专利名称：一种适用于电流模式开关电源的过功率补偿电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种过功率补偿电路，尤其涉及一种适用于电流模式开关电源的过功率补偿电路，属于电源开关技术领域。
背景技术：
随着各种电子产品如个人PC、打印机、电视机、家庭影院等的广泛推广，应用客户不仅对这些电子设备的功能、性能等方面提出了严格的要求，尤其对设备的可靠性更为关注。目前，国内大多数的家用电子设备是由市政直接供电，为了适应电压在85 ^4V之间波动的交流市电供电，家用电子设备中通常配有AC/DC开关电源。图1是传统的AC/DC开关电源的电路图，该电路图中的电路100包括桥式整流电路101、稳压电容器102、变压器103、 NMOS功率开关晶体管107、检测电阻108、续流二级管104、输出滤波电容106、负载105和控制单元109。桥式整流电路101跨接在变压器103初级线圈两端用以接收交流AC电压并提供直流DC输出电压，功率开关晶体管107的漏端与变压器103的初级线圈串联，检测电阻 108连接功率开关晶体管107的源端用以检测流过变压器103初级线圈的峰值电流，变压器 103的次级线圈通过续流二级管104连接输出负载105，通过控制单元109的输出逻辑信号调制功率开关晶体管107的开通或关断实现把储存在初级线圈中的能量传递到输出。采用峰值电流模式的开关电源，正常工作状态时一般是通过电流环路不断地检测流经电感或变压器初级线圈的峰值电流来调制系统的开通或关断，使反馈环路稳定地向负载提供需要的功率。但是在短路或过载状态下，系统的电压和电流环路都失去作用，而电感或变压器初级线圈的峰值电流仅受系统的电流钳位阈值限制，传统的AC/DC开关电源系统中电流钳位阈值一般是把经检测电阻采样得到的采样电压与恒定的电压作比较，这样就造成无论输入电压是多少只要检测电阻相同系统的峰值电流就相等，系统的最大输入功率也会随着输入电压的不同而不等。此外，在实际应用中，一般从电流取样到功率开关管彻底关断都有一定的传输延迟，而相同的电感或变压器绕组会因不同的输入电压产生不同的电流斜率，从而造成对于相同的传输延迟高输入电压的最大功率点高于低输入电压时的最大功率点。此外，在设备使用过程中，由于启动、输出过载或短路等突发情况引起的输出功率过大而造成电源和负载设备损坏的事情时有发生，因此在开关电源设计中增设过功率补偿电路显得特别重要。
发明内容
为了消除开关电源在实际应用中因输入电压不同导致功率点不同以及传输延迟带来的不利影响，本发明提出了一种适用于电流模式的开关电源的过功率补偿电路。该电路是通过在从变压器初级线圈采样得来的电压信号上叠加一定斜率的补偿电压信号，并把叠加后的电压信号与两个不同的基准电压进行比较产生逻辑电平信号，从而通过控制单元控制开关晶体管的开通或关断。本发明解决上述技术问题的技术方案如下一种适用于电流模式开关电源的过功
4率补偿电路，其中，电流模式开关电源借助变压器通过开通或关断功率开关晶体管从输入线向输出负载传输能量，所述的过功率补偿电路包括斜坡电流产生电路和与其相连的功率补偿实现电路，所述斜坡电流产生电路用于产生周期性的补偿用的斜坡电流；所述功率补偿实现电路用于采集变压器的采样电压，并将通过周期性的补偿用的斜坡电流产生的补偿电压叠加在采样电压上后，与不同的基准电压相比较而产生逻辑电平信号，从而通过电流模式开关电源中的控制单元控制功率开关晶体管的开通或关断；所述功率补偿实现电路包括第一组电流镜、第二组电流镜、第三组电流镜、第四组电流镜、偏移电阻、第一电流检测比较器、第二电流检测比较器和逻辑单元；所述第一组电流镜、第二组电流镜、第三组电流镜、第四组电流镜用于把周期性的斜坡电流按相同的比例镜像到偏移电阻的第一端和第二端；所述偏移电阻的第一端和第二组电流镜的输出端相连，第二端和第四组电流镜以及采样电压的输出端相连，所述偏移电阻用于产生补偿电压； 所述第一电流检测比较器的正相输入端和采样电压的输出端相连，负相输入端和第一基准电压相连，输出端和逻辑单元相连，所述第一电流检测比较器用于将补偿电压和第一基准电压相比较；所述第二电流检测比较器的正相输入端和叠加补偿电压后的采样电压的输出端相连，负相输入端和第二基准电压相连，输出端和逻辑单元相连，所述第二电流检测比较器用于将叠加补偿电压后的采样电压和第二基准电压相比较；所述逻辑单元用于根据第一电流检测比较器和第二电流检测比较器的比较结果产生逻辑电平信号。所述第一基准电压和第二基准电压的大小与最大输入功率点有关，所述第一基准电压和第二基准电压的大小不相同。在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。进一歩，所述斜坡电流产生电路包括误差放大器、电容、电阻、PMOS晶体管、第一 NMOS晶体管和第二 NMOS晶体管；所述误差放大器的正相输入端与电容的第一端子以及 PMOS晶体管的漏极、第一 NMOS晶体管的漏极相连接，所述误差放大器的输出端连接到第二 NMOS晶体管的栅极，所述误差放大器的负相输入端连接到第二 NMOS晶体管的源极和电阻的第一端子；所述电容的第二端子、电阻的第二端子、第一 NMOS晶体管的源极同时接地；所述PMOS晶体管和第一 NMOS晶体管的栅极共同连接ー逻辑信号。进一歩，所述第一组电流镜和斜坡电流产生电路相连；第二组电流镜和第一组电流镜的第一输出端相连；第三组电流镜和第一组电流镜的第二输出端相连；第四组电流镜和第三组电流镜相连，第二组电流镜的输出端连接到偏移电阻的第一端并连接到第二电流检测比较器的正相输入端；第四组电流镜的输出端连接到偏移电阻的第二端并与采样电压的输出端相连。进一歩，所述第一组电流镜包括第一 PMOS晶体管、第二 PMOS晶体管和第三PMOS 晶体管，所述第一 PMOS晶体管的漏极和栅极连接并与斜坡电流产生电路中第二 NMOS晶体管的漏极相连，第二 PMOS晶体管的漏极作为第一组电流镜的第一输出端连接到第二组电流镜，第三PMOS晶体管的漏极作为第一组电流镜的第二输出端连接到第三组电流镜。进一歩，所述第二组电流镜包括第一 NMOS晶体管和第二 NMOS晶体管，所述第一 NMOS晶体管的栅极和漏极连接并与第二 NMOS晶体管的栅极相连，所述第一 NMOS晶体管的漏极连接第一组电流镜的第一输出端，所述第二 NMOS晶体管的漏极与偏移电阻的第二端子相连并连接到第二个电流检测比较器的正相输入端。
进一歩，所述第三组电流镜包括第一 NMOS晶体管和第二 NMOS晶体管，所述第一 NMOS晶体管栅极和漏极连接并与第二 NMOS晶体管的栅极相连，第一 NMOS晶体管的漏极连接第一组电流镜的第二输出端，所述第二 NMOS晶体管的漏极连接到第四组电流镜。进一歩，所述第四组电流镜包括第一 PMOS晶体管和第二 PMOS晶体管，所述第一 PMOS晶体管的栅极和漏极相连并与第二 PMOS晶体管的栅极相连，所述第一 PMOS晶体管的漏极连接第三电流镜中的第二 NMOS晶体管的漏扱，所述第二 PMOS晶体管的漏极连接偏移电阻的第一端子并与第一个电流检测比较器的正相输入端相连。本发明的有益效果是本发明适用于电流模式开关电源的过功率补偿电路通过产生周期性的斜坡电流，并当斜坡电流流过偏移电阻时，产生ー个周期性的带斜坡的补偿电压，该补偿电压与采样得到的电压相叠加得到补偿后的采样电压，分別把补偿前的采样电压和补偿后的采样电压与不同的基准电压比较，有效地改变不同输入电压下的峰值电流阈值点，从而弥补了不同输入电压下最大输入功率点不同带来的影响，该电路无需外部多余配置器件，在不增加成本的基础上，通过感测变压器初级线圈中流过的电流来实现峰值电流监控，从而达到控制功率的目的，避免了高输入电压时输入功率过大带来的危害。
图1为传统的AC/DC开关电源的部分架构图；图2为本发明实施例适用于电流模式开关电源的过功率补偿电路的电路图；图3为本发明实施例产生斜坡电流的电路图；图4为本发明实施例斜坡电流的波形图；图5为本发明实施例实现功率补偿的电路图；图6为本发明实施例补偿前后采样电压的波形图；图7为本发明实施例补偿后功率与输入电压的曲线图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。图2为本发明实施例适用于电流模式开关电源的过功率补偿电路的电路图，如图 2所示，由图3中产生斜坡电流的电路和图5中实现功率补偿的电路组成。如图3是本发明实施例产生斜坡电流的电路图。在该电路图中，所述电路200包括误差放大器204、电容203、电阻206、PMOS晶体管201、NMOS晶体管202、NMOS晶体管205。 其中，所述误差放大器204是采用P型输入对管的两级放大器，它的正相输入端与电容203 的第一端子以及PMOS晶体管201的漏扱、NMOS晶体管202的漏极相连接，它的输出端连接到NMOS晶体管205的栅极，它的负相输入端连接到NMOS晶体管205的源极和电阻206的第一端子，而电容203的第二端子、电阻203的第二端子、NMOS晶体管202的源极同时接地。 所述误差放大器204、NM0S晶体管205和电阻206三者共同組成V-I缓冲电路，实现输入电压到输出电流的转换，其产生的电流由第一组电流镜提供。PMOS晶体管201和NMOS晶体管 202的漏极相连組成ニ选ー单元，其中，PMOS晶体管201的源极接另一恒定电流源I1，NM0S 晶体管202的源极接地。PMOS晶体管201和NMOS晶体管202的栅极共同连接ー逻辑信号SEL。其中，当逻辑信号SEL =“1”吋，PMOS晶体管201关闭，NMOS晶体管202选通，误差放 大器204的正相输入端短接到地，根据误差放大器正负输入端“虚短”的原理，得到电阻206 的第一端子和第二端子电压相等并等于0，此时流过电阻206的电流为0，即流向第一组电 流镜的电流为0 ；当逻辑信号SEL = “0”吋，NMOS晶体管202关闭，PMOS晶体管201选通， 即与PMOS晶体管201的源极相连的恒定电流源I1通过PMOS晶体管201对电容203充电， 由公式
[0026权利要求
1.一种适用于电流模式开关电源的过功率补偿电路，其特征在于，所述电流模式开关电源借助变压器通过开通或关断功率开关晶体管从输入线向输出负载传输能量，所述的过功率补偿电路包括斜坡电流产生电路和与其相连的功率补偿实现电路，所述斜坡电流产生电路用于产生周期性的补偿用的斜坡电流；所述功率补偿实现电路用于采集变压器的采样电压，并将通过周期性的补偿用的斜坡电流产生的补偿电压叠加在采样电压上后，与不同的基准电压相比较而产生逻辑电平信号，从而通过电流模式开关电源中的控制单元控制功率开关晶体管的开通或关断；所述功率补偿实现电路包括第一组电流镜、第二组电流镜、第三组电流镜、第四组电流镜、偏移电阻、第一电流检测比较器、第二电流检测比较器和逻辑单元；所述第一组电流镜、 第二组电流镜、第三组电流镜和第四组电流镜用于把周期性的斜坡电流按相同的比例镜像到偏移电阻的第一端和第二端；所述偏移电阻的第一端和第二组电流镜的输出端相连，第二端和第四组电流镜以及采样电压的输出端相连，所述偏移电阻用于产生补偿电压；所述第一电流检测比较器的正相输入端和采样电压的输出端相连，负相输入端和第一基准电压相连，输出端和逻辑单元相连，所述第一电流检测比较器用于将补偿电压和第一基准电压相比较；所述第二电流检测比较器的正相输入端和叠加补偿电压后的采样电压的输出端相连，负相输入端和第二基准电压相连，输出端和逻辑单元相连，所述第二电流检测比较器用于将叠加补偿电压后的采样电压和第二基准电压相比较；所述逻辑单元用于根据第一电流检测比较器和第二电流检测比较器的比较结果产生逻辑电平信号。
2.根据权利要求1所述的适用于电流模式开关电源的过功率补偿电路，其特征在于， 所述斜坡电流产生电路包括误差放大器、电容、电阻、PMOS晶体管、第一 NMOS晶体管和第二 NMOS晶体管；所述误差放大器的正相输入端与电容的第一端子以及PMOS晶体管的漏极、第一NMOS晶体管的漏极相连接，所述误差放大器的输出端连接到第二 NMOS晶体管的栅极，所述误差放大器的负相输入端连接到第二 NMOS晶体管的源极和电阻的第一端子；所述电容的第二端子、电阻的第二端子、第一 NMOS晶体管的源极同时接地；所述PMOS晶体管和第一 NMOS晶体管的栅极共同连接一逻辑信号。
3.根据权利要求2所述的适用于电流模式开关电源的过功率补偿电路，其特征在于， 所述第一组电流镜和斜坡电流产生电路相连；第二组电流镜和第一组电流镜的第一输出端相连；第三组电流镜和第一组电流镜的第二输出端相连；第四组电流镜和第三组电流镜相连，所述第二组电流镜的输出端连接到偏移电阻的第一端并连接到第二电流检测比较器的正相输入端；第四组电流镜的输出端连接到偏移电阻的第二端并与采样电压的输出端相连。
4.根据权利要求3所述的适用于电流模式开关电源的过功率补偿电路，其特征在于， 所述第一组电流镜包括第一 PMOS晶体管、第二 PMOS晶体管和第三PMOS晶体管，所述第一 PMOS晶体管的漏极和栅极连接并与斜坡电流产生电路中第二 NMOS晶体管的漏极相连，第二PMOS晶体管的漏极作为第一组电流镜的第一输出端连接到第二组电流镜，第三PMOS晶体管的漏极作为第一组电流镜的第二输出端连接到第三组电流镜。
5.根据权利要求4所述的适用于电流模式开关电源的过功率补偿电路，其特征在于， 所述第二组电流镜包括第一 NMOS晶体管和第二 NMOS晶体管，所述第一 NMOS晶体管的栅极和漏极连接并与第二 NMOS晶体管的栅极相连，所述第一 NMOS晶体管的漏极连接第一组电CN 102545663 A流镜的第一输出端，所述第二 NMOS晶体管的漏极与偏移电阻的第二端子相连并连接到第二个电流检测比较器的正相输入端。
6.根据权利要求5所述的适用于电流模式开关电源的过功率补偿电路，其特征在于， 所述第三组电流镜包括第一 NMOS晶体管和第二 NMOS晶体管，所述第一 NMOS晶体管栅极和漏极连接并与第二 NMOS晶体管的栅极相连，第一 NMOS晶体管的漏极连接第一组电流镜的第二输出端，所述第二 NMOS晶体管的漏极连接到第四组电流镜。
7.根据权利要求6所述的适用于电流模式开关电源的过功率补偿电路，其特征在于， 所述第四组电流镜包括第一 PMOS晶体管和第二 PMOS晶体管，所述第一 PMOS晶体管的栅极和漏极相连并与第二 PMOS晶体管的栅极相连，所述第一 PMOS晶体管的漏极连接第三电流镜中的第二 NMOS晶体管的漏极，所述第二 PMOS晶体管的漏极连接偏移电阻的第一端子并与第一个电流检测比较器的正相输入端相连。
全文摘要
本发明涉及一种用在电流模式开关电源中的过功率补偿电路。所述功率补偿电路包括斜坡电流产生电路、电流镜电路、偏移电阻和电流检测比较器，斜坡电流产生电路用来产生用于补偿的电流；偏移电阻用来连接采样电压并使采样电压产生偏移；电流检测比较器用于连接采样电压和控制功率开关管开关的信号的单元，通过把补偿前后的采样电压信号分别与不同的基准电压进行比较得到控制功率开关管开关的控制信号。通过采用本发明中的功率补偿电路，有效地调制了不同输入电压状况时变压器初级线圈的峰值电流阈值，从而避免了高输入电压时输入功率过大带来的危害。
文档编号H02M7/219GK102545663SQ20101057761
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月7日 优先权日2010年12月7日
发明者杨卫丽, 王本川, 赵野 申请人:中国科学院微电子研究所