专利名称：实现开关电源初级精确调整的负载补偿方法
技术领域：
本发明属于开关电源输出的调整方法，尤其涉及实现开关电源初级精确调整的负载补偿方法。
背景技术：
在开关电源中，为了简化外围电路，降低成本，通常使用初级反馈变换器。初级反馈变换器从初级或者辅助级反激电压中得到输出电压信息，并用这个电压信息作为初级变换器的反馈控制信号，所以，要得到良好的输出，反馈控制信号必须真实准确的反映输出电压的大小。
如图1所示，为现有反激型开关电源(即反激型交流-直流变换器)的应用。控制芯片通过辅助级反激电压Vfb来控制输出电压Vout，双方的关系可以采用方程4表示，因为Vaux=Naux×VsecNsec···(1)]]>并且Vsec＝Vout+Vfschottky+Rsec×Isec…..(2)又Vfb=R2R1+R2×Vaux···(3)]]>所以
Vfb=R2R1+R2×NauxNsec×(Vout+Vfschottky+Rsec×Isec)···(4)]]>其中，Rsec是次级线圈侧的等效电阻，包括次级线圈等效电阻、整流管寄生电阻和输出电容等效串联电阻(ESR)；Vfschottky是输出整流二极管的正向压降，Vsec、Rsec、Isec、Nsec为次级线圈的次级电压、电阻、电流、线圈匝数，Vaux、Naux为辅助电压、线圈匝数。R1、R2是反馈电阻。
从方程4可以看到，反馈控制电压不能准确的反映输出电压的大小，而是受到了次级电流的调制。为了得到精确的反馈控制，必须消除次级电流的影响，引入负载补偿技术可以解决这个问题。
为了提高电压调整率，必须加入补偿电路，消除次级电流对电压调整率的影响。目前采用负载补偿的一种方法是在反馈控制点叠加一个电流，用这个电流来抵消次级电流对输出电压的调制。这样方程4就变成以下形式Vfb×R1+R2R2+IR1=NaucNsec×(Vout+Vfschottky+Rsec×Isec)···(5)]]>其中I是补偿电流。
这是目前采用负载补偿方法的通用原理，在美国专利US005841643中就是采用上述原理，该方法利用电感电流平均值作为补偿电流，并且外加了补偿电阻，补偿电阻的阻值有下式决定Rcomp=K1×Rsense×G×RfbRout···(6)]]>其中K1=VoutVin×Eff]]>
Rout=Rsec1-D]]>Eff是功率传输效率，D是开关工作的占空比。
从方程6可以看出，这种补偿方法有很大的限制，补偿电阻的阻值对输入电压、输出电压、效率、和占空比都敏感，并且需要在集成电路外部增加补偿电阻和电容，大大提高了成本；此外，这种办法使用了电感电流平均值来等效替代次级线圈电流，这要经过多次变换，而每一次变换都会带来精度的损失，造成补偿效果不理想。
发明内容
本发明提供了一种实现开关电源初级精确调整的负载补偿方法，它可以实现开关电源输出的初级精确调整。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案开关电源初级精确调整方法，所述的开关电源由开关元件、控制所述开关元件开闭的控制电路和变压器组成，在所述开关元件开启期间取样初级线圈电流；在所述开关元件关闭期间并在与取样初级线圈电流时的变压器能量水平大致相等时取样输出电压信号，并将该输出电压信号作为开关电源的反馈控制信号；使用所述的初级线圈电流及其变换，补偿或修正所述的反馈控制信号。
在开关元件开启期间的起点取样所述的初级线圈电流，并在开关元件关闭期间的终点取样所述的输出电压信号；或者在开关元件开启期间的终点取样所述的初级线圈电流，并在开关元件关闭期间的起点取样所述的输出电压信号。
其中所述的输出电压信号是通过辅助级反馈方法得到的，或者通过初级反馈方法得到得到的。
其中初级线圈电流通过电阻检测得到，或者通过电流复制的方法得到。
本发明与现有技术相比，具有如下的显著的进步因为本发明采用通过辅助级反馈方法得到的，或者通过初级反馈方法得到的输出电压信息作为反馈控制信号，而通过电阻检测得到，或者通过电流复制的方法得到的初级线圈电流作为对反馈控制信号的补偿或修正，使反馈控制电压和输出电压保持良好的线性关系，从而得到良好的负载调整率和线调整率，并且所采集到的初级线圈电流也无需做多次变换，所以保持良好的精度，并且也没有增加外部元器件，所以节省了应用成本。
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述。
图1为现有反激型开关电源的一般应用2初级电流及反馈电压检测示意3初级精确调整技术实施图具体实施例首先对本发明的实现原理说明如下在方程4中，Isec是次级线圈电流的瞬时值，如果采用Isec及其变换做补偿电流将可以做到最好的精度。实际上，从能量的观点来看，在反激型交流-直流变换器应用中，变压器处于总是在能量存储、能量转移两种工作状态下切换。如图2所示，在这两种状态中，当变压器处于相同的能量水平的时候(比如在图2中T1时刻取样初级线圈电流，T2时刻取样电压信号)，Ipri和Isec有以下关系Isec(t2)=NpriNsec×Ipri(t1)···(7)]]>这说明，次级线圈的瞬时电流可以通过检测初级线圈瞬时电流来得到，也就是说可以使用初级线圈瞬时电流来做补偿电流。方程5就变成Vfb(t2)×R1+R2R2+β×Ipri(t1)×R1=NauxNsec×(Vout(t2)+Vfschottky+Rsec×Isec(t2))···(8)]]>选择R1，使以下方程成立R1=Rsec×Npri×Nauxβ×Nsec2···(9)]]>其中β是初级线圈电流转换为补偿电流的系数。
这样Vout(t2)=Vfb(t2)×(R1+R2R2)×NsecNaux-Vfschottky···(10)]]>注意到R1是反馈电阻，不是额外增加的补偿电阻，并且R1的阻值对输入电压、输出电压、占空比都不敏感。此外，这种补偿方法不需要增加任何的外围元件。这说明，运用本发明的负载补偿方法，反馈控制电压将和输出电压保持良好的线性关系，从而得到良好的负载调整率和线调整率，并且不增加应用成本。
图3是实现本发明的一种具体电路，我们可以选择开关元件开启期间的起点取样初级线圈电流，同时选择在开关元件关闭期间的终点取样输出电压信息。在开关元件开启期间，初级线圈的瞬时电流通过电流取样电阻RSENSE转换成电压信号，最小电压检测电路采样该电压信号的最小值，电压-电流转换电路把检测到的上述电压信号转换成电流信号，该电流信号也就是开关元件开启期间的起点初级线圈电流。在开关元件关闭期间，采样保持电路在锁相环的控制下，在开关元件关闭期间的终点取样输出电压信号，取样得到的电压信号通过反馈电阻(参见图1中的R1、R2)输入到反馈输入端FB，同时将在上述得到的电流信号作为负载补偿信号也叠加到反馈输入端FB上，这样将上述电流信号和电压信号相互补偿，可以使方程10精确成立，即输入反馈信号准确的反映了输出电压的大小。在误差放大器和PWM控制器的作用下，输出电压将得到精确的控制，负载调制效应得到了最大程度的改善。同理，也可以通过在开关元件开启期间的终点通过复制的方法取样初级线圈电流，并在开关元件关闭期间的起点通过初级反馈的方法取样输出电压信号同样实现本发明。
虽然本发明中的开关电源以反激型交流-直流变换器为例说明，但同样可以适用于升压型交流-直流变换器、降压型交流-直流变换器、正激型交流-直流变换器。
权利要求
1.一种实现开关电源初级精确调整的负载补偿方法，所述的开关电源由开关元件、控制所述开关元件开闭的控制电路和变压器组成，其特征在于在所述开关元件开启期间取样初级线圈电流；在所述开关元件关闭期间并在与取样初级线圈电流时的变压器能量水平大致相等时取样输出电压信号，并将该输出电压信号作为开关电源的反馈控制信号；使用所述的初级线圈电流及其变换，补偿或修正所述的反馈控制信号。
2.如权利要求1所述的实现开关电源初级精确调整的负载补偿方法，其特征在于在开关元件开启期间的起点取样所述的初级线圈电流，并在开关元件关闭期间的终点取样所述的输出电压信号。
3.如权利要求1所述的实现开关电源初级精确调整的负载补偿方法，其特征在于在开关元件开启期间的终点取样所述的初级线圈电流，并在开关元件关闭期间的起点取样所述的输出电压信号。
4.如权利要求1所述的实现开关电源初级精确调整的负载补偿方法，其特征在于其中所述的输出电压信号是通过辅助级反馈方法得到的。
5.如权利要求1所述的实现开关电源初级精确调整的负载补偿方法，其特征在于其中所述的输出电压信号是通过初级反馈方法得到的。
6.如权利要求1所述的实现开关电源初级精确调整的负载补偿方法，其特征在于其中初级线圈电流通过电阻检测得到的。
7.如权利要求1所述的实现开关电源初级精确调整的负载补偿方法，其特征在于其中所述的初级线圈电流通过电流复制的方法得到的。
8.如权利要求1所述的实现开关电源初级精确调整的负载补偿方法，其特征在于所述的开关电源可以是升压型交流-直流变换器或降压型交流-直流变换器或反激型交流-直流变换器或者正激型交流-直流变换器。
全文摘要
本发明公开了一种实现开关电源初级精确调整的负载补偿方法，所述的开关电源由开关元件、控制所述开关元件开闭的控制电路和变压器组成，在所述开关元件开启期间取样初级线圈电流；在所述开关元件关闭期间并在与取样初级线圈电流时的变压器能量水平大致相等时取样输出电压信息，并将该输出电压信息作为电压调整器的反馈控制信号；使用所述的初级线圈电流及其变换，补偿或修正所述的反馈控制信号。本发明中的开关电源可以是反激型交流－直流变换器或者升压型交流－直流变换器或者降压型交流－直流变换器或者正激型交流－直流变换器。
文档编号H02M7/155GK1812244SQ20051002355
公开日2006年8月2日 申请日期2005年1月25日 优先权日2005年1月25日
发明者黄树良, 喻明凡 申请人:技领半导体(上海)有限公司, 技领半导体国际有限公司