CN105529791B - 基于次级控制的充电系统及其次级控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于次级控制的充电系统，包括：变压器；整流装置；次级整流开关管和次级同步整流辅助芯片，次级同步整流辅助芯片控制次级整流开关管的开启和关闭，并检测输出电压，以及在输出电压下降且小于第一基准电压时控制次级整流开关管开启以使次级绕组的两端生成突变的电压，突变的电压反馈到辅助绕组；初级控制芯片和初级开关管，初级控制芯片根据突变的电压控制初级开关管开启以使初级绕组进行充电，通过电压检测端检测到的电压大于第二基准电压时控制初级开关管关闭以使初级绕组放电。该充电系统不仅能够实现系统的超低待机功耗，还能达到优化系统动态响应的效果。本发明还公开了一种基于次级控制的充电系统的次级控制装置。

Description

基于次级控制的充电系统及其次级控制装置

技术领域

本发明涉及充电器技术领域，特别涉及一种基于次级控制的充电系统以及一种基于次级控制的充电系统的次级控制装置。

背景技术

随着USB接口的统一，目前大多数充电器都对系统动态响应有一定的要求，所谓的动态响应就是充电器的负载终端切换负载时，充电器输出电压的波动范围。而现在主流的优化系统动态响应方案可以分为初级控制的充电器方案和次级控制的充电器方案。

其中，典型的初级控制的充电器方案的线路图如图1所示，由于充电器的输出参数在次级部分，而初级控制芯片IC接收到次级反馈信号每个开关周期仅有一次(一般在变压器消磁期间反馈次级信号)，因此系统本身的工作频率即为次级信号的采样频率，系统的最小工作频率直接决定了系统动态响应效果。

典型的次级控制的充电器方案的线路图如图2所示，次级部分采用光耦和TL431可以实时检测充电电压的变化并即时反馈到初级控制芯片IC，并不受充电器系统的工作频率影响，因此系统动态响应效果要比初级控制的充电器方案好很多，但是次级控制的充电器方案要比初级控制的元器件要多，成本高，并且光耦和TL431本身的损耗较大，不利于低载、空载功耗充电器的应用。

现有技术存在的缺点是，采用初级控制的充电器方案时，系统动态响应效果由系统本身的最低工作频率所决定，但是随着能效标准的不断更新，对充电器的待机功耗越来越苛刻，目前很多充电器方案都是放弃系统动态响应效果来满足能效标准，也就是说，在初级控制的充电器方案里，系统的动态响应与待机功耗是对立的，无法同时满足该两项参数；而采用次级控制的充电器方案时，次级部分元器件多，成本高，并且光耦和TL431本身工作损耗大，不利于低载、空载功耗充电器应用，另外初级控制芯片IC无法针对输出线压降进行补偿。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述的技术缺陷之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种基于次级控制的充电系统，不仅能够实现系统的超低待机功耗，还能达到优化系统动态响应的效果。

本发明的另一个目的在于提出一种基于次级控制的充电系统的次级控制装置。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出的一种基于次级控制的充电系统，包括：变压器，所述变压器包括初级绕组、次级绕组和辅助绕组；整流装置，所述整流装置用于将输入的交流电转换成直流电以给所述初级绕组充电；次级控制装置，所述次级控制装置包括次级整流开关管和次级同步整流辅助芯片，所述次级同步整流辅助芯片通过检测所述次级整流开关管两端的电压以控制所述次级整流开关管的开启和关闭，并检测所述充电系统的输出电压，以及在检测到所述输出电压下降且小于第一基准电压时控制所述次级整流开关管开启以使所述次级绕组的两端生成突变的电压，所述突变的电压通过所述次级绕组反馈到所述辅助绕组；初级控制装置，所述初级控制装置包括初级控制芯片和初级开关管、检流电阻，所述初级开关管通过所述检流电阻连接地，所述初级控制芯片通过电压反馈端采集反馈到所述辅助绕组的所述突变的电压，并根据所述突变的电压控制所述初级开关管开启以使所述初级绕组进行充电，以及在所述初级控制芯片的电压检测端检测到的电压大于第二基准电压时控制所述初级开关管关闭以使所述初级绕组向所述次级绕组放电，以防止所述输出电压继续下降。

根据本发明实施例的基于次级控制的充电系统，次级同步整流辅助芯片通过检测次级整流开关管两端的电压以控制次级整流开关管的开启和关闭，并检测充电系统的输出电压，以及在检测到输出电压下降且小于第一基准电压时控制次级整流开关管开启以使次级绕组的两端生成突变的电压，突变的电压通过次级绕组反馈到辅助绕组，初级控制芯片通过电压反馈端采集反馈到辅助绕组的突变的电压，并根据突变的电压控制初级开关管开启以使初级绕组进行充电，以及在电压检测端检测到检流电阻上的电压大于第二基准电压时控制初级开关管关闭以使初级绕组向次级绕组放电，以防止输出电压继续下降，达到优化系统动态效应的效果。因此，本发明实施例的基于次级控制的充电系统通过采用次级整流开关管和次级同步整流辅助芯片以进行次级同步整流控制，比传统的采用续流二极管损耗要小得多，特别是目前充电器输出电流越来越大的情况下，次级整流开关管结合次级同步整流辅助芯片可以实现很大的系统转换效率，可以符合更高的能效标准，并且不受系统最低工作频率以及次级静态损耗的约束，可以很容易实现系统的超低待机功耗以及具有很好的动态响应效果。此外，次级部分无需使用光耦和TL431，还可降低成本。

为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种基于次级控制的充电系统的次级控制装置，所述基于次级控制的充电系统包括变压器、整流装置和初级控制装置，其中，所述变压器包括初级绕组、次级绕组和辅助绕组，所述初级控制装置包括初级控制芯片和初级开关管、检流电阻，所述初级开关管通过所述检流电阻连接地，所述次级控制装置包括：次级整流开关管；和次级同步整流辅助芯片，所述次级同步整流辅助芯片通过检测所述次级整流开关管两端的电压以控制所述次级整流开关管的开启和关闭，并检测所述充电系统的输出电压，以及在检测到所述输出电压下降且小于第一基准电压时控制所述次级整流开关管开启以使所述次级绕组的两端生成突变的电压，所述突变的电压通过所述次级绕组反馈到所述辅助绕组，所述初级控制芯片通过电压反馈端采集反馈到所述辅助绕组的所述突变的电压，并根据所述突变的电压控制所述初级开关管开启以使所述初级绕组进行充电，以及在所述初级控制芯片的电压检测端检测到所述交流电阻上的电压大于第二基准电压时控制所述初级开关管关闭以使所述初级绕组向所述次级绕组放电，以防止所述输出电压继续下降。

根据本发明实施例的基于次级控制的充电系统的次级控制装置，通过采用次级整流开关管和次级同步整流辅助芯片以进行次级同步整流控制，比传统的采用续流二极管损耗要小得多，特别是目前充电器输出电流越来越大的情况下，次级整流开关管结合次级同步整流辅助芯片可以实现很大的系统转换效率，可以符合更高的能效标准，并且不受充电系统最低工作频率以及次级静态损耗的约束，可以很容易实现系统的超低待机功耗，以及使得充电系统具有很好的动态响应效果。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为典型的初级控制的充电器方案的线路图；

图2为典型的次级控制的充电器方案的线路图；

图3为根据本发明实施例的基于次级控制的充电系统的线路示意图；

图4为根据本发明一个实施例的基于次级控制的充电系统的次级同步整流的工作原理图；

图5为根据本发明一个实施例的次级同步整流辅助芯片的工作波形示意图；

图6为根据本发明一个实施例的次级同步整流辅助芯片的内部电路示意图；

图7为根据本发明一个实施例的基于次级控制的充电系统的次级动态响应优化的工作原理图；

图8为根据本发明一个实施例的初级控制芯片的内部电路示意图；以及

图9为根据本发明一个实施例的基于次级控制的充电系统的初级动态响应优化的工作原理图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

下面参照附图来描述根据本发明实施例的基于次级控制的充电系统以及基于次级控制的充电系统的次级控制装置。

图3为根据本发明实施例的基于次级控制的充电系统的线路示意图。如图3所示，该基于次级控制的充电系统包括变压器、整流装置20、次级控制装置30和初级控制装置40。

其中，变压器包括初级绕组11、次级绕组12和辅助绕组13；整流装置20(例如由四个二极管组成的整流桥)用于将输入的交流电AC转换成直流电V_DC以给初级绕组11充电；次级控制装置30包括次级整流开关管31和次级同步整流辅助芯片32，次级同步整流辅助芯片32通过检测次级整流开关管31两端的电压以控制次级整流开关管31的开启和关闭，并检测所述充电系统的输出电压，以及在检测到所述输出电压下降且小于第一基准电压时控制次级整流开关管31开启以使次级绕组12的两端生成突变的电压，所述突变的电压通过次级绕组12反馈到辅助绕组13；初级控制装置40包括初级控制芯片41和初级开关管42、检流电阻R0，初级开关管42通过检流电阻R0连接地(其中，在初级开关管为MOS管时，MOS管的源极通过检流电阻R0连接到地)，初级控制芯片41通过电压反馈端2采集反馈到辅助绕组13的所述突变的电压，并根据所述突变的电压控制初级开关管42开启以使初级绕组11进行充电，以及在初级控制芯片的电压检测端5检测到检流电阻R0上的电压大于第二基准电压时控制初级开关管42关闭以使初级绕组11向次级绕组12放电，以防止所述输出电压继续下降，达到优化充电系统动态响应的效果。

根据本发明的一个实施例，如图3所示，次级整流开关管31为第一MOS管M1，次级同步整流辅助芯片32包括第一电源端VDD、第一驱动控制端DRV、电压采样端VD和第一接地端GND，第一电源端VDD与次级绕组12的一端相连，电压采样端VD与次级绕组12的另一端和第一MOS管M1的漏极分别相连，第一驱动控制端DRV与第一MOS管M1的栅极相连，第一接地端GND与第一MOS管M1的源极相连。即言，次级同步整流辅助芯片32具有四个PIN脚，其中VDDPIN脚用于检测充电系统的输出电压并且为次级同步整流辅助芯片的电源端，DRV PIN脚用于驱动次级整流MOS管M1，控制其开启和关闭，VD PIN脚用于检测次级整流MOS管M1的漏极电压，决定次级整流MOS管M1的开启和关闭，GND PIN脚为次级同步整流辅助芯片32的地。

其中，次级同步整流的工作原理如图4所示，当初级开关管42开启时，初级绕组11开始充电，此时次级整流第一MOS管M1关闭，电流为零；当初级开关管42关闭时，初级绕组11通过磁场向次级绕组12放电，次级整流第一MOS管M1开启，此时次级绕组12等效于一个电流，电流方向与初级保持一致，直到次级绕组12放电结束，次级整流第一MOS管M1关闭。

进一步地，次级同步整流辅助芯片的工作波形如图5所示，初级绕组11充电时，次级电流为零，所以次级绕组两端的压降为0，D、S分别为次级整流第一MOS管M1的漏极和源极，V_D(漏极)＝V_OUT＝V_{DS(漏源极)}，初级绕组放电时，放电电流为I_SE，次级电流与初级电流同向，次级绕组的两端压降大于充电系统的输出电压V_OUT，所以电压V_D为负，当次级同步整流辅助芯片的VD PIN脚检测到足够的负电压时，即第三基准电压V_ONS时，次级同步整流辅助芯片的DRV PIN脚控制第一MOS管M1开启，次级绕组12给输出电容充电，随着初级绕组的放电，第一MOS管M1的V_D的电压慢慢变大，当大于触发次级同步整流辅助芯片的第四基准电压V_OFFS时，次级同步整流辅助芯片控制第一MOS管M1关闭，初级绕组向次级绕组放电结束，V_D＝V_OUT＝V_DS。

具体地，根据本发明的一个实施例，如图6所示，次级同步整流辅助芯片32还包括：电流镜模块321、第一比较触发模块322、第一驱动模块323、第一电压检测模块324、第一比较模块325和脉冲产生模块326。

其中，电流镜模块321分别与第一电源端VDD和电压采样端VD相连，电流镜模块321在第一MOS管M1的漏极电压小于0时根据第一MOS管M1的漏极电压生成第一电压V1，即言，当电压采样端VD出现负电压时，MOS管M4被打开产生支路电流，支路电流经过MOS管M5、M6镜像后在电阻R1上产生第一电压V1，该电压V1与在电压采样端VD出现的负电压的幅值成正比。

第一比较触发模块322与电流镜模块321相连，其中，在第一电压V1大于第三基准电压时第一比较触发模块322生成第一触发信号，并在第一电压V1小于第四基准电压时第一比较触发模块322生成第二触发信号；第一驱动模块323根据所述第一触发信号控制第一MOS管M1开启，并根据所述第二触发信号控制第一MOS管M1关闭；第一电压检测模块324与第一电源端VDD相连，第一电压检测模块324用于检测所述充电系统的输出电压V_OUT，第一电压检测模块324由电阻R2和R3组成；第一比较模块325与第一电压检测模块324(电阻R2和R3之间的节点)相连，在所述输出电压下降且小于所述第一基准电压时第一比较模块325输出第一比较信号；脉冲产生模块326与第一比较模块325相连，脉冲产生模块325根据所述第一比较信号生成脉冲信号，其中，第一驱动模块323根据所述脉冲信号控制第一MOS管M1开启。

如图6所示，第一比较触发模块322具体包括：第一比较器CP1、第二比较器CP2、第一RS触发器3221。其中，第一比较器CP1的同相输入端与电流镜模块321的输出端相连，第一比较器CP1的反相输入端与第三基准电压提供端相连；第二比较器CP2的反相输入端与电流镜模块321的输出端相连，第二比较器CP2的同相输入端与第四基准电压提供端相连；第一RS触发器3221的S端与第一比较器CP1的输出端相连，第一RS触发器3221的R端与第二比较器CP2的输出端相连，第一RS触发器3221的输出端通过第一或门3222与第一驱动模块323相连。

在本发明的实施例中，当第一电压V1大于第三基准电压V_ONS时，第一比较器CP1翻转为高电平，第一RS触发器3221置高即输出第一触发信号，第一触发信号经过第一驱动模块323后将第一MOS管M1打开，第一MOS管M1开启后电压采样端VD的负电压幅值慢慢变小，第一电压V1也等比例下降，当第一电压V1小于第四基准电压V_OFFS时，第二比较器CP2翻转为高电平，第一RS触发器3221置低即输出第二触发信号，第二触发信号经过第一驱动模块323后将第一MOS管M1关闭。

并且，如图6所示，次级同步整流辅助芯片32还包括用于在第一MOS管M1的漏极电压大于0时屏蔽第二比较器CP2输出的第一屏蔽模块327，第一屏蔽模块327包括：第一反相器3271和第二MOS管M2，第一反相器3271的输入端与第一RS触发器3221的输出端相连，第二MOS管M2的栅极与第一反相器3271的输出端相连，第二MOS管M2的漏极与第二比较器CP2的输出端相连，第二MOS管M2的源极接地。也就是说，第一反相器3271和第二MOS管M2用于在电压采样端VD的电压大于零时屏蔽第二比较器CP2的输出，即第二比较器CP2只在第一比较器CP1翻转为高电平后有效，第四基准电压必须在触发第三基准电压后有效。

如图6所示，脉冲产生模块326具体包括：第二反相器3261、第一电容C1、与门3262、第三反相器3263和第四反相器3264。其中，第二反相器3261的输入端与第一比较模块325的输出端相连，第一电容C1的一端与第二反相器3261的输出端相连，第一电容C1的另一端接地，第三反相器3263的输入端与第二反相器3261的输出端相连，第四反相器3264的输入端与第三反相器3263的输出端相连，与门3262的第一输入端与第二反相器3261的输入端相连，与门3262的第二输入端与第四反相器3264的输出端相连，与门3262的输出端通过第一或门3222与第一驱动模块323相连。

具体而言，如图6所示，第一电源端VDD的电压经过电阻R2和R3组成的分压网络后送往第一比较模块325，当次级同步整流辅助芯片的VDD PIN脚检测到充电系统的输出电压下掉并小于芯片内部第一基准电压时，第一比较模块325中的第三比较器CP3翻转为高电平，经过由第二至第四反相器、电容C1和二输入与门3262组成的脉冲产生模块326后形成一个同步的脉冲信号，该脉冲信号经过二输入或门3222和第一驱动模块323后，强行将第一MOS管M1打开，开启时间为脉冲信号的宽度。第一MOS管M1的漏极电压被下拉，下拉的时间为上述脉冲信号的宽度，即次级绕组两端形成一个等宽的脉冲电压即突变的电压，该脉冲电压通过变压器的辅助绕组传输到初级控制芯片，形成一个动态响应信号。因此，本发明实施例涉及的次级同步整流辅助芯片32可以实现系统动态响应的优化，次级动态响应优化的工作原理如图7所示。

根据本发明的一个实施例，如图8所示，初级控制芯片41包括：第二比较触发模块411、第二比较模块412和第二驱动模块413。

其中，第二比较触发模块411与电压反馈端2相连，其中，在所述突变的电压大于第五基准电压时第二比较触发模块411输出第三触发信号；第二比较模块412分别与电压检测端5和第二比较触发模块411相连，在电压检测端5检测到的电压上升且大于所述第二基准电压时第二比较模块412输出第二比较信号至第二比较触发模块411，第二比较触发模块411输出第四触发信号；第二驱动模块413根据所述第三触发信号控制初级开关管42开启，并根据所述第四触发信号控制初级开关管42关闭。

具体地，如图8所示，第二比较触发模块411包括：第四比较器CP4、第二或门4112和第二RS触发器4113。第四比较器CP4的同相输入端与电压反馈端2相连，第四比较器CP4的反相输入端与第五基准电压提供端相连，第二或门4112的第一输入端与内部振荡器415相连，第二或门4112的第二输入端与第四比较器CP4的输出端相连，第二RS触发器4113的S端与第二或门4112的输出端相连，第二RS触发器4113的R端与第二比较模块412的输出端相连，第二RS触发器4113的输出端与第二驱动模块413相连。

在本发明的实施例中，次级反馈回来的动态响应信号经过电阻分压网络50后通过电压反馈端2送往初级控制芯片41，动态响应信号即突变的电压与初级控制芯片内部的第五基准电压进行比较，当动态响应信号即突变的电压大于芯片内部的第五基准电压时，第四比较器CP翻转为高电平，与内部振荡器415相或后送往第二RS触发器4113的S端，第二RS触发器4113置高即输出第三触发信号，第三触发信号经过第二驱动模块413后控制初级开关管42开启，初级开关管42导通后给初级绕组充电，检流电阻R0上的电压上升，当该电压即电压检测端5的电压大于第二基准电压时，第二比较模块412中的第五比较器CP5翻转为高电平并送往第二RS触发器4113的R端，第二RS触发器4113置低即输出第四触发信号，第四触发信号经过第二驱动模块413后控制初级开关管42关闭，以使所述初级绕组向所述次级绕组放电，从而防止所述输出电压继续下降。

并且，如图8所示，初级控制芯片41还包括用于在所述初级绕组向所述次级绕组放电时屏蔽第二比较模块412输出的第二屏蔽模块414，第二屏蔽模块414具体包括：第五反相器4141、第三RS触发器4142、第三MOS管M3、第六反相器4143、第二电容C2、第六比较器CP6。第五反相器4141的输入端与第二RS触发器4113的输出端相连，第三RS触发器4142的S端与第五反相器4141的输出端相连，第三MOS管M3的栅极与第三RS触发器4142的输出端相连，第三MOS管M3的源极接地，第三MOS管M3的漏极与第二比较模块412的输出端相连，第六反相器4143的输入端与第二RS触发器4113的输出端相连，第六反相器4143的电源端与预设的电流源A1相连，第二电容C2的一端与第六反相器4143的输出端相连，第二电容C2的另一端接地，第六比较器CP6的同相输入端与第六反相器4143的输出端相连，第六比较器CP6的反相输入端与第六基准电压提供端相连，第六比较器CP6的输出端与第三RS触发器4142的R端相连。

由于初级绕组放电时，次级绕组两端压降大于V_OUT，比动态响应信号的幅值大得多，所以在初级绕组放电时必须屏蔽第二比较模块即第五比较器CP5的输出，防止初级开关管42被打开，造成电感进入连续状态，因此在图8中，第二RS触发器4113的输出经过第五反相器后送往第三RS触发器4142的S端，第三RS触发器4142置高，此作为第五比较器CP5屏蔽信号的开始点，第二RS触发器4113的输出通过第六反相器来控制电容C2的充放电，电容C2上的电压与第六基准电压进行比较，当电容C2上的电压大于第六基准电压时，第六比较器CP6翻转为高电平并送往第三RS触发器4142的R端，第三RS触发器4142置低，此作为第五比较器CP5屏蔽信号的结束点，第三RS触发器4142的输出控制第三MOS管M3对第五比较器CP5的输出进行屏蔽。在本发明的实施例中，通过适当调整内部电流源A1和电容C2的大小，使第五比较器CP5屏蔽信号的宽度比初级绕组放电时间要长。因此，本发明实施例涉及的初级控制芯片41同样可以实现系统动态响应的优化，初级动态响应优化的工作原理如图9所示。

综上所述，在本发明的实施例中，通过第一MOS管结合次级同步整流辅助芯片来代替传统的续流二极管，次级同步整流辅助芯片检测第一MOS管源漏两端的电压来开启第一MOS管，以达到续流的效果，另外次级同步整流辅助芯片实时检测充电系统的输出电压的变化，当输出电压下掉时，次级同步整流辅助芯片开启第一MOS管，使次级绕组的两端发生电压的突变，突变的电压通过次级绕组传输到辅助绕组，初级控制芯片在电压反馈端采集到突变的电压信号后开启初级开关管，初级绕组储能并向次级绕组放电，从而防止充电系统的输出电压继续下掉，达到优化系统动态响应的效果。因此，本发明实施例的基于次级控制的充电系统在次级实时检测反馈系统输出电压的波动情况，并通过变压器的辅助绕组传输到初级控制芯片，不受充电系统本身的最低工作频率所影响，允许工作频率无限设低，实现充电系统的超低待机功耗并且有很好的动态响应效果，并且相比与传统的次级控制的充电器方案，本发明实施例的基于次级控制的充电系统采用第一MOS管结合次级同步整流辅助芯片代替传统的续流二极管，无需使用光耦和TL431，大大地降低次级的静态损耗，很容易实现充电系统的超低待机功耗。此外，本发明实施例的基于次级控制的充电系统仅仅是次级检测并反馈输出电压的波动情况，输出电压和电流的恒定仍然是通过初级控制芯片来实现，因此并不存在传统次级恒压控制方案中无法实现输出线压降补偿的问题。

根据本发明实施例的基于次级控制的充电系统，次级同步整流辅助芯片通过检测次级整流开关管两端的电压以控制次级整流开关管的开启和关闭，并检测充电系统的输出电压，以及在检测到输出电压下降且小于第一基准电压时控制次级整流开关管开启以使次级绕组的两端生成突变的电压，突变的电压通过次级绕组反馈到辅助绕组，初级控制芯片通过电压反馈端采集反馈到辅助绕组的突变的电压，并根据突变的电压控制初级开关管开启以使初级绕组进行充电，以及在电压检测端检测到检流电阻上的电压大于第二基准电压时控制初级开关管关闭以使初级绕组向次级绕组放电，以防止输出电压继续下降，达到优化系统动态效应的效果。因此，本发明实施例的基于次级控制的充电系统通过采用次级整流开关管和次级同步整流辅助芯片以进行次级同步整流控制，比传统的采用续流二极管损耗要小得多，特别是目前充电器输出电流越来越大的情况下，次级整流开关管结合次级同步整流辅助芯片可以实现很大的系统转换效率，可以符合更高的能效标准，并且不受系统最低工作频率以及次级静态损耗的约束，可以很容易实现系统的超低待机功耗以及具有很好的动态响应效果。此外，次级部分无需使用光耦和TL431，还可降低成本。

此外，本发明的实施例还提出了一种基于次级控制的充电系统的次级控制装置。其中，所述基于次级控制的充电系统包括变压器、整流装置和初级控制装置，所述变压器包括初级绕组、次级绕组和辅助绕组，所述初级控制装置包括初级控制芯片和初级开关管、检流电阻，所述初级开关管通过所述检流电阻连接地，所述次级控制装置包括次级整流开关管和次级同步整流辅助芯片，所述次级同步整流辅助芯片通过检测所述次级整流开关管两端的电压以控制所述次级整流开关管的开启和关闭，并检测所述充电系统的输出电压，以及在检测到所述输出电压下降且小于第一基准电压时控制所述次级整流开关管开启以使所述次级绕组的两端生成突变的电压，所述突变的电压通过所述次级绕组反馈到所述辅助绕组，所述初级控制芯片通过电压反馈端采集反馈到所述辅助绕组的所述突变的电压，并根据所述突变的电压控制所述初级开关管开启以使所述初级绕组进行充电，以及在所述初级控制芯片的电压检测端检测到检流电阻上的电压大于第二基准电压时控制所述初级开关管关闭以使所述初级绕组向所述次级绕组放电，以防止所述输出电压继续下降。

根据本发明的一个实施例，所述次级整流开关管为第一MOS管，所述次级同步整流辅助芯片包括第一电源端、第一驱动控制端、电压采样端和第一接地端，所述第一电源端与所述次级绕组的一端相连，所述电压采样端与所述次级绕组的另一端和所述第一MOS管的漏极分别相连，所述第一驱动控制端与所述第一MOS管的栅极相连，所述第一接地端与所述第一MOS管的源极相连。

其中，所述次级同步整流辅助芯片还包括：电流镜模块，所述电流镜模块分别与所述第一电源端和所述电压采样端相连，所述电流镜模块在所述第一MOS管的漏极电压小于0时根据所述第一MOS管的漏极电压生成第一电压；第一比较触发模块，所述第一比较触发模块与所述电流镜模块相连，其中，在所述第一电压大于第三基准电压时所述第一比较触发模块根据生成第一触发信号，并在所述第一电压小于第四基准电压时所述第一比较触发模块生成第二触发信号；第一驱动模块，所述第一驱动模块根据所述第一触发信号控制所述第一MOS管开启，并根据所述第二触发信号控制所述第一MOS管关闭；第一电压检测模块，所述第一电压检测模块与所述第一电源端相连，所述第一电压检测模块用于检测所述充电系统的输出电压；第一比较模块，所述第一比较模块与所述第一电压检测模块相连，在所述输出电压下降且小于所述第一基准电压时所述第一比较模块输出第一比较信号；脉冲产生模块，所述脉冲产生模块与所述第一比较模块相连，所述脉冲产生模块根据所述第一比较信号生成脉冲信号，其中，所述第一驱动模块根据所述脉冲信号控制所述第一MOS管开启。

根据本发明的一个实施例，所述第一比较触发模块具体包括：第一比较器，所述第一比较器的同相输入端与所述电流镜模块的输出端相连，所述第一比较器的反相输入端与第三基准电压提供端相连；第二比较器，所述第二比较器的反相输入端与所述电流镜模块的输出端相连，所述第二比较器的同相输入端与第四基准电压提供端相连；第一RS触发器，所述第一RS触发器的S端与所述第一比较器的输出端相连，所述第一RS触发器的R端与所述第二比较器的输出端相连，所述第一RS触发器的输出端通过第一或门与所述第一驱动模块相连。并且，所述次级同步整流辅助芯片还包括用于在所述第一MOS管的漏极电压大于0时屏蔽所述第二比较器输出的第一屏蔽模块，所述第一屏蔽模块包括：第一反相器，所述第一反相器的输入端与所述第一RS触发器的输出端相连；第二MOS管，所述第二MOS管的栅极与所述第一反相器的输出端相连，所述第二MOS管的漏极与所述第二比较器的输出端相连，所述第二MOS管的源极接地。

根据本发明的一个实施例，所述脉冲产生模块具体包括：第二反相器，所述第二反相器的输入端与所述第一比较模块的输出端相连；第一电容，所述第一电容的一端与所述第二反相器的输出端相连，所述第一电容的另一端接地；第三反相器，所述第三反相器的输入端与所述第二反相器的输出端相连；第四反相器，所述第四反相器的输入端与所述第三反相器的输出端相连；与门，所述与门的第一输入端与所述第二反相器的输入端相连，所述与门的第二输入端与所述第四反相器的输出端相连，所述与门的输出端通过第一或门与所述第一驱动模块相连。

根据本发明实施例的基于次级控制的充电系统的次级控制装置，通过采用次级整流开关管和次级同步整流辅助芯片以进行次级同步整流控制，比传统的采用续流二极管损耗要小得多，特别是目前充电器输出电流越来越大的情况下，次级整流开关管结合次级同步整流辅助芯片可以实现很大的系统转换效率，可以符合更高的能效标准，并且不受充电系统最低工作频率以及次级静态损耗的约束，可以很容易实现系统的超低待机功耗，以及使得充电系统具有很好的动态响应效果。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (14)

1.一种基于次级控制的充电系统，其特征在于，包括：

变压器，所述变压器包括初级绕组、次级绕组和辅助绕组；

整流装置，所述整流装置用于将输入的交流电转换成直流电以给所述初级绕组充电；

次级控制装置，所述次级控制装置包括次级整流开关管和次级同步整流辅助芯片，所述次级同步整流辅助芯片通过检测所述次级整流开关管两端的电压以控制所述次级整流开关管的开启和关闭，并检测所述充电系统的输出电压，以及在检测到所述输出电压下降且小于第一基准电压时控制所述次级整流开关管开启以使所述次级绕组的两端生成突变的电压，所述突变的电压通过所述次级绕组反馈到所述辅助绕组；

初级控制装置，所述初级控制装置包括初级控制芯片和初级开关管、检流电阻，所述初级开关管通过所述检流电阻连接地，所述初级控制芯片通过电压反馈端采集反馈到所述辅助绕组的所述突变的电压，并根据所述突变的电压控制所述初级开关管开启以使所述初级绕组进行充电，以及在所述初级控制芯片的电压检测端检测到所述检流电阻上的电压大于第二基准电压时控制所述初级开关管关闭以使所述初级绕组向所述次级绕组放电，以防止所述输出电压继续下降；

其中，所述初级控制芯片包括：

第二比较触发模块，所述第二比较触发模块与所述电压反馈端相连，其中，在所述突变的电压大于第五基准电压时所述第二比较触发模块输出第三触发信号；

第二比较模块，所述第二比较模块分别与所述电压检测端和所述第二比较触发模块相连，在所述电压检测端检测到的电压上升且大于所述第二基准电压时所述第二比较模块输出第二比较信号至所述第二比较触发模块，所述第二比较触发模块输出第四触发信号；

第二驱动模块，所述第二驱动模块根据所述第三触发信号控制所述初级开关管开启，并根据所述第四触发信号控制所述初级开关管关闭。

2.如权利要求1所述的基于次级控制的充电系统，其特征在于，所述次级整流开关管为第一MOS管，所述次级同步整流辅助芯片包括第一电源端、第一驱动控制端、电压采样端和第一接地端，所述第一电源端与所述次级绕组的一端相连，所述电压采样端分别与所述次级绕组的另一端和所述第一MOS管的漏极相连，所述第一驱动控制端与所述第一MOS管的栅极相连，所述第一接地端与所述第一MOS管的源极相连。

3.如权利要求2所述的基于次级控制的充电系统，其特征在于，所述次级同步整流辅助芯片还包括：

电流镜模块，所述电流镜模块分别与所述第一电源端和所述电压采样端相连，所述电流镜模块在所述第一MOS管的漏极电压小于0时根据所述第一MOS管的漏极电压生成第一电压；

第一比较触发模块，所述第一比较触发模块与所述电流镜模块相连，其中，在所述第一电压大于第三基准电压时所述第一比较触发模块生成第一触发信号，并在所述第一电压小于第四基准电压时所述第一比较触发模块生成第二触发信号；

第一驱动模块，所述第一驱动模块根据所述第一触发信号控制所述第一MOS管开启，并根据所述第二触发信号控制所述第一MOS管关闭；

第一电压检测模块，所述第一电压检测模块与所述第一电源端相连，所述第一电压检测模块用于检测所述充电系统的输出电压；

第一比较模块，所述第一比较模块与所述第一电压检测模块相连，在所述输出电压下降且小于所述第一基准电压时所述第一比较模块输出第一比较信号；

脉冲产生模块，所述脉冲产生模块与所述第一比较模块相连，所述脉冲产生模块根据所述第一比较信号生成脉冲信号，其中，所述第一驱动模块根据所述脉冲信号控制所述第一MOS管开启。

4.如权利要求3所述的基于次级控制的充电系统，其特征在于，所述第一比较触发模块具体包括：

第一比较器，所述第一比较器的同相输入端与所述电流镜模块的输出端相连，所述第一比较器的反相输入端与第三基准电压提供端相连；

第二比较器，所述第二比较器的反相输入端与所述电流镜模块的输出端相连，所述第二比较器的同相输入端与第四基准电压提供端相连；

第一RS触发器，所述第一RS触发器的S端与所述第一比较器的输出端相连，所述第一RS触发器的R端与所述第二比较器的输出端相连，所述第一RS触发器的输出端通过第一或门与所述第一驱动模块相连。

5.如权利要求4所述的基于次级控制的充电系统，其特征在于，所述次级同步整流辅助芯片还包括用于在所述第一MOS管的漏极电压大于0时屏蔽所述第二比较器输出的第一屏蔽模块，所述第一屏蔽模块包括：

第一反相器，所述第一反相器的输入端与所述第一RS触发器的输出端相连；

第二MOS管，所述第二MOS管的栅极与所述第一反相器的输出端相连，所述第二MOS管的漏极与所述第二比较器的输出端相连，所述第二MOS管的源极接地。

6.如权利要求3所述的基于次级控制的充电系统，其特征在于，所述脉冲产生模块具体包括：

第二反相器，所述第二反相器的输入端与所述第一比较模块的输出端相连；

第一电容，所述第一电容的一端与所述第二反相器的输出端相连，所述第一电容的另一端接地；

第三反相器，所述第三反相器的输入端与所述第二反相器的输出端相连；

第四反相器，所述第四反相器的输入端与所述第三反相器的输出端相连；

与门，所述与门的第一输入端与所述第二反相器的输入端相连，所述与门的第二输入端与所述第四反相器的输出端相连，所述与门的输出端通过第一或门与所述第一驱动模块相连。

7.如权利要求1所述的基于次级控制的充电系统，其特征在于，所述第二比较触发模块具体包括：

第四比较器，所述第四比较器的同相输入端与所述电压反馈端相连，所述第四比较器的反相输入端与第五基准电压提供端相连；

第二或门，所述第二或门的第一输入端与内部振荡器相连，所述第二或门的第二输入端与所述第四比较器的输出端相连；

第二RS触发器，所述第二RS触发器的S端与所述第二或门的输出端相连，所述第二RS触发器的R端与所述第二比较模块的输出端相连，所述第二RS触发器的输出端与所述第二驱动模块相连。

8.如权利要求7所述的基于次级控制的充电系统，其特征在于，所述初级控制芯片还包括用于在所述初级绕组向所述次级绕组放电时屏蔽所述第二比较模块输出的第二屏蔽模块，所述第二屏蔽模块具体包括：

第五反相器，所述第五反相器的输入端与所述第二RS触发器的输出端相连；

第三RS触发器，所述第三RS触发器的S端与所述第五反相器的输出端相连；

第三MOS管，所述第三MOS管的栅极与所述第三RS触发器的输出端相连，所述第三MOS管的源极接地，所述第三MOS管的漏极与所述第二比较模块的输出端相连；

第六反相器，所述第六反相器的输入端与所述第二RS触发器的输出端相连，所述第六反相器的电源端与预设的电流源相连；

第二电容，所述第二电容的一端与所述第六反相器的输出端相连，所述第二电容的另一端接地；

第六比较器，所述第六比较器的同相输入端与所述第六反相器的输出端相连，所述第六比较器的反相输入端与第六基准电压提供端相连，所述第六比较器的输出端与所述第三RS触发器的R端相连。

9.一种基于次级控制的充电系统的次级控制装置，其特征在于，所述基于次级控制的充电系统包括变压器、整流装置和初级控制装置，其中，所述变压器包括初级绕组、次级绕组和辅助绕组，所述初级控制装置包括初级控制芯片和初级开关管、检流电阻，所述初级开关管通过所述检流电阻连接地，所述次级控制装置包括：

次级整流开关管；和

次级同步整流辅助芯片，所述次级同步整流辅助芯片通过检测所述次级整流开关管两端的电压以控制所述次级整流开关管的开启和关闭，并检测所述充电系统的输出电压，以及在检测到所述输出电压下降且小于第一基准电压时控制所述次级整流开关管开启以使所述次级绕组的两端生成突变的电压，所述突变的电压通过所述次级绕组反馈到所述辅助绕组，所述初级控制芯片通过电压反馈端采集反馈到所述辅助绕组的所述突变的电压，并根据所述突变的电压控制所述初级开关管开启以使所述初级绕组进行充电，以及在所述初级控制芯片的电压检测端检测到所述检流电阻上的电压大于第二基准电压时控制所述初级开关管关闭以使所述初级绕组向所述次级绕组放电，以防止所述输出电压继续下降；

其中，所述初级控制芯片包括：

第二比较触发模块，所述第二比较触发模块与所述电压反馈端相连，其中，在所述突变的电压大于第五基准电压时所述第二比较触发模块输出第三触发信号；

第二比较模块，所述第二比较模块分别与所述电压检测端和所述第二比较触发模块相连，在所述电压检测端检测到的电压上升且大于所述第二基准电压时所述第二比较模块输出第二比较信号至所述第二比较触发模块，所述第二比较触发模块输出第四触发信号；

第二驱动模块，所述第二驱动模块根据所述第三触发信号控制所述初级开关管开启，并根据所述第四触发信号控制所述初级开关管关闭。

10.如权利要求9所述的基于次级控制的充电系统的次级控制装置，其特征在于，所述次级整流开关管为第一MOS管，所述次级同步整流辅助芯片包括第一电源端、第一驱动控制端、电压采样端和第一接地端，所述第一电源端与所述次级绕组的一端相连，所述电压采样端分别与所述次级绕组的另一端和所述第一MOS管的漏极相连，所述第一驱动控制端与所述第一MOS管的栅极相连，所述第一接地端与所述第一MOS管的源极相连。

11.如权利要求10所述的基于次级控制的充电系统的次级控制装置，其特征在于，所述次级同步整流辅助芯片还包括：

电流镜模块，所述电流镜模块分别与所述第一电源端和所述电压采样端相连，所述电流镜模块在所述第一MOS管的漏极电压小于0时根据所述第一MOS管的漏极电压生成第一电压；

第一比较触发模块，所述第一比较触发模块与所述电流镜模块相连，其中，在所述第一电压大于第三基准电压时所述第一比较触发模块根据生成第一触发信号，并在所述第一电压小于第四基准电压时所述第一比较触发模块生成第二触发信号；

第一驱动模块，所述第一驱动模块根据所述第一触发信号控制所述第一MOS管开启，并根据所述第二触发信号控制所述第一MOS管关闭；

第一电压检测模块，所述第一电压检测模块与所述第一电源端相连，所述第一电压检测模块用于检测所述充电系统的输出电压；

第一比较模块，所述第一比较模块与所述第一电压检测模块相连，在所述输出电压下降且小于所述第一基准电压时所述第一比较模块输出第一比较信号；

脉冲产生模块，所述脉冲产生模块与所述第一比较模块相连，所述脉冲产生模块根据所述第一比较信号生成脉冲信号，其中，所述第一驱动模块根据所述脉冲信号控制所述第一MOS管开启。

12.如权利要求11所述的基于次级控制的充电系统的次级控制装置，其特征在于，所述第一比较触发模块具体包括：

第一比较器，所述第一比较器的同相输入端与所述电流镜模块的输出端相连，所述第一比较器的反相输入端与第三基准电压提供端相连；

第二比较器，所述第二比较器的反相输入端与所述电流镜模块的输出端相连，所述第二比较器的同相输入端与第四基准电压提供端相连；

第一RS触发器，所述第一RS触发器的S端与所述第一比较器的输出端相连，所述第一RS触发器的R端与所述第二比较器的输出端相连，所述第一RS触发器的输出端通过第一或门与所述第一驱动模块相连。

13.如权利要求12所述的基于次级控制的充电系统的次级控制装置，其特征在于，所述次级同步整流辅助芯片还包括用于在所述第一MOS管的漏极电压大于0时屏蔽所述第二比较器输出的第一屏蔽模块，所述第一屏蔽模块包括：

第一反相器，所述第一反相器的输入端与所述第一RS触发器的输出端相连；

第二MOS管，所述第二MOS管的栅极与所述第一反相器的输出端相连，所述第二MOS管的漏极与所述第二比较器的输出端相连，所述第二MOS管的源极接地。

14.如权利要求11所述的基于次级控制的充电系统的次级控制装置，其特征在于，所述脉冲产生模块具体包括：

第二反相器，所述第二反相器的输入端与所述第一比较模块的输出端相连；

第一电容，所述第一电容的一端与所述第二反相器的输出端相连，所述第一电容的另一端接地；

第三反相器，所述第三反相器的输入端与所述第二反相器的输出端相连；

第四反相器，所述第四反相器的输入端与所述第三反相器的输出端相连；

与门，所述与门的第一输入端与所述第二反相器的输入端相连，所述与门的第二输入端与所述第四反相器的输出端相连，所述与门的输出端通过第一或门与所述第一驱动模块相连。