CN105743369B - 一种原边反馈开关电源的线损补偿系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种原边反馈开关电源的线损补偿系统，其特征在于：包括带有反馈网络的闭环误差放大电路、采样电路、负载检测模块和线损补偿模块；所述闭环误差放大电路、采样电路、负载检测模块依次连接，采样电路的输出端和负载检测模块的输出端均作为线损补偿模块的输入与线损补偿模块连接，所述线损补偿模块内部包含有电压控制电流源电路。还提供一种基于上述线损补偿系统对原边反馈开关电源进行线损补偿的方法。本发明的线损补偿系统及其方法，在不增加外部元件的基础上，综合考虑输出导线的线损压降和不同负载下VCS电压峰值变化对输出整流二极管压降的影响，通过补偿电流的方式实现原边反馈开关电源的精准稳压输出。

Description

一种原边反馈开关电源的线损补偿系统及方法
技术领域
本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种原边反馈开关电源的线损补偿系统，还涉及一种原边反馈开关电源的线损补偿方法。
背景技术
在中小功率应用中，原边反馈开关电源无需像传统的副边反馈开关电源那样使用光耦和TL431，这有利于减少系统元器件的数目、缩小电路板的空间和降低系统成本，因而得到了越来越广泛的应用。
图1所示是一个典型的原边反馈开关电源示意图。其中100是交流电源，101是整流桥电路，102是输入电容，103是高压启动电阻，104是VDD滤波电容，105是原边反馈控制器IC，106是辅助绕组到VDD的整流二极管，107是RCD吸收回路，108是功率管，109是电感电流检测电阻，110是FB分压电阻，111是变压器(初级边、次级边、辅助绕组的匝数分别是np、ns、na)，112是输出整流二极管，113是输出滤波电容，114是输出端线缆的等效电阻，115是负载。Vo_PCB是PCB板边输出电压，Vo是线端输出电压(线端输出电压Vo是系统实际的输出电压)。
根据图1，容易推算出PCB板边输出电压Vo_PCB和线端输出电压Vo的表达式为：
其中FB指对应节点的电压，R1和R2是FB分压电阻的阻值，ns和na分别是次级边和辅助绕组的匝数，VD是输出整流二极管112的压降，IO是输出电流，Rcable是输出端线缆的等效电阻114。
观察Vo的表达式，可以发现：在Rcable无法忽略(一般可以达到百mΩ量级)的情况下，输出电压Vo会随着负载电流的增大而减小。如图2所示，在整个负载范围内，线端输出电压Vo比PCB板边输出电压Vo_PCB小，把二者之间的差值称作线损。负载电流越大，线损越大；线缆电阻Rcable越大，线损也越大。在这种情况下，系统无法或者很难实现恒压输出。
此外，为了消除轻载时的音频噪音，原边反馈控制器IC设置了CS节点电压峰值在轻载状态和极轻载状态时是0.3V而重载时是0.5V，这会使得输出整流二极管的压降VD在不同负载时不同，重载状态下的压降大于轻载状态和极轻载状态。如果不做相应的补偿，会进一步恶化线损问题，系统的恒压输出效果更差。
针对以上问题，可以考虑外置的线损补偿方式，但是外置补偿需要额外增加元器件，进而增加系统的成本。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种原边反馈开关电源的线损补偿系统及其方法，在不增加外部元件的基础上，综合考虑输出导线的线损压降和不同负载下VCS电压峰值变化对输出整流二极管压降的影响，通过补偿电流到原边反馈开关电源反馈控制器的电压反馈引脚FB的方式实现原边反馈开关电源的精准稳压输出。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种原边反馈开关电源的线损补偿系统，其特征在于：包括带有反馈网络的闭环误差放大电路、采样电路、负载检测模块和线损补偿模块；
所述闭环误差放大电路、采样电路、负载检测模块依次连接，采样电路的输出端和负载检测模块的输出端均作为线损补偿模块的输入与线损补偿模块连接，所述线损补偿模块内部包含有电压控制电流源电路；
所述闭环误差放大电路由误差放大器(EA)和反馈网络组成；
所述原边反馈开关电源具有带电压反馈引脚FB的反馈控制器，采集反馈控制器的电压反馈引脚的电压值，记为电压VFB；
电压VFB通过误差放大器与参考电压Vref进行误差比较放大，输出电压VCOMP0至采样电路；
所述采样电路以与原边反馈开关电源相同工作频率的控制信号对VCOMP0进行采样，输出电压记为VCOMP；
负载检测模块根据VCOMP的幅值判断所述原边反馈开关电源的负载状态：上电启动时开关电源被置于重载状态,①、若开关电源系统当前处于重载状态，当负载检测模块304检测到0V＜VCOMP≤1.6V时，判断系统依然为重载状态；当负载检测模块304检测到VCOMP＞1.6V时，判断系统进入轻载状态。②、若开关电源系统当前处于轻载状态，当负载检测模块304检测到1.2V≤VCOMP≤1.8V时，判断系统依然为轻载状态；当负载检测模块304检测到VCOMP＞1.8V，判断系统进入极轻载状态；当负载检测模块304检测到VCOMP＜1.2V，判断系统进入重载状态。③、若开关电源系统当前处于极轻载状态，当负载检测模块304检测到VCOMP＞1.8V时，判断系统依然为极轻载状态；当负载检测模块304检测到VCOMP≤1.8V，判断系统进入轻载状态；
所述线损补偿模块综合根据负载检测模块输出的负载状态和VCOMP的幅值产生补偿电流ICOMP，该补偿电流ICOMP输出至所述原边反馈开关电源反馈控制器的电压反馈引脚，作为原边反馈开关电源输出端线损压降的补偿，使得原边反馈开关电源恒压输出。
本发明的一个较佳实施例中，进一步包括所述线损补偿模块在上述三种负载状态下输出的补偿电流ICOMP与各自负载状态下检测的VCOMP幅值均为一元线性关系，ICOMP和VCOMP之间的对应关系如下：
重载状态：ICOMP＝K1*VCOMP+B1，(0V＜VCOMP≤1.6V)；
轻载状态：ICOMP＝K2*VCOMP+B2，(1.2V≤VCOMP≤1.8V)；
极轻载状态：ICOMP＝K3*VCOMP+B3，(1.8V＜VCOMP≤2.5V)；
K1、K2、K3为一元线性方程的斜率；B1、B2、B3为一元线性方程的截距；
其中，K1、K2、K3均大于零，且K1＞K2＞K3；
在VCOMP＝1.8V时，极轻载状态的ICOMP和轻载状态的ICOMP相等。
本发明的一个较佳实施例中，进一步包括所述补偿系统还包括一VCOMP初值设定单元，初值设定单元用于在原边反馈开关电源启动初期设置VCOMP幅值，启动初期设置的VCOMP幅值为对应空载状态下的幅值，并在原边反馈开关电源从恒流模式进入恒压模式之前结束对VCOMP幅值的强行设定，结束强行设定后由负载决定VCOMP幅值。
本发明的一个较佳实施例中，进一步包括所述反馈网络包括第一电阻Rc1、第二电阻Rc2，第一电阻Rc1的一端连接参考电压VREF，另一端连接误差放大器EA的反相输入端，第二电阻Rc2的一端连接误差放大器EA的反相输入端，另一端连接误差放大器EA的输出端，电压VFB连接至误差放大器EA的同相输入端。
本发明的一个较佳实施例中，进一步包括所述采样电路包括开关S、第一电容C1、第二电容C2，第一电容C1、第二电容C2分别与开关S的两端连接，开关S的一端连接误差放大器的输出端，其另一端连接负载检测模块，开关S的开关频率与所述原边反馈开关电源的工作频率相同。
为达到上述目的，本发明的另一技术方案如下：一种根据权利要求1所述的线损补偿系统对原边反馈开关电源进行线损补偿的方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤S1：采集原边反馈开关电源反馈控制器电压反馈引脚FB的电压值，采集的电压值记为电压VFB；
步骤S2：采样电压VFB通过误差放大器与参考电压Vref进行误差比较放大，输出电压VCOMP0至采样电路；
步骤S3：采样电路以与原边反馈开关电源相同工作频率的控制信号对VCOMP0进行采样，输出电压记为VCOMP；
步骤S4：负载检测模块根据VCOMP的幅值判断所述原边反馈开关电源的负载状态：上电启动时开关电源被置于重载状态,①、若开关电源系统当前处于重载状态，当负载检测模块304检测到0V＜VCOMP≤1.6V时，判断系统依然为重载状态；当负载检测模块304检测到VCOMP＞1.6V时，判断系统进入轻载状态。②、若开关电源系统当前处于轻载状态，当负载检测模块304检测到1.2V≤VCOMP≤1.8V时，判断系统依然为轻载状态；当负载检测模块304检测到VCOMP＞1.8V，判断系统进入极轻载状态；当负载检测模块304检测到VCOMP＜1.2V，判断系统进入重载状态。③、若开关电源系统当前处于极轻载状态，当负载检测模块304检测到VCOMP＞1.8V时，判断系统依然为极轻载状态；当负载检测模块304检测到VCOMP≤1.8V，判断系统进入轻载状态；
步骤S5：线损补偿模块综合根据负载检测模块输出的负载状态和VCOMP的幅值产生补偿电流ICOMP，该补偿电流ICOMP输出至所述原边反馈开关电源反馈控制器的电压反馈引脚FB，作为原边反馈开关电源输出端线损压降的补偿，使得原边反馈开关电源恒压输出。
本发明的一个较佳实施例中，进一步包括所述线损补偿模块在上述三种负载状态下输出的补偿电流ICOMP与各自负载状态下检测的VCOMP幅值均为一元线性关系，ICOMP和VCOMP之间的对应关系如下：
重载状态：ICOMP＝K1*VCOMP+B1，(0V＜VCOMP≤1.6V)；
轻载状态：ICOMP＝K2*VCOMP+B2，(1.2V≤VCOMP≤1.8V)；
极轻载状态：ICOMP＝K3*VCOMP+B3，(1.8V＜VCOMP≤2.5V)；
K1、K2、K3为一元线性方程的斜率；B1、B2、B3为一元线性方程的截距；
其中，K1、K2、K3均大于零，且K1＞K2＞K3；
在VCOMP＝1.8V时，极轻载状态的ICOMP和轻载状态的ICOMP相等。
本发明的一个较佳实施例中，进一步包括在原边反馈开关电源启动初期通过一VCOMP初值设定单元设置VCOMP幅值，启动初期设置的VCOMP幅值为对应空载状态下的幅值，并在原边反馈开关电源从恒流模式进入恒压模式之前结束对VCOMP幅值的强行设定，结束强行设定后由负载决定VCOMP幅值。
本发明的一个较佳实施例中，进一步包括所述反馈网络包括第一电阻Rc1、第二电阻Rc2，第一电阻Rc1的一端连接参考电压VREF，另一端连接误差放大器EA的反相输入端，第二电阻Rc2的一端连接误差放大器EA的反相输入端，另一端连接误差放大器EA的输出端，电压VFB连接至误差放大器EA的同相输入端。
本发明的一个较佳实施例中，进一步包括所述采样电路包括开关S、第一电容C1、第二电容C2，第一电容C1、第二电容C2分别与开关S的两端连接，开关S的一端连接误差放大器的输出端，其另一端连接负载检测模块，开关S的开关频率与所述原边反馈开关电源的工作频率相同。
本发明的有益效果是:本发明的一种原边反馈开关电源的线损补偿系统及其方法，在不增加外部元件的基础上，综合考虑输出导线的线损压降和不同负载下VCS电压峰值变化对输出整流二极管压降的影响，通过补偿电流的方式实现原边反馈开关电源的精准稳压输出。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术中的技术方案，下面将对实施例技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有原边反馈开关电源电路结构图；
图2是现有无线损补偿的原边反馈开关电源的输出曲线图；
图3是本发明优选实施例的线损补偿电路的框图；
图4是本发明优选实施例的采样电路的电路结构图；
图5是本发明优选实施例的负载状态转换的状态示意图；
图6是本发明优选实施例的全负载范围内线损补偿电流ICOMP与VCOMP的曲线图。
其中：300-闭环误差放大电路，301-反馈网络，302-采样电路，303-VCOMP初值设定单元，304-负载检测模块，305-线损补偿模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
如图3所示，本实施例中公开了一种原边反馈开关电源的线损补偿系统包括闭环误差放大电路300、采样电路302、负载检测模块304和线损补偿模块305；
闭环误差放大电路300、采样电路302、负载检测模块304依次连接，采样电路302的输出端和负载检测模块304的输出端均作为线损补偿模块305的输入与线损补偿模块305连接，所述线损补偿模块305具有电压控制电流源电路；
原边反馈开关电源具有带电压反馈引脚FB的反馈控制器，采集反馈控制器的电压反馈引脚的电压值，记为电压VFB；
电压VFB通过误差放大器EA与参考电压Vref进行误差比较放大，输出电压VCOMP0至采样电路302，输出电压VCOMP0是一个与原边反馈开关电源的工作频率相同的周期信号；
采样电路302以与原边反馈开关电源相同工作频率的控制信号对VCOMP0进行采样，输出电压记为VCOMP，VCOMP是一个缓慢变化的信号，可以反映一个时间段内原边反馈开关电源的输出负载情况；
负载检测模块304根据VCOMP的幅值判断所述原边反馈开关电源的负载状态：上电启动时开关电源被置于重载状态,①、若开关电源系统当前处于重载状态，当负载检测模块304检测到0V＜VCOMP≤1.6V时，判断系统依然为重载状态；当负载检测模块304检测到VCOMP＞1.6V时，判断系统进入轻载状态。②、若开关电源系统当前处于轻载状态，当负载检测模块304检测到1.2V≤VCOMP≤1.8V时，判断系统依然为轻载状态；当负载检测模块304检测到VCOMP＞1.8V，判断系统进入极轻载状态；当负载检测模块304检测到VCOMP＜1.2V，判断系统进入重载状态。③、若开关电源系统当前处于极轻载状态，当负载检测模块304检测到VCOMP＞1.8V时，判断系统依然为极轻载状态；当负载检测模块304检测到VCOMP≤1.8V，判断系统进入轻载状态；
线损补偿模块305综合根据负载检测模块304输出的负载状态和VCOMP的幅值产生补偿电流ICOMP，该补偿电流ICOMP输出至所述原边反馈开关电源反馈控制器的电压反馈引脚FB，作为原边反馈开关电源输出端线损压降的补偿，使得原边反馈开关电源恒压输出。
如图3所示，闭环误差放大电路300由误差放大器EA和反馈网络301组成，所述反馈网络301包括第一电阻Rc1、第二电阻Rc2，第一电阻Rc1的一端连接参考电压VREF，另一端连接误差放大器EA的负相输入端，第二电阻Rc2的一端连接误差放大器EA的负相输入端，另一端连接误差放大器EA的输出端，电压VFB连接至误差放大器EA的正相输入端。
如图4所示，采样电路302包括开关S、由第一电容C1、第二电容C2组成的低通滤波器，第一电容C1、第二电容C2分别与开关S的两端连接，开关S的一端连接误差放大器的输出端，其另一端连接负载检测模块，开关S的开关频率与所述原边反馈开关电源的工作频率相同。
关于原边反馈开关电源系统，需要说明的有：①当系统处于重载状态时，VCS峰值电压为0.5V；处于轻载/极轻载状态时，VCS峰值电压为0.3V；输出端整流二极管VD的压降根据VCS峰值电压的变化而变化，VCS峰值电压越大，VD压降越大；反之，VD压降越小。②系统的工作频率与VCOMP成反比关系，VCOMP随着工作频率的变化而反变化。
基于本系统的上述内容，如图5所示，原边反馈开关电源系统在不同负载状态、以及不同VCOMP幅值情况下切换过程如下：①、若当前电源系统处于重载状态，如果负载检测模块304检测到VCOMP＜1.6V，电源系统会保持在重载状态，直到VCOMP＞1.6V，开关电源系统切换到轻载状态，VCS峰值电压减小为0.3V；②、若当前电源系统处于轻载状态，此时VCS峰值电压为0.3V，如果1.8V＞VCOMP＞1.2V，开关电源系统保持在轻载状态；如果VCOMP＞1.8V，开关电源系统切换到极轻载状态，VCS峰值电压为0.3V；如果VCOMP＜1.2V，开关电源系统切换到重载状态，VCS峰值电压增大到0.5V；③、若当前电源系统处于极轻载状态，此时VCS峰值电压为0.3V，如果VCOMP＞1.8V，开关电源系统保持在极轻载状态；如果VCOMP＜1.8V，开关电源系统切换到轻载状态，VCS峰值不变，仍为0.3V。
三种状态之间，轻载状态可以与重载或极轻载之间相互转换，重载和极轻载之间不能相互转换，负载检测模块304根据负载状态的不同，控制线损补偿模块305输出电流的幅值。
本发明的线损补偿模块305在上述三种负载(重载、轻载、极轻载)状态下输出的补偿电流ICOMP与各自负载状态下检测的VCOMP幅值均为一元线性关系，ICOMP和VCOMP之间的对应关系如下：
重载状态：ICOMP＝K1*VCOMP+B1，(0V＜VCOMP≤1.6V)；
轻载状态：ICOMP＝K2*VCOMP+B2，(1.2V≤VCOMP≤1.8V)；
极轻载状态：ICOMP＝K3*VCOMP+B3，(1.8V＜VCOMP≤2.5V)；
K1、K2、K3为一元线性方程的斜率；B1、B2、B3为一元线性方程的截距；
其中，K1、K2、K3均大于零，且K1＞K2＞K3；
在VCOMP＝1.8V时，极轻载状态的ICOMP和轻载状态的ICOMP相等。
如图6所示，是本发明优选的一组ICOMP和VCOMP之间补偿关系曲线图，结合图6对补偿过程具体描述如下：
(1)系统由重载往轻载状态转换时，补偿电流曲线不连续，状态转换的临界点线损补偿电流由点O跳到点P，线损补偿电流瞬间增大，这时的补偿电流是偏大的，系统会自动调节，线损补偿模块305控制最终稳定在Q点，同时线损补偿模块305控制Q点不与A点重合，以防止系统反复切换状态；另一方面，线损补偿模块305控制Q点的补偿电流大于O点，以弥补VCS峰值电压变化时输出整流二极管VD压降变化的影响。
(2)系统由轻载往重载状态转换的过程与上述重载往轻载状态转换的过程类似，此处不再赘述。
(3)轻载与极轻载之间进行状态转换时，VCS峰值电压不变，补偿电流曲线连续，此时系统的输出电压不会有明显的波动。
需要指出的是：之所以针对重载、轻载、极轻载三种状态分三段对开关电源系统进行线损补偿:①一方面原因是，区别于将系统处于重载时，VCS峰值电压设为0.5V，系统处于轻载和极轻载状态时，VCS峰值电压设置成0.3V，有利于避免异音问题；伴随着VCS峰值电压随着负载变化的变化，输出端整流二极管VD的压降也会随之变化，针对VCS峰值电压不同分类进行补偿，弥补了整流二极管VD压降的变化对恒压输出的影响，进一步确保了精确的恒压输出。②另一方面，单独分出极轻载状态，极轻载状态时得到较大的线损补偿电流，防止了输出电压偏高(浮压太高)，利于抑制或减小空载浮压。
综上，带有本发明的线损补偿系统后，原边反馈开关电源线端输出电压V0的公式为：
其中FB指对应节点的电压，R1和R2是FB分压电阻的阻值，ns和na分别是次级边和辅助绕组的匝数，VD是输出整流二极管112的压降，IO是输出电流，Rcable是输出端线缆的等效电阻114，ICOMP是线损补偿电流。
带有本发明所述的线损补偿电路后，可以通过优化电路设计使得上式中幅值相同，从而实现在全负载范围内线端输出电压Vo的高精度恒压输出。如此，在考虑到系统使用的输出整流二极管的压降VD、输出端线缆的等效电阻Rcable的大小的基础上，线损补偿量的大小可以由R1的大小来外部调节，因而可以大大提高电源设计的灵活性。
本发明的补偿系统还包括一VCOMP初值设定单元，初值设定单元用于在原边反馈开关电源启动初期设置VCOMP幅值，启动初期设置的VCOMP幅值为对应空载状态下的幅值，并在原边反馈开关电源从恒流模式进入恒压模式之前结束对VCOMP幅值的强行设定，结束强行设定后由负载决定VCOMP幅值。VCOMP初值设定单元的设置使得系统既避免了空载上电启动时输出电压的过冲，又能避免重载上电启动时输出电压的跌落或者震荡。
以上介绍了本发明原边反馈开关电源的线损补偿系统的组成，本发明在揭示上述系统的同时，还揭示一种上述原边反馈开关电源线损补偿的方法，其包括以下步骤，
步骤S1：采集原边反馈开关电源反馈控制器电压反馈引脚FB的电压值，采集的电压值记为电压VFB；
步骤S2：采样电压VFB通过误差放大器EA与参考电压Vref进行误差比较放大，输出电压VCOMP0至采样电路302；
步骤S3：采样电路302以与原边反馈开关电源相同工作频率的控制信号对VCOMP0进行采样，输出电压记为VCOMP；
步骤S4：负载检测模块304根据VCOMP的幅值判断所述原边反馈开关电源的负载状态：上电启动时开关电源被置于重载状态,①、若开关电源系统当前处于重载状态，当负载检测模块304检测到0V＜VCOMP≤1.6V时，判断系统依然为重载状态；当负载检测模块304检测到VCOMP＞1.6V时，判断系统进入轻载状态。②、若开关电源系统当前处于轻载状态，当负载检测模块304检测到1.2V≤VCOMP≤1.8V时，判断系统依然为轻载状态；当负载检测模块304检测到VCOMP＞1.8V，判断系统进入极轻载状态；当负载检测模块304检测到VCOMP＜1.2V，判断系统进入重载状态。③、若开关电源系统当前处于极轻载状态，当负载检测模块304检测到VCOMP＞1.8V时，判断系统依然为极轻载状态；当负载检测模块304检测到VCOMP≤1.8V，判断系统进入轻载状态。判断结果将输出至线损补偿模块；
步骤S5：线损补偿模块305综合根据负载检测模块304输出的负载状态和VCOMP的幅值产生补偿电流ICOMP，该补偿电流ICOMP输出至所述原边反馈开关电源反馈控制器的电压反馈引脚FB，作为原边反馈开关电源输出端线损压降的补偿，使得原边反馈开关电源恒压输出。
如图3所示，闭环误差放大电路300由误差放大器EA和反馈网络301组成，所述反馈网络301包括第一电阻Rc1、第二电阻Rc2，第一电阻Rc1的一端连接参考电压VREF，另一端连接误差放大器EA的负相输入端，第二电阻Rc2的一端连接误差放大器EA的负相输入端，另一端连接误差放大器EA的输出端，电压VFB连接至误差放大器EA的正相输入端。
如图4所示，采样电路302包括开关S、第一电容C1、第二电容C2，第一电容C1、第二电容C2分别与开关S的两端连接，开关S的一端连接误差放大器的输出端，其另一端连接负载检测模块，开关S的开关频率与所述原边反馈开关电源的工作频率相同。
线损补偿模块在上述三种负载状态下输出的补偿电流ICOMP与各自负载状态下检测的VCOMP幅值均为一元线性关系，ICOMP和VCOMP之间的对应关系如下：
重载状态：ICOMP＝K1*VCOMP+B1，(0V＜VCOMP≤1.6V)；
轻载状态：ICOMP＝K2*VCOMP+B2，(1.2V≤VCOMP≤1.8V)；
极轻载状态：ICOMP＝K3*VCOMP+B3，(1.8V＜VCOMP≤2.5V)；
K1、K2、K3为一元线性方程的斜率；B1、B2、B3为一元线性方程的截距；
其中，K1、K2、K3均大于零，且K1＞K2＞K3；
在VCOMP＝1.8V时，极轻载状态的ICOMP和轻载状态的ICOMP相等。
本发明的一个较佳实施例中，进一步包括在原边反馈开关电源启动初期通过一VCOMP初值设定单元设置VCOMP幅值，启动初期设置的VCOMP幅值为对应空载状态下的幅值，并在原边反馈开关电源从恒流模式进入恒压模式之前结束对VCOMP幅值的强行设定，结束强行设定后由负载决定VCOMP幅值。
本发明的一个较佳实施例中，进一步包括所述误差放大器由误差放大器EA和反馈网络组成，所述反馈网络包括第一电阻Rc1、第二电阻Rc2，第一电阻Rc1的一端连接参考电压VREF，另一端连接误差放大器EA的负相输入端，第二电阻Rc2的一端连接误差放大器EA的负相输入端，另一端连接误差放大器EA的输出端，电压VFB连接至误差放大器EA的正相输入端。
本发明的一个较佳实施例中，进一步包括所述采样电路包括开关S、第一电容C1、第二电容C2，第一电容C1、第二电容C2分别与开关S的两端连接，开关S的一端连接误差放大器的输出端，其另一端连接负载检测模块，开关S的开关频率与所述原边反馈开关电源的工作频率相同。
如图5所示，原边反馈开关电源系统在不同负载状态、以及不同VCOMP幅值情况下切换过程如下：①、若开关电源系统当前处于重载状态，如果负载检测模块304检测到VCOMP≤1.6V，电源系统会保持在重载状态，直到VCOMP＞1.6V，开关电源系统切换到轻载状态，VCS峰值电压减小为0.3V；②、若开关电源系统当前处于轻载状态，此时VCS峰值电压为0.3V，如果1.8V≥VCOMP≥1.2V，开关电源系统保持在轻载状态；如果VCOMP＞1.8V，开关电源系统切换到极轻载状态，VCS峰值电压为0.3V；如果VCOMP＜1.2V，开关电源系统切换到重载状态，VCS峰值电压增大到0.5V；③、若开关电源系统当前处于极轻载状态，此时VCS峰值电压为0.3V，如果VCOMP＞1.8V，开关电源系统保持在极轻载状态；如果VCOMP≤1.8V，开关电源系统切换到轻载状态，VCS峰值不变，仍为0.3V。
三种状态之间，轻载状态可以根重载或极轻载之间相互转换，重载和极轻载之间不能相互转换，负载检测模块304根据负载状态的不同，控制电压控制电流源输出电流的幅值。
本发明的线损补偿模块305在上述三种负载(重载、轻载、极轻载)状态下输出的补偿电流ICOMP与各自负载状态下检测的VCOMP幅值均为一元线性关系，ICOMP和VCOMP之间的对应关系如下：
重载状态：ICOMP＝K1*VCOMP+B1，(0V＜VCOMP≤1.6V)；
轻载状态：ICOMP＝K2*VCOMP+B2，(1.2V≤VCOMP≤1.8V)；
极轻载状态：ICOMP＝K3*VCOMP+B3，(1.8V＜VCOMP≤2.5V)；
K1、K2、K3为一元线性方程的斜率；B1、B2、B3为一元线性方程的截距；
其中，K1、K2、K3均大于零，且K1＞K2＞K3；
在VCOMP＝1.8V时，极轻载状态的ICOMP和轻载状态的ICOMP相等。
如图6所示，是本发明优选的一组ICOMP和VCOMP之间补偿关系曲线图，结合图6对补偿过程具体描述如下：
(1)系统由重载往轻载状态转换时，补偿电流曲线不连续，状态转换的临界点线损补偿电流由点O跳到点P，线损补偿电流瞬间增大，这时的补偿电流是偏大的，系统会自动调节，线损补偿模块305控制最终稳定在Q点，同时线损补偿模块305控制Q点不与A点重合，以防止系统反复切换状态；另一方面，线损补偿模块305控制Q点的补偿电流大于O点，以弥补VCS峰值电压变化时输出整流二极管VD压降变化的影响。
(2)系统由轻载往重载状态转换的过程与上述重载往轻载状态转换的过程类似，此处不再赘述。
(3)轻载与极轻载之间进行状态转换时，VCS峰值电压不变，补偿电流曲线连续，此时系统的输出电压不会有明显的波动。
基于本发明提供的上述线损补偿系统及其补偿方法，具有如下技术创新：
(1)线损补偿采用内置式设计，无需增加电源系统元器件，不会增加电源系统的成本；而且可以外部调节线损补偿量，提高开关电源设计的灵活性。
(2)综合考虑开关电源系统VCS峰值电压按负载分段的情况，补偿采用分重载、轻载、极轻载三段进行的方式，进一步确保电源系统精确的输出为恒压；
(3)特别考虑极轻载状态下的线损补偿问题，有利于空载浮压的改善；
(4)VCOMP初值设定单元的设置使得系统既避免了空载上电启动时输出电压的过冲，又能避免重载上限启动时输出电压的跌落或者震荡。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种原边反馈开关电源的线损补偿系统，其特征在于：包括带有反馈网络的闭环误差放大电路、采样电路、负载检测模块和线损补偿模块；
所述闭环误差放大电路、采样电路、负载检测模块依次连接，采样电路的输出端和负载检测模块的输出端均作为线损补偿模块的输入与线损补偿模块连接，所述线损补偿模块内部包含有电压控制电流源电路；
所述闭环误差放大电路由误差放大器(EA)和反馈网络组成；
所述原边反馈开关电源具有带电压反馈引脚(FB)的反馈控制器，采集反馈控制器的电压反馈引脚的电压值，记为电压VFB；
电压VFB通过误差放大器与参考电压Vref进行误差比较放大，输出电压VCOMP0至采样电路；
所述采样电路以与原边反馈开关电源相同工作频率的控制信号对VCOMP0进行采样，输出电压记为VCOMP；
负载检测模块根据VCOMP的幅值判断所述原边反馈开关电源的负载状态：上电启动时开关电源被置于重载状态,①、若开关电源系统当前处于重载状态，当负载检测模块(304)检测到0V＜VCOMP≤1.6V时，判断系统依然为重载状态；当负载检测模块(304)检测到VCOMP＞1.6V时，判断系统进入轻载状态；②、若开关电源系统当前处于轻载状态，当负载检测模块(304)检测到1.2V≤VCOMP≤1.8V时，判断系统依然为轻载状态；当负载检测模块(304)检测到VCOMP＞1.8V，判断系统进入极轻载状态；当负载检测模块(304)检测到VCOMP＜1.2V，判断系统进入重载状态；③、若开关电源系统当前处于极轻载状态，当负载检测模块(304)检测到VCOMP＞1.8V时，判断系统依然为极轻载状态；当负载检测模块(304)检测到VCOMP≤1.8V，判断系统进入轻载状态；
所述线损补偿模块综合根据负载检测模块输出的负载状态和VCOMP的幅值产生补偿电流ICOMP，该补偿电流ICOMP输出至所述原边反馈开关电源反馈控制器的电压反馈引脚，作为原边反馈开关电源输出端线损压降的补偿，使得原边反馈开关电源恒压输出；
所述补偿系统还包括一VCOMP初值设定单元，初值设定单元用于在原边反馈开关电源启动初期设置VCOMP幅值，启动初期设置的VCOMP幅值为对应空载状态下的幅值，并在原边反馈开关电源从恒流模式进入恒压模式之前结束对VCOMP幅值的强行设定，结束强行设定后由负载决定VCOMP幅值。
2.根据权利要求1所述的一种原边反馈开关电源的线损补偿系统，其特征在于：所述线损补偿模块在上述三种负载状态下输出的补偿电流ICOMP与各自负载状态下检测的VCOMP幅值均为一元线性关系，ICOMP和VCOMP之间的对应关系如下：
重载状态：ICOMP＝K1*VCOMP+B1，(0V＜VCOMP≤1.6V)；
轻载状态：ICOMP＝K2*VCOMP+B2，(1.2V≤VCOMP≤1.8V)；
极轻载状态：ICOMP＝K3*VCOMP+B3，(1.8V＜VCOMP≤2.5V)；
K1、K2、K3为一元线性方程的斜率；B1、B2、B3为一元线性方程的截距；
其中，K1、K2、K3均大于零，且K1＞K2＞K3；
在VCOMP＝1.8V时，极轻载状态的ICOMP和轻载状态的ICOMP相等。
3.根据权利要求1或2所述的一种原边反馈开关电源的线损补偿系统，其特征在于：所述反馈网络包括第一电阻(Rc1)、第二电阻(Rc2)，第一电阻(Rc1)的一端连接参考电压VREF，另一端连接误差放大器(EA)的反相输入端，第二电阻(Rc2)的一端连接误差放大器(EA)的反相输入端，另一端连接误差放大器(EA)的输出端，电压VFB连接至误差放大器(EA)的同相输入端。
4.根据权利要求1或2所述的一种原边反馈开关电源的线损补偿系统，其特征在于：所述采样电路包括开关(S)、第一电容(C1)、第二电容(C2)，第一电容(C1)、第二电容(C2)分别与开关(S)的两端连接，开关(S)的一端连接误差放大器的输出端，其另一端连接负载检测模块，开关(S)的开关频率与所述原边反馈开关电源的工作频率相同。
5.一种根据权利要求1所述的线损补偿系统对原边反馈开关电源进行线损补偿的方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤S1：采集原边反馈开关电源反馈控制器电压反馈引脚(FB)的电压值，采集的电压值记为电压VFB；
步骤S2：采样电压VFB通过误差放大器与参考电压Vref进行误差比较放大，输出电压VCOMP0至采样电路；
步骤S3：采样电路以与原边反馈开关电源相同工作频率的控制信号对VCOMP0进行采样，输出电压记为VCOMP；
步骤S4：负载检测模块根据VCOMP的幅值判断所述原边反馈开关电源的负载状态：上电启动时开关电源被置于重载状态,①、若开关电源系统当前处于重载状态，当负载检测模块(304)检测到0V＜VCOMP≤1.6V时，判断系统依然为重载状态；当负载检测模块(304)检测到VCOMP＞1.6V时，判断系统进入轻载状态；②、若开关电源系统当前处于轻载状态，当负载检测模块(304)检测到1.2V≤VCOMP≤1.8V时，判断系统依然为轻载状态；当负载检测模块(304)检测到VCOMP＞1.8V，判断系统进入极轻载状态；当负载检测模块(304)检测到VCOMP＜1.2V，判断系统进入重载状态；③、若开关电源系统当前处于极轻载状态，当负载检测模块(304)检测到VCOMP＞1.8V时，判断系统依然为极轻载状态；当负载检测模块(304)检测到VCOMP≤1.8V，判断系统进入轻载状态；
步骤S5：线损补偿模块综合根据负载检测模块输出的负载状态和VCOMP的幅值产生补偿电流ICOMP，该补偿电流ICOMP输出至所述原边反馈开关电源反馈控制器的电压反馈引脚(FB)，作为原边反馈开关电源输出端线损压降的补偿，使得原边反馈开关电源恒压输出。
6.根据权利要求5所述的一种原边反馈开关电源的线损补偿方法，其特征在于：所述线损补偿模块在上述三种负载状态下输出的补偿电流ICOMP与各自负载状态下检测的VCOMP幅值均为一元线性关系，ICOMP和VCOMP之间的对应关系如下：
重载状态：ICOMP＝K1*VCOMP+B1，(0V＜VCOMP≤1.6V)；
轻载状态：ICOMP＝K2*VCOMP+B2，(1.2V≤VCOMP≤1.8V)；
极轻载状态：ICOMP＝K3*VCOMP+B3，(1.8V＜VCOMP≤2.5V)；
K1、K2、K3为一元线性方程的斜率；B1、B2、B3为一元线性方程的截距；
其中，K1、K2、K3均大于零，且K1＞K2＞K3；
在VCOMP＝1.8V时，极轻载状态的ICOMP和轻载状态的ICOMP相等。
7.根据权利要求5或6所述的一种原边反馈开关电源的线损补偿方法，其特征在于：在原边反馈开关电源启动初期通过一VCOMP初值设定单元设置VCOMP幅值，启动初期设置的VCOMP幅值为对应空载状态下的幅值，并在原边反馈开关电源从恒流模式进入恒压模式之前结束对VCOMP幅值的强行设定，结束强行设定后由负载决定VCOMP幅值。
8.根据权利要求5或6所述的一种原边反馈开关电源的线损补偿方法，其特征在于：所述闭环误差放大电路由误差放大器(EA)和反馈网络组成，所述反馈网络包括第一电阻(Rc1)、第二电阻(Rc2)，第一电阻(Rc1)的一端连接参考电压VREF，另一端连接误差放大器(EA)的反相输入端，第二电阻(Rc2)的一端连接误差放大器(EA)的反相输入端，另一端连接误差放大器(EA)的输出端，电压VFB连接至误差放大器(EA)的同相输入端。
9.根据权利要求5或6所述的一种原边反馈开关电源的线损补偿方法，其特征在于：所述采样电路包括开关(S)、第一电容(C1)、第二电容(C2)，第一电容(C1)、第二电容(C2)分别与开关(S)的两端连接，开关(S)的一端连接误差放大器的输出端，其另一端连接负载检测模块，开关(S)的开关频率与所述原边反馈开关电源的工作频率相同。
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