专利名称：具有电压纹波检测电路的稳流开关电源的制作方法
技术领域：
本发明属于电子技术领域，涉及稳流开关电源，特别涉及稳压开关电源输出电压的检测与控制技术。
背景技术：
开关稳流电源基本工作原理就是在输入电压变化、内部参数变化、外接负载变化的情况下，控制系统通过检测被控制的输出电流信号，并将该信号反馈于PWM、PFM或PSM控制模式进行闭环反馈，调节主电路功率开关器件的导通与关断时间，使得开关电源的输出电流稳定。
图1为现有的带变压器隔离的AC/DC稳流开关电源。主电路输入级中，VAC为交流输入电压，典型值为220V，Vin为经过硅桥整流与输入电容滤波后的线输入电压，变压器进行电压变比调整同时提供输入与输出回路的隔离，输入级与输出级电感用L1、L2表示，功率开关管G用于控制从输入级传送功率的大小，输入级地为GND1；主电路输出级中，D1为续流二极管，C1为输出滤波电容，RL为等效负载阻抗，Iout为直流输出电流，输出级地为GND2；稳流开关电源控制电路通常通过电阻网络检测输出电流Iout，再经过直流隔离后得到输出电流反馈信号If，将If反馈于PWM、PFM或PSM控制电路进行闭环反馈，然后调节主电路功率开关管G的导通与关断时间，使得稳流开关电源的输出电流稳定。输入级与输出级采用不同地GND1与GND2、进行直流隔离的目的在于保证用户用电安全，直流隔离通常通过光耦合器实现。
常用稳流开关电源系统的不足在于1、输出电流检测电路需要消耗额外功率，造成电源效率下降；2、在AC/DC转换器中，输入回路与输出回路一般通过光耦合器实现直流隔离，以保证用户用电安全，而光耦合器等其它提供直流隔离的元件增加了系统成本与体积，同时光耦合器的功耗也降低了电源效率。
由于电常用稳流开关电源系统存在以上不足，因此需要提出新的输出电流检测技术予以克服，实现更高的电源效率以及更低的系统成本。
发明内容
本发明提供一种新型稳流开关电源，该电源通过电压纹波检测电路对电源输出电流直流量的检测并反馈至电源控制电路以控制功率开关管的导通与关断时间，进而实现稳流输出。本发明相比较于传统电开关电源系统，具有更高的电源效率、更低系统成本与更小的电源体积。
本发明所述开关稳压电源的核心思想在于提取稳流开关电源输出电压信号中的交流部分(电压纹波信号)，然后对其进行一阶微分、线性运算和存储扩展后“恢复”稳流开关电源的直流输出电流信号，最后将“恢复”的稳流开关电源的直流输出电流信号反馈于PWM、PFM或PSM控制电路，通过控制电路调整功率开关管的导通与关断时间，最终实现稳流输出。
本发明详细技术方案如下具有电压纹波检测电路的稳流开关电源，如图2所示，包括整流、滤波电路，变压器T，功率开关管G，控制电路，续流二极管D1，输出滤波电容C1，负载RL和电压纹波检测电路。输入电压VAC通过整流、滤波电路连接到变压器T副边电感L1的一端，变压器T副边电感L1的另一端接功率开关管G的漏极，功率开关管G的漏极源极接输入级地GND1，功率开关管G的栅极接控制电路的输出端；变压器T副边电感L2的一端接续流二极管D1的阳极，续流二极管D1的阴极接输出滤波电容C1和负载RL并联后的一端，变压器T副边电感L2的另一端与输出滤波电容C1和负载RL并联后的另一端共同接输出级地GND2，续流二极管D1的阴极同时接电压纹波检测电路的输入端，电压纹波检测电路的输出端接控制电路的输入端。
在图2中，当功率开关管导通时，Vin通过输入级将能量存入变压器中，二极管D1截止，变换器由输出滤波电容C1向负载RL提供电流，此时输出级等效为C1与RL并联，此时输出电压Vout下降，对应纹波下降沿。忽略输出电流纹波，根据电容的电流电压关系，可得IOUT=-IC1=-C1dVoutdt(1),]]>其中，如图4所示，IOUT为流过负载RL的电流，IC1为流过输出滤波电容C1的电流，Vout为稳流开关电源所输出的包含纹波的输出电压，C1为输出滤波电容C1的电容值。由式(1)可知，本发明所述检测变换器输出直流电流可以通过对输出电压纹波的下降沿一阶求导再线性变换后实现。
基于式(1)的电压纹波检测电路如图3所示，包含高通滤波模块、一阶微分运算模块、线性运算模块与时钟选通/信号存储模块。包含纹波与直流量的输出电压Vout经高通滤波模块后，得到电压纹波信号V1；电压纹波信号V1经一阶微分运算模块后得到微分后电压信号V2；微分后的电压信号V2经线性运算模块后得到线性运算后的电压信号V3；线性运算后的电流信号V3经时钟选通/信号存储模块选通电压纹波信号V1下降沿对应的线性运算后的电压信号V3的信号量V3，并将该信号存储和在整个时钟周期输出，即得到检测输出电流信号(即控制电路的输入信号)If。
检测出的输出电流信号If反馈于PWM、PFM或PSM控制电路，当检测到的输出电流低于正常值时，对于PWM控制电路，功率开关管占空比将增大；对于PFM控制电路，功率开关管单周期的导通时间不变，开关频率将增大；对于PSM控制电路，功率开关管跳过的不进行开关动作的周期数将减少，以增大输出电流，最终实现稳流输出。当检测到的输出电流高于正常值时，对于PWM控制电路，功率开关管占空比将减小；对于PFM控制电路，功率开关管单周期的导通时间不变，开关频率将减小；对于PSM控制电路，功率开关管跳过的不进行开关动作的周期数将增多，以减小输出电流，最终实现稳流输出。
如图5所示，为了增强检测到的电流信号的驱动能力，可在上述电压纹波检测电路中加入电压跟随模块，线性运算后的电压信号V3经时钟选通/信号存储模块后得到存储输出的电压信号V4并经电压跟随模块后得到检测输出电流信号(即控制电路的输入信号)If。
上述电压纹波检测电路中，所述高通滤波模块为一阶RC高通滤波器，如图6所示，由一个电容C2和一个电阻R2串联而成，包含纹波与直流量的输出电压Vout通过电容C2后从电容C2和电阻R2的连接点输出电压纹波信号V1。整个稳流电源输出回路与电压纹波检测电路分别采用不同的直流地输出级地GND2与输入级地GND1，以使输入与输出回路直流隔离，电阻R2与电容C2组成的滤波网络可以滤除Vout的直流量，得到电压纹波信号V1，电阻R2的阻值R2与电容C2的电容值C2的乘积R2*C2决定高通滤波器的截止频率，该截止频率应选择在低于开关频率1/10以下，以避免衰减输出电压纹波信号；在AC/DC变换器中，电容C2可代替光耦合器提供输入与输出级的直流隔离，保证用户用电安全，因此，需要电容C2能承受较高的击穿电压。
上述电压纹波检测电路中，所述一阶微分运算模块为一个一阶模拟微分器，如图7所示，由一个电容C3，一个电阻R3和一个运算放大器OPAMP组成。电容C3的一端接运算放大器OPAMP的反向端，运算放大器OPAMP的反向端和输出端通过电阻R3相连，运算放大器OPAMP的同向端接输入级地GND1；电压纹波信号V1通过电容C3的另一端输入该一阶模拟微分器，运算放大器OPAMP的输出端输出微分后的电压信号V2，且满足V2=-R3C3dV1dt,]]>其中R3为电阻R3的阻值，C3为电容C3的电容值，V1为电压纹波信号V1的信号量，V2为微分后的电压信号V2的信号量。
上述电压纹波检测电路中，所述线性运算模块为一个用运算放大器构成的同相放大器，如图8所示，由一个运算放大器OPAMP和两个电阻R6，R7组成。所述运算放大器OPAMP的反向端通过第一电阻R6接输入级地GND1，并通过第二电阻R7与其输出端相连；微分后的电压信号V2从运算放大器OPAMP的同向端输入，运算放大器OPAMP的输出端输出线形运算后的输出电压信号V3，且满足V3=(1+R7R6)V2,]]>其中，R6为第一电阻R6的阻值，R7为第二电阻R7的阻值，V2为微分后的电压信号V2的信号量，V3为线形运算后的输出电压信号V3的信号量。
上述电压纹波检测电路中，所述线性运算模块也可以是用运算放大器构成的反相放大器，如图9所示，由一个运算放大器OPAMP和两个电阻R4，R5组成。所述运算放大器OPAMP的反向端与第一电阻R4的一端相连，并通过第二电阻R5与其输出端相连，其正向端接输入级地GND1；微分后的电压信号V2从第一电阻R4的另一端输入，运算放大器OPAMP的输出端输出线形运算后的输出电压信号V3，且满足V3=-R5R4V2,]]>其中，R4为第一电阻R4的阻值，R5为第二电阻R5的阻值，V2为微分后的电压信号V2的信号量，V3为线形运算后的输出电压信号V3的信号量。
选择采用运算放大器搭建线性运算模块的目的在于提高放大后信号的驱动能力，同时提高放大精度，在搭建电压纹波检测电路时可根据实际需要选用同相或反相放大器。
上述电压纹波检测电路中，所述时钟选通/信号存储模块(如图10所示)由一个选通时钟电路、一个开关和一个存储电容C4组成。所述开关的一端连接到存储电容C4的一端，存储电容C4的另一端接输入级地GND1，选通时钟电路所产生的选通时钟信号作用于开关；线形运算后的输出电压信号V3从开关的另一端输入，存储输出的电压信号V4从电容C4与开关的连接点输出。
由于直流输出电流Iout只能由电压纹波信号V1下降沿的一阶导数表征，仅在纹波下降沿对应的时间段有效(即对应于功率开关管G的导通时间段内)，而开关电源系统要求输出电流控制信号在整个时钟周期均有效，因此需要进行时钟选通与信号存储，即选通V1下降沿对应的线性运算后的电压信号V3的信号量V3，并将信号量V3存储，然后在整个时钟周期内输出信号量V3，直到下一个选通时钟的到来，最终得到检测输出电流信号If(控制电路的输入信号)。时钟选通/信号存储模块依靠电容C4进行信号存储，当开关闭合时，电容C4两端电压被充到选通时间内的V3值，开关断开后，电容C4维持此电压，从而可将该电压信号由选通时间扩展到整个开关周期，以提供后级进行模拟控制。电容C4的取值必须合理选取，如果太大，则难以被线性运算后的电压信号V3充到相应信号电平V3；如果太小，则当开关断开时难以在整个开关周期内维持信号。
所述选通时钟电路可以是振荡器电路，振荡器电路所产生的选通时钟信号与功率开关管G具有相同的时钟周期，其选通时间段处于电压纹波信号V1下降沿期间；所述开关可由开关晶体管实现，较小的开关管导通电阻将减小对线性运算后的电压信号V3驱动能力的要求。本发明采用时钟频率为功率开关管G工作频率的固定选通时钟的方法检测输出电压，即将输出电压与选通时间段固定，通过设置最小占空比Dmin保证功率开关管G在每一开关周期最初的Dmin时间段内必然处于导通状态，对应于输出电压纹波下降沿，通过将输出电流选通时钟固定于此Dmin时间段内，确保能检测到输出电流信号If。
所述电压跟随模块(如图11所示)由一个运算放大器OPAMP组成，所述运算放大器的反向端与输出端相连；存储输出电压V4从运算放大器OPAMP的同向端输入，运算放大器OPAMP的输出端输出检测输出电流信号If；其作用在于增强控制电路输入信号If的驱动能力。
本发明所述稳流开关电源中电压纹波检测电路各信号波形示意图，如图4所示。图4(a)为功率开关管的控制信号Vc，以占空比为50％为例进行说明，Dmin与Dmax为设置的最小与最大占空比。图4(b)为整个稳压电源的输出电压波形Vout，图4(c)为经过高通滤波后的纹波电压信号V1。对比图4(a)与图4(b)、图4c)，当功率开关管处于闭合状态时，对应于电压纹波下降沿，当功率开关管处于断开状态时，对应于电压纹波上升沿。图4(d)为对纹波电压信号V1进行一阶微分运算后的电压信号V2，图4(e)为对微分运算后的电压信号V2进行线性运算后的电压信号V3，与纹波电压信号V1下降沿时间段对应的线性运算后的电压信号V3中携带输出电流信息。图4(f)为输出电流选通时钟波形，通过选通纹波电压信号V1下降沿对应的线性运算后的电压信号V3而得到输出电流信号If，本发明采用固定选通时钟的检测方法，因此，需要设置如图6(a)所示的最小占空比Dmin，保证功率开关管具有一定的开启时间，以保证电压纹波具有一段固定时间处于下降沿，最终确保固定选通时钟能检测到输出电流信号If。图4(g)即为检测到的输出电流If，输出电流信号If反馈于PWM、PFM或PSM控制电路，调整功率开关管的导通与关断时间，以稳定输出电流。
本发明所述具有纹波检测电路的稳流开关电源与现有的稳流开关电源相比，具有以下优点
1、利用电压纹波检测电路代替传统输出电流检测电路，消除了传统输出电流检测电路的直流功耗，从而提高了稳流开关电源的效率。
2、用电容取代光耦合器进行输入与输出回路的直流隔离，减小电源系统体积，降低系统成本。
在AC/DC转换器中，需要输入回路与输出回路实现直流隔离，以保证用户用电安全。本发明通过高通滤波器中的电容C2进行直流隔离，取代光耦合器，可以减小电源系统体积，降低电源成本。
图1带变压器隔离的AC/DC稳流开关电源示意图。
图2本发明所述具有电压纹波检测电路的稳流开关电源电路示意图。
图3本发明所述的稳流开关电源中电压纹波检测电路框图。
图4本发明所述的稳流开关电源中电压纹波检测电路部分各信号波形示意图。
图5本发明所述的稳流开关电源中加入了电压跟随电路的电压纹波检测电路示意图。
图6本发明所述的稳流开关电源中电压纹波检测电路的高通滤波模块电路图。
图7本发明所述的稳流开关电源中电压纹波检测电路的一阶微分运算模块电路图。
图8本发明所述的稳流开关电源中电压纹波检测电路的用反相放大器构成的线性运算模块电路图。
图9本发明所述的稳流开关电源中电压纹波检测电路的用同相放大器构成的线性运算模块电路图。
图10本发明所述的稳流开关电源中电压纹波检测电路的时钟选通/信号存储模块电路图。
图11本发明所述的稳流开关电源中电压纹波检测电路的电压跟随电路图。
图12利用部分数字电路实现的本发明所述的稳流开关电源中电压纹波检测电路示意图。
具体实施例方式
实施方式一具有电压纹波检测电路的稳流开关电源，如图2所示，包括整流、滤波电路，变压器T，功率开关管G，控制电路，续流二极管D1，输出滤波电容C1，负载RL和电压纹波检测电路。输入电压VAC通过整流、滤波电路连接到变压器T副边电感L1的一端，变压器T副边电感L1的另一端接功率开关管G的漏极，功率开关管G的漏极源极接输入级地GND1，功率开关管G的栅极接控制电路的输出端；变压器T副边电感L2的一端接续流二极管D1的阳极，续流二极管D1的阴极接输出滤波电容C1和负载RL并联后的一端，变压器T副边电感L2的另一端与输出滤波电容C1和负载RL并联后的另一端共同接输出级地GND2，续流二极管D1的阴极同时接电压纹波检测电路的输入端，电压纹波检测电路的输出端接控制电路的输入端。
所述电压纹波检测电路如图5所示，包含高通滤波模块、一阶微分运算模块、线性运算模块、时钟选通/信号存储模块和电压跟随模块。包含纹波与直流量的输出电压Vout经高通滤波模块后，得到电压纹波信号V1；电压纹波信号V1经一阶微分运算模块后得到微分后电压信号V2；微分后的电压信号V2经线性运算模块后得到线性运算后的电压信号V3；线性运算后的电压信号V3经时钟选通/信号存储模块选通电压纹波信号V1下降沿对应的线性运算后的电压信号V3的信号量V3，并将信号量V3存储和在整个时钟周期输出，得到存储输出的电压信号V4并经电压跟随模块后得到检测输出电流信号(即控制电路的输入信号)If。
上述电压纹波检测电路中，所述高通滤波模块为一阶RC高通滤波器，如图6所示，由一个电容C2和一个电阻R2串联而成，包含纹波与直流量的输出电压Vout通过电容C2后从电容C2和电阻R2的连接点输出电压纹波信号V1。变换器输出回路与检测系统分别采用不同的直流地输出级地GND2与输入级地GND1，以使输入与输出回路直流隔离，电阻R2与电容C2组成的滤波网络可以滤除Vout的直流量，得到电压纹波信号V1，电阻R2的阻值R2与电容C2的电容值C2的乘积R2*C2决定高通滤波器的截止频率，该截止频率应选择在低于开关频率1/10以下，以避免衰减输出电压纹波信号；在AC/DC变换器中，电容C2可代替光耦合器提供输入与输出级的直流隔离，保证用户用电安全，因此，需要电容C2能承受较高的击穿电压。
所述一阶微分运算模块为一个一阶模拟微分器，如图7所示，由一个电容C3，一个电阻R3和一个运算放大器OPAMP组成。电容C3的一端接运算放大器OPAMP的反向端，运算放大器OPAMP的反向端和输出端通过电阻R3相连，运算放大器OPAMP的同向端接输入级地GND1；电压纹波信号V1通过电容C3的另一端输入该一阶模拟微分器，运算放大器OPAMP的输出端输出微分后的电压信号V2，且满足V2=-R3C3dV1dt,]]>其中R3为电阻R3的阻值，C3为电容C3的电容值，V1为电压纹波信号V1的信号量，V2为微分后的电压信号V2的信号量。
所述线性运算模块为一个用运算放大器构成的同相放大器，如图8所示，由一个运算放大器OPAMP和两个电阻R6，R7组成。所述运算放大器OPAMP的反向端通过第一电阻R6接输入级地GND1，并通过第二电阻R7与其输出端相连；微分后的电压信号V2从运算放大器OPAMP的同向端输入，运算放大器OPAMP的输出端输出线形运算后的输出电压信号V3，且满足V3=(1+R7R6)V2,]]>其中，R6为第一电阻R6的阻值，R7为第二电阻R7的阻值，V2为微分后的电压信号V2的信号量，V3为线形运算后的输出电压信号V3的信号量。
所述线性运算模块也可以是用运算放大器构成的反相放大器，如图9所示，由一个运算放大器OPAMP和两个电阻R4，R5组成。所述运算放大器OPAMP的反向端与第一电阻R4的一端相连，并通过第二电阻R5与其输出端相连，其正向端接输入级地GND1；微分后的电压信号V2从第一电阻R4的另一端输入，运算放大器OPAMP的输出端输出线形运算后的输出电压信号V3，且满足V3=-R5R4V2,]]>其中，R4为第一电阻R4的阻值，R5为第二电阻R5的阻值，V2为微分后的电压信号V2的信号量，V3为线形运算后的输出电压信号V3的信号量。
所述时钟选通/信号存储模块(如图10所示)由一个选通时钟电路、一个开关和一个存储电容C4组成。所述开关的一端连接到存储电容C4的一端，存储电容C4的另一端接输入级地GND1，选通时钟电路所产生的选通时钟信号作用于开关；线形运算后的输出电压信号V3从开关的另一端输入，存储输出的电压信号V4从电容C4与开关的连接点输出。
所述选通时钟电路可以是振荡器电路，振荡器电路所产生的选通时钟信号与功率开关管G具有相同的时钟周期，其选通时间段处于电压纹波信号V1下降沿期间；所述开关管可由开关晶体管实现，较小的开关管导通电阻将减小对线性运算后的电压信号V3驱动能力的要求。
所述电压跟随模块(如图11所示)由一个运算放大器OPAMP组成，所述运算放大器的反向端与输出端相连；存储输出电压V4从运算放大器OPAMP的同向端输入，运算放大器OPAMP的输出端输出检测输出电流信号If；其作用在于增强控制电路输入信号If的驱动能力。
实施方式二具有电压纹波检测电路的稳压开关电源，如图2所示，包括整流、滤波电路，变压器T，功率开关管G，控制电路，续流二极管D1，输出滤波电容C1，负载RL和电压纹波检测电路。输入电压VAC通过整流、滤波电路连接到变压器T副边电感L1的一端，变压器T副边电感L1的另一端接功率开关管G的漏极，功率开关管G的漏极源极接输入级地GND1，功率开关管G的栅极接控制电路的输出端；变压器T副边电感L2的一端接续流二极管D1的阳极，续流二极管D1的阴极接输出滤波电容C1和负载RL并联后的一端，变压器T副边电感L2的另一端与输出滤波电容C1和负载RL并联后的另一端共同接输出级地GND2，续流二极管D1的阴极同时接电压纹波检测电路的输入端，电压纹波检测电路的输出端接控制电路的输入端。
所述电压纹波检测电路，如图12所示，包括高通滤波模块、线性放大模块、A/D转换模块、一阶数值微分运算模块、数值线性运算模块和时钟选通/数字锁存模块。包含纹波与直流量的输出电压Vout经高通滤波模块后，得到电压纹波信号V1；电压纹波信号V1经线性放大模块后得到线形放大的电压纹波信号V11；线形放大的电压信号V11经A/D转换模块转换成数字电压纹波信号V13；数字电压纹波信号V13经一阶数值微分运算模块得到微分后电压信号V2；微分后的电压信号V2经数值线性运算模块后得到线性运算后的电压信号V3；线性运算后的电压信号V3经时钟选通/数字锁存模块选通电压纹波信号V1下降沿对应的线性运算后的电压信号V3的信号量V3，并将信号量V3存储和在整个时钟周期输出，即得到检测输出电流信号(即控制电路的输入信号)If。
权利要求
1.具有电压纹波检测电路的稳流开关电源，包括整流、滤波电路，变压器(T)，功率开关管(G)，控制电路，续流二极管(D1)，输出滤波电容(C1)，负载(RL)和电压纹波检测电路；输入电压(VAC)通过整流、滤波电路连接到变压器(T)副边电感(L1)的一端，变压器(T)副边电感(L1)的另一端接功率开关管(G)的漏极，功率开关管(G)的漏极源极接输入级地(GND1)，功率开关管(G)的栅极接控制电路的输出端；变压器(T)副边电感(L2)的一端接续流二极管(D1)的阳极，续流二极管(D1)的阴极接输出滤波电容(C1)和负载(RL)并联后的一端，变压器(T)副边电感(L2)的另一端与输出滤波电容(C1)和负载(RL)并联后的另一端共同接输出级地(GND2)，续流二极管(D1)的阴极同时接电压纹波检测电路的输入端，电压纹波检测电路的输出端接控制电路的输入端；所述电压纹波检测电路包含高通滤波模块、一阶微分运算模块、线性运算模块与时钟选通/信号存储模块；包含纹波与直流量的输出电压(Vout)经高通滤波模块后，得到电压纹波信号(V1)；电压纹波信号(V1)经一阶微分运算模块后得到微分后电压信号(V2)；微分后的电压信号(V2)经线性运算模块后得到线性运算后的电压信号(V3)；线性运算后的电压信号(V3)经时钟选通/信号存储模块选通电压纹波信号(V1)上升沿对应的线性运算后的电压信号(V3)的信号量V3，并将信号量V3存储和在整个时钟周期输出，即得到检测输出电流信号(If)。
2.根据权利要求1所述的具有电压纹波检测电路的稳流开关电源，其特征在于，所述电压纹波检测电路还包括一个电压跟随模块，线性运算后的电压信号(V3)经时钟选通/信号存储模块后得到存储输出的电压信号(V4)并经电压跟随模块后得到检测输出电流信号(If)。
3.根据权利要求1或2所述的具有电压纹波检测电路的稳流开关电源，其特征在于，所述高通滤波模块为一阶RC高通滤波器，由一个电容(C2)和一个电阻(R2)串联而成，包含纹波与直流量的输出电压(Vout)通过电容(C2)后从电容(C2)和电阻(R2)的连接点输出电压纹波信号(V1)。
4.根据权利要求1或2所述的具有电压纹波检测电路的稳流开关电源，其特征在于，所述一阶微分运算模块为一个一阶模拟微分器，由一个电容(C3)，一个电阻(R3)和一个运算放大器(OPAMP)组成；电容(C3)的一端接运算放大器(OPAMP)的反向端，运算放大器(OPAMP)的反向端和输出端通过电阻(R3)相连，运算放大器(OPAMP)的同向端接输入级地(GND1)；电压纹波信号(V1)通过电容(C3)的另一端输入该一阶模拟微分器，运算放大器(OPAMP)的输出端输出微分后的电压信号(V2)，且满足V2=-R3C3dV1dt,]]>其中R3为电阻(R3)的阻值，C3为电容(C3)的电容值，V1为电压纹波信号(V1)的信号量，V2为微分后的电压信号(V2)的信号量。
5.根据权利要求1或2所述的具有电压纹波检测电路的稳压开关电源，其特征在于，所述线性运算模块为一个用运算放大器构成的同相放大器，由一个运算放大器(OPAMP)和两个电阻(R6，R7)组成；所述运算放大器(OPAMP)的反向端通过第一电阻(R6)接输入级地(GND1)，并通过第二电阻(R7)与其输出端相连；微分后的电压信号(V2)从运算放大器(OPAMP)的同向端输入，运算放大器(OPAMP)的输出端输出线形运算后的输出电压(V3)，且满足V3=(1+R7R6)V2,]]>其中，R6为第一电阻(R6)的阻值，R7为第二电阻(R7)的阻值，V2为微分后的电压信号(V2)的信号量，V3为线形运算后的输出电压(V3)的信号量。
6.根据权利要求1或2所述的具有电压纹波检测电路的稳压开关电源，其特征在于，所述线性运算模块也可以是用运算放大器构成的反相放大器，由一个运算放大器(OPAMP)和两个电阻(R4，R5)组成；所述运算放大器(OPAMP)的反向端与第一电阻(R4)的一端相连，并通过第二电阻(R5)与其输出端相连，其正向端接输入级地(GND1)；微分后的电压信号(V2)从第一电阻(R4)的另一端输入，运算放大器(OPAMP)的输出端输出线形运算后的输出电压(V3)，且满足V3=-R5R4V2,]]>其中，R4为第一电阻(R4)的阻值，R5为第二电阻(R5)的阻值，V2为为微分后的电压信号(V2)的信号量，V3为线形运算后的输出电压(V3)的信号量。
7.根据权利要求1或2所述的具有电压纹波检测电路的稳压开关电源，其特征在于，所述时钟选通/信号存储模块由一个选通时钟电路、一个开关和一个存储电容(C4)组成；所述开关的一端连接到存储电容(C4)的一端，存储电容(C4)的另一端接输入级地(GND1)，选通时钟电路所产生的选通时钟信号作用于开关；线形运算后的输出电压(V3)从开关的另一端输入，存储输出的电压信号(V4)从存储电容(C4)与开关的连接点输出。
8.根据权利要求7所述的具有电压纹波检测电路的稳压开关电源，其特征在于，所述选通时钟电路可以是振荡器电路，振荡器电路所产生的选通时钟信号与功率开关管(G)具有相同的时钟周期，其选通时间段处于电压纹波信号(V1)下降沿期间；所述开关可由开关晶体管实现。
9.根据权利要求2所述的具有电压纹波检测电路的稳压开关电源，其特征在于，所述电压跟随模块由一个运算放大器(OPAMP)组成，所述运算放大器的反向端与输出端相连；存储输出电压(V4)从运算放大器(OPAMP)的同向端输入，运算放大器(OPAMP)的输出端输出检测输出电流信号(If)。
10.根据权利要求1所述的具有电压纹波检测电路的稳压开关电源，其特征在于，所述电压纹波检测电路，包括高通滤波模块、线性放大模块、A/D转换模块、一阶数值微分运算模块、数值线性运算模块和时钟选通/数字锁存模块；包含纹波与直流量的输出电压(Vout)经高通滤波模块后，得到电压纹波信号(V1)；电压纹波信号(V1)经线性放大模块后得到线形放大的电压纹波信号(V11)；线形放大的电压信号(V11)经A/D转换模块转换成数字电压纹波信号(V13)；数字电压纹波信号(V13)经一阶数值微分运算模块得到微分后电压信号(V2)；微分后的电压信号(V2)经数值线性运算模块后得到线性运算后的电压信号(V3)；线性运算后的电压信号(V3)经时钟选通/数字锁存模块选通电压纹波信号(V1)下降沿对应的线性运算后的电压信号(V3)的信号量V3，并将信号量V3存储和在整个时钟周期输出，即得到检测输出电流信号(If)。
全文摘要
本发明属于电子技术领域中的稳流开关电源，通过电压纹波检测电路检测电源输出电流直流量并反馈至控制电路以控制功率开关管的导通与关断，进而实现稳压输出。本发明所述稳流开关电源的电压纹波检测电路由一个高通滤波模块、一个一阶微分运算模块、一个线性运算模块和一个时钟选通/信号存储模块依次串联而成。首先提取稳压开关电源输出电压中的电压纹波，然后对其进行一阶微分、线性运算和存储扩展后“恢复”稳流开关电源的直流输出电流，最后将该直流输出电流反馈于PWM、PFM或PSM控制电路，通过控制电路调整功率开关管的导通与关断，最终实现稳压输出。与现有的稳流开关电源相比，本发明具有更高的电源效率、更低的电路成本与更小的电源体积。
文档编号H02M3/24GK101039077SQ200710048990
公开日2007年9月19日 申请日期2007年4月28日 优先权日2007年4月28日
发明者李泽宏, 赖昌菁, 周春华, 刘曦麟 申请人:电子科技大学