CN106100347B - 一种针对开关电源的自适应采样控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针对开关电源的自适应采样控制电路，包括退磁检测电路、采样计算电路和与门电路，通过对退磁时间信号来判断输出负载状态，产生相应的采样点，能够更加精准的判断输出负载状态，当出现不可避免的极限状态时，保持上一状态，以免出现较大偏差，避免由于采样错误等因素影响到采样电压的不准确，从而提高开关电源主控芯片的稳定性和一致性。

Description

一种针对开关电源的自适应采样控制电路

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，具体涉及一种针对开关电源的自适应采样控制电路。

背景技术

随着开关电源需求量的日益增加，电源主控芯片对功能和性能要求也越高，特别是一些特别应用时，对其性能往往要求更高，要求在全范围交流输入(90V/60Hz～264V/50Hz)条件下，在输出负载状态不断切换时，输出电压能够变化更小，这就要求我们对输出电压的采样信号必须要准确，主控芯片才能及时响应输出负载。

然而由于负载切换时，反馈信号会出现波动，如果采样控制逻辑不能够及时判断波动，将会导致采样信号与采样电压之间存在偏差，从而在内部运算时出现误差，导致芯片整体性能降低。

当前的采样控制电路采用采样时间比例进行计算，存在负载动态变化导致采样电压波动、不准确的问题。

发明内容

本发明解决的技术问题时开关电源输出电压信号的准确采样问题，提供一种针对开关电源的自适应采样控制电路，解决当前的采用电路准确性差的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种针对开关电源的自适应采样控制电路，包括退磁检测电路、采样计算电路和与门电路，其中，

所述退磁检测电路的输入端外接开关电源的恒流恒压芯片的电压反馈信号，退磁检测电路的输出端分别连接采样计算电路和与门电路的输入端，所述退磁检测电路用于检测开关电源辅助绕组上的能量是否释放完毕，并产生退磁信号；

所述采样计算电路的输入端分别连接开关电源的恒流恒压芯片的功率管开信号、功率管关信号和退磁电路的输出端，采样计算电路的输出端连接与门电路的输入端，所述采样计算电路用于计算采样开关电源电压反馈信号的时间点，产生采样脉冲信号；

所述与门电路的两个输入端分别连接退磁检测电路输出端和采样计算电路输出端，与门电路的输出端输出采样控制信号，所述与门电路用于根据退磁信号和采样脉冲信号生成采样控制信号。

特别地，所述退磁检测电路包括第一比较器、第一或非门、第一RS触发器、第二RS触发器和第一与门，所述第一比较器的输入端分别连接开关电源的恒流恒压芯片的电压反馈信号和基准电压信号，第一比较器的输出端连接第一或非门的一个输入端，第一或非门的另一个输入端连接开关电源的脉宽调制信号，第一或非门的输出端连接第二RS触发器的R端，开关电源的脉宽调制信号同时接入第一RS触发器和第二RS触发器的S端，第二RS触发器的R端连接第一比较器的输出端，第一RS触发器的Q端和第二RS触发器的QN端分别连接第一与门的两个输入端，第一与门的输出端输出退磁信号,连接至采样计算电路和与门电路。

特别地，所述采样计算电路包括电流源、P沟道开关管、第一N沟道开关管、第二N沟道开关管、第三N沟道开关管、第四N沟道开关管、第五N沟道开关管、第六N沟道开关管、第一电容、第二电容、第二比较器、第三RS触发器、第一脉冲发生器、第二脉冲发生器和反相器，所述第一脉冲发生器的输入端连接退磁检测电路输出端输出的退磁信号，第一脉冲发生器的输出端连接反相器输入端，所述电流源一端连接外部电源，另一端连接P沟道开关管的源极，所述P沟道开关管的栅极连接退磁检测电路输出的退磁信号，P沟道开关管的漏极串联第一电容后接地；所述P沟道开关管的漏极连接第一N沟道开关管的漏极，所述第一N沟道开关管的栅极连接反相器输出端，第一N沟道开关管的源极连接第二N沟道开关管的漏极；所述第二N沟道开关管的栅极外接开关电源的恒流恒压芯片的功率管开信号，第二N沟道开关管的源极接地；所述第三N沟道开关管的栅极连接第一脉冲发生器的输出端，第三N沟道开关管的源极连接P沟道开关管的源极，第三N沟道开关管的漏极连接第六N沟道开关管的漏极；所述第六N沟道开关管的栅极连接第二脉冲发生器的输出端，第六N沟道开关管的源极接地；所述第二电容并联设置于第六N沟道开关管的源极和漏极之间；所述第四N沟道开关管的栅极连接退磁检测电路输出的退磁信号，第四N沟道开关管的漏极连接第三N沟道开关管的漏极，第四N沟道开关管的源极连接第五N沟道开关管的漏极；所述第五N沟道开关管的栅极连接第三RS触发器的输出端，第五N沟道开关管的源极接地；所述第三RS触发器的R端连接开关电源的恒流恒压芯片的功率管关信号，第三RS触发器的S端连接第三比较器输出端；所述第二比较器输入端分别连接P沟道开关管的漏极和第四N沟道开关管的漏极，第二比较器的输出端连接第二脉冲发生器的输入端，第二脉冲发生器的输出端分别连接第六N沟道开关管的栅极和第二与门电路输入端。

特别地，所述与门电路包括第二与门，第二与门的输入端分别连接退磁检测电路的输出端和采样计算电路的输出端，第二与门的输出端输出采样控制信号。

特别地，所述开关管采用场效应晶体管。

特别地，所述开关管采用晶闸管。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明所述一种针对开关电源的自适应采样控制电路，通过对退磁时间信号来判断输出负载状态，产生相应的采样点，能够更加精准的判断输出负载状态，当出现不可避免极限状态时，保持上一状态，以免出现较大偏差，避免由于采样错误等因素影响到采样电压的不准确，从而提高开关电源主控芯片的稳定性和一致性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明实施例1提供的针对开关电源的自适应采样控制电路结构框图。

图2为本发明实施例1提供的退磁检测电路原理图。

图3为本发明实施例1提供的采样计算电路原理图。

图4为本发明实施例1提供的开关电源电路原理图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1所示，图1为本发明实施例1提供的针对开关电源的自适应采样控制电路结构框图。

本实施例中，所述针对开关电源的自适应采样控制电路包括退磁检测电路、采样计算电路和与门电路，其中：

如图2所示，图2为本发明实施例1提供的退磁检测电路原理图。

所述退磁检测电路的输入端外接开关电源的恒流恒压芯片的电压反馈信号，输出端分别连接采样计算电路和与门电路的输入端，用于检测开关电源辅助绕组上的能量是否释放完毕，并产生退磁信号，具体包括：第一比较器COMP1、第一或非门G1、第一RS触发器RS1、第二RS触发器RS2和第一与门G2，所述第一比较器COMP1的输入端分别连接开关电源的恒流恒压芯片的电压反馈信号FB和基准电压信号VT，输出端连接第一或非门G1的一个输入端；第一或非门G1的另一个输入端连接开关电源的脉宽调制信号PWM，输出端连接第二RS触发器RS2的R端；开关电源的脉宽调制信号PWM同时接入第一RS触发器RS1和第二RS触发器RS2的S端；第二RS触发器RS2的R端连接第一比较器COMP1的输出端；第一RS触发器RS1的Q端和第二RS触发器RS2的QN端分别连接第一与门G2的两个输入端；第一与门G2的输出端输出退磁信号,连接至采样计算电路和与门电路。

如图3所示，图3为本发明实施例1提供的采样计算电路原理图。

所述采样计算电路的输入端分别连接开关电源的恒流恒压芯片的功率管开信号、功率管关信号和退磁电路的输出端，输出端连接与门电路的输入端，用于计算采样开关电源电压反馈信号的时间点，产生采样脉冲信号，具体包括：电流源I1、P沟道开关管P1、第一N沟道开关管N1、第二N沟道开关管N2、第三N沟道开关管N3、第四N沟道开关管N4、第五N沟道开关管N5、第六N沟道开关管N6、第一电容C1、第二电容C2、第二比较器COMP2、第三RS触发器RS3、第一脉冲发生器S1、第二脉冲发生器S2和反相器A1，所述第一脉冲发生器RS1输入端连接退磁检测电路输出端输出的退磁信号，输出端连接反相器A1输入端；所述电流源I1一端连接外部电源，另一端连接P沟道开关管P1的源极；所述P沟道开关管P1的栅极连接退磁检测电路输出的退磁信号，漏极串联第一电容C1后接地；所述P沟道开关管P1的漏极连接第一N沟道开关管N1的漏极；所述第一N沟道开关管N1的栅极连接反相器A1输出端，源极连接第二N沟道开关管N2的漏极；所述第二N沟道开关管N2的栅极外接开关电源的恒流恒压芯片的功率管开信号GATE，源极接地；所述第三N沟道开关管N3的栅极连接第一脉冲发生器S1的输出端，源极连接P沟道开关管P1的源极，漏极连接第六N沟道开关管N6的漏极；所述第六N沟道开关管N6的栅极连接第二脉冲发生器S2的输出端，源极接地；所述第二电容C2并联设置于第六N沟道开关管N6的源极和漏极之间；所述第四N沟道开关管N4的栅极连接退磁检测电路输出的退磁信号，漏极连接第三N沟道开关管N3的漏极，源极连接第五N沟道开关管N5的漏极；所述第五N沟道开关管N5的栅极连接第三RS触发器RS3的输出端，源极接地；所述第三RS触发器RS3的R端连接开关电源的恒流恒压芯片的功率管关信号GATEN，S端连接第三比较器COMP3输出端；所述第二比较器COMP2的输入端分别连接P沟道开关管P1的漏极和第四N沟道开关管N4的漏极，输出端连接第二脉冲发生器S2的输入端；所述第二脉冲发生器S2的输出端分别连接第六N沟道开关管N6的栅极和第二与门电路输入端。

所述与门电路包括第二与门G3，用于根据退磁信号和采样脉冲信号生成采样控制信号，其中，第二与门G3的输入端分别连接退磁检测电路的输出端和采样计算电路的输出端，输出端输出采样控制信号。

所述针对开关电源的自适应采样控制电路具体工作原理为：

如图4所示，图4为本发明实施例1提供的开关电源电路原理图，当开关电源恒流恒压芯片104上电后，通过启动电阻R1给启动电容C3充电，当电容C3上电压达到芯片内部设定的启动电压时，芯片104启动。在芯片内部发出的PWM信号控制功率管N7导通期间，当芯片104的CS端电压达到设定的电压值时，PWM信号控制关断功率管N7；在PWM信号控制功率管N7关断期间，变压器的辅助绕组和与之相连的原边采样分压电阻R2和R3一起对恒流恒压芯片104的FB端提供反馈信号,作为开关电源的恒流恒压芯片的电压反馈信号。

本实施例中，所述退磁检测电路用于检测辅助绕组上的能量是否释放完毕，并产生一个退磁时间信号Tdemg以及一个退磁完成信号Tdemg_end；所述采样计算电路用于计算采样反馈信号FB电压的时间点，产生一个采样脉冲信号Sck；所述与门电路用于将退磁完成信号Tdemg_end和采样脉冲信号Sck相与产生采样控制信号Sck1。当开关电源恒流恒压芯片内部发出的PWM信号关断时，反馈脚FB电压上升，第一比较器COMP1输出高电平，第一RS触发器RS1的Q端输出高电平，而第二RS触发器RS2的QN端也输出高电平，所以第一与门G2输出高电平，即退磁信号Tdemg。当开关电源辅助绕组上的能量释放完毕或者PWM导通时，FB电压下降，当FB电压下降至基准电压VT时，第一比较器COMP1输出为低电平，所以第一或非门G2输出高电平，第二RS触发器RS2的QN端也输出低电平，从而第二与门G2输出输出低电平，即退磁完成信号Tdemg_end，此时认为退磁结束。

本实施例中，在PWM信号控制功率管N7关断期间，且在退磁时间内,退磁信号Tdemg触发P沟道开关管P1导通，第一N沟道开关管N1和第二N沟道开关管N2关断，第三N沟道开关管N3关断，此时，电流源I1给第一电容C1充电。当退磁时间结束后，电流源I1停止对第一电容C1充电，此时第一电容C1上的电压为Vs，同时,退磁完成信号Tdemg_end触发第一脉冲发生器S1输出信号S1为高电平，发出采样脉冲，此时第三N沟道开关管N3导通，第四N沟道开关管N4、第五N沟道开关管N5关断，则第二电容C2将第一电容C1上的电压重新进行分配，第二电容C2的电压为Vs1，在输出负载不出现剧烈变化的情况下,第二电容C2上的电压会保存至下一个退磁时间内；在PWM信号控制功率管N7导通期间，开关电源的恒流恒压芯片的功率管开信号GATE高电平，退磁完成信号Tdemg_end低电平触发第一脉冲发生器S1输出信号经反相器A1反相后输出SIN信号为高电平，进而第一N沟道开关管N1和第二N沟道开关管N2导通,第三N沟道开关管N3关断，此时，第一N沟道开关管N1和第二N沟道开关管N2对第一电容C1放电。当在下一个PWM信号控制功率管N7关断周期，且在退磁时间内时，电流源I1继续给第一电容C1充电，当第一电容C1上的电压Vs达到上一个周期记录的Vs1时，第二比较器COMP2翻转，使第二比较器COMP2输出信号FT翻转为高电平,此时,第二脉冲发生器S2发出采样脉冲Sck，同时,第六N沟道开关管N6导通，第三N沟道开关管N3关断，对第二电容C2进行放电；由于退磁时间还未结束，通过第二与门G3发出采样控制信号Sck1。

当开关电源出现负载切换时，退磁时间可能出现急速变化，在下一个PWM控制功率管N7关断周期，且在退磁时间内时，电流源I1继续对第一电容C1充电，当在整个退磁时间内，第二电容C2上的电压Vs都无法达到上一个周期记录的Vs1时，第二比较器COMP2输出信号FT一直保持低电平，此时通过第三RS触发器RS2在下一个PWM控制功率管N7导通周期时将第四N沟道开关管N4、第五N沟道开关管N5放电通路打开，将第二电容C2上的电压放为0，此时,第二比较器COMP2输出低电平，第二脉冲发生器S2输出低电平，第二与门G3输出低电平，不发出采样控制信号Sck1，并让其保持上一周期电压，避免出现采样错误的情况。而当在刚进入下一个PWM控制功率管N7关断周期，且在退磁时间内时，第二比较器COMP2就会翻转，即会发出采样逻辑信号Sck1，保证采样信号变化不大，从而保证输出电压变化不大，采样控制电路重新回到正常工作状态。

需要说明的是，上述P沟道开关管P1优选P沟道场效应晶体管或P沟道晶闸管，也可以采用其他开关管；上述第一N沟道开关管N1、第二N沟道开关管N2、第三N沟道开关管N3、第四N沟道开关管N4、第五N沟道开关管N5、第六N沟道开关管N6优选N沟道场效应晶体管或N沟道晶闸管，也可以采用其他开关管。

本发明所述技术方案，通过对退磁时间信号来判断输出负载状态，产生相应的采样点，能够更加精准的判断输出负载状态，当出现不可避免极限状态时，保持上一状态，以免出现较大偏差，避免由于采样错误等因素影响到采样电压的不准确，从而提高开关电源主控芯片的稳定性和一致性。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种针对开关电源的自适应采样控制电路，其特征在于，包括退磁检测电路、采样计算电路和与门电路，其中，

所述退磁检测电路的输入端外接开关电源的恒流恒压芯片的电压反馈信号，退磁检测电路的输出端分别连接采样计算电路和与门电路的输入端，所述退磁检测电路用于检测开关电源辅助绕组上的能量是否释放完毕，并产生退磁信号；

所述采样计算电路的输入端分别连接开关电源的恒流恒压芯片的功率管开信号、功率管关信号和退磁电路的输出端，采样计算电路的输出端连接与门电路的输入端，所述采样计算电路用于计算采样开关电源电压反馈信号的时间点，产生采样脉冲信号；

所述与门电路的两个输入端分别连接退磁检测电路输出端和采样计算电路输出端，与门电路的输出端输出采样控制信号，所述与门电路用于根据退磁信号和采样脉冲信号生成采样控制信号；所述与门电路包括第二与门，第二与门的输入端分别连接退磁检测电路的输出端和采样计算电路的输出端，第二与门的输出端输出采样控制信号。

2.根据权利要求1所述的针对开关电源的自适应采样控制电路，其特征在于，所述退磁检测电路包括第一比较器、第一或非门、第一RS触发器、第二RS触发器和第一与门，所述第一比较器的输入端分别连接开关电源的恒流恒压芯片的电压反馈信号和基准电压信号，第一比较器的输出端连接第一或非门的一个输入端，第一或非门的另一个输入端连接开关电源的脉宽调制信号，第一或非门的输出端连接第二RS触发器的R端，开关电源的脉宽调制信号同时接入第一RS触发器和第二RS触发器的S端，第二RS触发器的R端连接第一比较器的输出端，第一RS触发器的Q端和第二RS触发器的QN端分别连接第一与门的两个输入端，第一与门的输出端输出退磁信号,连接至采样计算电路和与门电路。

3.根据权利要求1所述的针对开关电源的自适应采样控制电路，其特征在于，所述采样计算电路包括电流源、P沟道开关管、第一N沟道开关管、第二N沟道开关管、第三N沟道开关管、第四N沟道开关管、第五N沟道开关管、第六N沟道开关管、第一电容、第二电容、第二比较器、第三RS触发器、第一脉冲发生器、第二脉冲发生器和反相器，所述第一脉冲发生器的输入端连接退磁检测电路输出端输出的退磁信号，第一脉冲发生器的输出端连接反相器输入端，所述电流源一端连接外部电源，另一端连接P沟道开关管的源极，所述P沟道开关管的栅极连接退磁检测电路输出的退磁信号，P沟道开关管的漏极串联第一电容后接地；所述P沟道开关管的漏极连接第一N沟道开关管的漏极，所述第一N沟道开关管的栅极连接反相器输出端，第一N沟道开关管的源极连接第二N沟道开关管的漏极；所述第二N沟道开关管的栅极外接开关电源的恒流恒压芯片的功率管开信号，第二N沟道开关管的源极接地；所述第三N沟道开关管的栅极连接第一脉冲发生器的输出端，第三N沟道开关管的源极连接P沟道开关管的漏极，第三N沟道开关管的漏极连接第六N沟道开关管的漏极；所述第六N沟道开关管的栅极连接第二脉冲发生器的输出端，第六N沟道开关管的源极接地；所述第二电容并联设置于第六N沟道开关管的源极和漏极之间；所述第四N沟道开关管的栅极连接退磁检测电路输出的退磁信号，第四N沟道开关管的漏极连接第三N沟道开关管的漏极，第四N沟道开关管的源极连接第五N沟道开关管的漏极；所述第五N沟道开关管的栅极连接第三RS触发器的输出端，第五N沟道开关管的源极接地；所述第三RS触发器的R端连接开关电源的恒流恒压芯片的功率管关信号，第三RS触发器的S端连接第二比较器输出端；所述第二比较器输入端分别连接P沟道开关管的漏极和第四N沟道开关管的漏极，第二比较器的输出端连接第二脉冲发生器的输入端，第二脉冲发生器的输出端分别连接第六N沟道开关管的栅极和第二与门电路输入端。

4.根据权利要求3所述的针对开关电源的自适应采样控制电路，其特征在于，所述开关管采用场效应晶体管。

5.根据权利要求3所述的针对开关电源的自适应采样控制电路，其特征在于，所述开关管采用晶闸管。