本實用新型涉及開關電源領域，具體的說，涉及在低溫-40℃以下具有穩壓補償的補償電路及補償控制電路。
背景技術：
工業與民用領域經常需要把電網的交流電壓變成直流，甚至是隔離的直流電，而完成這種轉換的工作通常由開關電源來實現，開關電源具有體積小、重量輕等眾多優點而被這些領域大量應用，大多時候需要用到穩定的直流輸出電壓，而這種具有穩定電壓輸出的開關電源所用到的穩壓方法通常采用負反饋控制電路，圖1就是一種常用的反激式電路，電路通常由電壓變換電路、輸出濾波電路、采樣電路、控制補償電路和PWM脈寬調制電路組成，控制補償電路中所用到的參考源通常是帶隙基準電路，其穩壓精度高、參數飄移小、成本低，由于其擁有良好的性能，在現代開關電源中被大量應用。結合圖1簡要說明其主要的工作原理。
當PWM脈寬調制電路輸出一個高電平后，功率開關管導通，電壓變換電路向輸入電源汲取能量；反之，當功率開關管斷開，電壓變換電路停止向輸入電源汲取能量。電壓轉換電路輸出的電壓經過輸出濾波電路濾波后由采樣電路傳遞給控制電路，控制電路根據采樣電路傳遞的信號經過補償電路補償傳遞給PWM脈寬控制電路，PWM脈寬控制電路調節開關管導通和關斷，如輸出電壓有增加的趨勢，PWM信號關斷開關管，減少能量的汲取；如輸出電壓有減少的趨勢，PWM信號導通開關管，開關變換器增加能量的汲取。開關變換器汲取能量根據補償電路的需求不斷進行調整，因而始終保持輸出電壓的穩定。
開關電源工作的穩定情況主要由補償電路決定，輸出穩態、動態、啟動過程中輸出電壓響應的好壞大多取決于補償電路參數設計的好壞。自動控制原理中對于反饋補償電路有著精確的描述和設計要求。
對于開關電源中的小信號分析已經有眾多的學者進行過深入的研究分析，如狀態空間法、等效電源法等，每種方法都由自己的特點，不過，其最終的小信號結論是一致的。各種開關變換器的小信號建模與分析的原理可以參見中國電力出版社的《開關變換器的建模與控制》，該書ISBN號7-5083-3648-8。
從開關電源小信號分析的結論中可以得知，在輸出電容為電解電容的場合，小信號分析中有一個電容ESR零點，此ESR零點在補償設計中起到了不可忽視的作用，由于電解電容的ESR零點在某種程度上帶來了負反饋電路相位和增益的改變，因而環路設計過程中需要將ESR零點的影響考慮進去，否則，開管電源補償電路的參數將不能得到有效的參數，甚至于導致電源的環路失控。眾所周知，電解電容的容值和ESR在高低溫下的情況有著明顯的不同，尤其在低溫下，其容值會減少，ESR會成倍的增加，溫度越低這種表現越明顯。因而這種變化勢必導致電容零點的變化，進而影響到電源的環路性能，甚至影響電源的工作。在多數場合，開關電源為后級設備提供電壓能量，電源工作的好壞直接影響后級設備能否正常工作，如果低溫下電源不能正常工作，必然導致后級設備的不穩定，甚至出現誤動作。因此，如何解決低溫下穩定性和產品的性能也越來越受到重視。表1為國內常見品牌的四款低壓電解電容的測試數據，其中物料01、02代表樣品的編號。
表1國內常見品牌的四款低壓電解電容的測試數據
從上表數據中看，目前電解電容在低溫-40℃下容值變化在5％-20％之間，而ESR為常溫下4-35倍，而電容零點就是容值和ESR的乘積，因而電容在低溫下的零點也是常溫下零點的數十倍左右，而這種變化不得不在開關電源環路設計中去考慮。但目前多數開關電源的由于成本和體積的考慮，其環路參數多為無源元器件組成，在高低溫變化時元器件參數不能進行動態的調整，因而環路設計上帶來了較大的麻煩。此時多數的解決辦法就是降低產品的環路要求，設計低的環路帶寬，避免ESR零點變化太大導致控制環路出現問題。這也是一種方法的折中，此種解決方法帶來的后果就是電源性能在整個溫度范圍內的下降，如電源的動態響應、工頻抑制能力等，而在要求高的場合又需要增加一些電容的容值來解決這些問題，容值的增加又導致了成本和體積增加，這似乎是一個矛盾，陷入死循環之中。
綜上所述，現有的補償控制電路在低溫條件下工作有較大的不足，為滿足寬溫度范圍內產品的穩定性，低環路帶寬的設計在性能表現上面也明顯表現不足，在成本要求和性能要求日益提升的今天已經越來越不能滿足要求。
技術實現要素：
有鑒于此，本實用新型要解決開關電源在低溫-40℃以下電解電容零點變化太大導致的環路帶寬低的補償電路，以提升產品帶寬，提升產品的性能。
與此相應，本實用新型還要解決開關電源在低溫-40℃以下電解電容零點變化太大導致的環路帶寬低的補償控制電路，以提升產品帶寬，提升產品的性能。
本實用新型是這樣實現的，一種補償電路，連接在濾波電路與光耦反饋控制電路之間，其特征在于：包括補償支路，補償支路包括第一電阻和第一電容，第一電阻和第一電容形成極點，且第一電阻為負溫度系數的熱敏電阻，第一電阻和第一電容的極點隨溫度的變化與濾波電路中電解電容的零點隨溫度的變化基本一致。
優選的，所述補償支路的第一電阻和第一電容串聯連接形成串聯支路，其連接關系是，第一電阻的一端作為補償支路的輸入端，用于分別與濾波電路及光耦反饋控制電路的第一輸入端連接；第一電阻的另一端連接第一電容的一端，第一電容的另一端作為補償支路的輸出端，用于與光耦反饋控制電路的第二輸入端連接。
優選的，所述補償支路，還包括第三電阻，第三電阻串入第一電阻與第一電容之間。
優選的，所述補償支路，還包括第三電阻，第三電阻并聯在第一電阻兩端。
優選的，所述的補償控制電路，還包括第二電阻，第二電阻并聯在補償支路的兩端。
本實用新型還提供一種補償控制電路，包括上述的補償電路和光耦反饋控制電路，光耦反饋控制電路，包括光耦U2、穩壓器U1、電阻R4、電阻R5、電阻R6和電容C2，其連接關系是，光耦U2光敏二極管的陽極作為光耦反饋控制電路的第二輸入端，光敏二極管的陰極分別與電容C2的一端及穩壓器U1的陰極連接，電容C2的另一端與電阻R4的一端連接，電阻R4的另一端分別與電阻R5的一端及電阻R6的一端連接，電阻R5的另一端作為光耦反饋控制電路的第一輸入端；電阻R6的另一端接地；穩壓器U1的陽極接地；穩壓器U1的控制端與電阻R6的一端連接。
本實用新型再提供一種控制環路補償電路，用于連接輸出和光耦電路之間，包括
第一電阻，所述第一電阻的一端連接輸出電路的正極，同時連接所述第三電阻的一端，所述第一電阻的另一端接第二電阻的一端；
第二電阻，所述第二電阻的一端的連接第一電阻的一端，所述第二電阻的另一端連接第一電容的一端；
第一電容，所述第一電容的一端的連接第二電阻的一端，所述第一電容的另一端所述第三電阻的另一端。
優選地，第二電阻可以取消，所述第一電阻的一端連接輸出電路的正極，第一電阻的另一端第一電容的一端，所述第一電容的另一端連接第三電阻的一端。
附圖說明
圖1為現有開關電源主要控制電路的原理框圖；
圖2為本實用新型第一實施例的補償控制電路的電路原理圖；
圖3為本實用新型第二實施例的補償控制電路的電路原理圖；
圖4為本實用新型第三實施例的補償控制電路的電路原理圖；
圖5-1為現有補償電路的動態小信號的測試波形圖；
圖5-2為本實用新型第一實施例補償電路的動態小信號的測試波形圖；
圖6-1為現有補償電路的大動態的信號跳變的測試波形圖，選擇常用的負載25％-75％動態變化區間；
圖6-2為本實用新型第一實施例的補償電路的大動態的信號跳變的測試波形圖，選擇常用的負載25％-75％動態變化區間；
圖7-1為現有補償電路的低壓輸入時輸出的工頻紋波圖；
圖7-2為本實用新型第一實施例補償電路的低壓輸入時輸出的工頻紋波圖；
圖8-1為本實用新型第一實施例補償電路進行低溫-40°測試的啟動波形圖；
圖8-2為本實用新型第一實施例補償電路進行低溫-40°測試的動態波形圖；
圖8-3為本實用新型第一實施例補償電路進行低溫-40°測試的展開波形圖。
具體實施方式
實施例一
圖2示出了第一實施例的補償控制電路原理圖，一種提升電源在低溫下性能的補償電路102，連接于輸出濾波電路101和反饋控制電路103之間。
補償電路102包括補償支路和第二電阻，補償支路包括第一電阻和第一電容，第一電阻和第一電容形成極點，且第一電阻為負溫度系數的熱敏電阻，第一電阻和第一電容的極點隨溫度的變化與濾波電路中電解電容的零點隨溫度的變化基本一致。補償電路102的連接關系是，第一電阻的一端作為補償電路的輸入端，分別連接濾波電路101的輸出正極及反饋控制電路103的電阻R5(即反饋控制電路103的第一輸入端)；第一電阻的另一端連接第一電容的一端，第一電容的另一端作為補償電路的輸出端，連接反饋控制電路103中光耦的陽極(即反饋控制電路的第二輸入端)；第二電阻，第二電阻的一端連接濾波電路101的輸出正極，第二電阻的另一端連接第一電容的另一端；也即第二電阻與第一電阻和第一電容串聯支路形成并聯關系，連接在濾波電路101的輸出正極和反饋控制電路103中光耦的陽極。
為了方便，以下第一電阻R1簡稱為電阻R1，其它相同，如第二電阻R2簡稱為電阻R2。
反饋控制電路103，包括光耦U2、穩壓器U1、電阻R4、電阻R5、電阻R6和電容C2，其連接關系是，光耦U2光敏二極管的陽極作為光耦反饋控制電路103的第二輸入端，用于與補償電路102的輸出端連接；光敏二極管的陰極分別與電容C2的一端及穩壓器U1的陰極連接，電容C2的另一端與電阻R4的一端連接，電阻R4的另一端分別與電阻R5的一端及電阻R6的一端連接，電阻R5的另一端作為光耦反饋控制電路103的第一輸入端；電阻R6的另一端接地；穩壓器U1的陽極接地；穩壓器U1的控制端與電阻R6的一端連接。
補償控制電路在低溫下補償電解電容零點的補償電路102的工作原理如下：
根據控制環路小信號的分析結論，輸出電路中的電解電容在功率級傳遞函數中產生一個固定的零點，但是根據之前的描述，在低溫下電解電容的容值和ESR變化很大，其乘積形成的零點也隨著溫度的變化而產生非常大的變化，如此，如果環路的設計不合理，雖然電源的性能有提升，但低溫下因零點的變化容易導致輸出電壓出現異常，甚至產生振蕩。本補償電路102中的電阻R1和電容C1與反饋控制電路103電路形成一個極點，此極點通過合理的設計可以抵消濾波電路101中電解電容產生的零點。但是電解電容產生的零點隨溫度的變化而變化，固定參數的電阻R1和電容C1不能滿足此種變化，否則就需要降低環路的帶寬，為抵消零點的變化，電阻R1和電容C1形成的極點也需要隨著溫度的變化而變化，而且要與電解電容的變化保持一致，由于電容C1多為陶瓷電容，其溫度變化系數不大，故此改變電阻R1阻值，而負溫度系數熱敏電阻可以滿足此方面的需求，通過選擇合適參數的熱敏電阻，可以使電阻R1和電容C1的乘積隨著溫度的變化而有較大的波動，此種波動在一定程度上可以抵消甚至完全消除電解電容低溫下的變化，因而其環路的設計參數可以保持和常溫下的一致，因此通過較低的改動，使得電源的性能得以較大的提升。
現以公司一臺10W12V輸出的AC-DC反激電路的產品為例，通過對補償電路102改進前、后方案的測試相關的數據，來說明其改進效果：
從對比的數據中可以看出：
1、如圖5-1所示為現有補償電路的動態小信號的測試波形圖，圖5-2所示為本實用新型第一實施例補償電路的動態小信號的測試波形圖，由此可知，本實用新型補償電路的動態小信號的測試結果有明顯提升，產品的帶寬從219Hz提升到933Hz，同時仍然保持足夠的相位余量。
2、如圖6-1所示為現有補償電路的大動態的信號跳變的測試波形圖，圖6-2所示為本實用新型第一實施例的補償電路的大動態的信號跳變的測試波形圖，由此可知，從大動態的信號跳變的測試上也能反映出本實用新型補償電路所帶來的產品性能的提升。選擇常用的負載25％-75％動態變化區間，可以看出電源輸出的動態變化時波形的上下幅度大致減少各15mV，也就是說相對于現有補償電路的輸出波形減少了大約25％的波動幅度，更好的情況是補償后波形產生的振鈴現象小了，從側面說明其更不易產生震蕩。
3、圖7-1所示為現有補償電路的低壓輸入時輸出的工頻紋波圖，圖7-2所示為本實用新型第一實施例補償電路的低壓輸入時輸出的工頻紋波圖，由此可知，從低壓輸入時輸出的工頻紋波圖形可以看出，本實用新型補償電路的輸出紋波幅值小了10mV左右，比之現有補償電路的減少了30％。
從以上的測試結果可以看出，本實用新型補償電路使環路帶寬提升后電源產品的整體性能有很大的提升，從另一方面也反應出電源產品可以用更小的電容來降低成本和產品體積，從而提升電源產品的性價比。
然而，本領域技術人員的通常理解是帶寬提升后很容易導致產品的振蕩，對于開關電源這種負反饋電路來說也是如此。那么根據本實用新型補償電路對10W的電源進行零點補償，并對10W的電源進行低溫-40°的測試，測試波形如圖8-1至8-3所示，從這些測試波形圖中可以看出，應用本實用新型補償電路的電源產品在低溫下輸出啟動和動態都能夠非常好的工作，并沒有出現振蕩的情況。為更全面地觀察電源在穩態下是否可能出現不穩定，使得低溫下產品再工作30分鐘，同時用示波器監視輸出波形，波形表現良好，一直比較穩定，說明補償電路工作良好，從側面也說明本實用新型補償電路所帶來的打破本領域偏見的預想不到的顯著有益效果。同時通過此補償電路的應用，可以對現有的設計平臺進行總結，指導產品設計，減少低溫下產品的性能調試，快速有效的提升工作效率和產品性能。
第二實施例
圖3示出了第二實施例的補償控制電路原理圖，一種補償電路202，連接于濾波電路201和反饋控制電路203之間，與第一實施例的不同之處在于，增設電阻R3，電阻R3串入電阻R1與電容C1之間。與電阻R1和電容C1串聯的電阻R3用以改善產品在很寬的溫度范圍內工作時熱敏電阻變化很大，從而導致過補償的問題，如在高溫下電解電容的ESR零點變化并不是很大，但是熱敏電阻變化大，通過引入電阻R3進行調節，進一步改善高溫下的補償性能。
第三實施例
圖4示出了第三實施例的補償控制電路原理圖，一種補償電路302，連接于濾波電路301和反饋控制電路303之間，與第一實施例的不同之處在于，增設電阻R3，電阻R3并聯在電阻R1兩端。電阻R3用以改善所形成的極點，通過調節電阻R3，可以改變并聯的阻值，使得所形成的極點不必過于依賴熱敏電阻的阻值，容易選取熱敏電阻器件。
以上僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出的是，上述優選實施方式不應視為對本實用新型的限制，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型的精神和范圍內，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍，這里不再用實施例贅述，本實用新型的保護范圍應當以權利要求所限定的范圍為準。