CN105322815A - 一种开关电源外部可调过功率补偿电路 - Google Patents

一种开关电源外部可调过功率补偿电路 Download PDF

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CN105322815A CN201510843435.7A CN201510843435A CN105322815A CN 105322815 A CN105322815 A CN 105322815A CN 201510843435 A CN201510843435 A CN 201510843435A CN 105322815 A CN105322815 A CN 105322815A
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余小强
向磊
吴强
许刚颍
唐波
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Abstract

本发明公开了一种开关电源外部可调过功率补偿电路,包括设置于开关电源控制器芯片内部的电压转电流电路和电流倍乘电路,以及设置于开关电源控制器芯片外部的输入电压检测电路和补偿电路。将本发明所述开关电源外部可调过功率补偿电路应用于开关电源中,通过调整相应的设置于开关电源控制器芯片外部的元器件参数值,可以获得理想的补偿电压,实现开关电源在高输入电压和低输入电压情况下输出过功率点保持一致。从而避免了芯片制造完毕进行系统测试时发现补偿过多或不足时,重新进行二次开发和制造的问题,有效降低了成本,大大增加了开关电源控制器芯片应用的灵活性。

Description

-种开关电源外部可调过功率补偿电路
技术领域
[0001] 本发明设及电子电路技术领域,尤其设及一种开关电源外部可调过功率补偿电 路。
背景技术
[0002] 在开关电源系统设计中,往往要求系统的过功率点保持一致,W方便后级应用。但 由于从开关电源系统的过流保护模块动作到输出控制功率MOS管关断存在时间延迟,导致 功率MOS管的电流在达到内部设定的阔值后会继续上升。同时,在高输入电压和低输入电 压两种情况下,开关电源电感电流上升速率不同,高输入电压时,功率开关管的电流上升更 快,导致高输入电压情况下开关电源输出过功率点相比低输入电压情况下更高。为解决运 一问题,在开关电源控制器忍片中通常会引入过功率补偿电路。但由于过功率补偿电路设 置于忍片内部,当忍片制造完毕进行系统测试时如果发现补偿过多或者补偿不足时,无法 进行外部调整。
发明内容
[0003] 针对上述技术问题,本发明的目的在于提供一种开关电源外部可调过功率补偿电 路,将该电路应用于开关电源中,可W通过调整开关电源控制器忍片外部器件参数值,为开 关电源提供理想的补偿电压,实现开关电源在高输入电压和低输入电压情况下输出过功率 点保持一致。
[0004] 为达此目的,本发明采用W下技术方案: 一种开关电源外部可调过功率补偿电路,包括:设置于开关电源控制器忍片内部的电 压转电流电路和电流倍乘电路,W及设置于开关电源控制器忍片外部的输入电压检测电 路和补偿电路,所述输入电压检测电路、电压转电流电路、电流倍乘电路和补偿电路顺序连 接,另外, 所述输入电压检测电路与开关电源变压器辅助绕组正端和开关电源控制器忍片的DEM管脚电连接,用于检测开关电源系统输入电压,并将其输出到电压转电流电路; 所述电压转电流电路与开关电源控制器忍片的DEM管脚、忍片内部控制信号端口和忍 片内部基准电压电连接,用于将输入电压检测电路输出的电压转化为电流输出到电流倍乘 电路; 所述电流倍乘电路与开关电源控制器忍片的CS管脚和忍片内部电源电连接,用于将 电压转电流电路输出的电流倍乘K倍后输出到补偿电路,K为正数; 所述补偿电路与开关电源控制器忍片的CS管脚和开关电源的功率MOS管电连接,用于 根据电流倍乘电路输出的电流输出相应的补偿电压。
[0005] 特别地,所述输入电压检测电路包括第二电阻和第=电阻,所述第二电阻与第= 电阻串联,其公共端连接开关电源控制器忍片的DEM管脚,第二电阻的另一端连接开关电 源变压器辅助绕组正端,第=电阻的另一端接地。
[0006] 特别地,所述电压转电流电路包括运算放大器、第二NMOS晶体管和第SNMOS晶体 管,所述运算放大器正端连接开关电源控制器忍片内部基准电压,负端连接开关电源控制 器忍片的DEM管脚,输出端连接第二NMOS晶体管的漏极和第SNMOS晶体管的栅极;所述第 二NMOS晶体管的栅极连接开关电源控制器忍片内部控制信号,源极接地;所述第=NMOS晶 体管的源极连接开关电源控制器忍片的DEM管脚,漏极连接电流倍乘电路。
[0007] 特别地,所述开关电源控制器忍片内部基准电压为0.IV。
[0008] 特别地,所述电流倍乘电路包括第四NMOS晶体管组和第五NMOS晶体管组,所述第 四NMOS晶体管组包括X只互相并联的NMOS晶体管,所述第五NMOS晶体管组包括Y只互相 并联的NMOS晶体管,X、Y均为大于等于1的正整数,X与Y的比值为电流倍乘电路对电压 转电流电路输出的电流进行倍乘的倍数K;第四NMOS晶体管组的漏极与栅极短接后连接第 五NMOS晶体管组的栅极和电流转电压电路,源极连接开关电源控制器忍片内部电源;所述 第五NMOS晶体管组的漏极连接开关电源控制器忍片的CS管脚,源极连接开关电源控制器 忍片内部电源。
[0009] 特别地,所述补偿电路包括第一电阻、第四电阻和电容,所述第一电阻一端经电容 接地,另一端经第四电阻接地,所述第一电阻与电容的公共端连接开关电源控制器忍片的 CS管脚,所述第一电阻与第四电阻的公共端连接开关电源的功率MOS管的源极。
[0010] 本发明提出的开关电源外部可调过功率补偿电路应用于开关电源中,可W通过调 整开关电源控制器忍片外部器件参数值,为开关电源提供理想的补偿电压,实现开关电源 在高输入电压和低输入电压情况下输出过功率点保持一致。从而避免了忍片制造完毕进行 系统测试时发现补偿过多或不足时,重新进行二次开发和制造的问题,有效降低了成本,大 大增加了开关电源控制器忍片应用的灵活性。
附图说明
[0011] 图1是本发明实施例提供的开关电源外部可调过功率补偿电路结构框图。
[0012] 图2是本发明实施例提供的开关电源外部可调过功率补偿电路的电路结构示意 图。
[0013] 图3是本发明实施例提供的开关电源外部可调过功率补偿电路的时序信号关系 图。
[0014] 图4是本发明实施例提供的开关电源外部可调过功率补偿电路应用于开关电源 的电路结构示意图。
具体实施方式
[0015] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。可W理解的是,此处所描述的具 体实施例仅仅用于解释本发明,而非对本发明的限定。另外还需要说明的是,为了便于描 述,附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容,除非另有定义,本文所使用的所有 的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在 本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发 明。本文所使用的术语"及/或"包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。 [001引实施例一 请参照图1、2所示,图I为本发明实施例提供的开关电源外部可调过功率补偿电路结 构框图。图2为本发明实施例提供的开关电源外部可调过功率补偿电路的电路结构示意 图。
[0017] 本实施例中,开关电源外部可调过功率补偿电路包括设置于开关电源控制器忍片 内部的电压转电流电路102和电流倍乘电路103,W及设置于开关电源控制器忍片外部的 输入电压检测电路101和补偿电路104。
[0018] 所述输入电压检测电路101包括第二电阻R2和第=电阻R3,所述第二电阻R2与 第S电阻R3串联,其公共端连接开关电源控制器忍片的DEM管脚,第二电阻R2的另一端连 接开关电源变压器辅助绕组正端,第=电阻R3的另一端接地。
[0019] 所述电压转电流电路102包括运算放大器OPl、第二NMOS晶体管M2和第SNMOS 晶体管M3,所述运算放大器OPl正端连接开关电源控制器忍片内部0.IV的基准电压,负端 连接开关电源控制器忍片的DEM管脚,输出端连接第二NMOS晶体管M2的漏极和第SNMOS 晶体管M3的栅极;所述第二NMOS晶体管M2的栅极连接开关电源控制器忍片内部控制信 号,源极接地;所述第SNMOS晶体管M3的源极连接开关电源控制器忍片的DEM管脚,漏极 连接电流倍乘电路103。
[0020]所述电流倍乘电路103包括第四NMOS晶体管M4和第五NMOS晶体管M5,所述第四 NMOS晶体管M4的漏极与栅极短接后连接第五NMOS晶体管M5的栅极和电流转电压电路中 第SNMOS晶体管M3的漏极,源极连接开关电源控制器忍片内部电源;所述第五NMOS晶体 管M5的漏极连接开关电源控制器忍片的CS管脚,源极连接开关电源控制器忍片内部电源。
[0021] 所述补偿电路104包括第一电阻RU第四电阻R4和电容Cl,所述第一电阻Rl- 端经电容Cl接地,另一端经第四电阻R4接地,所述第一电阻Rl与电容Cl的公共端连接开 关电源控制器忍片的CS管脚,所述第一电阻Rl与第四电阻R4的公共端连接开关电源的功 率MOS管的源极。
[0022] 请参照图4所示,图4为本发明实施例提供的开关电源外部可调过功率补偿电路 应用于开关电源的电路结构示意图。
[0023] 图中,A41为开关电源控制器忍片,所述电压转电流电路102和电流倍乘电路103 设置于电源控制器忍片内部电路中,电压转电流电路102中运算放大器OPl的负端和第= NMOS晶体管M3的源极均连接开关电源控制器忍片的DEM管脚,第二NMOS晶体管M2的栅极 连接忍片内部控制信号端;电流倍乘电路103中第五NMOS晶体管M5的漏极连接开关电源 控制器忍片的CS管脚,第四NMOS晶体管M4及第五NMOS晶体管M5的源极连接开关电源控 制器忍片内部电源。所述输入电压检测电路101和补偿电路104设置于电源控制器忍片外 围电路,输入电压检测电路101中第二电阻R2与第=电阻R3的公共端连接开关电源控制 器忍片的DEM管脚,第二电阻R2的另一端连接开关电源变压器辅助绕组正端,第=电阻R3 的另一端接地;补偿电路104中第一电容Cl与第一电阻Rl的公共端连接开关电源控制器 忍片的CS管脚,第一电阻Rl与第四电阻R4的公共端连接开关电源的功率MOS管Ml的源 极,第一电容Cl和第四电阻R4的另一端接地。
[0024] 当开关电源控制器忍片A41的GATE管脚输出高电平时,功率MOS管Ml导通,忍片 内部控制信号端口输出低电平的控制信号至第二NMOS晶体管M2的栅极,第二NMOS晶体管 M2截止,此时DEM管脚的电位被巧位到0.IV;当开关电源控制器忍片的GATE管脚输出低电 平时,功率MOS管Ml关断,忍片内部控制信号端口输出高电平的控制信号至第二NMOS晶体 管M2的栅极,第二NMOS晶体管M2导通,第SNMOS晶体管M3关断,DEM管脚的巧位功能屏 蔽,DEM管脚用于检测其他电压。具体波形图如图3所示,图3为本发明实施例提供的开关 电源外部可调过功率补偿电路的时序信号关系图。
Figure CN105322815AD00061
[00巧]当功率MOS管Ml导通时,输入电压检测电路101检测的输入电压 其中,NA为变压器辅助绕组应数,NP为变压器原边绕组应数,VIN为整流桥后的输入电 压。当Ml导通时,忍片内部输出低电平的控制信号至第二NMOS晶体管M2,第二NMOS 晶体管M2截止,此时DEM管脚的电位被巧位到0.IV,此时第SNMOS晶体管M3的电流
Figure CN105322815AD00062
,该电流经过第四MOS晶体管M4和第五OS晶体管M5组成的电 流镜进行倍乘K倍后,流出CS管脚的电流为,该电流经过第一电阻Ri和第四电阻R4,获得过功率补偿电压为:
Figure CN105322815AD00063
开关电源控制器忍片A41的CS管脚电压由两部分组成,其一为补偿电路104输出的过 功率补偿电压AVCS,另一为功率MOS管Ml流经第四电阻R4产生的电压,当运两部分电压 相加等于内部保护阔值电压时,即发生过流保护。从上述公式可W看出,当输入电压VIN 较高时,过功率补偿电压AVCS也越大。故在内部过流保护阔值电压一定时,输入电压VIN 越高,发生过流保护时,由功率MOS管Ml流经第四电阻R4产生的电压就越小,即流过功率 MOS管Ml的电流也越小。由于高输入电压过流保护传输延时导致的电流增加更大,通过调 整上述公式中的第一电阻RU第二电阻R2、第=电阻R3、第四电阻R4和K的参数值,可获 得理想的补偿电压,最终实现功率开关管Ml关断时流过Ml的电流在高、低输入电压时保持 一致,从而实现过功率点的高、低输入电压一致。其中R3、R4的大小对补偿电压影响几乎可 W忽略不计,而上述电路中K值为1,故上述电路中通过调节第一电阻Rl和第二电阻R2阻 值可W改变过功率补偿电压,而第一电阻Rl和第二电阻R2设置于开关电源控制器忍片外 部,从而实现通过调整开关电源控制器忍片外部器件参数值,为开关电源提供理想的补偿 电压,实现开关电源在高输入电压和低输入电压情况下输出过功率点保持一致。
[0026] 需要说明的是上述第四NMOS晶体管M4也可W替换为X只互相并联的NMOS晶体管 组成的晶体管组,并联后的晶体管组接法与第四NMOS晶体管M4接法相同;上述第五NMOS 晶体管M5也可W替换为Y只互相并联的NMOS晶体管组成的晶体管组,并联后的晶体管组 接法与第五NMOS晶体管M5接法相同。其中,X、Y为大于等于1的正整数。而X与Y的比 值为上述电流倍乘电路103对电压转电流电路102输出的电流进行倍乘的倍数K的数值, 故调整X和Y的数值,可W调整K值,进而调整过功率补偿电压。
[0027] 本发明的技术方案通过输入电压检测电路检测开关电源系统输入电压,经电压转 电流电路和电流倍乘电路转换为倍乘K倍的电流,输出到补偿电路获得可调的过功率补偿 电压,同时影响过功率补偿电压大小的可调元器件设置于开关电源控制器忍片外部,通过 调整相应的外部器件参数值,可W获得理想的补偿电压,实现开关电源在高输入电压和低 输入电压情况下输出过功率点保持一致。从而避免了忍片制造完毕进行系统测试时发现补 偿过多或不足时,重新进行二次开发和制造的问题,有效降低了成本,大大增加了开关电源 控制器忍片应用的灵活性。
[0028] 注意,上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解, 本发明不限于运里所述的特定实施例,对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、 重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此,虽然通过W上实施例对本发明进行 了较为详细的说明,但是本发明不仅仅限于W上实施例,在不脱离本发明构思的情况下,还 可W包括更多其他等效实施例,而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (6)

1. 一种开关电源外部可调过功率补偿电路,其特征在于,包括:设置于开关电源控制 器芯片内部的电压转电流电路和电流倍乘电路,以及设置于开关电源控制器芯片外部的 输入电压检测电路和补偿电路,所述输入电压检测电路、电压转电流电路、电流倍乘电路和 补偿电路顺序连接,另外, 所述输入电压检测电路与开关电源变压器辅助绕组正端和开关电源控制器芯片的DEM管脚电连接,用于检测开关电源系统输入电压,并将其输出到电压转电流电路; 所述电压转电流电路与开关电源控制器芯片的DEM管脚、芯片内部控制信号端口和芯 片内部基准电压电连接,用于将输入电压检测电路输出的电压转化为电流输出到电流倍乘 电路; 所述电流倍乘电路与开关电源控制器芯片的CS管脚和芯片内部电源电连接,用于将 电压转电流电路输出的电流倍乘K倍后输出到补偿电路,K为正数; 所述补偿电路与开关电源控制器芯片的CS管脚和开关电源的功率MOS管电连接,用于 根据电流倍乘电路输出的电流输出相应的补偿电压。
2. 根据权利要求1所述的开关电源外部可调过功率补偿电路,其特征在于,所述输入 电压检测电路包括第二电阻和第三电阻,所述第二电阻与第三电阻串联,其公共端连接开 关电源控制器芯片的DEM管脚,第二电阻的另一端连接开关电源变压器辅助绕组正端,第 三电阻的另一端接地。
3. 根据权利要求1所述的开关电源外部可调过功率补偿电路,其特征在于,所述电压 转电流电路包括运算放大器、第二NMOS晶体管和第三NMOS晶体管,所述运算放大器正端连 接开关电源控制器芯片内部基准电压,负端连接开关电源控制器芯片的DEM管脚,输出端 连接第二NMOS晶体管的漏极和第三NMOS晶体管的栅极;所述第二NMOS晶体管的栅极连接 开关电源控制器芯片内部控制信号,源极接地;所述第三NMOS晶体管的源极连接开关电源 控制器芯片的DEM管脚,漏极连接电流倍乘电路。
4. 根据权利要求3所述的开关电源外部可调过功率补偿电路,其特征在于,所述开关 电源控制器芯片内部基准电压为0.IV。
5. 根据权利要求1所述的开关电源外部可调过功率补偿电路,其特征在于,所述电流 倍乘电路包括第四NMOS晶体管组和第五NMOS晶体管组,所述第四NMOS晶体管组包括X只 互相并联的NMOS晶体管,所述第五NMOS晶体管组包括Y只互相并联的NMOS晶体管,X、Y 均为大于等于1的正整数,X与Y的比值为电流倍乘电路对电压转电流电路输出的电流进 行倍乘的倍数K;第四NMOS晶体管组的漏极与栅极短接后连接第五NMOS晶体管组的栅极 和电流转电压电路,源极连接开关电源控制器芯片内部电源;所述第五NMOS晶体管组的漏 极连接开关电源控制器芯片的CS管脚,源极连接开关电源控制器芯片内部电源。
6. 根据权利要求1所述的开关电源外部可调过功率补偿电路,其特征在于,所述补偿 电路包括第一电阻、第四电阻和电容,所述第一电阻一端经电容接地,另一端经第四电阻接 地,所述第一电阻与电容的公共端连接开关电源控制器芯片的CS管脚,所述第一电阻与第 四电阻的公共端连接开关电源的功率M0S管的源极。
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