专利名称：开关稳压电路及其电压反馈电路和电压反馈方法
技术领域：
本发明主要涉及开关电源，更具体地，涉及具有线损补偿功能的开关稳压电路及其电压反馈电路和电压反馈方法。
背景技术：
如今，大多数电子设备需要开关电源提供直流电压来供电。开关电源对负载进行供电时，把输出电压的采样作为控制电路的反馈电压，并对该反馈电压进行误差放大后，调整开关管的导通与关断时间以实现输出电压的恒定。然而，当输出线较长或者线径较细时，开关电源与负载之间的输出线存在较大的线路电阻(例如充电器方案中)，输出电流在流过输出线时会产生较大的线损压降。而且，在输出电流变化较大的情况下，输出线的线后输出电压也会有较大变化，影响负载的正常工作。在恒压输出模式下，这种变化在某些场合是 不能被接受的。
发明内容
针对现有技术中的一个或多个问题，本发明的一个目的是提供一种具有线损补偿功能的开关稳压电路及其电压反馈电路和电压反馈方法，通过补偿输出电流流过输出线时引起的线损压降，维持开关电源向负载提供的电压达到设定电压，以保证负载正常工作。在本发明一个方面，提出一种用于开关稳压电路的电压反馈电路，该开关稳压电路包括将输入电压转换为输出电压和输出电流的开关电路，该电压反馈电路包括电阻分压电路，采样输出电压；线损检测电路，在其输出端提供补偿控制信号，该补偿控制信号与输出电流成正比；受控电流源电路，具有控制端、接地端和输出端，其中控制端耦接至线损检测电路的输出端以接收补偿控制信号，接地端接地，输出端提供补偿电流；以及其中电阻分压电路的输出端与受控电流源电路的输出端连接在一起以提供代表线后输出电压的反馈电压。在本发明的另一个方面，提出一种具有线损补偿功能的开关稳压电路，包括开关电路，包括主开关管，通过主开关管的导通与关断将输入电压转换为输出电压和输出电流；如上所述的电压反馈电路，采样开关电路的输出电压，产生代表线后输出电压的反馈电压；控制电路，基于反馈电压和基准参考电压，产生控制主开关管导通与关断的控制信号，使得开关稳压电路的线后输出电压达到设定值。在本发明的又一个方面，还提出一种用于开关稳压电路的电压反馈方法，该开关稳压电路包括开关电路，通过开关电路将输入电压转换为输出电压和输出电流，该电压反馈方法包括采样输出电压，并进行分压；产生一与输出电流成正比的补偿控制信号；根据该补偿控制信号，产生随补偿控制信号变化的补偿电流；以及利用补偿电流对分压后的输出电压进行补偿，产生代表线后输出电压的反馈电压。根据本发明的实施例，通过在电阻分压电路的输出端施加一个负的补偿电流，补偿输出电流变化与输出线线路电阻带来的线损压降，从而保持开关稳压电路的线后输出电压恒定。
为了更好的理解本发明，将根据以下附图对本发明进行详细描述图I是根据本发明一实施例的开关稳压电路100的框图；图2是根据本发明一实施例的用于说明线损补偿功能的电路图；图3是根据本发明一实施例的电压反馈电路的电路原理图；图4是根据本发明一实施例的开关稳压电路的应用示意图；图5是根据本发明一实施例的图4中功率管理芯片220的电路原理图；图6是根据本发明一实施例的图5中线损检测电路203的电路原理图； 图7是根据本发明一实施例的图6中检测电路310的基本波形；图8是根据本发明一实施例的用于开关稳压电路的电压反馈方法800的流程图；图9是根据本发明一实施例的用于图8所示电压反馈方法中的启动消隐方法900的流程图。
具体实施例方式下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。在整个说明书中，对“ 一个实施例”、“实施例”、“ 一个示例”或“示例”的提及意味着结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。应当理解，当称“元件” “连接到”或“耦接”到另一元件时，它可以是直接连接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件时，不存在中间元件。图I是根据本发明一实施例的开关稳压电路100的框图。如图I所示，开关稳压电路100包括开关电路101、电压反馈电路和控制电路105。电压反馈电路包括电阻分压电路102、线损检测电路103、受控电流源电路104。其中开关电路101包括主开关管，通过控制主开关管的导通与关断将输入电压Vin转换为输出电压Vout和输出电流lout。开关电路101可采用任何交流/直流或者直流/直流变换拓扑结构，例如同步或非同步的升压、降压变换器，以及正激、反激变换器等等。开关电路101工作在恒压模式，为负载106提供的电压应等于设定电压Vo。电阻分压电路102用于采样输出电压Vout。在图I所示的实施例中，电阻分压电路102耦接至开关电路101的输出端，直接对输出电压Vout进行分压采样。在另一个实施例中，电阻分压电路102耦接至开关电路101中变压器的辅助绕组两端，对辅助绕组两端的电压进行分压采样。在一个实施例中，电阻分压电路102包括串联连接的第一分压电阻器R1和第二分压电阻器R2，第一分压电阻器R1和第二分压电阻器R2的连接点为电阻分压电路102的输出端。线损检测电路103用于提供与输出电流Iout成正比的补偿控制信号CC。在一个实施例中，线损检测电路103包括输出电流Iout的检测电路，基于输出电流Iout产生与输出电流Iout成正比的补偿控制信号CC。补偿控制信号CC可以是电压信号，也可以是电流信号。在另一个实施例中，线损检测电路根据其他信号来产生与输出电流Iout成正比的补偿控制信号CC，例如后面实施例中，线损检测电路根据反馈电压Vfb和主开关管的控制信号CTRL来产生与输出电流Iout成正比的补偿控制信号CC。受控电流源电路104具有控制端、接地端和输出端，其中控制端耦接至线损检测电路103的输出端，以接收补偿控制信号CC，接地端接地，受控电流源电路104在其输出端 产生与输出电流Iout成正比的补偿电流ICP。受控电流源电路104的输出端与电阻分压电路102的输出端连接在一起，提供代表线后输出电压Voutl的反馈电压VFB。与补偿控制信号CC相对应，受控电流源电路104可以是电压控制的电流源，也可以是电流控制的电流源。控制电路105接收反馈电压Vfb，将反馈电压Vfb与基准参考电压Vref相比较，经过误差放大后，根据误差放大的结果产生控制开关电路101中主开关管导通与关断的控制信号，调整开关电路101中主开关管的导通与关断，使得开关稳压电路100的线后输出电压Voutl达到设定电压Vo。下面参照图2来说明根据本发明实现线损补偿功能的电路原理。图2是根据本发明一实施例的用于说明线损补偿功能的电路图。未接入受控电流源电路时，电阻分压电路102对输出电压Vout进行分压，在其输出端(节点S)得到代表输出电压Vout的第一米样电压Vsi
I/ _ I/^2vSi = vOM ο . D
M+"(I)其中，R1和R2分别为第一和第二分压电阻器的电阻值。实际上，为保证开关稳压电路提供给负载的电压达到设定电压Vo，我们希望在电阻分压电路102的输出端(节点S)得到代表线后输出电压Voutl的第二采样电压Vs2
r R,,R,V82 = Voutl 二)= (Vollt -
Iout^iine') yy
1H + 1<21<1 + 1<2(2)其中，Iout为开关电源的输出电流，Rlim为开关电路与负载之间输出线的电阻值。为得到式⑵中的第二采样电压Vs2，如图2所示，在电阻分压电路102的输出端施加一个负的补偿电流ICP，补偿电流Icp流过第一分压电阻器R1，将第一采样电压Vsi降至第二采样电压Vs2，如图2所示，由此得到的第二采样电压Vs2与输出电压Vout的关系为匕,，=(2+( 1+UK
K2(3)将式(3)代入式⑵，得到补偿电流Icp为
, I A
_ _ J _ out lineiCP- ~~~
(4)由式(4)可以看出，所需补偿电流Icp的值与输出电流lout、输出线的电阻值Rlim以及第一分压电阻器的电阻值R1有关。对于特定电路结构的开关稳压电路来讲，其输出线的电阻值Rline与第一分压电阻器的电阻值R1是常数。因此，补偿电流Icp的值随输出电流Iout变化,与输出电流Iout成正比。这样，开关稳压电路采用合适大小的补偿电流Iep对第一采样电压Vsi进行补偿，将符合采样期望的第二采样电压Vs2作为反馈电压Vfb提供至开关稳压电压的控制电路，通过调整开关电路中主开关管的导通和关断时间，维持开关电路提供至负载的线后输出电压Voutl达到设定电压Vo。图3是根据本发明一实施例的电压反馈电路的电路原理图。电压反馈电路包括电阻分压电路102、线损检测电路103以及受控电流源电路104。其中，电阻分压电路102用于采样输出电压Vout。线损检测电路103在其输出端提供一与输出电流Iout成正比的补偿控制信号CC。受控电流源电路104具有控制端、接地端和输出端，其中控制端耦接至线损检测电路103的输出端接收补偿控制信号CC，接地端接地，输出端提供补偿电流Ισ。电阻分压电路102的输出端与受控电流源电路104的输出端连接在一起以提供代表线后输出电 压Voutl的反馈电压VFB。在图3所示的实施例中，受控电流源电路104为电压控制的电流源电路，包括运算放大器141、开关管142和补偿电阻器143以及电流镜像电路，其中运算放大器141的同相输入端作为受控电流源电路104的控制端，耦接至线损检测电路103的输出端以接收补偿控制信号CC。运算放大器141的反相输入端耦接至开关管132的源极，输出端耦接至开关管132的栅极。开关管132的漏极耦接至电流镜像电路的输入端，源极经补偿电阻器133接地。电流镜像电路在其输出端提供所需的补偿电流在一个实施例中，电流镜像电路包括级联连接的电流镜I (144)和电流镜2(145)。在图3所示的实施例中，受控电流源电路104可通过改变补偿电阻器143的电阻值来调节补偿电流Icp的大小。在另一个实施例中，受控电流源电路104包括电流控制的电流源电路，例如比例电流镜电路，接收与输出电流Iout成正比的补偿控制信号CC，并将其转换为符合式(4)的补偿电流在一个实施例中，电压反馈电路还包括启动消隐电路130。在开关稳压电路的启动阶段，输出电压较小，输出电压增大到设定电压Vo需要一定的时间。通常情况下，启动阶段的开关稳压电路会工作在恒流模式，即输出电流不变。这样受控电流源电路104所提供的补偿电流会引起输出电压过冲，延长输出电压进入稳态的时间，影响开关稳压电路的工作性能。为此，电压反馈电路包括具有消隐功能的启动消隐电路130，在开关稳压电路启机信Pwr_on来临时，启动消隐电路130触发受控电流源电路，消隐受控电流源电路104控制端的补偿控制信号CC，使补偿电流Ict为零，并在输出电压Vout增大到接近设定电压No时，恢复补偿控制信号CC对受控电流源电路103的正常控制，使补偿电流Ict随补偿控制信号CC变化。在图3所示的实施例中，启动消隐电路130包括单触发电路131、使能比较器132、触发器133以及放电开关管134。单触发电路131接收开关稳压电路的启机信号Pwr_on，单触发电路131的输出端耦接至触发器133的置位端S。使能比较器132的同相输入端耦接至电阻分压电路102的输出端以接收代表线后输出电压的反馈电压Vfb，反相输入端接收使能参考电压Ven，输出端耦接至触发器133的复位端R。放电开关管134具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至受控电流源电路104的控制端，第二端耦接至地，控制端耦接至触发器133的输出端。当开关稳压电路启动时，单触发电路131产生单脉冲信号至触发器133的置位端S，置位触发器133，控制放电开关管134导通，将受控电流源电路104控制端的补偿控制信号CC置零，实现对补偿控制信号的消隐。因此在输出电压建立的启动阶段，补偿电流Icp为0，电阻分压电路102在其输出端提供的反馈电压Vfb等于第一采样电压Vsio使能比较器132将反馈电压Vfb与使能参考电压Ven相比较，当反馈电压Vfb增大到使能参考电压Ven时，复位触发器133，放电开关管134关断，恢复补偿控制信号CC对受控电流源电路104的正常控制，使补偿电流Iep随补偿控制信号CC变化。在一个实施例中，使能参考电压Ven = O. 9*Vo，其中No为开关稳压电路提供给负载的设定电压。开关稳压电路工作在电流断续模式时，输出功率Pwt表示为
权利要求
1.一种电压反馈电路，用于开关稳压电路，该开关稳压电路包括将输入电压转换为输出电压和输出电流的开关电路，该电压反馈电路包括 电阻分压电路，采样输出电压； 线损检测电路，在其输出端提供补偿控制信号，该补偿控制信号与输出电流成正比； 受控电流源电路，具有控制端、接地端和输出端，其中控制端耦接至线损检测电路的输出端以接收补偿控制信号，接地端接地，输出端提供补偿电流；以及 其中电阻分压电路的输出端与受控电流源电路的输出端连接在一起以提供代表线后输出电压的反馈电压。
2.如权利要求I所述的电压反馈电路，进一步包括启动消隐电路，该启动消隐电路包括 使能比较器，具有同相输入端、反相输入端以及输出端，其中同相输入端耦接至反馈电压，反相输入端耦接至使能参考电压； 单触发电路，具有输入端和输出端，其中输入端耦接至开关稳压电路的启机信号； 第一触发器，具有置位端、复位端和输出端，其中置位端耦接至单触发电路的输出端，复位端耦接至使能比较器的输出端；以及 放电开关管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至受控电流源电路的控制端，第二端耦接至地，控制端耦接至第一触发器的输出端。
3.如权利要求2所述的电压反馈电路，其中受控电流源电路包括 运算放大器，具有同相输入端、反相输入端和输出端，其中同相输入端用作受控电流源电路的控制端耦接至线损检测电路的输出端； 第一开关管，具有第一端、第二端和控制端，其中第二端耦接至运算放大器的反相输入端，控制端耦接至运算放大器的输出端； 补偿电阻器，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至第一开关管的第二端，第二端接地；以及 电流镜电路，具有输入端和输出端，其中输入端I禹接至第一开关管的第一端，输出端用作受控电流源电路的输出端提供补偿电流。
4.一种具有线损补偿功能的开关稳压电路，包括 开关电路，包括主开关管，通过主开关管的导通与关断将输入电压转换为输出电压和输出电流； 如权利要求I 3任一项所述的电压反馈电路，采样开关电路的输出电压，产生代表线后输出电压的反馈电压； 控制电路，基于反馈电压和基准参考电压，产生控制主开关管导通与关断的控制信号，使得开关稳压电路的线后输出电压达到设定值。
5.如权利要求4所述的开关稳压电路，其中电阻分压电路耦接在开关电路的输出端与地之间，直接对输出电压进行分压。
6.如权利要求4所述的开关稳压电路，其中线损检测电路包括输出电流检测电路。
7.如权利要求4所述的开关稳压电路，其中线损检测电路包括开关频率检测电路，在其输出端产生与开关频率成正比的补偿控制信号。
8.如权利要求4所述的开关稳压电路，其中开关电路包括反激变压器，具有原边绕组、副边绕组以及位于原边的与副边绕组极性相同的辅助绕组； 电阻分压电路耦接在反激变压器辅助绕组的两端，采样辅助绕组两端的电压。
9.如权利要求8所述的开关稳压电路，其中线损检测电路包括 第一非门，具有输入端和输出端，其中输入端耦接至控制信号； 第一上升沿检测电路，具有输入端和输出端，其中输入端耦接至第一非门的输出端；第一比较器，具有同相输入端，反相输入端以及输出端，其中同相输入端耦接至电阻分压电路的输出端，反相输入端耦接至比较参考信号； 第二非门，具有输入端和输出端，其中输入端耦接至第一比较器的输出端； 第二上升沿检测电路，具有输入端和输出端，其中输入端耦接至第二非门的输出端；第二触发器，具有置位端、复位端和输出端，其中置位端耦接至第一上升沿检测电路的输出端，复位端耦接至第二上升沿检测电路的输出端； 缓冲电路，具有输入端和输出端，其中输入端耦接至第二触发器的输出端； 第一电阻器，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至缓冲电路的输出端；第二端耦接至受控电流源电路的控制端； 第一电容器，具有第一端和第二端，其中第一端用作线损检测电路的输出端耦接至第一电阻器的第二端，第二端接地。
10.一种用于开关稳压电路的电压反馈方法，该开关稳压电路包括开关电路，通过开关电路将输入电压转换为输出电压和输出电流，该电压反馈方法包括 米样输出电压，并进行分压； 产生一与输出电流成正比的补偿控制信号； 根据该补偿控制信号，产生随补偿控制信号变化的补偿电流；以及 利用补偿电流对分压结果进行补偿，产生代表线后输出电压的反馈电压。
11.如权利要求10所述的电压反馈方法，进一步包括 当开关稳压电路启机时，将补偿控制信号消隐，使补偿电流为零；以及 当反馈电压大于使能参考电压时，使补偿电流随补偿控制信号变化。
全文摘要
本发明公开了一种开关稳压电路及其电压反馈电路和电压反馈方法。该开关稳压电路包括将输入电压转换为输出电压和输出电流的开关电路，该电压反馈电路包括电阻分压电路，采样输出电压；线损检测电路，在其输出端提供补偿控制信号，该补偿控制信号与输出电流成正比；受控电流源电路，具有控制端、接地端和输出端，其中控制端耦接至线损检测电路的输出端以接收补偿控制信号，接地端接地，输出端提供补偿电流；以及其中电阻分压电路的输出端与受控电流源电路的输出端连接在一起以提供代表线后输出电压的反馈电压。
文档编号H02M3/06GK102832806SQ201210341328
公开日2012年12月19日 申请日期2012年9月14日 优先权日2012年9月14日
发明者王斯然 申请人:成都芯源系统有限公司