專利名稱：后肩采樣電路及采樣后肩下降沿電壓的方法
技術領域：
本發明涉及AC-DC反激式開關電源集成電路中的穩壓、恒流控制環路的檢測技術，尤其涉及一種后肩采樣電路及采樣后肩下降沿電壓的方法。
背景技術：
目前LED照明驅動器和離線式充電適配器中多采用原邊反饋型AC-DC反激式集成開關電源。隨著LED照明的大規模應用，為了延長LED的使用壽命，保證大面積應用的亮度均勻性，減少LED因溫度變化引起的亮度變化、過流、過溫和過壓等引起保護電路的誤動作，必須提高其開關電源的穩壓恒流精度。對于便攜式電子設備的離線式開關電源，為了適應鋰電池、鎳氫電池和鎳鎘電池的充電要求，也要求其開關電源具有較高的穩壓穩恒流精 度。圖I為現有技術中的原邊反饋型AC-DC反激式集成開關電源的電路圖，圖中10為模擬測量電路。為了保證開關電源的輸出電壓和開關電源的輸出電流(即負載&兩端的負載電壓Vtl和流過負載&的負載電流Itl)的穩定，需要實時監控負載電壓Vtl和負載電流Itl,然后根據所測量的負載電壓Vtl和負載電流Itl值進行反饋控制。在上述原邊反饋型穩壓控制中，不能直接去采樣負載&兩端的負載電壓Vtl,而是通過采樣高頻變壓器輔助繞組La上的繞組電壓Vb間接計算出負載電壓Vc^結合圖I和圖2可知，繞組電壓Vb為后肩下降沿時刻的電壓值，繞組電壓經由電阻R1和R2分壓后就是采樣電壓Vs，以用于穩壓控制，根據上述描述可知，所述采樣電壓Vs為
「00051 ^=—~·Vb=-^~·^(Va + VF)
_b」* + R2 B +R1 N、、0 F其中，繞組電壓Vb是后肩下降沿時刻在高頻變壓器輔助繞組La上的電壓，Na是高頻變壓器輔助繞組La的圈數，NS是高頻變壓器次級繞組Ls的圈數，負載電壓Vtl是開關電源的輸出電壓，Vf是開關電源次級繞組Ls的整流二極管上的正向壓降。同樣，在上述原邊反饋恒流控制中，也不能直接去采樣流過負載的電流Itl，而是通過采樣流過高頻變壓器初級電感Lp上的峰值電流Ipk。結合圖I和圖2可知，所述峰值電流Ipk通常是用Res上的電壓降Ves間接計算出的，然后用Ves去控制負載電流Itl，根據上述描述可知，所述負載電流Itl為
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r , T1 ivP ￥ CS TI0 =— H— ·1Ciis
11S KlyS kCS J(2)其中，Ici是開關電源的輸出電流，Ts是開關周期，Np是高頻變壓器初級繞組電感Lp的匝數，Ns是高頻變壓器次級繞組電感Ls的匝數，Rcs是串聯在MOS開關源極上的電流采樣電阻，Vcs是采樣電阻Res上的電壓降，Tdis是從開關關斷時刻開始到對高頻變壓器輔助繞組上電壓和電流采樣時刻之間的時間。綜上，無論穩壓控制還是恒流控制，要得到準確的Vs和Ves是進行穩壓和恒流控制的關鍵技術，尤其Tdis的精度直接影響恒流精度和溫度系數。對于上述原邊反饋型AC-DC反激式集成開關電源，現有的輔助繞組La上后肩電壓采樣方法主要以模擬測量方法為主。如圖2所示，其中一種模擬測量方法是從MOS開關關斷點Soff開始，延遲一段時間Ta后，在A點采樣輔助繞組La上的后肩電壓\。這種方法有兩個缺點，其一是電壓精度最高只有5%，采樣電壓受市電電壓和負載電流Itl的變化而變化；其二是溫度特性不好，溫度系數達10%以上。以這種采樣方法進行控制的原邊反饋型AC-DC反激式集成開關電源作為LED的電源的話，一旦環境溫度發生變化，LED的工作電流就發生變化，連續的高溫甚至會損壞LED或減少使用壽命。以這種采樣方法進行控制的原邊反饋型AC-DC反激式集成開關電源作為離線式充電適配器的電源的話，在充電適配器中電壓和電流的隨溫度變化會影響電池的使用壽命，甚至會造成電池損壞。 另一種測量方法是測量輔助繞組La上的電壓VB，根據波形的斜率去鑒別后肩下降沿的電壓，這種方法精度高，穩定性好，但需要最少3次以上的開關周期的反饋比較才能得到正確的數據，故必須耗費較多的時間，瞬態響應較差。以上兩種方法都無法同時滿足穩壓精度、恒流精度和快速響應的要求。
發明內容
本發明提供一種后肩采樣電路及采樣后肩下降沿電壓的方法，達到提高穩壓恒流精度和提高瞬態響應速度的目的，以解決上述原邊反饋型反激式開關電源中現有技術穩壓恒流精度低和瞬態響應慢的問題。為解決上述技術問題，本發明提供一種后肩采樣電路，包括一計數電路，用于計數高頻變壓器輔助繞組上振鈴波的過零點的次數或谷底個數；一檢測電路，用于檢測從開關元件關斷到振鈴波的第η次過零點的時間Tvm或者第η個谷底發生的時間Tvan ;以及一計算電路，用于根據所述Tvm或Tvan計算出從開關元件關斷到所述振鈴波后肩下降沿發生的時間Tdis ;其中，η為非負整數。可選的，所述計算電路為一函數運算電路。可選的，所述開關元件為MOS晶體管或雙極性晶體管。可選的，所述從開關元件關斷到所述振鈴波后肩下降沿發生的時間Tdis根據如下公式得出
權利要求
1.一種后肩米樣電路，包括 一計數電路，用于計數高頻變壓器輔助繞組上振鈴波過零點的次數或谷底個數； 一檢測電路，用于檢測從開關元件關斷到振鈴波的第η次過零點的時間Tvm或第η個谷底發生的時間Tvan;以及 一計算電路，用于根據所述Tvm或Tvan計算出從開關元件關斷到所述振鈴波后肩下降沿發生的時間Tdis ； 其中，η為非負整數。
2.如權利要求I所述的后肩采樣電路，其特征在于，所述計算電路為一函數運算電路。
3.如權利要求I所述的后肩采樣電路，其特征在于，所述開關元件為MOS晶體管或雙極性晶體管。
4.如權利要求I所述的后肩采樣電路，其特征在于，所述從開關元件關斷到所述振鈴波后肩下降沿發生的時間Tdis根據如下公式得出
5.如權利要求I所述的后肩采樣電路，其特征在于，所述從開關元件關斷到所述振鈴波后肩下降沿發生的時間Tdis根據如下公式得出
6.如權利要求I所述的后肩采樣電路，其特征在于，所述計數電路包括 一整形電路，用于將輸入的電壓或者電流進行歸一化處理； 一計數器，根據所述歸一化處理的波形計算啟動到關閉的時間； 一邏輯控制電路，用于根據輸入電壓啟動和關閉所述計數器；和 一門控電路，根據所述計數器的輸出產生一個控制門波，并將器輸送給所述檢測電路。
7.如權利要求I所述的后肩采樣電路，其特征在于，所述檢測電路包括一高速電平比較器，用于比較所述計數電路的輸出電壓和一基準電壓。
8.如權利要求I所述的后肩采樣電路，其特征在于，所述后肩采樣電路還包括一滑模PID控制電路，用于控制所述開關元件的工作狀態。
9.如權利要求8所述的后肩采樣電路，其特征在于，所述滑模PID控制電路包括 一 PID電路，用于反饋環路的比例、積分和微分控制；和 一滑模轉換電路，用于在啟動、恒流、恒壓和待機4個模式之間的平滑轉換。
10.一種采用如權利要求I至9任意一項所述的后肩采樣電路的采樣后肩下降沿電壓的方法，包括 所述計數電路計數振鈴波的過零點次數或者谷底個數； 所述檢測電路檢測從開關元件關斷到振鈴波的第η次過零點的時間Tvm或者第η個谷底發生的時間Tvan;以及 所述計算電路根據所述Tvm或Tvan計算出從開關元件關斷到振鈴波后肩下降沿發生的時間Tdis ； 其中，η為非負整數。
11.如權利要求10所述的采樣后肩下降沿電壓的方法，其特征在于，還包括在振鈴波在谷底時刻開啟所述開關元件。
全文摘要
本發明公開了一種后肩采樣電路及采樣后肩下降沿電壓的方法。后肩采樣電路包括一計數電路，用于計數高頻變壓器輔助繞組上振鈴波的過零次數和谷底個數；一檢測電路，用于檢測從開關元件關斷到振鈴波的第n個過零點的時間Tvcn或者從開關元件關斷到振鈴波的第n個谷底發生的時間Tvan；以及一計算電路，用于根據所述Tvcn或Tvan計算出從開關元件關斷到所述振鈴波后肩下降沿發生的時間Tdis；其中，n為非負整數。采用本發明的后肩采樣電路能夠快速的得到高精度的穩壓、恒流控制信號，并且不隨溫度發生變化，能快速跟蹤負載和市電電壓的變化，從而達到提高穩壓恒流精度和提高瞬態響應速度的目的。
文檔編號G01R19/17GK102841235SQ20121036616
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月27日 優先權日2012年9月27日
發明者王新成, 施樂寧 申請人:福州瑞芯微電子有限公司