CN207817563U - 用于原边反馈开关电源系统的自适应分段线损补偿系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于原边反馈开关电源系统的自适应分段线损补偿系统，包括与该电源系统的输出端相连接的自适应分段线损补偿模块，该自适应分段线损补偿模块的输出端连接到负载，自适应分段线损补偿模块获取该电源系统上连接的负载的参数，并根据负载的参数向负载输出自适应的分段补偿。采用该用于原边反馈开关电源系统的自适应分段线损补偿系统，不需要额外增加负载检测模块，电路结构简单易于实现，不会引入额外的元件，减小了PCB设计复杂度和PCB面积，利用自适应的线损补偿方法，自适应实现负载检测和分段线损补偿，降低了电路设计难度和电路成本，在不增加单独的负载检测模块的前提下，实现原边反馈控制系统根据负载进行自适应分段线损补偿。
Description
技术领域
本实用新型涉及原边反馈开关电源系统，尤其涉及原边反馈开关电源系统的线损补偿领域，具体是指一种用于原边反馈开关电源系统的自适应分段线损补偿系统。
背景技术
通过电压转换器对负载进行供电时，往往由于连接电压转换器与负载的导线过长，导线的寄生电阻不能忽略。负载电流流过导线的寄生电阻产生压降，最终导致电压转换器向负载提供的电压低于设定的输出电压，影响负载的正常工作。
一般对这种缺陷做线损补偿方案，主要分为外置和内置两种做法。其中，外置线损补偿的通常的做法是在负载电流回路中串接一个采样电阻，采样电阻经过负载电流得到采样电压，采样电压经放大器放大后形成补偿电流反馈到FB反馈节点。这种做法由于引入了采样电阻增加了额外功耗，且对系统效率有一定的负面影响。这种做法也需要增加额外的元件同时也会增大PCB设计的复杂度和增加PCB面积，最终增加整机成本。
内置线损补偿则是将线损补偿功能设计在IC内部，普通的内置线损补偿方案只能够根据负载电流的变化进行线性补偿。一种通常的做法是对FB反馈节点电压经误差放大后进行采样和保持，再经过一定处理后形成补偿量反馈到FB反馈节点实现线损补偿功能。补偿量与负载电流是线性关系，但由于为消除轻载音频噪声采取措施诱导的输出续流二极管压降在不同轻重负载时会发生变化，线性补偿会达不到理想线损补偿效果，使得补偿偏离预期效果。部分进阶内置方案提出增加负载检测模块以解决这一问题，这无疑增加了电路设计难度和电路成本。
实用新型内容
本实用新型的目的是克服上述现有技术中的缺点，提供了一种内置的、根据轻载和重载不同情况自适应地进行分段线损补偿的、电路结构简单、易于实现的用于原边反馈开关电源系统的自适应分段线损补偿系统。
为了实现上述的目的，本实用新型的用于原边反馈开关电源系统的自适应分段线损补偿系统具体如下：
该用于原边反馈开关电源系统的自适应分段线损补偿系统，其主要特点是，所述的补偿系统包括与该电源系统相连接的自适应分段线损补偿模块，所述的自适应分段线损补偿模块通过该电源系统获取负载的参数，该自适应分段线损补偿模块的输出端连接到电源系统的FB反馈节点，所述的自适应分段线损补偿模块根据该负载的参数向FB反馈节点输出自适应的分段补偿。
较佳地，所述的负载的参数为负载表征电压，所述的自适应的分段补偿为自适应分段线损补偿模块根据不同的负载表征电压，通过所述的FB反馈节点向负载输出自适应的分段电流补偿，所述的自适应分段线损补偿模块包括电流源电路和分段电流源电路，所述的电流源电路和分段电流源电路均连接至负载表征电压，且所述的自适应分段线损补偿模块通过所述的分段电流源电路实现对不同负载表征电压的自适应的分段补偿。
更佳地，所述的电流源电路和分段电流源电路均通过单位增益放大器连接至负载表征电压，该单位增益放大器通过其负输入端获取负载表征电压，其正输入端通过第一电阻接地，其输出端连接电流源电路和分段电流源电路。
更佳地，所述的电流源电路包括第一PMOS管和第一电阻，并通过第一PMOS管的栅极连接单位增益放大器的输出端；该第一PMOS管的漏极通过第一电阻接地，第一PMOS管的源极连接输入电压VDD；
所述的分段电流源电路包括相互连接的第一分段电流源电路以及第二分段电流源电路，其中第一分段电流源电路中包括第一参考电流源，第二分段电流源电路中包括第二参考电流源，通过两个参考电流源区分不同补偿段的负载表征电压点以及初始补偿的负载表征电压点。
更佳地，所述的第一分段电流源电路和第二分段电流源电路均包括PMOS管以及与该PMOS管相连接的电流镜和参考电流源，其中，
第一分段电流源电路包括第二PMOS管、与该第二PMOS管依次相连接的第一电流镜电路和第二电流镜电路，以及设置于该第一电流镜电路和第二电流镜电路之间的第一参考电流源；
第二分段电流源电路包括第五PMOS管、与该第五PMOS管依次相连接的第三电流镜电路和第四电流镜电路，以及设置于该第五PMOS管和第三电流镜电路之间的第二参考电流源；
第一分段电流源电路通过所述的第二PMOS管的栅极获取负载表征电压，所述的第二分段电流源电路通过所述的第五PMOS管的栅极获取负载表征电压。
更佳地，所述的电流镜电路包括两个通过栅极相互连接的MOS管，且其中一个MOS管的漏级与栅极相连接，构成输入端，另一MOS管构成输出端。
更佳地，所述的第一电流镜电路、第三电流镜电路均由两个NMOS管构成，且所述的第一电流镜电路、第三电流镜电路中的NMOS管的源极均接地；所述的第二电流镜电路、第四电流镜电路均由两个PMOS管构成，且所述的第二电流镜电路、第四电流镜电路中的PMOS管的源极均接输出电压VDD。
更佳地，所述的第二PMOS管通过其漏极连接至所述的第一电流镜电路中构成输入端的NMOS管的漏极；所述的第五PMOS管通过其漏极连接至所述的第三电流镜电路中构成输入端的NMOS管的漏极；所述的第一电流镜电路中构成输出端的NMOS管的漏极还连接至所述的第二电流镜电路中构成输入端的PMOS管的漏极；所述的第四电流镜电路中构成输出端的PMOS管的漏极通过第二电阻输出补偿电流。
较佳地，所述的自适应分段线损补偿模块通过采样保持单元、误差放大器和滤波器获取该电源系统上连接的负载的参数，其中，所述的采样保持单元的输入端连接该电源系统的FB反馈节点，采样保持单元的输出端连接所述的误差放大器的输入端，该误差放大器的输出端连接所述的滤波器的输入端，该滤波器的输出端连接所述的自适应分段线损补偿模块。
更佳地，采样保持单元的输出端连接所述的误差放大器的负输入端，该误差放大器的正输入端连接比较用参考电压，且所述的误差放大器的正输入端和输出端之间还设置有反馈线路；所述的滤波器为低通滤波器。
采用了本实用新型的用于原边反馈开关电源系统的自适应分段线损补偿系统，不需要额外增加负载检测模块，电路结构简单易于实现，且由于其属于内置做法，不会引入额外的元件，减小了PCB设计复杂度和PCB面积。利用自适应的线损补偿方法，自适应实现负载检测和分段线损补偿，降低了电路设计难度和电路成本，在不增加单独的负载检测模块的前提下，实现原边反馈控制系统根据负载轻重的不同情况进行自适应分段线损补偿。
附图说明
图1为本实用新型中用于原边反馈开关电源系统的自适应分段线损补偿系统的连接示意图。
图2为本实用新型中用于原边反馈开关电源系统的自适应分段线损补偿系统的自适应分段线损补偿的电路原理图。
图3为本实用新型中用于原边反馈开关电源系统的自适应分段线损补偿系统针对不同负载实现的分段电流补偿示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本实用新型的技术内容，特举以下实施例详细说明。
该用于原边反馈开关电源系统的自适应分段线损补偿系统，所述的补偿系统包括与该电源系统相连接的自适应分段线损补偿模块，所述的自适应分段线损补偿模块通过该电源系统获取负载的参数，该自适应分段线损补偿模块的输出端连接到电源系统的FB反馈节点，所述的自适应分段线损补偿模块根据该负载的参数向FB反馈节点输出自适应的分段补偿。在具体实施例中，所述的自适应分段线损补偿模块与该原边反馈开关电源系统的FB反馈节点相连接，从FB反馈节点中获取相应电压(即负载的参数)，并通过该FB反馈节点向负载进行相应分段补偿。
在一种较佳的实施例中，所述的负载的参数为负载表征电压，所述的自适应的分段补偿为自适应分段线损补偿模块根据不同的负载表征电压，通过所述的FB反馈节点向负载输出自适应的分段电流补偿，所述的自适应分段线损补偿模块包括电流源电路和分段电流源电路，所述的电流源电路和分段电流源电路均连接至负载表征电压，且所述的自适应分段线损补偿模块通过所述的分段电流源电路实现对不同负载表征电压的自适应的分段补偿。
在一种更佳的实施例中，所述的电流源电路和分段电流源电路均通过单位增益放大器连接至负载表征电压，该单位增益放大器通过其负输入端获取负载表征电压，其正输入端通过第一电阻接地，其输出端连接电流源电路和分段电流源电路。
在一种更佳的实施例中，所述的电流源电路包括第一PMOS管和第一电阻，并通过第一PMOS管的栅极连接单位增益放大器的输出端；该第一PMOS管的漏极通过第一电阻接地，第一PMOS管的源极连接输入电压VDD；
所述的分段电流源电路包括相互连接的第一分段电流源电路以及第二分段电流源电路，其中第一分段电流源电路中包括第一参考电流源，第二分段电流源电路中包括第二参考电流源，通过两个参考电流源区分不同补偿段的负载表征电压点以及初始补偿的负载表征电压点。
在一种更佳的实施例中，所述的第一分段电流源电路和第二分段电流源电路均包括PMOS管以及与该PMOS管相连接的电流镜和参考电流源，其中，
第一分段电流源电路包括第二PMOS管、与该第二PMOS管依次相连接的第一电流镜电路和第二电流镜电路，以及设置于该第一电流镜电路和第二电流镜电路之间的第一参考电流源；
第二分段电流源电路包括第五PMOS管、与该第五PMOS管依次相连接的第三电流镜电路和第四电流镜电路，以及设置于该第五PMOS管和第三电流镜电路之间的第二参考电流源；
第一分段电流源电路通过所述的第二PMOS管的栅极获取负载表征电压，所述的第二分段电流源电路通过所述的第五PMOS管的栅极获取负载表征电压。
在一种更佳的实施例中，所述的电流镜电路包括两个通过栅极相互连接的MOS管，且其中一个MOS管的漏级与栅极相连接，构成输入端，另一MOS管构成输出端。
在一种更佳的实施例中，所述的第一电流镜电路、第三电流镜电路均由两个NMOS管构成，且所述的第一电流镜电路、第三电流镜电路中的NMOS管的源极均接地；所述的第二电流镜电路、第四电流镜电路均由两个PMOS管构成，且所述的第二电流镜电路、第四电流镜电路中的PMOS管的源极均接输出电压VDD。
在一种更佳的实施例中，所述的第二PMOS管通过其漏极连接至所述的第一电流镜电路中构成输入端的NMOS管的漏极；所述的第五PMOS管通过其漏极连接至所述的第三电流镜电路中构成输入端的NMOS管的漏极；所述的第一电流镜电路中构成输出端的NMOS管的漏极还连接至所述的第二电流镜电路中构成输入端的PMOS管的漏极；所述的第四电流镜电路中构成输出端的PMOS管的漏极通过第二电阻输出补偿电流。
请参阅图1，在一种较佳的实施例中，所述的自适应分段线损补偿模块通过采样保持单元、误差放大器和滤波器获取该电源系统上连接的负载的参数。其中，所述的采样保持单元的输入端连接该电源系统的FB反馈节点，采样保持单元的输出端连接所述的误差放大器的输入端，该误差放大器的输出端连接所述的滤波器的输入端，该滤波器的输出端连接所述的自适应分段线损补偿模块。
在一种更佳的实施例中，采样保持单元的输出端连接所述的误差放大器的负输入端，该误差放大器的正输入端连接比较用参考电压，且所述的误差放大器的正输入端和输出端之间还设置有反馈线路；所述的滤波器为低通滤波器。
在具体实施例中，原边反馈开关电源系统的电压反馈过程如下：
负载电流增加→输出电压下降→FB反馈节点反馈电压下降→误差放大器输出Veaout下降→开关周期减小即原边占空比上升→输出功率增加→输出电压上升。
在一种具体实施例中，本实用新型的原边反馈开关电源系统的自适应分段线损补偿系统，将自适应分段线损补偿功能内置于原边反馈开关电源系统的控制器IC中。反映输出电压水平的FB反馈节点的电压经所述的采样保持单元进行采样保持后，所述的采样保持单元将采样保持的电压输入误差放大器进行误差放大。误差放大器的输出Veaout经低通滤波器滤波后变为Vlpf作为线损补偿电压进入自适应分段线损补偿模块，由所述的自适应分段线损补偿模块将输入电压转换为补偿电流后反馈给FB反馈节点完成线损补偿。
请参阅图2，其中十字相交的导线只要没有圆点标记，就没有连接关系，而丁字交叉是具有连接关系的。所述的自适应分段线损补偿模块包括一电流源电路，当反映负载大小的负载表征电压Vlpf输入到线损补偿模块时，通过单位增益放大器、电阻、第一PMOS管P1组成的电流源将补偿电压模式转换成补偿电流模式，且负载表征电压Vlpf经电压跟随给到第一电阻R1，电流大小I＝Vlpf/R1，第二PMOS管P2和第五PMOS管P5根据各自与第一PMOS管P1的比例情况，映射电流I相同的比例。重载时构成第二电流镜电路的输出端的第四PMOS管P4没有电流。随着负载由重变轻，负载表征电压Vlpf逐渐增大，当负载表征电压Vlpf增大到一定的值Vlpf2、第五PMOS管P5的电流大于第二参考电流源Iref2时，构成第三电流镜电路的输入端的第三NMOS管N3开始被第五PMOS管P5灌进电流，并通过后面的第四电流镜电路形成线损的补偿电流Icable。
第二PMOS管P2上的电流流过构成第一电流镜电路中的输入端的第一NMOS管N1，并最终按比例映射到构成第一电流镜电路中的输出端的第二NMOS管N2。随着负载越来越轻，直到负载表征电压Vlpf进一步增大到一定的值Vlpf1、映射到第二NMOS管N2的电流大于第一参考电流源Iref1时，构成第二电流镜电路的输入端的第三PMOS管P3开始有电流，对应的构成第二电流镜电路的输出端的第四PMOS管P4才能够向构成第三电流镜电路的输入端的第三NMOS管N3灌进电流，从而使流过第三NMOS管N3的电流进一步增大，对应的补偿电流Icable也进一步增大。此时补偿电流Icable随负载电流变化的斜率也变大，达到轻载时补偿率大于重载时补偿率的效果，从而实现分段补偿。
综上所述，该实施例中具有两个分段的负载电压表征点(请参阅图3)，分别为Vlpf2和Vlpf1，当负载表征电压Vlpf>Vlpf2时，开始有补偿电流Icable，且补偿电流Icable随负载表征电压Vlpf的增加而增加，当负载表征电压Vlpf>Vlpf1时，补偿电流Icable随负载表征电压Vlpf的增加而增加，且所述的补偿电流Icable增加的斜率变大。
采用本实用新型的用于原边反馈开关电源系统的自适应分段线损补偿系统，不需要额外增加负载检测模块，电路结构简单易于实现。且由于其属于内置做法，不会引入额外的元件，减小了PCB设计复杂度和PCB面积，利用自适应的线损补偿方法，自适应实现负载检测和分段线损补偿，降低了电路设计难度和电路成本。在不增加单独的负载检测模块的前提下，实现原边反馈控制系统根据负载轻重的不同情况进行自适应分段线损补偿。
在此说明书中，本实用新型已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本实用新型的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
Claims (10)
1.一种用于原边反馈开关电源系统的自适应分段线损补偿系统，其特征在于，所述的补偿系统包括与该电源系统相连接的自适应分段线损补偿模块，所述的自适应分段线损补偿模块通过该电源系统获取负载的参数，该自适应分段线损补偿模块的输出端连接到电源系统的FB反馈节点，所述的自适应分段线损补偿模块根据该负载的参数向FB反馈节点输出自适应的分段补偿。
2.根据权利要求1所述的用于原边反馈开关电源系统的自适应分段线损补偿系统，其特征在于，所述的负载的参数为负载表征电压，所述的自适应的分段补偿为自适应分段线损补偿模块根据不同的负载表征电压，通过所述的FB反馈节点向负载输出自适应的分段电流补偿，所述的自适应分段线损补偿模块包括电流源电路和分段电流源电路，所述的电流源电路和分段电流源电路均连接至负载表征电压，且所述的自适应分段线损补偿模块通过所述的分段电流源电路实现对不同负载表征电压的自适应的分段补偿。
3.根据权利要求2所述的用于原边反馈开关电源系统的自适应分段线损补偿系统，其特征在于，所述的电流源电路和分段电流源电路均通过单位增益放大器连接至负载表征电压，该单位增益放大器通过其负输入端获取负载表征电压，其正输入端通过第一电阻接地，其输出端连接电流源电路和分段电流源电路。
4.根据权利要求2所述的用于原边反馈开关电源系统的自适应分段线损补偿系统，其特征在于，所述的电流源电路包括第一PMOS管和第一电阻，并通过第一PMOS管的栅极连接单位增益放大器的输出端；该第一PMOS管的漏极通过第一电阻接地，第一PMOS管的源极连接输入电压VDD；
所述的分段电流源电路包括相互连接的第一分段电流源电路以及第二分段电流源电路，其中第一分段电流源电路中包括第一参考电流源，第二分段电流源电路中包括第二参考电流源，通过两个参考电流源区分不同补偿段的负载表征电压点以及初始补偿的负载表征电压点。
5.根据权利要求4所述的用于原边反馈开关电源系统的自适应分段线损补偿系统，其特征在于，所述的第一分段电流源电路和第二分段电流源电路均包括PMOS管以及与该PMOS管相连接的电流镜电路和参考电流源，其中，
第一分段电流源电路包括第二PMOS管、与该第二PMOS管依次相连接的第一电流镜电路和第二电流镜电路，以及设置于该第一电流镜电路和第二电流镜电路之间的第一参考电流源；
第二分段电流源电路包括第五PMOS管、与该第五PMOS管依次相连接的第三电流镜电路和第四电流镜电路，以及设置于该第五PMOS管和第三电流镜电路之间的第二参考电流源；
第一分段电流源电路通过所述的第二PMOS管的栅极获取负载表征电压，所述的第二分段电流源电路通过所述的第五PMOS管的栅极获取负载表征电压。
6.根据权利要求5所述的用于原边反馈开关电源系统的自适应分段线损补偿系统，其特征在于，所述的电流镜电路包括两个通过栅极相互连接的MOS管，且其中一个MOS管的漏级与栅极相连接，构成输入端，另一MOS管构成输出端。
7.根据权利要求6所述的用于原边反馈开关电源系统的自适应分段线损补偿系统，其特征在于，所述的第一电流镜电路、第三电流镜电路均由两个NMOS管构成，且所述的第一电流镜电路、第三电流镜电路中的NMOS管的源极均接地；所述的第二电流镜电路、第四电流镜电路均由两个PMOS管构成，且所述的第二电流镜电路、第四电流镜电路中的PMOS管的源极均接输出电压VDD。
8.根据权利要求7所述的用于原边反馈开关电源系统的自适应分段线损补偿系统，其特征在于，所述的第二PMOS管通过其漏极连接至所述的第一电流镜电路中构成输入端的NMOS管的漏极；所述的第五PMOS管通过其漏极连接至所述的第三电流镜电路中构成输入端的NMOS管的漏极；所述的第一电流镜电路中构成输出端的NMOS管的漏极还连接至所述的第二电流镜电路中构成输入端的PMOS管的漏极；所述的第四电流镜电路中构成输出端的PMOS管的漏极通过第二电阻输出补偿电流。
9.根据权利要求1所述的用于原边反馈开关电源系统的自适应分段线损补偿系统，其特征在于，所述的自适应分段线损补偿模块通过采样保持单元、误差放大器和滤波器获取该电源系统上连接的负载的参数，其中，所述的采样保持单元的输入端连接该电源系统的FB反馈节点，采样保持单元的输出端连接所述的误差放大器的输入端，该误差放大器的输出端连接所述的滤波器的输入端，该滤波器的输出端连接所述的自适应分段线损补偿模块。
10.根据权利要求9所述的用于原边反馈开关电源系统的自适应分段线损补偿系统，其特征在于，采样保持单元的输出端连接所述的误差放大器的负输入端，该误差放大器的正输入端连接比较用参考电压，且所述的误差放大器的正输入端和输出端之间还设置有反馈线路；所述的滤波器为低通滤波器。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN111324161A (zh) * | 2018-12-14 | 2020-06-23 | 华润矽威科技（上海）有限公司 | 积分电路及其积分方法 |
| CN113258770A (zh) * | 2021-07-07 | 2021-08-13 | 上海芯龙半导体技术股份有限公司 | 线损补偿模块、开关电源芯片及系统 |
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2017
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