一種兩級控制方法、兩級控制器及ac/dc開關(guān)電源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及AC/DC開關(guān)電源產(chǎn)品，特別設(shè)及一種高集成的兩級控制方法和實(shí)現(xiàn)上 述控制方法的控制器電路，及基于該控制器的AC/DC開關(guān)電源。
【背景技術(shù)】
[0002] 常規(guī)AC/DC產(chǎn)品中，AC輸入之后都需要進(jìn)行整流和濾波來將輸入的交流電壓轉(zhuǎn)變 為直流電壓。針對全輸入范圍的AC電壓而言(85~264VAC)，最高的直流電壓可能高達(dá)375V， 因此此處需要采用較高電壓規(guī)格的濾波電容；同時(shí)，后級的DC/DC電路對要輸入其中的直流 電壓的紋波要求較高，AC濾波后的紋波如果過大可能會(huì)導(dǎo)致后級DC電路停止工作，因此該 濾波電容的容值一般較大（IOOyF數(shù)量級）。在現(xiàn)有電容種類中，只有電解電容能符合高壓、 大容值的要求。然而普通ACDC產(chǎn)品，特別是功率較小的產(chǎn)品中，運(yùn)個(gè)輸入電解電容的體積占 到總產(chǎn)品體積的1/4W上，且現(xiàn)階段國內(nèi)高壓大容值的電解電容普遍存在高溫壽命短和低 溫時(shí)容值不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，運(yùn)直接制約了整個(gè)AC/DC產(chǎn)品的壽命與可靠性的提升。針對W上問 題，減小或移除整流后濾波電容的AC/DC電路技術(shù)已經(jīng)逐漸發(fā)展起來。
[0003] 整流后不需要濾波的AC/DC電路技術(shù)與有PFC功能的AC/DC電路技術(shù)基本相同，且 在20W功率級上，AC/DC產(chǎn)品不需要考慮PF值。因此可W借鑒PFC電路技術(shù)來減小濾波電容， 而采用薄膜電容或陶瓷電容來代替。
[0004] 前級PFC電路一般采用BOOST電路方案，目前市場上成熟的方案只是前級BOOST和 后級反激兩級電路的簡單疊加，所W兩個(gè)電路的控制模塊是獨(dú)立的。運(yùn)就要求該產(chǎn)品至少 要包含兩個(gè)控制忍片，相比起單級產(chǎn)品用單個(gè)控制忍片來，一方面，前后級分別用分壓電阻 對各自輸出采樣，則電阻上消耗的功耗更多；另一方面，占用了PCB板更多面積的同時(shí)兩個(gè) 忍片引腳也更多，在PCB板上布線引起的寄生連線的電容也更復(fù)雜，輸出分壓電阻較多情況 下，發(fā)生虛焊的概率增大，進(jìn)而引起電源的炸機(jī)風(fēng)險(xiǎn)增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種將BOOST前級和反激后級的控制環(huán)路結(jié)合起來的高 集成的兩級控制方法。
[0006] 與此相應(yīng)，本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種將BOOST前級和反激后級結(jié)合起來由 單個(gè)引腳分時(shí)對兩級環(huán)路進(jìn)行調(diào)控的兩級控制器電路。
[0007] 本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種基于此兩級控制的AC/DC開關(guān)電源。
[000引就產(chǎn)品主題而言，本發(fā)明提供一種兩級控制器，適用于ACDC中前級開關(guān)管和后級 開關(guān)管的控制，包括BOOST前級的控制環(huán)路、反激后級的控制環(huán)路及FA端JB端，所述BOOST 前級的控制環(huán)路和反激后級的控制環(huán)路集成在一顆忍片中，所述忍片包括一個(gè)FA端和一個(gè) FB端，所述忍片的FA端，用于在反激后級變壓器的激磁階段，為BOOST前級的控制環(huán)路，采集 和保存BOOST前級的輸出電壓，進(jìn)而產(chǎn)生前級開關(guān)管的關(guān)斷信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)，來對前級開關(guān) 管的開關(guān)頻率和峰值電流進(jìn)行分別調(diào)控;在反激后級變壓器的去磁階段，采集和保存反激 后級的輸出電壓，W提供上一周期的后級輸出電壓波形，疊加于后級消磁時(shí)間Tds，來選定 上一周期的后級消磁時(shí)間Tds的中點(diǎn)時(shí)刻為本周期反激后級的采樣時(shí)刻，并提供給反激后 級的控制環(huán)路;所述忍片的FB端，用于在反激后級變壓器的去磁階段，為反激后級的控制環(huán) 路，在反激后級的采樣時(shí)刻，對反激后級的輸出電壓進(jìn)行采集和保存，進(jìn)而產(chǎn)生后級開關(guān)管 的開啟信號(hào)及關(guān)斷信號(hào)，W通過控制后級開關(guān)管的開啟和關(guān)斷，一方面在反激后級恒流階 段實(shí)現(xiàn)消磁時(shí)間比后級開關(guān)管的周期為恒定值，即TdsA = C,另一方面也實(shí)現(xiàn)對后級開關(guān) 管的開關(guān)頻率和峰值電流調(diào)控。
[0009] 優(yōu)選的，所述的兩級控制器還包括連接于BOOST前級的控制環(huán)路與反激后級的控 制環(huán)路之間的防充爆電路，所述防充爆電路包括計(jì)時(shí)降幅電路，用于在反激后級為極輕載 或空載時(shí)，通過計(jì)時(shí)降幅電路讓BOOST前級控制環(huán)路的前級峰值電流跟隨反激后級的控制 環(huán)路的降頻和降幅，W將前級峰值電流降至最小幅值，進(jìn)而減小前級開關(guān)管導(dǎo)通占空比。
[0010] 優(yōu)選的，所述防充爆電路的計(jì)時(shí)降幅電路，包括計(jì)時(shí)器、RS觸發(fā)器、開關(guān)Ml及電阻 R31和電阻R32串聯(lián)支路，計(jì)時(shí)器的控制清零端觸發(fā)器的R端接入反激后級的開啟 信號(hào)，W在每一個(gè)后級開關(guān)管的開啟時(shí)刻控制計(jì)時(shí)器清零;計(jì)時(shí)器的計(jì)數(shù)端〔?_1在每一個(gè) 前級開關(guān)管的開啟時(shí)刻計(jì)數(shù)一次，達(dá)到設(shè)定次數(shù)時(shí)，輸出有效電平讓RS觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，在Q'端 產(chǎn)生高電平輸出經(jīng)開關(guān)Ml，W控制開關(guān)Ml閉合來短接電阻R32,從而讓流過電阻R31和電阻 R32串聯(lián)支路的前級峰值電流Ipk_BT在串聯(lián)支路上產(chǎn)生的電壓化k_BT減小。
[0011] 優(yōu)選的，所述BOOST前級的控制環(huán)路，包括前級采樣電路、前級電流采樣電路、前級 比較判斷電路和前級控制信號(hào)產(chǎn)生電路，其具體連接關(guān)系是，所述的前級采樣電路的輸入 端口與兩級控制器的FA端相連，輸出端口與所述的前級比較判斷電路的第一輸入端口相 連;所述的前級采樣電路在反激后級變壓器的激磁階段，將前級輸出電壓采樣并保存，W傳 送給前級比較判斷電路;所述的前級比較判斷電路通過第一輸入端口接收前級采樣電路的 采樣信號(hào)，并通過第一輸出端口和第二輸出端口分別與所述的前級控制信號(hào)產(chǎn)生電路的第 一輸入端口和第二輸入端口連接，W輸出調(diào)節(jié)開關(guān)頻率的電流和限定前級峰值電流大小的 電流;所述的前級電流采樣電路的輸入端口與所述控制器的化ainl端相連，前級電流采樣 電路的輸出與所述的前級控制信號(hào)產(chǎn)生電路的第=輸入端口連接;所述的前級控制信號(hào)產(chǎn) 生電路的輸出端口與所述的前級開關(guān)管的柵極相連，前級開關(guān)管的漏極和源極分別與所述 控制器的化ainl端和地電位相連;前級控制信號(hào)產(chǎn)生電路在調(diào)頻和調(diào)幅電流作用下，生成 控制信號(hào)控制所述前級開關(guān)管的開啟和關(guān)斷。
[0012] 優(yōu)選的，所述的前級采樣電路包括:前級采樣模塊和電阻Rl，前級采樣模塊的輸入 端與FA端相連，前級采樣模塊的輸出端與電阻Rl的一端相連，電阻Rl的一端還連接前級比 較判斷電路的輸入端，電阻Rl的另一端接地;前饋電流W-定的比例鏡像放大后降落在所 述的前饋電流采樣電阻上，W電壓的形式傳送到所述的前級比較判斷電路的第一輸入端； 所述的前級比較判斷電路包括:誤差放大器和前級跨導(dǎo)放大器，誤差放大器的兩個(gè)輸入分 別接前級采樣電路的電阻Rl的一端和第一基準(zhǔn)電壓，誤差放大器的輸出與第二基準(zhǔn)電壓 Vref2分別接入前級跨導(dǎo)放大器的兩個(gè)輸入，前級跨導(dǎo)放大器的第一輸出和第二輸出接入 前級控制信號(hào)產(chǎn)生電路，用W將前級比較判斷電路生成的兩路電流Ipk_BT和lose分別輸出 給前級控制信號(hào)產(chǎn)生電路;所述的誤差放大器將前級反饋回的輸出電壓與所述的基準(zhǔn)電壓 一作比較，得到的誤差放大電壓與基準(zhǔn)電壓二分別作為所述的前級跨導(dǎo)放大器的兩個(gè)輸 入，用來調(diào)節(jié)產(chǎn)生決定前級工作頻率和限定前級峰值電流大小的兩路電流輸出，二者分別 作為所述的前級控制信號(hào)產(chǎn)生電路的第一輸入端口和第二輸入端口；所述的前級電流采樣 電路包括:前級峰值電流檢測模塊和電阻R2,前級峰值電流檢測模塊的輸入與化ainl端連 接，前級峰值電流檢測模塊的輸出與電阻R2的一端相連，電阻R2的一端還連接前級控制信 號(hào)產(chǎn)生電路，電阻R2的另一端接地;在前級開關(guān)管導(dǎo)通階段，前級峰值電流檢測模塊通過 化ainl端將前級輸入電流采集下來并轉(zhuǎn)化成電壓，經(jīng)過所述峰值電壓分壓電阻分壓后，連 接到所述的前級控制信號(hào)產(chǎn)生電路的第=輸入端口；所述的前級控制信號(hào)產(chǎn)生電路包括： 電阻R3、比較器0CP1、振蕩器OSC和前級邏輯及驅(qū)動(dòng)模塊;所述比較器OCPl的反向輸入端與 前級峰值電流檢測模塊的輸出連接，比較器OCPl的正向輸入端接入前級比較判斷電路的前 級跨導(dǎo)放大器的第一輸出的電流Ipk_BT，比較器OCPl的正向輸入端還通過電阻R3接地，用 W生成后級開關(guān)管的關(guān)斷信號(hào)Toff _BT;所述前級比較判斷電路的前級跨導(dǎo)放大器的第一 輸出所輸出的lose信號(hào)，作為振蕩器OSC的輸入，經(jīng)振蕩器OSC輸出時(shí)鐘信號(hào)CLK;振蕩器OSC 輸出的時(shí)鐘信號(hào)化K和比較器OCPl輸出的關(guān)斷信號(hào)Toff_BT-起連接到前級邏輯及驅(qū)動(dòng)模 塊的輸入端口，前級邏輯及驅(qū)動(dòng)模塊的輸出作為前級控制信號(hào)產(chǎn)生電路的輸出端，用W與 后級開關(guān)管的柵極連接;前級峰值限定電流通過所述的前級峰值限定電流轉(zhuǎn)換電阻轉(zhuǎn)換成 電壓，與所述的前級電流采樣電壓分壓，一同輸入到所述的前級過流保護(hù)比較器進(jìn)行比較， 產(chǎn)生的信號(hào)連接至所述的前級邏輯及驅(qū)動(dòng)模塊;決定前級工作頻率的電流流入所述的前級 振蕩器，生成的時(shí)鐘信號(hào)也連接至所述的前級邏輯及驅(qū)動(dòng)模塊，產(chǎn)生的信號(hào)連也接至所述 的前級邏輯及驅(qū)動(dòng)模塊;所述的前級邏輯及驅(qū)動(dòng)模塊輸出將連接至所述前級開關(guān)管的柵 極。
[0013] 優(yōu)選的，所述反激后級的控制環(huán)路，包括:后級采樣電路、后級比較判斷電路、后級 電流采樣電路和后級控制信號(hào)產(chǎn)生電路，所述后級采樣電路的輸入與兩級控制器的FA端相 連，后級采樣電路的輸出給到后級比較判斷電路的輸入端口，用W輸出采樣到的后級變壓 器去磁階段的時(shí)間信號(hào)Tds;所述后級比較判斷電路的輸入端口口 2連接兩級控制器的FB引 腳和后級采樣電路的輸出，后級比較判斷電路的輸出端口C73輸出后級開關(guān)管的開啟信號(hào) Ton_L和限定后級峰值電流的電壓信號(hào)化k_FB，運(yùn)兩個(gè)輸出信號(hào)分別連接至后級控制信號(hào) 產(chǎn)生電路的第一和二輸入端口 C91和C92;所述后級電流采樣電路的輸入端口 C81連接兩級 控制器的化ain2引腳，其輸出端口 C82輸出檢測到的后級輸入電流轉(zhuǎn)化成的電壓Vcs_FB給 后級控制信號(hào)產(chǎn)生電路的第=輸入端口 C93;所述后級控制信號(hào)產(chǎn)生電路包含=個(gè)輸入端 口 C9UC92和C93，W及一個(gè)輸出端口 C94,其輸出端口 C94作為后級控制信號(hào)產(chǎn)生電路的輸 出端，用W與后級開關(guān)管的柵極相連。
[0014] 優(yōu)選的，所述的后級輸出電壓采樣電路包括:快速比較器和后級輸出采樣模塊;FA 端連接至快速比較器的正相輸入端，第S基準(zhǔn)電壓化ef3連接至快速比較器的負(fù)相輸入端， 快速比較器的輸出及FA端一并作為后級輸出采樣模塊的輸入，后級輸出采樣模塊的輸出連 接后級比較判斷電路，用W將信號(hào)Tds輸出給后級比較判斷電路;所述的后級比較判斷電路 包括:后級跨導(dǎo)放大器、后級峰值電流限定電阻R4和電壓選擇模塊;所述后級輸出采樣模塊 輸出的信號(hào)Tds與FB端分別連接至后級跨導(dǎo)放大器的兩個(gè)輸入，后級跨導(dǎo)放大器的第一輸 出與后級控制信號(hào)產(chǎn)生電路連接，用W輸出生成的后級開關(guān)管的開啟控制信號(hào)Ton_M后級 跨導(dǎo)放大器的第二輸出與第四基準(zhǔn)電壓化ef4-起輸入到電壓選擇模塊，電壓選擇模塊的 輸出與后級控制信號(hào)產(chǎn)生電路連接;所述的后級電流采樣電路包括:后級峰值電流檢測模 塊;后級峰值電流檢測模塊的輸入與化ain2端連接，后級峰值電流檢測模塊的輸出連接至 后級控制信號(hào)產(chǎn)生電路;比較器0CP2的正相輸入端;所述后級控制信號(hào)產(chǎn)生電路包括:比較 器0CP2和后級邏輯及驅(qū)動(dòng)模塊，比較器0CP2的正相輸入端與后級峰值電流檢測模塊的輸出 連接，比較器0CP2的反相輸入端與電壓選擇模塊的輸出連接，比較器0CP2的輸出連接后級 邏輯及驅(qū)動(dòng)模塊，用W輸出生成的后級開關(guān)管的關(guān)斷控制信號(hào)Toff_FB;比較器0CP2的輸出 和后級跨導(dǎo)放大器的第一輸出一起連