专利名称：后肩采样电路及采样后肩下降沿电压的方法
技术领域：
本发明涉及AC-DC反激式开关电源集成电路中的稳压、恒流控制环路的检测技术，尤其涉及一种后肩采样电路及采样后肩下降沿电压的方法。
背景技术：
目前LED照明驱动器和离线式充电适配器中多采用原边反馈型AC-DC反激式集成开关电源。随着LED照明的大规模应用，为了延长LED的使用寿命，保证大面积应用的亮度均匀性，减少LED因温度变化引起的亮度变化、过流、过温和过压等引起保护电路的误动作，必须提高其开关电源的稳压恒流精度。对于便携式电子设备的离线式开关电源，为了适应锂电池、镍氢电池和镍镉电池的充电要求，也要求其开关电源具有较高的稳压稳恒流精 度。图I为现有技术中的原边反馈型AC-DC反激式集成开关电源的电路图，图中10为模拟测量电路。为了保证开关电源的输出电压和开关电源的输出电流(即负载&两端的负载电压Vtl和流过负载&的负载电流Itl)的稳定，需要实时监控负载电压Vtl和负载电流Itl,然后根据所测量的负载电压Vtl和负载电流Itl值进行反馈控制。在上述原边反馈型稳压控制中，不能直接去采样负载&两端的负载电压Vtl,而是通过采样高频变压器辅助绕组La上的绕组电压Vb间接计算出负载电压Vc^结合图I和图2可知，绕组电压Vb为后肩下降沿时刻的电压值，绕组电压经由电阻R1和R2分压后就是采样电压Vs，以用于稳压控制，根据上述描述可知，所述采样电压Vs为
「00051 ^=—~·Vb=-^~·^(Va + VF)
_b」* + R2 B +R1 N、、0 F其中，绕组电压Vb是后肩下降沿时刻在高频变压器辅助绕组La上的电压，Na是高频变压器辅助绕组La的圈数，NS是高频变压器次级绕组Ls的圈数，负载电压Vtl是开关电源的输出电压，Vf是开关电源次级绕组Ls的整流二极管上的正向压降。同样，在上述原边反馈恒流控制中，也不能直接去采样流过负载的电流Itl，而是通过采样流过高频变压器初级电感Lp上的峰值电流Ipk。结合图I和图2可知，所述峰值电流Ipk通常是用Res上的电压降Ves间接计算出的，然后用Ves去控制负载电流Itl，根据上述描述可知，所述负载电流Itl为
I ( M V 〉
r , T1 ivP ￥ CS TI0 =— H— ·1Ciis
11S KlyS kCS J(2)其中，Ici是开关电源的输出电流，Ts是开关周期，Np是高频变压器初级绕组电感Lp的匝数，Ns是高频变压器次级绕组电感Ls的匝数，Rcs是串联在MOS开关源极上的电流采样电阻，Vcs是采样电阻Res上的电压降，Tdis是从开关关断时刻开始到对高频变压器辅助绕组上电压和电流采样时刻之间的时间。综上，无论稳压控制还是恒流控制，要得到准确的Vs和Ves是进行稳压和恒流控制的关键技术，尤其Tdis的精度直接影响恒流精度和温度系数。对于上述原边反馈型AC-DC反激式集成开关电源，现有的辅助绕组La上后肩电压采样方法主要以模拟测量方法为主。如图2所示，其中一种模拟测量方法是从MOS开关关断点Soff开始，延迟一段时间Ta后，在A点采样辅助绕组La上的后肩电压\。这种方法有两个缺点，其一是电压精度最高只有5%，采样电压受市电电压和负载电流Itl的变化而变化；其二是温度特性不好，温度系数达10%以上。以这种采样方法进行控制的原边反馈型AC-DC反激式集成开关电源作为LED的电源的话，一旦环境温度发生变化，LED的工作电流就发生变化，连续的高温甚至会损坏LED或减少使用寿命。以这种采样方法进行控制的原边反馈型AC-DC反激式集成开关电源作为离线式充电适配器的电源的话，在充电适配器中电压和电流的随温度变化会影响电池的使用寿命，甚至会造成电池损坏。 另一种测量方法是测量辅助绕组La上的电压VB，根据波形的斜率去鉴别后肩下降沿的电压，这种方法精度高，稳定性好，但需要最少3次以上的开关周期的反馈比较才能得到正确的数据，故必须耗费较多的时间，瞬态响应较差。以上两种方法都无法同时满足稳压精度、恒流精度和快速响应的要求。
发明内容
本发明提供一种后肩采样电路及采样后肩下降沿电压的方法，达到提高稳压恒流精度和提高瞬态响应速度的目的，以解决上述原边反馈型反激式开关电源中现有技术稳压恒流精度低和瞬态响应慢的问题。为解决上述技术问题，本发明提供一种后肩采样电路，包括一计数电路，用于计数高频变压器辅助绕组上振铃波的过零点的次数或谷底个数；一检测电路，用于检测从开关元件关断到振铃波的第η次过零点的时间Tvm或者第η个谷底发生的时间Tvan ;以及一计算电路，用于根据所述Tvm或Tvan计算出从开关元件关断到所述振铃波后肩下降沿发生的时间Tdis ;其中，η为非负整数。可选的，所述计算电路为一函数运算电路。可选的，所述开关元件为MOS晶体管或双极性晶体管。可选的，所述从开关元件关断到所述振铃波后肩下降沿发生的时间Tdis根据如下公式得出
权利要求
1.一种后肩米样电路，包括 一计数电路，用于计数高频变压器辅助绕组上振铃波过零点的次数或谷底个数； 一检测电路，用于检测从开关元件关断到振铃波的第η次过零点的时间Tvm或第η个谷底发生的时间Tvan;以及 一计算电路，用于根据所述Tvm或Tvan计算出从开关元件关断到所述振铃波后肩下降沿发生的时间Tdis ； 其中，η为非负整数。
2.如权利要求I所述的后肩采样电路，其特征在于，所述计算电路为一函数运算电路。
3.如权利要求I所述的后肩采样电路，其特征在于，所述开关元件为MOS晶体管或双极性晶体管。
4.如权利要求I所述的后肩采样电路，其特征在于，所述从开关元件关断到所述振铃波后肩下降沿发生的时间Tdis根据如下公式得出
5.如权利要求I所述的后肩采样电路，其特征在于，所述从开关元件关断到所述振铃波后肩下降沿发生的时间Tdis根据如下公式得出
6.如权利要求I所述的后肩采样电路，其特征在于，所述计数电路包括 一整形电路，用于将输入的电压或者电流进行归一化处理； 一计数器，根据所述归一化处理的波形计算启动到关闭的时间； 一逻辑控制电路，用于根据输入电压启动和关闭所述计数器；和 一门控电路，根据所述计数器的输出产生一个控制门波，并将器输送给所述检测电路。
7.如权利要求I所述的后肩采样电路，其特征在于，所述检测电路包括一高速电平比较器，用于比较所述计数电路的输出电压和一基准电压。
8.如权利要求I所述的后肩采样电路，其特征在于，所述后肩采样电路还包括一滑模PID控制电路，用于控制所述开关元件的工作状态。
9.如权利要求8所述的后肩采样电路，其特征在于，所述滑模PID控制电路包括 一 PID电路，用于反馈环路的比例、积分和微分控制；和 一滑模转换电路，用于在启动、恒流、恒压和待机4个模式之间的平滑转换。
10.一种采用如权利要求I至9任意一项所述的后肩采样电路的采样后肩下降沿电压的方法，包括 所述计数电路计数振铃波的过零点次数或者谷底个数； 所述检测电路检测从开关元件关断到振铃波的第η次过零点的时间Tvm或者第η个谷底发生的时间Tvan;以及 所述计算电路根据所述Tvm或Tvan计算出从开关元件关断到振铃波后肩下降沿发生的时间Tdis ； 其中，η为非负整数。
11.如权利要求10所述的采样后肩下降沿电压的方法，其特征在于，还包括在振铃波在谷底时刻开启所述开关元件。
全文摘要
本发明公开了一种后肩采样电路及采样后肩下降沿电压的方法。后肩采样电路包括一计数电路，用于计数高频变压器辅助绕组上振铃波的过零次数和谷底个数；一检测电路，用于检测从开关元件关断到振铃波的第n个过零点的时间Tvcn或者从开关元件关断到振铃波的第n个谷底发生的时间Tvan；以及一计算电路，用于根据所述Tvcn或Tvan计算出从开关元件关断到所述振铃波后肩下降沿发生的时间Tdis；其中，n为非负整数。采用本发明的后肩采样电路能够快速的得到高精度的稳压、恒流控制信号，并且不随温度发生变化，能快速跟踪负载和市电电压的变化，从而达到提高稳压恒流精度和提高瞬态响应速度的目的。
文档编号G01R19/17GK102841235SQ20121036616
公开日2012年12月26日 申请日期2012年9月27日 优先权日2012年9月27日
发明者王新成, 施乐宁 申请人:福州瑞芯微电子有限公司