控制器、开关电源以及线电压补偿方法技术

本发明专利技术公开了一种控制器，包括：延时单元与功率管的栅极控制端电性连接，包括至少一延时子单元，用于在功率管导通时输出延时信号；补偿电流生成单元，包括至少一补偿电流生成子单元，用于根据延时信号输出补偿电流；线电压补偿单元，用于将经过补偿电流补偿后的功率管采样电压与参考电压分别输入一比较器的第一、第二输入端，或者将功率管采样电压与经过补偿电流补偿后的参考电压分别输入比较器的第一、第二输入端，根据比较器的输出信号生成栅极控制信号以控制功率管的关断。本发明专利技术根据功率管导通时间进行分段补偿，生成和导通时间近似成反比例关系的补偿电流，调节流过功率管的峰值电流，实现几乎不随线电压变化的过流保护点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及开关电源控制
，尤其涉及一种适用于非隔离AC-DC开关电源的线电压分段补偿的控制器、开关电源以及线电压补偿方法。
技术介绍
对于AC-DC电源，当AC输入电压在85Vac～265Vac范围内变化时，由于存在比较器延时和功率管关断延时，过流保护点通常随输入线电压变化而变化。这种变化导致高、低线电压的过流保护点严重漂移，不利于过流保护点的一致性。因此需要根据不同线电压进行补偿从而得到一致的过流保护点。参考图1，现有的线电压补偿方式示意图。当功率管导通时，功率管M0的源极电压被拉高至Vbus附近，FB点电压被钳位在功率管M0的源极电压。由于FB点电压比Vout高，故电流从FB点流经反馈分压电阻中的上电阻FBH至Vout，该电流的大小反映了输入线电压Vline的高低，同时，该电流经过放大器A1流过MOS管M1。通过MOS管M2、M3比例镜像流过MOS管M1的电流产生补偿电流，将该补偿电流输入线电压补偿电路11，输出经过补偿后的功率管电压CS_COMP。通过比较器CP1将功率管电压CS_COMP与参考电压CS_REF进行比较，产生功率管关断信号Gate_off；该关断信号Gate_off决定了流过电感L0的峰值电流，从而决定过流保护点。现有的线电压补偿方式有以下几个缺陷：1)必须有下电阻FBL以及上电阻FBH组成的反馈分压电阻，对于无反馈分压电阻的应用来说就无法使用该补偿方式，使得外围应用受限；2)反馈分压电阻的选择范围受到线电压补偿的限制；3)当VCC由Vbus通过高压供电模块13直接高压供电(比如JFET或者耗尽型MOS管等)，功率管M0导通时上电阻流经的电流(通常几个mA或几十mA)由VCC提供，由于VCC是由Vbus供电，高压时提供大电流会导致系统功耗很大，效率低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对现有的线电压补偿方式存在的缺陷，提供一种控制器、开关电源以及线电压补偿方法，实现通过调节功率管的峰值电流来实现几乎不随线电压变化的过流保护点。为实现上述目的，本专利技术提供了一种用于开关电源的控制器，所述控制器包括：延时单元，与功率管的栅极控制端电性连接，包括至少一延时子单元，用于在功率管导通时输出延时信号；补偿电流生成单元，与所述延时单元电性连接，包括至少一补偿电流生成子单元，用于根据所述延时信号输出补偿电流；线电压补偿单元，与所述补偿电流生成单元电性连接，用于将经过所述补偿电流补偿后的功率管采样电压与参考电压分别输入一比较器的第一输入端和第二输入端，或者将功率管采样电压与经过所述补偿电流补偿后的参考电压分别输入所述比较器的第一输入端和第二输入端，所述控制器根据所述比较器的输出信号生成栅极控制信号以控制所述功率管的导通与关断，其中，当比较器的第一输入端的电压大于第二输入端的电压时，所述功率管关断。为实现上述目的，本专利技术还提供了一种开关电源，所述开关电源包括本专利技术所述的控制器。为实现上述目的，本专利技术还提供了一种线电压补偿方法，采用本专利技术所述的控制器，所述方法包括：当功率管导通时延时单元输出延时信号；补偿电流生成单元根据所述延时信号输出补偿电流；通过所述补偿电流对功率管采样电压进行补偿，并将经过所述补偿电流补偿后的功率管采样电压与参考电压分别输入比较器的第一输入端和第二输入端，或者通过所述补偿电流对参考电压进行补偿，并将功率管采样电压与经过所述补偿电流补偿后的参考电压分别输入比较器的第一输入端和第二输入端；当所述比较器的第一输入端的电压大于第二输入端的电压时，控制所述功率管关断。本专利技术的优点在于：本专利技术通过在功率管导通时，根据导通时间的上升沿分段延时进行分段补偿，生成和导通时间近似成反比例关系的补偿电流；并用这个补偿电流来调节参考电压CS_REF或者调节功率管电流采样电压CS，从而调节流过功率管的峰值电流。通过调节峰值电流来实现几乎不随线电压变化的过流保护点。本专利技术公开的开关电源的线电压分段补偿方式，适用于AC-DC开关电源，尤其适用于非隔离AC-DC开关电源。本专利技术披露的线电压补偿方式，无需利用外部FB分压电阻，对于外围无FB分压电阻的应用特别适合；另外，由于没有毫安级的电流从VCC流出，故也特别适合JFET或DepletionMOS等高压供电的开关电源，不影响系统效率和功耗。附图说明图1，现有的线电压补偿方式示意图。图2，本专利技术所述的开关电源一实施例所示的架构示意图；图3为图2所述实施例中不同线电压或者导通时间对应的补偿电流波形图；图4，本专利技术所述的开关电源另一实施例所示的架构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术提供的控制器、开关电源以及线电压补偿方法做详细说明。参考图2，本专利技术所述的开关电源一实施例所示的架构示意图。图2为一个high-sidebuck开关电源，交流电输入AC-IN通过四个二极管D1～D4整流和一个电容C0滤波得到直流电压Vbus；功率管M0、电感L0、续流二极管D0以及输出电容Cout组成典型的high-sidebuck开关电源拓扑。这里需要注意，本专利技术并不仅限于high-sidebuck开关电源，而是适用于任何拓扑的开关电源。所述的开关电源的功率管M0的源极通过电感L0电性连接至所述开关电源的电压输出端Vout、漏极电性连接所述开关电源的直流电压输入端Vbus；所述的开关电源还包括控制器，所述控制器用于调节开关电源的线电压。所述控制器包括：延时单元21、补偿电流生成单元22以及线电压补偿单元23。延时单元21，与功率管M0的栅极控制端Gate电性连接，包括至少一延时子单元，用于在功率管M0导通时输出延时信号Gate_D。在本实施例中，所述延时单元21包括3个延时子单元211～213，所述补偿电流生成单元22包括3个补偿电流生成子单元；在功率管M0导通时，第一延时子单元211输出第一延时信号Gate_D1至第一补偿电流生成子单元，第二延时子单元212输出第二延时信号Gate_D2至第二补偿电流生成子单元，第三延时子单元213输出第三延时信号Gate_D3至第三补偿电流生成子单元；其中，所述第二延时信号Gate_D2的延时时间大于所述第一延时信号Gate_D1的延时时间，所述第三延时信号Gate_D3的延时时间大于所述第二延时信号Gate_D2的延时时间，从而实现对开关电源的线电压进行分段补偿。补偿电流生成单元22，与所述延时单元21电性连接，包括至少一补偿电流生成子单元，用于根据所述延时信号Gate_D输出补偿电流Icomp。其中，所述延时子单元的数量与所述补偿电流生成子单元的数量相同，所述补偿电流生成子单元与所述延时子单元一一对应电性连接，所述补偿电流生成子单元根据与其电性连接的延时子单元输出的延时信号输出补偿子电流，所有所述补偿电流生成子单元输出的补偿子电流汇总成所述补偿电流Icomp。其中，所述补偿电流Icomp的输出大小与所述功率管M0的导通时间成近似反比例关系，所述补偿电流Icomp的输出大小与线电压成近似正比例关系。在本实施例中，每一所述补偿电流生成子单元包括一偏置电流源I和一开关管S；所述偏置电流源I一端电性连接所述开关电源的VCC电源，另一端电性连接所述开关管S的一端；所述开关管S的控制端电性连接相应延时子单元，另一端作为所述补偿电流生成子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于开关电源的控制器，其特征在于，所述控制器包括：延时单元，与功率管的栅极控制端电性连接，包括至少一延时子单元，用于在功率管导通时输出延时信号；补偿电流生成单元，与所述延时单元电性连接，包括至少一补偿电流生成子单元，用于根据所述延时信号输出补偿电流；线电压补偿单元，与所述补偿电流生成单元电性连接，用于将经过所述补偿电流补偿后的功率管采样电压与参考电压分别输入一比较器的第一输入端和第二输入端，或者将功率管采样电压与经过所述补偿电流补偿后的参考电压分别输入所述比较器的第一输入端和第二输入端，所述控制器根据所述比较器的输出信号生成栅极控制信号以控制所述功率管的关断，其中，当比较器的第一输入端的电压大于第二输入端的电压时，所述功率管关断。

【技术特征摘要】
1.一种用于开关电源的控制器，其特征在于，所述控制器包括：延时单元，与功率管的栅极控制端电性连接，包括至少一延时子单元，用于在功率管导通时输出延时信号；补偿电流生成单元，与所述延时单元电性连接，包括至少一补偿电流生成子单元，用于根据所述延时信号输出补偿电流；线电压补偿单元，与所述补偿电流生成单元电性连接，用于将经过所述补偿电流补偿后的功率管采样电压与参考电压分别输入一比较器的第一输入端和第二输入端，或者将功率管采样电压与经过所述补偿电流补偿后的参考电压分别输入所述比较器的第一输入端和第二输入端，所述控制器根据所述比较器的输出信号生成栅极控制信号以控制所述功率管的关断，其中，当比较器的第一输入端的电压大于第二输入端的电压时，所述功率管关断。2.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述延时子单元的数量与所述补偿电流生成子单元的数量相同，所述补偿电流生成子单元与所述延时子单元一一对应电性连接，所述补偿电流生成子单元根据与其电性连接的延时子单元输出的延时信号输出补偿子电流，所有所述补偿电流生成子单元输出的补偿子电流汇总成所述补偿电流。3.根据权利要求2所述的控制器，其特征在于，所述补偿电流的输出大小与所述功率管的导通时间成近似反比例关系。4.根据权利要求2所述的控制器，其特征在于，所述延时单元包括3个延时子单元，所述补偿电流生成单元包括3个补偿电流生成子单元；在功率管导通时，第一延时子单元输出第一延时信号至第一补偿电流生成子单元，第二延时子单元输出第二延时信号至第二补偿电流生成子单元，第三延时子单元输出第三延时信号至第三补偿电流生成子单元；其中，所述第二延时信号的延时时间大于所述第一延时信号的延时时间，所述第三延时信号的延时时间大于所述第二延时信号的延时时间，从而实现对开关电源的线电压进行分段补偿。5.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，每一所述补偿电流生成子单元包括一偏置电流源和一开关管；所述偏置电流源一端电性连接所述开关电源的VCC电源，另一端电性连接所述开关管的一端；所述开关管的控制端电性连接相应延时子单元，另一端作为所述补偿电流生成子单元的输出端；所述开关管根据所述延时子单元输出的延时信号导通，以使所述偏置电流源的电流从所述补偿电流生成子单元的输出端输出作为补偿子电流。6.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述控制器进一步包括一电流镜镜像单元，所述补偿电流经所述电流镜镜像单元镜像后输出至所述线电压补偿单元。7.根据权利要求6所述的控制器，其特征在于，所述电流镜镜像单元包括共栅极的第一MOS管和第二MOS管、共栅极的第三MOS管和第四MOS管；所述第一MOS管和所述第二MOS管均与所述功率管共源极，所述第一MOS管的漏极电性连接所述补偿电流生成单元的输出端，所述第二MOS管的漏极电性连接所述第三MOS管的漏极；所述第三MOS管的源极和所述第四MOS管的源极均电性连接开关电源的VCC电源，所述第四MOS管的漏极作为补偿电流输出端；所述补偿电流生成单元输出的补偿电流经过所述电流镜镜像单元镜像后从所述第四MOS管的漏极输出。8.根据权利要求7所述的控制器，其特征在于，所述线电压补偿单元对流经所述功率管的电流进行采样，并根据获取的采样电流产生功率管采样电压，所述线电压补偿单元将经过所述补偿电流补偿后的功率管采样电压与参考电压分别输入所述比较器的第一输入端和第二输入端。9.根据权利要求8所述的控制器，其特征在于，所述线电压补偿单元包括功率管电流采样模块、功率管电流采样电阻以...

【专利技术属性】
技术研发人员：郜小茹，
申请(专利权)人：上海晶丰明源半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31