线路补偿电路和方法以及具有线路补偿电路的电源的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种线路补偿电路和方法以及具有线路补偿电路的电源，所述线路补偿电路包括线电压感测电路和和电流限制调节器。所述线电压感测电路通过补偿电容器感测感应器电流的斜率，所述补偿电容器接收感测电压，所述感测电压代表所述电源的初级侧上的所述感应器电流。从所述补偿电容器生成的补偿电流由所述电流限制调节器使用以调节所述电源的输出电流限制。本发明适于不同电源拓扑结构并且通过感测感应器电流的斜率相对于准确性提供更稳固的线路补偿，从而允许与仅仅考虑到线电压的传统方法相比更好的恒定输出电流和/或功率限制控制。
【专利说明】线路补偿电路和方法从及具有线路补偿电路的电源
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2015年3月6日提交的美国临时申请No. 62，129，257的权益，该申请W 引用方式全文并入本文。
技术领域
[0003] 本发明整体设及电路，并且更具体地讲但不排他性地，设及用于电源的线路补偿 电路。
【背景技术】
[0004] 电源可在初级侧上接收输入交流（AC)线电压W在次级侧上生成经调节的直流 (DC)输出电压。电源可包括初级侧电流感测电路W估计次级侧上的用于调节的输出电流W 及限制输出功率。例如，初级侧上的感应器电流可被感测到W估计输出电流。初级侧电流感 测的一个问题是，由于总开关在初级侧上的关断传播延迟，所感测到的峰值感应器电流可 能不会准确地反映实际峰值感应器电流。
【发明内容】
[0005] 在一个实施例中，用于电源的线路补偿电路包括线电压感测电路和和电流限制调 节器。线电压感测电路通过补偿电容器感测感应器电流的斜率，所述补偿电容器接收感测 电压，所述感测电压代表电源的初级侧上的感应器电流。从补偿电容器生成的补偿电流由 电流限制调节器使用W调节电源的输出电流限制。本发明的实施例适于不同电源拓扑结构 并且通过感测感应器电流的斜率相对于准确性提供更稳固的线路补偿，从而允许与仅仅考 虑到线电压的传统方法相比更好的恒定输出电流和/或功率限制控制。
[0006] 本领域技术人员将在阅读本公开的全文后容易明白本发明的运些和其他特征，本 公开的全文包括附图和权利要求书。
【附图说明】
[0007] 图1示出可结合本发明的实施例的示例性电源。
[0008] 图2示出波形，该波形示出从电源的初级侧感测真实感应器电流的困难。
[0009] 图3示出感应器电流的波形。
[0010] 图4示出根据本发明的实施例的线路补偿电路的示意图。
[0011] 图5示出根据本发明的实施例的线路补偿电路的示意图。
[0012] 图6示出根据本发明的实施例的电压极限调制器的示意图。
[OOK]图7示出根据本发明的实施例的线路补偿电路的示意图。
[0014]在不同图示中使用相同附图标记指示相同或相似部件。
【具体实施方式】
[0015] 在本公开中，提供许多特定细节，诸如电路、部件和方法的例子，W提供对本发明 的实施例的透彻理解。然而，本领域技术人员将认识到，可在没有运些特定细节中的一个或 多个的情况下实践本发明。在其他情况下，未示出或描述熟知细节W免模糊本发明的方面。
[0016] 图1示出可结合本发明的实施例的示例性电源。图1的电源具有离线回扫转换器拓 扑结构W仅仅用于说明目的。应该指出的是，本发明的实施例还可用于其他电源拓扑结构 中。
[0017] 在图1的例子中，桥整流器将输入AC线电压整流为整流电压，该整流电压由输入电 容器Cblki过滤W在变压器TX的初级绕组Np的一端上生成输入电压VBLK。初级绕组Np的另一 端连接到开关元件，在该例子中所述开关元件为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET) Ml。晶体管Ml的栅极可被控制W生成通过初级绕组Np的初级侧感应器电流ILp。感应器电流 ILp在变压器TX的次级绕组化上引起电流。电源的次级侧包括输出电路，该输出电路包括输 出二极管化和输出电容器Co。次级侧上的感应电流用于对输出电容器Co充电W及生成输出 电压Vo。将负载(未示出)连接到电源W接收输出电压Vo和相应的输出电流I0UT。
[0018] 图1的电源包括与本公开不相关的其他部件，诸如反馈电路W及用于控制晶体管 Ml的开关操作W调节输出电压Vo的控制器。运些和其他熟知的部件可使用常规电路来实施 并且因此为了清晰说明而未示出。
[0019] 在图1的例子中，采用初级侧电流感测W出于调节目的估计输出电流IOUT和/或限 制输出功率。例如，输出电流I OUT可从感应器电流I Lp估计，该感应器电流I Lp可从感测电压 VCS感测到，该感测电压VCS在晶体管Ml打开时通过感应器电流ILp在感测电阻器Rcs上产生。 初级侧电流感测的一个问题是，由于晶体管Ml的关断延迟，从感测电阻器Rcs感测到的峰值 感应器电流IPK不会准确地反映感应器电流ILp的实际峰值感应器电流IPK，实际值。该问题 参照图2的波形进一步示出。
[0020] 图2从上到下示出在晶体管Ml的栅极处的理想栅极驱动信号（曲线121)，在晶体管 Ml的栅极处的实际栅极驱动信号（曲线122)，W及初级侧上的所得感应器电流ILp(曲线 123)的波形。在图2中，A IPK为感应器电流ILp的实际峰值感应器电流IPK，实际值与感测峰 值感应器由流IPie^间的差估。参见图2，
[0021] 式1)
[0022] 试2)
[0023] IPK，实际值= IPK+A IPK (式3)
[0024] 其中Ton为晶体管Ml的开启时间，A Tdly为晶体管Ml的关断延迟，Lp为初级绕组Np 的电感，并且A IPK为感应器电流ILp的感测峰值感应器电流与实际峰值感应器电流之间的 差值。应当注意，感应器电流ILp的感测峰值与实际峰值之间的差值是由于关断晶体管Ml的 延迟。
[00剧如图3所示，感应器电流ILp的斜率m(曲线123)等于初级绕组Np上的输入电压VBLK 除W初级绕组Np的电感Lp。因为感应器电流ILp的斜率随输入电压VBLK和电感Lp改变，所W 晶体管Ml的关断延迟A Tdly引起A IPK，该A IPK随感应器电流ILp的斜率改变。感测感应器 电流ILp的峰值的误差导致输出电流调节或输入功率限制随输入AC线电压和/或输入电压 VBLK改变，该输入电压VBLK从AC线电压生成。在本公开中，术语"线路补偿"是指补偿AC线电 压和/或输入电压VBLK的变化。
[0026] 图4示出根据本发明的实施例的线路补偿电路310的示意图。线路补偿电路310可 包括线电压感测电路311和外部电流限制调节器312。线路补偿电路310可在集成电路中实 施，该集成电路包括线电压感测电路311和外部电流限制调节器312。可W理解，线路补偿电 路310也可作为分立电路或分立电路和集成电路的组合来实施。
[0027] 电流限制调节器312是"外部"的，因为该电流限制调节器可W，但是未必在线电压 感测电路311的外部。在一个实施例中，电流限制调节器312根据补偿电流调节电源的电流 限制（图1，I0UT)，该补偿电流指示感应器电流ILp的斜率。在一个实施例中，电流限制调节 器312根据补偿电流调节晶体管Ml的关断。
[00%]在图4的例子中，线路补偿电路310用于图1的电源中。可W理解，线路补偿电路310 也可用于其他电源中。在图4的例子中，线电压感测电路311接收感测电压VCS，该感测电压 VCS在晶体管Ml打开时通过感应器电流ILp在感测电阻器Rcs上产生(还参见图1)。例如，线路 补偿电路310可作为集成电路来实施，该集成电路具有CS引脚W用于接收感测电压VCS。
[0029] 在一个实施例中，线电压感测电路311使用感测电压VCS通过补偿电容器Ccomp感测 初级侧感应器电流的斜率并且从补偿电容器Ccomp上的电荷变化得到恒定补偿电流Icomp(例 如，参见图5和图7)。补偿电流Icomp可在外部电流限制调节器312中有利地复制并且用于补 偿AC线电压和/或输入电压VBLK的变化。
[0030] 在下文中将显而易见，本发明的实施例适于不同电源拓扑结构并且通过感测感应 器电流的斜率(或输入电压与初级绕组电感的比率)相对于准确性提供更稳固的线路补偿， 从而允许与仅仅考虑到线电压的传统方法相比更好的恒定输出电流和/或功率限制控制。
[0031] 从图2和图3,通过下式得出了感应器电流ILp,
[0032] 式 4)
[0033] 电流ILp乘W感测电阻器化S或者
[0034] (式 5)
[0035] 从式5可W看出，感测电压VCS是斜坡上升电压并且表现得类似于对电容器充电的 恒定电流。在一个实施例中，线电压感测电路311(参见图4)通过包括补偿电容器Ccomp来利 用该观察结果，该补偿电容器Cc日MP通过在补偿电容器Cc日MP上施加感测电压VCS而由恒定补偿 电流Ic咖P充电，其中补偿电流I(X)MP由下式得出，
[0036]
[0037]
[003引 ：式 7)
[0039] 式巧旨示感应器电流ILp的斜率（即，VBLK/Lp)可从补偿电流Icomp感测到。通过选择 用于补偿电容器。日MP和感测电阻器Rcs的预定值，可从补偿电流Ic日MP感测到感应器信息化P) 和AC线电压信息(VBLK)。
[0040] 图5示出根据本发明的实施例的线路补偿电路310A的示意图。线路补偿电路310A 是图4的线路补偿310的具体实施例。在图5的例子中，线路补偿电路310A包括线电压感测电 路311和外部电流限制调节器312A。外部电流限制调节器312A是图4的外部电流限制调节器 312的具体实施例。在图5的例子中，线电压感测电路311接收感测电压VCS，该感测电压VCS 通过由运算放大器501和晶体管M3形成的电压缓冲器禪合在补偿电容器Ccomp上。感测电压 VCS的斜坡上升因此在补偿电容器。咖P上重新形成。补偿电流Ic咖P从来自补偿电容器。咖P的 电压斜坡信号得到。当晶体管M2的栅极为有源时，晶体管M2通过使补偿电容器Ccomp放电来 在每个周期复位电容器Ccomp。
[0041] 在图5的例子中，由晶体管M4和晶体管M5形成的电流镜在外部电流限制调节器 312A中复制补偿电流loiMP。电压极限调制器502使用复制的补偿电流Ic日MP来调制化IMIT阔值 电压(参见图6) W实施线路补偿。在一个实施例中，补偿电流ICOMP将化IMIT阔值电压调制 为与AC线电压成反比W逐个周期设定电流限制。电压极限调制器502输出调制的化BOT阔 值电压作为化IM 口 1阔值。在图5的例子中，比较器503比较化IM 口 1阔值电压与感测电压VCS W关断晶体管Ml并打开晶体管M2,并且从而在感测电压VCS接近VLIM 口 1阔值电压时复位补 偿电容器Ccomp。
[0042] 图6示出根据本发明的实施例的化IMIT调制器502的示意图。在图6的例子中， 化IMIT调制器502接收化IMIT阔值电压。VLIMIT阔值电压可通过峰值感应器电流限制指示 所需的输出电流限制。VLIMIT阔值电压可通过恒定电流控制回路生成或者对于特定应用为 用户可设定的。
[0043] 在图6的例子中，VLIMIT调制器502接收晶体管M6中的复制补偿电流IcoMP，该晶体 管M6与晶体管M7形成电流镜W生成另一复制补偿电流IcompW用于调制化IM 口阔值电压。在 图6的例子中，复制补偿电流Icomp在补偿电阻器Rcomp上产生补偿电压。VLIMIT阔值电压被输 入在电阻器RcciMP的一端上，VLIMIT1阔值电压在电阻器Rc日MP的另一端上，并且线路补偿电压 A Vc咖P在电阻器化咖P上。VLIMIT1阔值电压的值因此随补偿电流IC咖P改变。
[0044] 线路补偿目标值由下式得出，
[0045] IPK，实际值? Rcs =化BOT (式8)
[0046] 从式1、式2和式3得出
[0047] ^nnT = IPK.Rcs+Ic〇MP.Ife)MP (式 9)
[004引为了得到理想线路补偿，从式3、式7、式8和式9得出 [0049] A IPK ? Rcs = Icomp ?化咖P (式 10)
[0化0] ATdly = RcoMP ? Ccomp (式 11)
[0051 ] 从式2、式7和式10得出，线路补偿Ic日MP ? Rc日MP的量包括感应器电流ILp的m的斜率 (即，VBLK/Lp)，该斜率跟踪晶体管Ml的关断延迟引起的A IPK误差。因此，通过满足式11，可 实现与常规方法相比相对于准确性更稳固的理想线路补偿。更具体地讲，电阻器Rcomp和补 偿电容器Ccomp的值可被选择为匹配晶体管Ml的关断延迟并且从而补偿线路变化。
[0052]图7示出根据本发明的实施例的线路补偿电路310B的示意图。线路补偿电路310B 是图4的线路补偿电路310的具体实施例。在图7的例子中，线路补偿电路310B包括线电压感 巧陆路311和外部电流限制调节器312B。外部电流限制调节器312B是图4的外部电流限制调 节器312的具体实施例。图7的线路补偿电路310B与图5的线路补偿电路310A相同，不同的是 使用外部电流限制调节器312B代替外部电流限制调节器312A。
[0053] 在图7的例子中，线电压感测电路311接收感测电压VCSW生成恒定补偿电流IcoMP， 如前所述。由晶体管M4和晶体管M5形成的电流镜在外部电流限制调节器312B中复制补偿电 流Ic日MP。补偿电流Ic日MP的复制作为补偿电阻器Rc日MP上的电压重新形成W按照式11设定线路 补偿的量。在图7的例子中，感测电压VCS在补偿电阻器Rcomp的一端上，而电压CSI在补偿电 阻器Rc日MP的另一端上。复制补偿电流Ic日MP被接收在与电压CSI相同的节点上。比较器503比较 化IM 口阔值电压与电压CSIW关断晶体管Ml并打开晶体管M2,并且在电压CSI接近化IMIT阔 值电压时复位电容器CCOMP。
[0054] 已公开了具有线路补偿电路的改善电源。尽管已经提供了本发明的特定实施例， 但应当理解，运些实施例用于说明目的而不具限制性。本领域技术人员在阅读本公开后将 会明白许多附加实施例。
【主权项】
1. 一种线路补偿电路，其特征在于，包括： 线电压感测电路，所述线电压感测电路接收感测电压，所述感测电压代表电源的变压 器的初级绕组上的感应器电流并且在补偿电容器上呈现出所述感测电压以生成补偿电流， 所述补偿电流对所述补偿电容器充电并且指示所述感应器电流的斜率;以及 电流限制调节器，所述电流限制调节器使用所述补偿电流以通过控制总开关的关断来 调节所述电源的输出电流限制，所述总开关耦合到所述变压器的所述初级绕组。2. 根据权利要求1所述的线路补偿电路，其中所述线电压感测电路包括： 电压缓冲器，所述电压缓冲器接收由所述感应器电流在感测电阻器上产生的所述感测 电压；以及 第一晶体管，所述第一晶体管与第二晶体管在所述电流限制调节器中形成电流镜以在 所述电流限制调节器中生成所述补偿电流的复制。3. 根据权利要求2所述的线路补偿电路，其中所述电流限制调节器用所述补偿电流的 所述复制来调制限制阈值电压以生成调制的限制阈值电压，并且其中比较器比较所述调制 的限制阈值电压与所述感测电压以确定何时关断所述总开关。4. 根据权利要求2所述的线路补偿电路，其中所述电流限制调节器还包括补偿电阻器， 所述补偿电阻器具有耦合以接收所述感测电压的第一末端以及耦合以接收所述补偿电流 的所述复制的第二末端，并且其中比较器比较限制阈值电压与在所述补偿电阻器的所述第 二末端上产生的补偿电压以确定何时关断所述总开关。5. 根据权利要求1所述的线路补偿电路，其中所述线电压感测电路还包括晶体管，所述 晶体管在所述总开关关断时复位所述补偿电容器。6. 根据权利要求1所述的线路补偿电路，其中所述总开关为金属氧化物半导体场效应 晶体管。7. 根据权利要求1所述的线路补偿电路，其中所述线电压感测电路包括： 放大器，所述放大器包括耦合以接收所述感测电压的正输入端子；以及 充电晶体管，所述充电晶体管包括耦合到所述放大器的输出端子的栅极、耦合到所述 补偿电容器的源极、以及漏极，其中所述放大器的负输入端子耦合到所述充电晶体管的所 述源极。8. -种线路补偿方法，其特征在于，包括： 接收感测电压，所述感测电压指示感应器电流，所述感应器电流在耦合到所述初级绕 组的总开关打开时流过电源的变压器的初级绕组； 从所述感测电压生成补偿电流，所述补偿电流指示所述感应器电流的所述斜率；以及 使用所述补偿电流来调节所述电源的输出电流限制。9. 根据权利要求8所述的方法，其中所述感测电压耦合在补偿电容器上以用所述补偿 电流对所述补偿电容器充电。10. 根据权利要求8所述的方法，其中使用所述补偿电流来调节所述电源的所述输出电 流限制包括： 使用所述补偿电流调制限制阈值电压以生成调制的限制阈值电压；以及 比较所述调制的限制阈值电压与所述感测电压以确定何时关断所述总开关。11. 根据权利要求8所述的方法，其中使用所述补偿电流来调节所述电源的所述输出电 流限制包括： 镜像反映所述补偿电流以生成所述补偿电流的复制； 用所述补偿电流的所述复制来调制限制阈值电压以生成调制的限制阈值电压；以及 比较所述调制的限制阈值电压与所述感测电压以确定何时关断所述总开关。12. 根据权利要求8所述的方法，其中使用所述补偿电流来调节所述电源的所述输出电 流限制包括： 接收补偿电阻器的第一末端上的所述补偿电流； 接收所述补偿电阻器的第二末端上的所述感测电压；以及 比较限制阈值电压与补偿电压以确定何时关断所述总开关，所述补偿电压在所述补偿 电阻器的所述第一末端上产生。13. 根据权利要求12所述的方法，其中在所述补偿电阻器的所述第一末端上接收的所 述补偿电流从充电电流镜像反映，所述充电电流跨过补偿电容器充电，其中所述感测电压 被施加在所述补偿电容器上。14. 根据权利要求8所述的方法，其中所述感测电压在感测电阻器上产生，所述感测电 阻器在所述总开关打开时接收所述感应器电流。15. -种电源，其特征在于，包括： 变压器，所述变压器具有初级绕组和次级绕组，所述初级绕组的第一末端被耦合以接 收输入电压； 总开关，所述总开关耦合到所述初级绕组的第二末端； 电流感测电阻器，所述电流感测电阻器耦合到所述总开关； 线电压感测电路，所述线电压感测电路被配置为接收所述感测电阻器上的感测电压以 及使用所述感测电压来感测所述感应器电流的斜率，所述感测电压指示感应器电流，所述 感应器电流在所述总开关打开时流过所述初级绕组；以及 电流限制调节器，所述电流限制调节器被配置为根据所述感应器电流的所述斜率来调 节所述电源的输出电流限制。16. 根据权利要求15所述的电源，其中所述线电压感测电路包括补偿电容器，并且所述 线电压感测电路在所述补偿电容器上呈现出所述感测电压以生成补偿电流，所述补偿电流 指示所述感应器电流的所述斜率。17. 根据权利要求16所述的电源，其中所述线电压感测电路通过电压缓冲器在所述补 偿电容器上呈现出感测电压。18. 根据权利要求16所述的电源，其中所述电流限制调节器被配置为使用所述补偿电 流调制输出电流限制阈值。19. 根据权利要求16所述的电源，其中所述电流限制调节器包括补偿电阻器，所述补偿 电阻器具有耦合以接收所述感测电压的第一末端以及耦合以接收所述补偿电流的第二末 端，并且其中比较器比较限制阈值电压与在所述补偿电阻器的所述第二末端上产生的补偿 电压以确定何时关断所述总开关。20. 根据权利要求16所述的电源，其中所述电流限制调节器被配置为通过电流镜接收 所述补偿电流。
【文档编号】H02M3/335GK105939097SQ201610122525
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年3月4日
【发明人】陶志波, 大卫·昆斯特
【申请人】快捷半导体股份有限公司