專利名稱：諧振波谷精確偵測(cè)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種諧振波谷偵測(cè)電路，尤其涉及一種諧振波谷精確偵測(cè)電路。它用 于工作在準(zhǔn)諧振OiR)模式下開關(guān)電源變換器中開關(guān)管的導(dǎo)通控制。
背景技術(shù)：
普通的AC-DC開關(guān)電源變換器包含一個(gè)變壓器、電源控制芯片和開關(guān)管，如圖2所 示，變壓器30用于隔離輸入和輸出，電源控制芯片10則通過控制開關(guān)管20導(dǎo)通的占空比 來控制輸入電壓每個(gè)周期從原邊傳到副邊的能量。目前，為了減小變換器的體積和重量，開 關(guān)頻率也越來越高，從而開關(guān)損耗在整個(gè)電源損耗中所占比例也越來越大。因此，降低開關(guān) 損耗、提高電源效率一直是人們關(guān)注的問題。近些年來，對(duì)電源效率的等級(jí)要求日趨嚴(yán)格， 80%以上的效率已成為了基本標(biāo)準(zhǔn)，新倡議的能效標(biāo)準(zhǔn)更是要求效率達(dá)到87%及以上。為 了實(shí)現(xiàn)更高的電源效率，準(zhǔn)諧振OiR)波谷檢測(cè)技術(shù)在AC-DC開關(guān)電源變換器中已得到應(yīng) 用。由于變壓器原邊存在著漏感和寄生電容，因此，在副邊放電完畢后(即每次開關(guān)管關(guān)閉 時(shí))都會(huì)在變壓器原邊產(chǎn)生的一個(gè)由大到小的準(zhǔn)諧振信號(hào)，準(zhǔn)諧振OiR)波谷檢測(cè)技術(shù)就是 通過偵測(cè)該準(zhǔn)諧振信號(hào)的波谷來控制開關(guān)管每次的導(dǎo)通在準(zhǔn)諧振信號(hào)的波谷處，從而獲得 開啟時(shí)最小的漏源電壓。這樣，可大大減小開關(guān)的損耗，而且較小的漏源電壓還可減小導(dǎo)通 時(shí)的電流尖峰，進(jìn)而降低開關(guān)管的耐壓等級(jí)，同時(shí)減小電磁干擾(EMI)的能量?，F(xiàn)有的波谷偵測(cè)電路主要存在的問題是無法做到精確檢測(cè)。如中國(guó)專利 200810148003. 4公開“一種波峰波谷檢測(cè)方法和電路”，它用波形延時(shí)器將準(zhǔn)諧振信號(hào)延 時(shí)，然后用延時(shí)信號(hào)與原始信號(hào)比較，得到波谷偵測(cè)信號(hào)。該偵測(cè)信號(hào)在波谷點(diǎn)之后的高位 曲線上，也就是說偵測(cè)點(diǎn)滯后于波谷點(diǎn)一個(gè)延時(shí)時(shí)間tD。不管延時(shí)時(shí)間tD調(diào)得怎樣小，都 是在滯后波谷點(diǎn)的位置上，再加上電源控制芯片控制開關(guān)管動(dòng)作的時(shí)間、，實(shí)際開關(guān)管開 啟的時(shí)間滯后于波谷點(diǎn)tD+tE，使開啟點(diǎn)電壓高于波谷點(diǎn)AV。由于偵測(cè)點(diǎn)滯后于波谷點(diǎn)，而 且、是系統(tǒng)固定參數(shù)，不能調(diào)節(jié)，同時(shí)tD也不可能調(diào)小到零，因此，開關(guān)管的開啟點(diǎn)永遠(yuǎn)滯 后于波谷點(diǎn)tD+tE，無法消除Δ V，沒能達(dá)到在波谷點(diǎn)開啟的愿望。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)波谷偵測(cè)精度差的問題，提供一種諧振波谷精確偵測(cè)電路， 從而達(dá)到控制開關(guān)管精確在波谷點(diǎn)開啟的目的。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下它由一個(gè)波形延時(shí)器、第一比較器、第二比較器和一個(gè)采樣保持電路組成；所述波形延時(shí)器的輸入端與偵測(cè)信號(hào)輸入端相接，在所述波形延時(shí)器的輸出端上 接有一個(gè)由電阻和電阻構(gòu)成的電阻分壓器，在波形延時(shí)器的輸入端與所述電阻分壓器的分 壓端之間接有一個(gè)電容；所述第一比較器的負(fù)輸入端與波形延時(shí)器的輸出端相接，其正輸入端接在電阻分 壓器的分壓端上；
所述采樣保持電路包括第一采樣電容、第二采樣電容、第一采樣開關(guān)、第二采樣開 關(guān)和一個(gè)反相器，所述第一采樣電容的采樣端串聯(lián)第一采樣開關(guān)后接在偵測(cè)信號(hào)輸入端 上，所述的第二采樣電容的采樣端串聯(lián)第二采樣開關(guān)后接在第一采樣電容的采樣端上，所 述反相器的輸入端作為采樣控制端一方面與第一比較器的輸出端相接，一方面與第二采樣 開關(guān)的控制端相接，所述反相器的輸出端與第二采樣開關(guān)的控制端相接，所述的第二采樣 電容的采樣端還作為采樣保持輸出端與第二比較器的負(fù)輸入端相接；所述第二比較器的正輸入端與偵測(cè)信號(hào)輸入端相接，第二比較器的輸出端作為波 谷偵測(cè)輸出端引出。本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)的技術(shù)方案如下所述的波形延時(shí)器由一個(gè)帶密勒補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)算放大器構(gòu)成。本發(fā)明在準(zhǔn)諧振信號(hào)的第一波谷點(diǎn)采用延時(shí)比較的辦法用第一比較器得到一個(gè) 滯后的第一偵測(cè)信號(hào)，并用采樣保持電路給予保持，該偵測(cè)信號(hào)高于波谷點(diǎn)電壓△￥，用該 采樣保持信號(hào)作為第二比較器的門坎電壓，在準(zhǔn)諧振信號(hào)的第二下降波低于第一偵測(cè)信號(hào) 電壓時(shí)，即未到達(dá)波谷點(diǎn)之前，第二比較器翻轉(zhuǎn)輸出一個(gè)偵測(cè)信號(hào)，該偵測(cè)信號(hào)提前于波谷 點(diǎn)一個(gè)延時(shí)時(shí)間tD，該延時(shí)時(shí)間即是波形延時(shí)器的延時(shí)時(shí)間，調(diào)節(jié)tD使其等于電源控制芯 片控制開關(guān)管動(dòng)作的時(shí)間tE，即可精確控制開關(guān)管在波谷點(diǎn)開啟，從而解決了波谷偵測(cè)精 度差的問題。


圖1、本發(fā)明的電路原理圖。圖2、反激式AC-DC開關(guān)電源變換器的電路原理圖。圖3、波形延時(shí)器的電路原理圖。圖4、本發(fā)明電路相關(guān)節(jié)點(diǎn)的波形圖。
具體實(shí)施例方式參見圖1，它包括一個(gè)波形延時(shí)器100、第一比較器300、第二比較器400和一個(gè)采樣保持電 路500 ；所述波形延時(shí)器的輸入端105與偵測(cè)信號(hào)輸入端DET相接，在所述波形延時(shí)器的輸 出端104上接有一個(gè)由電阻202和電阻204構(gòu)成的電阻分壓器，其中電阻204也可以用一 個(gè)恒流源代替，在波形延時(shí)器的輸入端105與所述電阻分壓器的分壓端203之間接有一個(gè) 電容201 ；所述第一比較器300的負(fù)輸入端與波形延時(shí)器的輸出端104相接，其正輸入端并 接在所述電阻分壓器的分壓端203上；所述采樣保持電路包括第一采樣電容504、第二采樣 電容505、第一采樣開關(guān)502、第二采樣開關(guān)503和一個(gè)反相器501，所述第一采樣電容的采 樣保持端506串聯(lián)第一采樣開關(guān)502后接在偵測(cè)信號(hào)輸入端DET上，所述的第二采樣電容 的采樣保持端507串聯(lián)第二采樣開關(guān)503后接在第一采樣電容的采樣保持端506上，所述 反相器501的輸入端作為采樣控制端一方面與第一比較器的輸出端301相接，一方面與第 二采樣開關(guān)503的控制端相接，所述反相器501的輸出端與第二采樣開關(guān)502的控制端相 接，所述的第二采樣電容的采樣保持端507還作為采樣保持輸出端與第二比較器400的負(fù) 輸入端相接；所述第二比較器400的正輸入端與偵測(cè)信號(hào)輸入端DET相接，所述第二比較器的輸出端401作為波谷偵測(cè)輸出端引出。參見圖2，作為具體實(shí)施例，本電路可以設(shè)置在圖中所示的反激式AC-DC開關(guān)電源 變換器中。該開關(guān)電源變換器主要由開關(guān)變壓器30、整流二極管40、濾波電容50、開關(guān)管 20、電源控制芯片10、反饋電壓采集器60和電流感應(yīng)電阻70構(gòu)成。AC電源通過Vin端輸 入變壓器30的原邊Np，通過變壓器的隔離變換，從其副邊Ns輸出，再經(jīng)整流二極管40和濾 波電容50輸出一個(gè)DC電壓，所述電源控制芯片10根據(jù)反饋電壓的大小輸出合適占空比的 開關(guān)控制信號(hào)Ve來驅(qū)動(dòng)開關(guān)管20導(dǎo)通，從而控制輸入電壓每個(gè)周期從原邊傳到副邊的能 量。為了采集準(zhǔn)諧振信號(hào)，變壓器30中包含一個(gè)輔助繞組NA，該輔助繞組感應(yīng)輸出的交流 電壓一方面通過整流二極管33和濾波電容34提供一個(gè)直流為控制芯片供電，另一方面通 過電阻31和32的分壓采集準(zhǔn)諧振信號(hào)，分壓輸出的準(zhǔn)諧振信號(hào)通過控制芯片的DET端送 入波谷偵測(cè)電路，本波谷偵測(cè)電路被集成在電源控制芯片10中，其輸出端與芯片內(nèi)部的占 空比計(jì)算電路相接。下面以一個(gè)準(zhǔn)諧振信號(hào)的周期來說明本電路工作過程，如圖1、4所示當(dāng)所偵測(cè)的準(zhǔn)諧振信號(hào)Vdet處于一個(gè)相對(duì)固定的電平(即開關(guān)管開啟)時(shí)，由電 阻202和204組成的分壓器為第一比較器300提供一個(gè)固定的失調(diào)電壓，即第一比較器300 的負(fù)輸入端電壓高于正輸入端，其輸出端301輸出低電平。當(dāng)開關(guān)管關(guān)閉時(shí)，準(zhǔn)諧振信號(hào) Vdet開始起振，先從高變到低，經(jīng)歷一個(gè)波谷后再由低變到高，如此反復(fù)進(jìn)行減幅震蕩，圖4 中Vdet示出準(zhǔn)諧振信號(hào)的波形。當(dāng)Vdet信號(hào)電壓最先由高變到低時(shí)，電容201的負(fù)極電壓也跟著下降，由于電容兩 極板的電壓不能突變，故電容201的正極(也是第一比較器的正輸入端)電壓跟著下降；與 此同時(shí)，波形延時(shí)器100的輸出端104的電壓也跟隨輸入端105的電壓下降，但是由于延時(shí) 作用，其輸出端104的電壓總是比輸入端105的電壓滯后一個(gè)延時(shí)時(shí)間tD，因此，節(jié)點(diǎn)104的 電壓在該Vdet信號(hào)電壓的下降時(shí)段總是高于節(jié)點(diǎn)203的電壓，即第一比較器300的負(fù)輸入端 電壓總是高于正輸入端，則第一比較器300的輸出端301維持低電平；同時(shí)，由于節(jié)點(diǎn)104 的電壓總是高于節(jié)點(diǎn)203的電壓，故104節(jié)點(diǎn)電流經(jīng)電阻202向電容201充電；在第一比較 器300輸出為低電平時(shí)，采樣保持電路500中第一采樣開關(guān)502導(dǎo)通、第二采樣開關(guān)503關(guān) 斷，則第一采樣電容504上的電壓V5tl6跟隨準(zhǔn)諧振信號(hào)Vdet，第二采樣電容505上電壓保持 不變(假設(shè)本電路是剛開機(jī)，在此之前第二采樣電容505未采樣過，此時(shí)采樣端507電壓為 零)，則第二比較器400的輸出端電壓V4tll為高電平。當(dāng)準(zhǔn)諧振信號(hào)電壓到達(dá)第一波谷點(diǎn)時(shí)，電容201的負(fù)極電壓停止下降，而正極電 壓因不斷充電而高于波谷點(diǎn)電壓，此時(shí)，波形延時(shí)器100的輸出端104的電壓還沒有到達(dá)波 谷點(diǎn)而繼續(xù)下降，當(dāng)它下降到低于電容201正極電壓時(shí)，第一比較器300翻轉(zhuǎn)，其輸出端電 壓V3tll從低電平變?yōu)楦唠娖剑瑒t第一采樣開關(guān)502關(guān)閉、第二采樣開關(guān)503導(dǎo)通，在第一采 樣開關(guān)502關(guān)閉時(shí)，第一采樣電容504對(duì)諧振信號(hào)Vdet的第一波谷點(diǎn)進(jìn)行了采樣，并保持在 第一、二采樣電容504、505上，V506示出采樣保持的電壓波形。當(dāng)準(zhǔn)諧振信號(hào)Vdet經(jīng)過第一波谷點(diǎn)而進(jìn)入第一波峰的上升時(shí)段時(shí)，節(jié)點(diǎn)105電壓 總是比節(jié)點(diǎn)104的電壓低，則電容正極203的電壓低于節(jié)點(diǎn)104，故第一比較器300維持高 電平輸出，同時(shí)，節(jié)點(diǎn)105電壓也總是比第一波谷點(diǎn)采樣電壓(即節(jié)點(diǎn)507電壓)高，故第 二比較器400的輸出端電壓V4tll也維持高電平。
當(dāng)準(zhǔn)諧振信號(hào)DET到達(dá)第一波峰點(diǎn)后而轉(zhuǎn)為下降時(shí)，節(jié)點(diǎn)203的電壓高于節(jié)點(diǎn)104 的電壓，則第一比較器300再次翻轉(zhuǎn)，其輸出端電壓V3tll從高電平變成低電平，同時(shí)，第一采 樣開關(guān)502導(dǎo)通，第一采樣電容504上的采樣電壓V5tl6繼續(xù)跟隨諧振信號(hào)DET，而第二采樣 開關(guān)503關(guān)斷，第一波谷點(diǎn)采樣電壓被繼續(xù)保持在第二采樣電容505上。由于第一波谷點(diǎn) 采樣電壓是在第一波谷點(diǎn)到來之后經(jīng)延時(shí)tD后采到的，故它比實(shí)際波谷點(diǎn)電壓高出一個(gè)微 小的幅值Δν，該采樣電壓(即節(jié)點(diǎn)507電壓)作為第二比較器的門坎電壓送入第二比較器 400的負(fù)輸入端。當(dāng)準(zhǔn)諧振信號(hào)Vdet沿第一波峰點(diǎn)下降段繼續(xù)下降而低于第一波谷點(diǎn)采樣電壓值 時(shí)，第二比較器400的正輸入端高于其負(fù)輸入端，則第二比較器400翻轉(zhuǎn)，其輸出端電壓V4tll 由高電平變?yōu)榈碗娖?，該跳變下降沿即是本電路偵測(cè)到的波谷點(diǎn)偵測(cè)信號(hào)。該偵測(cè)信號(hào)將 比真正的波谷點(diǎn)提前tD到達(dá)，延時(shí)時(shí)間tD是波形延時(shí)器的延時(shí)時(shí)間，調(diào)節(jié)tD，使其等于控制 開關(guān)管開啟動(dòng)作的時(shí)間、，則可以達(dá)到準(zhǔn)確控制開關(guān)管在波谷點(diǎn)開啟的目的。當(dāng)準(zhǔn)諧振信號(hào)Vdet繼續(xù)下降到達(dá)波谷點(diǎn)后而轉(zhuǎn)為上升、并高于第一采樣點(diǎn)電壓 (即前述的門坎電壓)時(shí)，第二比較器400又翻轉(zhuǎn)，其輸出端電SV4tll又由低電平變?yōu)楦唠?平。如此延續(xù)，在每一個(gè)波谷點(diǎn)都給出一個(gè)偵測(cè)信號(hào)，如圖4中的V4tll所示。再參見圖1，在所述的采樣保持電路500中，反相器501的固有延時(shí)保證了開關(guān) 502和503的單向非交疊導(dǎo)通，即503先關(guān)閉以后502才導(dǎo)通，從而節(jié)省了非交疊時(shí)鐘產(chǎn)生 電路。參見圖1、2、3，普通的波形延時(shí)器一般都由一個(gè)運(yùn)放101和一個(gè)延時(shí)器102構(gòu)成， 其中運(yùn)放101用于信號(hào)接收的緩沖。為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化電路，本發(fā)明的波形延時(shí)器由一個(gè)帶 密勒補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)算放大器構(gòu)成，它可以完成波形延時(shí)器的功能。圖3是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的帶密勒補(bǔ) 償?shù)倪\(yùn)算放大器，其中的電流源117、晶體管111、112、113、114、115、116、131和132構(gòu)成波 形延時(shí)器100中的運(yùn)放101，由該運(yùn)放本身的密勒補(bǔ)償電路即電容121和電阻122構(gòu)成波形 延器100中的延時(shí)模塊102。調(diào)節(jié)補(bǔ)償元件121、122的值即可調(diào)節(jié)延時(shí)時(shí)間tD。采用該電 路可以減小本電路的體積，有利用本電路集成在控制芯片10中。
權(quán)利要求
1.一種諧振波谷精確偵測(cè)電路，其特征是它由一個(gè)波形延時(shí)器(100)、第一比較器(300)、第二比較器(400)和一個(gè)采樣保持電 路(500)組成；所述波形延時(shí)器的輸入端(10 與偵測(cè)信號(hào)輸入端(DET)相接，在所述波形延時(shí)器的 輸出端(104)上接有一個(gè)由電阻(202)和電阻(204)構(gòu)成的電阻分壓器，在波形延時(shí)器的 輸入端(10 與所述電阻分壓器的分壓端(20 之間接有一個(gè)電容O01)；所述第一比較器(300)的負(fù)輸入端與波形延時(shí)器的輸出端(104)相接，其正輸入端接 在電阻分壓器的分壓端(20 上；所述采樣保持電路(500)包括第一采樣電容(504)、第二采樣電容(505)、第一采樣開 關(guān)(502)、第二采樣開關(guān)(503)和一個(gè)反相器(501)，所述第一采樣電容的采樣端(506)串 聯(lián)第一采樣開關(guān)(50 后接在偵測(cè)信號(hào)輸入端(DET)上，所述的第二采樣電容的采樣端 (507)串聯(lián)第二采樣開關(guān)(50 后接在第一采樣電容的采樣端(506)上，所述反相器(501) 的輸入端作為采樣控制端一方面與第一比較器的輸出端(301)相接，一方面與第二采樣開 關(guān)(50 的控制端相接，所述反相器(501)的輸出端與第二采樣開關(guān)(50 的控制端相接； 所述的第二采樣電容的采樣端(507)還作為采樣保持輸出端與第二比較器(400)的負(fù) 輸入端相接，所述第二比較器(400)的正輸入端與偵測(cè)信號(hào)輸入端(DET)相接，第二比較器 的輸出端G01)作為波谷偵測(cè)輸出端引出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振波谷精確偵測(cè)電路，其特征是所述的波形延時(shí)器(100) 由一個(gè)帶密勒補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)算放大器構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明是一種諧振波谷精確偵測(cè)電路，它用于工作在準(zhǔn)諧振(QR)模式下開關(guān)電源變換器中開關(guān)管的導(dǎo)通控制。它主要由一個(gè)波形延時(shí)器(100)、第一比較器(300)、第二比較器(400)和一個(gè)采樣保持電路(500)組成。本發(fā)明可以在波谷點(diǎn)到來之前給出一個(gè)偵測(cè)信號(hào)，該偵測(cè)信號(hào)提前于波谷點(diǎn)一個(gè)延時(shí)時(shí)間tD，該延時(shí)時(shí)間即是波形延時(shí)器的延時(shí)時(shí)間，調(diào)節(jié)tD使其等于電源控制芯片控制開關(guān)管動(dòng)作的時(shí)間tE，即可精確控制開關(guān)管在波谷點(diǎn)開啟，解決了波谷偵測(cè)精度差的問題，從而獲得開關(guān)管開啟時(shí)最小的漏源電壓，大大減小了開關(guān)的損耗和電磁干擾的能量。
文檔編號(hào)H02M7/217GK102082521SQ201010527740
公開日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者宋利軍, 方建平, 許煌樟 申請(qǐng)人:西安英洛華微電子有限公司