本發(fā)明涉及開關電源技術，更具體地，涉及同步整流開關電源及控制方法。

背景技術：

原邊控制的開關電源可以采用變壓器的輔助繞組獲得與輸出電壓相關的反饋信號，因而可以節(jié)省用于將反饋信號從副邊反饋至原邊的光耦及精密電壓源等電子元件，簡化信號反饋路徑。原邊控制的開關電源容易形成模塊化和小型化的集成電路，已經(jīng)廣泛地用于手機、平板電腦和便攜式媒體播放器的各種充電電源，以及用于驅動發(fā)光二極管(LED)的供電電源中。

在原邊控制的開關電源中，變壓器的原邊繞組連接有主開關管，副邊繞組連接有整流二極管或同步開關管。整流二極管不需要附加的控制電路，因而電路結構簡單。整流二極管的缺點是自身的電壓降較大，導致開關電源的功耗增加，特別是在重載大電流輸出的情形下，整個開關電源的功耗顯著增加。同步開關管可以減小在整流元件上的功耗，從而提高開關電源的效率。同步開關管需要與主開關管同步工作，才能為負載提供穩(wěn)定的輸出電壓。因此，需要為同步開關管提供附加的副邊控制電路。然而，副邊控制電路自身也會產(chǎn)生功耗，特別是在輕載的情形下，副邊控制電路仍然工作，在整個開關電源的功耗中所占比例過高。

因此，期望進一步改進同步整流開關電源的電路結構和控制方式，以減小開關電源的待機功耗。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種同步整流開關電源及其控制方法，其中通過檢測開關周期來斷開同步芯片，以減小開關電源的待機功耗。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種同步整流開關電源，包括：變壓器，包括原邊繞組和副邊繞組；主開關管，與所述原邊繞組串聯(lián)連接，并且周期性地導通和斷開，使得所述原邊繞組向所述副邊繞組傳輸能量；同步開關管，與所述副邊繞組串聯(lián)連接，并且與所述主開關管按照相同的周期導通和斷開；輸出電容，所述輸出電容的第一端連接至所述副邊繞組，第二端連接至所述同步開關管；原邊控制電路，用于產(chǎn)生第一驅動信號以控制主開關管的導通狀態(tài)；以及副邊控制電路，用于產(chǎn)生第二驅動信號以控制同步開關管的導通狀態(tài)，其中，所述變壓器的原邊繞組接收輸入電壓，所述變壓器的副邊繞組對所述輸出電容充電，從而在所述輸出電容上產(chǎn)生輸出電壓，在輕載或空載時，所述副邊控制電路斷開所述同步開關管的主電流路徑，并且依靠寄生二極管維持所述同步開關管的導通狀態(tài)。

優(yōu)選地，在輕載或空載時，所述原邊控制電路調節(jié)所述第一驅動信號的開關周期，以維持所述輸出電壓大致恒定。此處，術語“大致恒定”表示輸出電壓并非絕對恒定而是可以在一定的范圍內波動。

優(yōu)選地，所述原邊控制電路和所述副邊控制電路分別包括負載檢測模塊，用于根據(jù)所述第一驅動信號和所述第二驅動信號中的至少之一判斷是否處于輕載狀態(tài)。

優(yōu)選地，所述負載檢測模塊檢測所述第一驅動信號和所述第二驅動信號中的至少之一的開關周期，以及根據(jù)所述開關周期判斷負載狀態(tài)，如果所述開關周期大于等于預定值，則判定處于輕載狀態(tài)，如果所述開關周期小于所述預定值，則判定處于正常負載狀態(tài)。

優(yōu)選地，所述負載檢測模塊在第二脈寬調制信號的控制下對第一方波信號進行分頻計數(shù)，從而判斷所述開關周期是否大于預定值，所述副邊控制電路根據(jù)所述第二脈寬調制信號產(chǎn)生所述第二驅動信號。

優(yōu)選地，所述負載檢測模塊包括：多個第一觸發(fā)器，彼此串聯(lián)連接成分頻計數(shù)電路，所述多個第一觸發(fā)器接收所述第一方波信號，并且提供多個第一輸出信號；第一與門，包括用于接收全局使能信號的第一輸入端，用于接收第二方波信號的第二輸入端，以及提供第二輸出信號的輸出端，所述第二輸出信號用于使能所述多個第一觸發(fā)器；第二與門，包括用于接收所述多個第一輸出信號的多個輸入端，以及提供第三輸出信號的輸出端；以及第二觸發(fā)器，包括用于接收所述第三輸出信號的第一輸入端和用于接收所述第二脈寬調制信號的第二輸入端，以及提供輸出控制信號的輸出端，其中，所述第二方波信號是所述第二脈寬調制信號的延遲信號，所述輸出控制信號用于控制所述第二驅動信號的輸出。

優(yōu)選地，所述原邊控制電路包括：第一比較器，用于將表征所述輸出電壓的電壓反饋信號與第一參考電壓相比較，以產(chǎn)生副邊繞組的放電時間信號；第二比較器，用于將所述電壓反饋信號與第二參考電壓相比較，以產(chǎn)生誤差信號；恒流環(huán)路控制模塊，用于根據(jù)所述放電時間信號產(chǎn)生第一導通信號；恒壓環(huán)路控制模塊，用于根據(jù)所述誤差信號產(chǎn)生第二導通信號；第三比較器，用于將表征流經(jīng)所述主開關管的電流的電流采樣信號與第三參考電壓相比較，以產(chǎn)生斷開信號；第一邏輯控制電路，用于根據(jù)所述第一導通信號、所述第二導通信號和所述斷開信號產(chǎn)生第一脈寬調制信號；以及第一柵極驅動電路，用于根據(jù)所述第一脈寬調制信號產(chǎn)生所述第一驅動信號；以及第一負載檢測模塊，用于根據(jù)所述第一脈寬調制信號產(chǎn)生空載信號，其中，所述原邊控制電路根據(jù)空載信號調節(jié)所述第二參考電壓，從而調節(jié)所述第一驅動信號的開關周期。

優(yōu)選地，還包括：線損調整模塊，用于根據(jù)所述空載信號產(chǎn)生線損補償信號；以及輸出線損補償模塊，用于根據(jù)所述線損補償信號產(chǎn)生所述第二參考電壓。

優(yōu)選地，所述副邊控制電路包括：第四比較器，用于將所述副邊繞組的端電壓與第四參考電壓相比較，以產(chǎn)生第三導通信號；第五比較器，用于將所述端電壓與第五參考電壓相比較，以產(chǎn)生第二斷開信號；第二邏輯控制電路，用于根據(jù)所述第三導通信號和所述第二斷開信號產(chǎn)生第二脈寬調制信號；第二柵極驅動電路，用于根據(jù)所述第二脈寬調制信號產(chǎn)生所述第二驅動信號；以及第二負載檢測模塊，用于根據(jù)所述第二脈寬調制信號產(chǎn)生輸出控制信號，其中，所述第一柵極驅動電路在所述輸出控制信號的控制下提供所述第二驅動信號。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種同步整流開關電源的控制方法，包括：采用第一驅動信號，周期性地導通和斷開與原邊繞組串聯(lián)的主開關管，使得從變壓器的原邊繞組向變壓器的副邊繞組傳輸能量；采用第二驅動信號，周期性地導通和斷開與副邊繞組串聯(lián)的同步開關管，對輸出電容充電，從而在輸出電容上提供輸出電壓；其中，在輕載或空載時，斷開所述同步開關管的主電流路徑，并且依靠所述同步開關管的寄生二極管維持所述同步開關管的導通狀態(tài)。

優(yōu)選地，在輕載或空載時，通過調節(jié)所述第一驅動信號的開關周期，維持所述輸出電壓大致恒定。

優(yōu)選地，根據(jù)所述第一驅動信號和所述第二驅動信號中的至少之一判斷是否處于輕載狀態(tài)。

優(yōu)選地，判斷是否處于輕載狀態(tài)的步驟包括：檢測所述第一驅動信號和所述第二驅動信號中的至少之一的開關周期；以及根據(jù)所述開關周期判斷負載狀態(tài)，其中，如果所述開關周期大于等于預定值，則判定處于輕載狀態(tài)，如果所述開關周期小于所述預定值，則判定處于正常負載狀態(tài)。

優(yōu)選地，根據(jù)所述開關周期判斷負載狀態(tài)的步驟包括：在第一脈寬調制信號的控制下對第一方波信號進行分頻計數(shù)，從而判斷所述開關周期是否大于預定值。

優(yōu)選地，還包括：根據(jù)檢測產(chǎn)生空載信號；以及根據(jù)空載信號調節(jié)所述第一驅動信號的開關周期。

優(yōu)選地，根據(jù)所述開關周期判斷負載狀態(tài)的步驟包括：在第二脈寬調制信號的控制下對第一方波信號進行分頻計數(shù)，從而判斷所述開關周期是否大于預定值。

優(yōu)選地，還包括：根據(jù)檢測產(chǎn)生輸出控制信號；根據(jù)所述第二脈寬調制信號產(chǎn)生所述第二驅動信號；以及采用所述輸出控制信號控制所述第二驅動信號的輸出。

根據(jù)本發(fā)明實施例的同步整流開關電源，檢測開關電源的開關周期，并且設置限制頻率點。當開關電源的開關周期大于設定值時，斷開同步整流芯片，從而可以減小輕載時的副邊功耗。

在優(yōu)選的實施例中，在原邊根據(jù)開關周期的檢測結果，調節(jié)開關周期。當開關電源的開關周期大于設定值時，增加線損補充量。由于原邊的補償，即例同步整流二極管從主電流路徑導通的狀態(tài)切換為利用寄生二極管導通，也能補償采樣壓差的變化，維持輸出電壓大致恒定。

因此，本發(fā)明在輕載或空載時，可以降低同步整流芯片的功耗，并且不以降低輸出電壓為代價，從而解決現(xiàn)有技術在同步整流在PSR效率和功耗之間的矛盾。

附圖說明

通過以下參照附圖對本發(fā)明實施例的描述，本發(fā)明的上述以及其他目的、特征和優(yōu)點將更為清楚，在附圖中：

圖1示出同步整流開關電源的示意性電路圖。

圖2和3分別示出在根據(jù)現(xiàn)有技術的開關電源中采用的原邊控制器和副邊控制器的示意性電路圖。

圖4和5分別示出在根據(jù)本發(fā)明實施例的開關電源中采用的原邊控制器和副邊控制器的示意性電路圖。

圖6示出根據(jù)本發(fā)明實施例的開關電源中采用的負載檢測模塊的示意性電路圖。

圖7示出根據(jù)本發(fā)明實施例的開關電源的工作波形圖。

具體實施方式

以下將參照附圖更詳細地描述本發(fā)明。在各個附圖中，相同的元件采用類似的附圖標記來表示。為了清楚起見，附圖中的各個部分沒有按比例繪制。此外，可能未示出某些公知的部分。

在下文中描述了本發(fā)明的許多特定的細節(jié)，例如器件的結構、材料、尺寸、處理工藝和技術，以便更清楚地理解本發(fā)明。但正如本領域的技術人員能夠理解的那樣，可以不按照這些特定的細節(jié)來實現(xiàn)本發(fā)明。

本發(fā)明可以各種形式呈現(xiàn)，以下將描述其中一些示例。

圖1示出同步整流開關電源的示意性電路圖。該開關電源100包括變壓器T1，位于變壓器T1的原邊的主開關管M1、電流采樣電阻Rs、電壓反饋電路、原邊控制電路101，位于變壓器T1的副邊的同步開關管M2、輸出電容C1、副邊控制電路112。

在變壓器T1的原邊，變壓器T1的原邊繞組、主開關管M1和電流采樣電阻Rs依次連接在開關電源的輸入端VI和之間。在主開關管M1和電流采樣電阻Rs之間的中間節(jié)點獲得流經(jīng)主開關管M1的電流的電流采樣信號VS。變壓器T1的輔助繞組與電壓反饋電路相連接，在該實例中，電壓反饋電路包括由電阻R1和R2構成的分壓網(wǎng)絡。在電阻R1和R2之間的中間節(jié)點獲得變壓器T1的副邊電壓的反饋信號VFB。原邊控制電路101的兩個輸入端分別接收電流采樣信號VS和電壓反饋信號VFB，并且在輸出端提供主開關管M1的驅動信號VG1。

在變壓器T1的副邊，變壓器T1的副邊繞組與輸出電容C1并聯(lián)連接，在變壓器T1的副邊繞組與輸出電容C1之間，連接有同步開關管M2。輸出電容C1的一端連接至高電位輸出端VO，另一端接地。副邊控制電路112從副邊繞組接收端口電壓VD，并且在輸出端提供同步開關管M2的驅動信號VG2。

在開關電源的工作期間，原邊控制電路101根據(jù)電流采樣信號VS控制主開關管M1的斷開時刻，根據(jù)電壓反饋信號VFB控制主開關管M1的開關周期，從而實現(xiàn)恒流和/或恒壓輸出。副邊控制電路112根據(jù)端口電壓VD控制同步開關管M2的啟動和斷開時刻，使得在主開關管M1的斷開期間的至少一部分時間，同步開關管M2導通。主開關管M1和同步開關管M2的開關周期相同。

在主開關管M1的導通期間，變壓器T1的原邊繞組流過的原邊電流IP在變壓器T1的副邊繞組中感應出副邊電流IS。副邊電流IS流過同步開關管M2后，一部分電流對輸出電容C1充電產(chǎn)生輸出電壓VOUT，另外一部分電流作為輸出電流IO。

圖2和3分別示出在根據(jù)現(xiàn)有技術的開關電源中采用的原邊控制器和副邊控制器的示意性電路圖，其中，原邊控制電路101和副邊控制電路112例如用于圖1所示的開關電源中。

原邊控制電路101具有兩個輸入端，分別接收電壓反饋信號VFB和電流采樣信號VS，以及輸出端，用于提供主開關管的驅動信號VG1。進一步地，原邊控制電路101包括第一比較器102、誤差放大器103、輸出線損補償模塊104、恒流環(huán)路控制模塊105、恒壓環(huán)路控制模塊106、第二比較器107、邏輯控制電路108和柵極驅動電路109。

第一比較器102的同相輸入端接收電壓反饋信號VFB，反相輸入端接收參考電壓VREF1。第一比較器102檢測電壓反饋信號VFB的高電平期間，從而獲得副邊繞組的放電時間信號TD。第一比較器102的輸出端提供所述放電時間信號TD。

誤差放大器103的同相輸入端接收電壓反饋信號VFB，反相輸入端接收參考電壓VREF2。該參考電壓VREF2由輸出線損補償模塊104根據(jù)輸出負載的大小而調節(jié)。誤差放大器103的輸出端提供誤差信號EAOUT。

恒流環(huán)路控制模塊105根據(jù)放電時間信號TD獲得第一導通信號ONC，恒壓環(huán)路控制模塊根據(jù)誤差信號EAOUT獲得第二導通信號ONV。第二比較器107的同相輸入端接收參考電壓VREF3，反相輸入端接收電流采樣信號VS，并且在輸出端提供斷開信號OFF。

邏輯控制電路108接收上述的第一導通信號ONC、第二導通信號ONV和斷開信號OFF，經(jīng)過處理之后生成脈寬調制信號PWM1。柵極驅動電路109進一步提升驅動能力以產(chǎn)生主開關管M1的驅動信號VG1。

在開關電源100的工作期間，原邊控制電路101在系統(tǒng)上電時控制主開關管M1導通，使得流經(jīng)主開關管M1的原邊電流IP逐漸增大。相應地，電流采樣電阻RS上的電壓降，即電流采樣信號VS的電平隨之升高。原邊控制電路101中的第二比較器107將電流采樣信號VS與參考電壓VREF3相比較。當電流采樣信號達到參考電壓VREF3時，第二比較器107的輸出端的斷開信號OFF有效，使得邏輯控制電路108的脈寬調制信號PWM1的電平翻轉為低電平，柵極驅動電路109產(chǎn)生的驅動信號VG1使得主開關管M1斷開。

進一步地，原邊控制電路101中的第一比較器102獲得副邊繞組的放電時間信號TD，誤差放大器103獲得輸出電壓的誤差信號EAOUT。然后，恒流環(huán)路控制模塊105根據(jù)放電時間信號TD產(chǎn)生第一導通信號ONC，恒壓環(huán)路控制模塊106根據(jù)誤差信號EAOUT產(chǎn)生第二導通信號ONV。當?shù)谝粚ㄐ盘朞NC和第二導通信號ONV中的至少一個有效時，邏輯控制電路108的脈寬調制信號PWM1的電平翻轉為高電平，柵極驅動電路109產(chǎn)生的驅動信號VG1使得主開關管M1重新導通。

在主開關管M1的每個開關周期中，主開關管M1導通一段時間之后斷開。在開關電源100的工作期間，主開關管M1在連續(xù)的多個開關周期中交替導通和斷開，從而控制輸出電流和/或電壓達到穩(wěn)定的預定值。當輸出電壓VOUT增大，第一導通信號ONC和第二導通信號ONV會推遲，從而調節(jié)輸出的平均功率，反之亦然。通過控制主開關管M1的開關周期和占空比，使得開關電源的輸出電壓VOUT穩(wěn)定在設定值。

副邊控制電路112具有輸入端，用于接收端口電壓VD，以及輸出端，用于提供同步開關管M2的驅動信號VG2。進一步地，副邊控制電路112包括第三比較器113、第四比較器114、邏輯控制電路115、柵極驅動電路117。

第三比較器113的同相輸入端接收端口電壓VD，反相輸入端接收參考電壓VREF4。第三比較器113將端口電壓VD與參考電壓VREF4相比較，并且在輸出端提供導通信號ON2。

第四比較器114的同相輸入端接收端口電壓VD，反相輸入端接收參考電壓VREF5。該參考電壓VREF5大于上述的參考電壓VREF4。第四比較器114將端口電壓VD與參考電壓VREF5相比較，并且在輸出端提供斷開信號OFF2。

邏輯控制電路115接收上述的導通信號ON2和斷開信號OFF2，經(jīng)過處理之后生成脈寬調制信號PWM2。柵極驅動電路117進一步提升驅動能力以產(chǎn)生同步開關管M2的驅動信號VG2。

在同步開關管M2的每個開關周期中，同步開關管M2導通一段時間之后斷開。同步開關管M2的開關周期與主開關管M1的開關周期相同，從而在每個開關周期中同步完成一次輸出整流。

具體地，在主開關管M1的導通期間，端口電壓VD為高電平。當主開關管M1斷開時，端口電壓VD為低電平。當主開關管M1斷開時，端口電壓VD為低電平。當主開關管M1斷開的初始階段，同步開關管M2也是斷開，靠其寄生的二極管導通。副邊控制電路112檢測端口電壓VD。當端口電壓VD小于設定的參考電壓VREF4時，輸出的導通信號ON2翻轉，使得同步開關管M2導通。當副邊電流逐漸減小，端口電壓VD升高，其大于設定的參考電壓VREF5時，輸出的斷開信號OFF2翻轉為有效，使得同步開關管斷開。

圖4和5分別示出在根據(jù)本發(fā)明實施例的開關電源中采用的原邊控制器和副邊控制器的示意性電路圖，其中，原邊控制電路201和副邊控制電路212例如用于圖1所示的開關電源中。

原邊控制電路201具有兩個輸入端，分別接收電壓反饋信號VFB和電流采樣信號VS，以及輸出端，用于提供主開關管的驅動信號VG1。進一步地，原邊控制電路201包括第一比較器204、誤差放大器205、負載檢測模塊202、線損調整模塊203、輸出線損補償模塊206、恒流環(huán)路控制模塊207、恒壓環(huán)路控制模塊208、第二比較器209、邏輯控制電路210和柵極驅動電路211。

第一比較器204的同相輸入端接收電壓反饋信號VFB，反相輸入端接收參考電壓VREF1。第一比較器204檢測電壓反饋信號VFB的高電平期間，從而獲得副邊繞組的放電時間信號TD。第一比較器204的輸出端提供所述放電時間信號TD。

誤差放大器205的同相輸入端接收電壓反饋信號VFB，反相輸入端接收參考電壓VREF2。該參考電壓VREF2由輸出線損補償模塊206根據(jù)輸出負載的大小而調節(jié)。誤差放大器205的輸出端提供誤差信號EAOUT。

恒流環(huán)路控制模塊207根據(jù)放電時間信號TD獲得第一導通信號ONC，恒壓環(huán)路控制模塊根據(jù)誤差信號EAOUT獲得第二導通信號ONV。第二比較器209的同相輸入端接收參考電壓VREF3，反相輸入端接收電流采樣信號VS，并且在輸出端提供斷開信號OFF。

邏輯控制電路210接收上述的第一導通信號ONC、第二導通信號ONV和斷開信號OFF，經(jīng)過處理之后生成脈寬調制信號PWM1。柵極驅動電路211進一步提升驅動能力以產(chǎn)生主開關管M1的驅動信號VG1。

在開關電源200的工作期間，原邊控制電路201在系統(tǒng)上電時控制主開關管M1導通，使得流經(jīng)主開關管M1的原邊電流IP逐漸增大。相應地，電流采樣電阻RS上的電壓降，即電流采樣信號VS的電平隨之升高。原邊控制電路201中的第二比較器209將電流采樣信號VS與參考電壓VREF3相比較。當電流采樣信號達到參考電壓VREF3時，第二比較器209的輸出端的斷開信號OFF有效，使得邏輯控制電路210的脈寬調制信號PWM1的電平翻轉為低電平，柵極驅動電路211產(chǎn)生的驅動信號VG1使得主開關管M1斷開。

進一步地，原邊控制電路201中的第一比較器204獲得副邊繞組的放電時間信號TD，誤差放大器205獲得輸出電壓的誤差信號EAOUT。然后，恒流環(huán)路控制模塊207根據(jù)放電時間信號TD產(chǎn)生第一導通信號ONC，恒壓環(huán)路控制模塊208根據(jù)誤差信號EAOUT產(chǎn)生第二導通信號ONV。當?shù)谝粚ㄐ盘朞NC和第二導通信號ONV中的至少一個有效時，邏輯控制電路210的脈寬調制信號PWM1的電平翻轉為高電平，柵極驅動電路211產(chǎn)生的驅動信號VG1使得主開關管M1重新導通。

在主開關管M1的每個開關周期中，主開關管M1導通一段時間之后斷開。在開關電源200的工作期間，主開關管M1在連續(xù)的多個開關周期中交替導通和斷開，從而控制輸出電流和/或電壓達到穩(wěn)定的預定值。當輸出電壓VOUT增大，第一導通信號ONC和第二導通信號ONV會推遲，從而調節(jié)輸出的平均功率，反之亦然。通過控制主開關管M1的開關周期和占空比，使得開關電源的輸出電壓VOUT穩(wěn)定在設定值。

與現(xiàn)有技術的原邊控制電路不同，根據(jù)該實施例的原邊控制電路201中的負載檢測模塊202用于檢測開關電源100的開關周期，獲得表征空載狀態(tài)的空載信號LDET。線損調整模塊203根據(jù)空載信號LDET產(chǎn)生新的線損補償信號LREG。輸出線損補償模塊206是根據(jù)輸出負載的大小，調整誤差放大器205的參考電壓VREF2。因此，在開關電源100的待機狀態(tài)，主開關管M1周期性導通和斷開，工作于預定的開關頻率。

副邊控制電路212具有輸入端，用于接收端口電壓VD，以及輸出端，用于提供同步開關管M2的驅動信號VG2。進一步地，副邊控制電路212包括第三比較器216、第四比較器217、邏輯控制電路218、柵極驅動電路220、負載檢測模塊219。

第三比較器216的同相輸入端接收端口電壓VD，反相輸入端接收參考電壓VREF4。第三比較器216將端口電壓VD與參考電壓VREF4相比較，并且在輸出端提供導通信號ON2。

第四比較器217的同相輸入端接收端口電壓VD，反相輸入端接收參考電壓VREF5。該參考電壓VREF5大于上述的參考電壓VREF4。第四比較器217將端口電壓VD與參考電壓VREF5相比較，并且在輸出端提供斷開信號OFF2。

邏輯控制電路218接收上述的導通信號ON2和斷開信號OFF2，經(jīng)過處理之后生成脈寬調制信號PWM2。柵極驅動電路220進一步提升驅動能力以產(chǎn)生同步開關管M2的驅動信號VG2。

在同步開關管M2的每個開關周期中，同步開關管M2導通一段時間之后斷開。同步開關管M2的開關周期與主開關管M1的開關周期相同，從而在每個開關周期中同步完成一次輸出整流。

具體地，在主開關管M1的導通期間，端口電壓VD為高電平。當主開關管M1斷開時，端口電壓VD為低電平。當主開關管M1斷開時，端口電壓VD為低電平。當主開關管M1斷開的初始階段，同步開關管M2也是斷開，靠其寄生的二極管導通。副邊控制電路212檢測端口電壓VD。當端口電壓VD小于設定的參考電壓VREF4時，輸出的導通信號ON2翻轉，使得同步開關管M2導通。當副邊電流逐漸減小，端口電壓VD升高，其大于設定的參考電壓VREF5時，輸出的斷開信號OFF2翻轉為有效，使得同步開關管斷開。

與現(xiàn)有技術的副邊控制電路不同，根據(jù)該實施例的副邊控制電路212中的負載檢測模塊219用于檢測開關電源100的開關周期。當小于設定值時，產(chǎn)生輸出控制信號LEN，使得驅動信號VG2為低電平。因此，在開關電源100的待機狀態(tài)，同步開關管M2保持斷開狀態(tài)。

圖6示出根據(jù)本發(fā)明實施例的開關電源中采用的負載檢測模塊的示意性電路圖。該負載檢測模塊例如用于圖4所示的原邊控制電路201或者圖5所示的副邊控制電路212中。在下文的描述中，以副邊控制電路212中的負載檢測模塊219為例進行說明。

負載檢測模塊219包括第一與門AND1、第二與門AND2、第一D觸發(fā)器D1至第七D觸發(fā)器D7。

負載檢測模塊219接收的輸入信號包括第一方波信號OSC、全局使能信號EN、脈寬調制信號PWM2、第二方波信號PWM2_DELAY，提供的輸出信號為輸出控制信號LEN。第二方波信號PWM2_DELAY是脈寬調制信號PWM2的上升沿延時之后，但下降沿一致的方波信號。

在負載檢測模塊219的工作期間，當?shù)诙讲ㄐ盘朠WM2_DELAY為高電平時，第一D觸發(fā)器D1至第七D觸發(fā)器D7清零，負載檢測模塊219產(chǎn)生的輸出控制信號LEN也是低電平。當?shù)诙讲ㄐ盘朠WM2_DELAY由高變?yōu)榈碗娖?，即當前周期的同步開關管M2斷開后，第一D觸發(fā)器D1至第七D觸發(fā)器D7開始工作，對輸入的第一方波信號OSC進行分頻計數(shù)。

當計時時間足夠長，第四D觸發(fā)器D4的輸出端、第五D觸發(fā)器D5的輸出端、第六D觸發(fā)器D6的輸出端的信號都為高電平。第二與門AND2的輸出為高電平，第二與門AND2的低電平時間即為同步開關管M2的斷開時間。第七觸發(fā)器D7的輸入信號為脈寬調制信號PWM2，由于第二方波信號PWM2_DELAY上升沿的遲滯性，即第二方波信號PWM2_DELAY的上升沿比脈寬調制信號PWM2遲一段時間到達，所以當下個周期開始脈寬調制信號PWM2轉變?yōu)楦唠娖?，但是前面的計?shù)D觸發(fā)器未進行清零動作。輸出控制信號LEN既為第二與門AND2輸出，即當前周期的輸出功率信息被下個周期采用。

當同步開關管M2的斷開時間大于設定值，第二與門AND2首先翻轉為高電平，接著脈寬調制信號PWM2上升沿的到來，將輸出控制信號LEN信號也置高，在下個開關周期中，斷開同步開關管M2。

圖7示出根據(jù)本發(fā)明實施例的開關電源的工作波形圖。結合圖1、圖4和圖5，根據(jù)本發(fā)明實施例的原邊控制同步整流電路的原理描述如下。

在圖7中示出輸入電壓VI、輸出電壓VOUT、主開關管M1的驅動信號VG1、同步開關管M2的驅動信號VG2、原邊電流IP、端口電壓VD、副邊電流IS、邏輯控制電路218產(chǎn)生的脈寬調制信號PWM2、負載檢測模塊219產(chǎn)生的輸出控制信號LEN、負載檢測模塊202產(chǎn)生的空載信號LDET。

在系統(tǒng)開始正常工作后，當主開關管M1剛剛斷開的時候，變壓器T1中輔助繞組上提供輸出電壓VOUT。通過采樣電阻R1和采樣電阻R2分壓獲得輸出電壓VOUT的反饋信號VFB。

原邊控制電路201檢測反饋信號VFB高電平時間，獲得次級繞組的放電時間TD，經(jīng)過恒流環(huán)路控制模塊207的轉化，獲得第一導通信號ONC。

輸出線損補償模塊206根據(jù)對輸出負載的判斷，獲得恒壓環(huán)路中的參考電壓VREF2。電壓反饋信號VFB與參考電壓VREF2經(jīng)過誤差放大器205比較放大，獲得誤差信號EAOUT，并通過恒壓環(huán)路控制模塊208獲得第二導通信號ONV。

邏輯控制電路210根據(jù)第一導通信號ONC和第二導通信號ONV，獲得與輸出電壓大小相對應的脈寬調制信號PWM1。經(jīng)過柵極驅動電路211增強驅動能力后得到驅動信號VG1，用于控制功率管輸出電路212的主開關管M1柵極，使得主開關管M1的漏端電流逐漸增大。

隨著主開關管M1的電流增大，采樣電阻Rs上的電流采樣信號VS也隨之升高。當電流采樣信號VS到達設定值VREF3時，第二比較器209的斷開信號OFF翻轉，使得邏輯控制電路210和柵極驅動電路211斷開主開關管M1。

為了提升系統(tǒng)效率，在圖1所示的應用中采用同步開關管M2替代肖特基二極管。在同步整流方案中，當主開關管M1導通時，副邊的端口電壓VD為高電平。當主開關管M1斷開時，端口電壓VD為低電平。此時，副邊電流IS電流達到最大，然后開始逐漸減小，而同步開關管M2斷開，依靠其寄生二極管導通。

副邊控制電路212采用第三比較器216和第四比較器217檢測端口電壓VD。當端口電壓VD小于設定的參考電壓VREF4時，第三比較器216輸出的導通信號ON2翻轉，當端口電壓VD小于設定的參考電壓VREF5時，第四比較器217輸出的斷開信號OFF2翻轉。該參考電壓VREF5大于上述的參考電壓VREF4。邏輯控制電路218根據(jù)導通信號ON2和斷開信號OFF2產(chǎn)生脈寬調制信號PWM2。柵極驅動電路220對脈寬調制信號PWM2進行驅動能力的增強，從而產(chǎn)生驅動信號VG2，用于控制同步開關管M2的導通和斷開。同步開關管M2在導通狀態(tài)下對輸出電容C1充電產(chǎn)生輸出電壓VOUT。

負載檢測模塊219根據(jù)脈寬調制信號PWM2產(chǎn)生輸出控制信號LEN。該輸出控制信號LEN進一步控制柵極驅動電路220。如果輸出控制信號LEN為低電平，驅動信號VG2正常輸出，同步開關管M2在驅動信號VG2的控制下工作。在同步開關管M2導通時，端口電壓VD為負壓。隨著副邊電流IS的電流逐漸減小，端口電壓VD也緩慢升高。當端口電壓VD大于設定的參考電壓VREF5時，第四比較器217輸出的斷開信號OFF2翻轉，同步開關管M2柵極斷開，完成一次輸出整流。如果輸出控制信號LEN為高電平，則會控制驅動信號VG2為低電平，同步開關管M2不再受同步檢測端口電壓VD控制，繼續(xù)采用其寄生的二極管給輸出電容C2充電。

在連續(xù)的多個開關周期中，當輸出電壓VOUT增大時，第一導通信號ONC和第二導通信號ONV將推遲，進而調節(jié)輸出的平均功率，最后使輸出電壓VOUT穩(wěn)定在設定值，達到設定的輸出功率。

在圖1所示的中，輸出電壓由下式獲得：

$\mathrm{VOUT}=\frac{\mathrm{VREF}2*N*(R1+R2)}{R1}+\mathrm{VDS}$

其中，N表示變壓器T1的輔助繞組對次級繞組的匝比，VDS為同步開關管M2的源漏之間壓降，R1和R表示反饋環(huán)路上的分壓電阻的電阻值。

負載檢測模塊219根據(jù)開關電源的開關周期，判斷負載狀態(tài)。隨著系統(tǒng)的負載減小，通過變壓器端口端口電壓VD獲得的第二方波信號PWM2_DELAY低電平時間會逐漸增加，第二方波信號PWM2_DELAY的低電平時間可以等效系統(tǒng)的輸出負載。當開關周期大于設定值時，則判定負載為空載狀態(tài)，可以斷開同步開關管M2，以降低功耗。

由于同步開關管M2在空載斷開，即其寄生的二極管替代同步開關管M2導通，此時同步開關管M2的源漏壓降VDS增加。由上面的式子獲知切換后輸出電壓下降。為防止這個情況的發(fā)生，在原邊增加負載檢測模塊202和線損調整模塊203。在空載狀態(tài)下，負載檢測模塊202檢測到空載狀態(tài)，產(chǎn)生空載信號LDET。線損調整模塊203根據(jù)空載信號LDET，提高參考電壓VREF2。由于電壓的調整，使得輸出電壓在全功率范圍內符合設計要求。原邊的負載檢測模塊202的原理和副邊的負載檢測模塊219的原理和電路結構基本相同，在此不再詳述。

應當說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關系術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關系或者順序。而且，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。

依照本發(fā)明的實施例如上文所述，這些實施例并沒有詳盡敘述所有的細節(jié)，也不限制該發(fā)明僅為所述的具體實施例。顯然，根據(jù)以上描述，可作很多的修改和變化。本說明書選取并具體描述這些實施例，是為了更好地解釋本發(fā)明的原理和實際應用，從而使所屬技術領域技術人員能很好地利用本發(fā)明以及在本發(fā)明基礎上的修改使用。本發(fā)明僅受權利要求書及其全部范圍和等效物的限制。