專利名稱：控制開關(guān)電源恒定輸出電流的控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及開關(guān)電源，尤其涉及控制開關(guān)電源恒定輸出電流的控制器、以及包含該控制器的開關(guān)電源。
背景技術(shù)：
開關(guān)電源是通過控制開關(guān)管(例如晶體管、場效應(yīng)管、可控硅閘流管等)的導(dǎo)通和關(guān)斷來維持穩(wěn)定電壓或電流輸出的一種電源。與傳統(tǒng)的線性電源相比，開關(guān)電源的效率更高、損耗和發(fā)熱更少，因此在電子技術(shù)中具有廣泛的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)的反激式恒流開關(guān)電源通常包括控制器、變壓器和開關(guān)管，其中變壓器的原邊繞組與開關(guān)管串聯(lián)，控制器可控制該開關(guān)管輪流地導(dǎo)通和關(guān)斷以把變壓器原邊繞組上的輸入能量傳遞至變壓器的副邊繞組，使該開關(guān)電源工作在恒流狀態(tài)，從而穩(wěn)定地提供輸出電流波形?，F(xiàn)有技術(shù)的開關(guān)電源控制器使用不同的固定電流源對電容器進(jìn)行充電和放電，但是當(dāng)充放電電流有變動時，就會導(dǎo)致開關(guān)電源輸出電流的變動，從而難以確保開關(guān)電源電路具有良好的一致性。本領(lǐng)域需要能更好地控制和提供恒流輸出的開關(guān)電源。

實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種開關(guān)電源。具體而言，本實用新型旨在提供一種恒流輸出開關(guān)電源以及控制其恒定輸出電流的控制器，從而改善開關(guān)電源的輸出
一致性。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種用于開關(guān)電源的控制器，該開關(guān)電源包括續(xù)流二極管、開關(guān)管和耦合至開關(guān)管的采樣電阻，該控制器可包括:過零檢測電路，用于檢測該續(xù)流二極管的導(dǎo)通時間以產(chǎn)生導(dǎo)通時間信號；充放電平衡電路，用于在該導(dǎo)通時間信號的控制下產(chǎn)生充放電信號；第一比較器，用于將該充放電信號與第一基準(zhǔn)電壓作比較以產(chǎn)生第一比較結(jié)果；第二比較器，用于將經(jīng)由該采樣電阻產(chǎn)生的采樣電壓信號與第二基準(zhǔn)電壓作比較以產(chǎn)生第二比較結(jié)果；以及邏輯控制電路，用于根據(jù)該導(dǎo)通時間信號、該第一比較結(jié)果和該第二比較結(jié)果產(chǎn)生驅(qū)動信號，以控制該開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷。該充放電平衡電路可包括:開關(guān)時序控制電路，用于根據(jù)該導(dǎo)通時間信號產(chǎn)生開關(guān)時序控制信號；充放電電流平衡結(jié)構(gòu)電路，其耦合至該開關(guān)時序控制電路；以及電容器，其第一端耦合至該充放電電流平衡結(jié)構(gòu)電路并且其第二端耦合接地，該充放電電流平衡結(jié)構(gòu)電路在該開關(guān)時序控制信號的控制下對該電容器進(jìn)行充放電，該充放電平衡電路在該電容器的第一端提供該充放電信號。該充放電電流平衡結(jié)構(gòu)電路可包括電流平衡模塊，該電流平衡模塊具有電流調(diào)節(jié)階段和充放電階段，該電流平衡模塊在電流調(diào)節(jié)階段進(jìn)行電流調(diào)節(jié)以產(chǎn)生相等的第一電流和第二電流，并在充放電階段使用第一電流對該電容器進(jìn)行充電以及使用第二電流對該電容器進(jìn)行放電。[0009]在一個實施例中，該電流平衡模塊是鏡像電流源，該鏡像電流源可包括第一晶體管和第二晶體管，第一晶體管的柵極耦合至第二晶體管的柵極，第一電流流經(jīng)第一晶體管并且第二電流流經(jīng)第二晶體管，該電流平衡模塊在電流調(diào)節(jié)階段使用第一電流與第二電流之差來調(diào)節(jié)第一晶體管和第二晶體管的柵極電壓，從而調(diào)節(jié)第一晶體管和第二晶體管的導(dǎo)通電阻，使流經(jīng)第一晶體管的該第一電流與流經(jīng)第二晶體管的該第二電流相等。該鏡像電流源還可包括反相器，用于將由第一電流與第二電流之差產(chǎn)生的電壓耦合至第一晶體管和第二晶體管的柵極。在一個實施例中，該充放電電流平衡結(jié)構(gòu)電路可包括一個電流平衡模塊并且還包括固定鏡像電流源，當(dāng)該電流平衡模塊處于電流調(diào)節(jié)階段時使用該固定鏡像電流源對該電容器進(jìn)行充放電。在一個實施例中，該充放電電流平衡結(jié)構(gòu)電路可包括至少兩個電流平衡模塊，在導(dǎo)通時間信號的每一個周期中，該開關(guān)時序控制信號使該至少兩個電流平衡模塊中的一個電流平衡模塊進(jìn)入充放電階段并使其它電流平衡模塊進(jìn)入電流調(diào)節(jié)階段，從而該至少兩個電流平衡模塊輪流地對該電容器進(jìn)行充放電。在一個實施例中，該開關(guān)時序控制電路包括分頻器和門電路，用于根據(jù)導(dǎo)通時間信號產(chǎn)生開關(guān)時序控制信號。在一個實施例中，電流平衡模塊在充放電階段當(dāng)導(dǎo)通時間信號指示該續(xù)流二極管為截止時使用第一電流對該電容器進(jìn)行充電，以及當(dāng)導(dǎo)通時間信號指示續(xù)流二極管為導(dǎo)通時使用第二電流對該電容器進(jìn)行放電。在一個實施例中，該邏輯控制電路可包括:第一 RS觸發(fā)器，其置位端接收導(dǎo)通時間信號，其復(fù)位端接收第一比較結(jié)果；反相器，其輸入端耦合至第一 RS觸發(fā)器的輸出端;第二 RS觸發(fā)器，其置位端耦合至該反相器的輸出端，其復(fù)位端接收第二比較結(jié)果；以及驅(qū)動器，其輸入端I禹合至第二 RS觸發(fā)器的輸出端，其輸出端產(chǎn)生該驅(qū)動信號。本實用新型還提供了包括如上所述的控制器的開關(guān)電源。該開關(guān)電源還可包括:變壓器，其原邊繞組的同名端接收輸入信號，其輔助繞組的異名端耦合至過零檢測電路的輸入端，該輔助繞組的同名端耦合接地；開關(guān)管，其漏極耦合至該變壓器的原邊繞組的異名端，其柵極接收該控制器產(chǎn)生的該驅(qū)動信號，其源極經(jīng)由采樣電阻耦合接地；以及續(xù)流二極管，其正極耦合至該變壓器的副邊繞組的異名端，其負(fù)極經(jīng)由輸出電容器耦合至副邊繞組的同名端并接地，其中該開關(guān)電源向與輸出電容器并聯(lián)的負(fù)載提供輸出電流。該開關(guān)電源還還包括:整流橋；以及輸入電容器，其中外部輸入的交流信號經(jīng)由整流橋整流并經(jīng)由輸入電容器濾波后傳輸至該變壓器的初級繞組的同名端。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下優(yōu)點:本實用新型的控制開關(guān)電源恒定輸出電流的控制器能夠在工作過程中精確控制充放電電流的比例，消除了由于充放電電流不匹配以及隨時間推移產(chǎn)生的電流誤差等原因?qū)е碌妮敵鲆恢滦詥栴}，且尤其適合充電電流和放電電流相同的場合。

圖1示出一種傳統(tǒng)的開關(guān)電源的電路圖；圖2示出圖1的開關(guān)電源的信號波形圖；[0020]圖3示出根據(jù)本實用新型一實施例的開關(guān)電源的電路圖；圖4示出根據(jù)本實用新型一實施例的開關(guān)時序控制電路的電路圖；圖5示出圖4的開關(guān)時序控制電路的信號波形圖；圖6A示出根據(jù)本實用新型一實施例的充放電電流平衡電路的電路圖；圖6B示出根據(jù)本實用新型另一實施例的充放電電流平衡電路的電路圖；圖7示出根據(jù)本實用新型一實施例的可調(diào)鏡像電流源結(jié)構(gòu)。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例和附圖對本實用新型作進(jìn)一步說明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白，以下描述和附圖僅是示例性的，而不應(yīng)限制本實用新型的保護(hù)范圍。附圖中具有相同或相似附圖標(biāo)記的元件可類似地操作。圖1示出一種傳統(tǒng)的反激式恒流驅(qū)動開關(guān)電源。該開關(guān)電源主要包括:交流源(AC) 102、整流電路101、輸入電容器(Cin) 103、隔離變壓器(T) 105、開關(guān)管106、續(xù)流二極管(Dl) 107、輸出電容器(Cbulk) 108、開關(guān)電源恒流控制器100、以及采樣電阻Rs等。隔離變壓器105包括原邊繞組L1、副邊繞組L2和輔助繞組L3。變壓器105的原邊繞組LI經(jīng)由開關(guān)管106和采樣電阻Rs接地；副邊繞組L2經(jīng)由續(xù)流二極管107和輸出電容器108來提供電流輸出；并且輔助繞組L3輸出反饋信號FB至控制器100?？刂破?00根據(jù)反饋信號FB以及采樣電阻Rs兩端的采樣電壓Vcs產(chǎn)生驅(qū)動信號GD，用于控制開關(guān)管106的導(dǎo)通和關(guān)斷，從而通過隔離變壓器105把輸入能量傳遞至輸出端，在輸出端產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出電流波形。開關(guān)電源恒流控制器100可包括:過零檢測電路129、充放電平衡電路200、比較器121、邏輯控制電路120、比較器124、以及前沿消隱電路(LEB) 125。作為示例，充放電平衡電路200可包括電流源Il和電流源12、反相器104、開關(guān)SI和S2、以及電容器Cl。邏輯控制電路120可包括RS觸發(fā)器122、反相器123、RS觸發(fā)器126、和驅(qū)動器128。在工作中，交流源102產(chǎn)生的交流輸入信號AC經(jīng)過整流電路101整流并經(jīng)過輸入電容器103濾波后產(chǎn)生輸入信號Vin，其傳輸至隔離變壓器105的原邊繞組LI的同名端。當(dāng)開關(guān)管106導(dǎo)通時，變壓器105的原邊繞組LI的同名端電壓高于異名端電壓，續(xù)流二極管107處于截止?fàn)顟B(tài)，從而在原邊繞組LI中儲存能量。開關(guān)管106關(guān)斷后，隔離變壓器105反激，續(xù)流二極管107導(dǎo)通，輸出能量到輸出端，此時輔助繞組L3的感應(yīng)電壓(即反饋信號FB)為正電壓。流過續(xù)流二極管107的電流不斷降低，直到變?yōu)榱?，此時輔助繞組L3感應(yīng)到的反饋信號FB為由正變?yōu)樨?fù)，并且接下來發(fā)生寄生振蕩。因此，可以通過輔助繞組L3來檢測續(xù)流二極管107的續(xù)流時間，此功能可由過零檢測電路129完成。過零檢測電路129接收輔助繞組L3輸出的反饋信號FB，用于檢測該開關(guān)電源的續(xù)流二極管107的導(dǎo)通時間(即，續(xù)流時間)，從而產(chǎn)生導(dǎo)通時間信號Tdemag。充放電平衡電路200在導(dǎo)通時間信號Tdemag的控制下產(chǎn)生充放電信號Vc(即電容器Cl兩端的電壓)。當(dāng)導(dǎo)通時間信號Tdemag為高電平時，開關(guān)SI斷開并且開關(guān)S2導(dǎo)通，電容器Cl經(jīng)開關(guān)S2和電流源12到地放電；當(dāng)導(dǎo)通時間信號Tdemag為低電平時，電容器Cl由電流源Il經(jīng)開關(guān)SI進(jìn)行充電。第一比較器121將充放電信號Vc與預(yù)設(shè)的第一基準(zhǔn)電壓Vrefa作比較以產(chǎn)生第一比較結(jié)果。第二比較器124將經(jīng)由前沿消隱電路125接收的采樣電阻Rs兩端的采樣電壓Vcs與預(yù)設(shè)的第二基準(zhǔn)電壓Vrefb作比較以產(chǎn)生第二比較結(jié)果。邏輯控制電路120根據(jù)導(dǎo)通時間信號Tdemag、第一比較結(jié)果以及第二比較結(jié)果產(chǎn)生驅(qū)動信號⑶，驅(qū)動信號⑶用于控制該開關(guān)電源的開關(guān)管106的導(dǎo)通和關(guān)斷。圖2是圖1所示電路在恒流工作狀態(tài)下的信號時序圖。以下結(jié)合圖2來描述圖1中所示的開關(guān)電源的工作流程。假設(shè)該開關(guān)電源在時間tl之前已進(jìn)入恒流工作狀態(tài)并且開關(guān)管106處于導(dǎo)通狀態(tài)。在時間tl，開關(guān)管106關(guān)斷，隔離變壓器105反激，因此續(xù)流二極管107導(dǎo)通并由過零檢測電路129檢測到從而產(chǎn)生高電平的導(dǎo)通時間信號Tdemag。此后流過續(xù)流二極管107的電流不斷降低，直到在時間t2變?yōu)榱恪Ｔ诶m(xù)流二極管107導(dǎo)通時間期間(即隔離變壓器105的去磁時間，tl至t2)，導(dǎo)通時間信號Tdemag (例如，高電平)控制充放電平衡電路200的開關(guān)S2導(dǎo)通且開關(guān)SI斷開，從而電容器Cl經(jīng)開關(guān)S2到地放電，放電電流由電流源12提供，直至在時間t2時放電到Vc最低點電壓。在時間t2，續(xù)流二極管107的續(xù)流時間結(jié)束，導(dǎo)通時間信號Tdemag變?yōu)榈碗娖?，使得開關(guān)SI導(dǎo)通且開關(guān)S2斷開，電流源Il提供充電電流以經(jīng)由開關(guān)SI對電容器Cl充電，Vc逐漸增大。在時間t3，當(dāng)Vc大于Vrefa時，邏輯控制電路120產(chǎn)生相應(yīng)的驅(qū)動信號⑶(例如，高電平)，該驅(qū)動信號⑶使開關(guān)管106導(dǎo)通。開關(guān)管106導(dǎo)通后，隔離變壓器105的原邊繞組LI的電流變大，輔助繞組L3感應(yīng)電壓(即反饋電壓FB)為負(fù)電壓，原邊繞組LI上的電流通過采樣電阻Rs采樣得到采樣電壓Vcs，采樣電壓Vcs也逐漸增大。在時間t4，當(dāng)采樣電壓Vcs達(dá)到基準(zhǔn)電壓Vrefb時，比較器124的輸出翻轉(zhuǎn)，經(jīng)RS觸發(fā)器126、驅(qū)動器128使得驅(qū)動信號GD變?yōu)榈碗娖剑瑥亩P(guān)斷開關(guān)管106。在開關(guān)管106關(guān)斷之前，電流源Il 一直對電容器Cl充電?？梢钥闯?，開關(guān)管106的導(dǎo)通時間的長短，由基準(zhǔn)電壓Vrefb確定的(原邊繞組LI上的)電感峰值電流決定，假設(shè)開通延遲很小或者被輸入電壓補償，則電感峰值電流為Vrefb/Rs，其中Vrefb為基準(zhǔn)電壓Vrefb的電壓值，Rs為采樣電阻Rs的電阻值。在開關(guān)管106關(guān)斷后，續(xù)流二極管107導(dǎo)通，循環(huán)如上參考時間tl至t4所述的過程，從而達(dá)到控制恒流的目的。在電路穩(wěn)定、處于恒流環(huán)路狀態(tài)時，Vc電平(即電容器Cl兩端的電壓)為三角波，在基準(zhǔn)電壓Vrefa的上下波動。電容器Cl的充放電平衡有以下關(guān)系:I1 * (T-Tdemag) =I2.Tdemag其中T為開關(guān)周期，Tdemag為變壓器副邊繞組的去磁時間(即續(xù)流二極管107的續(xù)流時間)，I1和I2分別為圖1中的電流源Il和12的輸出電流。S卩，恒流占空比為:而對反激式電路:
權(quán)利要求1.一種用于開關(guān)電源的控制器，所述開關(guān)電源包括續(xù)流二極管、開關(guān)管和耦合至所述開關(guān)管的采樣電阻，所述控制器包括: 過零檢測電路，用于檢測所述續(xù)流二極管的導(dǎo)通時間以產(chǎn)生導(dǎo)通時間信號； 充放電平衡電路，用于在所述導(dǎo)通時間信號的控制下產(chǎn)生充放電信號； 第一比較器，用于將所述充放電信號與第一基準(zhǔn)電壓作比較以產(chǎn)生第一比較結(jié)果；第二比較器，用于將經(jīng)由所述采樣電阻產(chǎn)生的采樣電壓信號與第二基準(zhǔn)電壓作比較以產(chǎn)生第二比較結(jié)果；以及 邏輯控制電路，用于根據(jù)所述導(dǎo)通時間信號、所述第一比較結(jié)果和所述第二比較結(jié)果產(chǎn)生驅(qū)動信號，以控制所述開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷， 其中所述充放電平衡電路包括: 開關(guān)時序控制電路，用于根據(jù)所述導(dǎo)通時間信號產(chǎn)生開關(guān)時序控制信號； 充放電電流平衡結(jié)構(gòu)電路，其耦合至所述開關(guān)時序控制電路；以及電容器，其第一端耦合至所述充放電電流平衡結(jié)構(gòu)電路并且其第二端耦合接地，所述充放電電流平衡結(jié)構(gòu)電路在所述開關(guān)時序控制信號的控制下對所述電容器進(jìn)行充放電，所述充放電平衡電路在所述電容器的第一端提供所述充放電信號， 其中所述充放電電流平衡結(jié)構(gòu)電路包括電流平衡模塊，所述電流平衡模塊具有電流調(diào)節(jié)階段和充放電階段，所述電流平衡模塊在所述電流調(diào)節(jié)階段進(jìn)行電流調(diào)節(jié)以產(chǎn)生相等的第一電流和第二電流，并在所述充放電階段使用所述第一電流對所述電容器進(jìn)行充電以及使用所述第二電流對所述電容器進(jìn)行放電。
2.如權(quán)利要求1所述的控制器，其特征在于，所述電流平衡模塊是鏡像電流源，所述鏡像電流源包括第一晶體管和第二晶體管，所述第一晶體管的柵極耦合至所述第二晶體管的柵極，所述第一電流流經(jīng)所述第一晶體管并且所述第二電流流經(jīng)所述第二晶體管，所述電流平衡模塊在所述電流調(diào)節(jié)階段使用所述第一電流與所述第二電流之差來調(diào)節(jié)所述第一晶體管和所述第二晶體管的柵極電壓，從而調(diào)節(jié)所述第一晶體管和所述第二晶體管的導(dǎo)通電阻，使流經(jīng)所述第一晶體管的所述第一電流與流經(jīng)所述第二晶體管的所述第二電流相等。
3.如權(quán)利要求1或2所述的控制器，其特征在于，所述充放電電流平衡結(jié)構(gòu)電路包括一個電流平衡模塊并且還包括固定鏡像電流源，當(dāng)所述電流平衡模塊處于所述電流調(diào)節(jié)階段時使用所述固定鏡像電流源對所述電容器進(jìn)行充放電。
4.如權(quán)利要求1或2所述的控制器，其特征在于，所述充放電電流平衡結(jié)構(gòu)電路包括至少兩個電流平衡模塊，在所述導(dǎo)通時間信號的每一個周期中，所述開關(guān)時序控制信號使所述至少兩個電流平衡模塊中的一個電流平衡模塊進(jìn)入所述充放電階段并使其它電流平衡模塊進(jìn)入所述電流調(diào)節(jié)階段，從而所述至少兩個電流平衡模塊輪流地對所述電容器進(jìn)行充放電。
5.如權(quán)利要求1或2所述的控制器，其特征在于，所述開關(guān)時序控制電路包括分頻器和門電路，用于根據(jù)所述導(dǎo)通時間信號產(chǎn)生所述開關(guān)時序控制信號。
6.如權(quán)利要求2所述的控制器，其特征在于，所述鏡像電流源還包括反相器，用于將由所述第一電流與所述第二電流之差產(chǎn)生的電壓耦合至所述第一晶體管和所述第二晶體管的柵極。
7.如權(quán)利要求1所述的控制器，其特征在于，在所述充放電階段，當(dāng)所述導(dǎo)通時間信號指示所述續(xù)流二極管為截止時，所述電流平衡模塊使用所述第一電流對所述電容器進(jìn)行充電，以及當(dāng)所述導(dǎo)通時間信號指示所述續(xù)流二極管為導(dǎo)通時，所述電流平衡模塊使用所述第二電流對所述電容器進(jìn)行放電。
8.如權(quán)利要求1所述的控制器，其特征在于，所述邏輯控制電路包括: 第一 RS觸發(fā)器，其置位端接收所述導(dǎo)通時間信號，其復(fù)位端接收所述第一比較結(jié)果； 反相器，其輸入端耦合至所述第一 RS觸發(fā)器的輸出端； 第二 RS觸發(fā)器，其置位端耦合至所述反相器的輸出端，其復(fù)位端接收所述第二比較結(jié)果；以及 驅(qū)動器，其輸入端耦合至所述第二 RS觸發(fā)器的輸出端，其輸出端產(chǎn)生所述驅(qū)動信號。
9.一種開關(guān)電源，包括如權(quán)利要求1至8中任一項所述的控制器，所述開關(guān)電源還包括: 變壓器，其原邊繞組的同名端接收輸入信號，其輔助繞組的異名端耦合至所述過零檢測電路的輸入端，所述輔助繞組的同名端耦合接地； 開關(guān)管，其漏極耦合至所述變壓器的所述原邊繞組的異名端，其柵極接收所述控制器產(chǎn)生的所述驅(qū)動信號，其源極經(jīng)由所述采樣電阻耦合接地；以及 續(xù)流二極管，其正極耦合至所述變壓器的副邊繞組的異名端，其負(fù)極經(jīng)由輸出電容器耦合至所述副邊繞組的同名端并接地，其中所述開關(guān)電源向與所述輸出電容器并聯(lián)的負(fù)載提供輸出電流。
10.如權(quán)利要求9所述的開關(guān)電源，其特征在于，還包括: 整流橋； 以及 輸入電容器， 其中外部輸入的交流信號經(jīng)由所述整流橋整流并經(jīng)由所述輸入電容器濾波后傳輸至所述變壓器的所述初級繞組的同名端。
專利摘要本文公開了控制開關(guān)電源恒定輸出電流的控制器。該控制器可包括過零檢測電路、充放電平衡電路、第一比較器、第二比較器、以及邏輯控制電路，用于產(chǎn)生驅(qū)動信號以控制開關(guān)電源的開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷。該充放電平衡電路可包括開關(guān)時序控制電路、充放電電流平衡結(jié)構(gòu)電路以及電容器，該充放電電流平衡結(jié)構(gòu)電路可包括電流平衡模塊，該電流平衡模塊具有電流調(diào)節(jié)階段和充放電階段，其在電流調(diào)節(jié)階段進(jìn)行電流調(diào)節(jié)以產(chǎn)生相等的第一電流和第二電流，并在充放電階段使用第一電流對該電容器進(jìn)行充電以及使用第二電流對該電容器進(jìn)行放電。
文檔編號H02M7/12GK203014693SQ201220742259
公開日2013年6月19日 申請日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者姚云龍, 吳建興 申請人:杭州士蘭微電子股份有限公司