[发明专利]根据次级侧电流持续时间进行调节的开关电源的控制电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于具有初级侧开关和变压器的初级受控开关电源的 控制电路。此外，本发明还涉及一种相关的开关电源。

背景技术

通常，已知的开关电源使用功率晶体管开关，以便将脉动的电流提供 到电感的和电容的蓄能元件的网络上，这些蓄能元件将接入的电流脉冲转 换为经过调节的直流电压。根据开关电源的工作模式，开关电源可以提供 大于、小于、等于未经调节的输入电压的或者与未经调节的输入电压极性 相反的输出电压。开关电源往往用于功率电源电路。在此，这样的开关电 源要接受在85V至270V交流电压范围内的输入电压，并且按照这种方式可 以在全世界不同的电网电源上不经修改或者开关地工作。此外，还必须足 够地和准确地调节输出电压，以便一方面防止损坏负载，而另一方面防止 不必要的功率消耗。最后，今天的开关电源必须做得成本极其低廉而且其 几何尺寸尽量减到最小。

通常，借助于反馈信号来调节已知的初级开关的开关电源的输出电压， 该反馈信号反映了输出电压和/或输出电流。为了能够使用输出电压作为调 节量，必须进行从次级侧向在初级侧的调节回路的相应信号的反馈。这个 反馈信号被用来控制开关功率晶体管的工作周期。为了提供一个适当的反 馈信号，目前存在不同的方式。例如，可以设置初级侧辅助绕组，它在初 级侧开关断开期间产生一个反馈信号，该反馈信号提供了输出电压的映像。 但是，作为替代方案，还可以通过光耦合器直接反馈输出电压。作为替代 方案，还可以使用另一种信号转发器，以便直接将在次级侧的输出电压在 初级侧的控制电路上发出信号。

这些反馈方案具有如下的缺点：它们必须使用辅助绕组、光耦合器或 者信号转发器。例如，在变压器中辅助绕组的情况下其比较复杂和昂贵。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于，给出一种尽可能简单和成本最 低廉的用于开关电源的控制电路，它允许在在次级侧和初级侧之间没有直 接反馈的条件下调节开关电源的输出电压。

本发明基于这样的思想，即可以采用次级侧电流持续时间代替实际的 输出电压作为调节量，以便由此控制初级侧开关。因为该次级侧电流持续 时间可以间接地在初级侧确定，所以在次级侧的输出电压和初级侧的控制 电路之间完全不需要直接反馈。

因此，根据该控制电路的设计，初级侧开关的断开时刻和/或接通时刻 可以根据次级侧电流持续时间来确定。

该次级侧电流持续时间必须在初级侧确定，其中，在次级侧上的该电 流持续时间的起点通过初级侧开关的断开时刻来定义，因为只有在此时刻 电流才开始通过次级绕组流动。

电流通过次级侧流动的电流持续时间的终点，可以通过观察在初级绕 组上的电压来确定。一个变压器中的初级和次级绕组是磁耦合的，而且如 果假定是理想的元件，则两个绕组上的电压具有一个相同的变化过程。如 果次级侧电流不再流动，则在次级绕组上不再有电压，因此在初级绕组上 也没有电压。所以次级侧电流的终点可以根据初级线圈上的电压过零点确 定。

初级线圈上的电压比较高，因此不能直接在初级线圈上测量这个电压， 而是在也施加了这个电压的开关的控制输入端测量。该初级绕组的高电压 处于双极性晶体管(例如可以作为开关使用)的集电极输入端。由于该高 电压，通过双极性晶体管集电极输入端和基极输入端(控制输入)之间的 寄生电容可以在基极输入端上量取一个足够高的电压，以便确定在初级线 圈上的电压是否衰退，亦即，发生了电压过零。

作为替代方案，还可以使用印制导线之间的寄生电容来量取初级绕组 上的电压。

按照一个有利的实施方式，使初级侧开关在断开状态下保持高阻，从 而使该初级绕组上的电压更好地传递到双极性晶体管基极输入端的电压。

用来控制初级侧开关的控制电路的控制输出端与该开关的控制输入端 连接。在该开关的控制输入端上还可以量取由此通过该控制输出端返回到 控制电路的上述电压。因此，该控制电路的控制输出端必须在两个方向上 都能工作。然而，还可以在该控制电路上设置一个附加的端子，以便返回 双极性晶体管基极输入端上的与初级绕组上的电压对应的电压。作为替代 方案，该端子可以电阻地或者电容地连接到变压器的一个绕组上。

如前所述，使用次级侧电流持续时间作为调节量来调节开关电源的输 出电压。通过一个或多个与控制电路的一个反馈输入端连接的开关元件来 定义该电流持续时间的极限值，该极限值是对于实际的调节回路需要的。