[发明专利]一种原边控制交流-直流变换器输出电流电压特性曲线的装置

说明书

本发明申请公开了一种原边控制交流‑直流变换器输出电流电压特性曲线的装置，包括：驱动控制单元、输出电压控制单元和输出电流控制单元。输出电流控制单元包括拉斜控制单元、电流峰值控制单元和占空比控制单元。拉斜控制单元产生与副边输出电压相关、且受控于外部拉斜电阻的一电压，去控制原边峰值电流或副边电流占空比，从而控制输出电流的大小，实现拉斜的输出电流电压特性曲线。本发明是在现有原边控制技术基础上改变控制器内部结构来控制原边峰值电流或副边电流占空比，从而实现输出电流电压特性曲线，仅需要外围增加一调节电阻，这样简化了电路结构，减少系统器件个数，降低了整个变换器的成本，并且增加了可调性。

技术领域

本发明涉及开关电源控制技术领域，特别涉及一种原边控制交流-直流变换器输出电流电压特性曲线的装置。

背景技术

通常情况下，在普通的电池充电器和适配器中，为了保证在低输出电压下，保持一个恒定的输出电流，其输出电流-电压的特性曲线是垂直翻转设计的，参见图 1 所示。 这种垂直翻转的输出电流-电压特性曲线的特点是在不同的输出电压时具有相同的输出电流，我们常说的恒流（CC，Constant Current）。现有技术中实现恒流输出的控制方法包括副边控制和原边控制。由于原边控制相比于副边控制具有很高的性价比，因此大部分采用原边控制。

参见图2，是现有技术中原边控制的变换器电路图，其中单元20是控制器的内部结构图。电压检测单元21包括变压器和分压电阻，用于检测副边的输出电压，副边的输出电压由辅助绕组间接得到，检测的输出电压反馈到控制器20的 FB 端。 如图所示，检测的输出电压经过恒压控制单元 23产生控制原边开关管的控制信号给驱动控制单元22，驱动信号由OUT端输出。而恒流控制单元24通过占空比控制和电流峰值控制实现。

但是，有些负载（比如电动工具，剃须刀等）在低输出电压时仍需要一个大电流工作，并且输出电压越低输出电流越大。 如图 3 所示，在低输出电压下实现大电流输出的输出电流电压特性曲线图，这部分电流跟恒流相比被拉斜了，即被称为SC，Slant Current。

目前实现图 3 所示的拉斜输出电流电压特性曲线大部分采用副边控制技术，如图4所示，是现有技术中副边控制的变换器电路图。其中单元40是控制器的内部结构图。恒压单元 41 包括输出分压电阻，稳压用的TL431 45和原副边信号传递的光耦46，用于检测和恒定副边的输出电压，输出电压信息反馈到控制器 40 的 FB 端。然后经过频率控制单元 43产生原边开关管的控制信号给驱动控制单元42，驱动信号由OUT端输出。

目前副边控制技术实现拉斜输出电流主要是通过恒功率输出控制的。原理分析如下：

变换器的输出功率与开关频率和原边峰值电流关系如公式（1）所示：

Po=Vo*Io=1/2*L_P*I²_PK*f_SW*η （1）

在副边控制技术CV段的重载部分，一般都是工作在恒频模式下，随着输出电流的增加，I_PK会增加。控制器一般会设定一个最大I_PK，当I_PK 到达最大时，而系统频率f_SW是恒定的，系统到达最大功率点。此时再增加输出电流，输出电压就会开始下降，也就实现了随着输出电压的减小，输出电流增加的特性曲线。

然而这种控制模式下，不同线电压到达最大I_PK的输出电流负载点是不同的，因此不同线电压下，拉斜起始点差异比较大，整个拉斜部分的电流变化比较大，精度差。如图5所示，CP_Ⅰ是低线电压的拉斜曲线，CP_Ⅱ是高线电压的拉斜曲线，两者拉斜起始点不同，拉斜部分电流范围变大。并且拉斜的斜率受恒功率的控制，不便于调整。

另外，与原边控制技术相比，需要增加光耦和TL431等器件，这会增加系统器件数目，从而大大增加成本。

发明内容