CN102723945B - 一种比例定时采样电路及应用该电路的开关电源 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种比例定时采样电路及应用该电路的开关电源，所述的比例定时采样电路由采样控制电路、第一采样时钟产生单元、第二采样时钟产生单元和延时单元依次电性连接组成，能够通过设置两个电容的比值，做到精确按比例采样，同时能够跟随***退磁时间定时采样；该开关电源包括变压器和控制电路，其特征在于：所述控制电路通过对变压器的反馈绕组单元进行定时按比例采样，精确调整所述变压器的脉冲宽度和频率，所述控制电路包含上述比例定时采样电路，该开关电源能够达到较高的恒压输出精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种比例定时采样电路及应用该采样电路的开关电源。
背景技术
应用传统控制器的开关电源如图1所示，该开关电源包括输出模块连接于变压器T1的副绕组两端，吸收电路连接于变压器T1的主绕组两端，开关管Q1的漏极与主绕组一端相连，栅极与传统控制器20的输出端相连，源极与采样电阻Rcs、控制器20相连，反馈绕组单元与控制器相连；该控制器包括采样开关与采样电路32、反馈绕组单元与PWM/PFM调制器22相连；PWM/PFM调制器22与采样电阻Rcs、逻辑驱动23相连，逻辑驱动23与开关管Q1相连。
控制器20通过内部的采样电路21对反馈绕组输入的电压信号33采样，得到的采样信号34反映输出电压Vo的大小，PWM/PFM调制器22对该采样信号34与采样电阻上的信号36比较，输出调制信号到逻辑驱动23，逻辑驱动23调整开关管Q1的脉冲宽度和频率，进而调整变压器主绕组的脉冲宽度和频率，稳定输出电压Vo，以达到恒定电压输出。
传统控制器20的内部采样电路21受控制器内部的时钟信号31控制，当控制器内部的时钟信号31与反馈绕组的信号33相位不一致时，就会出现采样误差，如图2（a）所示，PWM/PFM调制器22处理有误差的采样信号34，得到一个有误差的调制信号控制变压器的脉冲宽度和频率。进而导致开关电源恒定电压输出Vo精度不高。
传统控制器20的内部采样电路还会采用定时采样的方法，当反馈绕组信号33变化时，也会出现采样误差，如图2（b）所示，导致开关电源恒定电压输出Vo精度不高。
为了解决上述问题，需要提供一种新型的比例定时采样电路来达到开关电源高精度的恒定电压输出。
发明内容
本发明针对上述问题，提出了比例定时采样电路，该电路可应用于开关电源，使输出恒定电压能达到较高精度。
本发明的技术方案在于：一种比例定时采样电路，其特征在于：由采样控制电路、第一采样时钟产生单元、第二采样时钟产生单元和延时单元依次电性连接组成。
进一步地，所述采样控制电路包括第一偏置电流源、第一电容器、第二电容器及比较器，所述第一偏置电流源经第一开关和第三开关与第一电容器的上极板相连，所述第一电容器的上极板经第三开关和第二开关与地相连、经第五开关和所述比较器的正输入端相连，经第六开关和所述比较器的负输入端相连，所述比较器的正输入端经第四开关与地相连，所述比较器的负输入端与第二电容器的上极板相连，经第七开关连接到地，经第八开关连接到地，所述第一电容器的下极板、第二电容器的下极板与地相连，所述比较器的输出端经第一与门、第一延时器和第二与门产生采样控制信号控制第八开关。
进一步地，所述第一采样时钟产生单元包括第一反相器、第二延时器、第二反相器和第三与门，所述第一反相器经第二延时器控制第三开关和第五开关，所述第二延时器经第二反相器控制第四开关和第六开关，所述第一反相器和第二延时器经第三与门控制第七开关。
进一步地，所述第二采样时钟产生单元包括第三延时器、第四与门和第三反相器，所述第三延时器经第四与门控制第二开关，第四与门经第三反相器控制第一开关。
进一步地，所述延时单元包括第二偏置电流源、延时电容器、施密特触发器及第四反相器，所述延时单元的输入控制第九开关和第十开关，内部供电电源经第九开关连接到延时电容器的上极板，延时电容器的上极板经第十开关和第二偏置电流源连接到地，经施密特触发器和第四反相器连接到所述延时单元的输出端，第二延时电容器的下极板连接到地。
进一步地，所述的比例定时采样电路集成于一个集成块中。
本发明的另一目的在于提供一种应用上述比例定时采样电路的开关电源，该开关电源能达到较高精度的恒定电压输出。
本发明的另一技术方案在于：一种应用权利要求1所述的比例定时采样电路的开关电源，包括变压器和控制电路，其特征在于：所述控制电路与变压器的反馈绕组单元相连，以产生一个开关信号调节所述变压器的脉冲宽度和频率，所述控制电路包括比例定时采样电路和PWM/PFM调制器。
进一步地，所述的比例定时采样电路与PWM/PFM调制器集成于一个集成块中。
本发明的优点在于：该比例定时采样电路的时钟由反馈绕组的退磁时间信号决定，避免了内部时钟与反馈绕组退磁信号的相位差引起的采样误差；该比例定时采样电路按比例输出采样时钟，消除了定时采样引起的采样误差，使得应用本实用新型的开关电源达到较高精度的恒定电压输出。
附图说明
图1是传统开关电源原理示意框图。
图2是传统开关电源采样示意图。
图3是本实用新型比例定时采样电路的连接示意图。
图4是基于比例定时采样电路的开关电源原理示意框图。
图5是基于比例定时采样电路的开关电源采样示意图。
主要组件符号说明：
103：采样控制电路
104：第一采样时钟产生单元
105：第二采样时钟产生单元
106：延时单元
20、1020：控制器
22、1022：PWM/PFM调制器（脉冲宽度/脉冲频率调制器）
23、1023：逻辑驱动
Q1：开关晶体管
T1：变压器
D1：二极管
C1、C2、Cdelay、Co：电容器
Rfbh、Rfbl、Rcs：电阻
Vin：输入电压
Vo：输出电压
N1、N2、N3：NMOS晶体管
P1：PMOS晶体管
K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7、K8、K9、K10：开关
Vdd：供电电压
tdemag：***退磁时间信号
tsp：采样控制时钟
Ton：开关管Q1的导通时间
Toff：开关管Q1的关断时间。
具体实施方式
下面结合附图及实施例子对本实用新型做进一步描述。
本发明公开了一种比例定时采样电路，其特征在于：由采样控制电路、第一采样时钟产生单元、第二采样时钟产生单元和延时单元依次电性连接组成，具体参见图3，图3是本实施例的比例定时采样电路的电路连接示意图，图中所述的比例定时采样电路的输入端与tdemag信号相连，输出端与第二与门122的输出端相连，第一偏置电流源101经第一开关K1和第三开关K3与第一电容C1上极板143相连，第一电容C1的上极板143经第三开关K3和第二开关K2与地相连、经第五开关K5和比较器102的正输入端141相连、经第六开关K6与比较器102的负输入端142相连，比较器102的正输入端141经第四开关K4与地相连，比较器102的负输入端142与第二电容器C2的上极板相连，比较器102的负输入端142经第七开关K7连接到地，经第八开关K8连接到地，第一电容C1的下极板、第二电容C2的下极板与地相连，比较器102的输出端经第一与门121、第一延时器131和第二与门122产生采样控制信号tsp，tsp控制第八开关K8。
第一采样时钟产生电路104由第一反相器111、第二反相器112、延时器132、第三与门123电性连接组成，产生控制信号t1控制第三开关K3和第五开关K5，产生控制信号t1n控制第四开关K4和第六开关K6，产生控制信号145控制第七开关K7。
第二采样时钟产生电路105由第三反相器113、第三延时器133、第四与门124电性连接组成，产生控制信号t2控制第二开关K2，产生控制信号t2n控制第一开关K1。
延时单元106由第二偏置电流源152、第九开关K9、第十开关K10、延时电容Cdelay、施密特触发器152和第四反相器114组成，延时单元106的输入控制第九开关K9和第十开关K10，内部供电电源Vdd经第九开关K9连接到延时电容Cdelay的上极板，延时电容Cdelay的上极板经第十开关K10和施密特触发器152连接到地，经施密特触发器152和第四反相器114连接到延时单元106的输出端，延时电容Cdelay的下极板连接到地。
为了让一般技术人员更好的理解本实用新型，下面结合电路对本实用新型的工作原理做进一步的描述：
请参见图3，由于延时单元的存在，每个tdemag周期，延时单元132产生t1时钟信号，t1n是t1取反信号，第四与门124产生t2时钟信号，t2n是t2取反信号，第三与门123产生145时钟信号。
请参见图5，当tdemag变为高电平时，t2为高电平，t1也为高电平，第二开关K2与第三K3、第一开关K1的连接处节点为144，144由于第二开关K2闭合为地电位，随后t2为低电平，第二开关K2打开，第一开关K1闭合，144由第一偏置电流源101充电，电压线性上升。由于在tdemag时间内t1一直为高电平，所以第三开关K3、第五开关K5闭合，电容C1的上极板节点为143，则144与143电压相等，第一偏置电流源101对C1充电，143电压线性上升，第二比较器102正输入端节点为141，则141与143与144节点电压相等，电压也线性上升。
直到141与142节点电压相等，第二比较器102翻转，第二反相器122输出一个tsp信号，K8闭合，142被拉至地。
141、143、144节点电压继续上升直到t1变为低电平，此时143节点电压记为V1，第四开关K4、第六开关K6闭合，第三开关K3、第五开关K5打开，141节点被拉至地，144与143节点断开，143在第一电容C1上的电荷被第一电容C1和第二电容C2重新分配，142节点电压与143节点电压相等。此时142节点电压记为V2，有：
142节点保持电压V2不变，直到下一个tdemag高电平到来，t2为高电平，t1也为高电平；由于第二开关K2、第三开关K3、第五开关K5闭合，144、143、141节点电压拉至为地，随后t2为低电平，第二开关K2打开，第一开关K1闭合，则144、143、141节点电压相等，第一偏置电流源101对第一电容C1充电，141电压线性上升。
直到141与142节点电压相等，也即等于V2时，第二比较器102翻转，第二反相器122输出一个tsp信号，K8闭合，142被拉至地。
如此重复工作。
只要设置C1与C2的比值，就可得到精确的比例定时时间为：
Tsp采样时间只与tdemag时间、C1和C2的比值有关，与内部时钟无关，而C1和C2只要匹配好就可以实现相当高精度的比值，tsp采样时间随tdemag时间改变，做到按***退磁时间定时采样。
这里要说明的是本发明尽管以示例方式应用于电源转换器中，但本实用新型本身具有示例以外更广的应用范围。
图4是基于比例定时采样电路的开关电源，包括输出模块连接于变压器T1的副绕组两端，吸收电路连接于变压器T1的主绕组两端，开关管Q1的漏极与主绕组一端相连，栅极与应用本实用新型的控制器1020的输出端相连，源极与采样电阻Rcs、控制器1020相连。反馈绕组单元与控制器1020相连。该控制器包括比较器1021、比例定时采样电路100、采样开关、PWM/PFM调制器1022和逻辑驱动1023。
比较器1021检测反馈绕组单元信号1030，输出1034时间信号，1034的高电平时间即为退磁时间tdemag，比例定时采样电路100根据tdemag时间信号调整输出tsp采样时钟控制采样开关对1030采样，得到采样信号为1031，此信号反映输出电压Vo的大小；PWM/PFM调制器1022对1031与采样电阻上的信号1033做运算，输出调制信号到逻辑驱动1023，逻辑驱动1023调整开关管Q1的脉冲宽度和频率，进而调整变压器T1的主绕组电感电流的宽度和频率，稳定输出电压Vo。由于tsp时钟信号定时按比例输出，得到的1031信号能够精确地反映Vo的大小，所以能够得到精确的输出电压Vo。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (6)
1.一种比例定时采样电路，其特征在于：由采样控制电路、第一采样时钟产生单元、第二采样时钟产生单元和延时单元依次电性连接组成；所述采样控制电路包括第一偏置电流源、第一电容器、第二电容器及比较器，所述第一偏置电流源经第一开关和第三开关与第一电容器的上极板相连，所述第一电容器的上极板经第三开关和第二开关与地相连、经第五开关和所述比较器的正输入端相连，经第六开关和所述比较器的负输入端相连，所述比较器的正输入端经第四开关与地相连，所述比较器的负输入端与第二电容器的上极板相连，经第七开关连接到地，经第八开关连接到地，所述第一电容器的下极板、第二电容器的下极板与地相连，所述比较器的输出端经第一与门、第一延时器和第二与门产生采样控制信号控制第八开关；所述第一采样时钟产生单元包括第一反相器、第二延时器、第二反相器和第三与门，所述第一反相器经第二延时器控制第三开关和第五开关，所述第二延时器经第二反相器控制第四开关和第六开关，所述第一反相器和第二延时器经第三与门控制第七开关。
2.根据权利要求1所述的一种比例定时采样电路，其特征在于：所述第二采样时钟产生单元包括第三延时器、第四与门和第三反相器，所述第三延时器经第四与门控制第二开关，第四与门经第三反相器控制第一开关。
3.根据权利要求1所述的一种比例定时采样电路，其特征在于：所述延时单元包括第二偏置电流源、延时电容器、施密特触发器及第四反相器，所述延时单元的输入控制第九开关和第十开关，内部供电电源经第九开关连接到延时电容器的上极板，延时电容器的上极板经第十开关和第二偏置电流源连接到地，经施密特触发器和第四反相器连接到所述延时单元的输出端，第二延时电容器的下极板连接到地。
4.根据权利要求1所述的一种比例定时采样电路，其特征在于：所述的比例定时采样电路集成于一个集成块中。
5.一种应用权利要求1所述的比例定时采样电路的开关电源，包括变压器和控制电路，其特征在于：所述控制电路与变压器的反馈绕组单元相连，以产生一个开关信号调节所述变压器的脉冲宽度和频率，所述控制电路包括比例定时采样电路和PWM/PFM调制器。
6.根据权利要求5所述的应用比例定时采样电路的开关电源，其特征在于：所述的比例定时采样电路与PWM/PFM调制器集成于一个集成块中。
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