CN104578792B - 线损补偿装置、开关电源系统和线损补偿方法 - Google Patents

线损补偿装置、开关电源系统和线损补偿方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种线损补偿装置、开关电源系统和线损补偿方法，其中该装置包括：采样模块，用于采样开关电源的反馈电压信号；误差放大模块，用于获取反馈电压信号，并将反馈电压信号与预设的基准电压信号进行比较以得到误差放大的反馈电压信号；控制模块，用于根据误差放大的反馈电压信号生成反馈电流信号和开关信号，开关信号用于控制开关电源的功率开关管；消磁时间采样模块，用于采样开关电源的消磁时间；补偿模块，用于根据消磁时间和反馈电流信号生成补偿电流信号，并叠加到开关电源的输出控制电路进行补偿。该装置完善了开关电源系统的负载调整，将外置器件内置以减少外部器件，解决输出电压正反馈对系统稳定性造成的影响，利于系统集成化。

Description

线损补偿装置、开关电源系统和线损补偿方法
技术领域
本发明涉及开关电源技术领域，特别涉及一种线损补偿装置、开关电源系统和线损补偿方法。
背景技术
随着电子数码产品的不断发展，对供电电源的要求也不断提高。为了满足电子数码产品的多样性和性能优化的需要，电子数码产品需要更为稳定的供电电源，以确保在各种情况下能够稳定工作。这就需要供电系统具有线损补偿功能，以补偿由于在电线上损耗的电压对输出电压的影响。
如图1、图2所示分别为现有技术中初级控制开关电源充电器应用电路图和原理框图。如图1所示，整个开关电源系统是通过对三极管Q1的开关控制来达到交流电转换为稳定的直流电压的。当三极管Q1开启时，直流输入电压给初级电感（1-4）充电。当三极管Q1关闭时，初级电感（1-4）上的能量向次级（5-6）传递，因而输出电压的检测只能发生在次级二极管D7的消磁时间内。输出电压经过变压器次级绕组（5-6）和辅助绕组（2-3）的耦合以及R3，R4电阻分压后送往芯片内部，如图2所示，芯片根据从反馈端采样到的输出电压FB，并通过采样保持输出，并与基准电压信号Vref相比较输出误差放大的VEA信号，并根据VEA信号和消磁时间TDS输出PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）和PFM（Pulse FrequencyModulation，脉冲频率调制），进而控制三极管Q1的导通时间和工作频率，以实现恒定的输出电压。
上述处理方法存在的缺陷在于，最后得到的输出电压是一个恒定量，在满载和空载的情况下，会导致提供给下游系统的电源电压差距太大，导致在整个系统工作过程中输出不稳定，不利于系统的正常工作。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决上述的技术缺陷之一。
为此，本发明的第一个目的在于提出一种线损补偿装置，该装置将损失在负载电路导线上的变量电压补偿在开关电源的输出电压中，使得下游系统的电压保持稳定，完善了开关电源系统的负载调整。
本发明的第二个目的在于提出一种开关电源系统。
本发明的第三个目的在于提出一种线损补偿方法。
为了实现上述目的，本发明第一方面实施例的线损补偿装置，包括：采样模块，用于采样所述开关电源的反馈电压信号；误差放大模块，用于获取所述反馈电压信号，并将所述反馈电压信号与预设的基准电压信号进行比较以得到误差放大的反馈电压信号；控制模块，用于根据所述误差放大的反馈电压信号生成反馈电流信号和开关信号，所述开关信号用于控制所述开关电源的功率开关管；消磁时间采样模块，用于采样所述开关电源的消磁时间；以及补偿模块，用于根据所述消磁时间和所述反馈电流信号生成补偿电流信号，并叠加到所述开关电源的输出控制电路进行补偿。
根据本发明实施例的线损补偿装置，通过将损失在负载电路导线上的变量电压补偿在开关电源的输出电压中，使得下游系统的电压保持稳定，完善了开关电源系统的负载调整，补偿电压保持模块将外置器件内置减少外部器件，以起到将补偿电压信号减缓的作用，解决输出电压正反馈对系统稳定性造成的影响，减少了系统外围器件，更加利于系统的集成化。
为了实现上述目的，本发明第二方面实施例的开关电源系统包括开关电源和上述的线损补偿装置。其中，所述线损补偿装置与所述开关电源相连，所述线损补偿装置将其生成的所述补偿电流信号叠加到所述开关电源的输出控制电路进行补偿。
根据本发明实施例的开关电源系统，通过线损补偿装置能够实现在全负载范围内导线压降的精确补偿，从而完善了开关电源系统的负载调整，补偿电压保持模块将外置器件内置减少外部器件，以起到将补偿电压信号减缓的作用，解决输出电压正反馈对系统稳定性造成的影响，减少了系统外围器件，更加利于系统的集成化，并且使系统更加稳定。
为了实现上述目的，本发明第三方面实施例的线损补偿方法包括以下步骤：采样所述开关电源的反馈电压信号；将所述反馈电压信号与预设的基准电压信号进行比较以得到误差放大的反馈电压信号；根据所述误差放大的反馈电压信号生成反馈电流信号和开关信号，其中，所述开关信号用于控制所述开关电源的功率开关管；采样所述开关电源的消磁时间；以及根据所述消磁时间和所述反馈电流信号生成补偿电流信号，并叠加到所述开关电源的输出控制电路进行补偿。
根据本发明实施例的线损补偿方法，通过将损失在负载电路导线上的变量电压补偿在开关电源的输出电压中，使得下游系统的电压保持稳定，完善了开关电源系统的负载调整，补偿电压保持模块将外置器件内置减少外部器件，以起到将补偿电压信号减缓的作用，解决输出电压正反馈对系统稳定性造成的影响，减少了系统外围器件，更加利于系统的集成化。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是现有技术中初级控制开关电源充电器应用电路图；
图2是现有技术中初级控制开关电源充电器原理框图；
图3（a）是根据本发明一个实施例的线损补偿装置的结构示意图；
图3（b）是根据本发明另一个实施例的线损补偿装置的结构示意图；
图4是根据本发明实施例的消磁信号波形图；
图5是根据本发明实施例的线损补偿装置中的控制模块和补偿电压生成单元的电路图；
图6是根据本发明实施例的线损补偿装置中的补偿电压保持单元的电路图；
图7是根据本发明实施例的线损补偿装置中的补偿电流生成单元的电路图；
图8是根据本发明另一个实施例的线损补偿装置中的补偿电流生成单元的电路图；
图9是根据本发明实施例的开关电源系统的结构示意图；
图10是根据本发明实施例的线损补偿方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，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。
参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
下面参照图3（a）至图8来描述本发明第一方面实施例的线损补偿装置。
图3（a）是根据本发明一个实施例的线损补偿装置的结构示意图。如图3（a）所示，线损补偿装置包括采样模块100、误差放大模块200、控制模块300、消磁时间采样模块400、补偿模块500。
具体地，采样模块100用于采样开关电源的反馈电压信号。误差放大模块200用于获取反馈电压信号，并与预设的基准电压信号进行比较以得到误差放大的反馈电压信号。控制模块300用于根据误差放大的反馈电压信号生成反馈电流信号和开关信号，开关信号用于控制开关电源的功率开关管。消磁时间采样模块400用于采样开关电源的消磁时间。补偿模块500用于根据消磁时间和反馈电流信号生成补偿电流信号，并叠加到开关电源的输出控制电路进行补偿。
更具体地，采样模块100用于采样开关电源的反馈电压信号。其中，采样模块100通过对反馈电压端（FB端）的反馈信号VFB进行检测，实现对反馈电压信号的采样并保持，并将采样、保持的信号Vsample提供给后续误差放大模块200处理，其中保持为可选的。
误差放大模块200用于获取反馈电压信号，并与预设的基准电压信号进行比较以得到误差放大的反馈电压信号VEA，提供给后续控制模块300。
控制模块300用于根据误差放大的反馈电压信号生成反馈电流信号和开关信号，开关信号可以用于控制开关电源的功率开关管，例如控制开关电源的功率开关管的导通时间、工作频率或者其它参数。
消磁时间采样模块400用于采样开关电源的消磁时间TDS。具体地，在本发明的一个实施例中，消磁时间TDS可以由电感的电磁感应定律和变压器电流比方程得到。
补偿模块500用于根据消磁时间和反馈电流信号生成补偿电流信号，并叠加到开关电源的输出控制电路进行补偿。具体来讲，补偿模块500用于根据消磁时间TDS和反馈电流信号Icp生成补偿电流信号ICOMP，并叠加到开关电源的输出控制电路进行补偿。其中，输出控制电路由功率开关管Q1和第二电阻R2组成，见图5所示。
根据本发明实施例的线损补偿装置，通过将损失在负载电路导线上的变量电压补偿在开关电源的输出电压中，使得下游系统的电压保持稳定，完善了开关电源系统的负载调整，补偿电压保持模块将外置器件内置减少外部器件，以起到将补偿电压信号减缓的作用，解决输出电压正反馈对系统稳定性造成的影响，减少了系统外围器件，更加利于系统的集成化。
在本发明的一个实施例中，控制模块300采用PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）和PFM（Pulse Frequency Modulation，脉冲频率调制）的控制方式。
具体地，本发明的一个实施例中，如图5中所示，误差放大模块200可为误差放大器。控制模块300包括：第一电阻R1；第一场效应管MN1，第一场效应管MN1的栅极和误差放大模块200的输出端相连，第一场效应管MN1的源极通过第一电阻接地；第二电阻R2；比较器COMP1，比较器COMP1的反向输入端与第一场效应管MN1的源极相连，比较器COMP1的同向输入端与功率开关管Q1的发射极相连，功率开关管Q1的发射极通过第二电阻R2接地；逻辑控制单元310，逻辑控制单元310与比较器COMP1的输出端相连，用于生成开关信号DRI，以控制开关电源的功率开关管Q1，例如可以控制功率开关管Q1的导通时间、工作频率或者其它参数；第二场效应管MP1，第二场效应管MP1的源极与电源VCC相连，第二场效应管MP1的漏极与第一场效应管MN1的漏极相连；第三场效应管MP2，第三场效应管MP2的源极与电源VCC相连，第三场效应管MP2的栅极与第二场效应管MP1的栅极相连，第三场效应管MP2的漏极输出反馈电流信号Icp。其中，在本发明的上述实施例中，功率开关管Q1为三极管，功率开关管Q1也可以用其它开关管代替，在此描述的功率开关管Q1只是用来举例。
消磁时间采样模块400用于采样开关电源的消磁时间TDS。如图4所示为消磁信号波形图，TDS为次级二极管D7的消磁时间，等效于次级二极管的导通时间，当开关电源的功率开关管关断后，能量通过变压器耦合传递到次边，输出二极管D7导通，给输出电容充电同时为负载供电，直到传递的能量消耗完毕，输出二极管D7截止，从二极管D7导通到截止的时间即为输出的消磁时间。消磁时间TDS可由下述公式得到：
其中，公式（1）中的LS为等效次边电感量，IS为等效次边峰值电流，VD为次级二极管的正向压降，VO为开关电源的输出电压,Ip为功率开关管的峰值电流，Lp为变压器的电感量，NS为变压器主边匝数，NP为变压器次边匝数。
下面介绍本发明实施例的工作原理，如图5所示，开关电源的辅助线圈（3-2）的反馈电压经分压网络（由电阻R8和R9组成）分压后由输出电压反馈端FB提供给采样模块100，采样保持后的信号Vsample通过误差放大模块200与内部的基准电压VREF进行比较放大。当负载变重，输出电压VO降低，采样端的信号Vsample也随之下降，迫使误差放大模块200的输出上升，通过控制模块300将增大功率开关管的导通时间/提高功率开关管的工作频率，于是开关电源的输出功率上升，开关电源的输出电压VO也随之上升。反之，当负载变轻，输出电压VO上升，误差放大模块200的输出降低，通过控制模块300将减小功率开关管的导通时间/降低功率开关管的工作频率，开关电源的输出功率随之下降，迫使输出电压VO也下降，直到系统达到平衡。具体见下面的公式（3）。
在变压器中，磁芯能量有下面的表达式：
则有，
其中，POUT为输出负载功率，Lp为变压器的电感量，Ip为功率开关管的峰值电流，F为系统频率，η为转化效率。则有
其中，VO为开关电源的输出电压，IOUT为输出负载电流，恒压下，VO可近似为恒定值，即输出负载电流IOUT与IP 2·F成正比。
导线的压降根据下面的公式（5）确定：
其中，VC为导线压降，RC为导线电阻。
要达到完善的线损补偿效果，需要使补偿电压与导线压降VC相等，也就是说，补偿电压需要与IOUT成正比，即与IP 2·F成正比。
图3（b）是根据本发明另一个实施例的线损补偿装置的结构示意图。
如图3（b）所示，线损补偿装置包括采样模块100、误差放大模块200、控制模块300、消磁时间采样模块400、补偿模块500，其中，补偿模块500包括补偿电压生成单元510、补偿电压保持单元520和补偿电流生成单元530。
具体地，在补偿模块500中，补偿电压生成单元510分别与控制模块300和消磁时间采样模块相连400，用于根据消磁时间TDS和反馈电流信号I0生成补偿电压信号V1。补偿电压保持单元520分别与控制模块300和补偿电压生成单元510相连，用于根据开关信号对补偿电压信号V1进行保持以输出保持电压Vcp。补偿电流生成单元530与补偿电压保持单元520相连，用于根据补偿电压信号Vcp生成补偿电流信号ICOMP，并叠加到开关电源的输出控制电路以补偿负载电路导线产生的压降。
具体地，如图5所示，补偿电压生成单元510包括第四场效应管MN2，第四场效应管MN2的栅极和消磁时间采样模块400的输出端相连，第四场效应管MN2的漏极与第三场效应管MP2的漏极相连；第三电阻R3，第三电阻R3的一端与第四场效应管MN2的源极相连，第三电阻R3的另一端接地，其中，第三电阻R3两端的电压信号为补偿电压信号。其中，电容C0为外接电容，在图5电路中，电流已经固定为微安级，开关电源的工作周期为微秒级，所以，需要的充电电容C0的单位至少要为纳法级，但这样的电容只能外置，不但增加了芯片引脚，也不利于系统的集成。所以，可以将外接的充电电容C0进行替换，替换后的元器件便可以内置，具体替换方式见图6所示的电路，具体替换的元器件将在后面描述线损补偿装置的原理时具体介绍。
具体地，如图6所示，补偿电压保持单元520包括第一电容C1，第一电容C1的一端接地；第四电阻R4，第四电阻R4的一端与第一电容C1的另一端相连；第二电容C2，第二电容C2的一端接地，第二电容C2的另一端与第四电阻R4的另一端相连；第五场效应管MN3，第五场效应管MN3的栅极与控制模块300的逻辑单元310输出端相连，第五场效应管MN3的漏极与第二电容C2的另一端相连；第三电容C3，第三电容C3的一端接地，第三电容C3的另一端与第五场效应管MN3的源极相连，其中，第三电容C3两端的电压信号为保持的补偿电压信号Vcp。
具体地，如图7所示，补偿电流生成单元530包括第一运算放大器OP1，第一运算放大器OP1的同向输入端与第三电容C3的另一端相连，用于输入保持的补偿电压信号Vcp；第五电阻R5，第五电阻R5的一端接地，第五电阻R5的另一端与第一运算放大器OP1的反向输入端相连；第六场效应管MN4，第六场效应管MN4的栅极与第一运算放大器OP1的输出端相连，第六场效应管MN4的源极与第五电阻R5的另一端相连；第七场效应管MP3，第七场效应管MP3的漏极与第六场效应管MN4的漏极相连，第七场效应管MP3的源极与电源相连；第八场效应管MP4，第八场效应管MP4的源极与电源相连，第八场效应管MP4的栅极与第七场效应管MP3的栅极；第九场效应管MN5，第九场效应管MN5的漏极与第八场效应管MP4的漏极相连，第九场效应管MN5的源极接地；第十场效应管MN6，第十场效应管MN6的栅极与第九场效应管MN5的栅极相连，第十场效应管MN6的源极接地，第十场效应管MN6的漏极与采样模块100的输入相连，并输出补偿电流信号ICOMP，并将ICOMP叠加至输出反馈电路中，如电阻R8和R9组成的反馈电路中。
根据对于电流信号ICOMP叠加方法的不同，本发明的另一个实施例提供了一种补偿电流生成单元530，如图8所示。
具体地，补偿电流生成单元530包括第一运算放大器OP1，第一运算放大器OP1的同向输入端与第三电容R3的另一端相连，用于输入保持的补偿电压信号Vcp；第五电阻R5，第五电阻R5的一端接地，第五电阻R5的另一端与第一运算放大器OP1的反向输入端相连；第六场效应管MN4，第六场效应管MN4的栅极与第一运算放大器OP1的输出端相连，第六场效应管MN4的源极与第五电阻R5的另一端相连；第七场效应管MP3，第七场效应管MP3的漏极与第六场效应管MN4的漏极相连，第七场效应管MP3的源极与电源相连；第八场效应管MP4，第八场效应管MP4的源极与电源相连，第八场效应管MP4的栅极与第七场效应管MP3的栅极；第六电阻R6，第六电阻R6的一端与第八场效应管MP4的漏极相连，其中，第八场效应管MP4的漏极输出补偿电流信号ICOMP；第七电阻R7，第七电阻R7的一端接地；第二运算放大器OP2，第二运算放大器OP2的同向输入端接收预设的基准电压信号，第二运算放大器OP2的反向输入端与第七电阻R7的另一端相连；第九场效应管MN5，第九场效应管MN5的漏极与第六电阻R6的另一端相连，第九场效应管MN5的栅极与第二运算放大器OP2的输出端相连，第九场效应管MN5的源极与第七电阻R7相连；误差放大器EA1，误差放大器EA1的同向输入端与第八场效应管MP4的漏极相连，误差放大器EA1的反向输入端接收电压反馈信号，误差放大器EA1输出误差放大的电压反馈信号VEA。其中，将ICOMP叠加至误差放大模块200中，误差放大模块200可为一个误差放大器。
下面参照图5至图8描述根据本发明实施例的线损补偿装置的原理。
由图5可以知道Vs为主边流过三极管电流在电阻R2上产生的电压，而这一电压实际是由芯片内部产生电压VP决定的。采样电路采集到反馈线圈电压VFB，在误差放大器中与基准电压VREF比较产生VEA控制信号，VEA决定流过MP1电流I0的大小。通过COMP1中对两电压的比较产生开关信号来控制三极管关闭，使IOUT不同时产生不同VP电压值。
VP=IP·R2（6）
由上式可知，ICP就是一路与IP有关的电流。
电流ICP经过开关管对充电电容C0充电，当充电ΔV和放电ΔV’相等时，即可以得到一个稳定的电压值V1，根据电容公式
得到，
由上述公式，可得：
由于V1在系统中引入正反馈使系统震荡，需要减小变化速度使电压信号变化缓慢。如图6所示，对V1信号作进一步处理，得到缓慢变化的信号VCP，VCP与V1电压值大小一样，只是在变化速度和幅度上比V1更利于系统稳定。VCP经过转换为电流ICOMP，
令这样就首先得到与IP 2和F成正比的补偿电流：
ICOMP=N·IP 2·F （13）
根据电容公式（8）可以知道，电压的变化取决于充电电容的容值，而希望引进的电压变化量一定是要比反馈电压变化量还要小的值。在图5电路中，电流已经固定为微安级，开关电源的工作周期为微秒级，所以，需要的充电电容C0的单位至少要为纳法级，但这样的电容只能外置，不但增加了芯片引脚，也不利于系统的集成。因此，
可以将外接的充电电容C0替换，替换后的元器件便可以内置。
如图6所示，外接电容C0被一个Π型滤波电路和开关电容替代，从而实现将其内置在芯片中，Π型滤波电路可以理解为经过电容C1后，再加一级RC滤波电路。这样通过加大R的值来减小电容值，可以大大减小电容的大小。经过Π型滤波后V1变为缓慢平稳的电压信号，此时采用开关电容对其进行采样保持，得到的补偿信号VCP更能满足小电容，缓慢变化信号的要求。VCP经过电流转换得到ICOMP，将补偿电流ICOMP叠加到辅助线圈反馈分压信号中去，得到补偿电压VCOMP。具体公式如下：
令即得到：
VCOMP=RC·IOUT （15）
调整R8的值即可以抵消掉不同规格线损RC产生的影响，从而使系统有更好的负载调整率。
具体地，如图8所示，将补偿电流ICOMP叠加到系统中控制VFB的基准电压上去，得到的新基准电压为：
VREF'=ICOMP·R6+VREF （16）
补偿电流生成单元530适用于不能通过改变反馈分压来实现对不同规格的充电线上损耗补偿的设计，这种设计往往用于系统其他性能的调节，例如用于输入交流电高低压造成的主边电流峰值不同，即线电压不同的前馈补偿中。可以利于外置电阻R5来调节不同型号充电线的损耗补偿值。
根据本发明实施例的线损补偿装置，通过将损失在负载电路导线上的变量电压补偿在开关电源的输出电压中，使得下游系统的电压保持稳定，完善了开关电源系统的负载调整，补偿电压保持模块将外置器件内置减少外部器件，以起到将补偿电压信号减缓的作用，解决输出电压正反馈对系统稳定性造成的影响，减少了系统外围器件，更加利于系统的集成化。
下面描述本发明第二方面实施例的开关电源系统。图9是根据本发明实施例的开关电源系统的结构示意图。
如图9所示，开关电源系统包括开关电源10和线损补偿装置20。
具体地，线损补偿装置20为本发明第一方面实施例描述的线损补偿装置。线损补偿装置20与开关电源10相连，线压补偿装置20将其生成的补偿电流信号叠加到开关电源10的输出控制电路以补偿开关电源10的负载电路导线产生的压降。
根据本发明实施例的开关电源系统，通过线压补偿装置能够实现在全负载范围内导线压降的精确补偿，从而完善了开关电源系统的负载调整，补偿电压保持模块将外置器件内置减少外部器件，以起到将补偿电压信号减缓的作用，解决输出电压正反馈对系统稳定性造成的影响，减少了系统外围器件，更加利于系统的集成化，并且使系统更加稳定。
下面参考图10来描述本发明第三方面实施例的线损补偿方法。
图10是根据本发明实施例的线损补偿方法的流程图。如图10所示，线损补偿方法包括以下步骤：
S101，采样开关电源的反馈电压信号。
具体地，首先对开关电源的反馈电压信号进行采样。例如，通过对反馈电压端（FB端）的反馈信号VFB进行检测，实现对反馈电压信号VFB的采样并保持，以将采样、保持的信号Vsample用于后续处理，其中保持为可选的。
S102，将反馈电压信号与预设的基准电压信号进行比较以得到误差放大的反馈电压信号。
具体地，将反馈电压信号与预设的基准电压信号进行比较以得到误差放大的反馈电压信号VEA，以用于后续的处理。
S103，根据误差放大的反馈电压信号生成反馈电流信号和开关信号，其中，开关信号用于控制开关电源的功率开关管。
具体地，根据误差放大的反馈电压信号生成反馈电流信号和开关信号，开关信号可以用于控制开关电源的功率开关管，例如控制开关电源的功率开关管的导通时间、工作频率或者其它参数。
S104，采样开关电源的消磁时间。
具体地，在本发明的一个实施例中，消磁时间TDS可以由电感的电磁感应定律和变压器电流比方程得到。
S105，根据消磁时间和反馈电流信号生成补偿电流信号，并叠加到开关电源的输出控制电路进行补偿。
具体地，例如，根据消磁时间TDS和反馈电流信号Icp生成补偿电流信号ICOMP，并叠加到开关电源的输出控制电路进行补偿。
根据本发明实施例的线损补偿方法，通过将损失在负载电路导线上的变量电压补偿在开关电源的输出电压中，使得下游系统的电压保持稳定，完善了开关电源系统的负载调整，补偿电压保持模块将外置器件内置减少外部器件，以起到将补偿电压信号减缓的作用，解决输出电压正反馈对系统稳定性造成的影响，减少了系统外围器件，更加利于系统的集成化。
此外，关于本发明实施例的线损补偿方法的原理及其他的描述可以参考本发明实施例的线损补偿装置中的说明。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备（如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统）使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例（非穷尽性列表）包括以下：具有一个或多个布线的电连接部（电子装置），便携式计算机盘盒（磁装置），随机存取存储器（RAM），只读存储器（ROM），可擦除可编辑只读存储器（EPROM或闪速存储器），光纤装置，以及便携式光盘只读存储器（CDROM）。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
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。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (8)

1.一种线损补偿装置，所述线损补偿装置应用于开关电源，其特征在于，包括：
采样模块，用于采样所述开关电源的反馈电压信号；
误差放大模块，用于获取所述反馈电压信号，并将所述反馈电压信号与预设的基准电压信号进行比较以得到误差放大的反馈电压信号；
控制模块，用于根据所述误差放大的反馈电压信号生成反馈电流信号和开关信号，所述开关信号用于控制所述开关电源的功率开关管；
消磁时间采样模块，用于采样所述开关电源的消磁时间；以及
补偿模块，所述补偿模块包括补偿电压生成单元、补偿电压保持单元和补偿电流生成单元，其中，所述补偿电压生成单元用于根据所述消磁时间和所述反馈电流信号生成补偿电压信号，所述补偿电压保持单元用于根据所述开关信号对所述补偿电压信号进行保持，所述补偿电流生成单元用于根据所述补偿电压信号生成补偿电流信号，并叠加到所述开关电源的输出控制电路进行补偿。
2.如权利要求1所述的线损补偿装置，其特征在于，所述控制模块包括：
第一电阻；
第一场效应管，所述第一场效应管的栅极和所述误差放大模块的输出端相连，所述第一场效应管的源极通过所述第一电阻接地；
第二电阻；
比较器，所述比较器的反向输入端与所述第一场效应管的源极相连，所述比较器的同向输入端与所述功率开关管的发射极相连，所述功率开关管的发射极通过所述第二电阻接地；
逻辑控制单元，所述逻辑控制单元与所述比较器的输出端相连，用于生成所述开关信号；
第二场效应管，所述第二场效应管的源极与电源相连，所述第二场效应管的漏极与所述第一场效应管的漏极相连；
第三场效应管，所述第三场效应管的源极与所述电源相连，所述第三场效应管的栅极与所述第二场效应管的栅极相连，所述第三场效应管的漏极输出所述反馈电流信号。
3.如权利要求2所述的线损补偿装置，其特征在于，补偿电压生成单元包括：
第四场效应管，所述第四场效应管的栅极和所述消磁时间采样模块的输出端相连，所述第四场效应管的漏极与所述第三场效应管的漏极相连；
第三电阻，所述第三电阻的一端与所述第四场效应管的源极相连，所述第三电阻的另一端接地，其中，所述第三电阻两端的电压信号为所述补偿电压信号。
4.如权利要求3所述的线损补偿装置，其特征在于，所述补偿电压保持单元包括：
第一电容，所述第一电容的一端接地；
第四电阻，所述第四电阻的一端与所述第一电容的另一端相连；
第二电容，所述第二电容的一端接地，所述第二电容的另一端与所述第四电阻的另一端相连；
第五场效应管，所述第五场效应管的栅极与所述控制模块的所述逻辑控制单元输出端相连，所述第五场效应管的漏极与所述第二电容及所述第四电阻的另一端相连；
第三电容，所述第三电容的一端接地，所述第三电容的另一端与所述第五场效应管的源极相连，其中，所述第三电容两端的电压信号为所述补偿电压保持单元保持后的补偿电压信号。
5.如权利要求4所述的线损补偿装置，其特征在于，所述补偿电流生成单元包括：
第一运算放大器，所述第一运算放大器的同向输入端与所述第三电容的另一端相连，用于输入所述补偿电压保持单元保持后的补偿电压信号；
第五电阻，所述第五电阻的一端接地，所述第五电阻的另一端与所述第一运算放大器的反向输入端相连；
第六场效应管，所述第六场效应管的栅极与所述第一运算放大器的输出端相连，所述第六场效应管的源极与所述第五电阻的另一端相连；
第七场效应管，所述第七场效应管的漏极与所述第六场效应管的漏极相连，所述第七场效应管的源极与电源相连；
第八场效应管，所述第八场效应管的源极与所述电源相连，所述第八场效应管的栅极与所述第七场效应管的栅极相连；
第九场效应管，所述第九场效应管的漏极与所述第八场效应管的漏极相连，所述第九场效应管的源极接地；
第十场效应管，所述第十场效应管的栅极与所述第九场效应管的栅极相连，所述第十场效应管的源极接地，所述第十场效应管的漏极与所述采样模块的输入端相连，并输出所述补偿电流信号。
6.如权利要求4所述的线损补偿装置，其特征在于，所述补偿电流生成单元包括：
第一运算放大器，所述第一运算放大器的同向输入端与所述第三电容的另一端相连，用于输入所述保持的补偿电压信号；
第五电阻，所述第五电阻的一端接地，所述第五电阻的另一端与所述第一运算放大器的反向输入端相连；
第六场效应管，所述第六场效应管的栅极与所述第一运算放大器的输出端相连，所述第六场效应管的源极与所述第五电阻的另一端相连；
第七场效应管，所述第七场效应管的漏极与所述第六场效应管的漏极相连，所述第七场效应管的源极与电源相连；
第八场效应管，所述第八场效应管的源极与所述电源相连，所述第八场效应管的栅极与所述第七场效应管的栅极相连；
第六电阻，所述第六电阻的一端与所述第八场效应管的漏极相连，其中，所述第八场效应管的漏极输出所述补偿电流信号；
第七电阻，所述第七电阻的一端接地；
第二运算放大器，所述第二运算放大器的同向输入端接收所述预设的基准电压信号，所述第二运算放大器的反向输入端与所述第七电阻的另一端相连；
第九场效应管，所述第九场效应管的漏极与所述第六电阻的另一端相连，所述第九场效应管的栅极与所述第二运算放大器的输出端相连，所述第九场效应管的源极与所述第七电阻相连；
误差放大器，所述误差放大器的同向输入端与所述第八场效应管的漏极相连，所述误差放大器的反向输入端接收所述反馈电压信号，所述误差放大器输出所述误差放大的反馈电压信号。
7.一种开关电源系统，其特征在于，包括：
开关电源；和
如权利要求1-6任一项所述的线损补偿装置，所述线损补偿装置与所述开关电源相连，所述线损补偿装置将其生成的所述补偿电流信号叠加到所述开关电源的输出控制电路进行补偿。
8.一种线损补偿方法，所述线损补偿方法应用于开关电源，其特征在于，包括以下步骤：
采样所述开关电源的反馈电压信号；
将所述反馈电压信号与预设的基准电压信号进行比较以得到误差放大的反馈电压信号；
根据所述误差放大的反馈电压信号生成反馈电流信号和开关信号，其中，所述开关信号用于控制所述开关电源的功率开关管；
采样所述开关电源的消磁时间；以及
根据所述消磁时间和所述反馈电流信号生成补偿电压信号，并根据所述开关信号对所述补偿电压信号进行保持，根据所述补偿电压信号生成补偿电流信号，并叠加到所述开关电源的输出控制电路进行补偿。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105305823B (zh) * 2015-10-15 2018-09-28 上海斐讯数据通信技术有限公司 一种开关电源线损补偿选择电路及方法
CN105515413B (zh) * 2015-12-08 2018-07-24 美芯晟科技（北京）有限公司 一种基于交流-直流转换器的输出电压采样电路与方法
CN105510886B (zh) * 2015-12-09 2018-11-23 上海圆舟电子科技有限公司 船用雷达射频电缆传输损耗自动补偿装置及其补偿方法
CN105743369B (zh) * 2016-03-23 2018-04-03 苏州美思迪赛半导体技术有限公司 一种原边反馈开关电源的线损补偿系统及方法
CN108254614B (zh) * 2016-12-29 2020-04-24 比亚迪股份有限公司 开关电源及其电压采样电路
CN108667082B (zh) * 2017-03-30 2022-03-08 维谛公司 一种线损补偿方法、装置及系统
CN106992684B (zh) * 2017-04-25 2019-06-21 昂宝电子（上海）有限公司 反激式电源系统及其控制方法
CN107769521A (zh) * 2017-09-28 2018-03-06 四川九洲光电科技股份有限公司 一种具有自动调节输出功能的开关电源
CN110212765B (zh) * 2018-02-28 2021-03-02 比亚迪半导体股份有限公司 一种电源及其电源电路
CN110971126B (zh) * 2018-09-29 2021-05-28 比亚迪半导体股份有限公司 开关电源及其控制装置和环路补偿方法及存储介质
CN112491274B (zh) * 2019-08-21 2022-06-21 比亚迪半导体股份有限公司 电源控制装置、方法和开关电源系统
CN113708637B (zh) * 2021-08-18 2023-03-31 杭州必易微电子有限公司 一种反馈电压采样补偿方法及其原边反馈控制电路、反激电源
CN115411814B (zh) * 2022-09-02 2023-06-09 深圳市磐鼎科技有限公司 自动电压补偿的充电装置及平板设备

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7352595B2 (en) * 2005-11-08 2008-04-01 System General Corp. Primary-side controlled switching regulator
CN101924471A (zh) * 2010-08-31 2010-12-22 深圳市明微电子股份有限公司 恒定输出电流的方法及装置
CN102185469A (zh) * 2010-09-16 2011-09-14 崇贸科技股份有限公司 功率转换器的校正电路、校正装置、以及校正方法
CN102801300A (zh) * 2012-08-30 2012-11-28 佛山市南海赛威科技技术有限公司 原边反馈控制的开关电源线损补偿系统及方法
CN102904448A (zh) * 2011-07-29 2013-01-30 比亚迪股份有限公司 一种开关电源的控制芯片和开关电源

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101247801B1 (ko) * 2005-10-25 2013-03-26 페어차일드코리아반도체 주식회사 스위칭 모드 파워 서플라이

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7352595B2 (en) * 2005-11-08 2008-04-01 System General Corp. Primary-side controlled switching regulator
CN101924471A (zh) * 2010-08-31 2010-12-22 深圳市明微电子股份有限公司 恒定输出电流的方法及装置
CN102185469A (zh) * 2010-09-16 2011-09-14 崇贸科技股份有限公司 功率转换器的校正电路、校正装置、以及校正方法
CN102904448A (zh) * 2011-07-29 2013-01-30 比亚迪股份有限公司 一种开关电源的控制芯片和开关电源
CN102801300A (zh) * 2012-08-30 2012-11-28 佛山市南海赛威科技技术有限公司 原边反馈控制的开关电源线损补偿系统及方法

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