CN102437740B - 带输入电压补偿的原边反馈反激式恒流电源 - Google Patents

Abstract

带输入电压补偿的原边反馈反激式恒流电源，涉及电子技术。本发明包括控制器、MOSFET、电流反馈电阻、变压器、二极管，输出电容，控制器包含比较器，其特征在于，比较器的反向输入端连接到第三MOS管的漏极，第三MOS管的漏极通过第四电阻接第一输入参考电平点，第三MOS管的栅极和第二MOS管的栅极以及第二MOS管的漏极连接，输入电平Vin通过第一电阻接第二MOS管的漏极，第二MOS管和第三MOS管的源极接地。本发明解决了现有的原边反馈反激式恒流电源，其输出电流与输入电压相关，无法做到真正恒流的局限。

Description

带输入电压补偿的原边反馈反激式恒流电源

技术领域

本发明涉及电子技术，特别涉及集成电路技术。

背景技术

原边反馈反激式恒流电源广泛应用于隔离AC/DC电源适配器、充电器和LED驱动等领域。

图1为现有的原边反馈反激式恒流电源。电源由控制器1、MOSFET2、电流反馈电阻3、变压器、二极管6，输出电容7和负载8构成。控制器1由比较器11、振荡器12和RS触发器13构成。RS触发器13的R端连接比较器11的输出端，S端连接OSC 12的输出端。RS触发器13的输出端连接MOSFET 2的栅极。MOSFET2的源极连接比较器11的正向输入端，并且通过一个电流反馈电阻3接地。比较器11的反向输入端连接参考电压Vref。变压器的原边绕组5连接输入电压Vin 9和MOSFET 2的漏极。变压器的次级绕组5、二极管6和输出电容7依次串联为1个环路，且输出电容7的两端为输出端，连接负载8。作为举例，负载为LED。

OSC12输出固定频率脉冲控制MOSFET2在每个时钟周期开启，原边电流按固定斜率由0开始增加。电流增加的速度由输入电压Vin和变压器原边绕组4的电感值确定。原边电流流过电流反馈电阻3产生反馈电压Vcs。比较器比较Vcs和Vref，当Vcs电压超过Vref电压，比较器输出翻转，控制MOSFET2关闭。由于电路延迟，Vcs电压达到Vref和MOSFET2关闭之间会有一个延迟时间，在此期间原边电流继续增加。所以原边电流的峰值Ipp比参考电压Vref和电流反馈电阻3的阻值Rcs确定的参考电流大。而且此差值与输入电压Vin和变压器原边绕组4的电感值有关。

图2为现有的原边反馈反激式恒流电源的典型波形，Vcs超出Vref继续上升一个延迟时间，在此期间比较器输出一直为高。

假设输入电压为Vin，变压器原边绕组5的电感为Lp，电流反馈电阻3的阻值为Rcs，则Vcs电压上升的斜率为：

$\frac{\mathrm{Vcs}}{t}=\frac{\mathrm{Rcs}}{\mathrm{Lp}}\×\mathrm{Vin}$

故Vcs的斜率与输入电压之间为正比关系，Vin越大，斜率越大。不同的Vcs斜率，在经过相同的延迟后达到不同的Vcs的峰值，对应不同的原边电流的峰值Ipp。

$\mathrm{Ipp}=\frac{\mathrm{Vref}}{\mathrm{Rcs}}+\frac{\mathrm{\Δt}}{\mathrm{Lp}}\×\mathrm{Vin}$

其中Δt为系统延迟时间。

图3所示为不同的输入电压Vin和变压器原边绕组4的电感值所对应的不同的原边电流增加斜率，在经过相同的延迟后达到不同的原边电流的峰值。

不幸的是，原边反馈反激式恒流电源要求较宽的输入电压范围，一般要求80V～250V。在此范围内，原边反馈反激式恒流电源的电流有非常大的变化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种实现了与输入电压无关的原边反馈反激式恒流电源。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，带输入电压补偿的原边反馈反激式恒流电源，包括控制器、MOSFET、电流反馈电阻、变压器、二极管，输出电容，控制器包含比较器，其特征在于，比较器的反向输入端连接到第三MOS管的漏极，第三MOS管的漏极通过第四电阻接第一输入参考电平点，第三MOS管的栅极和第二MOS管的栅极以及第二MOS管的漏极连接，输入电平Vin通过第一电阻接第二MOS管的漏极，第二MOS管和第三MOS管的源极接地。

本发明的有益效果是，实现了与输入电压无关的原边反馈反激式恒流电源，解决了现有的原边反馈反激式恒流电源，其输出电流与输入电压相关，无法做到真正恒流的局限。

附图说明

图1为现有的原边反馈反激式恒流电源的电路图。

图2为现有的原边反馈反激式恒流电源的典型波形图。

图3为不同的输入电压Vin和变压器原边绕组4的电感值所对应的不同的原边电流增加斜率示意图。

图4为本发明的原边反馈反激式恒流电源电路图。

具体实施方式

参见图4。本发明的电源由控制器1、MOSFET 2、电流反馈电阻3、变压器、二极管6，输出电容7和负载8构成。控制器1由电源电压预补偿电路、比较器11、振荡器12和RS触发器13构成。电源电压预补偿电路由第一电阻21、第四电阻24、第二MOS管22和第三MOS管23构成。第二MOS管22的栅极和漏极短接，连接到第三MOS管23的栅极，并通过第一电阻21连接到输入电压Vin。第二MOS管22和第三MOS管23的源极接地。第三MOS管23的漏极为电源电压预补偿电路的输出Vref2。第四电阻24连接第一参考电平Vref和第三MOS管的漏极(电平为Vref2)。RS触发器13的R端连接比较器11的输出端，S端连接OSC 12的输出端。RS触发器13的输出端连接MOSFET 2的栅极。MOSFET2的源极连接比较器11的正向输入端，并且通过一个电流反馈电阻3接地。比较器11的反向输入端连接Vref2。变压器的原边绕组5连接输入电压Vin 9和MOSFET 2的漏极。变压器的次级绕组5、二极管6和输出电容7依次串联为1个环路，且输出电容7的两端为输出端，连接LED负载8。

假设输入电压为Vin，第一电阻21的阻值为Rin，第四电阻24的阻值为Rout，输入参考电压为Vref，则输出参考电压Vref2为：

$\mathrm{Vref}2=\mathrm{Vref}-\frac{\mathrm{Rout}}{\mathrm{Rin}}\mathrm{Vin}$

以Vref2为参考，原边电流的峰值为：

$\mathrm{Ipp}=\frac{\mathrm{Vref}2}{\mathrm{Rcs}}+\frac{\mathrm{\Δt}}{\mathrm{Lp}}\×\mathrm{Vin}$

$=\frac{\mathrm{Vref}-\frac{\mathrm{Rout}}{\mathrm{Rin}}\mathrm{Vin}}{\mathrm{Rcs}}+\frac{\mathrm{\Δt}}{\mathrm{Lp}}\×\mathrm{Vin}$

$=\frac{\mathrm{Vref}}{\mathrm{Rcs}}+\frac{\mathrm{\Δt}}{\mathrm{Lp}}\×\mathrm{Vin}-\frac{\mathrm{Rout}}{\mathrm{Rcs}\×\mathrm{Rin}}\mathrm{Vin}$

根据恒流的要求，必须使Ipp与输入电压Vin无关，即

$\mathrm{Ipp}=\frac{\mathrm{Vref}}{\mathrm{Rcs}}$

要满足此要求，则

$\frac{\mathrm{\Δt}}{\mathrm{Lp}}\×\mathrm{Vin}-\frac{\mathrm{Rout}}{\mathrm{Rcs}\×\mathrm{Rin}}\mathrm{Vin}=0$

即：

$\frac{\mathrm{Rout}}{\mathrm{Rin}}=\frac{\mathrm{Rcs}\×\mathrm{\Δt}}{\mathrm{Lp}}$

比较器翻转时，有

$\mathrm{Vcs}=\mathrm{Vref}2$

$=\mathrm{Vref}-\frac{\mathrm{Rout}}{\mathrm{Rin}}\mathrm{Vin}$

经过Δt后，输出管关断，Vcs达到的实际电压为：

$\mathrm{Vcs}\_s=\mathrm{Vcs}\_c+\frac{\mathrm{Vin}\×\mathrm{\Δt}}{\mathrm{Lp}}\×\mathrm{Rcs}$

$=\mathrm{Vref}-\frac{\mathrm{Rout}}{\mathrm{Rin}}\mathrm{Vin}+\frac{\mathrm{Vin}\×\mathrm{\Δt}}{\mathrm{Lp}}\×\mathrm{Rcs}$

$=\mathrm{Vref}-\frac{\mathrm{Rcs}\×\mathrm{\Δt}}{\mathrm{Lp}}\mathrm{Vin}+\frac{\mathrm{Vin}\×\mathrm{\Δt}}{\mathrm{Lp}}\×\mathrm{Rcs}$

$=\mathrm{Vref}$

即无论以何种电压输入，采用本发明提出的方案，都能得到一个固定的峰值。等效于输出和输入电压之间没有关系。

Claims (1)

1.带输入电压补偿的原边反馈反激式恒流电源，包括控制器（1）、MOSFET（2）、电流反馈电阻（3）、变压器、二极管（6），输出电容（7），控制器（1）包含比较器（11），其特征在于，比较器（11）的反向输入端连接到第三MOS管（23）的漏极，第三MOS管（23）的漏极通过第四电阻（24）接第一输入参考电平点（10），第三MOS管（23）的栅极和第二MOS管（22）的栅极以及第二MOS管（22）的漏极连接，输入电平Vin通过第一电阻（21）接第二MOS管（22）的漏极，第二MOS管（22）和第三MOS管（23）的源极接地；

并满足下述条件：

$\frac{\mathrm{Rout}}{\mathrm{Rin}}=\frac{\mathrm{Rcs}\×\mathrm{\Δt}}{\mathrm{Lp}}$

电流反馈电阻（3）阻值为Rcs，第一电阻（21）的阻值为Rin，第四电阻（24）的阻值为Rout，变压器原边绕组的电感为Lp，Δt为系统延迟时间。

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