[实用新型]一种用于开关电源线损补偿的占空比计算电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及集成电路领域，尤其涉及一种反激式原边反馈恒压开关电源的线损补偿电路。

背景技术

随着电子技术的蓬勃发展，便携式电子设备如手机、平板电脑等系统的精密程度越来越高，导致了对相应充电器、适配器要求越来越高。原边反馈的反激式开关电源拓扑具有结构简单稳定性佳的优点，在小功率输出电源领域获得了广泛的应用。采用原边反馈结构的反激式开关电源的电路结构如图1所示，其工作原理是：交流电压Vac经过四个二极管整流以及电容C₂滤波后，得到直流电压V_in，此直流电压产生提供控制芯片工作的VDD电压。当控制芯片控制功率开关管导通时，变压器原边绕组产生原边电流I_p，能量存储在原边电感L_p中。原边电流I_p的大小随时间增大而不断增大，原边电流检测电阻R_cs用于检测I_p的大小，当I_p不断增大使得R_cs上的电压达到一定阈值后，产生关断功率管的信号，功率管Q₁被关断，存储在变压器原边电感上的能量转移到副边和辅助绕组边，此过程为变压器去磁过程，所用时间为去磁时间，记为T_demag。在变压器去磁过程中，能量主要由副边消耗，电流I_s从副边电感流出，能量部分保存在输出电容C₁上，部分由负载消耗掉。去磁结束后到下一次开关开启前，由于副边二极管D₁的作用，电容C₁上的能量无法从副边电感放走，只能由负载消耗。因输出电容C₁的蓄能作用，输出端可相对稳定地输出电压或电流。原边电流I_p、副边电流I_s、辅助绕组端电压V_fb以及去磁时间方波信号T_demag在图2中可见，去磁时间方波信号通过去磁时间检测模块检测开关电源变压器的辅助绕组电压产生。

对于恒压输出的开关电源来说，控制芯片通过辅助绕组在变压器去磁时间内检测V_fb电压来间接检测电路PCB板输出电压V_{o_pcb}的大小，将检测到的辅助绕组电压V_fb与阈值电压V_ref通过运放EA进行比较，EA的输出电压可调节开关频率(PFM模式)或开关信号脉宽(PWM模式)，使输出电压始终保持在一个稳定的值。输出电压V_{o_pcb}与阈值电压V_ref呈固定比例大小关系。

由于适配器输出端通过充电线缆与负载相连，而充电线缆自身存在一定阻抗，会损耗掉部分电压，损耗电压的大小与输出电流的大小相关。如果开关电源电路PCB板上的输出电压V_{o_pcb}保持恒定，那么电路输出到负载两端的电压V_{o_load}满足如下公式：

V_{o_load}＝V_{o_pcb}-I_o·R_cable (1)

公式(1)中，R_cable为充电线缆等效阻抗，I_o为输出电流。负载电压V_{o_load}满足图3中的电压波形。从图3中可知，负载两端电压V_{o_load}随输出电流的增大而减小，并不能保持稳定。为了能使V_{o_load}保持稳定，那么必须让V_{o_pcb}随输出电流I_o的增大而增大，以此来补偿因线缆阻抗而造成的额外电压损耗，电压波形如图4所示。

由于采用原边反馈结构的开关电源无法直接检测输出电流，因此需要通过检测与输出电流相关的参数来间接获得输出电流信息。经推导可得输出电流I_o的表达式：

公式(2)中，V_pk为原边峰值电压，在采用PFM模式的恒压开关电源中为恒定值，R_cs为原边电流检测电阻，N是变压器原边绕组与副边绕组的匝数比，T_s是开关周期。从公式(2)中可知，输出电流I_o与去磁时间和开关周期的比值成正比，因此可通过检测去磁信号在开关周期内的占空比来间接获得负载电流信息，负载越重，T_demag占空比越大，反之负载越轻，T_demag占空比越小。