开关电源的线损补偿电路制造技术

本发明专利技术是一种开关电源的线损补偿电路。它分为电流型和电压型，电流型电路由多阶ＲＣ低通滤波器、电压／电流转换电路和电流镜像电路构成；电压型电路由多阶ＲＣ低通滤波器、减法器和补偿电阻构成。本发明专利技术用补偿电路产生了一个与输出电流Ｉｏｕｔ成比例的补偿电流Ｉｃｐｒ或补偿电压Ｖｃｐｒ，用该补偿电流或补偿电压来抵销由于Ｉｏｕｔ变化所引起的输出导线上的压降，从而恢复控制环路的稳压控制功能，使输出恒定。本发明专利技术的特点是设计思路巧妙、电路简单、易于实现。本发明专利技术进一步的改进是采用了开关ＲＣ滤波器，从而大大减小ＲＣ滤波器的电容体积，便于集成，进一步提高电路性能和简化电路结构，提高了开关电源工作的可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种AC-DC开关电源的线损补偿电路。
技术介绍
在已有技术，AC-DC开关电源目前普遍采用一种反激式原边控制方式，如图5所 示，采用这种架构，系统不需要利用光耦在输出变压器次级输出端反馈采样，而是利用输出 变压器原级辅助端(Vaux)采样来进行环路控制。其工作过程是输入的AC交流电经过二 极管Dl D4的全波整流和电容Cl的滤波后转换成直流信号Vin，该直流信号Vin —方面 通过启动电阻Rl对电容C2进行充电，当电容C2上的电压达到稳压控制芯片X3的启动电 压Vp后，芯片X3开始工作；另一方面，直流信号Vin通过开关变压器X2又变换成交流，其 中开关变压器X2中的电流开关变换由芯片X3通过控制功率开关管Gl的开、关来实现，开 关变压器X2次级输出的交流电通过二极管D6和电容C3的整流和滤波又变换成直流输出。 其中芯片X3通过对开关变压器X2原边辅助端电压Vaux的采样实现对输出端电压Vout的 采样，并通过控制功率开关管Gl的开关频率来控制变压器X2原边中电流的大小，最终使输 出端电压Vout跟随设置值，保证输出端电压的恒定。上述开关电源系统存在的问题是在一般情况下，稳压调节是针对负载(Load) — 个变量进行调节的。但在实际应用中，随着电源输出导线的规格不同，长度不同，输出导线 上的电阻Rcable会很大，它也会引起输出端电压的不稳定。其原因如下如图5所示，假设电源系统的输出电压为Vout，同时假设输出导线Rcable上没有 压降(即电阻Rcable为0)，二极管D6上的压降为Vd，变压器X2的原边辅助绕组T2与次 级绕组T3的匝数比为Nas，则所采样的辅助绕组T2电压值Vaux为Vaux = Nas (Vout+Vd) (1)同时，根据采样点Vaux经R2、R3到地支路中的电流应等于芯片X3采样输入端U 经R3到地支路中的电流，则采样输入端电压Vu为/ 3R3Fm =-Vaux =-NasiVout + Vd)(2)R2 + R3 R2 + R3由(2)式变换，系统的输出端电压Vout为Vout = (! + —)* —-Vd(3)Ri Nas从式⑵中可以看出，当电源系统规格确定后，式中的R2、R3、Nas、Vd都是确定值， 因此，Vu是输出端电压Vout —个变量的函数。当Vout随负载变化时，通过Vu的采样利用 环路控制可使输出电压Vout恒定。但是，当电源输出导线损耗电阻Rcable不能忽略时，上述(1)、(2)、(3)式就会变 为Vaux = Nas(Vout+Vd+Iout*Rcable) (1，)JYlVu =-Nas{Vout + Vd + lout * Rcable)(2')Rl + R3 从上述式(1’)、(2’)、(3’ )可以看出，当输出导线选定后，其损耗电阻Rcable是 一个确定值，但输出电流Iout却是个一个随负载Load变化的变量，因此，式(1’)、(2’)、 (3’ )中具有Vout、lout两个变量，但控制环路只对Vout—个变量进行稳压调节，没有对 Iout进行稳压调节，因此，控制环路失去了对输出端的恒定控制。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对已有技术中的问题，提供一种开关电源的线损补偿电路，用 补偿的方式将输出导线的损耗抵销，从而恢复控制环路的稳压控制功能，最终达到开关电 源的输出恒定。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下本专利技术用上述电路产生了一个与输出电流Iout成比例的补偿电流Icpr或补偿 电压Vcpr，用该补偿电流或补偿电压来抵销由于Iout变化所引起的输出导线上的压降，从 而恢复控制环路的稳压控制功能，使输出恒定。本专利技术的特点是设计思路巧妙、电路简单、 易于实现。本专利技术进一步改进的特点是采用了开关RC滤波器，它可以大大减小RC滤波器 的电容体积，使本电路能够集成在稳压控制芯片X3中，进一步提高电路性能和简化电路结 构，提高电源工作的可靠性。附图说明图1、本专利技术电流型线损补偿电路的原理图。图2、本专利技术电压型线损补偿电路的原理图。图3、多阶开关RC滤波器的原理方框图。图4、开关RC滤波器的电路原理图。图5、已有AC-DC开关电源的电路原理图。图6、tons信号的波形图。图7、U端信号的波形图。图8、补偿电流Icpr信号的波形图。图9、补偿电压Vcpr信号的波形图。具体实施例方式下面以应用于图5开关电源系统中的线损补偿电路为例说明本专利技术的电路结构 和工作原理。实施例1参见图1、5，本例的线损补偿电路由一个四阶RC低通滤波器1、一个电压/电流转 换电路2和一个电流镜像电路3构成，所述四阶RC低通滤波器1的输入端直接或通过一个 缓冲器4与线损检测信号端tons相接，所述的电压/电流转换电路2由一个运算放大器 0P、一个功率开关管MNl和一个串接在功率开关管MNl漏极的补偿电阻Rcpr构成，所述运 算放大器OP的正输入端与所述四阶RC滤波器1的输出端相接，该运算放大器的负输入端接在所述功率开关管MNl的漏极，该运算放大器2的输出端与该功率开关管MNl的栅极相 接。所述的电流镜像电路3由两个共栅极镜像电路连接构成，即由功率开关管MP1、MP2接 成第一镜像电路，由功率开关管丽2、丽3接第二镜像电路，经过该电流镜像电路的两次像 镜复制后，可得到与功率开关管MNl中的电流一致的电流，然后将该电流镜像电路的输出 电流Icpr叠加在芯片X3的采样输入端U端(以下简称U端)上。所述的缓冲器4可以起 到隔离和驱动作用，使电路工作更加稳定。上述电路产生了一个线损补偿电流Icpr，它可抵消线损电阻Rcable上的压降。抵 消原理如下参见图5，假设Nps为变压器X2原边绕组Tl与次级绕组T3的匝数比，Ip为原边 绕组Tl中的电流峰值，Isp为次级绕组T3中的电流峰值，Ls为次级绕组T3的电感，Vs为 次级绕组T3的输出电压，Dons为次级电流的占空比，Tons为次级二极管D6的导通时间，f 是该电源系统的工作频率。根据变压器原理，原边电流Ip与次级电流Isp的关系为 Isp = Nps*Ip (4)根据欧母定律，次级电流有 整理(5)式，得 从输出端看，并结合占空比A^ = ~p = 7bw*/，输出电流I0ut有下式1 1Iout 二 孓Isp * Dons = — Isp * Tons * f(7)由于控制芯片X3采用的是脉冲频率调制(PFM)控制模式，也就是说，功率开关管 Gl的导通时间恒定，通过改变功率管Gl的关闭时间来改变系统工作频率f，故功率开关管 Gl的峰值电流Ip是恒定的。根据上述公式⑷、(5)、(6)，如果Ip恒定，则Isp、T0ns都是 恒定的，因此，根据式(7)，输出电流Iout与系统工作频率f成正比。为此，本专利技术产生一个随系统工作频率f变化的补偿电流Icpr来抵消输出电流 Iout引起的变化。我们选用输出回路中二极管D6的导通时间信号tons作为线损检测输入 信号(波形如图6所示)，该tons信号既包含了系统频率f的信息，又可以从U端方便地得 至IJ，即通过检测U端信号(如图7所示)的高电平即可以得到tons信号。再参图1，当输入的tons信号经过四阶低通滤波后变成一个随tons信号变化的直 流电压信号，即 (8)式中Vdd为电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电流型开关电源的线损补偿电路，其特征是：它至少由一个多阶ＲＣ低通滤波器（１）、一个电压／电流转换电路（２）和一个电流镜像电路（３）构成，所述多阶ＲＣ低通滤波器的输入端直接或通过一个缓冲器（４）与线损检测信号端（ｔｏｎｓ）相接，所述的电压／电流转换电路由一个运算放大器（ＯＰ）、一个功率开关管（ＭＮ１）和一个串接在功率开关管漏极的补偿电阻（Ｒｃｐｒ）构成，所述运算放大器（ＯＰ）的正输入端与所述ＲＣ滤波器的输出端相接，该运算放大器的负输入端与所述功率开关管（ＭＮ１）的漏极相接，所述运算放大器（ＯＰ）的输出端与所述功率开关管（ＭＮ１）的栅极相接，所述电流镜像电路（３）对所述功率开关管（ＭＮ１）中的电流以１∶１的比例镜像复制，该电流镜像电路的输出端接在开关电源的采样电压输入端（Ｕ）上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：宋利军，郭晋亮，卢璐，方建平，
申请(专利权)人：西安英洛华微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]