自适应采样电路、原边反馈恒压系统及开关电源系统的制作方法_2

文档序号:9618298阅读:来源:国知局
整个环路的控制,进而使得所述开关电源系统的采样时间自动跟随电流峰值变化而变 化。
[0021] 本发明的优点在于,通过采用自适应采样电路及采用该电路的原边反馈恒压系 统,可以实现采样时间自动跟随电流峰值变化而变化,与现有的固定时间采样方式相比,可 以极大地减小甚至消除不同负载时采样点处副边二极管的电压降之差,从而使得输出电压 精度得到提高;而且从功率开关关断瞬间直到采样点之间的延时是通过电流源对电容充电 实现,整个电路实现简单易行。
【附图说明】
[0022] 图1是一种常用的原边反馈恒压系统的电路连接示意图;
[0023] 图2是图1所示的原边反馈恒压系统的波形示意图;
[0024] 图3是图1所示的原边反馈恒压系统在不同负载情况下的原边电流峰值的示意 图;
[0025] 图4是本发明采样时间自动跟随电流峰值变化而变化的工作原理示意图;
[0026] 图5是本发明的自适应采样电路的一实施方式的电路连接示意图;
[0027] 图6是图5所示的自适应采样电路的内部信号的相应波形图;
[0028] 图7是本发明的自适应采样电路的另一实施方式的电路连接示意图;
[0029] 图8A和图8B是本发明采用所述自适应采样电路的原边反馈恒压系统的示意图;
[0030] 图9是本发明所述原边反馈恒压系统的环路控制模块的结构示意图。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合附图对本发明提供的自适应采样电路及采用该电路的原边反馈恒压系 统的【具体实施方式】做详细说明。
[0032] 图3为原边反馈恒压系统在不同负载情况下的原边电流峰值的示意图,其中,实 线是原边电流峰值较小的波形;虚线是原边电流峰值较大的波形。由图3可知,对于原边反 馈的恒压系统来说,通常工作在断续模式,对于不同的原边电流峰值(Ipp),副边电流峰值 也等比例变化(Isp),遵循如下等式:Isp = Nps*Ipp,其中,Nps为原副边阻比。若使用固 定时间(Tsh)采样,对于不同原边电流峰值来说,采样点处副边二极管上流过的电流(即副 边电流is)不一样,导致采样点处副边二极管上的压降(VD)不一样,为AVd的差异,该AV d电压差异会加在输出电压上,Vo = Vs-VD,其中,Vs为变压器副边电压(通过反馈环路,Vs 保持恒定),Vo为输出电压,不同负载时,VD有差异,于是,输出电压也会有差异,进而输出 恒压精度必然会降低,尤其对于输出电压较低的系统而言,该差异会影响更大。
[0033] 于是,本发明提出一种自适应采样电路,其根据原边电流峰值而自动设置采样时 间,而非固定设置采样时间,以解决上述问题。也就是说,通过采用自适应采样电路的系统 的采样时间自动跟随电流峰值变化而变化,极大地减小甚至消除在不同原边电流峰值时, 副边二极管上产生的电压降之差,从而提高输出电压精度。
[0034] 参见图4所示的本发明采样时间自动跟随电流峰值变化而变化的工作原理示意 图,其中ip为原边电流波形,is为副边电流波形,VD为副边二极管电压波形。虚线和实线分 别对应两种不同负载时的波形,虚线波形对应的电流峰值比实线波形对应的电流峰值高。 Tshl是实线波形对应的采样延时,Tsh2是虚线波形对应的采样延时。
[0035] 采样点处流过副边二极管的电流如下式所示:
[0037] 其中,Is_sh为采样点处副边二极管电流,Tdemag为退磁时间,Tsh为采样时间, Nps为原副边阻比,Ipp为原边电感电流峰值。其中Tdemag的表达式如下:
[0039] Ls为副边电感感量,V。为输出电压,VD为副边二极管压降。
[0040] 将⑵代入⑴得:
[0042] 对于一个确定的系统,Nps,V(j,VD以及Ls均为固定值,故从(3)可以延伸出如下等 式:
[0043] 实线对应的采样点处副边二极管电流表达式为:
[0045] 虚线对应的采样点处副边二极管电流表达式为:
[0047] 如果要消除不同原边电流峰值对应的副边二极管电压降之差,即VD1=VD2=V D,则 需要满足下面的等式:
[0048] Is shl= I s sh2 ⑷
[0049] 再将上述等式(3-1)和等式(3-2)代入等式(4),可以得到:
[0051] 如果Tshl和Tsh2满足上述等式(5)的关系,可以消除不同原边电流峰值对应的 副边二极管电压降之差。
[0052] 因此,基于上述原理,本发明提出了一种自适应采样电路,详见下文说明。
[0053] 参见图5所不,在本发明的一实施方式中,一种自适应米样电路包括:包括一峰值 参考电压生成模块510、一运算模块520、一斜坡电压生成模块530、一比较模块540、一脉冲 生成模块550 ;其中,所述峰值参考电压生成模块510用于生成一电流峰值参考电压Vcs_ ref ;所述运算模块520与所述峰值参考电压生成模块510相连,用于将所述电流峰值参考 电压Vcs_ref进行比例运算,并且输出一采样参考电压Vsh_ref至所述比较模块540 ;所 述斜坡电压生成模块530用于产生一斜坡电压Vramp,并且输出至所述比较模块540 ;所 述比较模块540用于将所述采样参考电压Vsh_ref与所述斜坡电压Vramp进行比较,当所 述斜坡电压Vramp大于所述米样参考电压Vsh_ref时,输出一高电平的米样标识信号(即 Tsample信号),当所述斜坡电压Vramp小于或者等于所述采样参考电压Vsh_ref时,输出 一低电平的采样标识信号;所述脉冲生成模块550用于接收采样标识信号,并且在采样标 识信号的上升沿,产生一窄脉冲信号(即采样信号),以至采用自适应采样电路的开关电源 的采样时间自动跟随电流峰值变化而变化。其中,所述原边反馈恒压系统的具体结构将在 后文中进行详细描述。
[0054] 以下将具体说明自适应采样电路的每一模块或电路的结构关系。
[0055] 其中,所述运算模块520包括:一运算放大器、一第一电阻R1和一第二电阻R2 ;所 述运算放大器的第一输入端接收所述峰值参考电压生成模块510的电流峰值参考电压,所 述运算放大器的第二输入端分别电连接至第一电阻R1的一端和第二电阻R2的一端;所述 第一电阻R1的另一端电连接至所述运算放大器的输出端;所述第二电阻R2的另一端接地。
[0056] 在本实施方式中,所述电流峰值参考电压Vcs_ref与所述采样参考电压Vsh_ref 成比例放大关系。通常情况下,由于所述电流峰值参考电压Vcs_ref较小,一般为几百毫 伏,为了使采样时间更加准确,优选地,通过运算放大器以获得合适量级的所述采样参考电 压Vsh_ref。当然,在其他实施方式中,所述电流峰值参考电压Vcs_ref与所述采样参考电 压Vsh_ref也可以通过运算放大器而成比例缩小关系。
[0057] 在本实施方式中,优选地,所述斜坡电压生成模块530包括:一第一固定偏置电流 源lb、一开关控制单元531、一第一开关S1、一固定电压源Vsource和一第一电容C1 ;其中 所述第一固定偏置电流源通过所述第一开关S1电连接至所述固定电压源Vsource,且所 述第一固定偏置电流源lb电连接至所述第一电容C1的一端,所述第一电容C1的另一端 接地;所述开关控制单元531用于输出一开关控制信号,以控制所述第一开关S1的导通或 关断;当所述第一开关S1为导通时,所述第一电容C1的一端的电压等于所述固定电压源 Vsource的电压,当所述第一开关S1为关断时,所述第一固定偏置电流源lb对所述第一电 容C1进行充电,并且在所述第一电容C1的一端产生一与所述固定电压源Vsource的电压 相等的电压为起点且上升的斜坡电压Vramp。其中,可以设置所述开关控制信号为高电平 时,所述第一开关S1为导通;所述开关控制信号为低电平时,所述第一开关S1为关断。
[0058] 所述比较模块540包括:一比较器,用于将所述采样参考电压Vsh_ref与所述斜 坡电压Vramp进行比较,根据比较结果输出不同电平的采样标识信号。所述脉冲生成模块 550根据不同电平的采样标识信号,并且在采样标识信号的上升沿处,产生相应的窄脉冲信 号(即采样信号),以至采用自适应采样电路的原边反馈恒压系统的采样时间自动跟随电 流峰值变化而变化。
[0059] 也就是说,根据现有已知等式Vcs_ref = Ipp*Rcs,可知电流峰值参考电压Vcs_ ref正比于原边电流峰值Ipp。在本实施方式中,通过将电流峰值参考电压Vcs_ref进行比 例放大,产生采样参考电压Vsh_ref ;当开关控制信号Gate_0N为低电平时,第一固定偏置 电流源lb对第一电容C1进行充电,产生一与固定电压源的电压Vsource相等的电压为起 点且上升的斜坡电压Vramp,该斜坡电压Vramp与采样参考电压Vsh_ref进行比较,产生不 同电平的采样标识信号,再经过脉冲生成模块550的脉冲生成电路(Timer_0neSh〇t)的处 理,获得相应的窄脉冲信号(即采样信号SH)。
[0060] 参见图6所示的自适应采样电路的内部信号的相应波形图。由于电流峰值参考电 压Vcs_ref以及采样参考电压Vsh_ref均与原边电流峰值Ipp成正比,该斜坡电压Vramp 是以与所述固定电压源的电压相等的电压为起点,且呈上升状态,直至采样参考电压Vsh_ ref,此时达到采样点,进而使得从第一开关S1关断瞬间至所述采样点的时间内Tsh和Ipp 成线性关系。
[0061 ] 根据图4所示的电路图得到下式:
[0063] 自适应采样电路中(其中,所述自适应采样电路
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