CN109980944A - 开关电源中的退磁迭代算法模块及开关电源控制芯片 - Google Patents

开关电源中的退磁迭代算法模块及开关电源控制芯片 Download PDF

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CN109980944A CN201910280047.0A CN201910280047A CN109980944A CN 109980944 A CN109980944 A CN 109980944A CN 201910280047 A CN201910280047 A CN 201910280047A CN 109980944 A CN109980944 A CN 109980944A
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Abstract

本发明提供一种退磁迭代算法模块,包括:所述退磁迭代算法模块通过输出电压反馈信号FB与基准电压VthDEM的比较,得到退磁时间,并通过比较上一开关周期的退磁时间与本开关周期退磁时间的关系,计算出下一开关周期的退磁时间,并产生退磁结束信号Demit,作为控制功率管Q140导通的另一个控制信号;同时,功率管Q140驱动信号DRV接到退磁迭代算法模块U152,同步退磁迭代算法模块U152的计算。本发明还提供了包括上述包括所述退磁迭代算法模块的开关电源控制芯片,无需斜波补偿电路,实现DCM、CCM模式系统稳定工作及两种工作模式的无缝切换,采用退磁迭代算法模块的开关电源电路天然地实现频率抖动,无需额外的抖频电路,使系统具有优异的EMI性能。

Description

开关电源中的退磁迭代算法模块及开关电源控制芯片
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域,尤其是一种开关电源电路。
背景技术
反激式开关电源因其简单的应用结构和低的成本而被广泛应用。反激式开关电源通常有DCM(断续模式)和CCM(连续模式)两种工作模式,采用DCM工作模式的系统环路易稳定,系统设计相对简单,常用在原边反馈开关电源系统中,系统的最大开关频率取决于最小导通时间和最小退磁时间,在低输入电压下,DCM工作模式系统的导通时间往往较长,导致系统工作频率偏低,系统功率密度较难提升;采用CCM工作模式的系统由于右半平面零点的影响,在占空比较大情况下易出现次谐波振荡,需要斜波补偿电路来保持系统稳定,此外CCM工作模式的系统还需要增加抖频来提升EMI裕量,电路设计的复杂度相对较高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足,提供一种开关电源中的退磁迭代算法模块,以及包括所述退磁迭代算法模块的开关电源控制芯片,无需斜波补偿电路,实现DCM、CCM模式系统稳定工作及两种工作模式的无缝切换,此外采用退磁迭代算法模块的开关电源电路天然地实现频率抖动,无需额外的抖频电路,使系统具有优异的EMI性能。本发明采用的技术方案是:
一种退磁迭代算法模块,包括:
所述退磁迭代算法模块通过输出电压反馈信号FB与基准电压VthDEM的比较,得到退磁时间,并通过比较上一开关周期的退磁时间与本开关周期退磁时间的关系,计算出下一开关周期的退磁时间,并产生退磁结束信号Demit,作为控制功率管Q140导通的另一个控制信号;同时,功率管Q140驱动信号DRV接到退磁迭代算法模块U152,同步退磁迭代算法模块U152的计算。
具体地,
退磁迭代算法模块包括比较器U410、U440、U470,边沿脉冲产生模块U420、U460,MOS开关SW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6,缓冲器U430、退磁迭代误差信号S431、S432,D触发器U450;
比较器U410的同相输入端接输出电压反馈信号FB,反相输入端接基准电压VthDEM;比较器U410的输出端输出退磁信号VTDEM,送至边沿脉冲产生模块U420的输入端和开关SW1的控制端;退磁信号VTDEM的高电平时间为退磁时间TDEM;边沿脉冲产生模块U420的输出端接开关SW2的控制端,开关SW1的一端接电流源U401,另一端接开关SW2一端、电容C1一端、开关SW3一端和比较器U440的同相输入端,开关SW2另一端、电容C1另一端接芯片地;
开关SW3的另一端接电容C2一端和缓冲器U430的输入端,电容C2的另一端接芯片地;缓冲器U430的输出端接退磁迭代误差信号S431的负极和退磁迭代误差信号S432的正极;退磁迭代误差信号S431的正极接开关SW5的一端,退磁迭代误差信号S432的负极接开关SW6的一端,开关SW5和SW6的另一端接比较器U440的反相输入端;比较器U440的输出端连接D触发器U450的D端,并输出退磁结束信号Demit;D触发器U450的Q端接开关W5的控制端,端接开关SW6的控制端;
退磁迭代误差信号S431的电压为+ΔVDEM,退磁迭代误差信号S432的电压为-ΔVDEM
边沿脉冲产生模块U460的输入端接功率管Q140驱动信号DRV,输出端接开关SW3的控制端和开关SW4的控制端;开关SW4的一端接电流源U402、电容C3的一端和比较器U470的同相输入端,开关SW4的另一端和电容C3的另一端接芯片地;比较器U470的反相输入端接基准电压VthTS;比较器U470的输出端产生频率定时信号VTs,送至D触发器U450的时钟端。
进一步地,
VthDEM设定为0.1v,VthTS设置为1v;+ΔVDEM,和-ΔVDEM的绝对值大小为缓冲器U430输出的10%~15%。
一种开关电源控制芯片U100,包括:
开启信号触发模块U150、关断信号触发模块U154、退磁迭代算法模块U152、与门U153、RS触发器U155、驱动模块U156;
开启信号触发模块U150采样并保持开关电源电路的输出电压反馈信号FB,采样保持后的信号与基准电压Vth_EA进行误差放大,得到放大后的误差信号VCOMP;该误差信号VCOMP与一个指数型锯齿波信号RAMP比较,产生开启触发信号Ton,作为控制功率管Q140导通的一个控制信号;指数型锯齿波信号RAMP根据功率管Q140驱动信号DRV同步产生;
关断信号触发模块U154,将初级侧电流采样电阻R141上获得的采样电压信号CS与一个电流峰值基准电压信号VCS_th进行比较,产生关断触发信号Toff,作为控制功率管Q140关断的控制信号;电流峰值基准电压信号VCS_th与所述误差信号VCOMP呈比例关系,且最大幅值和最小幅值受限;
退磁迭代算法模块U152,通过输出电压反馈信号FB与基准电压VthDEM的比较,得到退磁时间,并通过比较上一开关周期的退磁时间与本开关周期退磁时间的关系,计算出下一开关周期的退磁时间,并产生退磁结束信号Demit,作为控制功率管Q140导通的另一个控制信号;同时,功率管Q140驱动信号DRV接到退磁迭代算法模块U152,同步退磁迭代算法模块U152的计算;
开启触发信号Ton与退磁结束信号Demit分别接与门U153两个输入端,通过与门U153组合后,产生开启控制信号Ton2,送至RS触发器U155的置位端,用于触发功率管Q140的导通;关断信号触发模块U154产生的关断触发信号Toff送至RS触发器U155的复位端,用于控制功率管Q140的关断;RS触发器U156的Q端输出信号经过驱动模块U156放大后,产生功率管Q140驱动信号DRV。
具体地,
开启信号触发模块U150包括采样保持模块U210、误差放大器U220、指数型锯齿波信号发生模块U230、比较器U240、补偿电容CCOMP
采样保持模块U210的输入接开关电源电路的输出电压反馈信号FB,采样保持模块U210的输出接误差放大器U220的反相输入端,误差放大器U220的同相输入端接基准电压Vth_EA;误差放大器U220的输出端接补偿电容CCOMP一端和比较器U240的同相输入端,并输出误差信号VCOMP;补偿电容CCOMP的另一端接芯片地;
指数型锯齿波信号发生模块U230的输入接功率管Q140驱动信号DRV,并产生一个与功率管Q140驱动信号DRV同步的指数型锯齿波信号RAMP。
进一步地,
所述的指数型锯齿波信号RAMP,当功率管Q140驱动信号DRV由低电平变为高电平时,指数型锯齿波信号RAMP被置位到最大值,延时数微秒以后锯齿波信号呈指数下降,越接近最小值,锯齿波信号下降速度越慢;指数型锯齿波信号RAMP是一个幅值限制的锯齿波信号。
进一步地,
基准电压Vth_EA为2v。
具体地,
关断信号触发模块U154包括比较器U310、电流峰值基准电压信号产生模块U320;电流峰值基准电压信号产生模块U320的输入接误差信号VCOMP,输出的电流峰值基准电压信号VCS_th接比较器U310的反相输入端,比较器U310的同相输入端接采样电压信号CS;比较器U310的输出端输出关断触发信号Toff。
具体地,
退磁迭代算法模块U152包括比较器U410、U440、U470,边沿脉冲产生模块U420、U460,MOS开关SW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6,缓冲器U430、退磁迭代误差信号S431、S432,D触发器U450;
比较器U410的同相输入端接输出电压反馈信号FB,反相输入端接基准电压VthDEM;比较器U410的输出端输出退磁信号VTDEM,送至边沿脉冲产生模块U420的输入端和开关SW1的控制端;退磁信号VTDEM的高电平时间为退磁时间TDEM;边沿脉冲产生模块U420的输出端接开关SW2的控制端,开关SW1的一端接电流源U401,另一端接开关SW2一端、电容C1一端、开关SW3一端和比较器U440的同相输入端,开关SW2另一端、电容C1另一端接芯片地;
开关SW3的另一端接电容C2一端和缓冲器U430的输入端,电容C2的另一端接芯片地;缓冲器U430的输出端接退磁迭代误差信号S431的负极和退磁迭代误差信号S432的正极;退磁迭代误差信号S431的正极接开关SW5的一端,退磁迭代误差信号S432的负极接开关SW6的一端,开关SW5和SW6的另一端接比较器U440的反相输入端;比较器U440的输出端连接D触发器U450的D端,并输出退磁结束信号Demit;D触发器U450的Q端接开关W5的控制端,端接开关SW6的控制端;
退磁迭代误差信号S431的电压为+ΔVDEM,退磁迭代误差信号S432的电压为-ΔVDEM
边沿脉冲产生模块U460的输入端接功率管Q140驱动信号DRV,输出端接开关SW3的控制端和开关SW4的控制端;开关SW4的一端接电流源U402、电容C3的一端和比较器U470的同相输入端,开关SW4的另一端和电容C3的另一端接芯片地;比较器U470的反相输入端接基准电压VthTS;比较器U470的输出端产生频率定时信号VTs,送至D触发器U450的时钟端。
进一步地,
VthDEM设定为0.1v,VthTS设置为1v;+ΔVDEM,和-ΔVDEM的绝对值大小为缓冲器U430输出的10%~15%。
本发明的优点在于:本发明实现DCM、CCM模式开关电源系统稳定工作及两种工作模式的无缝切换,开关电源系统轻载时工作在DCM模式,重载及满载时工作在CCM模式。退磁迭代算法模块在迭代过程中,天然地产生系统频率抖动,频率抖动范围与退磁迭代误差量的大小相关,且频率为随机抖动,具有优异的EMI性能。
附图说明
图1为本发明的开关电源电路示意图。
图2为本发明的开启信号触发模块原理图。
图3为本发明的关断信号触发模块原理图。
图4为本发明的退磁迭代算法模块原理图。
图5为本发明的变压器磁通变化示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1显示了一种开关电源电路,在此电路中,包括:开关电源控制芯片U100、变压器T110、功率管Q140、初级侧电流采样电阻R141、输出整流滤波电路130、输出反馈电路120;
开关电源控制芯片U100的驱动端接功率管Q140的开关控制端,功率管Q140的电流输入端接变压器T110原边绕组同名端,功率管Q140的电流输出端接初级侧电流采样电阻R141的一端和开关电源控制芯片U100的采样信号端,初级侧电流采样电阻R141的另一端接原边地;功率管Q140可采用NMOS管,其漏极、源极分别作为电流输入端和电流输出端,其栅极作为开关控制端;功率管Q140驱动信号DRV是PWM信号;
在初级侧电流采样电阻R141一端获得采样电压信号CS,并反馈给开关电源控制芯片U100;
变压器T110的副边绕组接输出整流滤波电路130,通过输出整流滤波电路130输出直流电压;输出整流滤波电路130可以包括整流二极管、滤波电容、输出电阻等,如图1中所示,这部分是常规电路,不再赘述;
变压器T110的输出反馈绕组接输出反馈电路120,通过输出反馈电路120获得输出电压反馈信号FB,并反馈至开关电源控制芯片U100的输出电压反馈端;输出反馈电路120包括电阻R101、R102,电阻R101和R102串联后接在变压器T110的输出反馈绕组两端,从串联电阻R101、R102的连接点获得输出电压反馈信号FB;
开关电源控制芯片U100是本发明的核心,其包括:
开启信号触发模块U150、关断信号触发模块U154、退磁迭代算法模块U152、与门U153、RS触发器U155、驱动模块U156;
开启信号触发模块U150采样并保持开关电源电路的输出电压反馈信号FB,采样保持后的信号与基准电压Vth_EA进行误差放大,得到放大后的误差信号VCOMP;该误差信号VCOMP与一个指数型锯齿波信号RAMP比较,产生开启触发信号Ton,作为控制功率管Q140导通的一个控制信号;指数型锯齿波信号RAMP根据功率管Q140驱动信号DRV同步产生;
如图2所示,开启信号触发模块U150包括采样保持模块U210、误差放大器U220、指数型锯齿波信号发生模块U230、比较器U240、补偿电容CCOMP
采样保持模块U210的输入接开关电源电路的输出电压反馈信号FB,采样保持模块U210的输出接误差放大器U220的反相输入端,误差放大器U220的同相输入端接基准电压Vth_EA,本例中Vth_EA设置为2v;误差放大器U220的输出端接补偿电容CCOMP一端和比较器U240的同相输入端,并输出误差信号VCOMP;补偿电容CCOMP的另一端接芯片地;芯片地指U100的地;
指数型锯齿波信号发生模块U230的输入接功率管Q140驱动信号DRV,并产生一个与功率管Q140驱动信号DRV同步的指数型锯齿波信号RAMP;当功率管Q140驱动信号DRV由低电平变为高电平时,指数型锯齿波信号RAMP被置位到最大值,延时数微秒以后锯齿波信号呈指数下降,越接近最小值,锯齿波信号下降速度越慢;指数型锯齿波信号RAMP是一个幅值限制的锯齿波信号,其最大值小于等于基准信号VRAMP_max,最小值大于等于基准信号VRAMP_min
关断信号触发模块U154,将初级侧电流采样电阻R141上获得的采样电压信号CS与一个电流峰值基准电压信号VCS_th进行比较,产生关断触发信号Toff,作为控制功率管Q140关断的控制信号;电流峰值基准电压信号VCS_th与所述误差信号VCOMP呈比例关系,且最大幅值和最小幅值受限;
如图3所示,关断信号触发模块U154包括比较器U310、电流峰值基准电压信号产生模块U320;电流峰值基准电压信号产生模块U320的输入接误差信号VCOMP,输出的电流峰值基准电压信号VCS_th接比较器U310的反相输入端,比较器U310的同相输入端接采样电压信号CS;比较器U310的输出端输出关断触发信号Toff;
电流峰值基准电压信号VCS_th与上述误差放大器U220输出的误差信号VCOMP呈比例关系,随误差放大器U220的输出误差信号VCOMP动态变化;电流峰值基准电压信号VCS_th是一个幅值限制信号,其最大值等于基准信号VCS_max,最小值等于基准信号VCS_min;图3中的1/K表示VCS_th与VCOMP之间的比例关系;
退磁迭代算法模块U152,通过输出电压反馈信号FB与基准电压VthDEM的比较,得到退磁时间,并通过比较上一开关周期的退磁时间与本开关周期退磁时间的关系,计算出下一开关周期的退磁时间,并产生退磁结束信号Demit,作为控制功率管Q140导通的另一个控制信号;同时,功率管Q140驱动信号DRV接到退磁迭代算法模块U152,同步退磁迭代算法模块U152的计算;
开启触发信号Ton与退磁结束信号Demit分别接与门U153两个输入端,通过与门U153组合后,产生开启控制信号Ton2,送至RS触发器U155的置位端,用于触发功率管Q140的导通;关断信号触发模块U154产生的关断触发信号Toff送至RS触发器U155的复位端,用于控制功率管Q140的关断;RS触发器U156的Q端输出信号经过驱动模块U156放大后,产生功率管Q140驱动信号DRV,送至功率管Q140的开关控制端;
本发明为简化退磁迭代算法及退磁迭代算法模块的电路易实现性,将时间信号通过电容充放电转换成电压信号,由电压信号的加减运算来实现退磁迭代算法;
当开启信号触发模块产生开启触发信号Ton先于退磁迭代算法模块产生退磁结束信号Demit,功率管Q140的导通由退磁迭代算法控制,系统进入CCM工作模式;当开启信号触发模块产生开启触发信号Ton后于退磁迭代算法模块产生退磁结束信号Demit,功率管Q140的导通由开启信号触发模块控制,系统工作在DCM模式;
如图4所示,退磁迭代算法模块U152包括比较器U410、U440、U470,边沿脉冲产生模块U420、U460,MOS开关SW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6,缓冲器U430、退磁迭代误差信号S431、S432,D触发器U450;
比较器U410的同相输入端接输出电压反馈信号FB,反相输入端接基准电压VthDEM,本例子中,VthDEM设定为0.1v;比较器U410的输出端输出退磁信号VTDEM,送至边沿脉冲产生模块U420的输入端和开关SW1的控制端;退磁信号VTDEM的高电平时间为退磁时间TDEM;边沿脉冲产生模块U420的输出端接开关SW2的控制端,开关SW1的一端接电流源U401,另一端接开关SW2一端、电容C1一端、开关SW3一端和比较器U440的同相输入端,开关SW2另一端、电容C1另一端接芯片地;
开关SW3的另一端接电容C2一端和缓冲器U430的输入端,电容C2的另一端接芯片地;缓冲器U430的输出端接退磁迭代误差信号S431的负极和退磁迭代误差信号S432的正极;退磁迭代误差信号S431的正极接开关SW5的一端,退磁迭代误差信号S432的负极接开关SW6的一端,开关SW5和SW6的另一端接比较器U440的反相输入端;比较器U440的输出端连接D触发器U450的D端,并输出退磁结束信号Demit;D触发器U450的Q端接开关W5的控制端,端接开关SW6的控制端;
退磁迭代误差信号S431的电压为+ΔVDEM,退磁迭代误差信号S432的电压为-ΔVDEM,+ΔVDEM,和-ΔVDEM的绝对值大小为缓冲器U430输出的10%~15%;
边沿脉冲产生模块U460的输入端接功率管Q140驱动信号DRV,输出端接开关SW3的控制端和开关SW4的控制端;开关SW4的一端接电流源U402、电容C3的一端和比较器U470的同相输入端,开关SW4的另一端和电容C3的另一端接芯片地;比较器U470的反相输入端接基准电压VthTS;本例中,VthTS设置为1v;比较器U470的输出端产生频率定时信号VTs,送至D触发器U450的时钟端;
边沿脉冲产生模块U460的输入端接上述功率管Q140的驱动信号DRV,当功率管Q140导通时,DRV信号由低变高时,边沿脉冲产生模块U460产生一个窄脉冲信号,控制开关SW3、SW4的短暂导通,C1电容对C2电容进行充放电,C3电容对地进行快速放电,在窄脉冲信号结束时,C2电容电压等于C1电容电压,C3电容电压为零;
开关SW4关断时,偏置电流U402对电容C3进行充电,当电容C3上的电压到达基准电压VthTS时,比较器U470输出的频率定时信号VTs由低变高,D触发器U450锁存D端信号;
开关电源电路的最大工作频率由基准电压VthTS来设定;
电容C2上的电压信号通过缓冲器U430后,叠加正负两个误差信号S431、S432,分别接到开关SW5、SW6的一端,开关SW5、SW6的另一端共同接到比较器U440的反向输入端,比较器U440的反向输入端上的电压VDEM为缓冲器U430的输出+ΔVDEM,或者缓冲器U430的输出-ΔVDEM
输出电压反馈信号FB通过比较器U410与基准电压VthDEM进行比较,产生退磁信号VTDEM,分别接到边沿脉冲产生模块U420的输入端和开关SW1的控制端;
退磁信号VTDEM由低变高时,边沿脉冲发生模块U420输出高电平脉冲信号控制开关SW2短暂导通,电容C1对地进行快速放电,放电后电容C1上的电压为零,同时,开关SW1导通后,偏置电流U401通过开关SW1对电容C1进行充电,电容C1的电压慢慢抬高;
电容C1的正端接到比较器U440的同相输入端,与上述SW5、SW6的公共连接端的电压信号VDEM进行比较,当电容C1的正端电压高于VDEM时,比较器U440输出高电平;
D触发器U450的时钟端Clk接比较器U470输出的频率定时信号VTs,D触发器U450的D端接退磁结束信号Demit,当频率定时信号VTs由低变高时,D触发器U450锁存比较器U440的输出信号,当退磁结束信号Demit为低电平时,D触发器U450的Q端为低电平,端为高电平,开关SW5关断SW6导通;当退磁结束信号Demit为高电平时,D触发器U450的Q端为高电平,端为低电平,开关SW5导通SW6关断;
图5显示了变压器T110磁通(Transformer Flux)变化;图5中,Tdem n是第n个开关周期的退磁时间,频率定时时间Ts是频率定时信号VTs的低电平时间,在第n次开关,Ts的终止时刻早于Tdem n的终止时刻,则下一周期的Tdem n+1被缩短,在第n+1次开关后,Ts的终止时刻仍然早于Tdem n的终止时刻,则下个周期的Tdem n+2继续被缩短;在第n次开关,Ts的终止时刻晚于Tdem n的终止时刻,则下一周期的Tdem n+1被增加;退磁时间Tdem围绕频率定时时间TS不断进行加减迭代运算,迭代过程中产生频率的随机变化,有利于提升系统EMI性能。
最后所应说明的是,以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照实例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种退磁迭代算法模块,其特征在于,包括:
所述退磁迭代算法模块通过输出电压反馈信号FB与基准电压VthDEM的比较,得到退磁时间,并通过比较上一开关周期的退磁时间与本开关周期退磁时间的关系,计算出下一开关周期的退磁时间,并产生退磁结束信号Demit,作为控制功率管Q140导通的另一个控制信号;同时,功率管Q140驱动信号DRV接到退磁迭代算法模块U152,同步退磁迭代算法模块U152的计算。
2.如权利要求1所述的退磁迭代算法模块,其特征在于,
退磁迭代算法模块包括比较器U410、U440、U470,边沿脉冲产生模块U420、U460,MOS开关SW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6,缓冲器U430、退磁迭代误差信号S431、S432,D触发器U450;
比较器U410的同相输入端接输出电压反馈信号FB,反相输入端接基准电压VthDEM;比较器U410的输出端输出退磁信号VTDEM,送至边沿脉冲产生模块U420的输入端和开关SW1的控制端;退磁信号VTDEM的高电平时间为退磁时间TDEM;边沿脉冲产生模块U420的输出端接开关SW2的控制端,开关SW1的一端接电流源U401,另一端接开关SW2一端、电容C1一端、开关SW3一端和比较器U440的同相输入端,开关SW2另一端、电容C1另一端接芯片地;
开关SW3的另一端接电容C2一端和缓冲器U430的输入端,电容C2的另一端接芯片地;缓冲器U430的输出端接退磁迭代误差信号S431的负极和退磁迭代误差信号S432的正极;退磁迭代误差信号S431的正极接开关SW5的一端,退磁迭代误差信号S432的负极接开关SW6的一端,开关SW5和SW6的另一端接比较器U440的反相输入端;比较器U440的输出端连接D触发器U450的D端,并输出退磁结束信号Demit;D触发器U450的Q端接开关W5的控制端,端接开关SW6的控制端;
退磁迭代误差信号S431的电压为+ΔVDEM,退磁迭代误差信号S432的电压为-ΔVDEM
边沿脉冲产生模块U460的输入端接功率管Q140驱动信号DRV,输出端接开关SW3的控制端和开关SW4的控制端;开关SW4的一端接电流源U402、电容C3的一端和比较器U470的同相输入端,开关SW4的另一端和电容C3的另一端接芯片地;比较器U470的反相输入端接基准电压VthTS;比较器U470的输出端产生频率定时信号VTs,送至D触发器U450的时钟端。
3.如权利要求2所述的退磁迭代算法模块,其特征在于,
VthDEM设定为0.1v,VthTS设置为1v;+ΔVDEM,和-ΔVDEM的绝对值大小为缓冲器U430输出的10%~15%。
4.一种开关电源控制芯片U100,其特征在于,包括:
开启信号触发模块U150、关断信号触发模块U154、退磁迭代算法模块U152、与门U153、RS触发器U155、驱动模块U156;
开启信号触发模块U150采样并保持开关电源电路的输出电压反馈信号FB,采样保持后的信号与基准电压Vth_EA进行误差放大,得到放大后的误差信号VCOMP;该误差信号VCOMP与一个指数型锯齿波信号RAMP比较,产生开启触发信号Ton,作为控制功率管Q140导通的一个控制信号;指数型锯齿波信号RAMP根据功率管Q140驱动信号DRV同步产生;
关断信号触发模块U154,将初级侧电流采样电阻R141上获得的采样电压信号CS与一个电流峰值基准电压信号VCS_th进行比较,产生关断触发信号Toff,作为控制功率管Q140关断的控制信号;电流峰值基准电压信号VCS_th与所述误差信号VCOMP呈比例关系,且最大幅值和最小幅值受限;
退磁迭代算法模块U152,通过输出电压反馈信号FB与基准电压VthDEM的比较,得到退磁时间,并通过比较上一开关周期的退磁时间与本开关周期退磁时间的关系,计算出下一开关周期的退磁时间,并产生退磁结束信号Demit,作为控制功率管Q140导通的另一个控制信号;同时,功率管Q140驱动信号DRV接到退磁迭代算法模块U152,同步退磁迭代算法模块U152的计算;
开启触发信号Ton与退磁结束信号Demit分别接与门U153两个输入端,通过与门U153组合后,产生开启控制信号Ton2,送至RS触发器U155的置位端,用于触发功率管Q140的导通;关断信号触发模块U154产生的关断触发信号Toff送至RS触发器U155的复位端,用于控制功率管Q140的关断;RS触发器U156的Q端输出信号经过驱动模块U156放大后,产生功率管Q140驱动信号DRV。
5.如权利要求4所述的开关电源控制芯片U100,其特征在于,
开启信号触发模块U150包括采样保持模块U210、误差放大器U220、指数型锯齿波信号发生模块U230、比较器U240、补偿电容CCOMP
采样保持模块U210的输入接开关电源电路的输出电压反馈信号FB,采样保持模块U210的输出接误差放大器U220的反相输入端,误差放大器U220的同相输入端接基准电压Vth_EA;误差放大器U220的输出端接补偿电容CCOMP一端和比较器U240的同相输入端,并输出误差信号VCOMP;补偿电容CCOMP的另一端接芯片地;
指数型锯齿波信号发生模块U230的输入接功率管Q140驱动信号DRV,并产生一个与功率管Q140驱动信号DRV同步的指数型锯齿波信号RAMP。
6.如权利要求5所述的开关电源控制芯片U100,其特征在于,
所述的指数型锯齿波信号RAMP,当功率管Q140驱动信号DRV由低电平变为高电平时,指数型锯齿波信号RAMP被置位到最大值,延时数微秒以后锯齿波信号呈指数下降,越接近最小值,锯齿波信号下降速度越慢;指数型锯齿波信号RAMP是一个幅值限制的锯齿波信号。
7.如权利要求5所述的开关电源控制芯片U100,其特征在于,
基准电压Vth_EA为2v。
8.如权利要求4所述的开关电源控制芯片U100,其特征在于,
关断信号触发模块U154包括比较器U310、电流峰值基准电压信号产生模块U320;电流峰值基准电压信号产生模块U320的输入接误差信号VCOMP,输出的电流峰值基准电压信号VCS_th接比较器U310的反相输入端,比较器U310的同相输入端接采样电压信号CS;比较器U310的输出端输出关断触发信号Toff。
9.如权利要求4所述的开关电源控制芯片U100,其特征在于,
退磁迭代算法模块U152包括比较器U410、U440、U470,边沿脉冲产生模块U420、U460,MOS开关SW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6,缓冲器U430、退磁迭代误差信号S431、S432,D触发器U450;
比较器U410的同相输入端接输出电压反馈信号FB,反相输入端接基准电压VthDEM;比较器U410的输出端输出退磁信号VTDEM,送至边沿脉冲产生模块U420的输入端和开关SW1的控制端;退磁信号VTDEM的高电平时间为退磁时间TDEM;边沿脉冲产生模块U420的输出端接开关SW2的控制端,开关SW1的一端接电流源U401,另一端接开关SW2一端、电容C1一端、开关SW3一端和比较器U440的同相输入端,开关SW2另一端、电容C1另一端接芯片地;
开关SW3的另一端接电容C2一端和缓冲器U430的输入端,电容C2的另一端接芯片地;缓冲器U430的输出端接退磁迭代误差信号S431的负极和退磁迭代误差信号S432的正极;退磁迭代误差信号S431的正极接开关SW5的一端,退磁迭代误差信号S432的负极接开关SW6的一端,开关SW5和SW6的另一端接比较器U440的反相输入端;比较器U440的输出端连接D触发器U450的D端,并输出退磁结束信号Demit;D触发器U450的Q端接开关W5的控制端,端接开关SW6的控制端;
退磁迭代误差信号S431的电压为+ΔVDEM,退磁迭代误差信号S432的电压为-ΔVDEM
边沿脉冲产生模块U460的输入端接功率管Q140驱动信号DRV,输出端接开关SW3的控制端和开关SW4的控制端;开关SW4的一端接电流源U402、电容C3的一端和比较器U470的同相输入端,开关SW4的另一端和电容C3的另一端接芯片地;比较器U470的反相输入端接基准电压VthTS;比较器U470的输出端产生频率定时信号VTs,送至D触发器U450的时钟端。
10.如权利要求9所述的开关电源控制芯片U100,其特征在于,
VthDEM设定为0.1v,VthTS设置为1v;+ΔVDEM,和-ΔVDEM的绝对值大小为缓冲器U430输出的10%~15%。
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