零电压导通反激式开关电源及其控制芯片和控制方法技术

本发明专利技术提供了一种零电压导通反激式开关电源及其控制芯片和控制方法，其中，零电压导通反激式开关电源包括零电压导通辅助管、功率管、以及变压器，控制芯片用于基于表征开关电源的输入电压的输入表征信号、表征变压器的原边绕组的退磁情况的退磁感测信号、以及表征开关电源的输出负载的输出反馈信号，确定开关电源的工作模式；基于工作模式，生成用于控制零电压导通辅助管的导通与关断的第一控制信号；以及基于工作模式、输出反馈信号、和表征流过功率管的电流的电流感测信号，生成用于控制功率管的导通与关断的第二控制信号。率管的导通与关断的第二控制信号。率管的导通与关断的第二控制信号。

【技术实现步骤摘要】
零电压导通反激式开关电源及其控制芯片和控制方法


[0001]本专利技术属于集成电路领域，尤其涉及一种零电压导通反激式开关电源及其控制芯片和控制方法。

技术介绍

[0002]随着针对小体积、高频率和高功率密度的开关电源的需求越来越大，功率管零电压导通(Zero Voltage Switch，ZVS)的反激式开关电源的应用越来越广泛。
[0003]在传统的ZVS反激式开关电源中，PWM控制器在每个开关周期均开通ZVS辅助管，在这种情况下，会导致系统可靠性降低，并降低了系统的工作效率。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例提供了一种零电压导通反激式开关电源及其控制芯片和控制方法，能够通过对零电压导通反激式开关电源的工作模式进行识别，并基于该工作模式来控制零电压导通辅助管和功率管(例如，金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、双极结型NPN晶体管(BJT
‑
NPN)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、以及氮化镓(GaN)晶体管等)的导通与关断，以在检测到空载和轻载工作模式时，关断零电压导通辅助管，可以降低系统待机功耗和轻载功耗，并可以防止零电压导通反激式开关电源工作在连续工作模式时由于ZVS辅助管的导通之后的关断动作而导致同步整流管被提前关断，从而可以降低同步整流管的漏源电压VDS并降低功率管的温升。
[0005]第一方面，本专利技术实施例提供了一种用于零电压导通反激式开关电源的控制芯片，所述零电压导通反激式开关电源包括零电压导通辅助管、功率管、以及变压器，所述控制芯片被配置为：基于表征所述零电压导通反激式开关电源的输入电压的输入表征信号、表征所述变压器的原边绕组的退磁情况的退磁感测信号、以及表征所述零电压导通反激式开关电源的输出负载的输出反馈信号，确定所述零电压导通反激式开关电源的工作模式；基于所述零电压导通反激式开关电源的工作模式，生成用于控制所述零电压导通辅助管的导通与关断的第一控制信号；以及基于所述零电压导通反激式开关电源的工作模式、所述输出反馈信号、和表征流过所述功率管的电流的电流感测信号，生成用于控制所述功率管的导通与关断的第二控制信号。
[0006]第二方面，本专利技术实施例提供了一种用于零电压导通反激式开关电源的控制方法，所述零电压导通反激式开关电源包括零电压导通辅助管、功率管以及变压器，所述控制方法包括：基于表征所述零电压导通反激式开关电源的输入电压的输入表征信号、表征所述变压器的原边绕组的退磁情况的退磁感测信号、以及表征所述零电压导通反激式开关电源的输出负载的输出反馈信号，确定所述零电压导通反激式开关电源的工作模式；基于所述零电压导通反激式开关电源的工作模式，生成用于控制所述零电压导通辅助管的导通与关断的第一控制信号；以及基于所述零电压导通反激式开关电源的工作模式、所述输出反馈信号、和表征流过所述功率管的电流的电流感测信号，生成用于控制所述功率管的导通
与关断的第二控制信号。
[0007]第三方面，本专利技术实施例提供了一种零电压导通反激式开关电源，包括如第一方面所述的控制芯片。
附图说明
[0008]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0009]图1示出了传统的ZVS反激式开关电源的结构示意图；
[0010]图2示出了传统的ZVS反激式开关电源的信号的波形示意图；
[0011]图3示出了本专利技术实施例提供的零电压导通反激式开关电源的结构示意图；
[0012]图4示出了本专利技术实施例提供的图3所示的DCM/CCM和LLM检测单元4103的结构示意图；
[0013]图5示出了本专利技术实施例提供的ZVS反激式开关电源的工作模式识别与逻辑控制的流程图；
[0014]图6示出了本专利技术实施例提供的ZVS反激式开关电源工作在DCM和LLM工作模式下的信号的波形示意图；
[0015]图7示出了本专利技术实施例提供的ZVS反激式开关电源工作在DCM和非LLM工作模式下的信号的波形示意图；
[0016]图8示出了本专利技术实施例提供的ZVS反激式开关电源工作在CCM和AC高压工作模式下的信号的波形示意图；
[0017]图9示出了本专利技术实施例提供的ZVS反激式开关电源工作在CCM和AC低压工作模式下的信号的波形示意图；以及
[0018]图10示出了本专利技术实施例提供的用于零电压导通反激式开关电源的控制方法的流程示意图。
具体实施方式
[0019]下面将详细描述本专利技术的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本专利技术进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本专利技术，并不被配置为限定本专利技术。对于本领域技术人员来说，本专利技术可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本专利技术的示例来提供对本专利技术更好的理解。
[0020]需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括
……”
限定的要素，并不排除在包括
所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0021]为了更好地理解本专利技术实施例提供的零电压导通反激式开关电源及其控制芯片和控制方法，以下首先对现有技术提供的传统的ZVS反激式开关电源进行介绍。参见图1，图1示出了传统的ZVS反激式开关电源的结构示意图。
[0022]如图1所示，传统的ZVS反激式开关电源主要包括控制芯片100、同步整流(SR)控制器200、误差放大与隔离模块300等。其中，控制芯片100主要包括频率振荡器(OSC)110、脉冲宽度调制(PWM)比较器120、RS触发器130、第一栅极驱动器140、ZVS导通时间控制电路150、死区时间控制模块160以及第二栅极驱动器170等。该控制芯片100包括负载反馈引脚FB、电流反馈引脚CS、第一驱动引脚Gate1以及第二驱动引脚Gate0。
[0023]具体地，SR控制器200可用于同步整流管S2的导通与关断，控制芯片100可输出用于控制ZVS辅助管S0的导通与关断的第一控制信号(Gate0)，并且误差放大与隔离模块300的第一端连接到ZVS反激式开关电源的输出端，第二端连接到控制芯片100的负载反馈引脚FB，并将表征ZVS反激式开关电源的输出负载的输出反馈信号发送到控制芯片100，控制芯片100还可接收表征流过功率管S1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于零电压导通反激式开关电源的控制芯片，其特征在于，所述零电压导通反激式开关电源包括零电压导通辅助管、功率管、以及变压器，所述控制芯片被配置为：基于表征所述零电压导通反激式开关电源的输入电压的输入表征信号、表征所述变压器的原边绕组的退磁情况的退磁感测信号、以及表征所述零电压导通反激式开关电源的输出负载的输出反馈信号，确定所述零电压导通反激式开关电源的工作模式；基于所述零电压导通反激式开关电源的工作模式，生成用于控制所述零电压导通辅助管的导通与关断的第一控制信号；以及基于所述零电压导通反激式开关电源的工作模式、所述输出反馈信号、和表征流过所述功率管的电流的电流感测信号，生成用于控制所述功率管的导通与关断的第二控制信号。2.根据权利要求1所述的控制芯片，其特征在于，所述控制芯片进一步被配置为：基于所述输入表征信号，确定所述零电压导通反激式开关电源处于高压工作模式还是低压工作模式下；基于所述退磁感测信号，确定所述零电压导通反激式开关电源处于连续工作模式还是断续工作模式下；以及基于所述输出反馈信号，确定所述零电压导通反激式开关电源处于轻载工作模式下还是非轻载工作模式下。3.根据权利要求2所述的控制芯片，其特征在于，所述控制芯片进一步被配置为：当所述输入表征信号大于第一预设阈值时，确定所述零电压导通反激式开关电源处于所述高压工作模式下；以及当所述输入表征信号小于第二预设阈值时，确定所述零电压导通反激式开关电源处于低压工作模式下，其中，所述第一预设阈值大于所述第二预设阈值。4.根据权利要求2所述的控制芯片，其特征在于，所述控制芯片进一步被配置为：当所述输出反馈信号小于第三预设阈值时，确定所述零电压导通反激式开关电源处于所述轻载工作模式下；以及当所述输出反馈信号大于第四预设阈值时，确定所述零电压导通反激式开关电源处于所述非轻载工作模式下，其中，所述第三预设阈值小于所述第四预设阈值。5.根据权利要求2所述的控制芯片，其特征在于，所述控制芯片包括频率振荡器，所述频率振荡器被配置为基于所述输出反馈信号来生成上钳频信号，所述控制芯片进一步被配置为：当所述上钳频信号处于上升沿并且所述退磁感测信号小于第五预设阈值时，确定所述零电压导通反激式开关电源处于断续工作模式下；以及当所述上钳频信号处于上升沿并且所述退磁感测信号大于第六预设阈值时，确定所述零电压导通反激式开关电源处于连续工作模式下，其中，所述第五预设阈值小于或等于所述第六预设阈值。6.根据权利要求5所述的控制芯片，其特征在于，所述控制芯片进一步被配置为：当确定所述零电压导通反激式开关电源处于所述断续工作模式和所述轻载工作模式下时，控制所述零电压导通辅助管处于关断状态，并基于所述上钳频信号来控制所述功率管从关断状态变为导通状态；以及
当确定所述零电压导通反激式开关电源处于所述断续工作模式和所述非轻载工作模式下时，基于所述上钳频信号来控制所述零电压导通辅助管和所述功率管从关断状态变为导通状态。7.根据权利要求5所述的控制芯片，其特征在于，所述频率振荡器进一步被配置为基于所述输出反馈信号来生成下钳频信号，所述控制芯片进一步被配置为：当确定所述零电压导通反激式开关电源处于所述连续工作模式和所述高压工作模式下时，控制所述零电压导通辅助管处于关断状态，并基于所述下钳频信号来控制所述功率管从关断状态变为导通状态；以及当确定所述零电压导通反激式开关电源处于所述连续工作模式和所述低压工作模式下时，控制所述零电压导通辅助管处于关断状态，并基于所述上钳频信号来控制所述功率管从关断状态变为导通状态。8.根据权利要求1所述的控制芯片，其特征在于，所述控制芯片进一步包括死区时间控制模块，其中，所述死区时间控制模块被配置为在检测到所述第一控制信号的下降沿时开始计时死区时间长度，并在经过所述死区时间长度之后控制所述功率管从关断状态变为导通状态。9.一种用于零电压导通反激式开关电源的控制方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨彭林，曹亚明，林元，
申请(专利权)人：昂宝电子上海有限公司，
类型：发明
国别省市：