[发明专利]一种反激式开关电源的环路控制电路及应用其的反激式开关电源

说明书

技术领域

本发明涉及反激式开关电源，特别涉及反激式开关电源的环路控制电路。

背景技术

目前，对于输入功率在75W以下的开关电源，对功率因素(PF，PowerFactor，也称功率因数)不作要求的场合，反激式(Fly-back)开关电源具有迷人的优势，电路拓扑简单，输入电压范围宽。反激式开关电源由于元件少，电路的可靠性相对较高，所以应用很广，为了方便，很多文献简称为反激开关电源。

反激式开关电源为了实现输出电压的稳定，或用于充电用途时，要求输出电流的稳定，都要实现环路的稳定，目前大部分采用两种反馈、环路控制方法：

第一种：经典光耦反馈环路控制法，一般采用TL431这种三端基准集成电路，又称为三端基准集成电路，以下简称为三端基准源，对输出电压进行采样，当输出电压变高时，TL431的吸收电流变大，流过光耦的电流变大，光耦的输出端的电流也正比例变大，原边的开关电源的占空比变小，这样经过反激变压器传输的能量变小，使得反激式开关电源的输出电压下降到输出电压预设值。这种方式应用极广。图1示出了这种应用，在图1中，输入电压较低，为36v至75V，其中，U3为三端基准集成电路TL431,U2为光耦，图1的电路来自美国intersil公司2012年版本的ISL6840的官方数据表(DataSheet)第4页，文件编号为FN9124.11，脉宽调制控制器ISL6840是脉宽调制控制器UC3843的替代品之一，ISL6840的工作频率更高，在大部份工作频率较常规的应用中，和UC3843可以直接互换，具有代表性。为了实现输出电压的稳定，环路增益一般都比较大，直流增益(0Hz)一般在60dB以上，即1000倍，为了方便理解，可以简单地这样理解，由于某种原因使得输出电压下降1V，由于环路的存在，最后稳定下来时，仅下降1V/1000＝1mV而已；在10Hz的频率下一般都有30dB以上，即30倍以上，

这种方式类似于运算放大器，运算放大器的开环增益越高，闭环后输出越稳定。图1示出的经典光耦反馈法，以输出电压下降为例，其闭环路径为：输出电压下降→TL431的输出电流变小→光耦U2的电流变小→光耦U2的吸收电流变小→光耦U2的输出端相连的FB脚的电压下降→脉宽调制控制器U4的OUT脚输出占空比变大→主功率开关管Q1对变压器T1激磁时间变长→变压器T1副边续流能量增加→输出电压上升。

注意：ISL6840的FB脚与COMP脚电压反向，FB为其反相输入脚，COMP脚为对应的内部运放输出端，而常见的AC-DC变换器的控制IC，如NCP1234，其FB脚的电压上升，对应GATE驱动脚输出占空比变大，GATE驱动脚在很多公司的官方数据表上也标为OUT脚。

从输出电压下降到输出电压上升，这个环路的增益，直流增益(0Hz)一般在60dB以上，某种原因引起输出电压上升，工作过程相似，所以参数向相反的方向变化，如电流变小改为电流变大，等等。

图2示出了另一款比较流行的反激式开关电源，来自美国PowerIntegrations,Inc.的TNY290的官方数据表，文件名称为“TNY284-290TinySwitch-4Family”,版本B08/13的第8页，其中，U2为TL431,U3为光耦，该种方案中，TNY2XX系列的集成电路，年出货量大于1亿片，广泛应用于电脑的ATX电源中作为待机电源，极具代表性。

第二种：采用原边反馈环路控制，在原边设立一个绕组，利用理想的反激式开关电源多路输出电压与输出绕组之间的匝比相关来实现的，反激式开关电源的输出端在原边绕组断开电源时获得能量故而得名，输出电压是取决于环路控制电路，与反激式变压器(图1、图2中的变压器T1)的原边与副边的匝比无关；在能量传递过程中，变压器T1并不是变换电压的作用，而是隔着磁芯续流的作用，是Buck-Boost变换器的隔离版本；所以变压器T1通常又称为反激式变压器；

理论上反激式开关电源没有输出滤波电感，只有输出滤波电容，相当于电压源，只要一路稳定，不考虑其它整流的二极管的压降，多路输出的其余各路基本上按匝比稳定输出，这是一个正激过程，被稳压的这路相当于正激的激励源绕组，其它均为此刻的副边绕组，其输出电压均为按匝比的感应电压。但由于各绕组之间漏感的存在，产生交叉调节问题，也称为交叉调整率问题。

在原边设立的这个绕组，也接上整流电路，利用它的输出电压来监控主路的输出电压，来实现主路的输出电压稳定，这种方式，叫原边反馈反激式开关电源。原边设立的这个绕组，事实上也是副边绕组之一。