[实用新型]补偿电路及补偿控制电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及开关电源领域，具体的说，涉及在低温-40℃以下具有稳压补偿的补偿电路及补偿控制电路。

背景技术

工业与民用领域经常需要把电网的交流电压变成直流，甚至是隔离的直流电，而完成这种转换的工作通常由开关电源来实现，开关电源具有体积小、重量轻等众多优点而被这些领域大量应用，大多时候需要用到稳定的直流输出电压，而这种具有稳定电压输出的开关电源所用到的稳压方法通常采用负反馈控制电路，图1就是一种常用的反激式电路，电路通常由电压变换电路、输出滤波电路、采样电路、控制补偿电路和PWM脉宽调制电路组成，控制补偿电路中所用到的参考源通常是带隙基准电路，其稳压精度高、参数飘移小、成本低，由于其拥有良好的性能，在现代开关电源中被大量应用。结合图1简要说明其主要的工作原理。

当PWM脉宽调制电路输出一个高电平后，功率开关管导通，电压变换电路向输入电源汲取能量；反之，当功率开关管断开，电压变换电路停止向输入电源汲取能量。电压转换电路输出的电压经过输出滤波电路滤波后由采样电路传递给控制电路，控制电路根据采样电路传递的信号经过补偿电路补偿传递给PWM脉宽控制电路，PWM脉宽控制电路调节开关管导通和关断，如输出电压有增加的趋势，PWM信号关断开关管，减少能量的汲取；如输出电压有减少的趋势，PWM信号导通开关管，开关变换器增加能量的汲取。开关变换器汲取能量根据补偿电路的需求不断进行调整，因而始终保持输出电压的稳定。

开关电源工作的稳定情况主要由补偿电路决定，输出稳态、动态、启动过程中输出电压响应的好坏大多取决于补偿电路参数设计的好坏。自动控制原理中对于反馈补偿电路有着精确的描述和设计要求。

对于开关电源中的小信号分析已经有众多的学者进行过深入的研究分析，如状态空间法、等效电源法等，每种方法都由自己的特点，不过，其最终的小信号结论是一致的。各种开关变换器的小信号建模与分析的原理可以参见中国电力出版社的《开关变换器的建模与控制》，该书ISBN号7-5083-3648-8。

从开关电源小信号分析的结论中可以得知，在输出电容为电解电容的场合，小信号分析中有一个电容ESR零点，此ESR零点在补偿设计中起到了不可忽视的作用，由于电解电容的ESR零点在某种程度上带来了负反馈电路相位和增益的改变，因而环路设计过程中需要将ESR零点的影响考虑进去，否则，开管电源补偿电路的参数将不能得到有效的参数，甚至于导致电源的环路失控。众所周知，电解电容的容值和ESR在高低温下的情况有着明显的不同，尤其在低温下，其容值会减少，ESR会成倍的增加，温度越低这种表现越明显。因而这种变化势必导致电容零点的变化，进而影响到电源的环路性能，甚至影响电源的工作。在多数场合，开关电源为后级设备提供电压能量，电源工作的好坏直接影响后级设备能否正常工作，如果低温下电源不能正常工作，必然导致后级设备的不稳定，甚至出现误动作。因此，如何解决低温下稳定性和产品的性能也越来越受到重视。表1为国内常见品牌的四款低压电解电容的测试数据，其中物料01、02代表样品的编号。

表1国内常见品牌的四款低压电解电容的测试数据

从上表数据中看，目前电解电容在低温-40℃下容值变化在5％-20％之间，而ESR为常温下4-35倍，而电容零点就是容值和ESR的乘积，因而电容在低温下的零点也是常温下零点的数十倍左右，而这种变化不得不在开关电源环路设计中去考虑。但目前多数开关电源的由于成本和体积的考虑，其环路参数多为无源元器件组成，在高低温变化时元器件参数不能进行动态的调整，因而环路设计上带来了较大的麻烦。此时多数的解决办法就是降低产品的环路要求，设计低的环路带宽，避免ESR零点变化太大导致控制环路出现问题。这也是一种方法的折中，此种解决方法带来的后果就是电源性能在整个温度范围内的下降，如电源的动态响应、工频抑制能力等，而在要求高的场合又需要增加一些电容的容值来解决这些问题，容值的增加又导致了成本和体积增加，这似乎是一个矛盾，陷入死循环之中。

综上所述，现有的补偿控制电路在低温条件下工作有较大的不足，为满足宽温度范围内产品的稳定性，低环路带宽的设计在性能表现上面也明显表现不足，在成本要求和性能要求日益提升的今天已经越来越不能满足要求。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型要解决开关电源在低温-40℃以下电解电容零点变化太大导致的环路带宽低的补偿电路，以提升产品带宽，提升产品的性能。