CN104422808A - 一种采样电路、开关电源控制电路、开关电源及采样方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种采样电路、开关电源控制电路、开关电源及采样方法。采样电路包括：消磁时间采集电路，用于采集开关电源在一个开关周期内变压器的消磁时间TDS并将消磁时间传输至采样控制电路；采样控制电路，用于根据消磁时间TDS输出预定的时钟脉冲CLK以控制采样保持电路的采样时间，预定的时钟脉冲CLK的脉宽W1小于消磁时间TDS；采样保持电路，用于在时钟脉冲CLK的控制下采集开关电源在预定时间点时瞬间的反馈电压VF并将反馈电压VF进行保持，以输出幅值为VF的模拟信号，预定时间点为开关电源在一个开关周期之后的一个开关周期内开始工作持续时间W1的瞬间。本发明可以准确的采集开关电源中反馈电压及提高开关电源的恒压控制精度。

Description

一种采样电路、开关电源控制电路、开关电源及采样方法

技术领域

本发明涉及电源领域，尤其涉及一种采样电路、开关电源控制电路、开关电源及采样方法。

背景技术

目前，大量的电器需要采用低压直流电源，例如，几乎所有的家用电器设备主供电或控制部分供电均需要使用低压直流电源，然而由于供电电网考虑电压传输的损耗问题，电网目前只能提供220V（部分国家为110V）交流电源。因此，高效率、高性价比的交流-直流（AC-DC）转换器成为不可或缺的一部分。传统的AC-DC制作通常是采用线性变换器实现，但由于线性变换器巨大的体积、沉重的重量、低压的转换效率以及不再明显的成本优势导致其正在被逐步淘汰。目前的交流-直流转换装置中，开关电源已经成为绝对的主流。

目前，开关电源通常包括整流滤波电路、变压器、功率管、控制功率管的芯片。人们通常需要开关电源输出的低压直流电具有较高的恒压控制精度。现有技术中通常将变压器增加一个辅助绕组，并将变压器次级接的二极管阳极的波形直接耦合到辅助绕组，因为在变压器消磁结束时上述二极管两端压差最小。所以芯片通过采集此处电压并作为反馈电压信号就可以实现较高的恒压效果。目前采集该反馈电压的波形最常用的方法是在功率管关闭后延时一段固定时间并采集此时的电压值作为反馈电压。但是当芯片工作在不同的模式时（例如，PWM模式），功率管 导通时间会发生变化，变压器消磁时间(TDS)也会相应地变化，因此采用固定延时来采集反馈电压的方式会使得采集的反馈电压值存在较大的差异，以致大大降低了开关电源的恒压控制精度。

可以理解的是，本部分的陈述仅提供与本发明相关的背景信息，可能构成或不构成所谓的现有技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术中开关电源采集的反馈电压不够准确以及开关电源的恒压控制精度较低的缺陷，提供一种采样电路、开关电源控制电路、开关电源及采样方法，从而可以准确的采集开关电源中反馈电压及提高开关电源的恒压控制精度。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种采样电路，其包括消磁时间采集电路、采样控制电路及采样保持电路；消磁时间采集电路，用于采集开关电源在一个开关周期内变压器的消磁时间TDS并将所述消磁时间传输至采样控制电路；采样控制电路，用于根据所述消磁时间TDS输出预定的时钟脉冲CLK以控制采样保持电路的采样时间，所述预定的时钟脉冲CLK的脉宽W1小于所述消磁时间TDS；采样保持电路，用于在所述时钟脉冲CLK的控制下采集开关电源在预定时间点瞬间的反馈电压VF并将所述反馈电压VF进行保持，以输出幅值为VF的模拟信号，所述预定时间点为开关电源在所述一个开关周期之后的一个开关周期内开始工作持续时间W1的瞬间。

在上述采样电路中，采样控制电路包括：分频处理单元，用于将消磁时间信号TDS分频为第一时间信号IN1及第二时间信号IN2，且所述第一时间信号IN1与所述第二时间信号IN2错开消磁时间信号的一个周期；脉冲产生单元，用于产生第一时间信号IN1的第一上升沿脉冲信号P1及产生第二时间信号IN2的第二上升沿脉冲信号P2；镜像信号产生单元，用于在所述第一上升沿脉冲信号P1的触发下产生与第一时间信号IN1等比例的第一镜像信号OUT1、及在所述第二上升沿脉冲信号P2的触发下产生与第二时间信号IN2等比例的第二镜像信号OUT2，其中，第一镜像信号OUT1的脉宽W2小于第一时间信号IN1的脉宽，第二镜像信号OUT2的脉宽W3小于第二时间信号IN2的脉宽；合并单元，用于产生第一镜像信号与第二镜像信号合并后的时钟信号，以形成所述预定的时钟脉冲CLK。

在上述采样电路中，所述预定的时钟脉冲的脉宽W1为所述消磁时间TDS的90%至99%。

在上述采样电路中，采样保持电路是在所述一个开关周期的下一个开关周期时在时钟脉冲的控制下采集所述瞬间的反馈电压VF及将反馈电压VF进行保持。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种开关电源控制电路，其包括：上述任意一项所述的采样电路、及与采样电路依次电连接的调制模块及驱动模块；调制模块，用于根据采样电路采集的反馈电压进行脉宽调制及脉冲频率调制；驱动模块，用于根据调制模块输出的信号驱动开关电源中功率管的通断。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种开关电源，其包括：整流滤波电路，用于将市电进行整流及滤波；变压器，用于将整流滤波电路输出的电能进行储能及能量的转移；续流电路，用于将变压器释放的能量进行续流，续流电路的输出端即开关电源的输出端；功率管，用于控制变压器的储能及能量转移的过程；上述的开关电源控制电路，用于控制所述功率管的通断；供电电路，用于将整流滤波电路输出的电能进行转换后给所述开关电源控制电路供电。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种采样方法，其包括以下步骤：

S10、采集开关电源在一个开关周期内变压器的消磁时间TDS；

S20、根据所述消磁时间TDS输出预定的时钟脉冲CLK以控制采样保持电路的采样时间，所述预定的时钟脉冲的脉宽W1小于所述消磁时间TDS；

S30、在所述时钟脉冲CLK的控制下采集开关电源在预定时间点瞬间的反馈电压VF并将反馈电压进行保持，以输出幅值为VF的模拟信号，所述预定时间点为开关电源在所述一个开关周期之后的一个开关周期内开始工作持续时间W1的瞬间。

在上述采样方法中，根据所述消磁时间TDS输出预定的时钟脉冲包括以下步骤：

S21、将消磁时间信号TDS分频为第一时间信号IN1及第二时间信号IN2，且所述第一时间信号IN1与所述第二时间信号IN2错开消磁时间信号的一个周期；

S22、产生第一时间信号IN1的第一上升沿脉冲信号P1及产生第二时间信号IN2的第二上升沿脉冲信号P2；

S23、在所述第一上升沿脉冲信号P1的触发下产生与第一时间信号IN1等比例的第一镜像信号OUT1、及在所述第二上升沿脉冲信号P2的触发下产生与第二时间信号IN2等比例的第二镜像信号OUT2，其中，第一镜像信号OUT1的脉宽W2小于第一时间信号IN1的脉宽，第二镜像信号OUT2的脉宽W3小于第二时间信号IN2的脉宽；

S24、产生第一镜像信号与第二镜像信号合并后的时钟信号，以形成所述预定的时钟脉冲CLK。

本发明提供的采样电路其通过消磁时间采集电路采集到开关电源在一个开关周期内变压器的消磁时间，采样控制电路根据消磁时间输出预定的时钟脉冲以控制采样保持电路的采样时间，预定的时钟脉冲的脉宽W1小于消磁时间，则采样保持电路在时钟脉冲的时序控制下，即可采集开关电源在预定时间点瞬间的反馈电压VF并将所述反馈电压VF进行保持，预定时间点为开关电源在所述一个开关周期之后的一个开关周期内开始工作持续时间W1的瞬间，故采样保持电路可以采集开关电源在某个特定时间点的反馈电压，从而大大减少该反馈电压的采样误差，进而开关电源的芯片根据反馈电压可以更好的进行调节控制，以使开关电源输出的电压稳定性较高，即提高了开关电源的恒压控制精度。  

附图说明

图1是现有技术中一开关电源的反馈电压输出端的电压波形图；

图2是本发明提供的一实施例中开关电源的电路示意图；

图3是本发明提供的采样电路的原理框图；

图4是本发明提供的开关电源控制电路应用于开关电源的结构示意图；

图5是本发明提供的一实施例中采样控制电路的电路示意图；

图6是本发明提供的一实施例中采样控制电路的时序图；

图7是本发明提供的一实施例中镜像信号产生单元的电路示意图；

图8是本发明提供的一实施例中消磁时间采集电路的电路示意图；

图9是本发明提供的一实施例中采样保持电路的电路示意图；

图10是本发明提供的一实施例中时钟脉冲CLK与采样保持电路中传输门控制信号的时序图；

图11是本本发明提供的采样方法的流程图。  

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

参见图1至图10所示，本发明提供的采样电路主要包括：消磁时间采集电路1、采样控制电路2及采样保持电路3。消磁时间采集电路1，用于采集开关电源在一个开关周期内变压器的消磁时间TDS并将所述消磁时间传输至采样控制电路，本领域技术人员熟知变压器的消磁时间，在此不再赘述。采样控制电路2，用于根据消磁时间TDS输出预定的时钟脉冲CLK以控制采样保持电路的采样时间，预定的时钟脉冲CLK的脉宽W1小于所述消磁时间TDS。具体的，采样保持电路3需要在一定的时钟信号的控制下进行电压采样及保持的工作，所以，通过采样控制电路输出一定的时钟脉冲以控制采样保持电路，而且，时钟脉冲CLK的脉宽W1介于消磁时间之间（即W1小于TDS）。采样保持电路，用于在所述时钟脉冲CLK的控制下采集开关电源在预定时间点瞬间的反馈电压VF并将所述反馈电压VF进行保持，以输出幅值为VF的模拟信号，预定时间点为开关电源在所述一个开关周期之后的一个开关周期内开始工作持续时间W1的瞬间。

本发明提供的采样电路的大致工作原理如下：参见图1，其为开关电源的反馈电压输出端的电压波形图，图中已示意出变压器的消磁时间TDS。由于开关电源的恒压控制精度主要决定于反馈电压采集点的准确度，通常情况下，在接近变压器的消磁时间结束点时采集的反馈电压的值准确度比较高。所以，本发明提供的采样电路及采样方法尽量在逼近变压器的消磁时间结束点时采集反馈电压的值。下面结合一实施例说明本发明提供的采样电路及采样方法的原理：首先，消磁时间采集电路用于采集开关电源在一个开关周期内变压器的消磁时间TDS；第二步，采样控制电路根据上述TDS输出预定的时钟脉冲且使所述时钟脉冲的脉宽W1小于TDS，例如，采样控制电路根据上述变压器的消磁时间TDS输出脉宽W1为95%TDS的时钟脉冲，以作为下一个开关周期的采集时间点（上述95%的百分比可根据情况由采样控制电路进行调节，只要使W1小于TDS即可，W1优选范围是TDS的90%~99%，该值越高采样精度越高，但是越难实现，最终值以最好的采样效果为准）；第三步，采样保持电路在上述时钟脉冲CLK的时序控制下采集某一预定时间点的反馈电压的值VF，并将反馈电压VF进行保持，上述某一预定时间点即为开关电源在一个开关周期内开始持续工作至时间点W1的瞬间。鉴于控制环路稳定性的问题，功率管Q1在不同的工作模式下每个周期的变化幅值很小，从最大值到最小值需要经历数十个甚至上百个工作周期，本发明通过以上一开关周期的TDS值作参考，并由采样控制电路自动运算TDS的95%时的时间值，以作为反馈电压输出端波形的电压采集时间点，如此一来就可以保证Q1在不同工作模式下每个开关周期的反馈电压采集点都最大程度地接近变压器消磁结束点，得到准确的反馈电压值，进而准确控制调节开关电源的输出电压，从而可以大大地提高开关电源的恒压控制精度。

再次参加图2至图10所示优选地实施例，采样控制电路包括：分频处理单元21，用于将消磁时间信号TDS分频为第一时间信号IN1及第二时间信号IN2，且所述第一时间信号IN1与所述第二时间信号IN2错开消磁时间信号的一个周期，即第一时间信号IN1相当于截取了消磁时间信号TDS在第奇数个工作周期时的时间信号（即第一时间信号的高电平与消磁时间信号TDS中第奇数个周期的高电平一致），例如TDS在第1、3、5个周期时的时间信号，即第二时间信号IN2相当于截取了消磁时间信号TDS在第偶数个工作周期时的时间信号，例如TDS在第2、4、6个周期时的时间信号，第一时间信号IN1及第二时间信号IN2的区别在于各自的高电平所处的时间点错开; 脉冲产生单元22，用于产生第一时间信号IN1的第一上升沿脉冲信号P1及产生第二时间信号IN2的第二上升沿脉冲信号P2，即脉冲产生单元用于分别截取第一时间信号及第二时间信号的上升沿的脉冲信号; 镜像信号产生单元23，用于在所述第一上升沿脉冲信号P1的触发下产生与第一时间信号IN1等比例的第一镜像信号OUT1、及在所述第二上升沿脉冲信号P2的触发下产生与第二时间信号IN2等比例的第二镜像信号OUT2，其中，第一镜像信号OUT1的脉宽W2小于第一时间信号IN1的脉宽，第二镜像信号OUT2的脉宽W3小于第二时间信号IN2的脉宽，即第一镜像信号OUT1与第一时间信号IN1的区别仅在于：第一镜像信号OUT1中每个周期的高电平的持续时间（即其脉宽W2）小于第一时间信号IN1的脉宽，第二镜像信号OUT2与第二时间信号IN2的区别仅在于：第二镜像信号OUT2中每个周期的高电平的持续时间（即其脉宽W3）小于第二时间信号IN2的脉宽; 合并单元24，用于产生第一镜像信号与第二镜像信号合并后的时钟信号，以形成所述预定的时钟脉冲CLK，即合并单元用于形成第一镜像信号与第二镜像信号合并后的时钟信号，上述合并后的信号即所需要得出的时钟脉冲CLK。因此，采样控制电路即可输出预定的时钟脉冲CLK，且使预定的时钟脉冲CLK的脉宽W1小于所述消磁时间TDS（例如上述例子中W1为95%TDS）。则采样保持电路在上述预定时间电能采集反馈电压的瞬时值即可。

在本发明的优选实施例中，分频处理单元包括：第一触发器A1、第一反相器F1、第二反相器F2、第一与门Y1、第二与门Y2；其中，第一触发器的输入端接消磁时间信号TDS，其输出端同时与第一与门的第一输入端、第一反相器的输入端、及第二反相器的输入端连接；第一反相器的输出端接第一触发器的输入端，第一与门的第二输入端同时与第一触发器的输入端及第二与门的第一输入端连接，第一与门的输出端输出第一时间信号IN1，第二反相器的输出端接第二与门的第二输入端，第二与门的输出端输出第二时间信号IN2。

脉冲产生单元包括：第三反相器F3、第四反相器F4、第三与门Y3、及第四与门Y4；其中，第三与门的第一输入端接第一与门的输出端，其第二输入端接第三反相器的输出端，其输出端输出第一上升沿脉冲信号P1，第三反相器的输入端接第一与门的输出端；第四与门的第一输入端接第二与门的输出端，其第二输入端接第四反相器的输出端，其输出端输出第二上升沿脉冲信号P2，第四反相器的输入端接第二与门的输出端。本领域技术人员熟知各种可以将两个信号进行合并的电路方式，优选地，合并单元为或门，其结构简单、成本较低且工作可靠。

例如，本发明需要准确的把握采样保持电路采样的时间点，其主要通过采样控制电路实现。采样控制电路将来自消磁时间采集电路送来的TDS信号经过分频处理单元后分成两个不同的时间信号，即错开消磁时间信号的一个周期的第一时间信号IN1与第二时间信号IN2。第一触发器分频后分解成错位的两路信号IN1和IN2，该两个信号再经过脉冲产生单元后分别产生IN1和IN2的上升沿脉冲信号P1，P2。IN1、IN2、P1和P2四路信号一起送入镜像信号产生单元，镜像信号产生单元根据四路输入信号的逻辑顺序先后产生错位的两路信号，即IN1的等比例镜像信号（可以理解为复制信号，但是正脉冲的宽度是等比例的，比例为上述实施例所提到的95%，如图6所示）。最后OUT1和OUT2通过或门相或后形成时所需的时钟脉冲CLK（此波形为TDS波形宽度减小至95%的波形），以用于控制采样保持电路的采样逻辑。

在本发明的优选实施例中，镜像信号产生单元包括：第五反相器F5、第一或门H1、第二触发器A2、第一比较器B1、第六反相器F6、第二或门H2、第三触发器A3、第二比较器B2、电容C1、C2、第一场效应管M1、第二场效应管M2、第三场效应管M3、及第四场效应管M4；其中，第一或门的第一输入端接第一时间信号IN1，其第二输入端接第五反相器的输出端，其输出端接第一场效应管M1的栅极，第五反相器的输入端接消磁时间信号TDS；第二触发器的第一输入端接第一上升沿脉冲信号P1，其第二输入端接第一比较器的输出端，其输出端接第二场效应管M2的栅极，第一场效应管M1的源极及第二场效应管M2的漏极均接第一比较器的第二输入端；第二或门的第一输入端接第二时间信号IN2，其第二输入端接第六反相器的输出端，其输出端接第三场效应管M3的栅极，第六反相器的输入端接消磁时间信号TDS；第三触发器的第一输入端接第二上升沿脉冲信号P2，其第二输入端接第二比较器的输出端，其输出端接第四场效应管M4的栅极，第三场效应管M3的源极及第四场效应管M4的漏极均接第二比较器的第二输入端；第一比较器的第一输入端及第二比较器的第一输入端均接开关电源的基准电压输出端VREF，第一场效应管M1的漏极及第三场效应管M3的漏极均接开关电源的第一恒流源的输出端I1，第二场效应管M2的源极及第四场效应管M4的源极均接开关电源的第二恒流源的输出端I2，电容C1连接于第一比较器的第二输入端与地之间，电容C2连接于第二比较器的第二输入端与地之间。

在本实施例中，可看出镜像信号产生单元包括左右两个对称的电路结构以分别输出OUT1及OUT2。如图7所示，这里以左半电路为例大致说明其工作原理：当IN1为低电平，TDS为高电平时，第一或门输出为低电平，M1打开，P1为低电平，第二触发器输出为低电平，M2管关闭，以I1电流给电容C1充电，；当TDS翻转为低电平后，第一或门输出为高电平，M1管关闭，M2管关闭，电容C1上电压维持不变；当TDS再次翻转为高电平时，此时IN1同步翻转为高电平，P1出现高电平脉冲，M1管关闭，第二触发器输出高电平，M2管打开，以I2电流给电容C1放电，直至电容C1上的电压低于VREF，第一比较器翻转为高电平，第二触发器翻转为低电平，M2管关闭，整个过程第二触发器输出波形OUT2为TDS波形的镜像波形，OUT2中脉宽由I1与I2的比例决定，若I1=I2，OUT2波形的宽度与TDS一致。右半电路的工作原理一样，只是左右电路的工作时序刚好错开一个开关周期。值得说明的是，上述各个场效应管也可以采用其它常见的开关管替换。

再次参加图8至图10所示实施例，其中，消磁时间采集电路包括：第三比较器B3、电阻R1及电容C3。第三比较器的正相输入端同时接开关电源的反馈电压的输出端及电阻R1的一端，电阻R1的另一端接第三比较器的反相输入端，且电容C3连接于第三比较器的反相输入端与地之间，第三比较器的输出端输出消磁时间信号TDS。

采样保持电路包括：第七反相器F7、第八反相器F8、第九反相器F9、第五与门Y5、第五场效应管M5、第六场效应管M6及电阻R2；其中，第七反相器的输入端接所述时钟脉冲CLK，其输出端同时接第八反相器的输入端及第五与门的第一输入端，第八反相器的输出端接第五与门的第二输入端，第五与门的输出端同时接第九反相器的输入端及第五场效应管M5的栅极，第五场效应管的源极及第六场效应管的漏极同时接开关电源的反馈电压的输出端；第五场效应管的漏极及第六场效应管的源极均通过电阻R2接开关电源的调制模块的输入端，第九反相器的输出端接第六场效应管的栅极。

值得说明的是，在采样控制电路中，所采用的一个第三反相器也可以由奇数个第三反相器串联形成一整体，其实现的效果相同。同理，所采用的一个第四反相器也可以由奇数个第四反相器串联形成一整体。而且，在采样保持电路中，第七反相器及第八反相器可以由四个或八个或其它的偶数个反相器串联形成，其产生的效果相同，亦可以理解为第七反相器由奇数个反相器串联形成，第八反相器由奇数个反相器串联形成，第七反相器与第八反相器的连接点接第五与门的第一输入端即可。

消磁时间采集电路中，第三比较器的一输入端接反馈电压输出端VFB，VFB端反馈信号波形通常为图1所示的近似方波的波形，第三比较器的负端（即其第二输入端）为VFB信号经过R1、C3滤波电路后的延时信号，如此一来，第三比较器可以通过比较识别出VFB波形中拐点的位置，进而可以输出与VFB同步的方波，即消磁时间TDS信号，并将TDS送往采样控制电路。另外，R1和C3组成 RC滤波网络，可以有效地屏蔽消磁结束后的谐振波形（如图1所示的震荡波），起到防止产生错误TDS信号的作用。

采样保持电路实施例：如图9所示，由采样控制电路产生的时钟脉冲CLK经过第七反相器、第八反相器及第五与门后产生与时钟脉冲CLK同步的脉冲信号，以用于控制由M5和M6组成的传输门的通断，当时钟脉冲CLK到来时，传输门打开，外部的VFB信号通过传输门以及限流电阻R2后即可输出幅值为VF的反馈电压，即采样保持电路在CLK的控制下采集某一个时间点的反馈电压并将该电压保持后输出，电阻R2接开关电源中调制模块即可用于开关电源的恒压调制。 

由于W1越接近TDS越难实现，同时W1越接近TDS则采集的反馈电压值越准确，所以，在本发明的优选实施例中，预定的时钟脉冲的脉宽W1为所述消磁时间TDS的90%至99%（即脉宽W1已预定为消磁时间TDS的一固定比例，该固定比例优选为90%至99%），这样既可以便于采集接近消磁时间TDS的波形又可以使采集的反馈电压值较准确，进而能更好的提高恒压控制精度。由于采样保持电路可以在采样控制电路的控制下在采集消磁时间所在的开关周期的后面的开关周期内进行工作，但是，紧接着采集消磁时间所在的开关周期的下一个开关周期内采集的反馈电压的值越准确。所以，优选地，采样保持电路是在所述一个开关周期的下一个开关周期时在时钟脉冲的控制下采集所述瞬间的反馈电压VF及将反馈电压VF进行保持。例如，当消磁时间采集电路是在开关电源的第二个开关周期内采集的TDS，则采样保持电路优选的在开关电源的第三个开关周期内（即当开关电源在第三个开关周期内工作持续时间为W1的瞬间的反馈电压）。

本发明还提供了一种开关电源控制电路，其包括：上面所述的采样电路50、及与采样电路50依次电连接的调制模块60及驱动模块70；调制模块60，用于根据采样电路采集的反馈电压进行脉宽调制及脉冲频率调制；驱动模块70，用于根据调制模块输出的信号驱动开关电源中功率管的通断。开关电源控制电路通常是由采样电路、调制模块及驱动模块集成于一芯片（IC）形成。通过采样电路准确的采集的反馈电压的值，调制模块可以通过PWM和PFM（即脉宽调制和脉冲频率调制）来控制驱动模块，进而驱动模块以不同的方式驱动开关电源中功率管Q1，从而开关电源可以通过Q1的通断的调节来输出所需的稳定的直流电压。同样，本发明还提供了一种开关电源，参见图2所示，其主要包括：整流滤波电路100，用于将市电进行整流及滤波；变压器300，用于将整流滤波电路输出的电能进行储能及能量的转移；续流电路400，用于将变压器释放的能量进行续流，续流电路的输出端即开关电源的输出端；功率管Q1，用于控制变压器的储能及能量转移的过程；及上面所述的开关电源控制电路（图中的IC），用于控制所述功率管的通断；供电电路200，用于将整流滤波电路输出的电能进行转换后给所述开关电源控制电路供电。本发明提供的开关电源控制电路及开关电源主要通过采用本发明提供的采样电路，就可实现输出稳定的电压，即可提高开关电源的恒压输出精度。

本发明还提供了一种采样方法，参见图11所示，其主要包括以下步骤：

S10、采集开关电源在一个开关周期内变压器的消磁时间TDS；

S20、根据所述消磁时间TDS输出预定的时钟脉冲CLK以控制采样保持电路的采样时间，所述预定的时钟脉冲的脉宽W1小于所述消磁时间TDS；

S30、在所述时钟脉冲CLK的控制下采集开关电源在预定时间点瞬间的反馈电压VF并将反馈电压进行保持，以输出幅值为VF的模拟信号，所述预定时间点为开关电源在所述一个开关周期之后的一个开关周期内开始工作持续时间W1的瞬间。

采样方法的过程大致如下：反馈电压的波形一路送往消磁时间采集电路，以采集开电源一个开关周期的TDS，并将TDS信号送往采样控制电路；采样控制电路首先将TDS时间自动进行设定的比例运算（如上述的95%），并输出脉宽为W1（如上述的95%的TDS）的时钟脉冲CLK。然后，采样保持电路在时钟脉冲的控制下在预定时间点上采集该瞬时的反馈电压VF并该瞬时的反馈电压进行保持，该预定时间点为开关电源在所述一个开关周期之后的一个开关周期内开始工作持续时间W1的瞬间。采样保持电路相当于将该瞬时的反馈电压VF进行复制并保持（即输出每个瞬间的幅值均为VF的模拟信号，此保持电压通常为一个开关周期刷新一次，），最后被保持的电压作为采样电路输出的电压并反馈至调制模块，用于调整功率管Q1的导通时间以及开关频率。

所以，本发明提供的采样方法主要通过在预定的时间点（即接近变压器的消磁时间结束点）采集反馈电压，则该电压能较准确的代表反馈电压的值，进而可以准确的反馈给上述IC，从而IC可以更好的调节功率管的通断，以使开关电源输出恒定的电压。

优选地，根据所述消磁时间TDS输出预定的时钟脉冲包括以下步骤：

S21、将消磁时间信号TDS分频为第一时间信号IN1及第二时间信号IN2，且所述第一时间信号IN1与所述第二时间信号IN2错开消磁时间信号的一个周期；

S22、产生第一时间信号IN1的第一上升沿脉冲信号P1及产生第二时间信号IN2的第二上升沿脉冲信号P2；

S23、在所述第一上升沿脉冲信号P1的触发下产生与第一时间信号IN1等比例的第一镜像信号OUT1、及在所述第二上升沿脉冲信号P2的触发下产生与第二时间信号IN2等比例的第二镜像信号OUT2，其中，第一镜像信号OUT1的脉宽W2小于第一时间信号IN1的脉宽，第二镜像信号OUT2的脉宽W3小于第二时间信号IN2的脉宽；

S24、产生第一镜像信号与第二镜像信号合并后的时钟信号，以形成所述预定的时钟脉冲CLK。

更优选地，步骤S30是在所述一个开关周期的下一个开关周期内在时钟脉冲的控制下采集所述瞬间的反馈电压VF及将反馈电压VF进行保持。即紧接着采集消磁时间所在的开关周期的下一个开关周期内采集的反馈电压的值越准确。例如，例如，当消磁时间采集电路是在开关电源的第二个开关周期内采集的TDS，则采样保持电路优选的在开关电源的第三个开关周期内（即当开关电源在第三个开关周期内工作持续时间为W1的瞬间的反馈电压）。

所述时钟脉冲的脉宽W1为所述消磁时间TDS的90%至99%，这样既可以便于采集接近消磁时间TDS的波形又可以使采集的反馈电压值较准确，进而能更好的提高恒压控制精度。

综上所述，本发明针对开关电源中功率管Q1不同的导通时间实现不同时间点的反馈电压的采集，并且根据上一个开关周期的消磁时间(TDS),自动运算下个开关周期反馈电压的采集时间点，实现最大程度地在变压器消磁结束点进行反馈电压的采集，从而可以最大程度地减少TDS波形的变化时带来反馈电压的采样误差，其可以避免现有技术中采用固定延时采集反馈电压的方式带来的误差，本发明提供的采样电路可以大大提高反馈电压采集的准确性，进而有利于开关电源恒压精度的提高以及恒压调制过程中环路的稳定性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种采样电路，用于采集开关电源的反馈电压，其特征在于，包括：消磁时间采集电路、采样控制电路及采样保持电路；

消磁时间采集电路，用于采集开关电源在一个开关周期内变压器的消磁时间TDS并将所述消磁时间传输至采样控制电路；

采样控制电路，用于根据所述消磁时间TDS输出预定的时钟脉冲CLK以控制采样保持电路的采样时间，所述预定的时钟脉冲CLK的脉宽W1小于所述消磁时间TDS；

采样保持电路，用于在所述时钟脉冲CLK的控制下采集开关电源在预定时间点瞬间的反馈电压VF并将所述反馈电压VF进行保持，以输出幅值为VF的模拟信号，所述预定时间点为开关电源在所述一个开关周期之后的一个开关周期内开始工作持续时间W1的瞬间。

2.如权利要求1所述的采样电路，其特征在于，所述采样控制电路包括：

分频处理单元，用于将消磁时间信号TDS分频为第一时间信号IN1及第二时间信号IN2，且所述第一时间信号IN1与所述第二时间信号IN2错开消磁时间信号的一个周期；

脉冲产生单元，用于产生第一时间信号IN1的第一上升沿脉冲信号P1及产生第二时间信号IN2的第二上升沿脉冲信号P2；

镜像信号产生单元，用于在所述第一上升沿脉冲信号P1的触发下产生与第一时间信号IN1等比例的第一镜像信号OUT1、及在所述第二上升沿脉冲信号P2的触发下产生与第二时间信号IN2等比例的第二镜像信号OUT2，其中，第一镜像信号OUT1的脉宽W2小于第一时间信号IN1的脉宽，第二镜像信号OUT2的脉宽W3小于第二时间信号IN2的脉宽；及

合并单元，用于产生第一镜像信号与第二镜像信号合并后的时钟信号，以形成所述预定的时钟脉冲CLK。

3.如权利要求2所述的采样电路，其特征在于，所述分频处理单元包括：第一触发器A1、第一反相器F1、第二反相器F2、第一与门Y1、第二与门Y2；

其中，第一触发器的输入端接消磁时间信号TDS，其输出端同时与第一与门的第一输入端、第一反相器的输入端、及第二反相器的输入端连接；

第一反相器的输出端接第一触发器的输入端，第一与门的第二输入端同时与第一触发器的输入端及第二与门的第一输入端连接，第一与门的输出端输出第一时间信号IN1，第二反相器的输出端接第二与门的第二输入端，第二与门的输出端输出第二时间信号IN2。

4.如权利要求3所述的采样电路，其特征在于，所述脉冲产生单元包括：第三反相器F3、第四反相器F4、第三与门Y3、及第四与门Y4；

其中，第三与门的第一输入端接第一与门的输出端，其第二输入端接第三反相器的输出端，其输出端输出第一上升沿脉冲信号P1，第三反相器的输入端接第一与门的输出端；

第四与门的第一输入端接第二与门的输出端，其第二输入端接第四反相器的输出端，其输出端输出第二上升沿脉冲信号P2，第四反相器的输入端接第二与门的输出端。

5.如权利要求4所述的采样电路，其特征在于，所述镜像信号产生单元包括：第五反相器F5、第一或门H1、第二触发器A2、第一比较器B1、第六反相器F6、第二或门H2、第三触发器A3、第二比较器B2、电容C1、C2、第一场效应管M1、第二场效应管M2、第三场效应管M3、及第四场效应管M4；

其中，第一或门的第一输入端接第一时间信号IN1，其第二输入端接第五反相器的输出端，其输出端接第一场效应管M1的栅极，第五反相器的输入端接消磁时间信号TDS；第二触发器的第一输入端接第一上升沿脉冲信号P1，其第二输入端接第一比较器的输出端，其输出端接第二场效应管M2的栅极，第一场效应管M1的源极及第二场效应管M2的漏极均接第一比较器的第二输入端；

第二或门的第一输入端接第二时间信号IN2，其第二输入端接第六反相器的输出端，其输出端接第三场效应管M3的栅极，第六反相器的输入端接消磁时间信号TDS；第三触发器的第一输入端接第二上升沿脉冲信号P2，其第二输入端接第二比较器的输出端，其输出端接第四场效应管M4的栅极，第三场效应管M3的源极及第四场效应管M4的漏极均接第二比较器的第二输入端；

第一比较器的第一输入端及第二比较器的第一输入端均接开关电源的基准电压输出端VREF，第一场效应管M1的漏极及第三场效应管M3的漏极均接开关电源的第一恒流源的输出端I1，第二场效应管M2的源极及第四场效应管M4的源极均接开关电源的第二恒流源的输出端I2，电容C1连接于第一比较器的第二输入端与地之间，电容C2连接于第二比较器的第二输入端与地之间。

6.如权利要求2或5所述的采样电路，其特征在于，所述合并单元为或门。

7.如权利要求1或5所述的采样电路，其特征在于，所述消磁时间采集电路包括：第三比较器B3、电阻R1及电容C3，第三比较器的正相输入端同时接开关电源的反馈电压的输出端及电阻R1的一端，电阻R1的另一端接第三比较器的反相输入端，且电容C3连接于第三比较器的反相输入端与地之间，第三比较器的输出端输出消磁时间信号TDS。

8.如权利要求1或5所述的采样电路，其特征在于，所述采样保持电路包括：第七反相器F7、第八反相器F8、第九反相器F9、第五与门Y5、第五场效应管M5、第六场效应管M6及电阻R2；

其中，第七反相器的输入端接所述时钟脉冲CLK，其输出端同时接第八反相器的输入端及第五与门的第一输入端，第八反相器的输出端接第五与门的第二输入端，第五与门的输出端同时接第九反相器的输入端及第五场效应管M5的栅极，第五场效应管的源极及第六场效应管的漏极同时接开关电源的反馈电压的输出端；第五场效应管的漏极及第六场效应管的源极均通过电阻R2接开关电源的调制模块的输入端，第九反相器的输出端接第六场效应管的栅极。

9.如权利要求1或5所述的采样电路，其特征在于，所述预定的时钟脉冲的脉宽W1为所述消磁时间TDS的90%至99%。

10.如权利要求1所述的采样电路，其特征在于，采样保持电路是在所述一个开关周期的下一个开关周期时在时钟脉冲的控制下采集所述瞬间的反馈电压VF及将反馈电压VF进行保持。

11.一种开关电源控制电路，其特征在于，包括：权利要求1至10中任意一项所述的采样电路、及与采样电路依次电连接的调制模块及驱动模块；

调制模块，用于根据采样电路采集的反馈电压进行脉宽调制及脉冲频率调制；

驱动模块，用于根据调制模块输出的信号驱动开关电源中功率管的通断。

12.一种开关电源，其特征在于，包括：

整流滤波电路，用于将市电进行整流及滤波；

变压器，用于将整流滤波电路输出的电能进行储能及能量的转移；

续流电路，用于将变压器释放的能量进行续流，续流电路的输出端即开关电源的输出端；

功率管，用于控制变压器的储能及能量转移的过程；

如权利要求11所述的开关电源控制电路，用于控制所述功率管的通断；

供电电路，用于将整流滤波电路输出的电能进行转换后给所述开关电源控制电路供电。

13.一种采样方法，包括以下步骤：

S10、采集开关电源在一个开关周期内变压器的消磁时间TDS；

S20、根据所述消磁时间TDS输出预定的时钟脉冲CLK以控制采样保持电路的采样时间，所述预定的时钟脉冲的脉宽W1小于所述消磁时间TDS；

S30、在所述时钟脉冲CLK的控制下采集开关电源在预定时间点瞬间的反馈电压VF并将反馈电压进行保持，以输出幅值为VF的模拟信号，所述预定时间点为开关电源在所述一个开关周期之后的一个开关周期内开始工作持续时间W1的瞬间。

14.根据权利要求13所述的采样方法，其特征在于，根据所述消磁时间TDS输出预定的时钟脉冲包括以下步骤：

S21、将消磁时间信号TDS分频为第一时间信号IN1及第二时间信号IN2，且所述第一时间信号IN1与所述第二时间信号IN2错开消磁时间信号的一个周期；

S22、产生第一时间信号IN1的第一上升沿脉冲信号P1及产生第二时间信号IN2的第二上升沿脉冲信号P2；

S23、在所述第一上升沿脉冲信号P1的触发下产生与第一时间信号IN1等比例的第一镜像信号OUT1、及在所述第二上升沿脉冲信号P2的触发下产生与第二时间信号IN2等比例的第二镜像信号OUT2，其中，第一镜像信号OUT1的脉宽W2小于第一时间信号IN1的脉宽，第二镜像信号OUT2的脉宽W3小于第二时间信号IN2的脉宽；

S24、产生第一镜像信号与第二镜像信号合并后的时钟信号，以形成所述预定的时钟脉冲CLK。

15.根据权利要求13所述的采样方法，其特征在于，所述步骤S30是在所述一个开关周期的下一个开关周期内在时钟脉冲的控制下采集所述瞬间的反馈电压VF及将反馈电压VF进行保持。

16.根据权利要求13至15中任一项所述的采样方法，其特征在于，所述预定的时钟脉冲的脉宽W1为所述消磁时间TDS的90%至99%。