一种开关电源线电压补偿方法及自适应采样器技术

本发明专利技术公开了一种开关电源的线电压补偿方法，涉及一种开关电源技术，该方法主要包括以下步骤：（１）采样过程：在功率开关临界关断时进行采样，并对第一电容充电；（２）采样结束后完成电荷分配过程：第二电容与第一电容进行电荷的分配；（３）连接复位过程：电荷分配过程完成后，第一电容重新连接至采样器的输出端，等待下一次的采样过程。该方法可以不通过额外的检测端补偿线电压、工艺参数，温度及输出驱动的变化，方法简单，功耗低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及开关电源技术，尤其涉及开关电源中对线电压进行补偿方法，及 实现该方法的自适应采样器。
技术介绍
在开关电源技术中，需要控制电路在交流电压范围之间正常工作。 控制系统由于延时存在，在不同线电压情况下导致输出受到很大影响。以反激 型开关电源为例，如图1所示的一种无光耦的反激式控制结构，其中，电阻器 R101在上电时通过给电容CIOI充电，使控制芯片I100'可以正常启动。当输 出电容C102达到一定电压后，辅助绕组通过DIOI给CIOI供电。输出电压通 过辅助绕组，经过R104和R105分压后得到输出电压的反馈信号输入至控制芯 片I100'的反馈端口FB'，在控制芯片I100'内部，输出电压的反馈信号与反 应变压器初级边电流的采样电阻R103两端的电压进行比较处理而通过输出端口 GATEO'输出控制功率开关MIOI的控制信号，进而保持输出稳定。作为一种峰值电流控制模式芯片，输出功率可以由下面公式计算，式中丄为变压器初级边的电感值，/p为设定的峰值电流，/为开关频率。由于控制芯片1100'存在比较延时，传输延时，开关延时等，在初级边电感电 流达到设定的峰值电流/p后，功率开关MIOI要经过一定延时后才能关断。于是实际的峰值电流将会高于设定的峰值电流/p ，由于峰值电流/^项为平方项， 造成输出功率Pout变换范围更大。由于延时并非固定值，它随着温度，线电压， 集成电路工艺，PCB等相关参数的变化而变化，因此，固定时间长度补偿得不 到较好的效果。目前在反激式开关电源(反激型交流一直流变换器)应用中，最常见的补 偿方法是在控制芯片中通过一个连接到线电压的电阻检测该变化的电压，并在芯片内部进行补偿。这种控制方法可参见美国专利US2007/0279820，该方法虽 然使得输出电流得到了良好的控制，但同时也提高了系统成本。另一种方法参 见美国专利US2008/0192515，该方法通过设置成比例的两个电容来检测变压器 初级线圈的实际峰值电流的大小，该方法避免了增加额外的封装引脚，但是实 现方式过于复杂，另外，如果希望通过该方法进行精确地检测，需要提高系统 的带宽，从而增加了系统功耗。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有的限电压补偿方法存在的缺陷，提供一种简单的 片内精确补偿线电压的方法。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案 一种开关电源的线电压补偿 方法，所述开关电源包括变压器，在所述变压器的初级边串联有功率开关和采 样电阻，还包括第一和第二电容；采样器；峰值电流检测比较器，其第一端接 入基准电压，第二输入端接入所述采样电阻两端的电压；该方法包括以下步骤(1)采样过程在功率开关临界关断时，所述的采样器对采样电阻两端的电压进行采样，采样时，第一电容的第一端接恒定的参考电压，第二端接采样器 的输出端；此时，第二电容的第一端与所述峰值电流检测比较器的第一输入端 连接，为峰值电流检测比较器提供基准电压；(2) 电荷分配过程釆样结束后，所述第一电容进行转换连接，第一电容的 第一端接第二电容的第一端和峰值电流检测比较器的第一输入端，第一电容的 第二端接所述的参考电压，第一电容和第二电容进行电荷分配后由第一电容的 第一端或者第二电容的第一端提供基准电压；(3) 连接复位过程电荷分配过程完成后，第一电容的第一端重新连接至恒 定的参考电压，而第二端接采样器的输出端，等待下一次的采样过程。优选的是，在所述的电荷分配过程中，第一电容转换连接的动作顺序依次为(1) 断开第二端与采样器的连接；(2) 断开第一端与参考电压的连接；(3) 第二端与参考电压连接；(4) 将第一端A连接在第二电容的第一端上。优选的是，所述的连接复位过程发生在功率开关即将导通的时刻。一种自适应采样器，其对外端口包括控制输入端口，与所述功率开关的控制 端电连接，接收相同的控制信号；控制输出端口，与所述峰值电流检测比较器 的第一输入端电连接；参考电压端口，接入参考电压；时钟信号端口，接入时 钟信号；以及，采样端口，接入采样电阻两端的电压；自适应采样器的内部包 括采样器，其输入端与所述采样端口电连接；第二电容，其第一端与所述控制输出端口电连接，其第二端接地； 第一电容，其第一端通过一个第一可控转换开关与参考电压端口或者第二电容的第一端电连接，其第二端通过一个第二可控转换开关与采样器的输出端或者参考电压端口电连接；电流比较器，包括依次串联的电流源，和第一、第二功率开关，其中，第一功率开关的控制端与所述控制输入端口电连接，第二功率开关的控制端与第一和第二功率开关之间的电位点连接；所述电流源和第一功率开关之间的电位 点作为电流比较器的输出端，所述电流比较器的输出端；与采样器的控制端电 连接，控制采样器的采样频率，即控制采样器在功率开关临界关断时进行采样; 以及，可控转换开关控制器，其输入控制端与电流比较器的输出端电连接，其输 出控制端输出控制第一和第二可控转换开关进行转换连接的开关控制信号。优选的是，所述的可控转换开关控制器具有时钟输入端，该时钟输入端与 时钟信号端口电连接。优选的是，所述的电流比较器，其输出端经过一个反相器与可控转换开关 控制器的输入控制端电连接本专利技术的有益之处是可以不通过额外的检测端补偿线电压、工艺参数，温 度及输出驱动的变化，方法简单，功耗低。附图说明图l为传统的反激式开关电源的控制原理示意图； 图2为本专利技术的反激式开关电源的控制原理示意图； 图3为图2中所示的本专利技术的PWM控制器的内部结构框图； 图4a为图3中所示的自适应采样器在采样阶段的连接示意图； 图4b为图3中所示的自适应采样器在电荷分配阶段的立连接关系示意图。 图5为PWM控制电路I106输出的驱动信号，以及第一电容C105的第一端 A和第二端B的时序关系图。具体实施例方式图3所示的PWM控制器I100，如图2所示，其对外端口与传统的控制器的 对外端口相同，不需增加额外的封装引脚，即同样包括原边电流采样端口 SENSO、输出电压反馈端口FB，电源端口 VDD和控制端口 GATEO。其中，原 边电流采样端口 SENS0接入采样电阻R103两端的电压，输出电压通过辅助绕 组，经过R104和R105分压后得到输出电压的反馈信号输入至输出电压反馈端 口 FB，控制端口 GATEO与功率开关M101的控制端(如功率开关M101采用 MOS管，则控制端为其栅极)电连接。如图3所示，PWM控制器1100的内部包括典型的峰值电流检测比较器1105， 振荡器I108， PWM控制电路I106,时钟电路I104，以及比较器I103和触发器 1107。其中，PWM控制电路I106的输出端与控制端口 GATEO电连接，由PWM 控制电路I106输出的驱动信号控制功率开关M101的导通与关断；峰值电流检测比较器I105的第二输入端电连接至所述的原边电流采样端口 SENSO，接入代 表原边电流的采样电阻R103两端的电压；比较器1103的第一输入端与输出电 压反馈端口 FB电连接，第二输入端与峰值电流检测比较器1105的输出端电连 接；比较器I103和振荡器I108的输出端分别接入触发器I107的复位端R(或者 置位端S)和置位端S (或者复位端R)，而触发器I107的输出端Q与PWM控 制电路11本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关电源的线电压补偿方法，所述开关电源包括变压器，在所述变压器的初级边串联有功率开关和采样电阻，其特征在于：还包括第一和第二电容；采样器；峰值电流检测比较器，其第一端接入基准电压，第二输入端接入所述采样电阻两端的电压；该方法包括以下步骤：　（１）采样过程：在功率开关临界关断时，所述的采样器对采样电阻两端的电压进行采样，采样时，第一电容的第一端接恒定的参考电压，第二端接采样器的输出端；此时，第二电容的第一端与所述峰值电流检测比较器的第一输入端连接，为峰值电流检测比较器提供基准电压；　（２）电荷分配过程：采样结束后，所述第一电容进行转换连接，第一电容的第一端接第二电容的第一端和峰值电流检测比较器的第一输入端，第一电容的第二端接所述的参考电压，第一电容和第二电容进行电荷分配后由第一电容的第一端或者第二电容的第一端提供基准电压；　（３）连接复位过程：电荷分配过程完成后，第一电容的第一端重新连接至恒定的参考电压，而第二端接采样器的输出端，等待下一次的采样过程。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王乐康，李照华，王蒙，
申请(专利权)人：深圳市明微电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]