专利名称：一种用于开关电源反馈电压检测和采样保持的电路及方法
技术领域：
本发明涉及集成电路。更具体的说，本发明涉及一种开关电源芯片的控制电路。
背景技术：
开关电源已广泛用于各种电子设备中。为了安全，开关电源采用变压器隔离， 也就是在初级和次级之间提供隔离。为了系统输出稳定，系统要工作在负反馈闭环状态 下。经典的做法是用光电耦合器件和TL431等来实现隔离反馈。但这样系统成本会增 加很多。为了减少成本，现在已有利用变压器的辅助绕组来实现电源输出的反馈，当然， 这种方式也是隔离的，安全的。但是很多技术都不能精确测量变压器的反馈电压，例如 Randolph D. W. Shelly 的美国专禾Ij (US4302803) "Rectifier-converter power supply with multi-channel flybackinverter”。因此，近来开发出许多初级侧控制技术来用 于对变压器电压的精确测量，例如Yang等人的美国专利(US6853563B1) "Primary-side contro lled flyback power converter，，;Yang等人的美国专利(US7016204B2)"Close-loop PWM controller for primary-si decontrol led power converters，，；杨大勇的中国专利 (CN100508346C) “电源转换器的取样电路以及检测电路”。然而，这些现有技术的精确度都 不高，所采样的反馈电压误差大，不能精确控制系统的输出电压。并且对变压器参数的一致 性要求高，增加了产品成本。因此，非常需要新的技术来提高此类电源的性能。
发明内容
本发明的目的是为开关电源控制芯片提供对反馈电压的精确检测和采样保持电 路及方法，能自适应变压器的去磁曲线，以获得准确的电压反馈值。本发明的技术方案如下一种用于开关电源反馈电压检测和采样保持的电路，其特征在于，实现由PWM开 状态、等待状态、学习状态、检测状态以及去磁结束状态构成的有限状态机，控制有限状态 机的状态转换和输出，所述电路具体包括时钟控制电路，其产生三路时钟信号，其中第一路时钟信号和第二路时钟信号用 于对开关电源反馈电压的采样，第一路时钟信号和第二路时钟信号同时受控于去磁结束信 号，当去磁结束时禁止第一路时钟信号和第二路时钟信号；第三路时钟信号用于有限状态 机的控制；以及采样保持电路，其对反馈电压首先用电压跟随器缓冲隔离，然后分两路采样，两路 采样值经过取较大值电路，选择较大值输出；以及等待状态控制电路，开关电源反馈电压的检测和采样保持电路复位后进入等待状 态，利用第三路时钟计时，这期间控制采样并等待波形稳定，并产生学习状态时钟；以及学习状态控制电路，等待状态结束后进入学习状态，利用学习状态时钟计时，这期 间用于控制学习状态的时序，结合增量控制电路和系统控制电路来实现对变压器去磁曲线 的学习功能；以及
增量控制电路，其在学习状态，结合学习状态控制电路、系统控制电路等一起用于控制两次相邻采样的增量电路，当采样保持输出的值大于实时电压和增量之和时，增加增 量，否则保持不变；以及系统控制电路，其在等待状态、学习状态、检测状态及去磁结束状态，协同其他电 路一起控制有限状态机的状态转换和输出；以及延时电路，用于对输入数字信号的上升沿和下降沿进行处理，实现需要的延时。本发明还提供了一种用于开关电源反馈电压的检测和采样保持的方法，把一个完 整的开关电源开关周期划分为五个状态，依次为PWM开状态、等待状态、学习状态、检测状 态以及去磁结束状态。这五个状态构成有限状态机，通过控制有限状态机的状态转换和输 出，实现对反馈电压的检测和采样保持。此有限状态机的运行如下首先，PWM周期开始，系 统进入PWM开状态；当PWM关闭后，即开关电源功率管关闭后，进入等待状态，等待波形稳 定，开始两路分时采样反馈电压，并以较大值输出；然后，进入学习状态，学习去磁曲线的斜 率，当第一参考信号大于第二参考信号时，增量增加一个步长，否则增量保持不变，在学习 状态里每一个学习时钟信号周期都判断一次，直到学习状态结束，并最终自适应学习出相 邻次采样的增量；接着，进入检测状态，当检测出第一参考信号大于第二参考信号时，检测 状态结束；最后，进入去磁结束状态，停止采样，保持反馈电压一直到开关电源下一个开关 信号脉冲结束为止；当PWM周期结束后，去磁结束状态结束，系统自动进入PWM开状态；依 次循环。本发明所述的检测和采样保持，其信号是来自变压器辅助线圈输出的信号并经过 电阻分压。所述的变压器辅助线圈输出的信号和开关电源输出电压相关。本发明各种控制电路，是协同工作的，实现对输入信号斜率的自适应学习，对去磁 结束点的检测，以及采样保持系统反馈电压的值。本发明具有自动学习去磁曲线斜率功能，采样的精度高，对于在一定范围内，变压 器参数的变化不会影响其采样的精度。对变压器的参数要求较低，减少电源材料成本及后 期测试成本。
图1是应用本发明的开关电源控制器的应用电路示意图；图2是应用本发明的开关电源控制器的内部结构示意图；图3是本发明的有限状态机的处理流程示意图；图4是本发明用于开关电源反馈电压的检测和采样保持电路的优先实施例示意 图；图5是本发明的实施例的取较大值电路示意图；图6是本发明的实施例的增量控制电路示意图；图7是本发明的实施例的时钟控制电路示意图；图8是本发明的实施例的等待状态控制电路示意图；图9是本发明的实施例的学习状态控制电路示意图；图10是本发明的实施例的延时电路示意图；图11是本发明实施例的部分信号波形示意图。
具体实施例方式下面通过实例对本发明做进一步的说明，但是需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解在不脱离本发明及所附的 权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所 公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。图1是应用变压器辅助绕组反馈的开关电源典型原理图。如图所示，图中变压器 10具有三个绕组，分别为初级线圈、次级线圈和辅助线圈，相对应，Np是初级线圈的匝数， Ns是次级线圈的匝数，Na是辅助线圈的匝数。为了稳定调节输出电压V0，开关电源控制器通过控制功率管40的开关来实现。当 打开功率管40时，变压器10开始储能，也就是充磁，输入电压VIN耦合到初级绕组，充磁的 电流流经变压器10的初级线圈、功率管40和电阻器45，此电流经过电阻器45以电压信号 CS输入到开关电源控制器80 ；当关断功率管40时，变压器10开始去磁，输出电压由次级绕 组提供，经过整流二极管20给电容器25充电并输出V0，在整流二极管20电流为零后，输出 电压就由电容器25提供。开关电源的反馈电压通过辅助线圈输出，电压经过电阻器30和 35分压后作为VS信号输入到开关电源控制器80 ；同时，辅助线圈的电压经整流二极管55 给电容器60充电，并给芯片控制器80供电，通过VDD输入；当整流二极管55电流为零时， 芯片工作电流主要由电容器60提供；在系统启动过程中，主要由电阻器50和电容器60来 完成给开关电源控制器80供电。电容器70是补偿开关电源控制器内部的误差放大器的。在去磁结束点，整流二极管20电流为零，这时候VO就等于变压器10的次级线圈
输出电压，则根据变压器的特性，可得出辅助线圈的输出电压为 MaVaux =—xVO(1)
Ns其中Na和Ns分别为变压器10的辅助线圈的匝数和次级线圈的匝数。由于电阻器30和35的分压，所以VS信号电压为
5Vvs =-xVAUX(2)
vs R30 + R35 AUX其中，R30和R35分别为电阻器30和35的电阻值。由(1)和⑵可得，VS信号电压是输出电压VO乘以一个系数，即Vvs =~—~x — xVO(3)
vs R30 + R35 Ns应该认识到，图1仅仅是一个示例，本领域的普通技术人员将认识到许多变化形 式、替代物和修改形式。它不应不适当地限制权力要求的范围。图2是图1中的开关电源控制器80的示意图。如图所示，图中100是开关电源反 馈电压的检测和采样保持电路，其输入包括PWM开关信号S_PWM和上电复位信号P0R，以及 来自变压器10的辅助线圈的输出信号Vaux的分压信号VS，输出就是VSDET，与参考电压83 一起输入到误差放大器84，误差放大器的输出COMV外接电容器补偿。误差放大器的输出作 为比较器85的输入，和另一输入信号比较，这个信号来自加法器82的输出。CS信号经过 上升沿去干扰电路81后，输入到加法器82，和锯齿波信号RAMP相加后输入到比较器85的 负输入端。比较器85输出为零时，S_PWM信号就变为零，关断功率管40。同时，CS信号经过上升沿去干扰电路81后，另一路输入到比较器87，和参考电压86比较，实现过电流保护 (OCP)功能，即比较器87输出为零时，S_PWM输出也变为零，关断功率管40。比较器85和 比较器87输出到与非门88，其结果输出到或非门91。信号发生器89产生周期信号CK_PWM 输出到或非门90，以控制S_PWM信号周期的打开。或非门90和91组成RS触发器。信号发 生器89同时也产生周期的锯齿信号RAMP作电流补偿用。过温度保护电路92产生过温信 号，当温度超过预设温度时，OTP就为一，关闭S_PWM信号。电源管理电路93产生上电复位 信号POR和内部电源信号VCC，同时产生过压保护信号0VP，当电压超过预设电压时，OVP就 为一，关断S_PWM信号。或非门94的输出即为S_PWM信号。S_PWM信号输出到驱动电路95 后，输出GATE信号驱动功率管40，以实现调节输出的目的。应该认识到，图2仅仅是一个示例，本领域的普通技术人员将认识到许多变化形 式、替代物和修改形式。它不应不适当地限制权力要求的范围。比如，根据一些应用，工作 在占空比小于50%的DCM模式，则不需要锯齿波补偿，系统就要根据需要做出相应修改。图3是开关电源反馈电压的检测和采样保持电路100的有限状态机的处理流程示 意图。如图所示，把一个完整的开关电源开关周期划分为五个状态，依次为PWM开状态、等 待状态、学习状态、检测状态以及去磁结束状态。这五个状态构成有限状态机 ，通过控制有 限状态机的状态转换和输出，实现对反馈电压的检测和采样保持。此有限状态机运行如下 首先，PWM周期开始，系统进入PWM开状态；当PWM关闭后，即开关电源功率管关闭后，进入 等待状态，等待波形稳定，开始两路分时采样反馈电压，并以较大值输出；然后，进入学习状 态，学习去磁曲线的斜率，当第一参考信号大于第二参考信号时，增量增加一个步长，否则 增量保持不变，在学习状态里每一个学习时钟信号周期都判断一次，直到学习状态结束，并 最终自适应学习出相邻次采样的增量；接着，进入检测状态，当检测出第一参考信号大于第 二参考信号时，检测状态结束；最后，进入去磁结束状态，停止采样，保持反馈电压一直到开 关电源下一个开关信号脉冲结束为止；当PWM周期结束后，去磁结束状态结束，系统自动进 入PWM开状态；依次循环。为了精简电路，减小芯片面积，有的状态没有设状态标识信号，只 是根据电路需要设置相应的信号。图4是本发明用于开关电源反馈电压的检测和采样保持电路的优先实施例示意 图。如图所示，VS信号输入到采样保持电路。放大器130组成输入电压跟随器，然后输出 VSBUFF信号。VSBUFF信号被分成三路，其中一路输出到增量控制电路300 ；另两路输出到 采样电路的开关。此采样电路以两路分时工作，第一路由开关110(第一开关)和电容器 115(第一电容)组成；第二路由开关120 (第二开关)和电容器125(第二电容)组成。开 关110和120的控制端是一有效，即控制端为一时开关导通。这两路信号分别以CHA和CHB 输入到取较大值电路200中，输出较大值VSDET (第一参考信号)。两路采样信号的控制时钟SCKA、SCKB以及系统时钟SYSCK由时钟控制电路400输 出，时钟控制电路400输入为RSTN信号和去磁结束标识信号S_DEMAG_END，其中RSTN信号 是上电复位信号POR和PWM状态信号S_PWM经过或非门140的输出。SYSCK信号输入到等待状态控制电路500，等待去磁信号稳定，在等待状态结束后 输出时钟信号CK_LRN_DET。此信号分两路一路输入到学习状态控制电路600 ；另一路输入 到反相器150。在学习状态控制电路600中，控制学习状态，并在学习状态结束后进入检测 状态。反相器150的输出分两路，第一路输出到D触发器180(第三触发器)时钟端；第二路输出经过延时电路700，输出到与门155，与门155的另外两个输入是S_DETECTB和D触 发器180的输出，与门155的输出为信号CK_LRN，给增量控制电路300提供时钟。延时电 路700和与门155构成增量控制计数器时钟产生电路。增量控制电路在学习状态时，自适 应学习两次相邻采样的增量。VSBUFF信号的电压值加上自适应学习的两次相邻采样的增量 构成VSPDLT信号(第二参考信号)。当VSDET信号大于VSPDLT信号时，即第一参考信号 大于第二参考信号时，D触发器180的输出为一，同时因为是学习状态，所以S_DETECTB为 一，则时钟CK_LRN信号产生一个脉冲，增加现有增量；当VSDET信号小于或等于VSPDLT信 号时，即第一参考信号小于或等于第二参考信号时，表示当前不需要增加。学习状态的每一 个时钟信号CK_LRN_DET，都会比较VSDET信号与VSPDLT信号，并根据比较结果决定是否增 加增量。这样，即使在去磁期间有一次很大的外界干扰信号，其误差最大也就是一个增量步 长。当学习时间结束，即学习状态结束后，进入检测状态，则CK_LRN为零，表示不会调整增 量，即在检测状态下使用学习状态自适应学习的增量。通过比较器160(第一比较器)、或门 170，以及和触发器180和与门190—起判断是否去磁结束。其中或门170和与门190构成 去磁信号产生电路。在检测状态，当VSDET信号大于VSPDLT信号时，即第一参考信号大于 第二参考信号时，表示去磁结束，S_DEMAG_END为一，关闭时钟控制电路400的SCKA和SCKB 两路采样时钟，停止采样，直至到下一个系统周期的PWM开状态之后即等待状态才开始采 样。VSDET在去磁结束状态和PWM开状态下就是去磁结束点的VS的值。
应该认识到，图4仅仅是一个示例，本领域的普通技术人员将认识到许多变化形 式、替代物和修改形式。它不应不适当地限制权力要求的范围。图5是图4中的取较大值电路200的示意图。如图所示，CHA输入到以放大器210 组成的电压跟随器(第一路电压跟随器)，然后经过开关220 (第一路保持信号开关)；CHB 输入到以放大器230组成的电压跟随器(第二路电压跟随器)，然后经过开关240 (第二路 保持信号开关)。开关220和240的控制端是一有效，即控制端为一时开关导通。CHA和CHB 分别接到比较器250 (两路保持电压比较器)的负输入端和正输入端，其比较结果输入到控 制开关240，和经过反相器260后控制开关220。开关220和开关240的一端直接相连，其 值就是VSDET。当CHA大于CHB时，VSDET等于CHA ；否则，VSDET等于CHB。应该认识到，图5仅仅是一个示例，本领域的普通技术人员将认识到许多变化形 式、替代物和修改形式。它不应不适当地限制权力要求的范围。图6是图4中的增量控制电路300的示意图。如图所示，VSPDLT的电压等于VSBUFF 的电压加上电阻器360(增量电阻器)两端的电压，即VSPDLT = VSBUFF+1360 X R360 (4)其中1360是电阻器360上的电流值，R360是电阻器360的电阻值。此增量控制电路就是调节流经电阻器360上的电流。此电流是四路电流的总和。 PMOS管310、320、330、340及350构成电流镜，PMOS管320、330、340及350的源漏极电流都 是以PMOS管310的源漏极电流为比例的，而PMOS管310的源漏极电流等于电流源315 (参 考电流源)的电流，根据电流镜的特性以及各PMOS管310，320，330，340，350的W/L的比例 关系，当各电流有效时，1320 = 4X1315 ；1330 = 2X1315 ； 1340 = 1X1315 ；1350 = 0. 5X1315 ； (5)其中1320、1330、1340及1350分别为流经PMOS管320、330、340及350的源漏极电流，1315是电流源315的电流。PMOS 管 325、335、345、355 组成分支电流开关，流经 PMOS 管 320、330、340 及 350 的 源漏极电流分别被分支电流开关控制，其中PMOS管355 (检测状态开关)的控制信号是S_ DETE CTB信号，表示只有当S_DETECTB为零时此电流才有效，即当有限状态机处在检测状态 时才有效，为的是增加检测去磁结束点的噪声容限。其他三路PMOS管320、330、340的源漏 极电流比为4 2 1，三者之和为7倍于1315电流。由D触发器370、380、390构成增量 控制计数器，此计数器的时钟信号为CK_LRN。控制信号B2B、B1B、B0B分别来自增量控制计 数器的高、中、低位。应该认识到，图6仅仅是一个示例，本领域的普通技术人员将认识到许多变化形 式、替代物和修改形式。它不应不适当地限制权力要求的范围。比如，可以用共源共栅结构 的电流镜来替代如图显示的电流镜；可以用更多或更少位的增量控制计数器来实现增量控 制，而不是正好使用三位来实现，从而使斜率自适应的范围扩大或缩小。图7是图4中的时钟控制电路400的示意图。如图所示，周期信号发生器410 (时 钟产生电路)产生周期信号，此信号分两路，一路经过D触发器420(第一触发器)组成的分 频电路，输出分频信号；另一路经过延时电路430，此延时电路和图4中的延时电路700结 构一样。经过D触发器420分频的信号和经过延时电路延时的信号输入到与门440和445， 重新组成两路没有毛刺的时钟信号CKA和CKB。同时CKA和CKB输入到或门450，输出时钟 信号SYSCK。CKA和CKB分别和信号S_WAIT_LEARN_DETECT输入到与门490和495，输出采 样时钟SCKA和SCKB。延时电路430、与门440、445、490、495及或门450组成时钟输出电路。 S_PWM信号经过延时电路460，此延时电路和图4中的延时电路700结构一样；然后输入到 反相器470，其输出作为D触发器480 (第二触发器)的时钟信号，表示在S_PWM信号的下降 沿延时一段时间以后，S_WAIT_LEARN_DETECT信号变为一；触发器480的复位信号是RSTN， 是图4中或非门140的输出，表示当系统上电时或PWM打开时复位，S_WAIT_LEARN_DETECT 为零。应该认识到，图7仅仅是一个示例，本领域的普通技术人员将认识到许多变化形 式、替代物和修改形式。它不应不适当地限制权力要求的范围。比如，用RS触发器来代替 D触发器480。图8是图4中的等待状态控制电路500的示意图。主要由等待状态计数器、学习 和监测状态时钟产生电路构成，其中等待状态计数器包括D触发器520、530、540、或门510 及与门550 ；学习和监测状态时钟产生电路由与门560和延时电路570组成。如图所示，复 位时与门550的输出为零；当复位结束后，SYSCK时钟开始给等待状态计数器计数，当与门 550的输出为一时，则停止计数，并保持状态不变。当与门550的输出为一时，和SYSCK输 入到与门560，其输出经过延时电路570去掉毛刺，最后输出信号CK_LRN_DET。此延时电路 570和图4中的延时电路700结构一样。应该认识到，图8仅仅是一个示例，本领域的普通技术人员将认识到许多变化形 式、替代物和修改形式。它不应不适当地限制权力要求的范围。比如等待状态计数器不是正 好使用三位D触发器来实现，而是使用更多或更少位D触发器，从而修改等待状态的时间。图9是图4中的学习状态控制电路600的示意图。主要由学习状态计数器和检测 状态标识信号产生电路构成，其中学习状态计数器包括D触发器610、620、630及与门640 ；检测状态标识信号产生电路包括或门650和D触发器660。如图所示，时钟信号CK_LRN_DET经过由三个D触发器610、620和630，这三个D触发器的输出接与门640，当三个触发器的 输出都为一时，则与门640的输出为一，因与门640的输出接或门650的输入，所以当与门 640的输出为一时，或门650的输出也为一，则在下一个CK_LRN_DET上升沿，D触发器660 反转，S_DETECT为一，S_DETECTB为零，表示学习状态结束，进入检测状态。当S_DETECT为 一时，D触发器660的D输入端保持为一，保持S_DETECT为一直到复位信号RSTN为零。应该认识到，图9仅仅是一个示例，本领域的普通技术人员将认识到许多变化形 式、替代物和修改形式。它不应不适当地限制权力要求的范围。比如学习状态计数器不是正 好使用三位D触发器来实现，而是使用更多或更少位D触发器，从而修改学习状态的时间。图10是图4中的延时电路700的示意图。如图所示，信号输入到由PMOS管710 (用 于充电的PM0S)和NMOS管715(用于放电的NM0S)组成的反相器，其反相器的输出接电容 器720 (延时电容器)，电容器720另一端接地。这样通过设置PMOS管710的W/L来设置 对电容器720充电电流；通过设置NMOS管715的W/L来设置对电容器720的放电电流。这 样结合电容器720的电容值，就可以达到对信号波形上升沿和下降沿延时的目的。电容器 720的输出接到施密特触发器的输入，此施密特触发器由PMOS管730、735、740以及NMOS管 745、750、755组成。施密特触发器输出到由PMOS管760和NMOS管765组成的反相器，此反 相器的输出再经过由PMOS管770和NMOS管775组成的反相器，这两个反向器构成输出调 整电路，最后输出延时后的信号。应该认识到，图10仅仅是一个示例，本领域的普通技术人员将认识到许多变化形 式、替代物和修改形式。它不应不适当地限制权力要求的范围。图11是本发明的部分信号波形示意图。如图所示，反馈电压信号VS、采样时钟信 号SCKA和SCKB、采样保持信号VSDET、以及有限状态机的PWM开状态、等待状态、学习状态、 检测状态和去磁结束状态关系。在检测状态检测到SCKB时，VSDET的值实际上为上个脉冲 SCKA采样的VS信号值，如图中箭头所指。在检测状态，当第一参考信号大于第二参考信号 时，即VSDET信号大于实时的VS信号值与自适应学习的增量之和，也就是如图所示的Δ V 大于自适应学习的增量，表示去磁结束，这时VSDET的值就是上个采样时钟SCKA所采的值， 如图所示，表明了对应的关系。图11仅仅是一个示例，它不应不适当地限制权力要求的范围。本领域的普通技术 人员将认识到许多变化形式、替代物和修改形式。根据本发明的具体实施方式
，可以看出，通过将一个完整的PWM周期划分为五个 状态，并由这五个状态构成有限状态机，通过有限状态机的控制，各部分电路协同工作，能 够自适应学习变压器去磁曲线斜率，从而精确检测到去磁结束点，高精度完成系统反馈电 压的检测和采样保持工作。对于一些不同的应用，都能够得到精确的系统反馈电压，提高 了输出精度；从另一方面讲，由于能够自适应学习变压器去磁曲线斜率，即构成第二参考信 号的增量是动态的，是随着不同的应用和外围电路变化而变化的，与用固定的增量相比，虽 然变压器参数变化了，但仍然能精确找到去磁结束点，仍然能精确采样到系统反馈电压，因 而对变压器的参数要求降低了，在保证性能的前提下，降低了外围变压器一致性要求，降低 了器件成本，同时对于产品的测试成本也有一定的降低；而且由于能自适应学习变压器去 磁曲线斜率的特点，所以在一定的范围内，系统既可以选择用大电感值的变压器，也可以选择较小电感值的变压器，系统性能不受影响，若选择较小电感值的变压器，则变压器尺寸较 小，满 足产品空间小型化的要求。
权利要求
一种用于开关电源反馈电压检测和采样保持的电路，其特征在于，实现由PWM开状态、等待状态、学习状态、检测状态以及去磁结束状态构成的有限状态机，控制有限状态机的状态转换和输出，所述电路具体包括时钟控制电路，其产生三路时钟信号，其中第一路时钟信号和第二路时钟信号用于对开关电源反馈电压的采样，第一路时钟信号和第二路时钟信号同时受控于去磁结束信号，当去磁结束时禁止第一路时钟信号和第二路时钟信号；第三路时钟信号用于有限状态机的控制；以及采样保持电路，其对反馈电压首先用电压跟随器缓冲隔离，然后分两路采样，两路采样值经过取较大值电路，选择较大值输出；以及等待状态控制电路，开关电源反馈电压的检测和采样保持电路复位后进入等待状态，利用第三路时钟计时，这期间控制采样并等待波形稳定，并产生学习状态时钟；以及学习状态控制电路，等待状态结束后进入学习状态，利用学习状态时钟计时，这期间用于控制学习状态的时序，结合增量控制电路和系统控制电路来实现对变压器去磁曲线的学习功能；以及增量控制电路，其在学习状态，结合学习状态控制电路、系统控制电路等一起用于控制两次相邻采样的增量电路，当采样保持输出的值大于实时电压和增量之和时，增加增量，否则保持不变；以及系统控制电路，其在等待状态、学习状态、检测状态及去磁结束状态，协同其他电路一起控制有限状态机的状态转换和输出；以及延时电路，用于对输入数字信号的上升沿和下降沿进行处理，实现需要的延时。
2.根据权利要求1所述的检测和采样保持电路，其中所述时钟控制电路包括 时钟产生电路，其振荡产生周期的脉冲信号；第一触发器，其用于对时钟产生电路输出的周期的脉冲信号进行分频； 第二触发器，其用于控制第一路时钟信号和第二路时钟信号，当PWM信号关闭时打开 这两路时钟信号，当进入去磁结束状态时关闭这两路时钟信号；时钟输出电路，其用于控制第一路、第二路和第三路时钟的输出。
3.根据权利要求1所述的检测和采样保持电路，其中所述采样保持电路包括输入电压跟随器，其用于对变压器反馈信号的缓冲隔离，输出到两路采样电路的开关， 并给增量控制电路提供输入；第一电容器，其用于保持第一路采样的值； 第二电容器，其用于保持第二路采样的值；第一开关，其用于响应第一路采样时钟，控制第一路的采样，控制第一电容器充电或放电；第一开关，其用于响应第二路采样时钟，控制第二路的采样，控制第二电容器充电或放电；取较大值电路，其用于从第一路采样值和第二路采样值中，选择较大值，产生第一参考 信号。
4.根据权利要求3所述的检测和采样保持电路，其中所述取较大值电路包括 第一路电压跟随器，其用于对第一路采样信号的缓冲隔离；第二路电压跟随器，其用于对第二路采样信号的缓冲隔离； 第一路保持信号开关，其用于响应是否选择第一路保持电压值； 第二路保持信号开关，其用于响应是否选择第二路保持电压值； 两路保持电压比较器，其用于比较第一路保持电压和第二路保持电压的值，当第一路 保持值大于第二路保持值时，此比较器输出零，选择导通第一路保持信号开关；否则，此比 较器输出为一，选择导通第二路保持信号开关。
5.根据权利要求1所述的检测和采样保持电路，其中所述等待状态控制电路包括 等待状态计数器，其用于对第三路时钟计数，以构成等待状态要求的时间； 学习和监测状态时钟产生电路，用于控制产生学习状态和监测状态的时钟。
6.根据权利要求1所述的检测和采样保持电路，其中所述学习状态控制电路包括 学习状态计数器，其用于对学习状态时钟计数，以构成学习状态要求的时间； 检测状态标识信号产生电路，用于控制产生检测状态的标识信号。
7.根据权利要求1所述的检测和采样保持电路，其中所述增量控制电路包括 参考电流源，其用于提供参考电流；电流镜，其用于对电流源进行比例复制，产生基于不同权重比例的分支电流； 增量控制计数器，其响应学习状态时钟，产生各分支电流的开关信号； 分支电流开关，其用于响应各路分支电流的控制；检测状态开关，其用于在检测状态下，增加电流，提高检测状态的抗干扰性能； 增量电阻器，其用于产生电压增量，即各支路电流和在增量电阻上的压降，此电压增量 加上输入电压跟随器的输出，产生第二参考信号。
8.根据权利要求1所述的检测和采样保持电路，其中所述系统控制电路包括第一比较器，其用于比较第一参考信号和第二参考信号，当第一参考信号大于第二参 考信号时，其输出为一，否则输出为零；第三触发器，其用于锁存第一比较器的输出；增量控制计数器时钟产生电路，其控制产生在学习状态下，当第三触发器为变为一时， 产生一个脉冲信号给增量控制计数器；去磁信号产生电路，其控制在检测状态下，当第三触发器变为一时，检测状态结束，进 入去磁结束状态。
9.根据权利要求1所述的检测和采样保持电路，其中所述延时电路包括 用于充电的PM0S ；用于放电的NM0S ；延时电容器，其分别和用于充电的PM0S及用于放电的NM0S —起产生缓慢的下降沿和 缓慢的上升沿；施密特触发器，其用于将延时电容器的电压变成上升沿和下降沿更陡的普通数字信号；输出调整电路，其用于调整延时电路输出的相位和驱动能力。
10.一种用于开关电源反馈电压检测和采样保持的方法，其特征在于，把一个完整的开 关电源开关周期划分为五个状态，依次为PWM开状态、等待状态、学习状态、检测状态以及 去磁结束状态，这五个状态构成有限状态机，通过控制有限状态机的状态转换和输出，实现3对反馈电压的检测和采样保持，此有限状态机的运行如下首先，PWM周期开始，系统进入PWM开状态；当PWM关闭后，即开关电源功率管关闭后，进入等待状态，等待波形稳定，开始 两路分时采样反馈电压，并以较大值输出；然后，进入学习状态，学习去磁曲线的斜率，当第 一参考信号大于第二参考信号时，增量增加一个步长，否则增量保持不变，在学习状态里每 一个学习时钟信号周期都判断一次，直到学习状态结束，并最终自适应学习出相邻次采样 的增量；接着，进入检测状态，当检测出第一参考信号大于第二参考信号时，检测状态结束； 最后，进入去磁结束状态，停止采样，保持反馈电压一直到开关电源下一个开关信号脉冲结 束为止；当PWM周期结束后，去磁结束状态结束，系统自动进入PWM开状态；依次循环。
全文摘要
本发明提供了一种用于开关电源反馈电压检测和采样保持的电路及方法。本发明提供的电路包括时钟控制电路，控制采样时钟；采样保持电路，对输入电压分两路分时采样，并选择较大值输出；等待状态控制电路，控制采样并等待波形稳定；学习状态控制电路，控制学习状态的时序；增量控制电路，控制实现两次相邻采样的增量电路；系统控制电路，协同其他电路一起控制有限状态机；以及延时电路，实现需要的延时。本发明提供的方法是把一个完整的开关电源开关周期划分为五个状态，依次为PWM开状态、等待状态、学习状态、检测状态以及去磁结束状态，这五个状态构成有限状态机，通过控制有限状态机的状态转换和输出，实现对反馈电压的检测和采样保持。
文档编号H02M3/335GK101867299SQ201010231488
公开日2010年10月20日 申请日期2010年7月20日 优先权日2010年7月20日
发明者周光友 申请人:周光友