接收的。
13.如权利要求10所述开关电源，其特征在于所述的副边二极管导通时间检测电路接收到来自主电路的信号TD是从主电路的副边绕组Ns电路中的电流互感器CT的副边绕组的同名端接二极管Dc的阳极，二极管Dc的阴极接电阻Rc的一端接收的。
14.如权利要求10所述开关电源，其特征在于所述的平均电流环包括输入电阻、电压基准、补偿网络和运算放大器，乘法器模块的输出经电阻Rf接到平均电流环中的运算放大器的负端输入，运算放大器Uf正端输入接电压基准Vref。
15.如权利要求10所述开关电源，其特征在于所述平均电流环电压基准可以是直流电压基准，当开关电源主电路输入为交流源时平均电流环电压基准也可以是幅值固定的正弦半波基准。
16.如权利要求10所述开关电源，其特征在于所述的平均电流环的运算放大器可以是电压型或电流型。
17.如权利要求1所述开关电源，其特征在于所述平均电流环的补偿网络为纯积分环节、比例积分环节，或者比例积分微分环节中的一种。
18.如权利要求1所述开关电源主电路工作在电流断续(DCM)或临界断续模式(BCM)。
全文摘要
本发明公开了一种原边控制的恒流开关电源控制器及方法。所述的恒流开关电源控制器包括采样保持模块、副边二极管导通时间检测电路、乘法器模块、平均电流环、锯齿波产生模块、比较模块、定时触发器、驱动脉冲产生模块和驱动模块。本发明的控制器，无需光耦和副边反馈电路，只需检测原边电流峰值，即可实现输出恒流控制，因此实时性较好，控制环路容易稳定，电路动态性能较好，应用于有功率因数要求的场合，由于采用定频恒导通时间控制，无需乘法器，结构简单，可以实现全输入范围内输入电流的高功率因数，此外由于电路是定频工作，更加容易通过电磁兼容标注；进一步，所述控制器可以集成为单芯片。
文档编号H02M3/335GK102364858SQ20111003459
公开日2012年2月29日 申请日期2011年2月1日 优先权日2011年2月1日
发明者吴建兴, 谢小高 申请人:杭州士兰微电子股份有限公司