CN102281005B

CN102281005B - 开关电源线电压补偿电路

Info

Publication number: CN102281005B
Application number: CN 201110251303
Authority: CN
Inventors: 张美玲; 郜小茹
Original assignee: BCD Semiconductor Manufacturing Ltd
Current assignee: BCD Shanghai Micro Electronics Ltd
Priority date: 2011-08-29
Filing date: 2011-08-29
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2031-08-29
Also published as: CN102281005A

Abstract

本发明公开了一种开关电源线电压补偿电路，该电路包括：与地的负端相连的第一电阻；串接于所述第一电阻与原边控制器CS端之间的补偿电阻；位于原边控制器CS端和原边控制器FB端之间的线电压反馈模块；一端与原边控制器CS端相连，另一端与原边控制器内电压比较器的输入端相连的电压转换模块；其中，所述电压转换模块将原边控制器CS端的负电压转变为正电压提供给电压比较器的输入端；所述线电压反馈模块提供一路与线电压成正比的电流，以此改变流过所述补偿电阻的电流，从而改变经过所述补偿电阻的压降，达到线电压补偿的目的。本发明提供的开关电源线电压补偿电路，在保持恒流输出的同时解决了电路中负压比较器和负向电流较难实现的问题。

Description

开关电源线电压补偿电路

技术领域

本发明涉及半导体电路技术领域，尤其涉及一种开关电源线电压补偿电路。

背景技术

在开关电源集成电路中，参考图1，当副边电压Vout发生变化时，辅助线圈上的电压会跟着发生变化，同时分压电压Vfb也会发生变化，此时，电压比较器comp通过检测分压电压Vfb的变化，并经控制电路DRV控制功率开关管Q1的开关。其中，Vref为电压比较器阈值，当电压比较器comp检测到电阻Rcs两端的电压上升至Vref时，产生关断信号关断功率开关管Q1，而从电压比较器comp输出关断信号到实际关断有一个系统延迟时间Td，所述延迟时间Td由电路结构决定，与线电压无关。

虽然，从关断信号输出到实际关断的延迟时间Td由电路结构决定，与线电压无关，但是，当原边功率开关管Q1导通时，di_p(t)/dt＝V_in(t)/L_p，由该式可以看出：不同线电压输入时，原边电流上升斜率不同，而且，输入线电压越高，原边电流上升斜率越大，所以，同样延迟时间Td内上升的电流越大，这就导致不同线电压输入时，功率开关管Q1关断时的原边峰值电流Ipk不同，进而导致系统的输出电流Iout不同，不能满足原边控制器输出恒定电流的要求。因此，在此集成电路中需要一个线电压补偿模块，使得原边控制器在不同线电压输入时，仍能满足恒流输出的要求。

传统的补偿电路如图2所示，在原有集成电路中增加一个补偿电阻R1和一路补偿电流I1，并通过检测CS端的电压来控制恒流输出。其中，CS端的电压为V_csp，电阻Rcs两端电压为V_Rcs，则：

CS端的电压：

V_csp＝V_Rcs+I₁·R₁，

式中I1正比于分压电压|V_fb|，

而

V_{fb} = - V_{in} \cdot \frac{N_{a}}{N_{p}} \cdot \frac{R_{6}}{R_{5} + R_{6}},

则

| V_{fb} | = V_{in} \cdot \frac{N_{a}}{N_{p}} \cdot \frac{R_{6}}{R_{5} + R_{6}} .

由上式可以看出，分压电压|V_fb|正比于线电压Vin，当线电压Vin增大时，分压电压|V_fb|变大，又由于I1正比于分压电压|V_fb|，因此，补偿电流I1增大，I₁·R₁也就增大，而CS端的电压V_csp是固定不变的，所以电阻Rcs两端电压V_Rcs就会减小，而这时由于线电压Vin的增大，电阻Rcs两端电压V_Rcs的上升斜率增大，经过延迟时间Td内产生的ΔV就会较大，调整补偿电阻R1的阻值，使得ΔV_Rcs＝ΔV，这样经过延迟时间Td后实际的原边峰值电流Ipk就会相等，从而使得系统输出电流Iout相同，达到不同线电压输入时恒流输出的目的。其中Vin是图中Vac经过整流桥之后的DC值，也就是图里面C1正端那个点的电压值。

但是，在这种电路结构中，由于电阻Rcs接在功率开关管Q1的发射极和地之间，电阻Rcs的两端电压V_Rcs不能太大，通常为200mV左右，这就导致PCB板的噪声对其影响较大，而且电阻Rcs的阻值较小，精度要求比较高。

现有技术中的另一种补偿电路如图3所示，将电阻Rcs置于地的负端，此时，电阻Rcs两端的电压V_Rcs为负值。这种电路结构虽然可避免上述电路结构中的问题，同时也引进了一个新的问题，即：在图3所示的电路结构中，基准电压Ve需要为负值，需要负压比较器，这就为电路的实际实现带来一定难度；而且，这种电路结构中的线电压补偿需要一个负向的电流，在实际电路中也较难实现。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种开关电源线电压补偿电路，以解决负压比较电路和线电压补偿电路较难实现的问题。

为解决上述问题，本发明实施例提供了如下技术方案：

一种开关电源线电压补偿电路，包括：

与地的负端相连的第一电阻；

串接于所述第一电阻与原边控制器CS端之间的补偿电阻；

位于原边控制器CS端和原边控制器FB端之间的线电压反馈模块；

一端与原边控制器CS端相连，另一端与原边控制器内电压比较器的输入端相连的电压转换模块；

其中，所述电压转换模块将原边控制器CS端的负电压转变为正电压提供给电压比较器的输入端；所述线电压反馈模块提供一路与线电压成正比的电流，以此改变流过所述补偿电阻的电流，从而改变经过所述补偿电阻的压降，达到线电压补偿的目的。

优选的，所述线电压反馈模块为两端分别与原边控制器CS端和FB端相连的第二电阻。

优选的，所述线电压反馈模块为一路正比于分压电压Vfb的反馈电流。

优选的，所述电压转换模块包括：

一端与原边控制器内部电源Vdd相连，另一端与电压比较器输入端相连的第三电阻；

一端与所述第三电阻和电压比较器的共同端相连，另一端与原边控制器CS端相连的第四电阻。

优选的，所述电压转换模块包括：

一端与原边控制器内部电源Vdd相连，另一端与电压比较器输入端相连的电流源；

一端与所述电流源和电压比较器的共同端相连，另一端与原边控制器CS端相连的第四电阻。

与现有技术相比，本发明提供的开关电源线电压补偿电路，改变了原边控制器CS端与电压比较器的输入端直接相连的连接方式，而是在原边控制器CS端与电压比较器输入端之间增加电压转换模块，将原边控制器CS端的负电压转变为正电压提供给电压比较器的输入端，转变后的正电压再与电压比较器的基准电压进行比较，从而避免了集成电路中负基准电压和负压比较器实现困难的问题，而且本发明提供的开关电源线电压补偿电路中还增加了电压反馈模块，所述电压反馈模块提供一路与线电压成正比的电流，以此改变流过补偿电阻的电流，进而改变补偿电阻两端的压降，从而达到线电压补偿的目的，同时解决了负向电流较难实现的问题。

附图说明

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，下面将对实施例或现有技术描述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。

图1为现有技术中普通开关电源集成电路结构图；

图2为现有技术中一种开关电源线电压补偿电路结构图；

图3为现有技术中另一种开关电源线电压补偿电路结构图；

图4为本发明实施例中所提供的开关电源线电压补偿电路结构原理图；

图5为本发明实施例一中提供的开关电源线电压补偿电路结构图；

图6为本发明实施例二中提供的开关电源线电压补偿电路结构图；

图7为本发明实施例三中提供的开关电源线电压补偿电路结构图；

图8为本发明实施例四中提供的开关电源线电压补偿电路结构图。

具体实施方式

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。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

参考图4，图4为本发明实施例中所提供开关电源线电压补偿电路结构原理图，所述电路包括：

与地的负端相连的第一电阻Rcs；

串接于所述第一电阻Rcs与原边控制器CS端之间的补偿电阻；

一端与原边控制器CS端相连，另一端与原边控制器内电压比较器comp的输入端相连的电压转换模块；

其中，所述电压转换模块将原边控制器CS端的负电压转变为正电压V1提供给电压比较器comp的输入端；所述线电压反馈模块提供一路与线电压成正比的电流，以此改变流过所述补偿电阻的电流，从而改变经过所述补偿电阻的压降，达到线电压补偿的目的。

本发明提供的开关电源线电压补偿电路，改变了原边控制器CS端与电压比较器comp的输入端直接相连的连接方式(参考图3)，而是在原边控制器CS端与电压比较器comp输入端之间增加电压转换模块，将原边控制器CS端的负电压转变正电压V1提供给电压比较器comp的输入端，转变后的正电压V1再与电压比较器comp的基准电压Vref进行比较，从而避免了集成电路中负基准电压和负压比较器实现困难的问题，而且本发明提供的开关电源线电压补偿电路中还增加了电压反馈模块，所述电压反馈模块提供一路与线电压成正比的电流，以此改变流过补偿电阻的电流，进而改变补偿电阻两端的压降，从而达到线电压补偿的目的，同时解决了负向电流较难实现的问题。

下面以具体实施例详细描述本发明所提供的开关电源线电压补偿电路。

实施例一

参考图5，图5为本发明所提供的开关电源线电压补偿电路一种实现方式。其中，补偿电阻为R1，线电压反馈模块为两端分别与原边控制器CS端和FB端相连的第二电阻R2，所述第二电阻R2为外置电阻，可方便调节其阻值大小。电压转换模块包括：

一端与原边控制器内部电源Vdd相连，另一端与电压比较器comp输入端相连的第三电阻R3；

一端与所述第三电阻R3和电压比较器comp的公共端相连，另一端与原边控制器CS端相连的第四电阻R4。

在本发明实施例所提供的开关电源线电压补偿电路中，电压转换模块通过原边控制器的内部电源Vdd，分压第三电阻R3和第四电阻R4，将原边控制器CS端的负电压转化成正电压V1提供给电压比较器comp的输入端，转变后的正电压V1再与电压比较器comp的基准电压Vref进行比较，从而避免了集成电路中负基准电压和负压比较器实现困难的问题，其中，此时原边控制器的内部电源Vdd为恒定电压。

而且本发明提供的开关电源线电压补偿电路中还增加了电压反馈模块，所述电压反馈模块通过串联于原边控制器CS端和FB端之间的第二电阻R2，提供一路与线电压成正比的电流I_R2，以此改变流过补偿电阻R1的电流，进而改变补偿电阻R1两端的压降，从而达到线电压补偿的目的，同时解决了负向电流较难实现的问题。

本发明实施例中所提供的开关电源线电压补偿电路的补偿原理为：

原边控制器CS端电压为V_csp，则

电压比较器comp的输入端电压V1为：

V_{1} = V_{csp} + (Vdd - V_{csp}) \cdot \frac{R_{4}}{R_{3} + R_{4}} = Vdd \cdot \frac{R_{4}}{R_{3} + R_{4}} - | V_{csp} | \cdot \frac{R_{3}}{R_{3} + R_{4}}

第一电阻Rcs两端电压为：

V_{Rcs} = V_{1} - (Vdd - V_{1}) \cdot \frac{R_{4} + R_{1}}{R_{3}} + I_{R 2} \cdot R_{1},

其中，I_R2为流过第二电阻R2的电流，正比于原边控制器分压电压|V_fb|，且R4＞＞R1，因此，第一电阻Rcs两端电压为：

V_{Rcs} \approx \frac{R_{3} + R_{4}}{R_{3}} \cdot V_{1} - Vdd \cdot \frac{R_{4}}{R_{3}} + I_{R 2} \cdot R_{1} .

设

\frac{R 4}{R 3} = β,

则第一电阻Rcs两端电压为：

V_Rcs≈(1+β)·V₁-Vdd·β+I_R2·R₁，

其中，流过第二电阻R2的电流

由于第一电阻Rcs两端电压V_Rcs为负值，所以

|V_Rcs|≈V₀-I_R2·R₁，

其中，V₀＝Vdd·β-(1+β)·V₁为设定值，是常数。

实施例二

参考图6，图6为本发明所提供的开关电源线电压补偿电路另一种实现方式。其中，补偿电阻为R1，线电压反馈模块为两端分别与原边控制器CS端和FB端相连的第二电阻R2。电压转换模块包括：

一端与原边控制器内部电源Vdd相连，另一端与电压比较器comp输入端相连的电流源Ibias；

一端与所述电流源Ibias和电压比较器comp的公共端相连，另一端与原边控制器CS端相连的第四电阻R4。

在本发明实施例所提供的开关电源线电压补偿电路中，电压转换模块电流源Ibias和分压第四电阻R4，将原边控制器CS端的负电压转化成正电压V1提供给电压比较器comp的输入端，转变后的正电压V1再与电压比较器comp的基准电压Vref进行比较，从而避免了集成电路中负基准电压和负压比较器实现困难的问题。

另外，本发明提供的开关电源线电压补偿电路中还增加了电压反馈模块，所述电压反馈模块通过串联于原边控制器CS端和FB端之间的第二电阻R2，提供一路与线电压成正比的电流I_R2，以此改变流过补偿电阻R1的电流，进而改变补偿电阻R1两端的压降，从而达到线电压补偿的目的，同时解决了负向电流较难实现的问题。

图6中电流源Ibias为恒流源，则

因为电压比较器comp输入端的电压V1为

V₁＝V_csp+Ibias·R₄＝Ibias·R₄-|V_csp|，

所以，第一电阻Rcs两端电压为

V_Rcs＝V₁-Ibias·(R₄+R₁)+I_R2·R₁，

此时，电压比较器comp输入端的电压值V1与电压比较器comp的基准电压Vref相等，为已知值。

令V₀＝Ibias·R₄-V₁为常数，

则|V_Rcs|≈V₀-I_R2·R₁。

实施例三：

参考图7，图7为本发明所提供的开关电源线电压补偿电路第三种实现方式。其中，补偿电阻为R1，线电压反馈模块为一路正比于分压电压Vfb的反馈电流I3。电压转换模块包括：

一端与所述第三电阻R3和电压比较器comp的共同端相连，另一端与原边控制器CS端相连的第四电阻R4。

另外，本发明提供的开关电源线电压补偿电路中还增加了电压反馈模块，所述电压反馈模块通过一路正比于分压电压Vfb的反馈电流I3，提供一路与线电压成正比的电流，以此改变流过补偿电阻R1的电流，进而改变补偿电阻R1两端的压降，从而达到线电压补偿的目的，同时解决了负向电流较难实现的问题。

原边控制器CS端电压为V_csp，则

电压比较器comp的输入端电压V1为：

V_{1} = V_{csp} + (Vdd - V_{csp}) \cdot \frac{R_{4}}{R_{3} + R_{4}} = Vdd \cdot \frac{R_{4}}{R_{3} + R_{4}} - | V_{csp} | \cdot \frac{R_{3}}{R_{3} + R_{4}}

而R4＞＞R1，则第一电阻Rcs两端电压为：

V_{Rcs} = V_{1} - (Vdd - V_{1}) \cdot \frac{R_{4} + R_{1}}{R_{3}} + I_{3} \cdot R_{1},

设

并令V₀＝Vdd·β-(1+β)·V₁为常数，

则|V_Rcs|≈V₀-I₃·R₁，

其中，I3为正比于|V_fb|的反馈电流。

实施例四：

参考图8，图8为本发明所提供的开关电源线电压补偿电路的第四种实现方式。其中，补偿电阻为R1，线电压反馈模块为一路正比于分压电压Vfb的反馈电流I3。电压转换模块包括：

图8中电流源Ibias为恒流源，则

因为电压比较器comp输入端的电压V1为

V₁＝V_csp+Ibias·R₄＝Ibias·R₄-|V_csp|，

所以，第一电阻Rcs两端电压为

V_Rcs＝V₁-Ibias·(R₄+R₁)+I₃·R₁，

此时，电压比较器输入端的电压值V1与电压比较器的基准电压Vref相等，为已知值。

令V₀＝Ibias·R₄-V₁为常数，

则|V_Rcs|≈V₀-I₃·R₁。

其中，I3为正比于|V_fb|的反馈电流。

本说明书中各个部分采用递进的方式描述，每个部分重点说明的都是与其他部分的不同之处，各个部分之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种开关电源线电压补偿电路，其特征在于，包括：

一端接地的第一电阻；

串接于所述第一电阻与原边控制器CS端之间的补偿电阻；

所述电压转换模块包括：一端与原边控制器内部电源Vdd相连，另一端与电压比较器输入端相连的第三电阻；一端与所述第三电阻和电压比较器的公共端相连，另一端与原边控制器CS端相连的第四电阻；

或

所述电压转换模块包括：一端与原边控制器内部电源Vdd相连，另一端与电压比较器输入端相连的电流源；一端与所述电流源和电压比较器的共同端相连，另一端与原边控制器CS端相连的第四电阻；

2.根据权利要求1所述的补偿电路，其特征在于，所述线电压反馈模块为两端分别与原边控制器CS端和FB端相连的第二电阻。

3.根据权利要求1所述的补偿电路，其特征在于，所述线电压反馈模块为一路正比于分压电压Vfb的反馈电流。