本發(fā)明涉及開關(guān)電源技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種帶前饋補償?shù)妮斎肭穳罕Ｗo電路。

背景技術(shù)：

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，一個功能完整的開關(guān)電源控制除了必要的主功率控制電路之外，往往還需要包括其他的功能，如輸入欠壓保護和前饋補償。圖1所示，為外置前饋補償電路的開關(guān)電源的應(yīng)用電路簡化圖，主功率拓撲為公知技術(shù)，包括輸入電壓vin、輸出電壓vout、電容cvin、分壓器電阻rs1和rs2、控制器、主功率變壓器、主功率管m1、二極管dout、電容c2、電感l(wèi)1和電容c3等器件組成。gt引腳是控制器的驅(qū)動輸出，用于控制功率管m1的開啟和關(guān)斷；cs引腳通過檢測電流采樣電阻rcs的電壓來決定流過功率管m1的峰值電流；uvp引腳是輸入欠壓保護的檢測引腳，經(jīng)分壓器電阻rs1和rs2檢測輸入電壓vin，當輸入電壓vin小于設(shè)定值時，控制器gt引腳停止輸出，功率管m1關(guān)斷，這是為了在輸入電壓過小，帶滿載輸出時，避免變壓器飽和而損壞開關(guān)電源；圖1的前饋補償電路原理是通過外接電阻rin引入前饋電流，再在電阻rlc上產(chǎn)生一補償電壓vrlc，降低輸入電壓變化對原邊峰值電流控制的誤差。圖1所示的控制器的其它引腳連接關(guān)系和功能與本發(fā)明無關(guān)，圖1并未示出。

可見，在圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)中，輸入欠壓保護與前饋補償功能是相互分離的，這樣會增加與輸入電壓直接連接的電阻個數(shù)，進而產(chǎn)生了不必要的損耗，而且隨著輸入電壓范圍的拓寬，這種損耗變得越來越難以忍受，同時為了保證可靠性，電阻的封裝尺寸也必須增加，造成了pcb板面積的浪費。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒如此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種帶前饋補償?shù)妮斎肭穳罕Ｗo電路，兩種功能復(fù)用同一個引腳，減少與開關(guān)電源輸入電壓連接的電阻，簡化外圍電路。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是：

一種輸入欠壓保護電路100，包括引腳uvp、電流鏡101、鉗位模塊102、比較器103和電壓切換模塊104。

電流鏡101一端與鉗位模塊102連接，形成節(jié)點ilc，用于接收輸入電壓采樣信號；電流鏡101的另一端輸出前饋補償電流，進而在前饋補償電阻上產(chǎn)生前饋補償電壓，實現(xiàn)前饋補償功能。

設(shè)定前饋補償電流大小為i1，前饋補償電阻阻值為rlc,則產(chǎn)生的前饋補償電壓值為vlc＝i1·rlc

優(yōu)選的，電流鏡101的另一端通過控制器的電流采樣引腳cs與外部前饋補償電阻rlc連接。

鉗位模塊102與預(yù)設(shè)電壓v1連接，預(yù)設(shè)電壓v1為鉗位模塊102的鉗位基準；鉗位模塊102還與比較器103的第一輸入端、引腳uvp連接，在引腳uvp的外接分壓器的分壓大于或等于v1時，將引腳uvp的電壓鉗位為預(yù)設(shè)電壓v1，因此有

其中，k為電流鏡101的電流鏡像比例，vin為輸入電壓，rs1、rs2為外部分壓器的分壓電阻。

優(yōu)選地，鉗位模塊102包含pmos管pm1、pm2，nmos管nm1、nm2、nm3。pm1的源極與預(yù)設(shè)電壓v1連接，pm1的柵極和pm1的漏極與pm2的柵極、nm1的漏極連接；pm2的源極與引腳uvp連接，pm2的漏極與nm1的柵極、nm2的柵極和漏極、nm3的柵極連接，nm3的漏極形成節(jié)點ilc；nm1、nm2、nm3的源極與參考地連接。所有的pmos和nmos管的襯底都與各自的源極連接，下文相同。鉗位模塊102能夠以預(yù)設(shè)電壓v1為基準，在引腳uvp的外接分壓器的分壓大于或等于v1時，對引腳uvp進行鉗位，即此時vuvp＝v1，且電路結(jié)構(gòu)簡單。

優(yōu)選地，鉗位模塊202還包含pmos管pm3和nmos管nm4，pm3的源極與引腳uvp連接，pm3的柵極與pm1的柵極連接，pm3的漏極與nm4的柵極和漏極連接；nm4的源極與參考地連接。與鉗位模塊102相比，鉗位模塊202能夠承受更大的鉗位電流，可以在更寬的輸入電壓范圍內(nèi)實現(xiàn)引腳uvp的電壓鉗位。

比較器103的第一輸入端連接到引腳uvp，比較器103第二輸入端與電壓切換模塊104一端連接，形成節(jié)點v2；比較器103輸出端與電壓切換模塊104另一端連接，用于輸出輸入欠壓保護信號uvp_l。當保護信號uvp_l為有效狀態(tài)時，控制器停止輸出，電壓切換模塊104將節(jié)點v2的電壓切換為基準電壓vrh；當保護信號uvp_l為無效狀態(tài)時，控制器輸出pwm調(diào)制信號，節(jié)點v2的電壓被切換為基準電壓vrl，進而確保輸入欠壓保護有足夠的回差。

優(yōu)選地，比較器的第一輸入端為正相輸入端，第二輸入端為反相輸入端，所述電壓滿足v1>vrh>vrl。

以上對本發(fā)明的電路原理、作用等進行了分析，現(xiàn)將本發(fā)明的有益效果總結(jié)如下：

1、輸入欠壓點vuvlo和前饋補償電壓vlc的精度高，溫漂低。本發(fā)明的輸入欠壓點由分壓器電阻rs1和rs2的比值，以及基準電壓vrh、vrl共同決定；前饋補償電壓由分壓器電阻和前饋補償電阻的取值，以及預(yù)設(shè)電壓v1決定；預(yù)設(shè)電壓v1和基準電壓vrh、vrl可以由同一個帶隙基準電壓分壓產(chǎn)生，能高度匹配，本身就具有高精度和低溫漂的特點，而且上述所有電阻可以為外部器件，應(yīng)用工程師能根據(jù)實際要求，選擇合適的電阻完成設(shè)計。

2、輸入欠壓保護和前饋補償?shù)恼{(diào)試點不同，互不干擾，減少了不必要的設(shè)計折衷，降低應(yīng)用工程師的設(shè)計難度。輸入欠壓點主要由電阻的比值決定，前饋補償電壓主要由電阻的取值決定，兩者的調(diào)試點沒有交集，不需要折衷。

3、引腳分時復(fù)用，既不增加控制器引腳，又減少了與開關(guān)電源輸入電壓連接的電阻，既能降低成本，又能減少功率損耗。

4、可以控制加入前饋補償?shù)妮斎腚妷悍秶?，既可以與開關(guān)電源的輸入電壓范圍相同，也可以不同。按照實際應(yīng)用要求，合理設(shè)計輸入欠壓點，就可以實現(xiàn)在開關(guān)電源輸入電壓低限時，鉗位模塊不工作，進而不加入前饋補償功能。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)外置前饋補償電路的開關(guān)電源的應(yīng)用電路簡化圖；

圖2為本發(fā)明實施例的控制器10的應(yīng)用電路簡化圖；

圖3為本發(fā)明輸入欠壓保護電路100的電路框圖；

圖4為本發(fā)明鉗位模塊102的電路原理圖；

圖5為本發(fā)明鉗位模塊202的電路原理圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進一步詳細說明。

實施例1

圖2為本發(fā)明的應(yīng)用電路簡化圖，本發(fā)明所述的輸入欠壓保護電路為控制器10中的電路，控制器10中其他電路與本發(fā)明無關(guān)，在此不展開描述。圖2中主功率拓撲為公知技術(shù)，包括輸入電壓vin、輸出電壓vout、電容cvin、分壓器電阻rs1和rs2，控制器10、主功率變壓器、主功率管m1、二極管dout、電容c2、電感l(wèi)1和電容c3等器件組成。gt引腳是控制器10的驅(qū)動輸出，用于控制功率管m1的開啟和關(guān)斷；cs引腳通過檢測電流采樣電阻rcs的電壓來決定流過功率管m1的峰值電流；uvp引腳是輸入欠壓保護的檢測引腳，經(jīng)分壓器電阻rs1和rs2檢測輸入電壓vin，分電壓段實現(xiàn)輸入欠壓保護和前饋補償功能，前饋補償電流由cs引腳流出，在電阻rlc上產(chǎn)生補償電壓vrlc。圖2所示的控制器的其它引腳連接關(guān)系和功能與本發(fā)明無關(guān)，圖2并未示出。

圖3為本發(fā)明輸入欠壓保護電路100的電路框圖，包括引腳uvp、電流鏡101、鉗位模塊102、比較器103和電壓切換模塊104。

電流鏡101一端與鉗位模塊102連接，形成節(jié)點ilc，用于接收輸入電壓采樣信號；另一端與引腳cs連接，用于輸出前饋補償電流i1。

鉗位模塊102與預(yù)設(shè)電壓v1連接，預(yù)設(shè)電壓v1為鉗位模塊102的鉗位基準；鉗位模塊102還與比較器103的正相輸入端、引腳uvp連接。

比較器103反相輸入端與電壓切換模塊104一端連接，形成節(jié)點v2；比較器103輸出端與電壓切換模塊104另一端連接，用于輸出輸入欠壓保護信號uvp_l。

下面結(jié)合附圖介紹一下，兩種功能實現(xiàn)分電壓段實現(xiàn)引腳復(fù)用的原理和工作過程。

控制器10啟動后，將輸入欠壓保護信號uvp_l初始化為有效狀態(tài)，即控制器初始化為輸入欠壓保護狀態(tài)，不輸出pwm調(diào)制信號，功率管m1不導(dǎo)通，電壓切換模塊104將節(jié)點v2的電壓切換為基準電壓vrh，在實施例1中，v1>vrh。若輸入電壓vin滿足vin<vrh(1+rs1/rs2)，則控制器10保持原工作狀態(tài)，仍處于輸入欠壓保護狀態(tài)，功率管m1不導(dǎo)通，電流鏡101和鉗位模塊102不工作，系統(tǒng)不加入前饋補償。

若滿足vrh(1+rs1/rs2)≤vin＜v1(1+rs1/rs2)，則輸入欠壓保護信號uvp_l變?yōu)闊o效狀態(tài)，控制器10退出輸入欠壓保護狀態(tài)，輸出pwm調(diào)制信號，節(jié)點v2的電壓被切換為基準電壓vrl，在實施例1中，vrh>vrl，因此只有當輸入電壓vin<vrl(1+rs1/rs2)時，控制器10才會再次進入輸入欠壓保護狀態(tài)，即其輸入欠壓點vuvlo＝vrl(1+rs1/rs2)，恢復(fù)點為vrh(1+rs1/rs2)。在此階段中，電流鏡101和鉗位模塊102仍不工作，系統(tǒng)不加入前饋補償。

若滿足vin≥v1(1+rs1/rs2)，則控制器10輸出pwm調(diào)制信號，節(jié)點v2的電壓為vrl，鉗位模塊102將引腳uvp的電壓鉗位為v1，泄放分壓器上多余的電流iuvp，并將泄放的電流按一定比例生成ilc，為了方便描述原理，在實施例1中，ilc＝iuvp，故有下列關(guān)系式

電流鏡101將電流ilc按鏡像比例k生成i1，即

i1經(jīng)引腳cs流過電阻rlc以產(chǎn)生補償電壓vrlc＝i1·rlc，實現(xiàn)前饋補償功能。可見只要合理設(shè)計預(yù)設(shè)電壓v1和基準電壓vrh、vrl的取值，就能實現(xiàn)具有合理回差的輸入欠壓保護功能，還能控制加入前饋補償?shù)妮斎腚妷悍秶?，?fù)用引腳uvp。

圖4為鉗位模塊102的電路原理圖，包含pmos管pm1、pm2，nmos管nm1、nm2、nm3。pm1的源極與預(yù)設(shè)電壓v1連接，柵極和漏極與pm2的柵極，nm1的漏極連接；pm2的源極與引腳uvp連接，漏極與nm1的柵極，nm2的柵極和漏極，nm3的柵極連接，形成節(jié)點ilc；nm1、nm2、nm3的源極與參考地連接。所有的pmos和nmos管的襯底都與各自的源極連接。

下面結(jié)合附圖，描述一下鉗位模塊102的電壓鉗位和生成ilc的原理。為了方便描述電路原理，nm1、nm2和nm3的寬長比相同，pm1和pm2的寬長比相同，nm1、nm2和nm3構(gòu)成了公知的電流鏡結(jié)構(gòu)，因此由公知的電流鏡工作原理可得，當上述3個nmos管工作在飽和區(qū)時，如果忽略溝道長度調(diào)制效應(yīng)，漏極電流是相等的，即idn1＝idn2＝idn3。又因為pm1與nm1，pm2與nm2的溝道分別串聯(lián)，所以pm1與nm1，pm2與nm2的漏極電流分別相等。綜上所述，在所有mos管都工作在飽和區(qū)時，有idp1＝idn1＝idn2＝idp2＝idn3，idp1和idp2分別是pm1和pm2的漏極電流。

由公知的pmos管飽和區(qū)漏極電流公式

其中kp是與半導(dǎo)體工藝有關(guān)的常數(shù)，wp/lp是pmos管的寬長比，vgsp是pmos管的柵源電壓，vthp是pmos管的閾值電壓。

綜上所述，pm1和pm2的寬長比相同，器件類型相同，即kp1＝kp2＝kp，wp1/lp1＝wp2/lp2，vthp1＝vthp2＝vthp。再綜合idp1＝idp2和式(4)，有下列關(guān)系式

vgsp1＝vgsp2

vgp1-vsp1＝vgp2-vsp2

又因為pm1和pm2的柵極相連接，即vgp1＝vgp2，故有vsp1＝vsp2，即v1＝vuvp，所以只要iuvp取值合適，使得所有mos管都工作在飽和區(qū)，那么鉗位模塊102就能把引腳uvp的電壓vuvp鉗位為預(yù)設(shè)電壓v1。

圖3所示的電流鏡101、比較器103和電壓切換模塊104的具體電路結(jié)構(gòu)在現(xiàn)有公知技術(shù)中有多種實現(xiàn)方式，而且工作原理較簡單，本發(fā)明就不一一展開進行說明了。

實施例2

與實施例1的不同點在于，實施例2的鉗位模塊202，還包括pmos管pm3和nmos管nm4。pm3的源極與引腳uvp連接，柵極與pm1的柵極連接，漏極與nm4的柵極和漏極連接；nm4的源極與參考地連接。

因為多了pm3所在的這條電流支路，所以鉗位模塊202的能夠泄放的電流iuvp較大，與實施例1的鉗位模塊102相比，在分壓器電阻rs1相同的條件下，鉗位模塊202適用于更寬的輸入電壓范圍。為了方便描述電路原理，鉗位模塊202的nmos管nm2和nm3的寬長比相同，pmos管pm2和pm3的寬長比之比

所以實施例2的電流ilc＝iuvp/5。

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施例，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，做出的若干改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。