CN202009331U - 一种开关电源中控制恒流输出的电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种开关电源中控制恒流输出的电路，包括：线电压补偿模块，该线电压补偿模块用于根据原边功率开关管导通时的反馈信号检测线电压，并将该反馈信号电压转成第一电流，再将第一电流通过第一电阻转成第一电压；该第一电压与峰值电流检测电阻上的第二电压进行求和运算，并将运算结果与关断阈值电压进行比较。在关断阈值电压不变的情况下，通过改变第一电压来改变控制峰值电流的第二电压，从而保证在不同线电压情况下，原边峰值电流是恒定的；其中，该线电压补偿模块的第一输出端与关断比较器的正输入端相连，并通过第一电阻与该峰值电流检测电阻相连。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体电路技术领域，尤其涉及一种开关电源中控制恒流输出的电路。
背景技术
在峰值电流控制的反激式变换器中，由于输入线电压的不同，会引起输出恒流点或者是输出恒压点的不一致。究其原因是因为随着线电压的不一致，会引起原边电感中峰值电流的不同。图1是现有技术中没有电压补偿的原边控制脉冲频率(PFM，PulseFrequency Modulation)模式开关电源原理图。如图1所示，当原边开关管104导通时，原边电流检测电阻105两端的电压CS会不断上升，当上升到Vref后，比较器101会产生关断信号。此信号经过逻辑处理以及驱动模块后，控制开关管104的关断操作，完成原边导通过程。
当原边开关导通时，有：
其中，ip(t)是原边瞬态电流；Vin(t)是线电压大小；Lp是原边电感。可以看出，原边电流上升的斜率随着线电压Vin(t)的增加而增加，即在不同的线电压条件下，原边电流在相同的时间内增加的值是不一样的。
参见图1所示的控制电路的工作原理，我们可以发现，从比较器101检测到CS电压达到Vref到真正关断开关管104是有时间延迟的。这个时间延迟Δt主要是由于芯片内部的逻辑运算以及相关寄生造成的。由于不同的线电压，影响不了芯片内部的逻辑电路的工作情况，所以，此时间延迟Δt基本上与线电压大小没有任何关系，即不同的线电压，此延迟是基本一致的。
结合以上分析，我们可以发现，对于不同的线电压，原边电流的上升斜率是不一样的，但是芯片内部的逻辑电路产生的延迟则是一致的，这必然会导致在不同线电压条件下，最终的原边电流的峰值大小Ipk对于不同的线电压则是完全不一样的。如图2所示，图2是在不同线电压情况下，理论的参考电压Vref与最终实际的CS电压的示意图。
根据原边控制的工作原理，我们可以发现，在恒流情况下，系统的电流输出大小为：
其中，Tons为副边导通时间；Tsw为开关周期；Np是原边绕组；Ns是副边绕组；Ipk是原边电流峰值。不同的线电压情况下的不同Ipk会导致输出电流的Io。线电压高，输出电流大；线电压低，输出电流小。
图2是在不同线电压情况下，理论的参考电压Vref与最终实际的CS电压Vref_fina的示意图。在相同的时间延迟Δt影响下，高线电压对应的实际参考电压要高于低线电压。Vref是图1中所示的理论设计值，而Vref_final_85Vac和Vref_final_265Vac则是引入延迟效应后电路实际对应的CS电压。因此，为了避免这种效应带来的恒流点漂移情况的出现，必须引入线电压补偿机制。
图3是理想的线电压补偿之后的示意图。其中，Vref是图1中比较器101的负端输入参考电压的曲线图，而Vref_265Vac和Vref_85Vac就是不同线电压时，比较器101的负端具体的参考电压值。而Vref_final_85&265Vac则是经过芯片内部逻辑延迟以及线电压补偿后，在不同线电压情况下的实际CS端电压。
在不同线电压作用的前提下，为了得到实际CS端电压的一致，必须对内部比较器101的负端的参考电压做一定的调整。在高线电压时，让此电压低点；而在低线电压时，让此参考电压大些。只有采用不同的参考电压，才能保证最终在CS端看到的关断电压是一致的，也就是原边的Ipk大小是不随线电压变化的。并且从图3中可以看出，此参考电压与线电压的大小成相反的变化趋势。
图4是传统技术中所使用的线电压补偿电路的方式。即通过电阻416和415向CS端口注入电流，保证在不同的线电压情况下，可以得到固定的CS端口电压。这种传统的方式的缺点就是需要外围电路，同时增加了功耗。
现有技术的原理如上文所述，是通过线电压的电阻分压直接检测线电压的大小来实现不同线电压的峰值电流补偿。这种方案因为引入了线电压到地的电流，所以造成了一定的功耗，这种方法在有低待机功耗的场合中很不适用。
实用新型内容
为克服现有技术中存在的技术缺陷，本实用新型提供一种开关电源中控制恒流输出的电路，该电路采用不不增加待机功耗的线电压补偿方式。
为实现上述发明目的，本实用新型公开一种开关电源中控制恒流输出的电路，包括：线电压补偿模块，该线电压补偿模块用于根据原边功率开关管导通时的反馈信号检测线电压，并将该反馈信号电压转成第一电流，再将第一电流通过第一电阻转成第一电压；该第一电压与峰值电流检测电阻上的第二电压进行求和运算，并将运算结果与关断阈值电压进行比较。在关断阈值电压不变的情况下，通过改变第一电压来改变控制峰值电流的第二电压，从而保证在不同线电压情况下，原边峰值电流是恒定的；其中，该线电压补偿模块的第一输出端与关断比较器的正输入端相连，并通过第一电阻与该峰值电流检测电阻相连。
更进一步地，该关断比较器的负端与关断阈值参考电压相连。
更进一步地，该关断比较器的输出端与一逻辑控制器相连。
更进一步地，该线电压补偿模块包括一发射极与该第一电阻连接的第一晶体管。
更进一步地，该线电压补偿模块还包括第二晶体管，第三晶体管，第四晶体管和第五晶体管，该第一晶体管的发射极通过该第二晶体管，第三晶体管和第四晶体管箝位到固定地电位。
更进一步地，该第二晶体管的发射极接地，基极与该第一晶体管的基极连接，集电极与该第四晶体管的发射极连接。
更进一步地，该第三晶体管的发射极与该第四、第五晶体管的发射极连接，基极与该第四、第五晶体管的基极连接，集电极与该第一晶体管连接。
更进一步地，该第四晶体管的发射极与该第二晶体管的集电极连接。
更进一步地，该第五晶体管的集电极与与该关断比较器的正输入端相连。
更进一步地，该电路的原边功率开关管为双极型晶体管，则该电路还包括一预关断比较器，该预关断比较器的正输入端与该关断比较器的正输入端连接，该预关断比较器的负输入端与该线电压补偿模块连接。
与现有技术相比较，本实用新型所公开的一种开关电源中控制恒流输出的电路通过检测与线电压成固定比例关系的反馈信号的负电压，然后将整个负电压转换成电流，再将这个电流注入到CS端的电阻上，完成线电压的补偿功能。该线电压补偿模块不需要外围电路，也不需要增加功耗。
附图说明
关于本实用新型的优点与精神可以通过以下的实用新型详述及所附图式得到进一步的了解。
图1是现有技术中没有线电压补偿的原边控制PFM开关电源原理图；
图2是在不同线电压情况下，理论的参考电压Vref与最终实际的CS电压的示意图；
图3是理想的线电压补偿之后的示意图；
图4是传统技术中所使用的线电压补偿电路的方式；
图5是本实用新型中所使用的具有线电压补偿的原边控制PFM开关电源原理图；
图6是本实用新型中第一实施例的电路图；
图7是本实用新型中第一实施例的使用了线电压补偿模块的原边控制PFM开关电源的电路图；
图8是本实用新型中第二实施例的电路图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本实用新型的具体实施例。
本实用新型所提供的开关电源中控制恒流输出的电路，包括：线电压补偿模块，该线电压补偿模块用于根据原边功率开关管导通时的反馈信号检测线电压，并将该反馈信号电压转成第一电流，再将第一电流通过第一电阻转成第一电压，然后将此第一电压与峰值电流检测电阻上的第二电压按照预定规则进行运算，以输出随所述线电压的变化而变化的关断电压。其中，该线电压补偿模块的关断与关断比较器的正输入相连，并通过第二电阻与峰值电流检测电阻相连；关断阈值参考电压与关断比较器的负端相连。
图5是本实用新型中所使用的具有线电压补偿的原边控制PFM开关电源原理图。在本实施例中，该原边功率开关管506具体为MOS管，在本实用新型的附图中，为方便起见，原边功率开关管506处均绘制为NPN型晶体管，但是本领域技术人员可以知道，这只是一个实际中的例子，不代表该原边功率开关管506一定采用NPN型晶体管实现。如图5中所示，当原边开关管506导通时，原边电流检测电阻505两端的电压CS会不断上升，当上升到Vref后，比较器501会产生关断信号。此信号经过逻辑处理502以及驱动模块503后，控制开关管506的关断操作，完成原边导通过程。本实用新型所提供的技术方案，在原边导通阶段，检测与线电压成固定比例关系的反馈信号(FB)的负电压，然后将整个负电压转换成电流，再将这个电流注入到CS端的电阻上，完成线电压的补偿功能。
如图5中所示，该线电压补偿模块504一端连接反馈信号，另一端与关断比较器501的正输入连接。根据原边控制的工作原理，在恒流情况下，系统的电流输出大小为：
其中，Tons为副边导通时间；Tsw为开关周期；Np是原边绕组；Ns是副边绕组；Ipk是原边电流峰值。不同的线电压情况下的不同Ipk会导致输出电流的Io。因此不同线电压输入时的，Ipk不同，Io也不同，而且线电压高时，输出电流大；线电压低时，输出电流小。
该负压转电流模块504检测与线电压成固定比例关系的反馈信号(FB)的负电压，然后将整个负电压转换成电流，再将这个电流注入到CS端的电阻上，完成线电压的补偿功能。这样就能保证在不同的线电压的情况下，对CS端口电压进行补偿，从而获得固定的CS端口电压。
参考图6所示，图6为本实施例中，该线电压补偿模块504的电路图。该电压补偿模块包括电阻606，该电阻606的一端与反馈信号连接另一端与三极管602连接。三极管602的发射极被三极管601、场效应管603和场效应管604箝位到固定地电位。当原边导通时，FB端口会出现负电压，同时该负电压会与线电压成一固定的比率关系。而三极管的发射极则被箝位到了地电位，因此电阻606的两端会出现一个数值等于FB端电压值的电压差。此电压差经过三极管602，就会产生一个由FB负压经过电阻606后的电流，而此电流与线电压也成一固定的比率关系。
图7是使用了线电压补偿模块的原边控制PFM开关电源的电路图，如图7中所示。该线电压补偿模块的输入端与反馈信号FB连接，输出端的其中一端与关断比较器701的正极连接，输出端的另一端通过一电阻与峰值电流检测电阻710连接。该线电压补偿模块的输入电流为I＝Vfb/R704。该线电压补偿模块包括电阻704、晶体管705、706、707、708、709。电阻704的一端连接反馈信号FB，另一端与晶体管705的发射极连接。晶体管705的集电极与晶体管709的集电极连接，晶体管705的基极与晶体管706的基极连接。晶体管706的发射极接地，集电极与晶体管708的集电极连接。晶体管709、晶体管708、晶体管707的发射极彼此连接，基极也彼此连接。晶体管707的集电极与关断比较器701的正极连接。
参见图8，该图为本实用新型的第二实施例电路图。在本实施方式中，该原边功率开关806为双极(Bipolar)型晶体管，此时，在该电压补偿模块804中，还需要一个比较器819产生一个随线电压变化的预关断阈值电压Vref-pre，该预关断阈值电压Vref-pre与预关断阈值电压的产生方式相同，就可以使得线电压高时预关断时间比线电压低时预关断时间长，这样就能让实际的关断信号到来时基极-发射极积聚的电荷都刚好放完。参考图8，预关断比较器819通过Vcs与补偿之后的预关断阈值电压Vref-pre比较来产生预关断信号。
本实用新型所提供的开关电源中控制恒流输出的电路是通过检测与线电压成固定比例关系的反馈信号的负电压，然后将整个负电压转换成电流，再将这个电流注入到CS端的电阻上，完成线电压的补偿功能。该线电压补偿模块不需要外围电路，也不需要增加功耗。
本说明书中所述的只是本实用新型的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对本实用新型的限制。凡本领域技术人员依本实用新型的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本实用新型的范围之内。
Claims (10)
1.一种开关电源中控制恒流输出的电路，其特征在于，包括：线电压补偿模块，所述线电压补偿模块用于根据原边功率开关管导通时的反馈信号检测线电压，并将所述反馈信号电压转成第一电流，再将第一电流通过第一电阻转成第一电压；所述第一电压与峰值电流检测电阻上的第二电压进行求和运算，并将运算结果与关断阈值电压进行比较；在关断阈值电压不变的情况下，通过改变第一电压来改变控制峰值电流的第二电压，从而保证在不同线电压情况下原边峰值电流恒定；
其中，所述线电压补偿模块的第一输出端与关断比较器的正输入端相连，并通过第一电阻与所述峰值电流检测电阻相连。
2.如权利要求1所述的开关电源中控制恒流输出的电路，其特征在于，所述关断比较器的负端与关断阈值参考电压相连。
3.如权利要求1所述的开关电源中控制恒流输出的电路，其特征在于，所述关断比较器的输出端与一逻辑控制器相连。
4.如权利要求1所述的开关电源中控制恒流输出的电路，其特征在于，所述线电压补偿模块包括一发射极与所述第一电阻连接的第一晶体管。
5.如权利要求4所述的开关电源中控制恒流输出的电路，其特征在于，所述线电压补偿模块还包括第二晶体管，第三晶体管，第四晶体管和第五晶体管，所述第一晶体管的发射极通过所述第二晶体管，第三晶体管和第四晶体管箝位到固定地电位。
6.如权利要求5所述的开关电源中控制恒流输出的电路，其特征在于，所述第二晶体管的发射极接地，基极与所述第一晶体管的基极连接，集电极与所述第四晶体管的发射极连接。
7.如权利要求5所述的开关电源中控制恒流输出的电路，其特征在于，所述第三晶体管的发射极与所述第四、第五晶体管的发射极连接，基极与所述第四、第五晶体管的基极连接，集电极与所述第一晶体管连接。
8.如权利要求5所述的开关电源中控制恒流输出的电路，其特征在于，所述第四晶体管的发射极与所述第二晶体管的集电极连接。
9.如权利要求5所述的开关电源中控制恒流输出的电路，其特征在于，所述第五晶体管的集电极与与所述关断比较器的正输入端相连。
10.如权利要求1至9任一项所述的开关电源中控制恒流输出的电路，其特征在于，所述原边功率开关管为双极型晶体管，则所述电路还包括一预关断比较器，所述预关断比较器的正输入端与所述关断比较器的正输入端连接，所述预关断比较器的负输入端与所述线电压补偿模块连接。
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