一种环路补偿电路、开关电源电路及开关电源充电器制造技术

本发明专利技术涉及手机充电器领域，特别涉及一种环路补偿电路、开关电源电路及开关电源充电器。所述环路补偿电路包括，主功率电路及具有电压外环反馈、电流内环反馈的反馈控制电路；所述主功率电路对输入直流电进行降压及电压波纹滤除；所述反馈控制电路对主功率电路输出电压进行调节后反馈输入主功率电路输入端。本发明专利技术提供的一种环路补偿电路采用电压外环反馈、电流内环反馈的反馈控制电路，对输出电压进行反馈控制，提高了环路补偿电路的输出稳定性、瞬态响应的能力及负载的线性调节率，从而提高了开关电源充电器的充电效率。

A loop compensation circuit, switching power supply circuit and switching power supply charger

The invention relates to the field of mobile phone charger, in particular to a loop compensation circuit, a switching power supply circuit and a switching power supply charger. The loop compensation circuit including the main power circuit and control circuit with feedback loop feedback and current feedback voltage; the main power circuit and step-down voltage ripple filter on the input DC power; the feedback control circuit of the main power circuit voltage output regulation feedback input end of the main power circuit. A feedback control circuit loop compensation circuit provided by the invention adopts voltage loop feedback and current feedback, the output voltage feedback control loop compensation circuit improves the output stability, transient response and load capacity of linear regulation rate, thereby improving the charging efficiency of high switching power supply charger.

【技术实现步骤摘要】
一种环路补偿电路、开关电源电路及开关电源充电器
本专利技术涉及手机充电器领域，特别地涉及一种环路补偿电路、开关电源电路及开关电源充电器。
技术介绍
传统的RCC充电器(自激式反激转换器)优点在于：控制方式简单，价格低；自激式震荡不需要外部时钟的控制，不需要设计辅助电源；缺点在于：效率低下，噪声很大，现在手机领域的充电器基本不再使用该技术。现有的手机充电器在稳定的电网电压条件下，其输入电压范围、输出电压和输出功率上的控制都有较合理的方案。采用AC-DC的转换与反馈控制，输出功率上相比传统的RCC电路得到了很大的提升。现在的充电技术方案在电网电压的波动或负载变化的条件下，转换器系统在稳定输出、瞬态响应的能力及负载的线性调节率方面改善不大。尤其在系统稳定性方面，瞬态响应的时间调节较长，反馈系统也只是简单的调节，没有对输出反馈环路作深入分析，并且输出端的线路上的使用二极管作导通路径，使得导通损坏很大，充电效率得不到提升。现阶段多端口充电器的流行，使用该控制方法同时多端口充电，其充电效率将会下降很多，充电电流变小，充电时间将会变长，更有甚者是有的端口在充电过程中是充不进电的，不同端口的电流调节得不到合理的配置。在手机长时间玩游戏时进行充电，则电流的需求变化较大，充电器输出电流不稳定，对电池充电过程将产生较大的冲击，造成电池的使用寿命缩短，进而可能引发烧坏手机的风险。所以，要设计良好、稳定、输出效率高的充电器，其充电控制回路与反馈环路补偿控制将至关重要。
技术实现思路
本专利技术在于提供一种环路补偿电路、开关电源电路及开关电源充电器，用于解决现有充电电路在电网电压的波动或负载变化的条件下，转换器系统在稳定输出、瞬态响应的能力及负载的线性调节率方面改善不大的技术问题，以提升充电电路的输出稳定性、瞬态响应的能力及负载的线性调节率。根据本专利技术的一个方面，提供了一种环路补偿电路，包括，主功率电路及具有电压外环反馈、电流内环反馈的反馈控制电路；所述主功率电路对输入直流电进行降压及电压波纹滤除；所述反馈控制电路对主功率电路输出电压进行调节后反馈输入主功率电路输入端。进一步的，所述主功率电路包括：单端反激转换电路、整流电路；所述单端反激转换电路对输入的直流电进行降压，所述整流电路对降压后的直流电进行电压波纹滤除后输出。进一步的，所述整流电路为整流二极管及滤波电路或同步整流驱动电路。进一步的，所述反馈控制电路包括：检测反馈电路、误差放大电路、隔离电路、电流检测电路、PWM控制及驱动电路；所述检测反馈电路、误差放大电路、隔离电路顺次连接，主功率电路输出电压经检测反馈电路输入给误差放大电路，误差放大电路的输出电压信号输入隔离电路，实现电压外环反馈调节；隔离电路中输出的电流信号输入到电流检测电路中与单端反激转换电路中变压器一次侧的电流比较，产生驱动信号输入到PWM控制及驱动电路中，控制所述单端反激转换电路中变压器一次侧线路上的开关管的开通与关断以实现电流内环调节。进一步的，所述隔离电路为光隔离器或隔离变压器。进一步的，所述检测反馈电路包括：第十电阻R10、第十一电阻R11、电容Ce2；所述第十电阻R10与第十一电阻R11串联对输出电压进行分压后输出给误差放大器；所述电容Ce2与第十电阻R10并联构成超前补偿反馈电路。根据本专利技术的另一方面，还提供了一种开关电源电路，包括共模滤波及整流电路、高精度电流调节开关、单路或多路输出电路、及上述任一项所述的环路补偿电路；所述共模滤波及整流电路连接于输入电压及环路补偿电路输入端，高精度电流调节开关连接于环路补偿电路的输出端及单路或多路输出电路之间。进一步的，所述电路还包括：USB端口适配电路，所述USB端口适配电路连接环路补偿电路输出端与单路或多路输出电路之间。进一步的，所述电路还包括输入保护电路，所述输入保护电路位于交流输入与所述共模滤波及整流电路之间。进一步的，所述输入保护电路包括：保险丝FUSE、负温度系数热敏电阻RNTC，压敏电阻RCB，所述保险丝FUSE和负温度系数热敏电阻RNTC串联于交流输入端，压敏电阻RCB并联于交流输入端。进一步的，所述电路还包括由第一电压瞬变抑制二极管D2、第二电压瞬变抑制二极管D3、第三电阻R3构成串联的箝位电路；所述箝位电路连接于单端反激转换电路中变压器的输入端。进一步的，所述电路还包括ESD保护器件，所述每路输出电路对应设置一个ESD保护器件。根据本专利技术的再一方面，还提供了一种开关电源充电器，包括上述任一项所述的开关电源电路。本专利技术提供的一种环路补偿电路采用电压外环反馈、电流内环反馈的反馈控制电路，对输出电压进行反馈控制，提高了环路补偿电路的输出稳定性、瞬态响应的能力及负载的线性调节率，从而提高了开关电源充电器的充电效率。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是本专利技术提供的开关电源环路补偿网络的滞后补偿示意图；图2是本专利技术提供的开关电源环路补偿网络的超前补偿示意图；图3是本专利技术提供的开关电源环路补偿网络的超前-滞后补偿示意图；图4是本专利技术提供的开关电源系统的小信号模型示意图；图5是本专利技术实施例一提供的环路补偿电路示意图；图6是本专利技术实施例二提供的环路补偿电路示意图；图7是本专利技术提供的开关电源电路模块示意图；图8是本专利技术提供的开关电源电路电路图；图9是本专利技术提供的开关电源电路幅相图；图10是本专利技术提供的开关电源电路输出瞬态响应示意图。具体实施方式为了使本专利技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。开关电源依靠反馈控制环路保证在不同的负载条件下，得到所需的电压和电流。稳定的反馈环路对开关电源来说至关重要，反馈环路的设计影响到许多因素，包括系统的动态响应，负载电压的调整能力与稳定性。当反馈控制环路在某个频率的环路增益为单位增益或更高增益时且总的相位延迟为360°时，反馈控制环路将会产生震荡，导致系统输出不稳定。如果要获得稳定且不震荡的效果，其回路增益传递函数的频率响应在增益穿越频率fc处的增益为0dB，此时曲线的斜率为-20dB/dec，且相移不可低于-180°或-360°，即相位裕量大于零，一般开关电源系统的增益裕量都能够满足，依据设计经验最好在10db以上；同样在相位穿越频率处，即相位在-180°或-360°时，增益裕量必须大于零。根据奈奎斯特稳定判据，相位裕量超过45度时，反馈环路能为系统提供最好的动态响应，能阻尼震荡并缩短瞬态调节时间。在闭环控制系统中，传递函数中分母为零的特征方程F(s)的根或闭环传递函数的分子、分母产生的零极点直接影响系统的稳定性与相位裕量的大小。下面通过分析开关电源转换器系统的零极点特性，进而建立整个系统的小信号动态模型，为环路补偿设计提供指导。图1中表示的是开关电源转换器超前补偿控制方案，其中反馈分压网络101对转换器系统的输出电压进行分压检测，分压后输入到误差放大器中与其基准电压进行比较运算。反馈网络中如果采用纯电阻R1、R2分压，其反馈分压网本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种环路补偿电路，其特征在于，包括，主功率电路及具有电压外环反馈、电流内环反馈的反馈控制电路；所述主功率电路对输入直流电进行降压及电压波纹滤除；所述反馈控制电路对主功率电路输出电压进行调节后反馈输入主功率电路输入端。

【技术特征摘要】
1.一种环路补偿电路，其特征在于，包括，主功率电路及具有电压外环反馈、电流内环反馈的反馈控制电路；所述主功率电路对输入直流电进行降压及电压波纹滤除；所述反馈控制电路对主功率电路输出电压进行调节后反馈输入主功率电路输入端。2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述主功率电路包括：单端反激转换电路、整流电路；所述单端反激转换电路对输入的直流电进行降压，所述整流电路对降压后的直流电进行电压波纹滤除后输出。3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述整流电路为整流二极管及滤波电路或同步整流驱动电路。4.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述反馈控制电路包括：检测反馈电路、误差放大电路、隔离电路、电流检测电路、PWM控制及驱动电路；所述检测反馈电路、误差放大电路、隔离电路顺次连接，主功率电路输出电压经检测反馈电路输入给误差放大电路，误差放大电路的输出电压信号输入隔离电路，实现电压外环反馈调节；隔离电路中输出的电流信号输入到电流检测电路中与单端反激转换电路中变压器一次侧的电流比较，产生驱动信号输入到PWM控制及驱动电路中，控制所述单端反激转换电路中变压器一次侧线路上的开关管的开通与关断以实现电流内环调节。5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述隔离电路为光隔离器或隔离变压器。6.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述检测反馈电路包括：第十电阻R10、第十一电阻R11、电容Ce2；所述第十电阻R10与第十一电阻R11串联对输出电压进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘加龙，郑鲁杰，陈庆威，毛玉鸿，
申请(专利权)人：中兴通讯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44