專利名稱：開關(guān)電源恒流輸出控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電源控制技術(shù)，具體涉及對(duì)開關(guān)電源的恒流輸出進(jìn)行控制的裝置。
背景技術(shù)：
針對(duì)例如電池充電器和適配器等應(yīng)用的AC/DC轉(zhuǎn)換，已提出了多種電源控制 方案，可以提供精確的恒壓(CV)、恒流(CC)等控制，得到所需的電力供應(yīng)。例如，BCD semiconductor for ManufacturingLimited提出了多種AC/DC電源控制器，包括原邊控制
(Preliminary Datasheet, Rev. 1. 0,2008 ^9^, http: //www, bcdsemi. ■)。圖1示出了簡(jiǎn)化的采用AP3708控制的反激式原邊控制開關(guān)電源，包括電源控制器 AP3708、晶體管Q1、電流檢測(cè)電阻Rcs和變壓器，該變壓器由原邊線圈Np、副邊線圈Ns和輔 助線圈Naux組成。副邊線圈Ns兩端的電壓Vs反映在輔助線圈Naux上，輔助線圈Naux上的電壓Vaux通 過電阻分壓之后通過引腳FB反饋到電源控制器AP3708上，S卩，反饋電壓VFB。由此，電源控 制器可以從反饋電壓Vfb獲知副邊線圈Ns中的電流的情況。圖2示出了電源控制器AP3708的電路示意圖，下面主要針對(duì)恒流(Constant Current)模式進(jìn)行描述。如圖2所示，電源控制器AP3708包括0. IV比較器20IJons (Tons 表示副邊二極管Dl的導(dǎo)通時(shí)段)檢測(cè)器202、第一電流源203和第二電流源204、第一控制 開關(guān)205和第二控制開關(guān)206、電容207。Vfb經(jīng)過0. IV比較器201與0. IV比較，當(dāng)Vfb大于0. IV時(shí)，0. IV比較器201的輸 出為邏輯低電平；否則，輸出為邏輯高電平。0. IV比較器201的輸出信號(hào)被輸入到Tons檢測(cè)器202，Tons檢測(cè)器202輸出信 號(hào)Tons來(lái)指示副邊二極管Dl的導(dǎo)通時(shí)段。信號(hào)Tons用于控制第一控制開關(guān)205和第二控制開關(guān)206對(duì)電容207進(jìn)行充放 電。第一電流源203和第二電流源204的電流值之比是恒定的，圖2中示出了兩者電流值 之比為4/3。當(dāng)電源控制器AP3708工作于恒流模式時(shí)，Tons/toffs = 4/3，其中，Toffs表示副 邊二極管Dl的截止時(shí)間，Toffs = T-Tons, T表示圖1中晶體管Ql的開關(guān)周期。同時(shí)，理 想情況下，在恒流模式下，電源平均輸出電流I。滿足I0 = 1/2XnX IpkX (Tons/T) (1)，其中，Ipk是原邊峰值電流，η是原邊和副邊線圈的匝數(shù)比，因此nX Ipk = Ipks是考 慮到線圈匝數(shù)比的副邊峰值電流?？梢钥吹?，對(duì)于給定的開關(guān)電源，η和1_均已固定，因此，若開關(guān)周期T與副邊二 極管Dl的導(dǎo)通時(shí)段(Tons)之間保持固定比例，則I。保持恒定，實(shí)現(xiàn)恒流輸出。因此，恒流 輸出控制的關(guān)鍵在于獲得副邊二極管Dl的導(dǎo)通時(shí)段Tons，這可以通過檢測(cè)副邊線圈Ns中 電流的過零點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。從電路實(shí)現(xiàn)角度看，過零點(diǎn)或者過0. IV電壓檢測(cè)電路易于實(shí)現(xiàn)。對(duì)于開關(guān)電源，常用方法是檢測(cè)輔助繞組Naux上電壓過零的時(shí)間，得到Tons。參照?qǐng)D1和2以 及以上描述，在電源控制器AP3708中，采用的方法是Vfb (反映副邊線圈Ns中電流的情況) 的過0. IV電壓檢測(cè)，來(lái)檢測(cè)副邊電流的持續(xù)時(shí)間，也即副邊二極管Dl的導(dǎo)通時(shí)段Tons。因此，電源控制器可以通過反饋電壓Vfb的過零點(diǎn)或者過0. IV點(diǎn)來(lái)檢測(cè)副邊二極 管的導(dǎo)通時(shí)段Tons (也即，副邊線圈的電流持續(xù)時(shí)間)，從而在開關(guān)周期與副邊二極管的導(dǎo) 通時(shí)段Tons之間保持固定比例，實(shí)現(xiàn)恒流輸出。如上所述，在理想情況下，如果Tons/T保持為常數(shù)，則I。保持恒定。然而，在實(shí)際 應(yīng)用中，存在的一個(gè)問題副邊二極管截止之后，輔助繞組電壓要經(jīng)過去磁振蕩之后才會(huì)過 零；即，當(dāng)副邊線圈Ns中的電流減小到零時(shí)，反饋電壓Vfb由于去磁振蕩(通常具有衰減正 弦波的形式)的存在還未減小到零。圖3的時(shí)序圖示出了反饋電壓Vfb的波形，其中包括呈 衰減正弦波形式的去磁振蕩。如圖所示，通過過零點(diǎn)或者過0. IV點(diǎn)檢測(cè)到的Tons與實(shí)際 Tons之間存在誤差ΔΤ(通?？梢哉J(rèn)為Δ T等于衰減正弦波的四分之一個(gè)周期)。圖如示 出了電源控制器ΑΡ3708中恒流輸出控制模塊的一部分，圖4b結(jié)合圖3示出了電流源與充 放電電容部分。為方便說(shuō)明，將圖2中的電流源203和204的電流大小示為41和31。如上 所述，在理想情況下，當(dāng)電源控制器AP3708工作于恒流模式時(shí)，Tons/Toffs = 4/3。如果考 慮到實(shí)際存在的誤差ΔΤ，可以得到等式⑵31* (Tons+Δ T) = 41* (Toffs-AT)(2)從而得到輸出電流I。
γ π Γ 2 Γ Tons^nLJlk
_6] 1^1![LJpk^TV0)其中，Lm表示原邊線圈上的電感，V。表示副邊線圈的輸出電壓(參見圖1)?？梢姡?由于存在去磁振蕩，實(shí)際的電壓Vfb過零的時(shí)間點(diǎn)是t1;電容實(shí)際放電時(shí)間為Tons+AT，實(shí) 際充電時(shí)間為Toffs-ΔΤ。等式(3)中ηΔΤν。示出了由于導(dǎo)通時(shí)段誤差ΔΤ，會(huì)導(dǎo)致輸出 電流中存在誤差，這是由于輸出電流I0與輸出電壓V。有關(guān)，而輸出電壓V。又會(huì)隨電源負(fù)載 的變化而變化，導(dǎo)致輸出電流I0無(wú)法保持恒定，從而無(wú)法實(shí)現(xiàn)恒流輸出。針對(duì)上述問題，提出了一些解決方案。例如，專利文獻(xiàn)(CN101552563A)提出了在 開關(guān)電源中恒流輸出控制中引入時(shí)間補(bǔ)償機(jī)制，將檢測(cè)到的副邊線圈的電流持續(xù)時(shí)間補(bǔ)償 為實(shí)際的副邊線圈的電流持續(xù)時(shí)間。該專利文獻(xiàn)提出在現(xiàn)有恒流控制電路中加入時(shí)間補(bǔ)償 電路，雖然能夠解決上述問題，但是需要在現(xiàn)有電路中引入較多的電路器件，并且需要成對(duì) 的完全相同的電容器。這使電路復(fù)雜化，并且該電路需要兩個(gè)電容器，且容值必須保證精確 的固定比例，這在實(shí)際實(shí)施中是非常困難的，甚至可以說(shuō)是不可能實(shí)現(xiàn)的。因此，需要一種簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)的開關(guān)電源恒流輸出控制機(jī)構(gòu)，其能夠?qū)θゴ耪袷?引起的導(dǎo)通時(shí)段Tons的檢測(cè)誤差進(jìn)行補(bǔ)償，保證恒流輸出控制的精確度。
發(fā)明內(nèi)容鑒于上述問題，提出了開關(guān)電源的恒流輸出控制技術(shù)，其利用基于反饋電壓去磁 振蕩而控制的附加的電流源來(lái)補(bǔ)償導(dǎo)通時(shí)段的檢測(cè)誤差。根據(jù)本實(shí)用新型一方面，一種開關(guān)電源的恒流輸出控制裝置，包括第一和第二電流源；[0023]第一和第二開關(guān)；電容器；以及誤差補(bǔ)償模塊，由第三電流源與第三開關(guān)構(gòu)成；第一電流源的正極耦接至第一開關(guān)的一端，負(fù)極耦接至供電電壓，第一開關(guān)的另 一端耦接至電容器的一端；第二電流源的負(fù)極耦接至第二開關(guān)的一端，正極耦接至電容器的另一端并接地， 第二開關(guān)的另一端耦接至電容器的所述一端；第三電流源的正極耦接至第三開關(guān)的一端，負(fù)極耦接至供電電壓，第三開關(guān)的另 一端耦接至電容器的所述一端；其中，根據(jù)檢測(cè)的開關(guān)電源的副邊線圈二極管導(dǎo)通時(shí)段控制第一和第二開關(guān)的閉 合和斷開，以分別控制第一和第二電流源對(duì)電容器進(jìn)行充電和放電，以及根據(jù)開關(guān)電源的反饋電壓的去磁振蕩，控制第三開關(guān)的閉合和斷開，以控制第三 電流源對(duì)電容器進(jìn)行充電，使得補(bǔ)償檢測(cè)的導(dǎo)通時(shí)段與實(shí)際導(dǎo)通時(shí)段之間的誤差，保持開 關(guān)電源的輸出電流恒定。 根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例，第一電流源與第二電流源的電流大小之比為Ic1A2，第三 電流源的電流大小為(Vli2)/2，ki和k2均為自然數(shù)。根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例，檢測(cè)的導(dǎo)通時(shí)段與實(shí)際導(dǎo)通時(shí)段之間的誤差為ΔΤ，Δ T 表示反饋電壓的去磁振蕩的衰減正弦波四分之一周期，在檢測(cè)的導(dǎo)通時(shí)段上閉合第二開關(guān)，斷開第一和第三開關(guān)，第二電流源對(duì)電容器 放電，在長(zhǎng)度為2ΔΤ的時(shí)段上閉合第一和第三開關(guān)，斷開第二開關(guān)，第一和第二電流源對(duì) 電容器充電，在開關(guān)周期剩余階段閉合第一開關(guān)，斷開第二和第三開關(guān)，第一電流源對(duì)電容 充電在檢測(cè)的導(dǎo)通時(shí)段上閉合。根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例，恒流輸出控制裝置還包括比較器，連接至開關(guān)電源的反饋電壓輸入端將反饋電壓與參考電壓進(jìn)行比較，并 從輸出端輸出比較結(jié)果信號(hào)；以及導(dǎo)通時(shí)段檢測(cè)器，連接至比較器的輸出端，接收比較器的比較結(jié)果信號(hào)，并從輸出 端輸出導(dǎo)通時(shí)段檢測(cè)信號(hào)；其中，導(dǎo)通時(shí)段檢測(cè)器的輸出端經(jīng)由反相器連接至第一開關(guān)的控制端，以將導(dǎo)通 時(shí)段檢測(cè)信號(hào)的反相信號(hào)提供給第一開關(guān)的控制端，控制第一開關(guān)的閉合和斷開，導(dǎo)通時(shí)段檢測(cè)器的輸出端直接連接至第二開關(guān)的控制端，以將導(dǎo)通時(shí)段檢測(cè)信號(hào) 提供給第二開關(guān)的控制端，控制第二開關(guān)的閉合和斷開。根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例，恒流輸出控制裝置還包括去磁振蕩檢測(cè)器，連接至比較器和導(dǎo)通時(shí)段檢測(cè)器的輸出端，接收比較結(jié)果信號(hào) 和導(dǎo)通時(shí)段檢測(cè)信號(hào)，并從輸出端輸出去磁振蕩信號(hào)；其中，去磁振蕩檢測(cè)器的輸出端連接至第三開關(guān)的控制端，以將去磁振蕩信號(hào)提 供給第三開關(guān)的控制端，控制第三開關(guān)的閉合和斷開。根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例，去磁振蕩信號(hào)的高電平持續(xù)時(shí)間是去磁振蕩的衰減正弦 波二分之一周期；去磁振蕩信號(hào)的上升沿觸發(fā)第三開關(guān)閉合，第三電流源在去磁振蕩信號(hào)的高電平持續(xù)時(shí)間上對(duì)電容器充電。根據(jù)本實(shí)用新型另一方面，一種開關(guān)電源，包括如上所述的恒流輸出控制裝置。
通過
以下結(jié)合附圖說(shuō)明本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，將使本實(shí)用新型的上述及其它 目的、特征和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，其中圖1示出了簡(jiǎn)化的采用AP3708控制的反激式原邊控制開關(guān)電源；圖2示出了電源控制器AP3708的電路示意圖；圖3示出了反饋電壓Vfb的波形，其中包括呈衰減正弦波形式的去磁振蕩；圖如示出了電源控制器AP3708中恒流輸出控制模塊的一部分；圖4b結(jié)合圖3示出了電流源與充放電電容部分；圖5示出了根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的電流源與充放電電容部分的示意電路圖；圖6示出了根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的誤差補(bǔ)償模塊的結(jié)構(gòu)和放置；圖7示出了根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的恒流輸出控制裝置的示意框圖；圖8示出了根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的恒流輸出控制裝置中信號(hào)的波形圖。
具體實(shí)施方式
以下參照附圖，對(duì)本實(shí)用新型的示例實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述，本實(shí)用新型不限于下 述示例實(shí)施例。為了清楚描述本實(shí)用新型的基本思想，附圖中僅示出了與本實(shí)用新型的技 術(shù)方案密切相關(guān)的部件，并且以下描述中省略了對(duì)已知技術(shù)、功能或部件具體描述。本申請(qǐng)發(fā)明人注意到，可以采用基于去磁振蕩而控制的附加的電流源來(lái)補(bǔ)償導(dǎo)通 時(shí)段Tons的檢測(cè)誤差。圖5示出了根據(jù)發(fā)明人構(gòu)思的示意電路圖，包括誤差補(bǔ)償模塊。該 誤差補(bǔ)償模塊包括第三電流源和第三開關(guān)。為敘述方便，第三電流源的電流值表示為3. 51。 在、_、= 2 ΔΤ期間，將第三開關(guān)閉合，則第三電流源對(duì)電容充電，以補(bǔ)償由于去磁振蕩引 起的導(dǎo)通時(shí)段Tons的檢測(cè)誤差。結(jié)合上述等式0)，可以利用附加的電流源3. 51，使得如 下等式(5)成立31* (Tons+ Δ Τ) = 41* (Toffs- Δ Τ) +3. 51*2 Δ T(4)從而得到3Tons+3 ΔΤ = 4Toffs-4 Δ T+7 Δ T(5)由此，等式(5)中消除了去磁振蕩導(dǎo)致的時(shí)間誤差Δ Τ，S卩，不管檢測(cè)誤差如何，導(dǎo) 通時(shí)段Tons和開關(guān)周期T精確地處于固定的比例。由此，上述等式(3)變?yōu)槿缦碌仁?6)
權(quán)利要求1.一種開關(guān)電源的恒流輸出控制裝置，包括 第一和第二電流源；第一和第二開關(guān)； 電容器；以及誤差補(bǔ)償模塊，由第三電流源與第三開關(guān)構(gòu)成；第一電流源的正極耦接至第一開關(guān)的一端，負(fù)極耦接至供電電壓，第一開關(guān)的另一端 耦接至電容器的一端；第二電流源的負(fù)極耦接至第二開關(guān)的一端，正極耦接至電容器的另一端并接地，第二 開關(guān)的另一端耦接至電容器的所述一端；第三電流源的正極耦接至第三開關(guān)的一端，負(fù)極耦接至供電電壓，第三開關(guān)的另一端 耦接至電容器的所述一端；其中，根據(jù)檢測(cè)的開關(guān)電源的副邊線圈二極管導(dǎo)通時(shí)段控制第一和第二開關(guān)的閉合和 斷開，以分別控制第一和第二電流源對(duì)電容器進(jìn)行充電和放電，以及根據(jù)開關(guān)電源的反饋電壓的去磁振蕩，控制第三開關(guān)的閉合和斷開，以控制第三電流 源對(duì)電容器進(jìn)行充電，使得補(bǔ)償檢測(cè)的導(dǎo)通時(shí)段與實(shí)際導(dǎo)通時(shí)段之間的誤差，保持開關(guān)電 源的輸出電流恒定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的恒流輸出控制裝置，其中，第一電流源與第二電流源的電流 大小之比為Vk2，第三電流源的電流大小為(ki+ig/2，Ic1和1 均為自然數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的恒流輸出控制裝置，其中，檢測(cè)的導(dǎo)通時(shí)段與實(shí)際導(dǎo)通時(shí)段 之間的誤差為ΔΤ，Δ T表示反饋電壓的去磁振蕩的衰減正弦波四分之一周期，在檢測(cè)的導(dǎo)通時(shí)段上閉合第二開關(guān)，斷開第一和第三開關(guān)，第二電流源對(duì)電容器放電， 在長(zhǎng)度為2ΔΤ的時(shí)段上閉合第一和第三開關(guān)，斷開第二開關(guān)，第一和第二電流源對(duì)電容器 充電，在開關(guān)周期剩余階段閉合第一開關(guān)，斷開第二和第三開關(guān)，第一電流源對(duì)電容充電。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的恒流輸出控制裝置，還包括比較器，連接至開關(guān)電源的反饋電壓輸入端將反饋電壓與參考電壓進(jìn)行比較，并從輸 出端輸出比較結(jié)果信號(hào)；以及導(dǎo)通時(shí)段檢測(cè)器，連接至比較器的輸出端，接收比較器的比較結(jié)果信號(hào)，并從輸出端輸 出導(dǎo)通時(shí)段檢測(cè)信號(hào)；其中，導(dǎo)通時(shí)段檢測(cè)器的輸出端經(jīng)由反相器連接至第一開關(guān)的控制端，以將導(dǎo)通時(shí)段 檢測(cè)信號(hào)的反相信號(hào)提供給第一開關(guān)的控制端，控制第一開關(guān)的閉合和斷開，導(dǎo)通時(shí)段檢測(cè)器的輸出端直接連接至第二開關(guān)的控制端，以將導(dǎo)通時(shí)段檢測(cè)信號(hào)提供 給第二開關(guān)的控制端，控制第二開關(guān)的閉合和斷開。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的恒流輸出控制裝置，還包括去磁振蕩檢測(cè)器，連接至比較器和導(dǎo)通時(shí)段檢測(cè)器的輸出端，接收比較結(jié)果信號(hào)和導(dǎo) 通時(shí)段檢測(cè)信號(hào)，并從輸出端輸出去磁振蕩信號(hào)；其中，去磁振蕩檢測(cè)器的輸出端連接至第三開關(guān)的控制端，以將去磁振蕩信號(hào)提供給 第三開關(guān)的控制端，控制第三開關(guān)的閉合和斷開。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的恒流輸出控制裝置，其中，去磁振蕩信號(hào)的高電平持續(xù)時(shí)間 是去磁振蕩的衰減正弦波二分之一周期；去磁振蕩信號(hào)的上升沿觸發(fā)第三開關(guān)閉合，第三電流源在去磁振蕩信號(hào)的高電平持續(xù) 時(shí)間上對(duì)電容器充電。
7. 一種開關(guān)電源，包括根據(jù)權(quán)利要求1到6之一所述的恒流輸出控制裝置。
專利摘要公開了一種開關(guān)電源的恒流輸出控制裝置，包括第一和第二電流源；第一和第二開關(guān)；電容器；以及誤差補(bǔ)償模塊，由第三電流源與第三開關(guān)構(gòu)成；第一電流源的正極耦接至第一開關(guān)的一端，負(fù)極耦接至供電電壓，第一開關(guān)的另一端耦接至電容器的一端；第二電流源的負(fù)極耦接至第二開關(guān)的一端，正極耦接至電容器的另一端并接地，第二開關(guān)的另一端耦接至電容器的所述一端；第三電流源的正極耦接至第三開關(guān)的一端，負(fù)極耦接至供電電壓，第三開關(guān)的另一端耦接至電容器的所述一端。根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的恒流輸出控制裝置電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所需元件數(shù)目很少，并且容易實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)H02M3/338GK201846236SQ20102059933
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月4日
發(fā)明者任遠(yuǎn)程, 張軍明, 李恩, 王斯然 申請(qǐng)人:成都芯源系統(tǒng)有限公司