專利名稱：實現開關電源初級精確調整的負載補償方法
技術領域：
本發明屬于開關電源輸出的調整方法，尤其涉及實現開關電源初級精確調整的負載補償方法。
背景技術：
在開關電源中，為了簡化外圍電路，降低成本，通常使用初級反饋變換器。初級反饋變換器從初級或者輔助級反激電壓中得到輸出電壓信息，并用這個電壓信息作為初級變換器的反饋控制信號，所以，要得到良好的輸出，反饋控制信號必須真實準確的反映輸出電壓的大小。
如圖1所示，為現有反激型開關電源(即反激型交流-直流變換器)的應用。控制芯片通過輔助級反激電壓Vfb來控制輸出電壓Vout，雙方的關系可以采用方程4表示，因為Vaux=Naux×VsecNsec···(1)]]>并且Vsec＝Vout+Vfschottky+Rsec×Isec…..(2)又Vfb=R2R1+R2×Vaux···(3)]]>所以
Vfb=R2R1+R2×NauxNsec×(Vout+Vfschottky+Rsec×Isec)···(4)]]>其中，Rsec是次級線圈側的等效電阻，包括次級線圈等效電阻、整流管寄生電阻和輸出電容等效串聯電阻(ESR)；Vfschottky是輸出整流二極管的正向壓降，Vsec、Rsec、Isec、Nsec為次級線圈的次級電壓、電阻、電流、線圈匝數，Vaux、Naux為輔助電壓、線圈匝數。R1、R2是反饋電阻。
從方程4可以看到，反饋控制電壓不能準確的反映輸出電壓的大小，而是受到了次級電流的調制。為了得到精確的反饋控制，必須消除次級電流的影響，引入負載補償技術可以解決這個問題。
為了提高電壓調整率，必須加入補償電路，消除次級電流對電壓調整率的影響。目前采用負載補償的一種方法是在反饋控制點疊加一個電流，用這個電流來抵消次級電流對輸出電壓的調制。這樣方程4就變成以下形式Vfb×R1+R2R2+IR1=NaucNsec×(Vout+Vfschottky+Rsec×Isec)···(5)]]>其中I是補償電流。
這是目前采用負載補償方法的通用原理，在美國專利US005841643中就是采用上述原理，該方法利用電感電流平均值作為補償電流，并且外加了補償電阻，補償電阻的阻值有下式決定Rcomp=K1×Rsense×G×RfbRout···(6)]]>其中K1=VoutVin×Eff]]>
Rout=Rsec1-D]]>Eff是功率傳輸效率，D是開關工作的占空比。
從方程6可以看出，這種補償方法有很大的限制，補償電阻的阻值對輸入電壓、輸出電壓、效率、和占空比都敏感，并且需要在集成電路外部增加補償電阻和電容，大大提高了成本；此外，這種辦法使用了電感電流平均值來等效替代次級線圈電流，這要經過多次變換，而每一次變換都會帶來精度的損失，造成補償效果不理想。
發明內容
本發明提供了一種實現開關電源初級精確調整的負載補償方法，它可以實現開關電源輸出的初級精確調整。
為了解決上述技術問題，本發明提供了如下的技術方案開關電源初級精確調整方法，所述的開關電源由開關元件、控制所述開關元件開閉的控制電路和變壓器組成，在所述開關元件開啟期間取樣初級線圈電流；在所述開關元件關閉期間并在與取樣初級線圈電流時的變壓器能量水平大致相等時取樣輸出電壓信號，并將該輸出電壓信號作為開關電源的反饋控制信號；使用所述的初級線圈電流及其變換，補償或修正所述的反饋控制信號。
在開關元件開啟期間的起點取樣所述的初級線圈電流，并在開關元件關閉期間的終點取樣所述的輸出電壓信號；或者在開關元件開啟期間的終點取樣所述的初級線圈電流，并在開關元件關閉期間的起點取樣所述的輸出電壓信號。
其中所述的輸出電壓信號是通過輔助級反饋方法得到的，或者通過初級反饋方法得到得到的。
其中初級線圈電流通過電阻檢測得到，或者通過電流復制的方法得到。
本發明與現有技術相比，具有如下的顯著的進步因為本發明采用通過輔助級反饋方法得到的，或者通過初級反饋方法得到的輸出電壓信息作為反饋控制信號，而通過電阻檢測得到，或者通過電流復制的方法得到的初級線圈電流作為對反饋控制信號的補償或修正，使反饋控制電壓和輸出電壓保持良好的線性關系，從而得到良好的負載調整率和線調整率，并且所采集到的初級線圈電流也無需做多次變換，所以保持良好的精度，并且也沒有增加外部元器件，所以節省了應用成本。
下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步的描述。
圖1為現有反激型開關電源的一般應用2初級電流及反饋電壓檢測示意3初級精確調整技術實施圖具體實施例首先對本發明的實現原理說明如下在方程4中，Isec是次級線圈電流的瞬時值，如果采用Isec及其變換做補償電流將可以做到最好的精度。實際上，從能量的觀點來看，在反激型交流-直流變換器應用中，變壓器處于總是在能量存儲、能量轉移兩種工作狀態下切換。如圖2所示，在這兩種狀態中，當變壓器處于相同的能量水平的時候(比如在圖2中T1時刻取樣初級線圈電流，T2時刻取樣電壓信號)，Ipri和Isec有以下關系Isec(t2)=NpriNsec×Ipri(t1)···(7)]]>這說明，次級線圈的瞬時電流可以通過檢測初級線圈瞬時電流來得到，也就是說可以使用初級線圈瞬時電流來做補償電流。方程5就變成Vfb(t2)×R1+R2R2+β×Ipri(t1)×R1=NauxNsec×(Vout(t2)+Vfschottky+Rsec×Isec(t2))···(8)]]>選擇R1，使以下方程成立R1=Rsec×Npri×Nauxβ×Nsec2···(9)]]>其中β是初級線圈電流轉換為補償電流的系數。
這樣Vout(t2)=Vfb(t2)×(R1+R2R2)×NsecNaux-Vfschottky···(10)]]>注意到R1是反饋電阻，不是額外增加的補償電阻，并且R1的阻值對輸入電壓、輸出電壓、占空比都不敏感。此外，這種補償方法不需要增加任何的外圍元件。這說明，運用本發明的負載補償方法，反饋控制電壓將和輸出電壓保持良好的線性關系，從而得到良好的負載調整率和線調整率，并且不增加應用成本。
圖3是實現本發明的一種具體電路，我們可以選擇開關元件開啟期間的起點取樣初級線圈電流，同時選擇在開關元件關閉期間的終點取樣輸出電壓信息。在開關元件開啟期間，初級線圈的瞬時電流通過電流取樣電阻RSENSE轉換成電壓信號，最小電壓檢測電路采樣該電壓信號的最小值，電壓-電流轉換電路把檢測到的上述電壓信號轉換成電流信號，該電流信號也就是開關元件開啟期間的起點初級線圈電流。在開關元件關閉期間，采樣保持電路在鎖相環的控制下，在開關元件關閉期間的終點取樣輸出電壓信號，取樣得到的電壓信號通過反饋電阻(參見圖1中的R1、R2)輸入到反饋輸入端FB，同時將在上述得到的電流信號作為負載補償信號也疊加到反饋輸入端FB上，這樣將上述電流信號和電壓信號相互補償，可以使方程10精確成立，即輸入反饋信號準確的反映了輸出電壓的大小。在誤差放大器和PWM控制器的作用下，輸出電壓將得到精確的控制，負載調制效應得到了最大程度的改善。同理，也可以通過在開關元件開啟期間的終點通過復制的方法取樣初級線圈電流，并在開關元件關閉期間的起點通過初級反饋的方法取樣輸出電壓信號同樣實現本發明。
雖然本發明中的開關電源以反激型交流-直流變換器為例說明，但同樣可以適用于升壓型交流-直流變換器、降壓型交流-直流變換器、正激型交流-直流變換器。
權利要求
1.一種實現開關電源初級精確調整的負載補償方法，所述的開關電源由開關元件、控制所述開關元件開閉的控制電路和變壓器組成，其特征在于在所述開關元件開啟期間取樣初級線圈電流；在所述開關元件關閉期間并在與取樣初級線圈電流時的變壓器能量水平大致相等時取樣輸出電壓信號，并將該輸出電壓信號作為開關電源的反饋控制信號；使用所述的初級線圈電流及其變換，補償或修正所述的反饋控制信號。
2.如權利要求1所述的實現開關電源初級精確調整的負載補償方法，其特征在于在開關元件開啟期間的起點取樣所述的初級線圈電流，并在開關元件關閉期間的終點取樣所述的輸出電壓信號。
3.如權利要求1所述的實現開關電源初級精確調整的負載補償方法，其特征在于在開關元件開啟期間的終點取樣所述的初級線圈電流，并在開關元件關閉期間的起點取樣所述的輸出電壓信號。
4.如權利要求1所述的實現開關電源初級精確調整的負載補償方法，其特征在于其中所述的輸出電壓信號是通過輔助級反饋方法得到的。
5.如權利要求1所述的實現開關電源初級精確調整的負載補償方法，其特征在于其中所述的輸出電壓信號是通過初級反饋方法得到的。
6.如權利要求1所述的實現開關電源初級精確調整的負載補償方法，其特征在于其中初級線圈電流通過電阻檢測得到的。
7.如權利要求1所述的實現開關電源初級精確調整的負載補償方法，其特征在于其中所述的初級線圈電流通過電流復制的方法得到的。
8.如權利要求1所述的實現開關電源初級精確調整的負載補償方法，其特征在于所述的開關電源可以是升壓型交流-直流變換器或降壓型交流-直流變換器或反激型交流-直流變換器或者正激型交流-直流變換器。
全文摘要
本發明公開了一種實現開關電源初級精確調整的負載補償方法，所述的開關電源由開關元件、控制所述開關元件開閉的控制電路和變壓器組成，在所述開關元件開啟期間取樣初級線圈電流；在所述開關元件關閉期間并在與取樣初級線圈電流時的變壓器能量水平大致相等時取樣輸出電壓信息，并將該輸出電壓信息作為電壓調整器的反饋控制信號；使用所述的初級線圈電流及其變換，補償或修正所述的反饋控制信號。本發明中的開關電源可以是反激型交流－直流變換器或者升壓型交流－直流變換器或者降壓型交流－直流變換器或者正激型交流－直流變換器。
文檔編號H02M7/155GK1812244SQ20051002355
公開日2006年8月2日 申請日期2005年1月25日 優先權日2005年1月25日
發明者黃樹良, 喻明凡 申請人:技領半導體(上海)有限公司, 技領半導體國際有限公司