一种准谐振电源控制器制造技术

本公开涉及一种准谐振电源控制器。提供了一种准谐振电源控制器，包括：原边控制模块，被配置为接收经整流的AC输入电压并且控制栅极的导通与关断，当原边MOSFET关断后导通副边MOSFET直到检测到退磁结束后关断副边MOSFET，其中原边MOSFET并联有第一电容器，当电容器上电压谐振到最低值时导通MOSFET；以及副边控制模块；其中副边控制模块包括控制和采样电路，被配置为检测输入电压来设置副边开关关断时的反向阈值。

【技术实现步骤摘要】
一种准谐振电源控制器
本公开涉及集成电路领域，更具体的，本公开提供了一种带同步整流的ZVS(ZeroVoltageSwitch，零电压开关)准谐振电源控制器的实现方法。
技术介绍
副边同步整流芯片无需检测原边导通的谷底电压就可以在不同输入电压条件下都实现原边MOSFET的零电压导通，从而避免导通瞬间的开关损耗，大大提高电源的效率。实现零电压导通后，在不影响系统效率的前提下反激电源的开关频率可以提高至200kHz甚至更高，工作频率提升后可以减小变压器的磁芯尺寸，从而减小电源尺寸。图1是示出了典型的反激式同步整流准谐振开关电源的图示。其中，左侧虚框内表示原边的内部控制结构，右侧虚框内表示副边的内部控制结构。输出电压分压后通过TL431以及光耦产生FB电压决定控制信号gate的关断时刻，当原边MOSFET关断后副边开始退磁，此时导通副边MOSFET直到检测到退磁结束后关断副边MOSFET，退磁结束后变压器的原边电感L1与开关寄生电容C1之间发生串联谐振，当电容C1上电压谐振到最低值即开关两端压降谐振到谷底电压时导通MOSFET，这样可以使开关的导通损耗降到最低，有效提高反激式开关电源的效率。图2是示出了图1准谐振开关电源的工作波形的图示。原边开关的导通电压为Vin-N*Vo(N表示变压器匝比，Vo表示输出电压)，此导通电压会随着Vin的升高而变大，导通损耗也随之变大，由于准谐振电源本身高压下的开关频率就比低压高出很多，谷底导通电压也会很高导致输入高压下开关损耗过大，对效率的负面影响较大。由于传统反激式准谐振开关电源随着输入电压升高、工作频率升高开关损耗随之升高的问题，目前有方案可以加入谐振实现零电压导通大大减小开关损耗。图3是示出了典型零电压导通工作波形的图示。当原边gate导通时，输入电压对原边电感L1充电。当原边gate关断后，导通副边开关管，副边电感退磁，当副边电流Is退磁结束后，副边开关再延时Td关断，在这段时间内，输出电压对副边电感反向充电到一定程度，副边开关关断后，副边的负向电流耦合到原边增大了原边电感与原边MOS寄生电容的谐振能量，让MOS寄生电容上的电压Vds能够谐振的更低甚至到0V导通。但是，随着输入电压的变化，Vds谐振到0V需要的Td时间不同，固定的Td无法实现不同输入电压下的零电压导通。至少为了解决无法在全电压的条件下都实现零电压导通，本专利技术提出一种简单的实现方式，让不同输入电压下Vds都能谐振到0V左右导通，将原边MOS的开关损耗减到最低。附图说明图1是示出了典型的反激式同步整流准谐振开关电源的图示。图2是示出了图1准谐振开关电源的工作波形的图示。图3是示出了典型零电压开通工作波形的图示。图4a示出了根据本公开的实施例的实现零电压导通的工作波形的图示。图4b示出了如图4a所示的不同工作阶段对应的等效电路。图5示出了根据本公开的实施例的带同步整流的零电压开通准谐振开关电源原理图。图6示出了根据图5的准谐振开关电源的副边关键点工作波形的图示。图7示出了本根据本公开的实施例的能实现ZVS的同步整流控制器的一种实现方式。图8示出了根据图7的实现方式的表示各关键点工作波形的图示。
技术实现思路
本公开提出的一种带同步整流的ZVS准谐振电源控制器的实现方法。仅作为示例，本公开的一些实施例被应用到开关电源。但是，将认识到，本公开有更广泛的适用范围。根据本公开的实施例，提供了一种准谐振电源控制器，包括：原边控制模块，被配置为接收经整流的AC输入电压并且控制栅极的导通与关断，当原边MOSFET关断后导通副边MOSFET直到检测到退磁结束后关断副边MOSFET，其中原边MOSFET并联有第一电容器，当电容器上电压谐振到最低值时导通MOSFET；以及副边控制模块；其中副边控制模块包括控制和采样电路，被配置为检测输入电压来设置副边开关关断时的反向阈值。具体实施方式图4a示出了根据本公开的实施例的实现零电压导通的工作波形的图示。如图4a所示，一个工作周期可以分成五个工作阶段。各阶段工作分析如下：t0～t1:t0时刻原边开关导通，输入电压Vin给变压器原边电感Lp充电，直至t1时刻原边gate关断。t1～t2:原边gate关断后，变压器副边电感Ls对输出Vo放电，至t2时刻放电结束，副边电流Is为零。t2～t3:变压器副边电感Ls对输出放电结束后，由于副边开关仍处于导通状态，输出Vo会对变压器负边电感Ls反向充电至I1。t3～t4:t3时刻副边开关关断，副边反向电流感应到变压器原边，方向如图4(b)箭头所示，感应电流大小等于I1/N，此时原边开关两端电压Vds＝Vin+N*Vo。副边开关关断后，原边电感Lp与原边开关寄生电容Cds发生串联谐振，由于开关寄生电容Cds两端电压Vds高于输入电压Vin，因此Cds会对原边电感Lp放电，Cds两端电压减小，原边电流Iin增大，直至t4时刻，Vds电压减小到等于输入电压Vin，电感电流谐振到反向最大，此时电感中储存的能量为Ls·I12+Cds(N·Vo)2。t4～t5:t4时刻开始，原边电感Lp放电，开关寄生电容Cds反向充电即Vds继续减小，直至t5时刻，电感电流减小到零，开关寄生电容两端电压Vds谐振至最低值，根据能量守恒，若要Vds谐振至0V，则需要满足如下等式Ls·I12+Cds(N·Vo)2≥Cds·Vin2因此推导出实现零电压导通需要的副边反向电流条件为图4b示出了如图4a所示的不同工作阶段对应的等效电路。在系统参数固定的条件下，实现原边开关零电压导通所需要的副边反向电流I1大小只与输入电压Vin有关，且实现条件I1≈aVin-b，a、b数值与变压器感量、匝比及原边开关寄生电容大小有关。因此，可以通过检测输入电压调整副边反向电流的大小以实现原边开关的零电压导通。图5示出了根据本公开的实施例的带同步整流的零电压开通准谐振开关电源原理图。如图所示，原边的控制结构维持不变，副边通过Vsns检测输入电压Vin来设置副边开关关断时的反向阈值Vth(Vth＝I1·Rdson)，Rdson表示副边开关导通电压。图6示出了根据图5的准谐振开关电源的副边关键点工作波形的图示。当原边开关导通时，副边开关drain端电压Vsns＝Vin/N-Vo,其中输出电压Vo和变压器匝比N是固定的，即此电压只与输入电压有关，因此通过副边开关关断时刻采样Vsns电压能得到输入电压Vin，再根据不同的系统参数设定Vth与输入电压的关系，即可在不同输入电压下实现原边开关的零电压导通。图7示出了本根据本公开的实施例的能实现ZVS的同步整流控制器的一种实现方式。图8示出了根据图7的实现方式的表示各关键点工作波形的图示。在原边开关导通时即副边开关关断时，Vsns＝Vin/N+Vo。根据图7的内部结构，得到此段时间内因此，用图8所示的sample信号采样得到与输入电压Vin相关的副边开关关断阈值Vth。得到副边开关关断时的反向电流表达式如下R4电阻大小内部固定，Rdson为副边开关导通阻抗，R1、R2、R3为外部调节电阻。根据零电压导通所需要的副边反向电流条件：只需根据变压器匝比N、副边感量Ls及原边开关寄生电容大小调整外部电阻R1、R2、R3的大小即可在不同输入电压下都实现零电压导通。根据本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种准谐振电源控制器，包括：原边控制模块，被配置为接收经整流的AC输入电压并且控制栅极的导通与关断，当原边MOSFET关断后导通副边MOSFET直到检测到退磁结束后关断所述副边MOSFET，其中所述原边MOSFET并联有第一电容器，当所述电容器上电压谐振到最低值时导通MOSFET；以及副边控制模块；其中所述副边控制模块包括控制和采样电路，被配置为检测输入电压来设置副边开关关断时的反向阈值。

【技术特征摘要】
1.一种准谐振电源控制器，包括：原边控制模块，被配置为接收经整流的AC输入电压并且控制栅极的导通与关断，当原边MOSFET关断后导通副边MOSFET直到检测到退磁结束后关断所述副边MOSFET，其中所述原边MOSFET并联有第一电容器，当所述电容器上电压谐振到最低值时导通MOSFET；以及副边控制模块；其中所述副边控制模块包括控制和采样电路，被配置为检测输入电压来设置副边开关关断时的反向阈值。2.如权利要求1所述的准谐振电源控制器，其中所述副边控制模块还包括一个或多个调节电阻器，所述一个或多个调节电阻器与所述控制和采样电路连接。3.如权利要求2所述的准谐...

【专利技术属性】
技术研发人员：方倩，孙运，吕华伟，方烈义，
申请(专利权)人：昂宝电子上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31