CN109004846B - 低待机功耗的数字调频电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低待机功耗的数字调频电路,包括变压器、控制器、MOS管以及假负载。变压器的原边包括主绕组与辅助绕组，其副边包括输出绕组。主绕组的第一端接输入电压，其第二端与MOS管的漏极连接。辅助绕组的第一端与第二端通过采样电路与控制器的VCC端、FB端连接。输出绕组接假负载。控制器包括依次连接的比较器、加减计数器、数模转换器、压控振荡器、以及驱动电路。比较器的同向端与采样电路的反馈电压输出端连接，其反向端接入设定的参考电压。压控振荡器的输出端还与加减计数器的第二输入端连接，驱动电路的输出端与MOS管的栅极连接。本发明的有益效果在于降低调频电路的待机功耗和控制成本。

Description

低待机功耗的数字调频电路
技术领域
本发明涉及电压变换控制的技术领域，特别涉及一种低待机功耗的数字调频电路。
背景技术
近年来，使用原边反馈技术从变压器原边检测输出的电流电压信息从而稳定输出电压的恒压控制技术越发成熟。
图1为现有的原边反馈控制器的典型的应用电路，该电路主要包括变压器T1、MOS管Q1、假负载R1、补偿电容C1、以及控制器U1。变压器T1的原边包括主绕组n1和辅助绕组n2，其副边包括输出绕组n3。在恒压输出状态下，控制器U17的FB脚在每个工作周期的变压器消磁阶段采样辅助绕组n2的正向电压，这个正向电压与输出绕组n3的输出电压呈一个固定的比例关系。控制器U1根据采样得到的输出电压值，再通过控制器U1内部的一系列处理电路后，得到一个控制电压来控制MOS管Q1的导通，从而让电源系统处于恒压工作状态。
图2为图1示出的控制器U1的原理框图。控制器U1的比较器的同向端采样到辅助绕组n2的正向电压VFB，由比较器将该正向电压VFB与比较器反向端接收的内部设定的参考电压VREF进行比较并产生误差信号，误差信号通过RC低通滤波器进行频率补偿后产生一个控制电压控制压控振荡器产生正确的工作频率CLK信号，CLK信号通过驱动电路得到GATE驱动信号，由GATE驱动信号驱动MOS管，调整输出频率和开通时间来实现恒压控制。
图2示出的控制器U1的控制方式存在以下缺陷：
1、受限于RC低通滤波器的带宽，为了保证在输出负载电流突变或者轻载时输出稳定，需要在副边绕组的输出端挂载一个阻值在1K-500欧姆左右的假负载R1，因为R1是在任何输出负载大小时都存在功耗，导致了空载功耗的增加；
2、受限于RC低通滤波器的带宽，还需要在控制器U1的COMP脚外接一个补偿电容C1，补偿控制器U1的控制环路带宽，保证电源在负载突变或者轻载情况下的输出稳定，增加了系统成本。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的主要目的是提供一种低待机功耗的数字调频电路，皆在降低调频电路的待机功耗。
为实现上述目的，本发明提出的低待机功耗的数字调频电路，包括变压器、控制器、MOS管以及假负载；
所述变压器的原边包括主绕组与辅助绕组，其副边包括输出绕组；主绕组的第一端接输入电压，其第二端与MOS管的漏极连接，MOS管的源极通过电阻R2接地；辅助绕组的第一端与采样电阻R3的第一端、二极管D1的正向端连接；采样电阻R3的第二端与采样电阻R4的第一端连接，二极管D1的反向端与控制器的VCC端、电容C1的第一端连接，控制器的GND引脚接地；采样电阻R4的第二端、电容C1的第二端接地；输出绕组的第一端与二极管D2的正向端连接，二极管的反向端与电容C1的第一端、假负载的第一端连接；输出绕组的第二端与电容C1的第二端、假负载的第二端连接；
所述控制器包括比较器、加减计数器、数模转换器、压控振荡器、以及驱动电路；比较器的同向端与采样电阻R3的第二端、采样电阻R4的第一端连接，其反向端接入设定的参考电压，其输出端与加减计数器的第一输入端连接；加减计数器的输出端与通过数模装换器与压控振荡器的输入端连接；压控振荡器的输出端与加减计数器的第二输入端、驱动电路的输入端连接，驱动电路的输出端与MOS管的栅极连接。
优选地，所述假负载的阻值大于10000欧姆。
本发明的技术方案通过去掉了常规的低通滤波器，采用加减计数器能够及时得到需要调节的频率变化量，再利用数模转换器，使得比较器的输出可以及时反映到压控振荡器，得到电源系统需要的震荡频率，最后通过驱动电路来输出控制MOS管，从而让电源系统处于恒压工作状态。
本发明的有益效果在于：
1、采用加减计数器可及时得到需要调节的频率变化量，非常容易实现任意位数的模数转换，且降频范围大，可大大地降低副边绕组挂载的假负载带来的功耗，实现整个系统的超低待机功耗；
2、可实现自适应负载回路补偿，提高控制器全负载范围内的稳定性；
3、对负载变化反应非常快，每一周期的变频调整率可以量化设定；
4、无需使用补充电容C1来补偿控制器的控制环路带宽，降低了系统成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有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示出的结构获得其他的附图。
图1为现有的原边反馈控制器的典型的应用电路示意图；
图2为图1示出的控制器U1的原理框图；
图3为本发明低待机功耗的数字调频电路一实施例的应用电路示意图；
图4为图3示出的控制器U2的原理框图；
本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
本发明提出一种低待机功耗的数字调频电路。
参照图3-4，图3为本发明低待机功耗的数字调频电路一实施例的应用电路示意图，图4为图3示出的控制器U2的原理框图。
如图3-4所示，在本发明实施例中，该低待机功耗的数字调频电路包括变压器T1、控制器U2、MOS管Q1以及假负载R1′。
变压器T1的原边包括主绕组n1与辅助绕组n2，其副边包括输出绕组n3。主绕组n1的第一端接输入电压，其第二端与MOS管Q1的漏极连接，MOS管Q1的源极通过电阻R2接地。辅助绕组n2的第一端与采样电阻R3的第一端、二极管D1的正向端连接。采样电阻R3的第二端与采样电阻R4的第一端连接，二极管D1的反向端与控制器U2的VCC端、电容C1的第一端连接，控制器U2的GND引脚接地。采样电阻R4的第二端、电容C1的第二端接地。输出绕组n3的第一端与二极管D2的正向端连接，二极管的反向端与电容C1的第一端、假负载R1′的第一端连接。输出绕组n3的第二端与电容C1的第二端、假负载R1′的第二端连接。
控制器U2包括比较器101、加减计数器102、数模转换器103、压控振荡器104、以及驱动电路105。比较器101的同向端与采样电阻R3的第二端、采样电阻R4的第一端连接，其反向端接入设定的参考电压，其输出端与加减计数器102的第一输入端连接。加减计数器102的输出端与通过数模装换器与压控振荡器104的输入端连接。压控振荡器104的输出端与加减计数器102的第二输入端、驱动电路105的输入端连接，驱动电路105的输出端与MOS管Q1的栅极连接。
本发明的工作过程如下：
当输出电压增大，辅助绕组n2经过采样电阻R3与采样电阻R4分压所得的反馈电压VFB大于控制器U2内部设定的参考电压VREF时，此时比较器101输出端输出的误差信号的为低电平，以CLK信号为时钟信号的加减计数器102减一；然后再将加减计数器102的输出误差信号通过数模转换器103转换为模拟电压信号，再经过压控振荡器104得到频率减小的CLK信号，该CLK信号一方面作为加减计数器102的时钟信号，另一方面该CLK信号通过驱动电路105得到频率减小的GATE驱动信号。最后通过GATE驱动信号驱动MOS管Q1。这时，输出绕组n3整流滤波得到的输出电压减小。
当输出电压减小，辅助绕组n2经过采样电阻R3与采样电阻R4分压所得的反馈电压VFB小于控制器U2内部设定的参考电压VREF时，此时比较器101输出端输出的误差信号的为高电平，以CLK信号为时钟信号的加减计数器102加一；然后再将加减计数器102的输出误差信号通过数模转换器103转换为模拟电压信号，再经过压控振荡器104得到频率增大的CLK信号，该CLK信号一方面作为加减计数器102的时钟信号，另一方面该CLK信号通过驱动电路105可得到频率增大的GATE驱动信号。最后通过GATE驱动信号驱动MOS管Q1。这时，输出绕组n3整流滤波得到的输出电压增大。
由此，经过以上两点的调节以达到稳定输出电压的目的。
在本实施例中，假负载R1′的阻值可以调整到10000欧姆以上，有效降低整个电源系统的待机功耗。
本发明的技术方案通过去掉了常规的低通滤波器，采用加减计数器102能够及时得到需要调节的频率变化量，再利用数模转换器103，使得比较器101的输出可以及时反映到压控振荡器104104，得到电源系统需要的震荡频率，最后通过驱动电路105来输出控制MOS管Q1，从而让电源系统处于恒压工作状态。
本发明的有益效果在于：
1、采用加减计数器102可及时得到需要调节的频率变化量，非常容易实现任意位数的模数转换，且降频范围大，可大大地降低副边绕组挂载的假负载R1′带来的功耗，实现整个系统的超低待机功耗；
2、可实现自适应负载回路补偿，提高控制器U2全负载范围内的稳定性；
3、对负载变化反应非常快，每一周期的变频调整率可以量化设定；
4、无需使用补充电容C1来补偿控制器U2的控制环路带宽，降低了系统成本。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (2)

1.一种低待机功耗的数字调频电路，其特征在于，包括变压器、控制器、MOS管Q1以及假负载；
所述变压器的原边包括主绕组与辅助绕组，其副边包括输出绕组；主绕组的第一端接输入电压，其第二端与MOS管Q1的漏极连接，MOS管Q1的源极通过电阻R2接地；辅助绕组的第一端与采样电阻R3的第一端、二极管D1的正向端连接；采样电阻R3的第二端与采样电阻R4的第一端连接，二极管D1的反向端与控制器的VCC端、电容C1的第一端连接，控制器的GND引脚接地；采样电阻R4的第二端、电容C1的第二端接地；输出绕组的第一端与二极管D2的正向端连接，二极管D2的反向端与电容C2的第一端、假负载的第一端连接；输出绕组的第二端与电容C2的第二端、假负载的第二端连接；
所述控制器包括比较器、加减计数器、数模转换器、压控振荡器、以及驱动电路；比较器的同向端与采样电阻R3的第二端、采样电阻R4的第一端连接，其反向端接入设定的参考电压VREF，其输出端与加减计数器的第一输入端连接；加减计数器的输出端通过数模转换器与压控振荡器的输入端连接；压控振荡器的输出端与加减计数器的第二输入端、驱动电路的输入端连接，驱动电路的输出端与MOS管Q1的栅极连接；
当输出电压增大，辅助绕组经过采样电阻R3与采样电阻R4分压所得的反馈电压VFB大于控制器内部设定的参考电压VREF时，此时比较器输出端输出的误差信号为低电平，以CLK信号为时钟信号的加减计数器减一；然后再将加减计数器的输出误差信号通过数模转换器转换为模拟电压信号，再经过压控振荡器得到频率减小的CLK信号，所述CLK信号一方面作为加减计数器的时钟信号，另一方面所述CLK信号通过驱动电路得到频率减小的GATE驱动信号，最后通过GATE驱动信号驱动MOS管Q1；这时，输出绕组整流滤波得到的输出电压减小；
当输出电压减小，辅助绕组经过采样电阻R3与采样电阻R4分压所得的反馈电压VFB小于控制器内部设定的参考电压VREF时，此时比较器输出端输出的误差信号为高电平，以CLK信号为时钟信号的加减计数器加一；然后再将加减计数器的输出误差信号通过数模转换器转换为模拟电压信号，再经过压控振荡器得到频率增大的CLK信号，所述CLK信号一方面作为加减计数器的时钟信号，另一方面所述CLK信号通过驱动电路可得到频率增大的GATE驱动信号；最后通过GATE驱动信号驱动MOS管Q1；这时，输出绕组整流滤波得到的输出电压增大。
2.如权利要求1所述的低待机功耗的数字调频电路，其特征在于，所述假负载的阻值大于10000欧姆。
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