CN112769331B - 一种无过充的输出线补偿电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无过充的输出线补偿电路，用以接入初始化信号并输出第一电压反馈信号，第一电压反馈信号输入至电源控制芯片中其他模块用以调节电源输出符合负载的输出电压，包括依次连接的线补控制模块、第一运放模块、分压模块及第二运放模块；其中，线补控制模块控制第一运放模块的下拉电流，分压模块用以将电源控制芯片的输出反馈电压分压后发送至第二运放模块，第二运放模块同时还接入参考电压信号，第二运放模块根据分压信号和参考电压信号输出第一电压反馈信号。

Description

一种无过充的输出线补偿电路

技术领域

本发明涉及一种无过充的输出线补偿电路。

背景技术

便携式电子产品的广泛使用和日益发展，使得电源产业市场蓬勃发展。与此同时，市场对电源产品的要求也越来越严苛。开关电源中的反馈电路一般仅对电源自身的输出端进行电压采样，并回馈到控制电路实时调节相关控制参数使输出端电压保持稳定。可是当电源同负载间的距离较长时，输出线的长短、粗细以及材质的差异会造成输出线阻值的差异，从而导致在不同负载下输出线上有不同的压降，并最终影响输出电压的精度，使其不能满足输出电压范围的要求或超出输出电压的要求。由于线路压降的存在使得最终送达负载端的电压降低，不利于负载的稳定运行，因而开关电源输出线补偿电路的设计已成为设计师们必须考虑的设计之一，请参见图5，Rcable即输出线电阻。尽管输出线补偿电路能解决不同负载下输出线压降带来的问题，但也会在电源启动过程中带来问题。由于电源在启动过程中输出电压较低，此时电源芯片会误判为输出过载，输出线补偿的存在会让输出电压迅速升高，直至输出电压大于设计输出电压值，导致电源输出过充的情况，同样不利于负载的稳定运行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种既满足了输出补偿功能，又同时实现了电源启动时无输出过充的输出线补偿电路。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种无过充的输出线补偿电路，用以接入初始化信号并输出第一电压反馈信号，所述第一电压反馈信号输入至电源控制芯片中其他模块用以调节电源输出符合负载的输出电压，包括依次连接的线补控制模块、第一运放模块、分压模块及第二运放模块；

其中，所述线补控制模块控制第一运放模块的下拉电流，所述分压模块用以将电源的输出反馈电压分压后输出分压信号并发送至所述第二运放模块，所述第二运放模块同时还接入参考电压信号，所述第二运放模块根据所述分压信号和所述参考电压信号的关系输出所述第一电压反馈信号。

进一步地，所述线补控制模块包括第一开关，所述第一开关的控制端接入所述初始化信号，所述第一开关的第一端与所述第一运放模块的输入端连接，所述第一开关的第二端与所述第二运放模块的输出端连接；所述线补控制模块将初始化信号处理后控制选择接入第一运放模块的第二电压反馈信号，所述第二电压反馈信号控制第一运放模块的下拉电流；所述初始化信号为高电平时，所述第一开关闭合，第二运放模块的输出端直接与所述第一运放模块的输入端连接，第一运放模块根据第二电压反馈信号调节下拉电流。

进一步地，所述线补控制模块还包括反相器、及与所述反相器连接的第二开关，所述反相器的输入端接入所述初始化信号，所述反相器的输出端与所述第二开关的控制端连接，所述第二开关的第一端与所述第一运放模块的输入端连接，所述第二开关的第二端接地；所述初始化信号为低电平时，所述第一开关断开，所述反相器用以将低电平的初始化信号反相以输出高电平信号，所述第二开关闭合，所述线补控制模块控制第二电压反馈信号接地，从而控制所述第一运放模块无下拉电流。

进一步地，所述第一运放模块包括第一放大器、场效应管和第一电阻，所述第一放大器的正相输入端接入所述第二电压反馈信号，所述第一放大器的反相输入端与所述第一电阻的第一端、所述场效应管的源极连接，所述第一放大器的输出端与所述场效应管的栅极连接，所述场效应管的漏极与所述分压模块连接，所述第一电阻的第二端接地。

进一步地，所述分压模块包括第二电阻、第三电阻及第四电阻，所述第二电阻的第一端与电源的输出反馈电压连接，所述第二电阻的第二端与所述第三电阻的第一端以及场效应管的漏极连接，所述第三电阻的第二端与所述第四电阻的第一端连接并作为所述分压信号与所述第二运放模块连接，所述第四电阻的第二端接地。

进一步地，所述第二运放模块包括第二放大器，所述第二放大器的正相输入端接入所述分压信号，所述第二放大器的反相输入端接入所述参考电压信号，所述第二放大器的输出端输出所述第一电压反馈信号。

进一步地，所述线补控制模块包括第一开关，所述初始化信号与所述第一开关的控制端连接，所述第一开关串联于所述场效应管的漏极，所述线补控制模块直接控制所述第一运放模块工作，所述第一电压反馈信号与所述第一运放模块连接。

本发明还提供一种开关电源电路，包括如上述任一项所述的无过充的输出线补偿电路、高压启动模块、电源开关管、脉宽调制模块、电流检测模块、振荡模块、驱动模块和保护模块；所述无过充的输出线补偿电路的输出端连接至所述脉宽调制模块和振荡模块中，以使所述脉宽调制模块根据无过充的输入信号，输出经过脉宽调制的电源开关信号，主动调节电源输出符合负载的输出电压。

本发明还提供一种无过充的输出线补偿方法，采用如上述中任一项所述的无过充的输出线补偿电路，所述方法包括如下步骤：

所述线补控制模块控制第一运放模块的下拉电流；

所述分压模块用以将所述电源的输出反馈电压信号分压后输出至所述第二运放模块；

所述第二运放模块同时还接入参考电压信号，所述第二运放模块根据所述分压信号和所述参考电压信号的关系输出所述第一电压反馈信号；

所述第一电压反馈信号输入至电源控制芯片中其他模块用以调节电源输出符合负载的输出电压。

本发明的有益效果在于：通过线补控制模块控制第一运放模块的下拉电流，分压模块用以将电源的输出反馈电压分压后输出分压信号并发送至第二运放模块，第二运放模块同时还接入参考电压信号，第二运放模块根据分压信号和参考电压信号的关系输出第一电压反馈信号，第一电压反馈信号输入至电源控制芯片中其他模块用以调节电源输出符合负载的输出电压，既满足了输出补偿功能，又同时实现了电源启动时无过充现象。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为本发明所示的无过充的输出线补偿电路在压降式变换电路中的连接示意图；

图2为本发明一实施例所示的无过充的输出线补偿电路的电路图；

图3为本发明另一实施例所示的无过充的输出线补偿电路的电路图；

图4为本发明所示的无过充的输出线补偿电路的模块图；

图5为本发明所示的无过充的输出线补偿电路与未设置无过充的输出线补偿电路的输出电压变化曲线对比图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

请参见图1，本发明施例一中的无过充的输出线补偿电路可应用于开关电源电路中，例如应用于压降式电源电路、反激式开关电源，本实施例中，该无过充的输出线补偿电路应用于压降式电源电路中，该压降式电源电路包括第一电容C1、控制芯片、与控制芯片连接的第二电容C2、第三电容C3、第一电感L1、第一二极管D1和第二二极管D2、及负载。其中，控制芯片包括无过充的输出线补偿电路和高压启动模块HV、电源开关管Q1、脉宽调制模块PWM、电流检测模块CS、振荡模块OSC、驱动模块DRV、保护模块；无过充的输出线补偿电路的输出端与脉宽调制模块PWM的输入端和振荡模块OSC的输入端连接，振荡模块OSC的输出端与脉宽调制模块PWM输入端连接，脉宽调制模块PWM的输出端与驱动模块DRV的输入端连接，驱动模块DRV的输出端与电源开关管Q1的基极连接，开关电源管Q1的集电极与启动模块HV的输入端连接，开关电源管Q1的发射极与电流检测模块CS的输入端连接，电流检测模块CS的输出端与脉宽调制模块PWM的输入端连接，以使脉宽调制模块PWM根据无过充的输入信号输出经过脉宽调制的电源开关信号，主动调节电源输出符合负载的输出电压。其中，高压启动模块HV用以在该降式电源电路上电时，为第二电容C2充电，以确保控制芯片的正常启动。驱动模块DRV用以将开关信号转换为驱动信号并传输至电源开关管Q1的驱动端，振荡模块OSC用以产生该压降式电源电路工作频率，脉宽调制模块PWM用以将电源的开关信号传输至驱动模块DRV，电流检测模块CS用以检测所接回路的电流信号并将检测结果输出至脉宽调制模块PWM，电源开关管Q1可集成在控制芯片的内部，也可以设置在控制模块的外侧，本实施例中，该电源开关管Q1集成在控制芯片的内部，结构紧凑，占用空间小。在其他实施例中，该无过充的输出线补偿电路还可以应用于其他电路，在此不对无过充的输出线补偿电路的应用做具体限定。

请参见图2，本实施例中，无过充的输出线补偿电路接入开关电源控制芯片的初始化信号PG并输出第一电压反馈信号FB1，无过充的输出线补偿电路包括依次连接的线补控制模块1、第一运放模块2、分压模块3及第二运放模块4；其中，初始化信号PG输入至线补控制模块1中，线补控制模块1输出控制选择接入第一运放模块2的第二电压反馈信号FB2至第一运放模块2中，第一运放模块2工作产生下拉电流，从而导致分压模块3中的分压信号VA下降，此时分压信号VA输入至第二运放模块4，第二运放模块4同时还接入参考电压信号VREF，第二运放模块4根据输入的分压信号VA和参考电压信号VREF进行误差放大后得到第一电压反馈信号FB1。其中，线补控制模块1包括第一开关K1、反相器INV、及与反相器INV连接的第二开关K2；第一运放模块2包括第一放大器AMP1、场效应管Q2和第一电阻R1；分压模块3包括第二电阻R2、第三电阻R3及第四电阻R4；第二运放模块4包括第二放大器AMP2。

其中，第一开关K1的控制端和反相器INV的输入端分别接入初始化信号PG，第一开关K1的第一端与第二开关K2的第一端相连并接入第一运放模块2中的第一放大器AMP1的正相输入端，第一开关K1的第二端与第二运放模块4的输出端连接，反相器INV的输出端与第二开关K2的控制端连接，第二开关K2的第二端接地，第一放大器AMP1的反相输入端与场效应管Q2的源级和第一电阻R1的第一端相连，第一电阻R1的第二端接地，第一放大器AMP1的输出端与场效应管Q2的栅极相连，场效应管Q2的漏极与第二电阻R2的第二端和第三电阻R3的第一端相连，第二电阻R2的第一端接入电源的输出反馈电压，第三电阻R3的第二端与第四电阻R4的第一端和第二放大器AMP2的正相输入端相连，第四电阻R4的第二端接地，第二放大器AMP2的反相输入端接入参考电压VREF，第二放大器AMP2的输出端为无过充的输出线补偿电路的第一电压反馈信号FB1。当输入初始化信号PG为低电平时，第一开关K1断开，反相器INV用以将低电平的初始化信号PG反相以输出高电平的初始化信号PG，第二开关K2闭合，第二电压反馈信号FB2接地，第一运放模块2无下拉电流。当接入初始化信号PG为高电平时，反相器INV用以将高电平的初始化信号PG反相以输出低电平的初始化信号PG，此时，第一开关K1闭合，第二开关K2断开，以使得第一电压反馈信号FB1作为第二电压反馈信号FB2接入第一运放模块2中，第一运放模块2开始工作，场效应管Q2开始有下拉电流。

当第一运放模块2出现下拉电流，分压模块3中第四电阻R4上的分压信号VA减小，即第二放大器AMP2的正相输入端VA减小，第二放大器AMP2的反相输入端输入参考电压信号VREF，第二放大器AMP2输出端输出第一电压反馈信号FB1增大，第一电压反馈信号FB1输出至脉宽调制模块PWM，以使脉宽调制模块PWM根据变化结果输出经过脉宽调制的电源开关信号，增大电源输出电压，实现输出电压补偿功能。

请参见图5，具体的，其工作原理为：当电源启动时，线补控制模块1输入初始化信号PG为低电平，第一开关K1断开，第二开关K2闭合，此时，第二电压反馈信号FB2接地，第一运放模块2不具备下拉能力，输出线补偿电路不工作，以防止电源启动上升的过程被认为输出过载，导致输出电压由于补偿电压而被充的过高，不利于负载的稳定运行。当电源输出稳定后，初始化信号PG转换为高电平，第一开关K1闭合，第二开关K2断开，此时，控制芯片电压VCC偏低，经第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4分压后，第四电阻R4上的电压，即，分压信号VA偏低，其与参考电压信号VREF经第二放大器AMP2放大后得到第一电压反馈信号FB1。为了防止电源输出重载情况下输出线损失的电压过大，将第一电压反馈信号FB1通过第一开关K1再与第二电压反馈信号FB2连接。由于此时的第二电压反馈信号FB2偏大，所以经过第一运放模块2后得到的下拉电流也就偏大，电压信号VB随之下降，再次经过分压模块3的分压，此时第四电阻R4上的分压信号VA下降更低，更低的分压信号VA与参考电压信号VREF输入至第二放大器AMP2放大得到较高的第一电压反馈信号FB1以传输至脉宽调制模块PWM和振荡模块OSC，越大的第一电压反馈信号FB1输入脉宽调制模块PWM以及振荡模块OSC就会得到越高的电源输出，从而确保输出线补偿电路对重载下的输出线电压进行补偿，以使得负载稳定运行。

请参见图3，本发明的实施例二中无过充的输出线补偿电路与实施例一的无过充的输出线补偿电路大致相同，区别在于：线补控制模块1包括第一开关K1，第一开关K1的控制端接入初始化信号PG，第一开关K1串联于第一运放模块2中的场效应管Q2的漏极，线补控制模块1直接控制第一运放模块2的工作，第一放大器AMP1的正相输入端接入第一电压反馈信号FB1，以使得该无过充的输出线补偿电路更加简单，其原理与实施例的原理相同，在此不做赘述。

请结合图2、图3和图4，本发明还公开了一种无过充的输出线补偿方法，该方法采用上述的无过充的输出线补偿电路，其方法包括如下步骤：

线补控制模块1控制第一运放模块2的下拉电流；

分压模块3用以将电源控制芯片的工作电压信号分压后输出分压信号VA并发送至第二运放模块4；

第二运放模块4同时还接入参考电压信号VREF，第二运放模块4将信号VA和参考电压信号VREF进行差分放大后输出第一电压反馈信号FB1；

第一电压反馈信号FB1输入至电源控制芯片中其他模块用以调节电源输出符合负载的输出电压。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种无过充的输出线补偿电路，用以接入初始化信号并输出第一电压反馈信号，所述第一电压反馈信号输入至电源控制芯片中其他模块用以调节电源输出符合负载的输出电压，其特征在于，包括依次连接的线补控制模块、第一运放模块、分压模块及第二运放模块；

其中，所述线补控制模块控制第一运放模块的下拉电流，所述分压模块用以将电源的输出反馈电压分压后输出分压信号并发送至所述第二运放模块，所述第二运放模块同时还接入参考电压信号，所述第二运放模块根据所述分压信号和所述参考电压信号的关系输出所述第一电压反馈信号；

所述第二运放模块包括第二放大器，所述第二放大器的正相输入端接入所述分压信号，所述第二放大器的反相输入端接入所述参考电压信号，所述第二放大器的输出端输出所述第一电压反馈信号。

2.如权利要求1所述的无过充的输出线补偿电路，其特征在于，所述线补控制模块包括第一开关，所述第一开关的控制端接入所述初始化信号，所述第一开关的第一端与所述第一运放模块的输入端连接，所述第一开关的第二端与所述第二运放模块的输出端连接；所述线补控制模块将初始化信号处理后控制选择接入第一运放模块的第二电压反馈信号，所述第二电压反馈信号控制第一运放模块的下拉电流；所述初始化信号为高电平时，所述第一开关闭合，第二运放模块的输出端直接与所述第一运放模块的输入端连接，第一运放模块根据第二电压反馈信号调节下拉电流。

3.如权利要求2所述的无过充的输出线补偿电路，其特征在于，所述线补控制模块还包括反相器、及与所述反相器连接的第二开关，所述反相器的输入端接入所述初始化信号，所述反相器的输出端与所述第二开关的控制端连接，所述第二开关的第一端与所述第一运放模块的输入端连接，所述第二开关的第二端接地；所述初始化信号为低电平时，所述第一开关断开，所述反相器用以将低电平的初始化信号反相以输出高电平信号，所述第二开关闭合，所述线补控制模块控制第二电压反馈信号接地，从而控制所述第一运放模块无下拉电流。

4.如权利要求2所述的无过充的输出线补偿电路，其特征在于，所述第一运放模块包括第一放大器、场效应管和第一电阻，所述第一放大器的正相输入端接入所述第二电压反馈信号，所述第一放大器的反相输入端与所述第一电阻的第一端、所述场效应管的源极连接，所述第一放大器的输出端与所述场效应管的栅极连接，所述场效应管的漏极与所述分压模块连接，所述第一电阻的第二端接地。

5.如权利要求1所述的无过充的输出线补偿电路，其特征在于，所述分压模块包括第二电阻、第三电阻及第四电阻，所述第二电阻的第一端与电源的输出反馈电压连接，所述第二电阻的第二端与所述第三电阻的第一端以及场效应管的漏极连接，所述第三电阻的第二端与所述第四电阻的第一端连接并作为所述分压信号与所述第二运放模块连接，所述第四电阻的第二端接地。

6.如权利要求1所述的无过充的输出线补偿电路，其特征在于，所述线补控制模块包括第一开关，所述初始化信号与所述第一开关的控制端连接，所述第一运放模块包括场效应管，所述第一开关串联于所述场效应管的漏极，所述线补控制模块直接控制所述第一运放模块工作，所述第一电压反馈信号与所述第一运放模块连接。

7.一种开关电源电路，其特征在于，包括如权利要求1-6中任一项所述的无过充的输出线补偿电路、高压启动模块、电源开关管、脉宽调制模块、电流检测模块、振荡模块、驱动模块和保护模块；所述无过充的输出线补偿电路的输出端连接至所述脉宽调制模块和振荡模块中，以使所述脉宽调制模块根据无过充的输入信号，输出经过脉宽调制的电源开关信号，主动调节电源输出符合负载的输出电压。

8.一种无过充的输出线补偿方法，采用如权利要求1-7中任一项所述的无过充的输出线补偿电路，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

所述线补控制模块控制第一运放模块的下拉电流；

所述分压模块用以将所述电源的输出反馈电压信号分压后输出至所述第二运放模块；

所述第二运放模块同时还接入参考电压信号，所述第二运放模块根据所述分压信号和所述参考电压信号的关系输出所述第一电压反馈信号；

所述第一电压反馈信号输入至电源控制芯片中其他模块用以调节电源输出符合负载的输出电压。

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