同步整流反激式开关电源装置及其控制方法.pdf

1、(10)申请公布号 CN 102497105 A (43)申请公布日 2012.06.13 C N 1 0 2 4 9 7 1 0 5 A *CN102497105A* (21)申请号 201110396208.6 (22)申请日 2011.12.02 H02M 3/335(2006.01) (71)申请人深圳市菱晟科技有限公司 地址 518000 广东省深圳市宝安区新安二路 资安商务大楼9楼9002室 (72)发明人曾传兴 (74)专利代理机构深圳市顺天达专利商标代理 有限公司 44217 代理人林俭良 纪媛媛 (54) 发明名称 同步整流反激式开关电源装置及其控制方法 (57) 摘要 本发

2、明涉及一种同步整流反激式开关电源装 置及其控制方法。所述控制方法包括：在第一时 间段，将能量从一次侧传递到二次侧；在第二时 间段，在二次侧基于输出负载状况生成反馈信号， 所述反馈信号从二次侧传递到一次侧，在一次侧 基于反馈信号生成用于控制开关元件下一个开关 周期的导通/关断动作的PWM控制信号。本发明 提供了一种高效率的隔离型ACDC的解决方案， 由于采用了分时控制的方案，不需要传统的额外 的控制信号传递回路，因而在保证开关电源高效 率的同时，降低了成本。此外，由于采用的器件少， 使得可靠性高。另外，由于在对二次侧输出负载状 况的采样信号的处理过程中引入了基准参考电压 作为比较基础，使得控制的

3、准确性大幅提高。 (51)Int.Cl. 权利要求书3页 说明书9页 附图5页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 3 页 说明书 9 页 附图 5 页 1/3页 2 1.一种同步整流反激式开关电源装置的控制方法，所述同步整流反激式开关电源装置 包括： 变压器，其具有一次侧第一线圈、一次侧第二线圈和二次侧线圈； 用于通过导通/关断动作对所述一次侧第一线圈断续地施加电压的开关元件； 用于控制所述开关元件的导通/关断动作的一次侧控制电路； 用于对二次侧线圈的电流进行整流的同步整流开关管； 用于控制所述同步整流开关管导通、关断的二次侧控制电路； 其特征在于，所述控

4、制方法包括： 在第一时间段，将能量从一次侧传递到二次侧； 在第二时间段，在二次侧基于输出负载状况生成反馈信号，所述反馈信号从二次侧传 递到一次侧，在一次侧基于所述反馈信号生成用于控制所述开关元件在下一个开关周期的 导通/关断动作的PWM控制信号。 2.一种同步整流反激式开关电源装置的控制方法，所述同步整流反激式开关电源装置 包括： 变压器，其具有一次侧第一线圈、一次侧第二线圈和二次侧线圈； 用于通过导通/关断动作对所述一次侧第一线圈断续地施加电压的开关元件； 用于控制所述开关元件的导通/关断动作的一次侧控制电路； 用于对二次侧线圈的电流进行整流的同步整流开关管； 用于控制所述同步整流开关管导通

5、、关断的二次侧控制电路； 其特征在于，所述控制方法包括： 所述二次侧控制电路基于二次侧线圈电流侦测信号控制所述同步整流开关管导通、关 断；且在所述同步整流开关管从导通状态到关断状态之间设置有一预定时间间隔，所述二 次侧控制电路在所述预定时间间隔内控制所述同步整流开关管工作在过渡状态，其中在所 述过渡状态所述同步整流开关管等效为一压控电阻； 所述一次侧控制电路基于所述同步整流开关管工作于过渡状态时从二次侧线圈耦合 至一次侧第二线圈上的反馈信号，生成用于控制所述开关元件的导通/关断动作的PWM控 制信号。 3.根据权利要求2所述的同步整流反激式开关电源装置的控制方法，其特征在于，包 括： 所述二次

6、侧控制电路采样二次侧输出负载状况，并当同步整流开关管工作在过渡状态 时基于所述二次侧输出负载状况的采样信号以及基准参考电压调整二次侧线圈两端的电 压；其中所述二次侧输出负载状况包括二次侧输出电压和/或输出电流的状况。 4.根据权利要求3所述的同步整流反激式开关电源装置的控制方法，其特征在于，所 述同步整流开关管是场效应晶体管，所述过渡状态为场效应晶体管工作在线性区时的状 态； 所述当同步整流开关管工作在过渡状态时基于所述二次侧输出负载状况的采样信号 以及基准参考电压调整二次侧线圈两端的电压包括： 将测得的二次侧输出负载状况的采样信号V FB 与基准参考电压V ref 比较，并通过公式计 算得到

7、一误差信号V err K(V FB -V ref )，其中K是基于所述变压器的匝数比、一次侧电阻分 权 利 要 求 书CN 102497105 A 2/3页 3 压电路和二次侧采样电路中电阻的阻值而确定的系数； 调整二次侧线圈两端的电压，使得V out -V VSDS V err ，其中V out 是二次侧输出电压、V VSDS 是 场效应晶体管工作在线性区时其漏-源极之间的电压。 5.根据权利要求2至4中任一项所述的同步整流反激式开关电源装置的控制方法，其 特征在于，包括 所述一次侧控制电路基于所述反馈信号确定所述同步整流开关管进入过渡状态并开 始计时，当达到所述预定时间间隔时向所述开关元件

8、发送所述PWM控制信号，以启动下一 个开关周期的操作。 6.一种同步整流反激式开关电源装置，包括： 变压器，其具有一次侧第一线圈、一次侧第二线圈和二次侧线圈； 用于通过导通/关断动作对所述一次侧第一线圈断续地施加电压的开关元件； 用于控制所述开关元件的导通/关断动作的一次侧控制电路； 用于对二次侧线圈的电流进行整流的同步整流开关管； 用于控制所述同步整流开关管导通、关断的二次侧控制电路； 其特征在于， 所述一次侧控制电路包括： 反馈信号接收模块，用于接收从二次侧线圈耦合至一次侧第二线圈上的反馈信号； PWM控制信号生成模块，用于基于所述反馈信号生成用于控制所述开关元件的导通/ 关断动作的PWM

9、控制信号； 时钟模块，用于计时并当达到一预定时间间隔时发送触发信号； 开关元件驱动模块，用于响应所述触发信号向所述开关元件发送所述PWM控制信号； 所述二次侧控制电路包括： 二次侧线圈电流侦测模块； 开关控制逻辑模块，其基于侦测到的二次侧线圈电流发送用于控制所述同步整流开关 管工作在导通、关断或过渡状态的信号；其中在所述过渡状态所述同步整流开关管等效为 一压控电阻； 同步整流开关管驱动模块，根据所述开关控制逻辑电路发送的信号控制同步整流开关 管导通、关断，并在所述同步整流开关管导通状态下当电流侦测电路侦测到二次侧线圈电 流过零时，在同步整流开关管的受控端上施加使其工作在过渡状态的电压； 二次侧

10、线圈两端电压调整信号生成模块，用于当同步整流开关管工作在过渡状态时基 于二次侧输出负载状况的采样信号以及基准参考电压调整二次侧线圈两端的电压。 7.根据权利要求6所述的同步整流反激式开关电源装置，其特征在于， 所述计时从所述同步整流开关管进入过渡状态时开始； 所述二次侧输出负载状况包括二次侧输出电压和/或输出电流的状况。 8.根据权利要求7所述的同步整流反激式开关电源装置，其特征在于，还包括连接于 所述一次侧第二线圈的一次侧电阻分压电路和连接于所述二次侧输出端的二次侧采样电 路，其中： 所述一次侧控制电路通过一次侧电阻分压电路采样所述一次侧第二线圈上的反馈信 号； 权 利 要 求 书CN 10

11、2497105 A 3/3页 4 所述二次侧控制电路通过二次侧采样电路采样二次侧输出负载状况。 9.根据权利要求8所述的同步整流反激式开关电源装置，其特征在于，所述同步整流 开关管是场效应晶体管，所述过渡状态为场效应晶体管工作在线性区时的状态； 所述当同步整流开关管工作在过渡状态时基于所述二次侧输出负载状况的采样信号 以及基准参考电压调整二次侧线圈两端的电压包括： 所述二次侧线圈两端电压调整信号生成模块将测得的二次侧输出负载状况的采样信 号V FB 与基准参考电压V ref 比较，并通过公式计算得到一误差信号V err K(V FB -V ref )，其中 K是基于所述变压器的匝数比、一次侧电

12、阻分压电路和二次侧采样电路中电阻的阻值而确 定的系数； 通过调整所述场效应晶体管工作在线性区时其漏-源极之间的电压V VSDS 来调整二次侧 线圈两端的电压，使得V out -V VSDS V err ，其中V out 是二次侧输出电压。 10.根据权利要求6或7所述的同步整流反激式开关电源装置，其特征在于，所述一次 侧控制电路中的PWM控制信号生成模块基于在所述同步整流开关管工作于过渡状态时从 二次侧线圈耦合至一次侧第二线圈上的反馈信号生成所述PWM控制信号。 权 利 要 求 书CN 102497105 A 1/9页 5 同步整流反激式开关电源装置及其控制方法 技术领域 0001 本发明涉及

13、开关电源，更具体地说，涉及一种同步整流反激式开关电源装置及其 控制方法。 背景技术 0002 传统反激式开关电源在低电压、大电流输出的情况下，整流二极管的导通压降较 高，输出端整流的损耗使得开关电源的效率低下。为此，业内采用MOSFET来取代整流二极 管，并以同步整流方式工作，以达到降低整流损耗、提高电源效率的目的。图1A所示是现有 技术的一种同步整流开关管电源电路。相对于采用二极管进行整流的开关电源方案，图1A 所示的同步整流开关管电源电路的效率可以大大提高。但是其存在不足之处：同步整流方 案和二次侧反馈信号的电路并没有很好的结合，在最终应用中往往需要加入额外的电路来 实现相应的保护，从而导

14、致开关电源装置中包含的器件多、成本高，同时也大大降低了整体 方案的可靠度。 0003 图1B所示是现有技术中原边控制(PSR)架构的开关电源电路。该方案是近年来 新开发的技术方案。其优势在于成本低廉，器件很少。但是这种方案由于先天的弱点，其效 率甚至比采用二极管进行整流的方案还要低。其输出电压的控制由于是利用变压器直接的 耦合来侦测，所以对输出的电压、电流的控制相对二极管整流方案来说非常粗糙，目前也仅 仅限于10W以下低要求的应用。 0004 在当今全球能源短缺的大环境下，业界需要效率更高、保护更完善的开关电源方 案。并且，由于电子产业的日趋成熟。客户对成本的要求越来越苛刻。因此，开发一种低成

15、 本、高效率的开关电源是目前业界的需求。 发明内容 0005 本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述开关电源成本高、效率低的 缺陷，提供一种同步整流反激式开关电源装置的控制方法。 0006 本发明要解决的另一技术问题在于，针对现有技术的上述开关电源成本高、效率 低的缺陷，提供一种同步整流反激式开关电源装置。 0007 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种同步整流反激式开关电源 装置的控制方法，所述同步整流反激式开关电源装置包括： 0008 变压器，其具有一次侧第一线圈、一次侧第二线圈和二次侧线圈； 0009 用于通过导通/关断动作对所述一次侧第一线圈断续地施加电压的开关元件

16、； 0010 用于控制所述开关元件的导通/关断动作的一次侧控制电路； 0011 用于对二次侧线圈的电流进行整流的同步整流开关管； 0012 用于控制所述同步整流开关管导通、关断的二次侧控制电路； 0013 所述控制方法包括： 0014 在第一时间段，将能量从一次侧传递到二次侧； 说 明 书CN 102497105 A 2/9页 6 0015 在第二时间段，在二次侧基于输出负载状况生成反馈信号，所述反馈信号从二次 侧传递到一次侧，在一次侧基于所述反馈信号生成用于控制所述开关元件在下一个开关周 期的导通/关断动作的PWM控制信号。 0016 明解决其技术问题所采用的另一技术方案是：提供一种同步整流

17、反激式开关电源 装置的控制方法，所述同步整流反激式开关电源装置包括： 0017 变压器，其具有一次侧第一线圈、一次侧第二线圈和二次侧线圈； 0018 用于通过导通/关断动作对所述一次侧第一线圈断续地施加电压的开关元件； 0019 用于控制所述开关元件的导通/关断动作的一次侧控制电路； 0020 用于对二次侧线圈的电流进行整流的同步整流开关管； 0021 用于控制所述同步整流开关管导通、关断的二次侧控制电路； 0022 所述控制方法包括： 0023 所述二次侧控制电路基于二次侧线圈电流侦测信号控制所述同步整流开关管导 通、关断；且在所述同步整流开关管从导通状态到关断状态之间设置有一预定时间间隔，

18、所 述二次侧控制电路在所述预定时间间隔内控制所述同步整流开关管工作在过渡状态，其中 在所述过渡状态所述同步整流开关管等效为一压控电阻； 0024 所述一次侧控制电路基于所述同步整流开关管工作于过渡状态时从二次侧线圈 耦合至一次侧第二线圈上的反馈信号，生成用于控制所述开关元件的导通/关断动作的 PWM控制信号。 0025 在本发明所述的同步整流反激式开关电源装置的控制方法中，包括： 0026 所述二次侧控制电路采样二次侧输出负载状况，并当同步整流开关管工作在过渡 状态时基于所述二次侧输出负载状况的采样信号以及基准参考电压调整二次侧线圈两端 的电压；其中所述二次侧输出负载状况包括二次侧输出电压和/

19、或输出电流的状况。 0027 在本发明所述的同步整流反激式开关电源装置的控制方法中，所述同步整流开关 管是场效应晶体管，所述过渡状态为场效应晶体管工作在线性区时的状态； 0028 所述当同步整流开关管工作在过渡状态时基于所述二次侧输出负载状况的采样 信号以及基准参考电压调整二次侧线圈两端的电压包括： 0029 将测得的二次侧输出负载状况的采样信号V FB 与基准参考电压V ref 比较，并通过公 式计算得到一误差信号V err K(V FB -V ref )，其中K是基于所述变压器的匝数比、一次侧电 阻分压电路和二次侧采样电路中电阻的阻值而确定的系数； 0030 调整二次侧线圈两端的电压，使得

20、V out -V VSDS V err ，其中V out 是二次侧输出电压、 V VSDS 是场效应晶体管工作在线性区时其漏-源极之间的电压。 0031 在本发明所述的同步整流反激式开关电源装置的控制方法中，包括 0032 所述一次侧控制电路基于所述反馈信号确定所述同步整流开关管进入过渡状态 并开始计时，当达到所述预定时间间隔时向所述开关元件发送所述PWM控制信号，以启动 下一个开关周期的操作。 0033 本发明解决其技术问题所采用的另一技术方案是：构造一种同步整流反激式开关 电源装置，包括： 0034 变压器，其具有一次侧第一线圈、一次侧第二线圈和二次侧线圈； 0035 用于通过导通/关断动

21、作对所述一次侧第一线圈断续地施加电压的开关元件； 说 明 书CN 102497105 A 3/9页 7 0036 用于控制所述开关元件的导通/关断动作的一次侧控制电路； 0037 用于对二次侧线圈的电流进行整流的同步整流开关管； 0038 用于控制所述同步整流开关管导通、关断的二次侧控制电路； 0039 其特征在于， 0040 所述一次侧控制电路包括： 0041 反馈信号接收模块，用于接收从二次侧线圈耦合至一次侧第二线圈上的反馈信 号； 0042 PWM控制信号生成模块，用于基于所述反馈信号生成用于控制所述开关元件的导 通/关断动作的PWM控制信号； 0043 时钟模块，用于计时并当达到一预定

22、时间间隔时发送触发信号； 0044 开关元件驱动模块，用于响应所述触发信号向所述开关元件发送所述PWM控制信 号； 0045 所述二次侧控制电路包括： 0046 二次侧线圈电流侦测模块； 0047 开关控制逻辑模块，其基于侦测到的二次侧线圈电流发送用于控制所述同步整流 开关管工作在导通、关断或过渡状态的信号；其中在所述过渡状态所述同步整流开关管等 效为一压控电阻； 0048 同步整流开关管驱动模块，根据所述开关控制逻辑电路发送的信号控制同步整流 开关管导通、关断，并在所述同步整流开关管导通状态下当电流侦测电路侦测到二次侧线 圈电流过零时，在同步整流开关管的受控端上施加使其工作在过渡状态的电压；

23、 0049 二次侧线圈两端电压调整信号生成模块，用于当同步整流开关管工作在过渡状态 时基于二次侧输出负载状况的采样信号以及基准参考电压调整二次侧线圈两端的电压。 0050 在本发明所述的同步整流反激式开关电源装置中， 0051 所述计时从所述同步整流开关管进入过渡状态时开始； 0052 所述二次侧输出负载状况包括二次侧输出电压和/或输出电流的状况。 0053 在本发明所述的同步整流反激式开关电源装置中，还包括连接于所述一次侧第二 线圈的一次侧电阻分压电路和连接于所述二次侧输出端的二次侧采样电路，其中： 0054 所述一次侧控制电路通过一次侧电阻分压电路采样所述一次侧第二线圈上的反 馈信号； 0

24、055 所述二次侧控制电路通过二次侧采样电路采样二次侧输出负载状况。 0056 在本发明所述的同步整流反激式开关电源装置中，所述同步整流开关管是场效应 晶体管，所述过渡状态为场效应晶体管工作在线性区时的状态； 0057 所述当同步整流开关管工作在过渡状态时基于所述二次侧输出负载状况的采样 信号以及基准参考电压调整二次侧线圈两端的电压包括： 0058 所述二次侧线圈两端电压调整信号生成模块将测得的二次侧输出负载状况的采 样信号V FB 与基准参考电压V ref 比较，并通过公式计算得到一误差信号V err K(V FB -V ref )， 其中K是基于所述变压器的匝数比、一次侧电阻分压电路和二次

25、侧采样电路中电阻的阻值 而确定的系数； 0059 通过调整所述场效应晶体管工作在线性区时其漏-源极之间的电压V VSDS 来调整二 说 明 书CN 102497105 A 4/9页 8 次侧线圈两端的电压，使得V out -V VSDS V err ，其中V out 是二次侧输出电压。 0060 在本发明所述的同步整流反激式开关电源装置中，所述一次侧控制电路中的PWM 控制信号生成模块基于在所述同步整流开关管工作于过渡状态时从二次侧线圈耦合至一 次侧第二线圈上的反馈信号生成所述PWM控制信号。 0061 实施本发明，具有以下有益效果：本发明提供了一种高效率的隔离型ACDC的解 决方案。在本发明

26、的同步整流反激式开关电源装置中，由于采用了分时控制的方案，不需要 传统的额外的控制信号传递回路(例如开关管TL431及光耦所组成的信号传递回路)，因而 在保证开关电源高效率的同时，降低了成本。此外，由于采用的器件少，使得可靠性得以提 高。 0062 另外，由于在对二次侧输出负载状况的采样信号的处理过程中，引入了基准参考 电压作为比较基础，使得控制的准确性得以大幅提高。 附图说明 0063 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中： 0064 图1A是现有技术的同步整流开关管电源的电路原理图； 0065 图1B是现有技术的PSR架构开关电源的电路原理图； 0066 图2A是本发明同步整

27、流反激式开关电源装置的原理框图； 0067 图2B是本发明同步整流反激式开关电源装置中一次侧控制电路的原理框图； 0068 图2C是本发明同步整流反激式开关电源装置中二次侧控制电路的原理框图； 0069 图3A是根据本发明一实施例的同步整流反激式开关电源装置的电路原理图； 0070 图3B是图3A所示同步整流反激式开关电源装置在一次侧开关元件导通、二侧次 同步整流开关管关断时的等效电路图； 0071 图3C是图3A所示同步整流反激式开关电源装置在一次侧开关元件关断、二侧次 同步整流开关管导通时的等效电路图； 0072 图3D是图3A所示同步整流反激式开关电源装置在一次侧开关元件关断、二侧次 同

28、步整流开关管处于过渡状态时的等效电路图； 0073 图4是图3A所示同步整流反激式开关电源装置的信号时序图； 0074 图5是根据本发明一实施例的同步整流反激式开关电源装置中二侧次控制电路 的基本逻辑图； 0075 图6是根据本发明另一实施例的同步整流反激式开关电源装置的电路原理图。 具体实施方式 0076 本发明构思一种带有同步整流的反激式开关电源应用架构，在每个开关周期的末 端增加一个固定的预定时间间隔，在此预定时间间隔内二次侧控制电路侦测输出负载电压 和/或电流的大小、并与基准参考电压比较产生控制所需的误差信号，并通过调节同步整 流开关管至过渡状态(例如工作在线性区)将该信号通过主变压器

29、耦合至一次侧，以实现 对输出电压或电流的控制。从而使整个应用架构达到最佳成本性能比。 0077 如图2A所示，同步整流反激式开关电源装置包括变压器TX4、一次侧控制电路K1、 开关元件(例如MOSFET)Q855、一次侧电阻分压电路(包括电阻Rp1、Rp2)、二次侧控制电路 说 明 书CN 102497105 A 5/9页 9 K2、同步整流开关管(例如MOSFET)Q856和二次侧采样电路S2。 0078 变压器TX4具有一次侧第一线圈Lp1、一次侧第二线圈Lp2和二次侧线圈Ls。 0079 在一次侧，开关元件Q855的受控端连接于一次侧控制电路K1的控制信号输出端 以接收PWM控制信号VP

30、GATA。在PWM控制信号的控制下开关元件Q855通过导通/关断动 作对一次侧第一线圈Lp1断续地施加电压。一次侧控制电路K1的反馈信号输入端通过一 次侧电阻分压电路连接于一次侧第二线圈Lp2，用于接收从二次侧线圈Ls耦合至一次侧第 二线圈Lp2上的反馈信号VB，并基于该反馈信号生成用于控制开关元件Q855的导通/关断 动作的脉冲宽度调制(PWM)控制信号。 0080 在二次侧，同步整流开关管Q856的受控端连接于二次侧控制电路K2的控制信号 输出端以接收同步整流开关管驱动信号VSGATE，以对二次侧线圈Ls的电流进行整流。二次 侧控制电路K2连接于二次侧线圈Ls，其采样信号输入端通过二次侧采

31、样电路S2连接于开 关电源二次侧的输出端，以采样输出负载状况(例如输出电流和/或输出电压)。二次侧控 制电路K2的二次侧线圈电流信号侦测端连接于同步整流开关管Q856的漏极。 0081 如图2B所示，一次侧控制电路K1包括反馈信号接收模块12、PWM控制信号生成模 块14、时钟模块16和开关元件驱动模块18。 0082 如图2C所示，二次侧控制电路K2包括二次侧线圈电流侦测模块22、二次侧线圈两 端电压调整信号生成模块24、开关控制逻辑模块26和同步整流开关管驱动模块28。 0083 在操作过程中，二次侧控制电路K2中，通过二次侧线圈电流侦测模块22侦测得到 二次侧线圈电流侦测信号，开关控制逻

32、辑模块26基于二次侧线圈电流侦测信号产生控制 逻辑，并通过同步整流开关管驱动模块28控制同步整流开关管Q856工作在导通、关断及过 渡状态。在同步整流开关管Q856从导通状态到关断状态之间设置有一预定时间间隔(可根 据实际应用进行设置，例如该预定时间间隔t可以在0.5微秒至1微秒之间选择，即0.5 微秒t1微秒)，在该预定时间间隔内，通过二次侧采样电路采样二次侧输出负载状 况(例如输出电流和/或输出电压)，输出端负载状况的采样信号传送至二次侧线圈两端电 压调整信号生成模块24，由后者基于该采样信号生成调整信号，并将调整信号传送至同步 整流开关管驱动模块28，以控制同步整流开关管Q856工作在导

33、通状态与关断(截止)状态 之间的过渡状态(例如，工作在晶体管的线性区)。在该过渡状态同步整流开关管等效为一 压控电阻，这样，基于调整信号，二次侧线圈两端的电压得以调整，从而使得二次侧线圈两 端的电压反映出负载状况的信息。有关这一点，将在后面结合图3A-3D和图4做详细说明。 0084 二次侧线圈两端的电压信号通过变压器耦合至一次侧第二线圈生成反馈信号VB， 并通过一次侧电阻分压电路采样后传送至反馈信号接收模块12，PWM控制信号生成模块14 基于该反馈信号的采样生成PWM控制信号(即调整PWM信号的占空比)，并传送至开关元件 驱动模块18，以在一下开关周期内控制开关元件导通、关断的时间。 00

34、85 在二次侧的同步整流开关管从导通状态转变到过渡状态的瞬间，一次侧控制电路 K1中的反馈信号接收模块12侦测到二次侧线圈两端电压发生突变时(即二次侧线圈电流 过零时)，此时，时钟模块16开始计时，并当达到预定时间间隔之后，触发开关元件驱动模 块18，以启动下一个开关周期。 0086 图3A是根据本发明一实施例的同步整流反激式开关电源装置的电路原理图。 0087 如图3A所示，在本发明的一实施例中，同步整流反激式开关电源装置包括变压器 说 明 书CN 102497105 A 6/9页 10 TX4、一次侧控制电路K1、开关元件(例如MOSFET)Q855、一次侧电阻分压电路(包括电阻 Rp1、

35、Rp2)、二次侧控制电路K2、同步整流开关管(例如MOSFET)Q856和二次侧采样电路(包 括电阻Rs1、Rs2，本实施例中为输出电压采样)。 0088 开关元件Q855的受控端连接于一次侧控制电路K1的控制信号输出端GATE1，用于 通过导通/关断动作对一次侧第一线圈断续地施加电压。一次侧控制电路K1的反馈信号 输入端FB1通过一次侧电阻分压电路连接于一次侧第二线圈Lp2，用于侦测从二次侧线圈 Ls耦合至一次侧第二线圈Lp2上的反馈信号VB，并基于该反馈信号生成用于控制开关元件 Q855的导通/关断动作的PWM控制信号。 0089 同步整流开关管Q856的受控端连接于二次侧控制电路K2的控

36、制信号输出端 GATE2，用于对二次侧线圈Ls的电流进行整流。二次侧控制电路K2连接于二次侧线圈Ls， 其采样信号输入端FB2通过二次侧采样电路连接于开关电源二次侧的输出端，以采样二次 侧输出负载状况(例如输出电流和/或输出电压)。二次侧控制电路K2的二次侧线圈电流 信号侦测端VD连接于同步整流开关管Q856的漏极。 0090 二次侧控制电路K2基于二次侧线圈电流侦测信号控制同步整流开关管Q856工作 在导通、关断及过渡状态，并在同步整流开关管Q856从导通状态到关断状态之间预留一预 定时间间隔，在该预定时间间隔内，通过二次侧采样电路采样输出电压，并控制同步整流开 关管Q856工作在导通状态与

37、关断(截止)状态之间的过渡状态(例如，工作在晶体管的线 性区)，同步整流开关管在该过渡状态等效为一压控电阻。 0091 虽然在本发明的实施例中，开关元件Q855和同步整流开关管Q856是以金属氧化 物半导体场效应晶体管(MOSFET)为例进行说明的，但本发明不限于此。在本发明的其他实 施例中，开关元件Q855和/或同步整流开关管Q856还可以采用其他类型的开关管，例如双 极型晶体管(BJT)。另外，虽然在图3A所示的实施例中，一次侧控制电路K1和二次侧控制 电路K2是采用集成电路(IC)芯片实施，但本发明不限于此。在本发明的其他实施例中，一 次侧控制电路K1和二次侧控制电路K2也可以采用离散元

38、件组成的控制电路来实施。 0092 其控制过程是：当二次侧控制电路K2检测到同步整流开关管的体二极管顺向导 通(即二次侧线圈电流ID从零到有电流)，则打开同步整流开关管Q856；当检测到二次侧 线圈电流ID从大到小过零点时，控制同步整流开关管Q856进入过渡状态。同时，一次侧控 制电路K1通过其反馈信号输入端FB1同样也可以侦测到二次侧线圈电流ID的过零时间。 当一次侧控制电路侦测到ID过零时，一次侧控制电路开始侦测二次侧线圈在一次侧线圈 上生成的反馈信号。并基于此反馈信号来调整PWM控制信号的占空比以达到控制输出电压 或电流的目的。一次侧控制电路内部设置的时钟模块从二次侧线圈电流ID过零时间

39、开始 计时，当达到预定时间间隔，发出触发信号，以开始下一个开关周期的操作。 0093 以下结合图3B-图3D和图4，对图3A所示的同步整流反激式开关电源装置的工作 原理进行说明。 0094 图3B是图3A所示同步整流反激式开关电源装置在一次侧开关元件导通、二侧次 同步整流开关管关断时的等效电路图，其对应于图4所示时序图中的T1至T2时间段。从 T1至T2时间段，只有一次侧电路有能量的转移，将输入的能量储存在变压器中。而二次侧 的由于同步整流开关管Q856的截止除了电容外基本没有能量的转移。 0095 从时间T1至T2的时间段(参见图3B)。由于开关元件Q855的栅极接收的PWM 说 明 书CN

40、 102497105 A 10 7/9页 11 控制信号VPGATE为高电平，开关元件Q855导通。而同步整流开关管栅极接收的驱动信号 VSGATE为低电平，同步整流开关管Q856关断。且由于极性问题，由反激架构的原理可知，变 压器TX4的二次侧线圈Ls和一次侧第二线圈LP2都为开路。此时电路通过输入电压VBUS 对一次侧第一线圈LP1充电。 0096 图3C是图3A所示同步整流反激式开关电源装置在一次侧开关元件关断、二侧次 同步整流开关管导通时的等效电路图，其对应于图4所示时序图中的T2至T3时间段。在 T2至T3的时间段，同步整流开关管Q856导通，存储在变压器中的能量通过同步整流开关管

41、Q856释放出来对负载和输出电容进行充电。 0097 到达时间T2时，由于一次侧控制电路K1送出关断(off)信号，开关元件Q855关 断。由于变压器TX4的续流作用，二次侧线圈Ls和一次侧第二线圈LP2续流。由于同步整 流开关管Q856的体二极管的续流作用，二次侧控制电路K2侦测到体二极管顺向导通(即 侦测到二次侧线圈中的电流ID)而打开同步整流开关管Q856，从而降低导通损耗，提高了 转换效率。 0098 图3D是图3A所示同步整流反激式开关电源装置在一次侧开关元件关断、二侧次 同步整流开关管处于过渡状态时的等效电路图，其对应于图4所示时序图中的T3至T4时 间段(即预定的时间间隔t)。在

42、T3至T4时间段，通过对二次侧输出负载的侦测，由于分 压电阻Rp3和Rp4的关系，此时变压器才是正真意义上的变压器，控制信号通过变压器耦合 到一次侧并完成信号的传递。 0099 到达时间T3时，二次侧控制电路K2侦测到二次侧线圈电流ID过零点，同步整流 开关管Q856中的体二极管截止，此时的动作和传统的同步整流IC的动作不一样(传统IC 直接关断同步整流开关管Q856，并等待下一周期信号的到来)。 0100 本发明的开关电源装置在T3至T4时的工作过程如下： 0101 i.二次侧控制电路K2通过采样信号输入端FB2接收的侦测到的输出电压和/或 输出电流的采样信号V FB ，并与内部的基准参考电

43、压V ref 进行比较得出误差信号V err ，通过以 下公式计算得出： 0102 V err K(V FB -V ref ) 0103 其中，K是基于变压器的匝数比、一次侧电阻分压电路和二次侧采样电路中电阻的 阻值而确定的系数； 0104 ii.并不是立即关断同步整流开关管Q856，而是控制同步整流开关管Q856工作在 过渡状态(例如线性区)，使其等效为一个压控电阻，并将二次侧线圈Ls两端的电压调节到 V err 。即有如下公式： 0105 V err V out -V VSDS 0106 iii.此时的等效电路如图3D。由于一次侧的开关元件Q855还处于关断阶段，可 以认为是开路。二次侧线

44、圈Ls两端的电压V err 通过一次侧第二线圈Lp2耦合，输出到Rp1 和Rp2所组成的一次侧电阻分压电路上。此时一次侧控制电路K1通过侦测其反馈信号输 入端FB1的电压，即得到从二次侧反馈过来的反馈量。再利用该反馈量控制下一开关周期 开关元件Q855导通时间的长度(通过调整PWM控制信号的占空比实现)，从而达到对输出 的调整。 0107 当到达T4时，下一开关周期开始，开关元件Q855导通，而同步整流开关管Q856完 说 明 书CN 102497105 A 11 8/9页 12 全关断。 0108 图4是图3A所示同步整流反激式开关电源装置的信号时序图。在图4中各曲线 表示的信号为： 010

45、9 曲线a)表示的是一次侧控制电路输出到同步整流开关管受控端的PWM控制信号 VPGATE的时序图； 0110 曲线b)表示的是一次侧开关元件Q855漏极的电压电平VPDS的时序图； 0111 曲线c)表示的是一次侧的开关元件Q855源极的电压电平VCS的时序图； 0112 曲线d)表示的是二次侧的同步整流开关管Q856栅极的控制信号VSGATE的时序 图； 0113 曲线e)表示的是一次侧第二线圈从二次侧线圈耦合到的反馈信号VB的时序图； 0114 曲线f)表示的是二次侧的同步整流开关管Q856漏极的电压电平VSDS的时序图 0115 曲线g)表示的是二次侧线圈电流ID的时序图。 0116

46、图5是根据本发明一实施例的同步整流反激式开关电源装置中二侧次控制电路 的基本逻辑图。如图5所示，二次侧控制电路包括： 0117 电流侦测模块52，用于侦测二次侧线圈电流； 0118 电压调整信号生成模块54，用于在同步整流开关管工作在过渡状态时基于二次侧 输出负载状况的采样信号V FB 生成用于调整二次侧线圈两端电压的调整信号(通过对同步 整流开关管(例如场效应晶体管)的压控电阻的控制)； 0119 开关控制逻辑模块56，其基于侦测到的二次侧线圈电流ID发送用于控制同步整 流开关管工作在导通、关断或过渡状态的信号； 0120 同步整流开关管驱动模块58，根据开关控制逻辑模块发送的信号控制同步整

47、流开 关管工作在导通、关断或过渡状态，在同步整流开关管导通状态下当电流侦测模块侦测到 二次侧线圈电流过零时，在同步整流开关管的受控端上施加使其工作在过渡状态(例如线 性区)的电压。 0121 其中电压调整信号生成模块54包括： 0122 第一运算放大器542，其正相输入端连接于二次侧采样电路，反相输入端连接于基 准参考电压源， 0123 电压减法器544，其第一输入端连接于二次侧线圈的一端，第二输入端连接于二次 侧线圈的另一端，在一实施例中，二次侧线圈的该另一端与场效应晶体管漏极相连； 0124 第二运算放大器546，其正相输入端连接于第一运算放大器的输出端，反相输入 端连接于电压减法器的输出

48、端，第二运算放大器的输出端连接于同步整流开关管驱动模块 58。 0125 图6是根据本发明另一实施例的同步整流反激式开关电源装置的电路原理图。与 图3A所示的同步整流反激式开关电源装置相比，只是二次侧采样电路与图3A中所示的不 同，其余部分完全相同。图3A中的二次侧采样电路是通过电阻分压电路对输出电压进行采 样，而图6中的二次侧采样电路是通过电流采样电阻Rs3对输出电流进行采样，从而获得输 出负载状况的信息。 0126 作为另一选择，还可以同时对输出电压和输出电流进行采样，并将采样信号传送 至二次侧控制电路的反馈信号输入端FB2，从而使二次侧控制电路得到所侦测的输出负载 说 明 书CN 102

49、497105 A 12 9/9页 13 状况的信息。 0127 本发明的技术方案的重点在于，二次侧的反馈信号是通过变压器TX4传递到一次 侧的，其实现的方式是采用变压器的分时复用，即，在每一个开关周期中加入一个固定的额 外时间间隔(即预定时间间隔t)用以传递反馈信号，也就是在时序图的T1到T3时间 内是主能量从一次侧传递到二次侧。而T3到T4的时间内是二次侧的控制信号通过同步整 流开关管Q856的动作传递到一次侧控制电路(此时传递的也是能量，只是该能量非常小)， 一次侧控制电路再根据该信号来决定下一开关周期将要传递到二次侧的能量的大小，也就 是说决定下一开关周期控制开关元件Q855导通/关断的PWM控制信号的占空比。 0128 在目