对负载的保护以及因负载失效（短路或断路）而对电源的保护是设计中需要考虑的很重要的方面^[1-2]。在反激式变换器中，当负载变化超出一定范围，副边二极管续流I_s时间过长，且在下一个开关周期开始之前，I_s没有下降至零，则电路系统将从电流断续的工作模式(CDM)下进入电流连续的工作模式(CCM)。对于刚进入电流连续模式下的电路，其传递函数与电流断续下的传递函数有很大不同，如果此时误差放大器带宽不能迅速减小，则电路将会发生振荡^[3]，这将使AC/DC开关电源驱动系统工作不稳定。

    为有效地实现电路应用系统负载短路和断路保护，同时能避免反激式电路系统从电流断续工作模式突然进入电流连续的工作模式，本文根据反激式变换器原边绕组和副边绕组之间的耦合作用，通过采集副边电流减小至零时原边绕组变化的电压来检测副边电流过零的时间点，以此实现负载短路和断路保护，并结合反激式原边反馈技术实现了恒流恒压双模式驱动。

1 副边电流过零检测

    副边电流过零检测电路就是检测副边电流从功率开关管关断时的峰值I_spk以斜率-V_o/L_s下降至零的时刻。

    当副边电流下降至零时，由于二极管的单向导通作用，变压器副边的电感进入高阻状态，原边电感和开关管寄生电容组成的LC振荡电路将发生振荡^[4-5]。

    副边电流断续的工作模式下，在反激式转换器的停滞时间内，寄生电容将与V_dc周围的主要电感发生振荡。寄生电容上的电压会随振荡而变化，但始终具有相当大的数值，如图1所示。

    LC振荡频率为：

其中，L_leak表示变压器的漏感。

    谐振的发生提供了一个判断副边电流减小至零的一个信号。通过电压采样网络，采集Vd的变化，并将信号与一个基准电压进行比较，当副边电流降为零时，比较器翻转。副边电流过零信号曲线如图2所示。

    副边电流过零检测可以实现负载短路和断路保护。短路时，负载总电阻减小，根据反激式电流变化斜率k=V/L，副边电流从峰值减小至零的时间变长，反之断路时，负载总电阻增大，副边电流从峰值减小至零的时间变短。在副边电流开始导通时，芯片中设置两个时序信号T₁和T₂，将T_off限制在这两个时序信号之间，以此来实现对于轻载和过载的判断，并在负载失效时有效地对电源进行保护^[6-7]。

    根据图3所示，过流检测信号控制新的开关周期的开始（由于本文采用频率调制模式，过流检测信号并不能控制新的周期在何时开始，只是新周期开始的一个必要而不充分条件），如果过零检测信号是在两个时序信号T₁和T₂之间到来，则系统正常工作。当在T₂信号之前，则判断负载断路；当在T₁信号之后，则判断为负载短路。

2 反激式应用电路

    芯片的应用电路采用带有辅助绕组的反激式原边反馈结构，其隔离变压器兼具存储能量和电气隔离的双重作用，并且与正激式变换器相比，不需要磁复位绕组，因此被广泛应用于小功率场合，如图4所示。

    辅助绕组Na主要有以下两个作用：

    (1)为芯片供电；

    (2)通过反激式变换器T₁的耦合作用检测副边输出的电流电压信息。

    当副边的整流二极管D0导通时，由辅助绕组供电的V_DD电压反映了输出电压的信息。根据变压器耦合的电压转换关系，芯片内部电源电压为：

    反激式变换器的原边和副边电流变化如图5所示。

    若T_d>0，则芯片工作于电流断续状态，此时，所有导通阶段电源通过初级线圈储存的能量在开关管下一个周期开始之前已经全部传送给负载，其平均电流等于三角波的平均值与其占空比T_off/T的乘积。

3 恒流工作模式

    恒流工作模式主要通过脉冲频率调制(PFM)来实现。每一次的脉冲频率调制都在过零检测电路检测到过零点之后再释放信号，以此避免在负载短路或者断路状态下工作。

    通常的脉冲频率调制模式都采用BOOST变换器加主功率变换器的双极有源变换方案。

    当负载加重导致的输出电压下降时，将被辅助绕组检测到，并且通过芯片内部的压控振荡器，使开关管的工作频率降低以控制输出电流恒定。

    如图6所示，V_fb是从辅助绕组反馈的电压V_DD中分压而来的，V_fb=V_DD R₁/R。通过电压跟随器的作用使得I_t=V_fb/R_t。结合式(2)，得：

    因此I_t的大小就反映了输出端的信息。电流I_t通过电流镜的镜像作用，分别得到I₁=μ₁ I_t和I₂=μ₂ I_t。对电容C充电电流I_c=I₁，对电容C放电电流I_d=I₂-I₁。锯齿波信号在VH和VL之间振荡，通过比较器和SR触发器产生脉冲信号V_pulse。

    脉冲信号的周期T是电容C的充电时间和放电时间之和，即：

式(12)说明在图6所示的调制模式下，副边输出电流I_out与负载R_o和输入电压V_dc无关。I_ppk是由内部的基准电压和外围的采样电阻R_cs决定，通过选择合理的R_cs，便可以得到预设定的恒定输出电流。恒流模式仿真结果如图7所示。

4 恒压工作模式

    在恒压工作模式下，开关管处于间歇式工作状态，正如仿真结果图8所示。

    从图8可以看出，当输出负载变轻，相应输出电压增大，当辅助绕组检测到这一信号时，将控制芯片内部的压控振荡器停止工作，此时开关管被关闭，输入端的能量不能通过反激式变压器传递到输出端。辅助绕组不断地检测输出端信号，当输出电压下降时会控制振荡器重新开始工作。

    本文根据反激式变换器设计了一款带有副边电流过零离线恒压恒流双模式的AC/DC驱动电路。通过检测副边电流过零点时，由于原边电感和开关管的寄生电容产生LC振荡，通过采集振荡信号来判断过零点，得到副边二极管续流时间。将续流时间控制在两个时序信号之间，以此来实现对于负载短路或者断路情况的判断和保护。在反激式拓扑结构下，通过脉冲频率调制实现恒流驱动，通过间歇式工作模式实现了恒压驱动。

参考文献

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