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CN113725820B - 反激变换器的过功率保护方法、保护电路及反激变换器 - Google Patents

反激变换器的过功率保护方法、保护电路及反激变换器 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种反激变换器的过功率保护方法、保护电路及反激变换器，采样电阻连接反激变换器原边主功率管，检测采样电阻电压峰值得到第一峰值电压，所述第一峰值电压和目标参数相乘得到第一控制信号，根据所述第一控制信号和过功率参考信号判断是否启动过功率保护。本发明可以准确的实现过功率保护，且易实现。

Description

反激变换器的过功率保护方法、保护电路及反激变换器
技术领域
本发明涉及电力电子领域，特别涉及一种反激变换器的过功率保护方法、保护电路及反激变换器。
背景技术
现有技术中，在一些电源应用中，有输出过功率保护的需求，特别是在PD快充适配器中，在不同的输出电压下，希望适配器功率均能限定在一个设定值下。通常在如图1所示的反激PWM控制器中，会通过检测FB(或者COMP)引脚的电压，当FB引脚大于一固定阈值持续一段时间后，触发过功率保护(OPP)。
由于在不同输入电压下，对于同一个功率点，FB引脚电压不一样。在同等负载条件下，低压输入时，FB引脚电压高，高压输入时，FB引脚电压低。所以通常需要加输入电压补偿。但是即使加入输入电压补偿，也难以实现整个输入电压范围下都能做到准确的过功率保护。
发明内容
本发明的目的是提供一种过功率保护准确的反激变换器的过功率保护方法、保护电路及反激变换器，解决了现有技术中过功率保护不准确的问题。
基于上述目的，本发明提供了一种反激变换器的控制方法采样电阻连接反激变换器原边主功率管，检测采样电阻电压峰值得到第一峰值电压，所述第一峰值电压和目标参数相乘得到第一控制信号，根据所述第一控制信号和过功率参考信号判断是否启动过功率保护。
可选的，所述第一控制信号和固定参数的乘积表征反激变换器的输出功率，所述第一控制信号为变量，所述固定参数为常量。
可选的，所述目标参数为同步整流管占空比和输出电压反馈信号的乘积。
可选的，所述目标参数为原边主功率管的占空比和第一电流的乘积的一半；所述第一电流为在主功率管导通期间流过辅助绕组的电流。
可选的，所述目标参数为第一峰值电压和开关频率的乘积。
可选的，当判断需要启动过功率保护时，所述原边主功率管关断。
本发明还提供一种反激变换器的过功率保护电路，采样电阻连接反激变换器原边主功率管，检测采样电阻电压峰值得到第一峰值电压；
将所述第一峰值电压和目标参数的相乘得到第一控制信号；
根据所述第一控制信号和过功率参考信号判断过功率保护是否启动。
可选的，所述第一控制信号和固定参数的乘积表征反激变换器的输出功率，所述第一控制信号为变量，所述固定参数为常量。
可选的，包括开关时间检测电路、运算电路和第一比较器，所述开关时间检测电路检测副边整流管导通时间和开关周期，所述运算电路根据副边整流管导通时间和开关周期计算副边整流管占空比，并将副边整流管占空比、第一峰值电压和输出电压反馈信号相乘，得到所述第一控制信号；所述第一比较器将第一控制信号和过功率参考信号进行比较，当所述第一控制信号大于所述过功率参考信号时，控制原边主功率管关断，过功率保护启动；所述副边整流管占空比和所述输出电压反馈信号的乘积为所述目标参数。
可选的，包括均值电路、运算电路和第一比较器，所述均值电路接收所述第一峰值电压，根据所述第一峰值电压计算采样电阻电压的平均值，输出平均值信号；所述运算电路将所述平均值信号和第一电流相乘得到所述第一控制信号，所述第一电流为在主功率管导通期间流过辅助绕组的电流；所述第一比较器将第一控制信号和过功率参考信号进行比较，当所述第一控制信号大于所述过功率参考信号，控制原边主功率管关断，过功率保护启动；所述第一峰值电压和原边主功率管的占空比的乘积的一半表征采样电阻电压的平均值，所述原边主功率管的占空比和所述第一电流乘积的一半为所述目标参数；。
可选的，包括运算电路和第一比较器，所述运算电路计算所述第一峰值电压的二次方得到第一控制信号，并将过功率参考信号在一个开关周期进行积分得到积分信号；所述第一比较器将所述第一控制信号和所述积分信号进行比较，当所述第一控制信号大于所述积分信号时，控制原边主功率管关断，过功率保护启动；所述第一峰值电压和开关频率的乘积为所述目标参数。
本发明还一种反激变换器，包括以上任意一种所述的过功率保护电路。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明在采样电阻负压端叠加偏置电压得到第一电压，并采样得到第一峰值电压，根据所述第一峰值电压和内部设定的参考电压判断过功率保护是否启动。本发明可以实现精确的过功率保护。
附图说明
图1为现有技术中反激变换器的控制器及外围电路原理图；
图2为本发明反激变换器过功率保护电路实施例一原理图；
图3为本发明反激变换器过功率保护电路实施例二原理图；
图4为本发明反激变换器过功率保护电路实施例三原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精神和区间上做的替代、修改、等效方法以及方案。
为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图2所示，示意了本发明过功率保护电路实施例一原理图，具体的过功率保护原理基于P＝Vo*Io的采样保护方法：通过检测VSpin电压得到输出电压的反馈信号VS，参照图2，VSpin为辅助绕组输出电压的采样引脚；通过CSpin检测信息估算出Io，输出功率公式如下：
把公式(1)重新组合得到公式(2)
公式(2)左半部分VCS_PEAK·DS·VS为变量，右半部分为常量。公式(1)、(2)中VCS_PEAK为VCS电压峰值，Ds为同步整流管D1的占空比，VS为输出电压反馈信号，Np为原边绕组匝数，Ns为副边绕组匝数，Naux为辅助绕组匝数，Rcs为原边电流采样电阻，RUP和RDOWN分别为辅助变压器输出端的分压电阻。分别采样VCS_PEAK、Tons、Ts和VS大小，计算同步整流管占空比Ds＝Tons/Ton，然后通过乘法器计算VCS_PEAK·DS·VS，乘积的计算结果Vc1与内部设定的过功率参考信号Vopp对比，当Vc1>Vopp时，启动过功率保护。
相对应的原理图实施方式为，以应用于反激变换器为例，采样电阻Rcs连接原边功率管后接大地端，采样电阻Rcs和功率管公共连接端为控制器参考地端，峰值电压采样电路U101检测采样电阻电压峰值得到第一峰值电压Vpeak，开关时间检测电路检测电路U104示意可检测主功率管导通时间、同步整流管导通时间和开关周期，运算电路U102接收第一峰值电压Vpeak，运算电路U102通过反激变换器开关时间计算得到副边整流管占空比，并将第一峰值电压Vpeak、副边整流管占空比和输出电压计算得到第一控制信号Vc1，第一比较器U103将第一控制信号Vc1和过功率参考信号Vopp进行比较，以判断是否需要启动过功率保护。
如图3所示，示意了本发明过功率保护电路实施例二原理图，具体的过功率保护原理如下：基于P＝Vi*Ii的采样保护方法，基于输入功率计算的输出功率表达式如公式(3)：
其中D为原边开关管占空比，如图2波形，D＝Ton/Tsw；IVS为原边功率管导通时，流出VSpin的电流大小，其他参量的解释与施例一原理中的相同。把公式(3)重新组合得到公式(4)，其中效率η认为近似常量，
公式(4)左半部分为变量，右半部分为常量。芯片分别采样/>(即CS电压的平均值)和IVS大小，然后通过乘法器计算两者之积，积的计算结果与内部设定的过功率参考信号对比，实现过功率保护。
相对应的原理图实施方式如下：与实施例一原理类似，部分相同处不做赘述，峰值电压采样电路U101采样得到第一峰值电压Vpeak，平均值电路U102接收第一峰值电压Vpeak，并根据第一峰值电压Vpeak和原边主功率管的占空比计算采样电阻电压的平均值为运算电路U103计算采样电阻电压的平均值Va和流入VSpin脚电流IVS的乘积得到第一控制信号Vc1，第一比较器U104将第一控制信号Vc1和过功率参考信号Vopp进行比较，以判断是否需要启动过功率保护。
如图4所示，示意了本发明过功率保护电路实施例三原理图，具体的过功率保护电路原理基于P＝0.5*Lm*Ipeak^2*fs的采样保护方法：基于反激励磁电感功率计算的输出功率表达式如公式(5)：
其中η为输出功率与励磁电感功率的比值，近似认为常量，f为开关频率，Lm原边电感，其他参量的解释与实施例一原理中的相同。把公式(5)重新组合得到公式(6)：
公式(6)左半部分VCS_PEAK 2·f为变量，右半部分为常量。其中VCS_PEAK 2·f比较难实现计算。可通过以方法实现保护，设定内部与VCS_PEAK 2·f作比较的过功率参考信号为Vopp.则可把VCS_PEAK 2与Vopp/f作比较。Vopp/f可转换为公式(7)：
其中Tsw为开关周期，则Vopp/f可以简单的由Vopp在一个开关周期里积分累加得到。芯片通过乘法器计算出VCS_PEAK 2，与内部计算到的Vopp/f比较，实现过功率保护。
相对应的原理图实施方式为，与实施例一原理类似，部分相同处不做赘述，峰值电压采样电路U101采样得到第一峰值电压Vpeak，运算电路U102接收第一峰值电压Vpeak，计算其二次方得到V1，并在一个开关周期内对过功率参考电压进行积分得到积分信号V2，第一比较器U103将V1信号和V2信号进行比较，以判断是否需要启动过功率保护。
以上实施例，在判断需要启动过功率保护时，控制主功率管关断；主功率管的导通可根据时钟信号或其他导通控制信号控制。
虽然以上将实施例分开说明和阐述，但涉及部分共通之技术，在本领域普通技术人员看来，可以在实施例之间进行替换和整合，涉及其中一个实施例未明确记载的内容，则可参考有记载的另一个实施例。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种反激变换器的过功率保护方法，采样电阻连接反激变换器原边主功率管，其特征在于：检测采样电阻电压峰值得到第一峰值电压，所述第一峰值电压和目标参数相乘得到第一控制信号，根据所述第一控制信号和过功率参考信号判断是否启动过功率保护；
所述目标参数为同步整流管占空比和输出电压反馈信号的乘积；
或者，所述目标参数为原边主功率管的占空比和第一电流的乘积的一半；所述第一电流为在主功率管导通期间流过辅助绕组的电流；
或者，所述目标参数为第一峰值电压和开关频率的乘积。
2.根据权利要求1所述的反激变换器的过功率保护方法，其特征在于：所述第一控制信号和固定参数的乘积表征反激变换器的输出功率，所述第一控制信号为变量，所述固定参数为常量。
3.根据权利要求1所述的反激变换器的过功率保护方法，其特征在于：当判断需要启动过功率保护时，所述原边主功率管关断。
4.一种反激变换器的过功率保护电路，采样电阻连接反激变换器原边主功率管，其特征在于：
检测采样电阻电压峰值得到第一峰值电压；
将所述第一峰值电压和目标参数的相乘得到第一控制信号；
根据所述第一控制信号和过功率参考信号判断过功率保护是否启动；
包括开关时间检测电路、运算电路和第一比较器，所述开关时间检测电路检测副边整流管导通时间和开关周期，所述运算电路根据副边整流管导通时间和开关周期计算副边整流管占空比，并将副边整流管占空比、第一峰值电压和输出电压反馈信号相乘，得到所述第一控制信号；所述第一比较器将第一控制信号和过功率参考信号进行比较，当所述第一控制信号大于所述过功率参考信号时，控制原边主功率管关断，过功率保护启动；所述副边整流管占空比和所述输出电压反馈信号的乘积为所述目标参数。
5.根据权利要去4所述的反激变换器的过功率保护电路，其特征在于：所述第一控制信号和固定参数的乘积表征反激变换器的输出功率，所述第一控制信号为变量，所述固定参数为常量。
6.一种反激变换器的过功率保护电路，采样电阻连接反激变换器原边主功率管，其特征在于：
检测采样电阻电压峰值得到第一峰值电压；
将所述第一峰值电压和目标参数的相乘得到第一控制信号；
根据所述第一控制信号和过功率参考信号判断过功率保护是否启动；
包括均值电路、运算电路和第一比较器，所述均值电路接收所述第一峰值电压，根据所述第一峰值电压计算采样电阻电压的平均值，输出平均值信号；所述运算电路将所述平均值信号和第一电流相乘得到所述第一控制信号，所述第一电流为在主功率管导通期间流过辅助绕组的电流；所述第一比较器将第一控制信号和过功率参考信号进行比较，当所述第一控制信号大于所述过功率参考信号，控制原边主功率管关断，过功率保护启动；所述第一峰值电压和原边主功率管占空比的乘积的一半表征采样电阻电压的平均值，所述原边主功率管的占空比和所述第一电流乘积的一半为所述目标参数。
7.一种反激变换器的过功率保护电路，采样电阻连接反激变换器原边主功率管，其特征在于：
检测采样电阻电压峰值得到第一峰值电压；
将所述第一峰值电压和目标参数的相乘得到第一控制信号；
根据所述第一控制信号和过功率参考信号判断过功率保护是否启动；
包括运算电路和第一比较器，所述运算电路计算所述第一峰值电压的二次方得到第一控制信号，并将过功率参考信号在一个开关周期进行积分得到积分信号；所述第一比较器将所述第一控制信号和所述积分信号进行比较，当所述第一控制信号大于所述积分信号时，控制原边主功率管关断，过功率保护启动；所述第一峰值电压和开关频率的乘积为所述目标参数。
8.一种反激变换器，其特征在于：包括权利要求4-7任意一种所述的过功率保护电路。
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