專利名稱：一種適用于電流模式開關電源的過功率補償電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種過功率補償電路，尤其涉及一種適用于電流模式開關電源的過功率補償電路，屬于電源開關技術領域。
背景技術：
隨著各種電子產品如個人PC、打印機、電視機、家庭影院等的廣泛推廣，應用客戶不僅對這些電子設備的功能、性能等方面提出了嚴格的要求，尤其對設備的可靠性更為關注。目前，國內大多數的家用電子設備是由市政直接供電，為了適應電壓在85 ^4V之間波動的交流市電供電，家用電子設備中通常配有AC/DC開關電源。圖1是傳統的AC/DC開關電源的電路圖，該電路圖中的電路100包括橋式整流電路101、穩壓電容器102、變壓器103、 NMOS功率開關晶體管107、檢測電阻108、續流二級管104、輸出濾波電容106、負載105和控制單元109。橋式整流電路101跨接在變壓器103初級線圈兩端用以接收交流AC電壓并提供直流DC輸出電壓，功率開關晶體管107的漏端與變壓器103的初級線圈串聯，檢測電阻 108連接功率開關晶體管107的源端用以檢測流過變壓器103初級線圈的峰值電流，變壓器 103的次級線圈通過續流二級管104連接輸出負載105，通過控制單元109的輸出邏輯信號調制功率開關晶體管107的開通或關斷實現把儲存在初級線圈中的能量傳遞到輸出。采用峰值電流模式的開關電源，正常工作狀態時一般是通過電流環路不斷地檢測流經電感或變壓器初級線圈的峰值電流來調制系統的開通或關斷，使反饋環路穩定地向負載提供需要的功率。但是在短路或過載狀態下，系統的電壓和電流環路都失去作用，而電感或變壓器初級線圈的峰值電流僅受系統的電流鉗位閾值限制，傳統的AC/DC開關電源系統中電流鉗位閾值一般是把經檢測電阻采樣得到的采樣電壓與恒定的電壓作比較，這樣就造成無論輸入電壓是多少只要檢測電阻相同系統的峰值電流就相等，系統的最大輸入功率也會隨著輸入電壓的不同而不等。此外，在實際應用中，一般從電流取樣到功率開關管徹底關斷都有一定的傳輸延遲，而相同的電感或變壓器繞組會因不同的輸入電壓產生不同的電流斜率，從而造成對于相同的傳輸延遲高輸入電壓的最大功率點高于低輸入電壓時的最大功率點。此外，在設備使用過程中，由于啟動、輸出過載或短路等突發情況引起的輸出功率過大而造成電源和負載設備損壞的事情時有發生，因此在開關電源設計中增設過功率補償電路顯得特別重要。
發明內容
為了消除開關電源在實際應用中因輸入電壓不同導致功率點不同以及傳輸延遲帶來的不利影響，本發明提出了一種適用于電流模式的開關電源的過功率補償電路。該電路是通過在從變壓器初級線圈采樣得來的電壓信號上疊加一定斜率的補償電壓信號，并把疊加后的電壓信號與兩個不同的基準電壓進行比較產生邏輯電平信號，從而通過控制單元控制開關晶體管的開通或關斷。本發明解決上述技術問題的技術方案如下一種適用于電流模式開關電源的過功
4率補償電路，其中，電流模式開關電源借助變壓器通過開通或關斷功率開關晶體管從輸入線向輸出負載傳輸能量，所述的過功率補償電路包括斜坡電流產生電路和與其相連的功率補償實現電路，所述斜坡電流產生電路用于產生周期性的補償用的斜坡電流；所述功率補償實現電路用于采集變壓器的采樣電壓，并將通過周期性的補償用的斜坡電流產生的補償電壓疊加在采樣電壓上后，與不同的基準電壓相比較而產生邏輯電平信號，從而通過電流模式開關電源中的控制單元控制功率開關晶體管的開通或關斷；所述功率補償實現電路包括第一組電流鏡、第二組電流鏡、第三組電流鏡、第四組電流鏡、偏移電阻、第一電流檢測比較器、第二電流檢測比較器和邏輯單元；所述第一組電流鏡、第二組電流鏡、第三組電流鏡、第四組電流鏡用于把周期性的斜坡電流按相同的比例鏡像到偏移電阻的第一端和第二端；所述偏移電阻的第一端和第二組電流鏡的輸出端相連，第二端和第四組電流鏡以及采樣電壓的輸出端相連，所述偏移電阻用于產生補償電壓； 所述第一電流檢測比較器的正相輸入端和采樣電壓的輸出端相連，負相輸入端和第一基準電壓相連，輸出端和邏輯單元相連，所述第一電流檢測比較器用于將補償電壓和第一基準電壓相比較；所述第二電流檢測比較器的正相輸入端和疊加補償電壓后的采樣電壓的輸出端相連，負相輸入端和第二基準電壓相連，輸出端和邏輯單元相連，所述第二電流檢測比較器用于將疊加補償電壓后的采樣電壓和第二基準電壓相比較；所述邏輯單元用于根據第一電流檢測比較器和第二電流檢測比較器的比較結果產生邏輯電平信號。所述第一基準電壓和第二基準電壓的大小與最大輸入功率點有關，所述第一基準電壓和第二基準電壓的大小不相同。在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。進一歩，所述斜坡電流產生電路包括誤差放大器、電容、電阻、PMOS晶體管、第一 NMOS晶體管和第二 NMOS晶體管；所述誤差放大器的正相輸入端與電容的第一端子以及 PMOS晶體管的漏極、第一 NMOS晶體管的漏極相連接，所述誤差放大器的輸出端連接到第二 NMOS晶體管的柵極，所述誤差放大器的負相輸入端連接到第二 NMOS晶體管的源極和電阻的第一端子；所述電容的第二端子、電阻的第二端子、第一 NMOS晶體管的源極同時接地；所述PMOS晶體管和第一 NMOS晶體管的柵極共同連接ー邏輯信號。進一歩，所述第一組電流鏡和斜坡電流產生電路相連；第二組電流鏡和第一組電流鏡的第一輸出端相連；第三組電流鏡和第一組電流鏡的第二輸出端相連；第四組電流鏡和第三組電流鏡相連，第二組電流鏡的輸出端連接到偏移電阻的第一端并連接到第二電流檢測比較器的正相輸入端；第四組電流鏡的輸出端連接到偏移電阻的第二端并與采樣電壓的輸出端相連。進一歩，所述第一組電流鏡包括第一 PMOS晶體管、第二 PMOS晶體管和第三PMOS 晶體管，所述第一 PMOS晶體管的漏極和柵極連接并與斜坡電流產生電路中第二 NMOS晶體管的漏極相連，第二 PMOS晶體管的漏極作為第一組電流鏡的第一輸出端連接到第二組電流鏡，第三PMOS晶體管的漏極作為第一組電流鏡的第二輸出端連接到第三組電流鏡。進一歩，所述第二組電流鏡包括第一 NMOS晶體管和第二 NMOS晶體管，所述第一 NMOS晶體管的柵極和漏極連接并與第二 NMOS晶體管的柵極相連，所述第一 NMOS晶體管的漏極連接第一組電流鏡的第一輸出端，所述第二 NMOS晶體管的漏極與偏移電阻的第二端子相連并連接到第二個電流檢測比較器的正相輸入端。
進一歩，所述第三組電流鏡包括第一 NMOS晶體管和第二 NMOS晶體管，所述第一 NMOS晶體管柵極和漏極連接并與第二 NMOS晶體管的柵極相連，第一 NMOS晶體管的漏極連接第一組電流鏡的第二輸出端，所述第二 NMOS晶體管的漏極連接到第四組電流鏡。進一歩，所述第四組電流鏡包括第一 PMOS晶體管和第二 PMOS晶體管，所述第一 PMOS晶體管的柵極和漏極相連并與第二 PMOS晶體管的柵極相連，所述第一 PMOS晶體管的漏極連接第三電流鏡中的第二 NMOS晶體管的漏扱，所述第二 PMOS晶體管的漏極連接偏移電阻的第一端子并與第一個電流檢測比較器的正相輸入端相連。本發明的有益效果是本發明適用于電流模式開關電源的過功率補償電路通過產生周期性的斜坡電流，并當斜坡電流流過偏移電阻時，產生ー個周期性的帶斜坡的補償電壓，該補償電壓與采樣得到的電壓相疊加得到補償后的采樣電壓，分別把補償前的采樣電壓和補償后的采樣電壓與不同的基準電壓比較，有效地改變不同輸入電壓下的峰值電流閾值點，從而彌補了不同輸入電壓下最大輸入功率點不同帶來的影響，該電路無需外部多余配置器件，在不增加成本的基礎上，通過感測變壓器初級線圈中流過的電流來實現峰值電流監控，從而達到控制功率的目的，避免了高輸入電壓時輸入功率過大帶來的危害。
圖1為傳統的AC/DC開關電源的部分架構圖；圖2為本發明實施例適用于電流模式開關電源的過功率補償電路的電路圖；圖3為本發明實施例產生斜坡電流的電路圖；圖4為本發明實施例斜坡電流的波形圖；圖5為本發明實施例實現功率補償的電路圖；圖6為本發明實施例補償前后采樣電壓的波形圖；圖7為本發明實施例補償后功率與輸入電壓的曲線圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發明，并非用于限定本發明的范圍。圖2為本發明實施例適用于電流模式開關電源的過功率補償電路的電路圖，如圖 2所示，由圖3中產生斜坡電流的電路和圖5中實現功率補償的電路組成。如圖3是本發明實施例產生斜坡電流的電路圖。在該電路圖中，所述電路200包括誤差放大器204、電容203、電阻206、PMOS晶體管201、NMOS晶體管202、NMOS晶體管205。 其中，所述誤差放大器204是采用P型輸入對管的兩級放大器，它的正相輸入端與電容203 的第一端子以及PMOS晶體管201的漏扱、NMOS晶體管202的漏極相連接，它的輸出端連接到NMOS晶體管205的柵極，它的負相輸入端連接到NMOS晶體管205的源極和電阻206的第一端子，而電容203的第二端子、電阻203的第二端子、NMOS晶體管202的源極同時接地。 所述誤差放大器204、NM0S晶體管205和電阻206三者共同組成V-I緩沖電路，實現輸入電壓到輸出電流的轉換，其產生的電流由第一組電流鏡提供。PMOS晶體管201和NMOS晶體管 202的漏極相連組成ニ選ー單元，其中，PMOS晶體管201的源極接另一恒定電流源I1，NM0S 晶體管202的源極接地。PMOS晶體管201和NMOS晶體管202的柵極共同連接ー邏輯信號SEL。其中，當邏輯信號SEL =“1”吋，PMOS晶體管201關閉，NMOS晶體管202選通，誤差放 大器204的正相輸入端短接到地，根據誤差放大器正負輸入端“虛短”的原理，得到電阻206 的第一端子和第二端子電壓相等并等于0，此時流過電阻206的電流為0，即流向第一組電 流鏡的電流為0 ；當邏輯信號SEL = “0”吋，NMOS晶體管202關閉，PMOS晶體管201選通， 即與PMOS晶體管201的源極相連的恒定電流源I1通過PMOS晶體管201對電容203充電， 由公式
[0026權利要求
1.一種適用于電流模式開關電源的過功率補償電路，其特征在于，所述電流模式開關電源借助變壓器通過開通或關斷功率開關晶體管從輸入線向輸出負載傳輸能量，所述的過功率補償電路包括斜坡電流產生電路和與其相連的功率補償實現電路，所述斜坡電流產生電路用于產生周期性的補償用的斜坡電流；所述功率補償實現電路用于采集變壓器的采樣電壓，并將通過周期性的補償用的斜坡電流產生的補償電壓疊加在采樣電壓上后，與不同的基準電壓相比較而產生邏輯電平信號，從而通過電流模式開關電源中的控制單元控制功率開關晶體管的開通或關斷；所述功率補償實現電路包括第一組電流鏡、第二組電流鏡、第三組電流鏡、第四組電流鏡、偏移電阻、第一電流檢測比較器、第二電流檢測比較器和邏輯單元；所述第一組電流鏡、 第二組電流鏡、第三組電流鏡和第四組電流鏡用于把周期性的斜坡電流按相同的比例鏡像到偏移電阻的第一端和第二端；所述偏移電阻的第一端和第二組電流鏡的輸出端相連，第二端和第四組電流鏡以及采樣電壓的輸出端相連，所述偏移電阻用于產生補償電壓；所述第一電流檢測比較器的正相輸入端和采樣電壓的輸出端相連，負相輸入端和第一基準電壓相連，輸出端和邏輯單元相連，所述第一電流檢測比較器用于將補償電壓和第一基準電壓相比較；所述第二電流檢測比較器的正相輸入端和疊加補償電壓后的采樣電壓的輸出端相連，負相輸入端和第二基準電壓相連，輸出端和邏輯單元相連，所述第二電流檢測比較器用于將疊加補償電壓后的采樣電壓和第二基準電壓相比較；所述邏輯單元用于根據第一電流檢測比較器和第二電流檢測比較器的比較結果產生邏輯電平信號。
2.根據權利要求1所述的適用于電流模式開關電源的過功率補償電路，其特征在于， 所述斜坡電流產生電路包括誤差放大器、電容、電阻、PMOS晶體管、第一 NMOS晶體管和第二 NMOS晶體管；所述誤差放大器的正相輸入端與電容的第一端子以及PMOS晶體管的漏極、第一NMOS晶體管的漏極相連接，所述誤差放大器的輸出端連接到第二 NMOS晶體管的柵極，所述誤差放大器的負相輸入端連接到第二 NMOS晶體管的源極和電阻的第一端子；所述電容的第二端子、電阻的第二端子、第一 NMOS晶體管的源極同時接地；所述PMOS晶體管和第一 NMOS晶體管的柵極共同連接一邏輯信號。
3.根據權利要求2所述的適用于電流模式開關電源的過功率補償電路，其特征在于， 所述第一組電流鏡和斜坡電流產生電路相連；第二組電流鏡和第一組電流鏡的第一輸出端相連；第三組電流鏡和第一組電流鏡的第二輸出端相連；第四組電流鏡和第三組電流鏡相連，所述第二組電流鏡的輸出端連接到偏移電阻的第一端并連接到第二電流檢測比較器的正相輸入端；第四組電流鏡的輸出端連接到偏移電阻的第二端并與采樣電壓的輸出端相連。
4.根據權利要求3所述的適用于電流模式開關電源的過功率補償電路，其特征在于， 所述第一組電流鏡包括第一 PMOS晶體管、第二 PMOS晶體管和第三PMOS晶體管，所述第一 PMOS晶體管的漏極和柵極連接并與斜坡電流產生電路中第二 NMOS晶體管的漏極相連，第二PMOS晶體管的漏極作為第一組電流鏡的第一輸出端連接到第二組電流鏡，第三PMOS晶體管的漏極作為第一組電流鏡的第二輸出端連接到第三組電流鏡。
5.根據權利要求4所述的適用于電流模式開關電源的過功率補償電路，其特征在于， 所述第二組電流鏡包括第一 NMOS晶體管和第二 NMOS晶體管，所述第一 NMOS晶體管的柵極和漏極連接并與第二 NMOS晶體管的柵極相連，所述第一 NMOS晶體管的漏極連接第一組電CN 102545663 A流鏡的第一輸出端，所述第二 NMOS晶體管的漏極與偏移電阻的第二端子相連并連接到第二個電流檢測比較器的正相輸入端。
6.根據權利要求5所述的適用于電流模式開關電源的過功率補償電路，其特征在于， 所述第三組電流鏡包括第一 NMOS晶體管和第二 NMOS晶體管，所述第一 NMOS晶體管柵極和漏極連接并與第二 NMOS晶體管的柵極相連，第一 NMOS晶體管的漏極連接第一組電流鏡的第二輸出端，所述第二 NMOS晶體管的漏極連接到第四組電流鏡。
7.根據權利要求6所述的適用于電流模式開關電源的過功率補償電路，其特征在于， 所述第四組電流鏡包括第一 PMOS晶體管和第二 PMOS晶體管，所述第一 PMOS晶體管的柵極和漏極相連并與第二 PMOS晶體管的柵極相連，所述第一 PMOS晶體管的漏極連接第三電流鏡中的第二 NMOS晶體管的漏極，所述第二 PMOS晶體管的漏極連接偏移電阻的第一端子并與第一個電流檢測比較器的正相輸入端相連。
全文摘要
本發明涉及一種用在電流模式開關電源中的過功率補償電路。所述功率補償電路包括斜坡電流產生電路、電流鏡電路、偏移電阻和電流檢測比較器，斜坡電流產生電路用來產生用于補償的電流；偏移電阻用來連接采樣電壓并使采樣電壓產生偏移；電流檢測比較器用于連接采樣電壓和控制功率開關管開關的信號的單元，通過把補償前后的采樣電壓信號分別與不同的基準電壓進行比較得到控制功率開關管開關的控制信號。通過采用本發明中的功率補償電路，有效地調制了不同輸入電壓狀況時變壓器初級線圈的峰值電流閾值，從而避免了高輸入電壓時輸入功率過大帶來的危害。
文檔編號H02M7/219GK102545663SQ20101057761
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月7日 優先權日2010年12月7日
發明者楊衛麗, 王本川, 趙野 申請人:中國科學院微電子研究所