[发明专利]原边反馈AC-DC开关电源的阀值抖频控制系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及开关电源技术领域，尤其涉及的是一种原边反馈AC-DC开关电源的阀值抖频控制系统。

背景技术

原边反馈方式的AC—DC控制技术是最近10年间发展起来的新型AC—DC控制技术，与传统的副边反馈开关电源机构结构相比，其最大的优势在于省去了隔离芯片以及与隔离芯片配合工作的一组元器件，这样就节省了电路板上的空间，降低了成本并且提高了系统的可靠性。原边反馈直流电源在手机充电器等成本压力较大的应用领域，以及LED驱动电源等对体积要求很高的应用领域有较大的市场份额。

附图1给出了现有技术的一种原边反馈AC-DC电源控制芯片及其应用的结构框图，如附图1所示，所述原边反馈AC-DC驱动电源包括控制芯片、变压器、NMOS管，所述变压器包括原边绕组Np、辅助绕组Na以及次级绕组Ns，所述控制芯片包括副边导通时间检测单元、恒流频率控制单元、恒压控制单元、与门逻辑、RS触发器、PFM单元、驱动单元、逐周期限流单元以及内建电源模块。

在采用这种控制芯片构成的原边反馈AC-DC电源中，电阻R1和电阻R2构成取样电路，所述FB引脚为辅助绕组Na电压反馈引入脚，并从电阻R1和电阻R2构成取样电路中取得信号。在控制芯片内部，FB引脚连接到输出电压侦测单元和副边导通时间检测单元的输入端，所述导通时间检测单元的输出连接到恒流频率控制单元，所述输出电压侦测单元的输出端连接到恒压频率控制单元，所述CS引脚为原边绕组Np电流检测信号引入脚，从NMOS管源极电阻R3上取得信号。在控制芯片内部，CS引脚连接到逐周期限流单元的输入端，恒流频率控制单元和恒压频率控制单元的输出信号分别连接与门的两个输入端，与门逻辑的输出端(即开启信号)和逐周期限流单元的输出端(即关断信号)分别连接到RS触发器的S端和R端，所述RS触发器的输出端即Q端连接到PFM单元的输入端，PFM单元连接到驱动单元，所述驱动单元的输出端与控制芯片的OUT引脚连接，OUT引脚输出接至NMOS管的栅极，用于驱动外部的功率NMOS管。VCC引脚为控制芯片的电源引脚，用于为整个控制芯片接入外部电源；FB引脚同时作为恒流频率控制信号和恒压频率控制信号，其恒流频率控制用于侦测辅助绕组Na的导通时间，以便恒流频率控制单元按比例调节工作周期，使得次级绕组Ns输出电流稳定在设定的值，即实现LED驱动电源的恒流功能；其恒压频率控制用于侦测副边导通时辅助绕组的电压，间接反映输出绕组的电压，进而间接反映输出电压的大小，并根据所侦测到的电压大小来调节开关频率，使得输出电压稳定在设定值。CS为原边绕组Np电流侦测引脚，用于侦测原边绕组Np导通时的峰值电流，以实现各周期过程中的逐周期限流，进而使得每个周期传输的能量均相同；GND为芯片的接地引脚。当系统正常工作时，由于变压器原边绕组Np的极性相对辅助绕组Na和次级绕组Ns同名端相反，因此在原边绕组Np导通时，FB引脚为负电压；当处于次级绕组Ns导通阶段时，由于辅助绕组Na与次级绕组Ns同名端极性相同，因此FB电压为正电压，此时变压器副边绕组电压为Vs=Vo+Vz，辅助绕组电压Va=Vs×(NA/NS)=VFB×R2/(R1+R2) ,因此Vo=VFB×R2×NS/[(R1+R2)*NA]-Vz，也就是输出电压是反馈电压VFB的函数，芯片通过恒压频率控制单元来调节VFB到设定值，即可使得输出电压Vo稳定在设定值，此时系统工作在恒压模式；当系统工作在恒流模式时，副边导通时间检测单元可通过侦测FB引脚为正电压的时间来确定次级绕组Ns的导通时间Tons，并以此为依据来确定系统的工作周期T=K×Tons，其中K为比例系数。由于系统工作于断续模式，每个周期均要使原边绕组Np储存的能量全部在次级绕组Ns释放，这样次级绕组Ns的平均输出电流Iout=Ips×Tons/T=Ipp×(NS /NP) ×(1/K)， Ips为次级绕组Ns导通时的峰值电流，Ipp为原边绕组Np导通时的峰值电流，Ns为次级绕组Ns的圈数，Np为原边绕组Np的圈数。这样只要设定好Ipp和K及变压器参数，那么次级绕组Ns的输出电流就是一个恒定值。