CN105281588B - 一种高精度原边反馈型电源模块及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高精度原边反馈型电源模块及其控制方法，包括电源芯片U11，电源芯片U11的COMP脚与电容C11的一端相连接，电容C11的另一端接地，电源芯片U11的INV脚还分别与分压电阻R1的一端和分压电阻R2的一端相连接，分压电阻R1的另一端与辅助电压VAUX相连接，分压电阻R2的另一端接地，电源芯片U11的CS脚连接采样电阻Rs的一端，采样电阻Rs的另一端接地，电源芯片U11的GND脚接地，电源芯片U11的DRAIN脚输出电压。高精度原边反馈型电源模块只需要很少的外围阻容元件去控制成熟的反激式功率电路，即可实现高性能、低成本、可编程、高功率密度的非常实用的手机充电电源。
Description
技术领域
本发明涉及一种电源电路，尤其是指一种高精度原边反馈型电源模块及其控制方法。
背景技术
市场上现有的适用于手机、相机等数码产品充电电源方案很多，大致分为两大类：恒压型和恒流限压型。恒压型方案主要有工频降压整流滤波方案、RCC（单管振铃扼流圈变换器）方案和光耦加基准源副边反馈方案等。恒流限压型方案主要有光耦、基准源加比较器/运放方案和光耦、比较器加MCU（微处理器）方案。虽然恒压型方案结构简单，技术比较成熟，所用元器件较少，然而存在致命的缺点：恒压型充电电源在电池电压较低时，充电电流很大，这对电池寿命影响严重；恒流限压型充电电源比较符合电池的充电要求，然而成本较高，市场竞争力较差。
中国专利公开号CN203218953U，公开日2013年9月25日，名称为“一种可变恒流限压充电器”的实用新型专利中公开了一种可变恒流限压充电器，其在现有恒流限压充电器的基础上增设了输入功率检测电路和基准参考电流换算模块，通过输入功率检测电路检测输入电源的功率并传送至基准参考电流换算模块，由基准参考电流换算模块按照预设的充电功率/电流换算比例，根据输入电源的功率换算得到相应比例的基准参考电流信号，电流误差比较器的基准输入端则连接基准参考电流换算模输出的基准参考电流信号。此充电器能够大幅减少因输入电源功率不恒定造成的能源浪费，解决了恒流限压充电器在输出功率不恒定的工作电源上的应用受限的问题。不足之处在于该充电器仍然存在成本较高，竞争力较差的问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中恒压型充电电源使用寿命较短，恒流限压型充电电源成本较高的缺陷，提供一种使用寿命较长，成本较低的高精度原边反馈型电源模块及其使用方法。
本发明的目的是通过下述技术方案予以实现：
一种高精度原边反馈型电源模块，包括电源芯片U11，电源芯片U11的VDD脚与启动电阻R11的一端相连接，启动电阻R11的另一端与直流高压VDC相连接，启动电阻VDD还与二极管D12的阴极相连接，二级管D12的阳极与辅助电压VAUX相连接，电源芯片U11的COMP脚与电容C11的一端相连接，电容C11的另一端接地，电源芯片U11的INV脚还分别与分压电阻R1的一端和分压电阻R2的一端相连接，分压电阻R1的另一端与辅助电压VAUX相连接，分压电阻R2的另一端接地，电源芯片U11的CS脚连接采样电阻Rs的一端，采样电阻Rs的另一端接地，电源芯片U11的GND脚接地，电源芯片U11的DRAIN脚输出电压，二极管D12的阴极还连接电解电容CD11的正极，电解电容CD11的负极接地，辅助电压VAUX与接地间还设有辅助绕组NAUX。
辅助电压和输出电压存在如下关系：
，
式中NS表示副边绕组匝数，VO表示输出电压，△V表示输出整流二极管正向压降。
电源芯片U11的VDD脚接收直流高压用于启动电源芯片U11，电源芯片U11的INV脚用于检测辅助电压VAUX的电压，分压电阻R1和分压电阻R2用于对辅助电压VAUX进行分压，电源芯片U11的INV脚电压低于设定值时，充电电源工作在恒流模式，电源芯片U11的INV脚电压高于或等于设定值时，充电电源工作在恒压模式，电源芯片U11的DRAIN脚用于输出电压。整个电路只需很少的外围阻容元件，去控制成熟的反激式功率电路，即可实现高性能、低成本、可编程、高功率密度的非常实用的手机充电电源。
作为一种优选方案，电源芯片U11为LSD2DC-7501电源芯片。
此电源芯片主要包含以下几个部分：
1）内置MOS管（金属氧化物半导体场效应晶体管）及其驱动电路；
2）脉宽调制及逻辑控制电路；
3）电源调整器、内部基准源及其保护电路；
4）电压采样、误差放大及其补偿电路；
5）电流采样及边沿消隐电路；
6）过流保护、过温保护及过压保护等保护电路。
一种高精度原边反馈型电源模块的控制方法，包括以下步骤：
步骤1，电源芯片U11启动；
步骤2，检测电源芯片U11的INV脚电压，若INV脚电压低于设定的电压值时，电源模块工作在恒流模式，若INV脚电压高于或等于设定的电压值时，电源模块工作在恒压模式；
步骤3，通过调整分压电阻R1的阻值，对输出电压进行压降补偿。考虑线缆压降后，辅助电压和输出电压存在如下关系：
，
式中Vcable表示线缆压降。电源芯片U11内部电流源Ic流进分压电阻R2产生的偏移电压可以弥补线缆压降，电流Ic反比于误差放大器输出电压，也即反比于充电电源输出电流，因而线损造成的压降得以补偿。考虑到内部电流源Ic后，可以得到如下关系：
，
式中Vref是芯片内部基准源电压，也即稳态是INV脚的电压。
通过调整分压电阻R1的阻值，可以很方便地补偿线缆压降，有助于保证全功率范围内输出电压的准确度，也即实现了恒压模式下优异的电流调整率。
作为一种优选方案，步骤1具体为交流输入整流后的直流高压VDC通过启动电阻R11对VDD旁路电容D12进行充电，一但VDD超过欠压保护点，电源芯片U11即开始软启动，电源芯片U11的内置MOS启动以后，输出电压开始上升，辅助电压VAUX随着上升，直到辅助电压VAUX超欠压保护点，启动过程结束。
作为一种优选方案，步骤2具体为若INV脚电压低于设定的电压值时，电源模块工作在恒流模式，当副边输出电流达到内部限流电路设定值时，电源芯片U11进入限流状态，从而输出电压下降，进而辅助电压VAUX也下降，此时，辅助电压VAUX的内部分流电路调整开关频率，以使输出功率正比于输出电压，实现了恒定的副边输出电流；电阻R1和R2对对辅助电压进行分压，INV引脚得到的采样电压作为误差放大器的输入跟芯片内部的基准源进行比较，误差放大器的输出端控制内置MOS管导通的占空比，从而调整输出电压，达到恒压输出的目的；若INV脚电压高于或等于设定的电压值时，电源模块工作在恒压模式分压电阻R1和分压电阻R2对辅助电压VAUX进行分压，电源芯片的INV脚得到的采样电压作为误差放大器的输入跟芯片内部的基准源进行比较，误差放大器的输出端控制内置MOS管导通的占空比，从而调整输出电压，达到恒压输出的目的。
本发明的有益效果是，高精度原边反馈型电源模块只需要很少的外围阻容元件去控制成熟的反激式功率电路，即可实现高性能、低成本、可编程、高功率密度的非常实用的手机充电电源。适用于大批量生产，收到了良好的经济效益。
附图说明
图1是本发明的一种电路图；
图2是本发明的芯片内部电流源Ic控制电路图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步描述。
实施例：一种高精度原边反馈型电源模块，其电路图如图1所示，包括电源芯片U11，电源芯片U11的VDD脚与启动电阻R11的一端相连接，启动电阻R11的另一端与直流高压VDC相连接，启动电阻VDD还与二极管D12的阴极相连接，二级管D12的阳极与辅助电压VAUX相连接，电源芯片U11的COMP脚与电容C11的一端相连接，电容C11的另一端接地，电源芯片U11的INV脚还分别与分压电阻R1的一端和分压电阻R2的一端相连接，分压电阻R1的另一端与辅助电压VAUX相连接，分压电阻R2的另一端接地，电源芯片U11的CS脚连接采样电阻Rs的一端，采样电阻Rs的另一端接地，电源芯片U11的GND脚接地，电源芯片U11的DRAIN脚输出电压，二极管D12的阴极还连接电解电容CD11的正极，电解电容CD11的负极接地，辅助电压VAUX与接地间还设有辅助绕组NAUX。
电源芯片U11为LSD2DC-7501电源芯片。此电源芯片主要包含以下几个部分：
1）内置MOS管（金属氧化物半导体场效应晶体管）及其驱动电路；
2）脉宽调制及逻辑控制电路；
3）电源调整器、内部基准源及其保护电路；
4）电压采样、误差放大及其补偿电路；
5）电流采样及边沿消隐电路；
6）过流保护、过温保护及过压保护等保护电路。
一种高精度原边反馈型电源模块的控制方法，包括以下步骤：
步骤1，电源芯片U11启动：交流输入整流后的直流高压VDC通过启动电阻R11对VDD旁路电容D12进行充电，一但VDD超过欠压保护点，电源芯片U11即开始软启动，电源芯片U11的内置MOS启动以后，输出电压开始上升，辅助电压VAUX随着上升，直到辅助电压VAUX超欠压保护点，启动过程结束；
步骤2，检测电源芯片U11的INV脚电压，若INV脚电压低于设定2.0V的电压值时，电源模块工作在恒流模式，若INV脚电压高于或等于设定2.V的电压值时，电源模块工作在恒压模式。具体为若INV脚电压低于设定的电压值时，电源模块工作在恒流模式，当副边输出电流达到内部限流电路设定值时，电源芯片U11进入限流状态，从而输出电压下降，进而辅助电压VAUX也下降，此时，辅助电压VAUX的内部分流电路调整开关频率，以使输出功率正比于输出电压，实现了恒定的副边输出电流；电阻R1和R2对对辅助电压进行分压，INV引脚得到的采样电压作为误差放大器的输入跟芯片内部的基准源进行比较，误差放大器的输出端控制内置MOS管导通的占空比，从而调整输出电压，达到恒压输出的目的；若INV脚电压高于或等于设定的电压值时，电源模块工作在恒压模式分压电阻R1和分压电阻R2对辅助电压VAUX进行分压，电源芯片的INV脚得到的采样电压作为误差放大器的输入跟芯片内部的基准源进行比较，误差放大器的输出端控制内置MOS管导通的占空比，从而调整输出电压，达到恒压输出的目的。；
步骤3，通过调整分压电阻R1的阻值，对输出电压进行压降补偿。考虑线缆压降后，辅助电压和输出电压存在如下关系：
，
式中Vcable表示线缆压降。电源芯片U11内部电流源Ic流进分压电阻R2产生的偏移电压可以弥补线缆压降，电流Ic反比于误差放大器输出电压，也即反比于充电电源输出电流，因而线损造成的压降得以补偿。考虑到内部电流源Ic后，可以得到如下关系：
，
式中Vref是芯片内部基准源电压，也即稳态是INV脚的电压。
通过调整分压电阻R1的阻值，可以很方便地补偿线缆压降，有助于保证全功率范围内输出电压的准确度，也即实现了恒压模式下优异的电流调整率。
Claims (2)
1.一种高精度原边反馈型电源模块的控制方法，基于高精度原边反馈型电源模块，高精度原边反馈型电源模块包括电源芯片U11，电源芯片U11的VDD脚与启动电阻R11的一端相连接，启动电阻R11的另一端与直流高压VDC相连接，VDD引脚还与二极管D12的阴极相连接，二级管D12的阳极与辅助电压VAUX相连接，电源芯片U11的COMP脚与电容C11的一端相连接，电容C11的另一端接地，电源芯片U11的INV脚还分别与分压电阻R1的一端和分压电阻R2的一端相连接，分压电阻R1的另一端与辅助电压VAUX相连接，分压电阻R2的另一端接地，电源芯片U11的CS脚连接采样电阻Rs的一端，采样电阻Rs的另一端接地，电源芯片U11的GND脚接地，电源芯片U11的DRAIN脚输出电压，二极管D12的阴极还连接电解电容CD11的正极，电解电容CD11的负极接地，辅助电压VAUX与接地间还设有辅助绕组NAUX，其特征是，包括以下步骤：
步骤1，电源芯片U11启动；
步骤2，检测电源芯片U11的INV脚电压，若INV脚电压低于设定的电压值时，电源模块工作在恒流模式，若INV脚电压高于或等于设定的电压值时，电源模块工作在恒压模式；
步骤3，通过调整分压电阻R1的阻值，对输出电压进行压降补偿；
所述的步骤1具体为交流输入整流后的直流高压VDC通过启动电阻R11对电解电容CD11进行充电，一但VDD脚超过欠压保护点，电源芯片U11即开始软启动，电源芯片U11的内置MOS启动以后，输出电压开始上升，辅助电压VAUX随着上升，直到辅助电压VAUX超欠压保护点，启动过程结束；
考虑线缆压降后，辅助电压和输出电压存在如下关系：
，
式中NS表示副边绕组匝数，VO表示输出电压，△V表示输出整流二极管正向压降，式中Vcable表示线缆压降，NAUX表示辅助绕组匝数；
电源芯片U11内部电流源Ic流进分压电阻R2产生的偏移电压弥补线缆压降，电流源Ic的电流反比于电源芯片U11的误差放大器输出电压，也即反比于充电电源输出电流，因而线损造成的压降得以补偿；
考虑到内部电流源Ic后，得到如下关系：
，
式中Vref是电源芯片U11内部基准源电压，也即稳态是INV脚的电压；
通过调整分压电阻R1的阻值，很方便地补偿线缆压降，有助于保证全功率范围内输出电压的准确度，也即实现了恒压模式下优异的电流调整率。
2.根据权利要求1所述的一种高精度原边反馈型电源模块的控制方法，其特征是，所述的步骤2具体为若INV脚电压低于设定的电压值时，电源模块工作在恒流模式，当副边输出电流达到内部限流电路设定值时，电源芯片U11进入限流状态，从而输出电压下降，进而辅助电压VAUX也下降，此时，辅助电压VAUX的内部分流电路调整开关频率，以使输出功率正比于输出电压，实现了恒定的副边输出电流；分压电阻R1和分压电阻R2对对辅助电压进行分压，INV引脚得到的采样电压作为误差放大器的输入跟电源芯片U11内部的基准源进行比较，误差放大器的输出端控制内置MOS管导通的占空比，从而调整输出电压，达到恒压输出的目的；若INV脚电压高于或等于设定的电压值时，电源模块工作在恒压模式，电源芯片U11的INV脚得到的采样电压作为误差放大器的输入跟电源芯片U11内部的基准源进行比较，误差放大器的输出端控制内置MOS管导通的占空比，从而调整输出电压，达到恒压输出的目的。
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