开关电源恒压输出的调节电路制造技术

本发明专利技术涉及开关电源恒压输出的调节电路，包含第一比较器、第一RS锁存器、采样保持单元、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一运放、低通滤波单元、第二比较器、第二RS锁存器、驱动模块、功率晶体管以及恒压输出调整电路，恒压输出调整电路包含补偿电流模块、频率调节模块和采样补偿模块。在交流输入电压较低且输出功率较大和/或开关电源工作于连续电流模式时，调节开关频率和/或输出电压反馈管脚上电压的采样时刻和/或输出电压反馈管脚上的电压随输入电容上电压变化而变化，抑制输出电压随该输入电容上电压变化而变化差生的纹波，调节开关频率的变化，扩展开关频率频谱。

Regulating circuit for constant voltage output of switching power supply

The invention relates to a regulating circuit for constant voltage output of switching power supply, comprising a first comparator, a first RS latch, a sampling and holding unit, a first resistance, a second resistance, a third resistance, a fourth resistance, a first op amp, a low pass filter unit, a second comparator, a second RS latch, a drive module, a power transistor, and a constant voltage. Output adjustment circuit, constant voltage output adjustment circuit includes compensation current module, frequency adjustment module and sampling compensation module. When the AC input voltage is low and the output power is large and/or the switching power supply operates in the continuous current mode, the sampling time of the switching frequency and/or the voltage on the output voltage feedback pin and/or the voltage on the output voltage feedback pin vary with the voltage on the input capacitor, and the suppression output voltage varies with the voltage on the input capacitor. The voltage ripples change, adjust the switching frequency and expand the switching frequency spectrum.

【技术实现步骤摘要】
开关电源恒压输出的调节电路
本专利技术涉及一种开关电源恒压输出的调节电路，适用于电源管理集成电路，属于功率半导体

技术介绍
应用于AC-DC转换的反激式开关电源，一般在交流输入之后利用一个整流桥将交流输入转换成一个相对直流的电压并存贮于一个输入电容中，该输入电容的容值决定了所存贮电压(尤其是在输入交流电压有效值较低时)的波动幅度，例如：容值越大，波动幅度越小。另一方面，出于电源设计成本的考虑，该电容的容值与电源所应用的输出功率有关，例如：输出功率较大时选择较大的输入电容容值。传统的开关电源恒压输出的调节电路及方式，在交流输入电压较低和/或工作于连续电流模式(CCM)时，输出电压中心值具有频率与交流频率相同的波动，进而呈现出输出电压纹波大的特征，不能满足大多数电源应用的设计要求，为抑制该输出电压纹波，需要很大的输入电容CBULK，如此则会极大地增加了开关电源的体积和成本。此外，为了稳定性考虑，工作于连续电流模式(CCM)时，一般会以固定频率开关功率开关，而为了转换效率考虑，工作于断续电流模式(DCM)时，一般在功率开关MOS的漏源极间电压VDS的谷底开通(谷底导通模式或QR模式)，两种工作模式下能量频谱窄，开关电源的EMI特性差，或者需要集成电路外围元件来改善EMI特性，从而也增加了开关电源的体积和成本。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种开关电源恒压输出的调节电路。本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：开关电源恒压输出的调节电路，其包含第一比较器、第一RS锁存器、采样保持单元、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一运放、低通滤波单元、第二比较器、第二RS锁存器、驱动模块、功率晶体管以及恒压输出调整电路，第一比较器正相端与FB管脚、采样保持单元的第一输入端、恒压输出调整电路的第一输出端相连；第一比较器负相端与基准电压VTH相连；第一比较器的输出端与第一RS锁存器的RB输入端相连；第一RS锁存器的SB输入端与第二RS锁存器的Q输出端、恒压输出调整电路的第二输入端、驱动模块的输入端相连；第一RS锁存器的Q输出端与恒压输出调整电路的第一输入端相连；采样保持单元的第二输入端与恒压输出调整电路的第二输出端相连；采样保持单元的输出端与第一电阻的第一端相连；第一电阻的第二端与第一运放的负相输入端、第二电阻的第一端相连；第一运放的正相输入端与基准电压VREF相连；第一运放的输出端与第二电阻的第二端、低通滤波单元的输入端相连；低通滤波单元的输出端与第三电阻的第一端、恒压输出调整电路的第三输入端相连；第三电阻的第二端与第四电阻的第一端、第二比较器的负相输入端相连；第四电阻的第二端连接至电源地；第二比较器的正相输入端与调节电路的CS管脚、功率晶体管的源极相连；第二比较器的输出端与第二RS锁存器的R输入端相连；第二RS锁存器的S输入端与恒压输出调整电路的第三输出端相连；驱动模块的输出端与功率晶体管的栅极相连；功率晶体管的漏极与调节电路的SW管脚相连。进一步地，上述的开关电源恒压输出的调节电路，其中，还包含输入电压检测模块，输入电压检测模块的第一输入端与采样保持单元的第二输入端相连，输入电压检测模块的第二输入端与功率晶体管的漏极、调节电路的SW管脚相连，输入电压检测模块的输出端与恒压输出调整电路的第四输入端相连。进一步地，上述的开关电源恒压输出的调节电路，其中，所述恒压输出调整电路包含补偿电流模块、频率调节模块和采样补偿模块，采样补偿模块的第一输入端为恒压输出调整电路的第一输入端，与第一RS锁存器的Q输出端相连；采样补偿模块的第二输入端与补偿电流模块的第一输出端相连；采样补偿模块的输出端为恒压输出调整电路的第二输出端，与采样保持单元的第二输入端相连；频率调节模块的第一输入端为恒压输出调整电路的第二输入端，与第二RS锁存器的Q输出端相连；频率调节模块的第二输入端与补偿电流模块的第二输出端相连；频率调节模块的第三输入端为恒压输出调整电路的第三输入端，与低通滤波单元的输出端相连；频率调节模块的输出端为恒压输出调整电路的第三输出端，与第二RS锁存器的S输入端相连；补偿电流模块的输入端为恒压输出调整电路的第三输入端，与低通滤波单元的输出端相连；补偿电流模块的第三输出端为恒压输出调整电路的第一输出端，与FB管脚相连。进一步地，上述的开关电源恒压输出的调节电路，其中，第一运放和第一电阻、第二电阻构成误差放大器，放大逐个开关周期采样到的FB管脚电压VFB_SH与基准电压VREF之间的误差并通过低通滤波后输出控制信号EA_OUT，EA_OUT跟随输入电容CBULK上电压VBULK变化而变化；补偿电流模块接收控制信号EA_OUT，并根据EA_OUT的电压值来判定电压VBULK的变化，并以此产生控制电流ICTRL1、ICTRL2和ICOMP，分别对开关频率、逐周期采样FB管脚电压的时刻以及FB管脚电压VFB进行适应性地调节，从而使得不同VBULK下的逐个开关周期的VFB_SH不变或变化极小，逐个开关周期采样VFB时的输出二极管D1的压降VD不变或变化极小，逐个开关周期输出电压VO的中心值不随VBULK波动而波动或波动极小，消除或极大地减小输出电压VO的交流频率纹波，其中，电压VFB上的通过选择不同的FB管脚外接电阻RFB1、RFB2的阻值，获得不同的输出电压纹波抑制效果，满足不同的开关电源设计要求。进一步地，上述的开关电源恒压输出的调节电路，其中，所述补偿电流模块包括跨导运放、第一恒流源、第二MOS晶体管、第三MOS晶体管、第四MOS晶体管、第五MOS晶体管，跨导运放的正相输入端为补偿电流模块的输入端，跨导运放的负相输入端与基准电压VREF1相连，跨导运放的输出端与第二MOS晶体管的漏极、第二MOS晶体管的栅极、第三MOS晶体管的栅极、第四MOS晶体管的栅极、第五MOS晶体管的栅极以及第一恒流源的输入端相连；第二MOS晶体管的源极、第三MOS晶体管的源极、第四MOS晶体管的源极、第五MOS晶体管的源极及第一恒流源的输出端连接至电源地；第三MOS晶体管的漏极、第四MOS晶体管的漏极、第五MOS晶体管的漏极分别为补偿电流模块的第一输出端、第二输出端、第三输出端。进一步地，上述的开关电源恒压输出的调节电路，其中，跨导运放的正相输入端为所述恒压输出调整电路的第三输入端或第四输入端，接收外部控制信号，信号的电压值标识为IN，指示输入电容CBULK上电压VBULK的变化；跨导运放的跨导标识为GM，则跨导运放输出到第二MOS晶体管的电流表示为：IM＝GM(IN-VREF1)；第二MOS晶体管与第三MOS晶体管、第四MOS晶体管、第五MOS晶体管构成电流镜，产生并输出电流值与电压VBULK值相关的电流沉ICTRL1、ICTRL2、ICOMP；当跨导运放的输出电流小于恒流IB1时，电流沉ICTRL1、ICTRL2、ICOMP均为0，不对输出电压及开关频率进行调节，以确保开关电源的稳定性；当跨导运放的输出电流大于恒流IB1时，电流沉ICTRL1、ICTRL2、ICOMP均为跨导运放输出电流与IB1的差值，开始对输出电压及开关频率进行调节，消除或弱化输出电压纹波，提升全输入电压下开关电源的EMI特性。进一步地，上述的开关电源恒本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.开关电源恒压输出的调节电路，其特征在于：包含第一比较器(101)、第一RS锁存器(G1)、采样保持单元(104)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第一运放(103)、低通滤波单元(105)、第二比较器(102)、第二RS锁存器(G2)、驱动模块(109)、功率晶体管(M1)以及恒压输出调整电路(12)，第一比较器(101)正相端与FB管脚、采样保持单元(104)的第一输入端、恒压输出调整电路(12)的第一输出端相连；第一比较器(101)负相端与基准电压VTH相连；第一比较器(101)的输出端与第一RS锁存器(G1)的RB输入端相连；第一RS锁存器(G1)的SB输入端与第二RS锁存器(G2)的Q输出端、恒压输出调整电路(12)的第二输入端、驱动模块(109)的输入端相连；第一RS锁存器(G1)的Q输出端与恒压输出调整电路(12)的第一输入端相连；采样保持单元(104)的第二输入端与恒压输出调整电路(12)的第二输出端相连；采样保持单元(104)的输出端与第一电阻(R1)的第一端相连；第一电阻(R1)的第二端与第一运放(103)的负相输入端、第二电阻(R2)的第一端相连；第一运放(103)的正相输入端与基准电压VREF相连；第一运放(103)的输出端与第二电阻(R2)的第二端、低通滤波单元(105)的输入端相连；低通滤波单元(105)的输出端与第三电阻(R3)的第一端、恒压输出调整电路(12)的第三输入端相连；第三电阻(R3)的第二端与第四电阻(R4)的第一端、第二比较器(102)的负相输入端相连；第四电阻(R4)的第二端连接至电源地；第二比较器(102)的正相输入端与调节电路的CS管脚、功率晶体管(M1)的源极相连；第二比较器(102)的输出端与第二RS锁存器(G2)的R输入端相连；第二RS锁存器(G2)的S输入端与恒压输出调整电路(12)的第三输出端相连；驱动模块(109)的输出端与功率晶体管(M1)的栅极相连；功率晶体管(M1)的漏极与调节电路的SW管脚相连。...

【技术特征摘要】
1.开关电源恒压输出的调节电路，其特征在于：包含第一比较器(101)、第一RS锁存器(G1)、采样保持单元(104)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第一运放(103)、低通滤波单元(105)、第二比较器(102)、第二RS锁存器(G2)、驱动模块(109)、功率晶体管(M1)以及恒压输出调整电路(12)，第一比较器(101)正相端与FB管脚、采样保持单元(104)的第一输入端、恒压输出调整电路(12)的第一输出端相连；第一比较器(101)负相端与基准电压VTH相连；第一比较器(101)的输出端与第一RS锁存器(G1)的RB输入端相连；第一RS锁存器(G1)的SB输入端与第二RS锁存器(G2)的Q输出端、恒压输出调整电路(12)的第二输入端、驱动模块(109)的输入端相连；第一RS锁存器(G1)的Q输出端与恒压输出调整电路(12)的第一输入端相连；采样保持单元(104)的第二输入端与恒压输出调整电路(12)的第二输出端相连；采样保持单元(104)的输出端与第一电阻(R1)的第一端相连；第一电阻(R1)的第二端与第一运放(103)的负相输入端、第二电阻(R2)的第一端相连；第一运放(103)的正相输入端与基准电压VREF相连；第一运放(103)的输出端与第二电阻(R2)的第二端、低通滤波单元(105)的输入端相连；低通滤波单元(105)的输出端与第三电阻(R3)的第一端、恒压输出调整电路(12)的第三输入端相连；第三电阻(R3)的第二端与第四电阻(R4)的第一端、第二比较器(102)的负相输入端相连；第四电阻(R4)的第二端连接至电源地；第二比较器(102)的正相输入端与调节电路的CS管脚、功率晶体管(M1)的源极相连；第二比较器(102)的输出端与第二RS锁存器(G2)的R输入端相连；第二RS锁存器(G2)的S输入端与恒压输出调整电路(12)的第三输出端相连；驱动模块(109)的输出端与功率晶体管(M1)的栅极相连；功率晶体管(M1)的漏极与调节电路的SW管脚相连。2.根据权利要求1所述的开关电源恒压输出的调节电路，其特征在于：还包含输入电压检测模块(110)，输入电压检测模块(110)的第一输入端与采样保持单元(104)的第二输入端相连，输入电压检测模块(110)的第二输入端与功率晶体管(M1)的漏极、调节电路的SW管脚相连，输入电压检测模块(110)的输出端与恒压输出调整电路(12)的第四输入端相连。3.根据权利要求1所述的开关电源恒压输出的调节电路，其特征在于：其特征在于：所述恒压输出调整电路(12)包含补偿电流模块(107)、频率调节模块(108)和采样补偿模块(106)，采样补偿模块(106)的第一输入端为恒压输出调整电路的第一输入端，与第一RS锁存器(G1)的Q输出端相连；采样补偿模块(106)的第二输入端与补偿电流模块(107)的第一输出端相连；采样补偿模块(106)的输出端为恒压输出调整电路(12)的第二输出端，与采样保持单元(104)的第二输入端相连；频率调节模块(108)的第一输入端为恒压输出调整电路的第二输入端，与第二RS锁存器(G2)的Q输出端相连；频率调节模块(108)的第二输入端与补偿电流模块(107)的第二输出端相连；频率调节模块(108)的第三输入端为恒压输出调整电路的第三输入端，与低通滤波单元(105)的输出端相连；频率调节模块(108)的输出端为恒压输出调整电路的第三输出端，与第二RS锁存器(G2)的S输入端相连；补偿电流模块(107)的输入端为恒压输出调整电路的第三输入端，与低通滤波单元(105)的输出端相连；补偿电流模块(107)的第三输出端为恒压输出调整电路(12)的第一输出端，与FB管脚相连。4.根据权利要求3所述的开关电源恒压输出的调节电路，其特征在于：第一运放(103)和第一电阻(R1)、第二电阻(R2)构成误差放大器，放大逐个开关周期采样到的FB管脚电压VFB_SH与基准电压VREF之间的误差并通过低通滤波后输出控制信号EA_OUT，EA_OUT跟随输入电容CBULK上电压VBULK变化而变化；补偿电流模块(107)接收控制信号EA_OUT，并根据EA_OUT的电压值来判定电压VBULK的变化，并以此产生控制电流ICTRL1、ICTRL2和ICOMP，分别对开关频率、逐周期采样FB管脚电压的时刻以及FB管脚电压VFB进行适应性地调节，从而使得不同VBULK下的逐个开关周期的VFB_SH不变或变化极小，逐个开关周期采样VFB时的输出二极管D1的压降VD不变或变化极小，逐个开关周期输出电压VO的中心值不随VBULK波动而波动或波动极小，消除或极大地减小输出电压VO的交流频率纹波，其中，通过选择不同的FB管脚外接电阻RFB1、电阻RFB2的阻值，获得不同的输出电压纹波抑制效果。5.根据权利要求3所述的开关电源恒压输出的调节电路，其特征在于：所述补偿电流模块(107)包括跨导运放(111)、第一恒流源(IB1)、第二MOS晶体管(M2)、第三MOS晶体管(M3)、第四MOS晶体管(M4)、第五MOS晶体管(M5)，跨导运放(111)的正相输入端为补偿电流模块的输入端，跨导运放(111)的负相输入端与基准电压VREF1相连，跨导运放(111)的输出端与第二MOS晶体管(M2)的漏极、第二MOS晶体管(M2)的栅极、第三MOS晶体管(M3)的栅极、第四MOS晶体管(M4)的栅极、第五MOS晶体管(M5)的栅极以及第一恒流源(IB1)的输入端相连；第二MOS晶体管(M2)的源极、第三MOS晶体管(M3)的源极、第四MOS晶体管(M4)的源极、第五MOS晶体管(M5)的源极及第一恒流源(IB1)的输出端连接至电源地；第三MOS晶体管(M3)的漏极、第四MOS晶体管(M4)的漏极、第五MOS晶体管(M5)的漏极分别为补偿电流模块的第一输出端、第二输出端、第三输出端。6.根据权利要求5所述的开关电源恒压输出的调节电路，其特征在于：跨导运放(111)的正相输入端为恒压输出调整电路(12)的第三输入端或第四输入端，接收外部控制信号，信号的电压值标识为IN，指示输入电容CBULK上电压VBULK的变化；跨导运放的跨导标识为GM，则跨导运放输出到第二MOS晶体管(M2)的电流表示为：IM＝GM(IN-VREF1)；第二MOS晶体管(M2)与第三MOS晶体管(M3)、第四MOS晶体管(M4)、第五MOS晶体管(M5)构成电流镜，产生并输出电流值与电压VBULK值相关的电流沉ICTRL1、ICTRL2、ICOMP；当跨导运放(111)的输出电流小于恒流IB1时，电流沉ICTRL1、ICTRL2、ICOMP均为0，不对输出电压及开关频率进行调节，以确保开关电源的稳定性；当跨导运放(111)的输出电流大于恒流IB1时，电流沉ICTRL1、ICTRL2、ICOMP均为跨导运放输出电流与IB1的差值，开始对输出电压及开关频率进行调节，消除或弱化输出电压纹波，提升全输入电压下开关电源的EMI特性。7.根据权利要求3所述的开关电源恒压输出的调节电路，其特征在于：所述采样补偿模块(106)包括第六MOS晶体管(M6)、第七MOS晶体管(M7)、第二恒流源(IB2)、第三恒流源(IB3)、第一开关(SW1)、第二开关(SW2)、第一电容(C1)、第三RS锁存器(G3)、第一单稳态电路(112)，第六MOS晶体管(M6)的栅极与其漏极、第七MOS晶体管(M7...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文亮，李海松，赵倡申，易扬波，
申请(专利权)人：苏州博创集成电路设计有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32