一种应用于反激式电源电路的自适应屏蔽时间生成系统的制作方法

1.本发明涉及集成电路技术领域，特别是涉及一种应用于反激式电源电路的自适应屏蔽时间生成系统。


背景技术：

2.零电流检测（zcd）作为反激式电源电路的重要参数，其v
zcd
电压波形信息是变压器退磁时间、输出过流保护、输出过压保护、输出欠压保护等技术环节的基础。以退磁时间侦测为例，其基本实现思路是通过辅助绕组（na）和电阻分压网络（r1，r2）获取v
zcd
电压波形。v
zcd
电压从其平台起始时刻下降到其平台值v
stage
（在变压器副边退磁时间内，v
zcd
电压曲线近似水平部分的直线所对应的电压值）的k（0《k《1）倍时所经历的时间即退磁时间（t
demag
）。因此，在具体的执行过程中准确的采样v
zcd
电压的平台值v
stage
是该方法的关键。但是，在实际的电路中由于器件的非理想特性，使得v
zcd
电压的平台起始时刻存在电压尖峰和谐振，而且该电压尖峰的峰值和谐振时间随副边接入负载的改变而改变。因此，在采样v
zcd
电压的平台值v
stage
时需要屏蔽v
zcd
的谐振的区间。然而，如何自适应选择屏蔽时间以规避该谐振电压是该方法的重要技术难点。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种应用于反激式电源电路的自适应屏蔽时间生成系统，能够随接入负载的改变而自适应的生成屏蔽时间信号，以规避v
zcd
的谐振电压区间。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种应用于反激式电源电路的自适应屏蔽时间生成系统，反激式电源电路包括原边绕组单元；原边绕组单元包括原边绕组和原边开关管；原边绕组一端连接供电电压，另一端连接原边开关管的输入端；自适应屏蔽时间生成系统包括：原边电压检测电路，用于采集原边绕组单元的原边电压值；所述原边电压值用于表征原边电流。
5.原边电压峰值保持电路，输入端与所述原边电压检测电路的输出端连接，用于在原边开关管导通时，输出原边电压值，在原边开关管断开时，保持并输出原边电压峰值。
6.比较电压值输出电路，用于在所述原边开关管断开时，利用恒流电源对一比较电容器进行充电，在所述原边开关管导通时，对所述比较电容器进行放电；所述比较电压值的峰值大于等于所述原边电压峰值。
7.第一比较器，正输入端连接所述原边电压峰值保持电路的输出端，负输入端连接所述比较电容器的第一端板，用于在所述正输入端的电压值高于所述负输入端的电压值时，输出高电平，否则输出低电平。
8.逻辑判断电路，用于根据所述第一比较器的输出和所述原边开关管控制信号，生成屏蔽时间信号。
9.可选地，所述原边电压峰值保持电路包括：
运算放大器，正输入端与所述原边电压检测电路的输出端连接。
10.mos管，栅极和漏极均与所述运算放大器的输出端连接，源极分别与所述运算放大器的负输入端和第一电容器的第一端板连接；用于在所述运算放大器正输入端的原边电压值高于所述运算放大器负输入端的跟随电压值时，对所述第一电容器进行充电，在所述运算放大器正输入端的原边电压值低于所述运算放大器负输入端的跟随电压值时，使所述第一电容器处的电压保持在所述跟随电压值。
11.第一电容器放电开关，一端接所述第一电容器的第一端板，另一端接地；所述第一电容器的第二端板接地，所述第一电容器放电开关导通时，所述第一电容器接地并迅速完成放电。
12.复位电路，根据所述原边开关管控制信号，控制所述第一电容器放电开关的导通或断开。
13.可选地，所述逻辑判断电路包括：逻辑非门控制器和逻辑与门控制器。
14.所述逻辑非门控制器，输入端获取所述原边开关管控制信号，输出端与所述逻辑与门控制器的第一输入端连接。
15.所述逻辑与门控制器，第二输入端与所述第一比较器的输出端连接。
16.可选地，所述自适应屏蔽时间生成系统还包括：第二比较器，正输入端连接所述比较电容器的第一端板，负输入端连接一恒定参考电压值，用于在所述正输入端的电压值高于所述负输入端的电压值时，输出高电平，否则输出低电平；所述恒定参考电压值与预设最小屏蔽时间正相关；所述比较电压值的峰值大于等于所述恒定参考电压值。
17.逻辑判断电路，用于根据所述第一比较器的输出、第二比较器的输出和所述原边开关管控制信号，生成屏蔽时间信号。
18.可选地，所述逻辑判断电路包括：第一逻辑非门控制器、第二逻辑非门控制器、逻辑或门控制器和逻辑与门控制器。
19.所述第一逻辑非门控制器，输入端采集所述原边开关管控制信号，输出端与所述逻辑与门控制器的第一输入端连接。
20.所述第二逻辑非门控制器，输入端与所述第二比较器的输出端连接，输出端与所述逻辑或门控制器的第一输入端连接。
21.所述逻辑或门控制器，第二输入端与所述第一比较器的输出端连接，输出端与所述逻辑与门控制器的第二输入端连接。
22.可选地，所述比较电压值输出电路包括：恒流电源、比较电容器、比较电容器充电开关、比较电容器放电开关和第三逻辑非门控制器。
23.所述比较电容器充电开关，一端与所述恒流电源连接，另一端与所述比较电容器的第一端板连接。
24.所述第三逻辑非门控制器，输入端采集所述原边开关管控制信号，输出端与所述比较电容器充电开关控制连接，在所述原边开关管控制信号为低电平时，控制所述比较电容器充电开关导通。
25.所述比较电容器放电开关，一端与所述比较电容器的第一端板连接，另一端与所述比较电容器的第二端板连接并接地，受所述原边开关管控制信号控制，在所述原边开关
管控制信号为高电平时，所述比较电容器放电开关导通。
26.可选地，所述比较电容器的容量选取需满足以下公式：其中，v
min_blank
为一恒定参考电压值，δt为预设最小屏蔽时间，i
charge
为所述恒流电源的电流大小，c
charge
为所述比较电容器的容量。
27.可选地，所述原边电压检测电路包括：第一电阻。
28.所述第一电阻，一端与所述原边开关管的输出端连接，另一端接地。
29.可选地，所述原边电压检测电路包括：并联连接的第一电阻和一分支电路。
30.所述第一电阻，一端与所述原边开关管连接，另一端接地。
31.所述分支电路，一端与所述原边开关管和所述第一电阻的连接点连接，另一端与所述第一电阻接地端连接；所述分支电路用于对所述原边开关管和所述第一电阻连接点处的原边电压值进行滤波并输出。
32.可选地，所述分支电路包括串联连接的第二电阻和第二电容器。
33.所述第二电阻，一端与所述原边开关管和所述第一电阻的连接点连接，另一端与所述第二电容器的第一端板连接；所述第二电容器的第二端板与所述第一电阻的接地端连接。
34.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的一种应用于反激式电源电路的自适应屏蔽时间生成系统，包括：原边电压检测电路，用于采集原边绕组单元的原边电压值；原边电压峰值保持电路，输入端与所述原边电压检测电路的输出端连接，用于在原边开关管导通时，输出原边电压值，在原边开关管断开时，保持并输出原边电压峰值；比较电压值输出电路，用于在所述原边开关管断开时，利用恒流电源对一比较电容器进行充电，在所述原边开关管导通时，对所述比较电容器进行放电；所述比较电压值的峰值大于等于所述原边电压峰值；第一比较器，正输入端连接所述原边电压峰值保持电路的输出端，负输入端连接所述比较电容器的第一端板，用于在所述正输入端的电压值高于所述负输入端的电压值时，输出高电平，否则输出低电平；逻辑判断电路，用于根据所述第一比较器的输出和所述原边开关管控制信号，生成屏蔽时间信号。本发明中除了将导致退磁时间开启的原边开关管控制信号作为屏蔽时间信号生成的基础条件之外，考虑到原边电压峰值的大小与用电负载呈正相关，通过采集原边电压并保持在原边电压峰值输出，作为屏蔽时间信号生成的决定性条件之一，在退磁时间内，可以随接入负载的改变而自适应的生成屏蔽时间信号；最终生成的屏蔽时间信号高电平持续时间与zcd信号的尖峰持续时间基本相同，将其结合到现有的zcd信号采集中，能够达到屏蔽掉zcd信号平台起始时刻存在的电压尖峰和谐振的效果，保障了采样zcd信号平台值时的准确度，进一步保证了退磁时间的精准测量。
附图说明
35.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施
例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
36.图1为用于检测退磁时间的退磁时间检测电路的示意图，(a)为退磁时间检测电路的结构示意图，(b)为zcd信号的波形图；图2为本发明提供的一种应用于反激式电源电路的自适应屏蔽时间生成系统的结构示意图；图3为本发明提供的自适应屏蔽时间生成系统中原边电压峰值保持电路的结构示意图；图4为本发明提供的自适应屏蔽时间生成系统中仅包括第一比较器时的波形图；图5为本发明提供的自适应屏蔽时间生成系统中仅包括第一比较器时逻辑判断电路的结构示意图；图6为本发明提供的自适应屏蔽时间生成系统中包括第一比较器和第二比较器时的波形图（v
cs_peak
＞v
min_blank
的情况）；图7为本发明提供的自适应屏蔽时间生成系统中包括第一比较器和第二比较器时的波形图（v
min_blank
＞v
cs_peak
的情况）；图8为本发明提供的自适应屏蔽时间生成系统中包括第一比较器和第二比较器时逻辑判断电路的结构示意图。
具体实施方式
37.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.在反激式电源电路中还包括辅助绕组单元和退磁时间检测电路，辅助绕组单元中包括辅助绕组na和串联电阻r1和电阻r2，辅助绕组一端接地，另一端通过电阻r1和电阻r2的串联结构后接地，退磁时间检测电路从电阻r1和电阻r2连接点处获取zcd信号，输出退磁时间信号。而由于在实际的电路中由于器件的非理想特性（主要是变压器的漏感），使得zcd电压的平台起始时刻存在明显的电压尖峰和谐振，如图1所示的，而且该电压尖峰的峰值和谐振时间随负载情况改变而改变。因此，需要在zcd采样时需要屏蔽其电压谐振的区间。
39.本发明的目的是提供一种应用于反激式电源电路的自适应屏蔽时间生成系统，能够随接入负载的改变而自适应的生成屏蔽时间信号，以规避v
zcd
的谐振电压区间。
40.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
41.实施例1：本实施例提供了一种应用于反激式电源电路的自适应屏蔽时间生成系统，如图2所示的结构示意图，反激式电源电路包括原边绕组单元；原边绕组单元包括原边绕组和原边开关管q1；原边绕组一端连接供电电压v
in
，另一端连接原边开关管q1的输入端。自适应屏蔽时间生成系统包括：原边电压检测电路，用于采集原边绕组单元的原边电压值v
cs
；所述原边电压值v
cs
用于表征原边电流。
42.原边电压峰值保持电路，输入端与所述原边电压检测电路的输出端连接，用于在原边开关管q1导通时，输出原边电压值v
cs
，在原边开关管q1断开时，保持并输出原边电压峰值v
cs_peak
。
43.比较电压值输出电路，用于在所述原边开关管q1断开时，利用恒流电源i
charge
对一比较电容器c
charge
进行充电，比较电压值输出电路输出的比较电压值v
charge
逐渐上升，在所述原边开关管q1导通时，对所述比较电容器c
charge
进行放电，比较电压值输出电路输出的比较电压值v
charge
迅速下降；比较电压值v
charge
的峰值大于等于原边电压峰值v
cs_peak
。
44.第一比较器，正输入端连接所述原边电压峰值保持电路的输出端，负输入端连接所述比较电容器c
charge
的第一端板，用于在所述正输入端的电压值高于所述负输入端的电压值时，输出高电平，否则输出低电平。
45.逻辑判断电路，用于根据所述第一比较器的输出和所述原边开关管控制信号，生成屏蔽时间信号；屏蔽时间信号的高电平持续时间与zcd信号的尖峰持续时间相同，可用于对zcd信号中尖峰的屏蔽。
46.原边电压峰值保持电路用于提取v
cs
电压并保持在其峰值输出，所以原边电压峰值保持电路的输出电压（v
cs_hold
）在pwm信号持续为高电平开始逐渐上升，并最终稳压至v
cs_peak
，在pwm信号降为低电平时仍保持峰值输出，直到pwm由低电平升为高电平的极短时间内进行放电，但在pwm信号持续为高电平时又开始逐渐上升，并再次稳压在v
cs_peak
。具体在本实施例中，如图3所示，原边电压峰值保持电路包括：运算放大器，正输入端与所述原边电压检测电路的输出端连接。
47.mos管q2，栅极和漏极均与所述运算放大器的输出端连接，源极分别与所述运算放大器的负输入端和第一电容器c1的第一端板连接；用于在所述运算放大器正输入端的原边电压值高于所述运算放大器负输入端的跟随电压值时，对所述第一电容器c1进行充电，在所述运算放大器正输入端的原边电压值低于所述运算放大器负输入端的跟随电压值时，使所述第一电容器c1处的电压保持在所述跟随电压值。
48.第一电容器放电开关s3，一端接所述第一电容器c1的第一端板，另一端接地；所述第一电容器c1的第二端板接地，所述第一电容器放电开关s3导通时，所述第一电容器c1接地并迅速完成放电。
49.复位电路，根据所述原边开关管控制信号，控制所述第一电容器放电开关s3的导通或断开。原边电压峰值保持电路的复位由pwm信号的上升沿触发产生一个纳秒级别的高电平脉冲信号使第一电容器放电开关s3闭合，第一电容器c1迅速进行放电，从而完成复位操作。
50.如图4所示，由于zcd信号尖峰起始点是自原边开关管控制信号切换为低电平开始的，且大致是在第一比较器正输入端的电压值高于其负输入端的电压值时结束的，因此本实施例中的逻辑判断电路包括：如图5所示，逻辑非门控制器和逻辑与门控制器。
51.所述逻辑非门控制器，输入端获取所述原边开关管控制信号，输出端与所述逻辑与门控制器的第一输入端连接。
52.所述逻辑与门控制器，第二输入端与所述第一比较器的输出端连接，根据两个输入端输入的电平信号，持续输出高电平或低电平。
53.也就是说，本实施例中逻辑判断电路根据下式生成屏蔽时间信号v
blank
：其中，v
blank
即为屏蔽时间信号，pwm为原边开关管控制信号，表示为对pwm信号取反，v
comp1
为第一比较器的输出信号。
54.为了保障增强系统的逻辑安全性和适应性，在一些实施方式中，自适应屏蔽时间生成系统还包括：第二比较器，正输入端连接所述比较电容器c
charge
的第一端板，负输入端连接一恒定参考电压值v
min_blank
，用于在所述正输入端的电压值高于所述负输入端的电压值时，输出高电平，否则输出低电平；所述恒定参考电压值v
min_blank
与预设最小屏蔽时间δt正相关；所述比较电压值v
charge
的峰值大于等于所述恒定参考电压值v
min_blank
。
55.逻辑判断电路，用于根据所述第一比较器的输出、第二比较器的输出和所述原边开关管控制信号，生成屏蔽时间信号。
56.在设置了与预设最小屏蔽时间对应的恒定参考电压后，屏蔽时间信号存在两种情况，一种是在原边电压峰值高于该恒定参考电压时的情况，另一种是在原边电压峰值低于该恒定参考电压时的情况。
57.由于zcd信号尖峰起始点是自原边开关管控制信号切换为低电平开始的，因此无论是哪种情况，屏蔽时间信号的一个高电平周期起点均是原边开关管控制信号的一个下降沿的时间点，而屏蔽时间信号的高电平周期终点却不尽相同；如图6所示，在原边电压峰值高于该恒定参考电压时的情况，屏蔽时间信号的一个高电平周期的终点以比较电压值高于原边电压峰值的时间节点为准；而如图7所示，在原边电压峰值低于该恒定参考电压时的情况，屏蔽时间信号的一个高电平周期的终点则以比较电压值高于恒定参考电压的时间节点为准，因此，如图8所示，逻辑判断电路包括：第一逻辑非门控制器、第二逻辑非门控制器、逻辑或门控制器和逻辑与门控制器。
58.所述第一逻辑非门控制器，输入端采集所述原边开关管控制信号，输出端与所述逻辑与门控制器的第一输入端连接。
59.所述第二逻辑非门控制器，输入端与所述第二比较器的输出端连接，输出端与所述逻辑或门控制器的第一输入端连接。
60.所述逻辑或门控制器，第二输入端与所述第一比较器的输出端连接，输出端与所述逻辑与门控制器的第二输入端连接。
61.逻辑与门扩展性根据两个输入端输入的电平信号，持续输出高电平或低电平。
62.在上述这种实施方式中，逻辑判断电路根据下式生成屏蔽时间信号v
blank
：其中，v
blank
即为屏蔽时间信号，pwm为原边开关管控制信号，表示为对pwm信号取反，v
comp1
为第一比较器的输出信号，v
comp2
为第二比较器的输出信号，表示为对v
comp2
信号取反。
63.具体在本实施例中，比较电压值输出电路包括：恒流电源i
charge
、比较电容器ccharge
、比较电容器充电开关s1、比较电容器放电开关s2和第三逻辑非门控制器。
64.比较电容器充电开关s1，一端与恒流电源i
charge
连接，另一端与比较电容器c
charge
的第一端板连接。
65.第三逻辑非门控制器，输入端采集原边开关管控制信号，输出端与比较电容器充电开关s1控制连接，在原边开关管控制信号为低电平时，控制比较电容器充电开关s1导通。
66.比较电容器放电开关s2，一端与比较电容器c
charge
的第一端板连接，另一端与比较电容器c
charge
的第二端板连接并接地，受原边开关管控制信号控制，在原边开关管控制信号为高电平时，比较电容器放电开关s2导通。
67.根据比较电压值输出电路的原理，可以发现比较电压值的上升趋势决定了第一比较器和第二比较器高电平或低电平持续时间，比较电容器c
charge
的容量选取需满足以下公式：其中，v
min_blank
为一恒定参考电压值，δt为预设最小屏蔽时间，i
charge
为所述恒流电源的电流大小，c
charge
为所述比较电容器c
charge
的容量；通常情况下，反激式ac/dc开关变换器的最小屏蔽时间约为0.7us~1us(即上式中的δt)，对应的恒定参考电压v
min_blank
也随系统实现而为某一定值(如0.1v、0.15v)；此时v
min_blank
和δt为一固定比值，恒流电源i
charge
和比较电容器c
charge
的参数选取则有一一对应的关系，在恒流电源i
charge
确定后，比较电容器c
charge
也自然能够确定。
68.变压器原边电流检测的基本原理是通过测量与变压器原边绕组串联的第一电阻r3的电压降，实现间接测量变压器原边电压值的目的。具体到本实施例中，如图2所示的，原边电压检测电路包括：第一电阻r3，第一电阻r3的一端与原边开关管q1的输出端连接，另一端接地。
69.实际应用中，变压器原边开关管q1在正常工作时总处于高速开关状态，进而导致第一电阻r3的端电压存在较大高频噪声。因此，通常对v
cs
信号中的高频噪声进行滤除，以提高采样精度，具体在本实施例中，原边电压检测电路包括：并联连接的第一电阻r3和一分支电路。
70.第一电阻r3，一端与原边开关管q1连接，另一端接地。
71.分支电路，一端与原边开关管q1和所述第一电阻r3的连接点连接，另一端与第一电阻r3接地端连接；分支电路用于对所述原边开关管q1和所述第一电阻r3连接点处的原边电压值v
cs
进行滤波并输出。
72.具体来说，分支电路包括串联连接的第二电阻r4和第二电容器c2。
73.第二电阻r4，一端与所述原边开关管q1和所述第一电阻r3的连接点连接，另一端与所述第二电容器c2的第一端板连接；所述第二电容器c2的第二端板与所述第一电阻r3的接地端连接；第二电阻r4和第二电容器c2构成的低通rc滤波电路滤除了v
cs
信号的高频噪声，提高了采样精度。
74.本实施例中，除了将导致退磁时间开启的原边开关管控制信号作为屏蔽时间信号生成的基础条件之外，考虑到原边电压峰值的大小与用电负载呈正相关，通过采集原边电
压并保持在原边电压峰值输出，作为屏蔽时间信号生成的决定性条件之一，在退磁时间内，可以随接入负载的改变而自适应的生成屏蔽时间信号；最终生成的屏蔽时间信号高电平持续时间与zcd信号的尖峰持续时间基本相同，将其结合到现有的zcd信号采集中，能够达到屏蔽掉zcd信号平台起始时刻存在的电压尖峰和谐振的效果，保障了采样zcd信号平台值时的准确度，进一步保证了退磁时间的精准测量。
75.本文中应用了具体个例，但以上描述仅是对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；本领域的技术人员应该理解，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。
76.同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。