一种线补偿电路、线补偿方法和电源装置与流程

本发明涉及集成电路技术领域，具体涉及一种线补偿电路和方法，以及采用了所述线补偿电路或方法的电源装置。

背景技术：

传统的开关电源装置中，尤其是恒流控制的电源装置，由于控制环路以及功率开关管的关断延时，会造成输出电流在高低压下存在不一致的现象。

图1a为现有的一种电源装置，包括输入电压vin、储能电感l、功率开关sw，续流二极管d、检测电阻rcs、关断比较器和控制驱动模块，在控制驱动模块输出的控制信号pwm为高电平时，功率开关导通，输入电压vin通过功率开关sw和检测电阻rcs对储能电感l进行充电，电感电流il线性升高，同时检测电阻rcs上的电压检测信号vcs电压也线性升高，当电压检测信号vcs大于等于关断比较器输入端的基准电压vref时，关断比较器输出关断信号off变成高电平，控制驱动模块接收所述高电平关断信号off，输出控制信号pwm变成低电平关闭功率开关sw。

图1b为现有电源装置的典型工作波形图，分别包括高母线电压和低母线电压下，控制信号pwm、参考电压vref、电压检测信号vcs和关断信号off的波形图。由于控制环路和功率开关关断存在一个固有的总延时时间td，在高母线电压和低母线电压下，这个固有延时时间td都相同，而在高母线电压和低母线电压下所产生的电感电流的斜率不一样，检测电阻rcs上的电压检测信号vcs的斜率也不一样，因此导致相同的环路延时td下，电感电流的峰值过冲不一样，电压检测信号vcs超过基准电压vref的幅值不一样。图1b中，可以明显看出来，高母线电压下电压检测信号vcs_h(_h表示高母线电压下的相关信号，_l表示低母线电压下的相关信号，一同描述等同)超过基准电压vref的幅值，比低母线电压下电压检测信号vcs_l超过基准电压vref的幅值更多。导致了电感上的平均值电流在不同母线电压下，不一致。

因此有必要采用线补偿的方式来改善电感平均电流不一致情况。

技术实现要素：

本发明提供了一种线补偿电路和方法，以及采用了该线补偿电路或方法的电源装置。

根据本发明一实施例的一种线补偿电路，应用于具有一功率管和一检测电阻的电源装置中，所述线补偿电路，包括：一预关断产生模块，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端与所述功率管和检测电阻的公共端电耦接，接收所述检测电阻上的电压检测信号，第二输入端与第二基准电压电耦接，输出端输出一预关断信号；一采样窗口产生模块，具有输入端和输出端，其中输入端与所述预关断产生模块电耦接，接收所述预关断信号，输出一脉冲采样窗口信号；一采样保持模块，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端与所述采样窗口产生模块电耦接，接收所述脉冲采样窗口信号，第二输入端与所述功率管和检测电阻的公共端电耦接，接收所述检测电阻上的电压检测信号，输出端输出在所述脉冲采样窗口信号高电平变成低电平时刻对应的电压检测信号采样电压；一加权加法器模块，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端与所述功率管和检测电阻的公共端电耦接，接收所述检测电阻上的电压检测信号，第二输入端与所述采样保持模块电耦接，接收所述电压检测信号采样电压，输出端输出所述电压检测信号与所述电压检测信号采样电压的加权相加电压；以及第一比较模块，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端与所述加权加法器模块电耦接，接收所述加权相加电压，第二输入端与第一基准电压电耦接，输出端输出所述加权相加电压和所述第一基准电压相比较产生的使所述功率管关断的关断信号。

根据本发明一实施例的一种线补偿电路，应用于具有一功率管和一检测电阻的电源装置中，所述线补偿电路，包括：一预关断产生模块，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端与所述功率管和检测电阻的公共端电耦接，接收所述检测电阻上的电压检测信号，第二输入端与第二基准电压电耦接，输出端输出一预关断信号；一采样窗口产生模块，具有输入端和输出端，其中输入端与所述预关断产生模块电耦接，接收所述预关断信号，输出一脉冲采样窗口信号；一采样保持模块，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端与所述采样窗口产生模块电耦接，接收所述脉冲采样窗口信号，第二输入端与所述功率管和检测电阻的公共端电耦接，接收所述检测电阻上的电压检测信号，输出端输出在所述脉冲采样窗口信号高电平变成低电平时刻对应的电压检测信号采样电压；一加权减法器模块，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端与第一基准电压电耦接，第二输入端与所述采样保持模块电耦接，接收所述电压检测信号采样电压，输出端输出所述第一基准电压与所述电压检测信号采样电压的加权相减电压；以及第一比较模块，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端与所述功率管和检测电阻的公共端电耦接，接收所述检测电阻上的电压检测信号，第二输入端与所述加权减法器模块电耦接，接收所述加权相减电压，输出端输出所述加权相减电压和所述电压检测信号相比较产生的使所述功率管关断的关断信号。

根据本发明一实施例的一种线补偿电路，所述预关断模块，包括：第二比较模块，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端与所述功率管和检测电阻的公共端电耦接，接收所述检测电阻上的电压检测信号，第二输入端与第二基准电压电耦接，其输出端输出一预关断信号，在所述电压检测信号大于等于所述第二基准电压时，所述预关断信号变为高电平。

根据本发明一实施例的一种线补偿电路，所述采样窗口产生模块，包括：一上升沿延时单元，具有输入端和输出端，其中输入端与所述预关断产生模块电耦接，接收所述预关断信号，输出端与一反相器输入端电耦接；一与门，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端与所述上升沿延时单元输入端电耦接，第二输入端与所述反相器输出端电耦接，输出端输出一脉冲采样窗口信号。

根据本发明一实施例的一种线补偿电路，所述采样保持模块，包括：一采样开关，具有输入端、输出端和控制端，其中输入端与所述功率管和检测电阻的公共端电耦接，接收所述检测电阻上的电压检测信号，控制端与所述采样窗口产生模块电耦接，接收所述脉冲采样窗口信号，所述脉冲采样窗口信号控制所述采样开关导通和断开；一采样电容，具有第一端和第二端，其中第一端与所述采样开关输出端电耦接，第二端与地电耦接，所述采样电容输出在所述脉冲采样窗口信号高电平变成低电平时刻所对应的电压检测信号采样电压。

根据本发明一实施例的一种线补偿方法，采用上述之一的线补偿电路，包括：产生一预关断信号；根据所述预关断信号，产生一脉冲采样窗口信号对检测电阻上的电压检测信号进行采样保持；将采样保持得到的电压检测信号采样电压与电压检测信号进行叠加以后，与参考电压进行比较，产生线电压补偿以后的关断信号；或将所述参考电压减去采样保持得到的电压检测信号采样电压以后，与电压检测信号进行比较，产生线电压补偿以后的关断信号。

根据本发明一实施例的一种电源装置，包括有如所述的线补偿电路，或有如所述的线补偿方法，所述电源装置还包括：一储能电感，具有第一端和第二端，其中第一端与输入电压电耦接；一控制驱动模块，具有输入端和输出端，其中输入端与所述第一比较模块电耦接，接收所述关断信号，输出端输出一脉冲宽度调制信号；一功率管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端与所述储能电感第二端电耦接，控制端与所述控制驱动模块电耦接，接收所述脉冲宽度调制信号，在所述脉冲宽度调制信号为高电平时，控制所述功率管导通，让所述储能电感充电，在所述脉冲宽度调制信号为低电平时，控制所述功率管断开，让所述储能电感放电；一检测电阻，具有第一端和第二端，其中第一端与所述功率管的第二端电耦接，第二端与地电耦接，所述检测电阻检测储能电感充电期间流过功率管的充电电流，在检测电阻上产生一电压检测信号。

根据本发明一实施例的一种电源装置，所述功率管为nmos管，所述nmos管的漏极与所述储能电感第二端电耦接，栅极与所述控制驱动模块电耦接，源极与所述检测电阻第一端电耦接。

根据本发明一实施例的一种电源装置，所述功率管为三极管，所述三极管的集电极与所述储能电感第二端电耦接，基极与所述控制驱动模块电耦接，发射极与所述检测电阻第一端电耦接。

本发明所提出的线补偿电路和方法，不需要额外检测母线电压，同时可以内置于芯片内部去补偿因为母线电压的高低不同，导致的输出电流或电感平均电流不一致，节约了成本，提升了系统的性能和可靠性。

附图说明

图1a所示为一种现有电源转换装置示意图；

图1b所示为现有电源转换装置典型波形图；

图2a所示为本发明一实施例的电源装置示意图；

图2b所示为本发明一实施例的另一电源装置示意图；

图2c所示为本发明一实施例的预关断产生模块示意图；

图2d所示为本发明一实施例的采样窗口产生模块示意图；

图2e所示为本发明一实施例的采样保持模块示意图；

图3a所示为本发明一实施例的典型工作波形示意图；

图3b所示为本发明一实施例的另一典型工作波形示意图；

图4所示为本发明一实施例的线补偿方法流程图。

具体实施方式

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，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附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。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

图2a所示为根据本发明一实施例的具有一功率管202和一检测电阻203的电源装置200的示意图，其中线补偿电路，包括：一预关断产生模块220，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端与所述功率管202和检测电阻203的公共端电耦接，接收所述检测电阻203上的电压检测信号vcs，第二输入端与第二基准电压vref2电耦接，输出端输出一预关断信号poff；一采样窗口产生模块210，具有输入端和输出端，其中输入端与所述预关断产生模块220电耦接，接收所述预关断信号poff，输出一脉冲采样窗口信号ts；一采样保持模块230，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端与所述采样窗口产生模块210电耦接，接收所述脉冲采样窗口信号ts，第二输入端与所述功率管202和检测电阻203的公共端电耦接，接收所述检测电阻203上的电压检测信号vcs，输出端输出在所述脉冲采样窗口信号ts高电平变成低电平时刻对应的电压检测信号采样电压sh；一加权加法器模块240，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端与所述功率管202和检测电阻203的公共端电耦接，接收所述检测电阻203上的电压检测信号vcs，第二输入端与所述采样保持模块230电耦接，接收所述电压检测信号采样电压sh，输出端输出所述电压检测信号vcs与所述电压检测信号采样电压sh的加权相加电压csin；以及第一比较模块250，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端与所述加权加法器模块240电耦接，接收所述加权相加电压csin，第二输入端与第一基准电压vref1电耦接，输出端输出所述加权相加电压csin和所述第一基准电压vref1的相比较产生的使所述功率管202关断的关断信号off。

图2b所示为根据本发明一实施例的具有一功率管202和一检测电阻203的电源装置300的示意图，其中线补偿电路，包括：一预关断产生模块220，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端与所述功率管202和检测电阻203的公共端电耦接，接收所述检测电阻203上的电压检测信号vcs，第二输入端与第二基准电压vref2电耦接，输出端输出一预关断信号poff；一采样窗口产生模块210，具有输入端和输出端，其中输入端与所述预关断产生模块220电耦接，接收所述预关断信号poff，输出一脉冲采样窗口信号ts；一采样保持模块230，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端与所述采样窗口产生模块210电耦接，接收所述脉冲采样窗口信号ts，第二输入端与所述功率管202和检测电阻203的公共端电耦接，接收所述检测电阻203上的电压检测信号vcs，输出端输出在所述脉冲采样窗口信号ts高电平变成低电平时刻对应的电压检测信号采样电压sh；一加权减法器模块340，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端与第一基准电压vref1电耦接，第二输入端与所述采样保持模块230电耦接，接收所述电压检测信号采样电压sh，输出端输出所述第一基准电压vref1与所述电压检测信号采样电压sh的加权相减电压refin；以及第一比较模块250，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端与所述功率管202和检测电阻203的公共端电耦接，接收所述检测电阻230上的电压检测信号vcs，第二输入端与所述加权减法器模块340电耦接，接收所述加权相减电压refin，输出端输出所述加权相减电压refin和所述电压检测信号vcs相比较产生的使所述功率管202关断的关断信号off。

在本发明一实施例中，如图2c所示，所述预关断模块220，包括：第二比较模块221，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端与所述功率管202和检测电阻203的公共端电耦接，接收所述检测电阻203上的电压检测信号vcs，第二输入端与第二基准电压vref2电耦接，其输出端输出一预关断信号poff，在所述电压检测信号vcs大于等于所述第二基准电压vref2时，所述预关断信号poff变为高电平。

在本发明一实施例中，如图2d所示，所述采样窗口产生模块210，包括：一上升沿延时单元211，具有输入端和输出端，其中输入端与所述预关断产生模块220电耦接，接收所述预关断信号poff，输出端与一反相器212输入端电耦接；一与门213，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端与所述上升沿延时单元211输入端电耦接，第二输入端与所述反相器212输出端电耦接，输出端输出一脉冲采样窗口信号ts。

在本发明一实施例中，如图2e所示，所述采样保持模块230，包括：一采样开关231，具有输入端、输出端和控制端，其中输入端与所述功率管202和检测电阻203的公共端电耦接，接收所述检测电阻203上的电压检测信号vcs，控制端与所述采样窗口产生模块210电耦接，接收所述脉冲采样窗口信号ts，所述脉冲采样窗口信号ts控制所述采样开关231导通和断开；一采样电容232，具有第一端和第二端，其中第一端与所述采样开关231输出端电耦接，第二端与地电耦接，所述采样电容232输出在所述脉冲采样窗口信号ts高电平变成低电平时刻所对应的电压检测信号采样电压sh。

在本发明一实施例中，如图2a或图2b所示，一种电源装置200或300，包括有如所述的线补偿电路，或有如所述的线补偿方法，还包括：一储能电感201，具有第一端和第二端，其中第一端与输入电压vin电耦接；一控制驱动模块260，具有输入端和输出端，其中输入端与所述第一比较模块250电耦接，接收所述关断信号off，输出端输出一脉冲宽度调制信号pwm；一功率管202，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端与所述储能电感201第二端电耦接，控制端与所述控制驱动模块260电耦接，接收所述脉冲宽度调制信号pwm，在所述脉冲宽度调制信号pwm为高电平时，控制所述功率管202导通，让所述储能电感201充电，在所述脉冲宽度调制信号pwm为低电平时，控制所述功率管202断开，让所述储能电感201放电；一检测电阻203，具有第一端和第二端，其中第一端与所述功率管202的第二端电耦接，第二端与地电耦接，所述检测电阻203检测储能电感201充电期间流过功率管202的充电电流il，在检测电阻203上产生一电压检测信号vcs。

在本发明一实施例中，结合如图2a的电源装置示意图和图3a的典型工作波形图，可以进一步了解本发明的工作原理，控制环路和功率管202的固定关断延时时间为td，线补偿电路通过预关断产生模块220产生的预关断信号poff在电压检测信号vcs超过第二基准电压vref2以后变成了高电平，所述预关断信号poff通过采样窗口产生模块210产生了脉冲采样窗口信号ts，所述脉冲采样窗口信号ts控制所述采样保持模块230中的采样开关231，在脉冲采样窗口信号ts的高电平期间对电压检测信号vcs进行采样，此时采样电容232上的电压跟随电压检测信号vcs变化，当脉冲采样窗口信号ts从高电平变成低电平以后，采样电容232保持脉冲采样窗口信号ts高电平变成低电平时刻所对应的电压检测信号vcs的电压值，也就是电压检测信号采样电压sh；加权加法器模块240将所述电压检测信号采样电压sh加权叠加到电压检测信号vcs上，产生加权相加电压csin；第一比较模块250，比较所述加权相加电压csin和第一基准电压vref1，第一比较模块250输出端输出所述加权相加电压csin和所述第一基准电压vref1相比较产生的使所述功率管202关断的关断信号off，当所述加权相加电压csin大于等于第一基准电压vref1时，第一比较模块250输出端输出的关断信号off变成高电平，控制驱动模块260输出的pwm信号变成低电平断开功率管202。

从图3a可以看到，高母线电压与低母线电压相比较，高母线电压下的电压检测信号vcs_h的斜率会比低母线电压下的电压检测信号vcs_l更大，使得在相同时间的脉冲采样窗口信号ts内，高母线电压下的采样输出的电压检测信号采样电压sh_h值会比低母线电压下的采样输出的电压检测信号采样电压sh_l更大，因此加权相加电压csin_h在高母线电压下会比低母线电压下的加权相加电压csin_l具有更大的补偿量，刚好可以抵消高母线电压比低母线电压下更大的电压检测信号vcs过冲。

在本发明一实施例中，结合如图2b的电源装置示意图和图3b的典型工作波形图，与图2a的电源装置示意图和图3a的典型工作波形图进行比较，可以看出，图2b的电源装置是通过加权减法器模块340从第一基准电压vref1上减去所述电压检测信号采样电压sh，产生加权相减电压refin；第一比较模块250，比较所述加权相减电压refin和电压检测信号vcs，第一比较模块250输出端输出所述加权相减电压refin和所述电压检测信号vcs相比较产生的使所述功率管202关断的关断信号off，当所述电压检测信号vcs大于等于所述加权相减电压refin时，第一比较模块250输出端输出的关断信号off变成高电平，控制驱动模块260输出的pwm信号变成低电平断开功率管202。

从图3b可以看到，高母线电压与低母线电压相比较，高母线电压下的电压检测信号vcs_h的斜率会比低母线电压下的电压检测信号vcs_l更大，使得在相同时间的脉冲采样窗口信号ts内，高母线电压下的采样输出的电压检测信号采样电压sh_h值会比低母线电压下的采样输出的电压检测信号采样电压sh_l更大，因此加权相减电压refin_h在高母线电压下会比低母线电压下加权相减电压refin_l具有更大的补偿量，因此刚好可以抵消高母线电压比低母线电压下更大的电压检测信号vcs过冲。

在一种实施例中，所述脉冲采样窗口信号ts的高电平宽度设置为控制环路和功率管202的固定关断延时时间td，这样就可以100％将因为控制环路和功率管202的固定td延时对电感电流il以及电压检测信号vcs的过冲抵消掉。

在一种实施例中，所述第二基准电压vref2设置为第一基准电压vref的0.5倍，可以在控制驱动模块260产生的脉冲宽度调制信号高电平的一半时间内产生脉冲采样窗口信号ts去采样电压检测信号vcs。

在一种实施例中，所述功率管202为nmos管，所述nmos管的漏极与所述储能电感201第二端电耦接，栅极与所述控制驱动模块260电耦接，源极与所述检测电阻203第一端电耦接。

在一种实施例中，所述功率管202为三极管，所述三极管的集电极与所述储能电感201第二端电耦接，基极与所述控制驱动模块260电耦接，发射极与所述检测电阻203第一端电耦接。

图4为根据本发明一实施例的线补偿方法的流程图，包括步骤401～403，

步骤401：产生一预关断信号；

步骤402：根据所述预关断信号，产生一脉冲采样窗口信号对检测电阻上的电压检测信号进行采样保持；

步骤403：将采样保持得到的电压检测信号采样电压与电压检测信号进行叠加以后，与参考电压进行比较，产生线电压补偿以后的关断信号；或将所述参考电压减去采样保持得到的电压检测信号采样电压以后，与电压检测信号进行比较，产生线电压补偿以后的关断信号。

虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。