專利名稱：開關電源及其輸出電流的調節方法
技術領域：
本發明涉及電源領域，尤其涉及一種開關電源及其輸出電流的調節方法。
背景技術：
開關電源由于可以產生穩定的輸出電壓且具有較高的轉換效率，受到廣泛應用。 開關電源主要由脈沖頻率調制(PFM，Pulse Frequency Modulation)控制器及功率晶體管 組成，通過控制功率晶體管的開通和關斷來產生穩定的輸出電壓。參見圖1，該圖為現有技術中一種典型的恒流輸出反激式開關電源。開關電源100主要包括PFM控制器101、功率晶體管102、采樣電阻103、副邊線圈 電流過零檢測電阻109和110以及變壓器115。其中，變壓器115包括原邊線圈104，副邊 線圈105和輔助線圈106。交流輸入電壓Vac經整流橋108整流后輸入至第一濾波電容114，所述第一濾波電 容114上的第一直流電壓Vin為整個電路工作供電。所述第一濾波電容114上的第一直流 電壓Vin經啟動電阻112輸入至PFM控制器101的供電端VCC，電容116為所述供電端VCC 與地端GND之間的濾波電容。電容116被啟動電阻112充電至啟動電壓后，PFM控制器101 開始工作。另外，輔助線圈106上的電壓經整流二極管113對所述電容116充電，從而維持 所述PFM控制器101工作時所需的電壓。在所述開關電源100工作時，副邊線圈105上的 電壓經二極管107整流后對第二濾波電容117充電，所述第二濾波電容117上的第二直流 電壓Vout為外接負載提供所需的電壓，其中，電阻111并聯在所述第二濾波電容117兩端 作為泄放電阻。所述PFM控制器101的驅動端OUT連接至功率晶體管102的控制端，使功率晶體 管102做高頻率的開關動作。采樣電阻103與功率晶體管102串聯后接地，用于對原邊線 圈104中流過的原邊電流的采樣，并將采樣轉換后得到的采樣電壓傳輸至PFM控制器101 的峰值電流檢測端Vcs。所述副邊線圈105兩端的電壓依匝數比被反映到輔助線圈106上。輔助線圈106 上的電壓通過過零檢測電阻109和110分壓后得到反饋電壓，所述反饋電壓傳輸至PFM控 制器101的副邊電流過零檢測端Vfb。圖2為圖1所示的恒流輸出反激式開關電源100工作時的信號波形，其中，Vfb表 示所述副邊電流過零檢測端Vfb接收到的反饋電壓，Ip表示所述原邊線圈104中通過的原 邊電流，Is表示所述副邊線圈105中通過的副邊電流，Vcs表示所述峰值電流檢測端Vcs接 收到的采樣電壓，OUT表示所述驅動端OUT輸出的驅動電壓，下面結合圖1和圖2進行詳細 說明。依據變壓器115中各線圈的同名端關系，電流過零檢測端Vfb接收到的反饋電壓的電壓波形與副邊線圈105兩端的電壓波形相似，其電壓幅值由輔助線圈106和副邊線圈 105匝數比以及過零檢測電阻109和110的阻值比決定。當副邊線圈105導通時，副邊電流 Is流過副邊線圈105，此時反饋電壓為正電壓，PFM控制器101記錄反饋電壓為正電壓的持續時間為導通時間Ton，代表副邊線圈105導通時間的長短。在導通時間Ton期間，副邊電 流Is以某個斜率下降，當副邊電流Is下降到零時，反饋電壓以自由振蕩的方式下降并過零 點，如圖2中的時間點A。當PFM控制器101檢測到輸入至電流過零檢測端Vfb的反饋電壓 過零時，PFM控制器101終止導通時間Ton的記錄過程，同時開啟關斷時間Toff的記錄，關 斷時間Toff代表副邊線圈105關斷的持續時間長短。其中，副邊線圈105的導通是指其中 有電流通過(即副邊電流Is不為0)，而其關斷是指其中沒有電流通過(即副邊電流Is為 0)。在關斷時間Toff期間的時間點B，PFM控制器101的驅動端OUT產生的驅動電壓為高 電平，使功率晶體管102導通。在功率晶體管102導通期間，流過原邊線圈104的原邊電流 Ip以某個斜率上升。原邊電流Ip流過采樣電阻103，從而在采樣電阻103上產生相應的采 樣電壓，所述采樣電壓傳輸至PFM控制器101的峰值電流檢測端Vcs。當線性上升的采樣 電壓超過PFM控制器101內部設定的閾值電壓Vth時，PFM控制器101的驅動端OUT產生 的驅動電壓轉變為低電平，將功率晶體管102關斷，同時關斷時間Toff的記錄過程終止，而 導通時間Ton的記錄過程重新開啟。由此，關斷時間Toff期間儲存在原邊線圈104中的能 量，在下一個開關周期的導通時 間Ton期間被釋放到副邊線圈105中，開關電源進入下一個 開關周期。依據圖2中的信號波形所示，開關電源100的開關周期為上述導通時間Ton與關 斷時間Toff之和，開關電源100所輸出到負載的平均電流Iavg即為副邊線圈105導通電 流Is在開關電源100開關周期內的平均值；副邊電流Is的平均值與導通時間Ton開始時 刻的峰值電流Isk有關，副邊線圈105的峰值電流Isk由關斷時間Toff結束時刻原邊線圈 104的峰值電流Ipk及原邊線圈104和副邊線圈105的匝數比決定，而原邊線圈104的峰值 電流Ipk由PFM控制器101內部的閾值電壓Vth和采樣電阻103決定。當閾值電壓Vth固定，采樣電阻103的阻值Rcs固定，原邊線圈104的匝數Np和 副邊線圈105的匝數Ns固定時，開關電源100輸出的平均電流Iavg可以用公式(1)表示 為
r \ T , Np Ton 1 Vth Np 1r ！、
「 Iavg = — · Ipk------------、丄 J2 Ns Ton+ Toff 2 Rcs Ns χ | Toff
Ton現有技術中，PFM控制器101的內部控制電路使得導通時間Ton與關斷時間TofT 的比值為固定值，因而根據公式(1)，平均電流Iavg的值也為固定值，由此使開關電源100 輸出的電流保持恒定。上述技術方案中開關電源100的恒流輸出的控制是通過檢測原邊線圈104的電信 號來實現的，而無需對開關電源100的輸出電流進行采樣，因而被稱為原邊控制技術。此技 術的優點是無需對開關電源100的輸出電流(即副邊線圈105中的電流)進行采樣從而 省去基于光電耦合器的隔離反饋電路。此技術的缺點是PFM控制器101的內部電路確定 以后，固定的導通時間Ton與關斷時間Toff比值使得產生的輸出電流為恒定值，不能根據 實際需求進行調節。現有技術中還包括另一種開關電源，通過采樣輸出電流并經由光電耦合器隔離反 饋產生反饋信號輸入至PFM控制器，PFM控制器依據外部控制信號與反饋信號改變驅動電 壓信號的占空比，從而實現輸出電流調節。此技術的缺點是必須采樣輸出電流并由光電耦合器隔離反饋，由此導致電路復雜且成本增加；輸出電流的采樣電阻導致電源系統的效率 下降；輸出電流采樣信號的信噪比在小電流時劣化，導致輸出電流較小時控制精度變差。

發明內容
本發明解決的問題是提供一種開關電源及其輸出電流的調節方法，改善開關電源 的輸出電流的調節靈活度。為解決上述問題，本發明提供了一種開關電源，包括變壓器、脈沖頻率調制控制器 和開關晶體管，其中，所述變壓器包括原邊線圈、副邊線圈和輔助線圈，所述副邊線圈與所述原邊線圈 耦合，所述輔助線圈與所述副邊線圈耦合；所述開關晶體管包括控制端、第一端和第二端，所述控制端輸入驅動電壓，第一端 連接所述原邊線圈的輸出端；所述脈沖頻率調制控制器輸入反饋電壓和采樣電壓，所述反饋電壓與所述輔助線 圈輸出的 電壓關聯，所述采樣電壓與所述開關晶體管的第二端的電壓關聯，所述脈沖頻率 調制控制器還輸入控制信號，所述脈沖頻率調制控制器根據所述反饋電壓、采樣電壓和控 制信號產生所述驅動電壓，用于控制開關晶體管切換所述原邊線圈的導通或關斷，以調整 所述副邊線圈的導通時間與關斷時間。可選的，所述開關電源還包括整流二極管和濾波電容，所述整流二極管的輸入端 連接所述副邊線圈的一端，所述整流二極管的輸出端和所述副邊線圈的另一端分別連接所 述濾波電容的兩端，用于對所述副邊線圈中的電流進行整流。可選的，所述脈沖頻率調制控制器包括定時電容和控制單元，用于實現根據所述 反饋電壓、采樣電壓和控制信號產生所述驅動電壓，其中，所述定時電容用于對所述副邊線 圈的導通時間和關斷時間進行定時，其兩端的定時電壓用于產生所述驅動電壓；所述控制 單元根據所述控制信號、反饋電壓和采樣電壓產生供所述定時電容充電的充電電流和放電 的放電電流，所述充電電流的持續時間為所述副邊線圈的關斷時間，所述放電電流的持續 時間為所述副邊線圈的導通時間。可選的，所述控制單元包括充放電控制單元，根據所述反饋電壓、采樣電壓和定時電壓產生充放電控制信號 和所述驅動電壓，所述充放電控制信號包括交替的第一電壓和第二電壓，所述第一電壓的 持續時間為所述充電電流的持續時間，所述第二電壓的持續時間為所述放電電流的持續時 間；電流產生單元，根據所述控制信號和充放電控制信號產生所述充電電流和放電電流。可選的，所述電流產生單元包括充電電流產生單元，根據所述控制信號產生第一充電電流，在所述充放電控制信 號為第一電壓時將所述第一充電電流作為充電電流輸出；放電電流產生單元，根據所述控制信號產生第一放電電流，在所述充放電控制信 號為第二電壓時將所述第一放電電流作為放電電流輸出。可選的，還包括第一電阻設定端，所述電流產生單元還包括
第一電流產生器，根據輸入所述第一電阻設定端的信號產生第一基準電流；第二電流產生器，根據所述控制信號產生第二基準電流；所述充電電流產生單元包括第一電流鏡像器，對所述第一基準電流鏡像后產生第一電流；第二電流鏡像器，對所述第二基準電流鏡像后產生第二電流；其中，所述第一電流和第二電流進行減法運算后產生所述第一充電電流；所述放電電流產生單元包括第三電流鏡像器，對所述第一基準電流鏡像后產生第三電流；第四電流鏡像器，對所述第二基準電流鏡像后產生第四電流；其中，所述第三電流和第四電流進行加法運算后產生所述第一放電電流。可選的，所述充放電控制單元包括第一比較器，將所述反饋電壓與第二基準電壓進行比較，產生反饋比較信號；第二比較器，將所述采樣電壓與第三基準電壓進行比較，產生采樣比較信號；副邊電流通斷定時器，接收所述定時電壓、反饋比較信號和采樣比較信號，產生所述驅動電壓和充放電控制信號。可選的，還包括偏置電流源，根據所述控制信號產生偏置電流，所述偏置電流輸入 所述偏置電阻和采樣電阻，對所述采樣電壓進行調節。為解決上述問題，本發明提供了一種開關電源輸出電流的調節方法，所述開關電 源包括具有原邊線圈、副邊線圈和輔助線圈的變壓器，所述副邊線圈與所述原邊線圈耦合， 所述輔助線圈與所述副邊線圈耦合，所述副邊線圈的輸出電流為所述開關電源的輸出電 流，包括根據反饋電壓、采樣電壓和控制信號切換所述原邊線圈的導通或關斷，以調整所 述副邊線圈的導通時間與關斷時間，其中，所述反饋電壓與所述輔助線圈輸出的電壓關聯， 所述采樣電壓與所述原邊線圈輸出的電流關聯。可選的，根據反饋電壓、采樣電壓和控制信號切換所述原邊線圈的導通或關斷包 括使用定時電容的充放電過程對所述副邊線圈的導通時間和關斷時間進行定時；通過調 整所述定時電容的充電電流和放電電流控制所述定時電容的充電時間和放電時間，所述充 電電流的持續時間為所述副邊線圈的關斷時間，所述放電電流的持續時間為所述副邊線圈 的導通時間。可選的，還包括對所述采樣電壓的電壓值進行調整，以調整所述原邊線圈輸出的 電流的峰值。可選的，對所述采樣電壓的電壓值進行調整包括根據所述控制信號產生偏置電 流；將所述偏置電流轉換成偏置電壓；將所述偏置電壓與所述采樣電壓疊加。與現有技術相比，本技術具有以下優點本技術方案的開關電源及其輸出電流的調節方法通過控制信號對副邊線圈的導 通時間和關斷時間進行調整，從而改變了導通時間和關斷時間之間的比值，因此改善了開 關電源的輸出電流的調節靈活度。另外，本技術方案還通過調整采樣電壓的電壓值以調整原邊線圈的峰值電流，進 而調整副邊線圈的峰值電流，從而改善了開關電源的輸出電流的調節靈活度。


圖1是現有技術的一種開關電源的結構示意圖；圖2是圖1所示開關電源的信號波形示意圖；圖3是本發明實施例的開關電源的結構示意圖；圖4是圖3所示結構中的PFM控制器的一種結構示意圖；圖5是圖4所示結構中的模塊301的電路結構圖；圖6是圖4所示結構中的模塊302的電路結構圖；圖7是本發明實施例的開關電源的信號波形示意圖； 圖8是本發明實施例的開關電源的控制信號-輸出電流特性曲線圖；圖9是圖3所示結構中的PFM控制器的另一實施例的結構示意圖。
具體實施例方式為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖和實施例 對本發明的具體實施方式
做詳細的說明。現有技術的開關電源中，由于其電路結構固定后使得副邊線圈的導通時間與關斷 時間的比值為固定值，根據公式(1)，其輸出電流的平均值也為固定值，無法根據實際應用 的需求進行調節，靈活度較低。而采用光電耦合器隔離反饋結構雖然能夠調節輸出電流，但 是其電路復雜、難以集成，而且輸出電流較小時控制精度較差。本發明實施方式的開關電源包括變壓器、脈沖頻率調制控制器和開關晶體管，其 中，所述變壓器包括原邊線圈、副邊線圈和輔助線圈，所述副邊線圈與所述原邊線圈 耦合，所述輔助線圈與所述副邊線圈耦合；所述開關晶體管包括控制端、第一端和第二端，所述控制端輸入驅動電壓，第一端 連接所述原邊線圈的輸出端；所述脈沖頻率調制控制器輸入反饋電壓、采樣電壓和控制信號，所述反饋電壓與 所述輔助線圈輸出的電壓關聯，所述采樣電壓與所述開關晶體管的第二端的電壓關聯，所 述脈沖頻率調制控制器根據所述反饋電壓、采樣電壓和控制信號產生所述驅動電壓，用于 控制開關晶體管切換所述原邊線圈的導通或關斷，以調整所述副邊線圈的導通時間與關斷 時間。所述副邊線圈的導通是指副邊線圈上有電流輸出，副邊線圈的關斷是指副邊線圈 上沒有電流輸出，所述副邊線圈的輸出電流(可以稱之為副邊電流)的平均值為開關電源 的輸出電流。本發明的技術方案的開關電源中，通過外部控制信號結合反饋電壓和采樣電壓產 生驅動電壓，所述驅動電壓用于控制原邊線圈的導通或關斷，以調整副邊線圈的導通時間 和關斷時間，從而改變了副邊線圈的導通時間和關斷時間的比值，由此改善了開關電源的 輸出電流(即副邊線圈的輸出電流)的調節靈活度，而且結構簡單易于集成。參考圖3，該圖是本發明實施例的開關電源的結構示意圖。本實施例的開關電源200主要包括輸入整流單元200a、輸出整流單元200b、變壓 器215、開關晶體管202和PFM控制器201。
所述輸入整流單元200a包括由四個二極管構成的整流橋208和輸入濾波電容 214，對輸入的交流電壓Vac進行整流，產生輸入電壓Vin，所述輸入電壓Vin為直流電壓。所述變壓器215為一反激式變壓器，包括原邊線圈204、副邊線圈205和輔助線圈 206，所述原邊線圈204的輸入端接收所述輸入電壓Vin，所述副邊線圈205與所述原邊線圈 204耦合，所述輔助線圈206與所述副邊線圈205耦合。所述開關晶體管202包括控制端、第一端和第二端，開關晶體管可以為場效應晶 體管，其第一端(本實施例中為場效應晶體管的漏極)連接所述原邊線圈204的輸出端，其 控制端(本實施例中為場效應晶體管的柵極)輸入所述PFM控制器201產生的驅動電壓。 另外，在本發明的其他實施例中，所述開關晶體管202還可以為雙極型晶體管，其基極為所 述控制端，其集電極為所述第一端，其發射極為所述第二端。所述PFM控制器201輸入反饋電壓、采樣電壓和控制信號，所述反饋電壓與所述輔 助線圈206輸出的電壓關聯，其中所述采樣電壓與所述開關晶體管202的第二端的電壓關 聯，所述PFM控制器201根據所述反饋電壓、采樣電壓和控制信號產生所述驅動電壓，用于 控制開關晶體管202切換所述原邊線圈204的導通或關斷，以調整所述副邊線圈205的導 通時間Ton與關斷時間Toff，從而調整導通時間Ton與關斷時間Toff的比值。
所述輸出整流單元200b對所述副邊線圈205中流過的副邊電流進行整流，具體包 括整流 二極管207、濾波電容217以及電阻211，所述整流二極管207的輸入端連接所述副 邊線圈205的一端，所述整流二極管207的輸出端和所述副邊線圈205的另一端分別連接 所述濾波電容217的兩端，用于對所述副邊線圈205中的電流進行整流。所述電阻211并聯 在濾波電容217的兩端，用作泄放電阻，當開關電源200的輸出端Vout沒有連接負載(即 開路時)進行電流泄放。需要說明的是，本實施例中所述副邊線圈205連接整流二極管217的一端和原邊 線圈204連接開關晶體管202的一端，以及所述輔助線圈206的電壓輸出端為同名端。所述采樣電壓通過采樣電阻203與所述開關晶體管202的第二端的電壓關聯。所 述采樣電阻203的一端連接所述開關晶體管202的第二端(本實施中為場效應晶體管的例 為源極)，另一端接地，對流過所述原邊線圈204的原邊電流Ip進行采樣，產生所述采樣電 壓。另外，所述輸入電壓Vin經由電阻212和電容216后輸入至所述PFM控制器201 的電源端VCC和地端GND。所述輔助線圈206的電壓輸出端產生的電信號經過整流二極管 213整流后也輸入至所述電源端VCC，用以提供穩定的供電電壓。所述PFM控制器201的驅動端OUT連接至開關晶體管202的控制端，輸出所述驅動 電壓使之做高頻的開關動作。所述采樣電阻203與開關晶體管202串聯用于原邊線圈204 中的原邊電流Ip的檢測，產生采樣電壓后輸入至PFM控制器201的峰值電流檢測端Vcs。本 實施例中所述采樣電壓還通過偏置電阻220與所述開關晶體管202的第二端的電壓關聯， 具體關聯過程將在下文進行詳細說明。所述反饋電壓通過分壓單元(本實施例中包括過零檢測分壓電阻209和210)與 所述輔助線圈206的電壓輸出端的電壓關聯，所述輔助線圈206上的電壓通過所述過零檢 測分壓電阻209和210分壓后反饋到PFM控制器201的副邊電流過零檢測端Vfb。所述PFM控制器201還包括控制信號輸入端DIM，用于接收控制信號(如圖3中由可調電壓源221提供)。本實施例中的PFM控制器201還包括第一電阻設定端RSl和第 二電阻設定端RS2，其中第一電阻設定端RS 1連接第一電阻218的一端，所述第一電阻218 的另一端接地，第二電阻設定端RS2連接第二電阻219的一端，所述第二電阻219的另一端 接地。需要說明的是，本實施例中所述PFM控制器201內還集成有偏置電流源(圖中未 示出)，根據所述控制信號輸入端DIM接收到的控制信號產生偏置電流，所述偏置電流輸入 所述偏置電阻220和采樣電阻203，對所述峰值電流檢測端Vcs接收到的采樣電壓進行調 節，具體調節過程將在下文中進一步詳細說明。
本實施例中，所述PFM控制器201依據所述控制信號來調節開關電源200的副邊 線圈205的導通時間Ton與關斷時間Toff，從而調整導通時間Ton與關斷時間Toff的比 值，并通過對所述峰值電流檢測端Vcs的采樣電壓的電壓值進行調整來改變原邊線圈204 中流過的原邊電流Ip的峰值，進而調整副邊線圈205中流過的副邊電流Is的峰值。具體 的調節增益由所述第一電阻218、第二電阻219、偏置電阻220、采樣電阻203以及PFM控制 器201的內部電路結構來決定。由此，開關電源200輸出電流的平均值Iavg可以被調節至 控制信號所對應的固定值，此固定值與負載端的輸出電壓Vout及輸入電壓Vin無關。圖4為圖3中所示PFM控制器201的內部電路結構示意圖，圖5為圖4所示模塊 301的內部電路結構示意圖，圖6為圖4所示模塊302的內部電路結構示意圖，下面結合圖 3至圖6進行詳細說明。所述PFM控制器201包括定時電容和控制單元，所述定時電容用于對副邊線圈205 的導通時間Ton和關斷時間Toff進行定時，其兩端的定時電壓用于產生所述驅動電壓；所 述控制單元根據所述控制信號、反饋電壓和采樣電壓產生供所述定時電容充電的充電電流 和放電的放電電流，所述充電電流的持續時間為所述副邊線圈205的關斷時間TofT，所述 放電電流的持續時間為所述副邊線圈205的導通時間Ton。所述PFM控制器201中的控制單元包括充放電控制單元(包括圖6所示的模塊 520b、321和322)，根據所述反饋電壓、采樣電壓和定時電壓產生充放電控制信號Tons和所 述驅動電壓，所述充放電控制信號Tons包括交替的第一電壓和第二電壓，所述第一電壓的 持續時間等于所述充電電流的持續時間，所述第二電壓的持續時間等于所述放電電流的持 續時間；電流產生單元(包括圖4所示的模塊301和圖6所示的模塊520a)，根據所述控制 信號和充放電控制信號Tons產生所述充電電流和放電電流。所述電流產生單元包括充電電流產生單元(包括圖4所示的313、314、318和圖 6所示的505、503)，根據所述控制信號產生第一充電電流Ich，在所述充放電控制信號Tons 為第一電壓時將所述第一充電電流Ich作為充電電流輸出；放電電流產生單元(包括圖4 所示的315、316、319和圖6所示的506)，根據所述控制信號產生第一放電電流Idis，在所 述充放電控制信號Tons為第二電壓時將所述第一放電電流Idis作為放電電流輸出。本實施例中所述驅動電壓由輸出端PFM傳輸至一驅動器304進行放大后輸出至所 述PFM控制器201的輸出端OUT。另外，所述PFM控制器201中還包括電源偏置單元303， 用于對所述供電端VCC和地端GND之間的供電信號進行處理，產生所需的電源信號、參考電 壓(如圖4中V1、V2、V3)等。下面參考圖4本實施例中所述電流產生單元做進一步的詳細說明。圖4中的模塊301包括四個信號輸入端(第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端和第四輸入端)以及三個 信號輸出端(第一輸出端、第二輸出端和第三輸出端)。所述第一輸入端接收第一基準電壓Vl ；第二輸入端連接所述第一電阻設定端RS 1 ；第三輸入端連接所述控制信號輸入端DIM ；第四輸入端連接所述第二電阻設定端RS2。所述第一輸出端連接模塊302的輸入端Ch ；第二輸出端連接模塊302的輸入端 Dis ；第三輸出端連接所述峰值電流檢測端Vcs。所述電流產生單元包括模塊301中的第一電流產生器310，根據輸入所述第一電 阻設定端RSl的信號(通過所述第一電阻218)和第一基準電壓Vl產生第一基準電流Ia ； 第二電流產生器312，根據輸入至所述控制信號輸入端DIM的控制信號Vdim和輸入所述第 二電阻端RS2的信號(通過所述第二電阻219)產生第二基準電流Ib;充電電流產生單元， 根據所述充放電控制信號Tons產生定時電容的充電電流；放電電流產生單元，根據所述充 放電控制信號Tons產生定時電容的放電電流。其中，所述充電電流產生單元包括第一電流鏡像器313，對所述第一基準電流Ia 鏡像后產生第一電流ml*Ia;第二電流鏡像器314，對所述第二基準電流鏡Ib像后產生第二 電流m2*Ib，其中所述第一電流ml*Ia和第二電流m2*Ib通過電流減法器318進行減法運算 后產生所述第一充電電流Ich。
所述放電電流產生單元包括第三電流鏡像器315，對所述第一基準電流Ia鏡像 后產生第三電流m3*Ia ；第四電流鏡像器316，對所述第二基準電流Ib鏡像后產生第四電流 m4*Ib ；其中，所述第三電流m3*Ia和第四電流m4*Ib通過電流加法器319進行加法運算后 產生所述第一放電電流Idis。另外，所述電流產生單元還包括模塊301中的反相放大器311，用于對控制信號 Vdim進行反相放大后產生反相控制信號。因此，本實施例中所述第二電流產生器312的輸 入信號為所述反相控制信號而非控制信號Vdim本身。本實施例中的電流產生單元中還包括第五電流鏡像器317，用作所述偏置電流源， 對所述第二基準電流Ib進行鏡像后生成第五電流m5*Ib (即偏置電流Ivcs)，傳輸至所述峰 值電流檢測端Vcs后輸入至所述偏置電阻220和采樣電阻203，在所述偏置電阻220上產生 偏置電壓，與所述采樣電阻203上的采樣電壓疊加后，對輸入至所述峰值電流檢測端Vcs的 電壓進行調整。需要說明的是，所述偏置電流Ivcs同時也流入所述采樣電阻203，使得采樣 電阻203中通過的電流為偏置電流Ivcs和原邊線圈204中的原邊電流Ip之和，但是，在優 選的實施例中，所述偏置電阻220的電阻值(一般為數百歐姆至數千歐姆)遠大于采樣電 阻203的電阻值(一般為數歐姆)，因此所述偏置電流Ivcs流經采樣電阻203產生的電壓 在此忽略不計。結合圖6，所述電流產生單元還包括第一開關505和第二開關506。所述第一開關 505的輸入端接收所述第一充電電流Ich，控制端接收所述充放電控制信號Tons的反相信 號(經由非門503)，在所述充放電控制信號Tons為第一電壓(具體為低電平)時將所述第 一充電電流Ich作為充電電流輸出，為所述定時電容Ct充電；所述第二開關506的輸出端 接收所述第一放電電流Idis，控制端接收所述充放電控制信號Tons，在所述充放電控制信 號Tons為第二電壓(具體為高電平)時將所述第一放電電流Idis作為放電電流輸出，為 所述定時電容Ct放電。所述定時電容Ct的第一端連接所述第一開關505的輸出端和所述第二開關506的輸入端，所述定時電容Ct的第二端接地，通過所述充電電流的充電過程和 放電電流的放電過程，使得所述定時電容Ct的第一端產生所述定時電壓。下面對所述電流產生單元的工作過程進行詳細說明。結合圖3和圖4，所述第一電流產生器310根據第一基準電壓Vl以及第一電阻設 定端RSl所接的第一電阻218產生第一基準電流Ia，所述第一基準電流Ia的電流值由第一 基準電壓Vl的電壓值與第一電阻218的電阻值的比值確定。所述第一基準電流電流Ia同 時作為第一電流鏡像器313和第三電流鏡像器315的輸入，第一電流鏡像器313和第三電 流鏡像器315的電流增益分別為ml和m3，由此，第一電流鏡像器313輸出端的第一電流為 ml*Ia，第三電流鏡像器315輸出端的第三電流為m3*Ia。所述反相放大器311對控制信號輸入端DIM上輸入的控制信號Vdim進行反相后 放大后傳輸至第二電流產生器312。所述反相放大器311的增益為負斜率特性，亦即當所 述控制信號Vdim增大時，反相放大器311產生的反相控制信號隨之減小；當所述控制信號 Vdim減小時，反相放大器311的產生的反相控制信號隨之增大。所述第二電流產生器312根據所述反相放大器311輸出的反相控制信號以及第二 電阻設定端RS 2所接的第二電阻219而產生第二基準電流Ib，所述第二基準電流Ib的電流 值由反相放大器311輸出的反相控制信號的電壓值與第二電阻設定端RS2所連接的第二電 阻219的電阻值之間的比值確定。換言之，所述第二基準電流Ib的電流值由所述控制信號 Vdim、反相放大器311的增益以及第二電阻219的電阻值確定。所述第二基準電流Ib同時 作為所述第二電流鏡像器314、第四電流鏡像器316和第五電流鏡像器317的輸入。第二電 流鏡像器314、第四電流鏡像器316和第五電流鏡像器317的電流增益分別為m2、m4和m5， 由此，所述第二電流鏡像器314輸出端的第二電流的電流值為m2*Ib，第四電流鏡像器316 輸出端的第四電流的電流值為m4*Ib，第五電流鏡像器317輸出端的第五電流的電流值為
n^Ibo需要說明的是，所述第一電流鏡像器313、第二電流鏡像器314、第三電流鏡像器 315、第四電流鏡像器316和第五電流鏡像器317的電流增益ml、m2、m3、m4和m5分別由各 電流鏡像器的內部器件參數決定。所述電流減法器318對所述第一電流鏡像器313產生的第一電流ml*Ia與第二電 流鏡像器314產生的第二電流m2*Ib做減法運算后產生所述第一充電電流Ich。所述電流 加法器319對第三電流鏡像器315產生的第三電流m3*Ia與第四電流鏡像器316產生的第 四電流m4*Ib做加法運算后產生所述第一放電電流Idis。所述第一充電電流Ich經由模塊 302的輸入端Ch輸入至所述第一開關505的輸入端，所述第一放電電流Idis經由模塊302 的另一個輸入端Dis輸入至所述第二開關506的輸出端。由上所述，所述電流產生單元根據所述控制信號輸入端DIM上施加的控制信號 Vdim,同時對所述第一充電電流Ich、第一放電電流Idis和偏置電流Ivcs進行調節，其具體 的調節系數由第一電阻設定端RSl的第一電阻218的電阻值、第二電阻設定端RS2端的第 二電阻219的電阻值、反相放大器311的增益、各電流鏡像器的增益ml、m2、m3、m4、m5而確定。依上所述，所述第一充電電流Ich表示為Ich = ml*Ia_m2*Ib(2)
所述第一放電電流Idis表示為Idis = m3*Ia+m4*Ib(3)所述偏置電流Ivcs表示為Ivcs = m5*Ib(4)所述第一充電電流Ich和第一放電電流Idis在所述充放電控制信號Tons的控制 下分別作為充電電流和放電電流對所述定時電容Ct進行充電和放電，以調整所述副邊線 圈205的關斷時間Toff和導通時間Ton，進而調整導通時間Ton和關斷時間Toff的比值。下面對圖4中的模塊302做進一步的詳細說明。所述模塊302包括四個信號輸入 端和一個信號輸出端；所述模塊302的第一輸入端Ch連接所述電流減法器318的輸出端；第二輸入端 Dis連接所述 電流加法器319的輸出端；第三輸入端連接所述副邊電流過零檢測端Vfb ；第 四輸入端連接所述峰值電流檢測端Vcs。所述模塊302的輸出端PFM的輸出信號經由驅動 器304放大后由輸出端OUT輸出。所述模塊302的第四輸入端通過所述峰值電流檢測端Vcs連接所述偏置電阻220 的一端，偏置電阻220的另一端連接所述采樣電阻203與開關晶體管202相連的一端，采樣 電阻203的另一端接地。所述模塊302包括第一比較器321、第二比較器322和模塊320。模塊320的第一輸入端連接模塊302的輸入端Ch，模塊320的第二輸入端連接模 塊302的輸入端Dis，模塊320的第三輸入端Demag連接所述第一比較器321的輸出端，模 塊320的第四輸入端Peak連接第二比較器322的輸出端，模塊320的輸出信號由所述模塊 302的輸出端PFM輸出。所述第一比較器321的正輸入端連接第二基準電壓V2，負輸入端連接副邊電流過 零檢測端Vfb，輸出端連接模塊320的第三輸入端Demag。所述第二比較器322的負輸入端連接第三基準電壓V3，正輸入端連接峰值電流檢 測端Vcs，輸出端連接模塊320的第四輸入端Peak。下面結合模塊302具體說明本實施例中的充放電控制單元的工作過程，所述充放 電控制單元包括所述第一比較器321、第二比較器322和副邊電流通斷定時器(圖6中的 520b，集成于模塊320中)。需要說明的是，參考圖6，所述模塊320中包括了所述定時電 容Ct、第一開關505、第二開關506、非門503和充放電控制單元中的副邊電流通斷定時器 520b。所述副邊電流通斷定時器520b產生所述充放電控制信號Tons，在所述充放電控 制信號Tons為第一電壓時將所述第一充電電流Ich作為充電電流對定時電容Ct進行充 電，定時電容Ct的充電時間對應于所述副邊線圈205的關斷時間Toff ；在所述充放電控制 信號Tons為第二電壓時將所述第一放電電流Idis作為放電電流對所述定時電容Ct進行 放電，定時電容Ct的放電時間對應于所述副邊線圈205的導通時間Ton。當所述充放電控制信號Tons為第一電壓(具體為低電平)時，在關斷時間Toff 期間的某個時間點開始，模塊320的輸出端PFM輸出高電平，經驅動器304后使所述開關晶 體管202導通，產生流經原邊線圈204和開關晶體管202的原邊電流Ip。所述原邊電流Ip流經采樣電阻203，在所述采樣電阻203上產生采樣電壓Vrcs，與此同時，所述第五電流鏡像器317產生的偏置電流Ivcs流經偏置電阻220 (其電阻值為 Rpk)和采樣電阻203 (其電阻值為Rcs)后在所述偏置電阻220上產生偏置電壓Vrpk。所述 采樣電壓Vrcs與偏置電壓Vrpk相疊加后經由峰值電流檢測端Vcs傳輸至第二比較器322， 與第三基準電壓V3進行比較，當超過所述第三基準電壓V3時第二比較器322輸出高電平， 使第四輸入端Peak的信號為高電平，第四輸入端Peak為高使得所述副邊電流通斷定時器 520b產生的充放電控制信號Tons為第二電壓(具體為高電平)停止對定時電容Ct充電， 副邊線圈205的關斷時間Toff定時結束，副邊電流通斷定時器520b的輸出端(即模塊320 的輸出端PFM)輸出低電平，經驅動器304后產生所述驅動電壓，從而使開關晶體管202關 斷，副邊線圈205開始產生副邊電流Is，經由輸出整流單元200b輸出。在所述關斷時間Toff定時過程結束的時刻，所述副邊電流通斷定時器520b產生 的充放電控制信號Tons為第二電壓(具體為高電平)，使用所述第一放電電流Idis作為放 電電流對所述定時電容Ct進行放電，副邊線圈205的導通時間Ton定時由此開始，定時電 容Ct放電時間對應副邊線圈205的導通時間Ton。當副邊線圈205的能量放完，副邊電流 Is過零時刻，輔助線圈206上的電壓也過零，此電壓經所述過零檢測分壓電阻209和210分 壓后，傳輸至副邊電流過零檢測端Vfb，并傳輸至所述第一比較器321，與第二基準電壓V2 進行比較。當副邊電流Is過零時，副邊電流過零檢測端Vfb的反饋電壓低于第二基準電壓 V2，第一比較器321的輸出端為高電平，此信號傳輸至模塊320的輸入端Demag。當所述副 邊電流通斷定時器520b檢測到Demag信號為高電平的時刻，其產生的充放電控制信號Tons 改變，使得所述定時電容Ct的放電過程被停止，相應的，副邊線圈205的導通時間Ton定時 結束，與此同時，定時電容Ct重新開始被充電，下一個周期的關斷時間Toff由此開始定時。
由上所述，副邊電流通斷定時器520b利用充電電流(本實施例中具體為第一充電 電流Ich)和放電電流(本實施例中具體為第一放電電流Idis)對定時電容Ct進行充、放電 并進行定時，所述充電過程的持續時間等于所述副邊線圈205的關斷時間Toff，所述放電 過程的持續時間等于所述副邊線圈205的導通時間Ton。由于所述關斷時間Toff的持續時 間(即所述定時電容Ct的充電時間)由第一充電電流Ich的電流值與定時電容Ct的電容 值決定，導通時間Ton(即所述定時電容Ct的放電時間)的持續時間由第一放電電流Idis 的電流值與定時電容Ct的電容值決定，因此，導通時間Ton與關斷時間Toff的比值僅由第 一充電電流Ich與第一放電電流Idis的比值決定，而與定時電容Ct的電容值大小無關。綜上所述，依據公式(1)、(2)、(3)、(4)，開關電源輸出電流的平均值Iavg可表示
為
r \ T , Np Ton 1 V3- Ives.Rpk Np 1廣 c、
Iav2 = — · Ipk ■ —---=---------—Ik 5 J
2 Ns Ton+ Toff 2 Rcs Ns 丄 | Idis
Ich其中Np為原邊線圈204的匝數，Ns為副邊線圈205的匝數。根據公式(5)可知， 當所述開關電源200中的器件都確定時，如果所述控制信號Vdim的電壓值固定，所述第一 充電電流Ich、第一放電電流Idis和偏置電流Ivcs也都為固定值，從而使得開關電源的輸 出電流的平均值Iavg也相應的為固定值。如果所述控制信號Vdim的電壓值改變，則所述第一充電電流Ich、第一放電電流 Idis和偏置電流Ivcs的電流值也都隨之改變，由此所述副邊線圈205的導通時間Ton與關斷時間Toff的比值以及原邊線圈204中的原邊電流Ip的峰值電流Ipk也相應的被調節， 從而使得開關電源200產生的輸出電流改變。因此本技術方案可以通過調節控制信號Vdim 來調節所述開關電源200的輸出電流。所述控制信號Vdim可以調節開關電源200的輸出電流的平均值Iavg，其調節過程 與以下因素有關第一電阻設定端RSl連接的第一電阻218、第二電阻設定端RS2連接的第 二電阻219、偏置電阻220、采樣電阻203、原邊線圈204與副邊線圈205的匝數比以及所述 PFM控制器201內部的第一電流產生器、第二電流產生器以及各電流鏡像器的電路參數。下面對所述電流產生單元的具體電路結構進行詳細說明。結合圖4和圖5，所述電流產生單元中的反相放大器311包括第三運算放大器 408，其正輸入端接收所述控制信號Vdim，其負輸入端連接其輸出端，該連接結構使得所述 第三運算放大器408構成一單位增益放大器，其輸出端的信號跟隨所述控制信號Vdim ；第 四運算放大器409，其負輸入端通過第三電阻412連接所述第三運算放大器408的輸出端 并經由第四電阻413連接所述第四運算放大器409的輸出端，其正輸入端連接參考電壓 Vref (由所述電源偏置單元303生成)。通過上述連接方式，使得所述反相放大器311的增 益為負斜率，即所述控制信號Vdim增大時，產生的反相控制信號減小；反之，所述控制信號 Vdim減小時，產生的反相控制信號增大。 所述電流產生單元中的第一電流產生器310包括第一運算放大器401和第一晶體 管402。所述第一運算放大器401的正輸入端接收第一基準電壓Vl (由所述電源偏置單元 303生成)，所述第一運算放大器401的負輸入端通過第一電阻設定端RSl連接所述第一電 阻218的一端，所述第一電阻218的另一端接地。所述第一晶體管402的連接方式為源極 跟隨結構，其柵極連接所述第一運算放大器401的輸出端，其源極經由所述第一電阻218接 地，其漏極作為所述第一電流產生器310的電流信號輸出端，產生所述第一基準電流la。所述第一電流產生器310的輸出端的第一基準電流Ia表示為Ia = “( 6 )
R21S公式(6)中Vl表示所述第一基準電壓的電壓值，R218表示所述第一電阻218的 電阻值。所述電流產生單元中的第二電流產生器312包括第二運算放大器410和第二晶體 管411。所述第二運算放大器410的正輸入端連接所述第四運算放大器409的輸出端，第二 運算放大器410的負輸入端經由所述第二電阻219接地。所述第二晶體管411的連接方式 為源極跟隨結構，其柵極連接所述第二運算放大器410的輸出端，源極經由所述第二電阻 219接地，漏極為所述第二電流產生器312的電流信號輸出端，產生所述第二基準電流lb。 所述第二基準電流Ib為反相放大器311產生的反相控制信號的電壓值與所述第二電阻219 的電阻值的比值。需要說明的是，本實施例中，所述第二電流產生器312的輸入信號為所述反相放 大器311產生的反相控制信號，在本發明的其他實施例中，還可以將所述反相放大器311省 去，直接使用所述控制信號Vdim作為第二電流產生器312的輸入。所述第二電流產生器312輸出端的第二基準電流Ib表示為Vref+ ^ef-Vdim· RAUIb= 7RA\2__( 7 )
~R2\9上述公式(7)中的R413、R412和R219分別表示所述第四電阻413、第三電阻412 和第二電阻219的電阻值，Vref表示所述參考電壓Vref的電壓值，Vdim表示所述控制信號 Vdim的電壓值。所述電流產生單元中的第一電流鏡像器313包括第一 P型晶體管403和第二 P型 晶體管405，所述第一 P型晶體管403的源極連接電源正極，漏極連接所述第一 P型晶體管 403的柵極并接收所述第一基準電流Ia，所述第二 P型晶體管405的源極連接電源正極，柵 極連接所述第一 P型晶體管403的柵極。所述第一電流鏡像器313的電流增益ml由上述 兩個P型晶體管的寬長比決定，其產生的第一電流ml*Ia由第二 P型晶體管405的漏極輸 出ο所述電流產生單元中的第二電流鏡像器314包括第三P型晶體管414、第四P型 晶體管416、第一 N型晶體管417和第二 N型晶體管418，所述第三P型晶體管414的源極 連接電源正極，漏極連接所述第三P型晶體管414的柵極并接收所述第二基準電流Ib ，所 述第四P型晶體管416的源極連接電源正極，柵極連接所述第三P型晶體管414的柵極，所 述第一 N型晶體管417的源極接地，漏極連接所述第四P型晶體管416的漏極和所述第一 N型晶體管417的柵極，所述第二 N型晶體管418的源極接地，柵極連接所述第一 N型晶體 管417的柵極，漏極產生所述第二電流m2*Ib。所述第二電流鏡像器314的電流增益m2由 其包括的上述4個晶體管的寬長比確定。所述電流產生單元中的第三電流鏡像器315包括第五P型晶體管404、第三N型晶 體管406、第四N型晶體管407和所述第一 P型晶體管403，所述第五P型晶體管404的源 極連接電源正極，柵極連接所述第一 P型晶體管403的柵極，所述第三N型晶體管406的源 極接地，漏極連接所述第五P型晶體管404的漏極和所述第三N型晶體管406的柵極，所述 第四N型晶體管407的源極接地，柵極連接所述第三N型晶體管406的柵極，漏極產生所述 第三電流m3*Ia，其電流增益m3由其包括的上述4個晶體管的寬長比確定。所述電流產生單元中的第四電流鏡像器316包括第五N型晶體管419和所述第三 P型晶體管414、第四P型晶體管416和第一 N型晶體管417，所述第五N型晶體管419的源 極接地，柵極連接所述第一N型晶體管417的柵極，漏極產生所述第四電流m4*Ib，其電流增 益m4由其包括的上述4個晶體管的寬長比確定。所述電流產生單元中的第五電流鏡像器317包括第六P型晶體管415和所述第三 P型晶體管414，所述第六P型晶體管415的源極連接電源正極，柵極連接所述第三P型晶體 管414的柵極，漏極產生第五電流m5*Ib (即所述偏置電流Ivcs)并經由所述偏置電阻220 和采樣電阻203后接地。所述電流產生單元中的電流減法器318包括所述第二 P型晶體管405和第二 N型 晶體管418，并由上述兩個晶體管的漏極相連接來實現電流的減法運算。所述電流減法器 318輸出端的電流即為所述第一充電電流Ich，其值為(ml*Ia-m2*Ib)。所述電流產生單元中的電流加法器319包括所述第四N型晶體管407和第五N型 晶體管419，并由上述兩個晶體管的漏極相連接來實現電流的加法運算。所述電流加法器 319輸出端的電流即為所述第一放電電流Idis，其值為(m3*Ia+m4*Ib)。
依上所述，所述電流產生單元根據輸入的控制信號Vdim調節所述第一充電電流 Ich和第一放電電流Idis，且所述偏置電流Ivcs也同時由控制信號Vdim調節，其具體的調 節過程和參數可以參考公式(2)、(3)、(4)、(6)、(7)。下面結合圖3、圖4和圖6對所述充 放電控制單元進行詳細說明。圖6示出了本發明實施例圖4中的模塊302的結構示意圖，其中所述充放電控制 單元包括第一比較器321，將所述副邊電流過零檢測端Vfb接收到的反饋電壓與第二基準 電壓V2(由所述電源偏置單元303生成)進行比較，產生反饋比較信號；第二比較器322， 將所述峰值電流檢測端Vcs接收到的采樣電壓與第三基準電壓V3(由所述電源偏置單元 303生成)進行比較，產生采樣比較信號；副邊電流通斷定時器520b，接收所述反饋比較信 號、采樣比較信號以及所述定時電容Ct產生的定時電壓，產生所述驅動電壓和充放電控制 信號Tons。其中，模塊520a為所述電流產生單元的一部分，其說明參見前文，這里就不再贅 述。所述副邊電流通斷定時器520b包括D觸發器501，其D輸入端接收邏輯高電平 (“ 1 ”)，時鐘輸入端接收所述反饋比較信號；RS觸發器502，其復位端連接所述D觸發器501 的正輸出端，置位端接收所述采樣比較信號，其正輸出端產生所述充放電控制信號Tons; 第三比較器507，其正輸入端輸入所述定時電壓，其負輸入端輸入第四基準電壓V4(由所述 電源偏置單元303生成)；與非門509，其一輸入端連接所述第三比較器507的輸出端，另一 輸入端接收所述充放電控制信號Tons的反相信號(通過非門508)，其輸出端連接所述D觸 發器501的復位端，其輸出端經由反相器510后產生所述驅動電壓。圖6中的所述定時電容Ct對所述副邊線圈205的導通和關斷時間進行定時，其充 放電過程由所述充放電控制信號Tons來控制。下面具體說明本實施例中所述充放電控制單元的工作過程。 在副邊線圈205的導通時間Ton期間，所述充放電控制單元輸出(經由輸出端 PFM)的驅動電壓為低電平，充放電控制信號Tons信號為高電平，使得所述電流產生單元中 的第二開關506導通，第一開關505關斷，所述定時電容Ct由輸入端Dis輸入的放電電流 (即第一放電電流Idis)通過第二開關506放電；副邊線圈205中的電壓信號經過輔助線圈 206耦合后，再經分壓后(經由圖3中的過零檢測分壓電阻209、210)傳輸至副邊電流過零 檢測端Vfb，所述副邊線圈205導通時的副邊電流Is下降過零點時，使得副邊電流過零檢測 端Vfb接收到的反饋電壓低于所述第二基準電壓V2，從而使第一比較器321輸出端的電平 (即所述反饋比較信號)變高并輸入至所述輸入端Demag ；輸入端Demag的上升沿使所述D 觸發器501的正輸出端輸出高電平，將RS觸發器502的正輸出端清零，使得所述充放電控 制信號Tons信號為低電平，即導通時間Ton定時結束，關斷時間Toff定時開啟；充放電控 制信號Tons為低電平使得所述第一開關505導通，第二開關506關斷，定時電容Ct由所述 充電電流(即第一充電電流Ich)通過第一開關505充電，產生所述定時電壓；當所述定時 電容Ct連接的第三比較器507的正輸入端的定時電壓超過所述第四基準電壓V4時，第三 比較器507輸出高電平，相應的輸出端PFM產生的驅動電壓為高電平，同時D觸發器501被 復位；之后，高電平的驅動信號經驅動器304輸出使得開關晶體管202導通，并產生原邊電 流Ip ；原邊電流Ip在采樣電阻203上產生的采樣電壓經過偏置電阻220上產生的偏置電 壓疊加調整后傳輸至所述峰值電流檢測端Vcs ；當峰值電流檢測端Vcs接收到的電壓超過所述第三基準電壓V3時，第二比較器322的輸出電壓變高并傳輸至輸入端Peak，使得RS觸 發器502的輸出被置位，充放電控制信號Tons再次置為高電平，關斷時間Toff定時結束， 導通時間Ton定時過程重新開啟，輸出端PFM的驅動電壓重新置為低電平使得開關晶體管 202關斷；定時電容Ct通過第二開關506再次被放電，副邊線圈205再次導通產生副邊電 流Is釋放其中的儲能。由上所述，副邊線圈205的導通時間Ton和關斷時間Toff分別對應于充放電控制 信號Tons的高電平和低電平持續時間，亦即分別對應定時電容Ct的放電時間和充電時間。 而定時電容Ct的放電時間和充電時間分別由第一放電電流Idis和第一充電電流Ich以及 定時電容Ct的電容值大小決定；因而，導通時間Ton與關斷時間Toff的比值由第一充電 電流Ich與第一放電電流Idis的比值決定，而與定時電容Ct的電容值大小無關。根據公 式(2)至公式(7)，當所述控制信號Vdim的電壓值固定時，所述第一充電電流Ich與第一放 電電流Idis的比值也是固定的，由此開關電源200的輸出電流的平均值Iavg也相應的是 固定的，因此可以通過調整所述控制信號Vdim的電壓值來獲得相應的輸出電流的平均值 Iavg0圖7為本實施例的開關電源200的信號波形示意圖，其中，Vfb表示副邊電流過零 檢測端Vfb接收到的反饋電壓；Vcs表示峰值電流檢測端Vcs接收到的電壓信號；Vrcs表示 采樣電阻203上的電壓信號；Vrpk表示偏置電阻220上的電壓信號；Ipk表示原邊電流Ip 的峰值；Isk表示副邊電流Is的峰值；Iavg表示副邊電流Is的平均值；Vct表示定時電容 Ct上的定時電壓；狀態1表示在控制信號Vdim的電壓值較高時對應的波形；狀態2表示在 控制信號Vdim的電壓值為中等值時對應的波形；狀態3表示在控制信號Vdim的電壓值較 低時對應的波形。如圖7所示，本實施例中的開關電源200隨著所述控制信號Vdim的電壓值的下 降，副邊線圈205的導通時間Ton相應減小而關斷時間Toff相應增大，使得輸出電流的平 均值Iavg相應減小。另外，參考圖7中的狀態2和狀態3，隨著所述偏置電流Ivcs的增大， 所述偏置電阻220兩端的偏置電壓Vrpk也相應增大，使得峰值電流檢測端Vcs接收到的 電壓信號Vcs較快的升至所述第三參考電壓V3，從而使所述原邊線圈較快關斷，導致原邊 電流峰值Ipk和副邊電流峰值Isk相應的減小，因此輸出電流(即副邊電流Is)的平均值 Iavg也相應的減小。圖8示出了本發明實施例的開關電源的控制信號Vdim和輸出電流的平均值Iavg 的對應關系曲線圖，需說明的是，圖8的曲線是在開關電源中除所述控制信號Vdim以外的 其他器件參數都已確定的前提下得到的。由圖8可見，當所述控制信號Vdim增大時，輸出 電流的平均值Iavg也相應增大，在實際應用中，可以根據所需要的輸出電流對所述控制信 號Vdim的電壓值進行調整。另外，在本發明的其他實施例中，如果所述電流產生單元中不 包括圖4中所示的所述反相放大器311，則輸出電流的平均值Iavg隨著控制信號Vdim的增 大相應的減小。需要說明的是，參考圖3和圖4，本實施例中所述第五電流鏡像器317和偏置電阻 220用于對所述采樣電壓進行調整。所述第五電流鏡像器317產生的偏置電流Ivcs流經所 述偏置電阻220和采樣電阻203，產生偏置電壓對所述峰值電流檢測端Vcs接收到的采樣電 壓進行調整。其中，所述偏置電流Ivcs的大小受所述控制信號Vdim的控制。另外，本發明的其他實施例中還可以采用一獨立于所述控制信號Vdim的偏置電流源來產生所述偏置電 流Ivcs，以對所述采樣電壓進行調整，以調整所述原邊線圈204的峰值電流，進而實現對所 述副邊線圈205的峰值電流的調整。上述實施例中的PFM控制器201集成于單個芯片中，所述第一電阻218和第二電 阻219通過芯片引腳連接至所述PFM控制器201，在其他實施例中，所述第一電阻218和第 二電阻219也可以集成于所述芯片內部。其區別在于，由于半導體工藝水平的限制，集成于 芯片內部的電阻的電阻值會有一定的偏差，因此本實施例的采用外接電阻的方案，使其電 阻值更加精確，相應的輸入輸出的變化關系也更容易控制。
圖9示出了圖3中所示的PFM控制器201的另一實施例的電路結構示意圖。其整 體結構與之前所述實施例類似，包括定時電容612和控制單元，其中控制單元包括電流產 生單元(包括圖9中的601至608，610、611，613至617)和充放電控制單元(包括圖9中 的 640 和 623、625)。如圖9所示，所述電流產生單元包括定時電流產生單元(包括圖9中的601至 608，610、611)，接收所述控制信號Vdim，產生定時電流let，所述定時電流Ict的電流值由 所述控制信號Vdim的電壓值調節；第一參考電流源613，輸出第一參考電流Id，所述第一參 考電流Id與所述定時電流Ict進行減法運算后產生第二充電電流，在所述充放電控制信號 Tons為第一電壓(具體為低電平)時將所述第二充電電流作為充電電流輸出；第二參考電 流源616，輸出第二參考電流k*Id，所述第二參考電流k*Id與所述定時電流Ict進行加法 運算后產生第二放電電流，在所述充放電控制信號Tons為第二電壓(具體為高電平)時將 所述第二放電電流作為放電電流輸出。需要說明的是，本實施例中所述第一參考電流源613為現有技術中常見的參考電 流源，所述第二參考電流源616可以為一電流鏡像器(增益為k)，對所述第一參考電流鏡像 后產生所述第二參考電流k*Id，也可以為一獨立的電流源。其中，所述定時電流產生單元包括第三電流產生器，根據所述控制信號Vdim產生 第三基準電流Ic ；定時電流鏡像器，對所述第三基準電流Ic鏡像后產生所述定時電流let。 本實施例中所述控制信號Vdim經過反相放大器反相放大后輸入至所述第三電流產生器。其中，所述反相放大器包括第六運算放大器601，正輸入端接收所述控制信號 Vdim,負輸入端連接其輸出端；第七運算放大器602，負輸入端通過第五電阻604連接所述 第六運算放大器601的輸出端并通過第六電阻605連接所述第七運算放大器602的輸出 端，正輸入端連接參考電壓，輸出端產生反相控制信號。所述第三電流產生器包括第五運算放大器603，正輸入端接收所述反相控制信 號，負輸入端連接所述第二電阻設定端RS2 ；第三晶體管606，柵極連接所述第五運算放大 器603的輸出端，源極連接所述第二電阻設定端RS2，漏極產生所述第三基準電流Ic。所述定時電流鏡像器包括P型晶體管607、608和N型晶體管610、611，對所述第三 基準電流Ic鏡像后產生所述定時電流let。另外，本實施例中還包括另一電流鏡像器，由P型晶體管607和609構成，用于對 所述第三基準電流Ic鏡像后產生偏置電流Ivcs，用于對所述采樣電壓進行調整，其調節過 程參見前文，這里就不再贅述。所述充放電控制單元接收所述反饋電壓、采樣電壓和定時電壓，產生所述驅動電壓和充放電控制信號Tons。所述充放電控制單元的結構與前述實施例類似，包括第四比較器625，將所述反 饋電壓與所述第二基準電壓V2進行比較，產生反饋比較信號；第五比較器623，將所述采樣 電壓與所述第三基準電壓V3進行比較，產生采樣比較信號；副邊電流通斷定時器640，接收 所述定時電壓、反饋比較信號和采樣比較信號，產生所述驅動電壓和充放電控制信號Tons。所述副邊電流通斷定時器640與前述實施例類似，包括D觸發器622，其D輸入 端接收邏輯高電平，時鐘輸入端接收所述反饋比較信號；RS觸發器621，其復位端連接所述 D觸發器622的正輸出端，置位端接收所述采樣比較信號，其正輸出端產生所述充放電控制 信號Tons ；第六比較器618，其正輸入端接收所述定時電壓，其負輸入端接收第四基準電壓 V4 ；與非門620，其一輸入端連接所述比較器618的輸出端，另一輸入端接收所述充放電控 制信號Tons的反相信號(經由非門619產生)，其輸出端連接所述D觸發器622的復位端， 其輸出端經由反相器624后產生所述驅動電壓。所述充放電控制信號Tons通過第三開關614和第四開關615來控制所述定時電 容612的充放電過程。所述第三開關614的輸入端輸入所述第一參考電流Id，其控制端接 收所述充放電控制信號Tons的反相信號(經由非門617產生)，其輸出端接收所述定時電 流let。所述第四開關615的輸入端接收所述定時電流let，其控制端收所述充放電控制信 號Tons，其輸出端接收所述第二參考電流k*Id ；定時電容612的第一端連接所述第三開關 614的輸出端和所述第四開關615的輸入端，其第二端接地，其第一端產生所述定時電壓。
本發明實施例還提供了一種開關電源的輸出電流的調節方法，參考圖3和圖4，通 過調整所述控制信號Vdim的電壓值，從而調整了所述定時電容Ct的充電電流和放電電流 的電流值，使得所述副邊線圈205的導通時間Ton與關斷時間Toff發生改變，進而對所述 導通時間Ton與關斷時間Toff的比值進行調節，從而改變了開關電源輸出電流的平均值。 另外，通過調節所述控制信號Vdim的電壓值，來產生相應的偏置電流Ivcs，將所述偏置電 流輸入至偏置電阻220和采樣電阻203中轉換為偏置電壓，將所述偏置電壓與采樣電壓疊 力口，以調整所述峰值電流檢測端Vcs接收到的電壓的大小，進而調整所述原邊線圈204的峰 值電流，從而實現了對所述副邊線圈205的峰值電流的調整，因此改變了開關電源200的輸 出電流的平均值。綜上，上述技術方案提供的開關電源及其輸出電流的調節方法，通過控制信號來 調節副邊線圈的導通時間與關斷時間，從而改變了導通時間和關斷時間之間的比值，因此 改善了輸出電流的調節靈活度。另外，還通過控制信號來調節原邊電流經過采樣電阻后得到的采樣電壓，進而調 整原邊線圈的峰值電流，從而改變副邊線圈的峰值電流，進一步實現了對輸出電流的靈活 調節。本發明雖然已以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發明，任何本領域 技術人員在不脫離本發明的精神和范圍內，都可以利用上述揭示的方法和技術內容對本發 明技術方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明 的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發明技術方案 的保護范圍。
權利要求
一種開關電源，包括變壓器、脈沖頻率調制控制器和開關晶體管，其中，所述變壓器包括原邊線圈、副邊線圈和輔助線圈，所述副邊線圈與所述原邊線圈耦合，所述輔助線圈與所述副邊線圈耦合；所述開關晶體管包括控制端、第一端和第二端，所述控制端輸入驅動電壓，第一端連接所述原邊線圈的輸出端；所述脈沖頻率調制控制器輸入反饋電壓和采樣電壓，所述反饋電壓與所述輔助線圈輸出的電壓關聯，所述采樣電壓與所述開關晶體管的第二端的電壓關聯，其特征在于，所述脈沖頻率調制控制器還輸入控制信號，所述脈沖頻率調制控制器根據所述反饋電壓、采樣電壓和控制信號產生所述驅動電壓，用于控制開關晶體管切換所述原邊線圈的導通或關斷，以調整所述副邊線圈的導通時間與關斷時間。
2.根據權利要求1所述的開關電源，其特征在于，所述開關電源還包括整流二極管和 濾波電容，所述整流二極管的輸入端連接所述副邊線圈的一端，所述整流二極管的輸出端 和所述副邊線圈的另一端分別連接所述濾波電容的兩端，用于對所述副邊線圈中的電流進 行整流。
3.根據權利要求1或2所述的開關電源，其特征在于，所述脈沖頻率調制控制器包括定 時電容和控制單元，用于實現根據所述反饋電壓、采樣電壓和控制信號產生所述驅動電壓， 其中，所述定時電容用于對所述副邊線圈的導通時間和關斷時間進行定時，其兩端的定時電 壓用于產生所述驅動電壓；所述控制單元根據所述控制信號、反饋電壓和采樣電壓產生供所述定時電容充電的充 電電流和放電的放電電流，所述充電電流的持續時間為所述副邊線圈的關斷時間，所述放 電電流的持續時間為所述副邊線圈的導通時間。
4.根據權利要求3所述的開關電源，其特征在于，所述控制單元包括充放電控制單元，根據所述反饋電壓、采樣電壓和定時電壓產生充放電控制信號和所 述驅動電壓，所述充放電控制信號包括交替的第一電壓和第二電壓，所述第一電壓的持續 時間為所述充電電流的持續時間，所述第二電壓的持續時間為所述放電電流的持續時間； 電流產生單元，根據所述控制信號和充放電控制信號產生所述充電電流和放電電流。
5.根據權利要求4所述的開關電源，其特征在于，所述電流產生單元包括充電電流產生單元，根據所述控制信號產生第一充電電流，在所述充放電控制信號為 第一電壓時將所述第一充電電流作為充電電流輸出；放電電流產生單元，根據所述控制信號產生第一放電電流，在所述充放電控制信號為 第二電壓時將所述第一放電電流作為放電電流輸出。
6.根據權利要求5所述的開關電源，其特征在于，還包括第一電阻設定端， 所述電流產生單元還包括第一電流產生器，根據輸入所述第一電阻設定端的信號產生第一基準電流； 第二電流產生器，根據所述控制信號產生第二基準電流； 所述充電電流產生單元包括第一電流鏡像器，對所述第一基準電流鏡像后產生第一電流；第二電流鏡像器，對所述第二基準電流鏡像后產生第二電流； 其中，所述第一電流和第二電流進行減法運算后產生所述第一充電電流； 所述放電電流產生單元包括第三電流鏡像器，對所述第一基準電流鏡像后產生第三電流； 第四電流鏡像器，對所述第二基準電流鏡像后產生第四電流； 其中，所述第三電流和第四電流進行加法運算后產生所述第一放電電流。
7.根據權利要求6所述的開關電源，其特征在于，所述第一電阻設定端通過第一電阻 連接至地。
8.根據權利要求6所述的開關電源，其特征在于，所述第一電流產生器包括 第一運算放大器，正輸入端接收第一基準電壓，負輸入端連接所述第一電阻設定端； 第一晶體管，柵極連接所述第一運算放大器的輸出端，源極連接所述第一電阻設定端，漏極產生所述第一基準電流。
9.根據權利要求6所述的開關電源，其特征在于，還包括第二電阻設定端，所述第二電 流產生器包括第二運算放大器，正輸入端接收所述控制信號，負輸入端連接所述第二電阻設定端； 第二晶體管，柵極連接所述第二運算放大器的輸出端，源極連接所述第二電阻設定端， 漏極產生所述第二基準電流。
10.根據權利要求9所述的開關電源，其特征在于，所述第二電阻設定端通過第二電阻 連接至地。
11.根據權利要求9所述的開關電源，其特征在于，還包括反相放大器，對所述控制信 號進行反相放大后輸入至所述第二運算放大器的正輸入端。
12.根據權利要求11所述的開關電源，其特征在于，所述反相放大器包括 第三運算放大器，正輸入端接收所述控制信號，負輸入端連接其輸出端；第四運算放大器，負輸入端通過第三電阻連接所述第三運算放大器的輸出端并通過第 四電阻連接所述第四運算放大器的輸出端，正輸入端連接參考電壓，輸出端連接所述第二 運算放大器的正輸入端。
13.根據權利要求4所述的開關電源，其特征在于，所述電流產生單元包括 定時電流產生單元，根據所述控制信號產生定時電流；第一參考電流源，輸出第一參考電流，所述第一參考電流與所述定時電流進行減法運 算后產生第二充電電流，在所述充放電控制信號為第一電壓時將所述第二充電電流作為充 電電流輸出；第二參考電流源，輸出第二參考電流，所述第二參考電流與所述定時電流進行加法運 算后產生第二放電電流，在所述充放電控制信號為第二電壓時將所述第二放電電流作為放 電電流輸出。
14.根據權利要求13所述的開關電源，其特征在于，所述定時電流產生單元包括 第三電流產生器，根據所述控制信號產生第三基準電流；定時電流鏡像器，對所述第三基準電流鏡像后產生所述定時電流。
15.根據權利要求14所述的開關電源，其特征在于，還包括第二電阻設定端，所述第三 電流產生器包括第五運算放大器，正輸入端接收所述控制信號，負輸入端連接所述第二電阻設定端； 第三晶體管，柵極連接所述第五運算放大器的輸出端，源極連接所述第二電阻設定端， 漏極產生所述第三基準電流。
16.根據權利要求15所述的開關電源，其特征在于，還包括反相放大器，對所述控制信 號進行反相放大后輸入至所述第五運算放大器的正輸入端。
17.根據權利要求16所述的開關電源，其特征在于，所述反相放大器包括 第六運算放大器，正輸入端接收所述控制信號，負輸入端連接其輸出端；第七運算放大器，負輸入端通過第五電阻連接所述第六運算放大器的輸出端并通過第 六電阻連接所述第七運算放大器的輸出端，正輸入端連接參考電壓，輸出端連接所述第五 運算放大器的正輸入端。
18.根據權利要求4所述的開關電源，其特征在于，所述充放電控制單元包括 第一比較器，將所述反饋電壓與第二基準電壓進行比較，產生反饋比較信號； 第二比較器，將所述采樣電壓與第三基準電壓進行比較，產生采樣比較信號； 副邊電流通斷定時器，接收所述定時電壓、反饋比較信號和采樣比較信號，產生所述驅動電壓和充放電控制信號。
19.根據權利要求18所述的開關電源，其特征在于，所述副邊電流通斷定時器包括 D觸發器，其D輸入端接收邏輯高電平，時鐘輸入端接收所述反饋比較信號；RS觸發器，其復位端連接所述D觸發器的正輸出端，置位端接收所述采樣比較信號，其 正輸出端產生所述充放電控制信號；第三比較器，其正輸入端輸入所述定時電壓，其負輸入端輸入第四基準電壓； 與非門，其一輸入端連接所述第三比較器的輸出端，另一輸入端接收所述充放電控制 信號的反相信號，其輸出端連接所述D觸發器的復位端，其輸出端經由一反相器后產生所 述驅動電壓。
20.根據權利要求1所述的開關電源，其特征在于，所述反饋電壓通過分壓單元與所述 輔助線圈輸出的電壓關聯。
21.根據權利要求1所述的開關電源，其特征在于，所述采樣電壓通過采樣電阻與所述 開關晶體管的第二端的電壓關聯。
22.根據權利要求1所述的開關電源，其特征在于，所述采樣電壓通過采樣電阻、偏置 電阻與所述開關晶體管的第二端的電壓關聯。
23.根據權利要求22所述的開關電源，其特征在于，還包括偏置電流源，根據所述控制 信號產生偏置電流，所述偏置電流輸入所述偏置電阻和采樣電阻，對所述采樣電壓進行調 節。
24.根據權利要求1所述的開關電源，其特征在于，還包括輸入整流單元，對交流電壓 進行整流，產生直流的輸入電壓并輸入至所述原邊線圈的輸入端。
25.一種開關電源的輸出電流的調節方法，所述開關電源包括具有原邊線圈、副邊線圈 和輔助線圈的變壓器，所述副邊線圈與所述原邊線圈耦合，所述輔助線圈與所述副邊線圈 耦合，所述副邊線圈的輸出電流為所述開關電源的輸出電流，其特征在于，包括根據反饋 電壓、采樣電壓和控制信號切換所述原邊線圈的導通或關斷，以調整所述副邊線圈的導通 時間與關斷時間，其中，所述反饋電壓與所述輔助線圈輸出的電壓關聯，所述采樣電壓與所述原邊線圈輸出的電流關聯。
26.根據權利要求25所述的開關電源的輸出電流的調節方法，其特征在于，根據反饋 電壓、采樣電壓和控制信號切換所述原邊線圈的導通或關斷包括使用定時電容的充放電 過程對所述副邊線圈的導通時間和關斷時間進行定時；通過調整所述定時電容的充電電流 和放電電流控制所述定時電容的充電時間和放電時間，所述充電電流的持續時間為所述副 邊線圈的關斷時間，所述放電電流的持續時間為所述副邊線圈的導通時間。
27.根據權利要求25所述的開關電源的輸出電流的調節方法，其特征在于，還包括對 所述采樣電壓的電壓值進行調整，以調整所述原邊線圈輸出的電流的峰值。
28.根據權利要求27所述的開關電源的輸出電流的調節方法，其特征在于，對所述采 樣電壓的電壓值進行調整包括根據所述控制信號產生偏置電流；將所述偏置電流轉換成 偏置電壓；將所述偏置電壓與所述采樣電壓疊加。
全文摘要
一種開關電源及其輸出電流的調節方法，所述開關電源包括變壓器、脈沖頻率調制控制器和開關晶體管，所述脈沖頻率調制控制器輸入反饋電壓和采樣電壓，所述反饋電壓與所述輔助線圈輸出的電壓關聯，所述采樣電壓與所述開關晶體管的第二端的電壓關聯，所述脈沖頻率調制控制器還輸入控制信號，所述脈沖頻率調制控制器根據所述反饋電壓、采樣電壓和控制信號產生所述驅動電壓，用于控制開關晶體管切換所述原邊線圈的導通或關斷，以調整所述副邊線圈的導通時間與關斷時間。本發明改善了開關電源的輸出電流的調節靈活度。
文檔編號H02M3/335GK101841242SQ20101015482
公開日2010年9月22日 申請日期2010年4月14日 優先權日2010年4月14日
發明者陳忠 申請人:上海明石光電科技有限公司