一种输出电压控制电路及其恒压输出系统

文档序号:1798046 发布日期:2021-11-05 浏览:19次 >En<

阅读说明:本技术 一种输出电压控制电路及其恒压输出系统 (Output voltage control circuit and constant voltage output system thereof ) 是由 王彬 闫志光 于 2021-09-01 设计创作,主要内容包括:本申请提供一种输出电压控制电路及其恒压输出系统,该输出电压控制电路包括负载电流补偿电路、输入电压补偿电路、补偿电压生成电路以及误差放大电路,本方案利用补偿电压生成电路根据负载电流补偿电路传输的负载补偿电流、输入电压补偿电路传输的输入电压补偿电流以及预设参考电压生成补偿电压传输给误差放大电路,进而基于误差放大电路输出的误差信号消除或减小负载电流的变化以及输入电压的变化对输出电压的影响,从而控制电源的输出电压恒定输出。(The utility model provides an output voltage control circuit and constant voltage output system thereof, this output voltage control circuit includes load current compensation circuit, input voltage compensation circuit, compensation voltage generating circuit and error amplification circuit, this scheme utilizes compensation voltage generating circuit according to the load compensation current of load current compensation circuit transmission, the input voltage compensation current of input voltage compensation circuit transmission and predetermine reference voltage and generate compensation voltage and transmit for error amplification circuit, and then eliminate or reduce the change of load current and the influence of the change of input voltage to output voltage based on the error signal of error amplification circuit output, thereby the invariable output of output voltage of control power.)

一种输出电压控制电路及其恒压输出系统

技术领域

本申请涉及电源恒压输出技术领域,具体而言,涉及一种输出电压控制电路及其恒压输出系统。

背景技术

目前,电源输出电压一般会受到输入电压(即母线电压)变化的影响,除了受到输入电压变化的影响外,负载电流变化也会影响输出电压值,一般的,输入母线电压增大或负载电流增大会导致输出电压降低,进而造成电源的输出电压波动较大,导致负载或电路元件损伤。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种输出电压控制电路及其恒压输出系统,用以消除或减小母线电压变化或负载电流变化对输出电压的影响,从而实现电源恒压输出。

第一方面,本发明提供一种输出电压控制电路,包括:补偿电路和误差放大电路,所述补偿电路包括负载电流补偿电路以及补偿电压生成电路;所述负载电流补偿电路,用于根据所述误差放大电路输出的误差信号生成负载补偿电流,并将所述负载生成电流传输给所述补偿电压生成电路;所述补偿电压生成电路,用于根据预设参考电压和所述负载补偿电流生成负载补偿电压,并将所述负载补偿电压传输给所述误差放大电路的反相输入端;所述误差放大电路,用于根据正相输入端接收的输出电压以及反相输入端接收的所述负载补偿电压输出对应的误差信号,所述误差信号用于对调制电路的所述输出电压进行相应调节,以控制输出电压恒定输出。

在上述设计的输出电压控制电路中,负载电流变化时,输出电压呈现与负载电流反相关的变化,误差放大电路输出的误差信号呈现与输出电压正相关的变化,负载电流补偿电路根据误差放大电路输出的误差信号生成正相关的负载补偿电流,然后补偿电压生成电路基于预设参考电压和负载补偿电流生成与负载补偿电流反相关的负载补偿电压输出给误差放大电路的反相输入端,使得误差放大电路正相输入端的电压随着反相输入端的负载补偿电压的变化而同步变化,然后输出与负载补偿电压呈正相关变化的误差信号,进而使得输出的误差信号与负载电流呈正相关,进而基于误差信号调节的输出电压也与负载电流呈现正相关变化,这样即补偿了原本输出电压由于负载电流变化呈现的反相关变化,使得输出电压基本保持不变,从而消除或减小负载电流的变化对输出电压的影响,进而实现电源的恒压输出。

在第一方面的可选实施方式中,所述负载电流补偿电路的输入端与所述误差放大电路的输出端连接,所述负载电流补偿电路的输出端与所述补偿电压生成电路的输入端连接,所述补偿电压生成电路的输出端与所述误差放大电路的反相输入端连接,所述误差放大电路的正相输入端用于采样所述输出电压,所述误差放大电路的输出端还用于与调制电路连接。

在第一方面的可选实施方式中,所述补偿电压生成电路包括补偿误差放大器、补偿电阻R1、补偿电阻R2以及补偿可控开关管;所述补偿误差放大器的正相输入端用于接收所述预设参考电压,所述补偿误差放大器的反向输入端分别与所述补偿电阻R1的第一端、补偿电阻R2的第一端以及负载电流补偿电路的输出端连接,所述补偿电阻R1的第二端接地,所述补偿电阻R2的第二端分别与所述误差放大电路的反相输入端以及补偿可控开关管的第一端连接,所述补偿误差放大器的输出端与所述补偿可控开关管的控制端连接,所述补偿可控开关管的第二端与外部电源连接;所述补偿误差放大器,用于将所述预设参考电压钳位到所述补偿电阻R1的第一端,并在所述补偿误差放大器的反相输入端、补偿电阻R1以及接地端之间形成第一补偿电流,以根据所述第一补偿电流和所述负载补偿电流的电流差、所述补偿电阻R2生成负载补偿分压,从而根据所述负载补偿分压和所述预设参考电压生成所述负载补偿电压传输给所述误差放大电路的反相输入端。

在第一方面的可选实施方式中,所述负载电流补偿电路包括负载补偿误差放大器、负载补偿电阻R3、负载补偿可控开关管以及负载补偿电流镜;所述负载补偿误差放大器的正相输入端与所述误差放大电路的输出端连接,所述负载补偿误差放大器的反相输入端通过负载补偿电阻R3接地,所述负载补偿误差放大器的输出端与所述负载补偿可控开关管的控制端连接,所述负载补偿可控开关管的第一端与所述负载补偿误差放大器的反相输入端连接,所述负载补偿可控开关管的第二端通过所述负载补偿电流镜与所述负载补偿电压生成电路连接;所述负载补偿误差放大器,用于将所述误差信号的电压钳位到所述负载补偿可控开关管的第一端,以在所述负载补偿电阻R3、负载补偿可控开关管支路上形成第二补偿电流并输出给所述负载补偿电流镜;所述负载补偿电流镜,用于根据对应的电流镜比例和所述第二补偿电流生成所述负载补偿电流。

在第一方面的可选实施方式中,所述输出电压控制电路还包括调制电路,所述调制电路的输入端与所述误差放大电路的输出端连接,所述调制电路的输出端用于与可控开关管连接;所述调制电路,用于根据峰值电流的采样电压和所述误差信号输出对应的调制信号,所述调制信号用于对所述可控开关管的占空比进行调节,从而对所述输出电压进行相应调节,以实现恒压输出,其中,所述可控开关管的占空比与所述调制信号呈正相关。

在第一方面的可选实施方式中,所述负载补偿电流与负载电流呈反相关,所述负载补偿电压与所述负载补偿电流呈反相关,所述误差信号和所述输出电压与所述负载补偿电压呈正相关。

在第一方面的可选实施方式中,所述补偿电路还包括输入电压补偿电路;所述输入电压补偿电路,用于根据输入电压生成输入电压补偿电流,并将所述输入电压补偿电流传输给所述补偿电压生成电路;所述补偿电压生成电路,还用于根据所述预设参考电压、所述负载补偿电流以及所述输入电压补偿电流生成补偿电压,并将所述补偿电压传输给所述误差放大电路的反相输入端。

在上述设计的实施方式中,通过负载电流补偿电路根据负载电流变化生成反相关变化的负载补偿电流,并通过输入电压补偿电路根据输入电压变化生成反相关变化的输入电压补偿电流,然后补偿电压生成电路基于预设参考电压、所述负载补偿电流以及所述输入电压补偿电流生成与所述负载补偿电流以及所述输入电压补偿电流反相关变化的补偿电压,然后向误差放大电路的反相输入端输出该补偿电压,使得误差放大电路输出与补偿电压正相关变化的误差信号,进而基于误差信号对输出电压补偿负载电流变化和输入电压变化对应的正相关变化,这样既补偿了输出电压原本因输入电压的变化呈现的反相关变化,又补偿了输出电压因负载电流的变化呈现的反相关变化,使得输出电压基本保持不变,从而消除或减小输入电压以及负载电流的变化对输出电压的影响,进而实现电源的恒压输出。

第二方面,本发明提供一种输出电压控制电路,包括:补偿电路和误差放大电路,所述补偿电路包括输入电压补偿电路以及补偿电压生成电路;所述输入电压补偿电路,用于根据输入电压生成输入电压补偿电流,并将所述输入电压补偿电流传输给所述补偿电压生成电路,所述输入电压为母线电压对应的采样电压;所述补偿电压生成电路,用于根据预设参考电压和所述输入电压补偿电流生成输入补偿电压,并将所述输入补偿电压传输给所述误差放大电路的反相输入端;所述误差放大电路,用于根据正相输入端接收的输出电压以及反相输入端接收的所述输入补偿电压输出对应的误差信号,所述误差信号用于对调制电路的所述输出电压进行相应调节,以控制输出电压恒定输出。

在上述设计的输出电压控制电路中,通过输入电压补偿电路根据输入电压生成与输出电压反相关的输入电压补偿电流,然后基于补偿电压生成电路基于输入补偿电流生成与输入补偿电流反相关变化的输入补偿电压,并将所述输入补偿电压输出给误差放大电路的反相输入端,使得误差放大电路输出与输入补偿电压呈正相关变化的误差信号,进而使得基于误差信号调节的输出电压也与输入补偿电压呈现正相关变化,这样即补偿了输出电压原本因输入电压的变化呈现的反相关变化,使得输出电压基本保持不变,从而消除或减小输入电压的变化对输出电压的影响,进而实现电源的恒压输出。

在第二方面的可选实施方式中,所述输入电压补偿电路包括电压补偿误差放大器、电压补偿电阻R4、电压补偿可控开关管、电压补偿第一电流镜、电压补偿第二电流镜以及固定电流源;所述电压补偿误差放大器的正相输入端用于接收所述输入电压,所述电压补偿误差放大器的反相输入端通过电压补偿电阻R4接地,所述电压补偿误差放大器的输出端与所述电压补偿可控开关管的控制端连接;所述电压补偿可控开关管的第一端通过所述电压补偿电阻R4接地,所述电压补偿可控开关管的第二端与所述电压补偿第一电流镜的输入端连接,所述电压补偿第一电流镜的输出端分别与所述电压补偿第二电流镜以及固定电流源的第一端连接,所述固定电流源的第二端接地,所述电压补偿第二电流镜的输出端与所述补偿电压生成电路的输入端连接。

第三方面,本发明提供一种恒压输出系统,整流模组、恒压控制芯片以及降压变换模组,所述恒压控制芯片包括第一方面或第二方面中任一项所述的输出电压控制电路;所述整流模组的输入端用于接收交流电,所述整流模组的输出端与所述恒压控制芯片耦接,所述恒压控制芯片内设置有一可控开关管,所述整流模组的输出端通过所述可控开关管与所述降压变换模组耦接,所述降压变换模组的输出端与所述误差放大电路的正相输入端连接,所述误差放大电路的输出端与所述可控开关管连接,以控制输出电压恒定输出。

在第三方面设计的恒压输出系统中,由于设计的恒压输出系统的恒压控制芯片中包含了第一方面或第二方面任一实施方式中的输出电压控制电路,因此,设计的恒压输出系统可以消除或减小负载电流和/或输入电压对输出电压的影响,实现电源更加准确的恒压输出。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案,下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本申请的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请第一实施例提供的输出电压控制电路第一结构图;

图2为本申请第一实施例提供的输出电压控制电路第二结构图;

图3为本申请第一实施例提供的输出电压控制电路第三结构图;

图4为本申请第一实施例提供的输出电压控制电路第四结构图;

图5为本申请第二实施例提供的输出电压控制电路第一结构图;

图6为本申请第二实施例提供的输出电压控制电路第二结构图;

图7为本申请第二实施例提供的输出电压控制电路第三结构图;

图8为本申请第二实施例提供的输出电压控制电路第四结构图;

图9为本申请第三实施例提供的输出电压控制电路第一结构图;

图10为本申请第三实施例提供的输出电压控制电路第二结构图;

图11为本申请第四实施例提供的恒压输出系统结构示意图。

图标:1-整流模组;2-恒压控制芯片;3-降压变换模组;4-输出电压控制电路;10-补偿电路;101-负载电流补偿电路;1011-负载补偿误差放大器;1012-负载补偿可控开关管;1013-负载补偿电流镜;102-补偿电压生成电路;1021-补偿误差放大器;1022-补偿可控开关管;110-输入电压补偿电路;1101-输入电压采样子电路;1102-电压补偿误差放大器;1103-电压补偿可控开关管;1104-电压补偿第一电流镜;1105-电压补偿第二电流镜;1106-恒流源;20-误差放大电路;30-调制电路;40-电压采样电路;Q1-可控开关管。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

第一实施例

本实施例提供一种输出电压控制电路,用于消除或减小负载电流的变化对输出电压的影响,进而实现电源的恒压稳定输出。

如图1所示,该输出电压控制电路包括补偿电路10和误差放大电路20,该补偿电路10包括负载电流补偿电路101和补偿电压生成电路102。

该负载电流补偿电路101的输入端与误差放大电路20的输出端连接,负载电流补偿电路101的输出端与补偿电压生成电路102的输入端连接,该补偿电压生成电路102的输出端与误差放大电路20的反向输入端连接,该误差放大电路20的正相输入端用于采样输出电压Vout,该输出电压Vout可以是电源芯片的输出电压,也可以是输出给供电负载的电压,误差放大电路20的输出端用于与调制电路30连接。其中,该误差放大电路20可为如图1所示的误差放大器,也可以为具有误差放大器的其他形式的电路。

上述设计的输出电压控制电路,当负载电流变化时,误差放大电路20采样的输出电压Vout呈现与负载电流反相关的变化,误差放大电路20输出的误差信号Veao与其采样的输出电压Vout呈现正相关变化,例如,当负载电流变小时,误差放大电路20正相输入端采样的输出电压Vout增大,误差放大电路20输出的误差信号Veao也增大。

由于负载电流补偿电路101的输入端与误差放大电路20的输出端连接,因此,负载电流补偿电路101可采集误差放大电路20输出的误差信号Veao,该负载电流补偿电路101可根据误差信号Veao生成负载补偿电流I1,并将该负载补偿电流I1传输给补偿电压生成电路102,补偿电压生成电路102根据负载补偿电流I1和预设参考电压生成负载补偿电压Vref2,并将该负载补偿电压Vref2传输给误差放大电路20的反相输入端。

其中,该负载补偿电流I1与误差信号Veao呈正相关变化,例如,误差信号Veao增大时,负载补偿电流I1也增大。该负载补偿电压Vref2与负载补偿电流I1呈反相关变化,例如,负载补偿电流I1增大时,该负载补偿电压Vref2减小。

作为一种可能的实施方式,可通过如下方式来实现负载补偿电压Vref2与负载补偿电流I1呈反相关变化,如图2所示,所述补偿电压生成电路102包括补偿误差放大器1021、补偿电阻R1、补偿电阻R2以及补偿可控开关管1022。

补偿误差放大器1021的正相输入端用于接收预设参考电压Vref1,补偿误差放大器1021的反相输入端分别与补偿电阻R1的第一端、补偿电阻R2的第一端以及负载电流补偿电路101的输出端连接,补偿电阻R1的第二端接地,补偿电阻R2的第二端分别与误差放大电路20的反相输入端以及补偿可控开关管1022的第一端连接,补偿误差放大器1021的输出端与补偿可控开关管1022的控制端连接,补偿可控开关管1022的第一端与外部电源VDD连接。其中,该补偿可控开关管1022可为金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor,MOSFET)管,在此基础上,该补偿可控开关管1022的第二端为源极,该补偿可控开关管1022的第一端为漏极,该补偿可控开关管1022的控制端为栅极,该补偿可控开关管1022除了为MOSFET管以外,还可以为其他形式的可控开关管,例如绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)等等。

上述设计的补偿电压生成电路102,补偿误差放大器1021将其正相输入端接收的预设参考电压Vref1钳位到R1的第一端,以在补偿误差放大器1021的反相输入端、补偿电阻R1以及接地端之间形成第一补偿电流Ia,在外部电源VDD、补偿可控开关管1022以及补偿电阻R2之间形成补偿生成电流Ib,由于负载电流补偿电路101的输出端与补偿电阻R2的第一端(也是补偿电阻R1的第一端)连接,因此,负载电流补偿电路101产生的负载补偿电流I1从补偿电阻R2的第一端流入,进而使得补偿生成电流Ib等于第一补偿电流Ia和负载补偿电流I1的电流差,即Ib=Ia-I1。

由于补偿电阻R2的第二端与误差放大电路20的反相输入端连接,因此,形成的负载补偿电压Vref2=Vref1+Ib*R2=Vref1+(Ia-I1)*R2,进而生成与负载补偿电流I1反相关的负载补偿电压Vref2。

作为一种可能的实施方式,可通过如下方式实现负载补偿电流I1与误差信号Veao呈正相关变化,如图3所示,该负载电流补偿电路101包括负载补偿误差放大器1011、负载补偿电阻R3、负载补偿可控开关管1012以及负载补偿电流镜1013。

该负载补偿误差放大器1011的正相输入端与误差放大电路20的输出端连接,负载补偿误差放大器1011的反相输入端通过负载补偿电阻R3接地,负载补偿误差放大器1011的输出端与负载补偿可控开关管1012的控制端连接,负载补偿可控开关管1012的第一端与负载补偿误差放大器1011的反相输入端连接,负载补偿可控开关管1012的第二端通过负载补偿电流镜1013与补偿电压生成电路102连接,具体的,该负载补偿电流镜1013的输出端与补偿电压生成电路102中的补偿电阻R2的第一端连接。其中,该负载补偿可控开关管1012也可以为MOS管或其他形式的可控开关管。

上述设计的负载电流补偿电路101,误差放大电路20输出的误差信号Veao传输给负载补偿误差放大器1011,负载补偿误差放大器1011将误差信号钳位到负载补偿电流R3的第一端,使得在负载补偿电阻R3、负载补偿可控开关管1012以及电源VDD支路上形成第二补偿电流I2,其中I2=Veao/R3;该第二补偿电流I2通过负载补偿电流镜1013形成前述的负载补偿电流I1。假设负载补偿电流镜1013的比例为K1,那么I1=I2*K1。

在前述举例基础上,若误差信号Veao增大,由于负载补偿电阻R3不变,则生成的第二补偿电流I2也增大,由于负载补偿电流镜1013的比例为K1,其为正数,因此,生成的负载补偿电流I1也增大,进而使得负载补偿电流I1与误差信号Veao呈正相关。

通过上述方式即可实现负载补偿电流I1与误差信号Veao呈正相关变化,并且负载补偿电压Vref2与负载补偿电流I1呈反相关变化,负载补偿电压Vref2输出给误差放大电路20的反相输入端,由于误差放大电路20的正相输入端与反相输入端同步变化,使得误差放大电路20输出的误差信号Veao也与反相输入端接收的负载补偿电压Vref2呈正相关变化,进而使得调制电路30基于误差信号Veao对输出电压进行与误差信号Veao正相关的控制,进而补偿输出电压因负载电流变化而呈现与负载电流反相关变化,使得输出电压基本保持不变,从而消除或减小负载电流的变化对输出电压的影响,进而实现电源的恒压输出。

依照前述的原理,通过举例进行如下说明:

当负载电流减小时使得输出电压Vout增大,输出电压Vout增大使得误差放大电路20的输出信号Veao增大,由于负载补偿电流I1与输出信号Veao呈正相关,因此,负载补偿电流I1也增大,由于负载补偿电压Vref2与负载补偿电流I1呈反相关,因此,负载补偿电压Vref2减小;由于误差放大电路20的正相输入端的电压与反相输入端的负载补偿电压Vref2同步变化,因此,误差放大电路20正相输入端接收的电压减小,使得误差放大电路20的输出信号Veao减小,进而使得基于输出信号Veao对输出电压进行相应的调小,这样使得输出电压减小,进而补偿因负载电流减小而增大的输出电压,从而控制输出电压基本保持不变,从而消除或减小负载电流的变化对输出电压的影响,进而控制电源的恒压输出。这里需要说明的是,上述举例为负载电流减小的场景,负载电流增大场景的原理与上述类似,在这里不再赘述。

在本实施例的可选实施方式中,如图4所示,该输出电压控制电路还可以包括调制电路30,该调制电路30的输入端与误差放大电路20的输出端连接,该调制电路30的输出端用于与可控开关管Q1连接。

作为一种实施方式,该调制电路30可为比较器,该比较器的第一输入端与误差放大电路20的输出端连接,该比较器的第一输入端接收误差放大电路20输出的误差信号Veao与峰值电流的采样电压VL叠加形成斜坡补偿电压信号RAW,其中,该斜坡补偿电压信号RAW的斜率会随着Veao的增大而增大,该比较器的第二端用于接收第二预设参考电压Vref3,该比较器基于斜坡补偿电压RAW和第二预设参考电压Vref3输出调制信号d,该调制信号d会随着斜坡补偿电压信号RAW斜率的增大而减小,因此,调制信号d与误差信号Veao呈反相关。

在上述基础上,当负载电流减小时,输出电压Vout增大,输出电压Vout增大使得误差放大电路20的输出信号Veao增大,输出信号Veao增大一方面使得其与峰值电流的采样电压VL叠加形成斜坡补偿电压信号RAW的斜率增大,进而使得调制信号d减小,减小的调制信号d使得可控开关管Q1的占空比减小,进而使得可控开关Q1控制的输出电压减小;

该增大的输出信号Veao另一方面传输给负载电流补偿电路101生成负载补偿电流I1,由于负载补偿电流I1与输出信号Veao呈正相关,因此,负载补偿电流I1也增大,由于负载补偿电压Vref2与负载补偿电流I1呈反相关,因此,负载补偿电压Vref2减小;由于误差放大电路20的正相输入端的电压与反相输入端的负载补偿电压Vref2同步变化,因此,误差放大电路20正相输入端的电压减小,使得误差放大电路20的输出信号Veao减小,从而通过调整调制信号d的大小控制输出电压保持恒定。

在本实施例的可选实施方式中,如图4所示,该输出电压控制电路还可以包括电压采样电路40,该电压采样电路40与误差放大电路20的正相输入端耦接,进而使得误差放大电路20的正相输入端通过电压采样电路40采样输出电压。

作为一种可能的实施方式,该电压采样电路40可包括采样电阻R10和采样电阻R11,该采样电阻R10的第一端用于接收输出电压,该采样电阻R10的第二端通过所述采样电阻R11接地,并且该采样电阻R10的第二端与误差放大电路20的正相输入端连接,使得误差放大电路20的正相输入端通过电压采样电路40采样输出电压。

在上述基础上,误差放大电路20的正相输入端采样的电压可为该输出电压Vout的分压Vfb,该分压Vfb与输出电压Vout呈现同步的变化。

第二实施例

本实施例提供一种输出电压控制电路,本实施例中的输出电压控制电路可以消除或减小输入电压的变化对输出电压的影响,进而实现电源的恒压输出。

如图5所示,该输出电压控制电路包括补偿电路10和误差放大电路20,在本实施例中,该补偿电路10包括输入电压补偿电路110和补偿电压生成电路102,该输入电压补偿电路110的输入端用于采样输入电压,该输入电压为母线电压对应的采样电压。

该输入电压补偿电路110的输出端与补偿电压生成电路102的输入端连接,该补偿电压生成电路102的输出端与误差放大电路20的反相输入端连接,误差放大电路20的正相输入端用于采样输出电压,误差放大电路20的输出端用于与调制电路30连接。

上述设计的输出电压控制电路,输入电压Vm被输入电压补偿电路110采集,该输入电压补偿电路110根据该输入电压Vm生成输入电压补偿电流I3,其中,该输入电压补偿电流I3与输入电压Vm呈反相关。

作为一种可能的实施方式,输入电压补偿电流I3与输入电压Vm呈反相关可通过如下方式实现,如图6所示,该输入电压补偿电路110包括输入电压采样子电路1101、电压补偿误差放大器1102、电压补偿电阻R4、电压补偿可控开关管1103、电压补偿第一电流镜1104、电压补偿第二电流镜1105以及恒流源1106。

电压补偿误差放大器1102的正相输入端通过输入电压采样子电路1101采样输入电压Vm,电压补偿误差放大器1102的反相输入端通过电压补偿电阻R4接地,电压补偿误差放大器1102的输出端与电压补偿可控开关管1103的控制端连接。

电压补偿可控开关管1103的第一端通过电压补偿电阻R4接地,电压补偿可控开关管1103的第二端与电压补偿第一电流镜1104的输入端连接,电压补偿第一电流镜1104的输出端分别与电压补偿第二电流镜1105以及恒流源1106的第一端连接,恒流源1106的第二端接地,电压补偿第二电流镜1105的输出端与补偿电压生成电路102的输入端连接。

上述设计的输入电压补偿电路110,电压补偿误差放大器1102将采样的输入电压Vm钳位到电压补偿电阻R4的上端,并在电压补偿电阻R4、电压补偿可控开关管1103支路上形成补偿电流I4,即I4=Vm/R4。

该补偿电流I4通过电压补偿第一电流镜1104后输出给电压补偿第二电流镜1105;假设电压补偿第一电流镜1104的电流镜比例为K2,那么在电压补偿第一电流镜1104的输入端形成的补偿电流I5=K2*I4;由于电压补偿第二电流镜1105的输入端还与恒流源1106连接,该恒流源1106产生恒流I6,因此,在电压补偿第二电流镜1105的输入端形成的补偿电流I7=I6-I5=I6-K2*I4=I6-K2*(Vm/R4)。

该补偿电流I7经过电压补偿第二电流镜1105后形成输入电压补偿电流I3,假设该电压补偿第二电流镜1105的电流镜比例为K3,那么形成的输入电压补偿电流:I3=K3*I7=K3*(I6-K2*(Vm/R4))。

由上述公式可知,如上结构的输入电压补偿电路110使得形成的输入电压补偿电流I3与输入电压Vm呈反相关。

上述方式生成的输入电压补偿电流I3传输给补偿电压生成电路102,该补偿电压生成电路102根据预设参考电压Vref1和输入电压补偿电流I3生成输入补偿电压Vref4,其中,输入补偿电压Vref4与输入电压补偿电流I3呈反相关。

作为一种可能的实施方式,输入补偿电压Vref4与输入电压补偿电流I3呈反相关可通过如下方式实现,该补偿电压生成电路102与第一实施例的补偿电压生成电路102结构一致,在这里不再重复描述结构,在此基础上,如图7所示,该输入电压补偿电路110中的电压补偿第二电流镜1105的输出端与补偿电压生成电路102中的补偿电阻R2的第一端连接。

在上述基础上,补偿误差放大器1021将其正相输入端接收的预设参考电压Vref1钳位到R1的第一端,以在补偿误差放大器1021的反相输入端、补偿电阻R1以及接地端之间形成第一补偿电流Ia,在外部电源VDD、补偿可控开关管1022以及补偿电阻R2之间形成补偿生成电流Ib,由于电压补偿第二电流镜1105的输出端与补偿电压生成电路102中的补偿电阻R2的第一端连接,因此,输入电压补偿电流I3从补偿电阻R2的第一端流入,进而使得补偿生成电流Ib等于第一补偿电流Ia和输入电压补偿电流I3之间的电流差,即Ib=Ia-I3。

由于补偿电阻R2的第二端与误差放大电路20的反相输入端连接,因此,形成的输入补偿电压Vref4=Vref1+Ib*R2=Vref1+(Ia-I3)*R2,进而生成与输入电压补偿电流I3反相关的输入补偿电压Vref4。

在上述基础上可得,输入电压补偿电流I3与输入电压Vm呈反相关,输入补偿电压Vref4与输入电压补偿电流I3呈反相关,进而使得输入补偿电压Vref4与输入电压Vm呈正相关。

前述生成的输入补偿电压Vref4传输给误差放大电路20的反相输入端,误差放大电路20基于正相输入端采样的输出电压Vout和反相输入端接收的输入补偿电压Vref4生成误差信号Veao传输给调制电路30,调制电路30基于该误差信号Veao对输出电压进行调节,其中,调制电路30基于误差信号Veao对输出电压进行调节的方式与第一实施例中调制电路30的调制方式一致,在这里不再赘述。

由于误差放大电路20的正相输入端的电压随着反相输入端电压的变化而同步变化,并且反相输入端接收的输入补偿电压Vref4与输入电压Vm呈正相关变化,进而使得误差放大电路20输出的误差信号Veao也与反相输入端接收的输入补偿电压Vref4呈正相关变化,进而使得调制电路30基于误差信号Veao对输出电压进行与输入电压Vm相同变化的控制,进而补偿输出电压Vout原本因输入电压Vm变化而呈现与输入电压反相关的变化,从而控制输出电压基本保持不变,进而消除或减小输入电压的变化对输出电压的影响,实现电源的恒压输出。

依照前述的原理,通过举例进行如下说明:

当输入电压Vm减小,由于输入电压补偿电流I3与输入电压Vm呈反相关变化,因此,生成的输入电压补偿电流I3增大;由于输入补偿电压Vref4与输入电压补偿电流I3呈反相关,因此,输入补偿电压Vref4减小;由于误差放大电路20的正相输入端的电压随着反相输入端的输入补偿电压Vref4的变化而同步变化,因此,误差放大电路20正相输入端接收的电压减小,使得误差放大电路20的输出信号Veao减小,进而使得基于输出信号Veao对输出电压Vout进行相应的调小,使得输出电压Vout减小,进而补偿原本因输入电压Vm减小而增大的输出电压Vout,从而控制输出电压基本保持不变,进而消除或减小输入电压的变化对输出电压的影响,实现电源的恒压输出。这里需要说明的是,上述举例为输入电压Vm减小的场景,输入电压Vm增大的场景原理与上述类似,在这里不再赘述。

作为一种可能的实施方式,如图6和7所示,前述的输入电压采样子电路1101可包括采样电阻R7和采样电阻R8,采样电阻R7的第一端用于接收输入电压Vm,采样电阻R7的第二端通过采样电阻R8接地,电压补偿误差放大器1102的正相输入端与采样电阻R7的第二端连接,使得输入电压采样子电路1101采样得到的输入电压Vm的分压Vx输入给电压补偿误差放大器1102的正相输入端。在此基础上,前述的补偿电流I4此时等于Vx/R4。

在本实施例的可选实施方式中,如图8所示,本实施例的输出电压控制电路也可以包括调制电路30和电压采样电路40,其中,该调制电路30和电压采样电路40的结构与第一实施例中描述的一致,在这里不再赘述。

在具有前述的调制30的基础上,当输入电压Vm减小时,输出电压Vout增大,输出电压Vout增大使得误差放大电路20的输出信号Veao增大,输出信号Veao增大一方面使得其与峰值电流的采样电压VL叠加形成斜坡补偿电压信号RAW的斜率增大,进而使得调制信号d减小,减小的调制信号d使得可控开关管Q1的占空比减小,进而使得可控开关Q1控制的输出电压减小;

该减小的输入电压Vm另一方面传输给输入电压补偿电路110生成输入电压补偿电流I3,由于负载补偿电流I3与输入电压Vm呈反相关,因此,输入电压补偿电流I3增大,由于输入补偿电压Vref4与输入电压补偿电流I3呈反相关,因此,输入补偿电压Vref4减小;由于误差放大电路20的正相输入端的电压与反相输入端的输入补偿电压Vref4同步变化,因此,误差放大电路20正相输入端的电压减小,使得误差放大电路20的输出信号Veao减小,从而通过调整调制信号d的大小控制输出电压保持恒定。

第三实施例

本实施例设计一种输出电压控制电路,用于消除或减小负载电流以及输入电压的变化对输出电压的影响,进而实现电源的恒压输出。

如图9和图10所示,该输出电压控制电路包括补偿电路10和误差放大电路20,该补偿电路10包括负载电流补偿电路101、输入电压补偿电路110以及补偿电压生成电路102,该负载电流补偿电路101的输入端与误差放大电路20的输出端连接,该负载电流补偿电路101的输出端与补偿电压生成电路102的输入端连接。

该输入电压补偿电路110的输入端用于接收输入电压Vm,该输入电压补偿电路110的输出端与补偿电压生成电路102的输入端连接,该补偿电压生成电路102的输出端与误差放大电路20的反相输入端连接,该误差放大电路20的正相输入端用于采样输出电压,该误差放大电路20的输出端用于与调制电路30连接。

上述设计的输出电压控制电路,负载电流补偿电路101根据误差放大电路20输出的误差信号Veao生成负载补偿电流I1;输入电压补偿电路110根据输入电压Vm生成输入电压补偿电流I3,该负载补偿电流I1和输入电压补偿电流I3传输给补偿电压生成电路102,使得补偿电压生成电路102根据预设参考电压Vref1、负载补偿电流I1以及输入电压补偿电流I3生成补偿电压Vref5,该补偿电压Vref5传输给误差放大电路20的反相输入端。

其中,误差信号Veao和负载电流反相关,负载电流补偿电路101形成的负载补偿电流I1与误差信号Veao正相关,而生成的补偿电压Vref5与负载补偿电流I1呈反相关,这样使得负载电流与补偿电压Vref5呈正相关。其中,负载补偿电流I1与误差信号Veao呈正相关的实现方式与第一实施例中的方式一致、补偿电压Vref5与负载补偿电流I1呈反相关的实现方式与第一实施例中负载补偿电压Vref2与负载补偿电流I1呈反相关的实现方式一致。

输入电压补偿电路110形成的输入电压补偿电流I3与输入电压Vm呈反相关,输入电压补偿电流I3与补偿电压Vref5呈反相关,这样使得输入电压Vm与补偿电压Vref5呈正相关。其中,输入电压补偿电流I3与输入电压Vm呈正相关的实现方式与第二实施例中的方式一致、输入电压补偿电流I3与补偿电压Vref5呈反相关的实现方式与第二实施例中输入电压补偿电流I3与输入补偿电压Vref4呈反相关的实现方式一致。

假设负载电流增大并且输入电压也增大,首先,负载电流增大使得误差信号Veao减小,负载补偿电流I1与误差信号Veao呈正相关,因此,负载补偿电流I1也减小,而补偿电压Vref5与负载补偿电流I1呈反相关,因此,补偿电压Vref5增大。

输入电压Vm增大,由于输入电压补偿电流I3与输入电压Vm呈反相关,因此,输入电压补偿电流I3减小;而补偿电压Vref5与输入电压补偿电流I3呈反相关,因此,补偿电压Vref5增大,这样使得传输给误差放大电路20的补偿电压Vref5增大的程度为负载电流变化和输入电压变化之和,增大的补偿电压Vref5传输给误差放大电路20的反相输入端,由于误差放大电路20的正相输入端的电压随着反相输入端的电压变化而同步变化,进而使得正相输入端采样的电压增大,促使误差放大电路20输出的误差信号Veao也增大,从而使得调制电路30根据增大的误差信号Veao将输出电压Vout调大,进而消除或减小负载电流增大并且输入电压也增大导致的输出电压减小的情况,实现电源的输出电压恒定输出。其中,负载电流减小并且输入电压减小时,原理类似,在这里不再赘述。

这里需要说明的是,本实施例中的负载电流补偿电路101和补偿电压生成电路102与第一实施例中的负载电流补偿电路101和补偿电压生成电路102相同,本实施例中的输入电压补偿电路110与第二实施例中的输入电压补偿电路110相同,在这里不再赘述。

在上述结构的基础上,该补偿电压Vref5=Vref1+(Ia-I1-I3)*R2。

第四实施例

本申请提供一种恒压输出系统,如图11所示,该恒压输出系统包括整流模组1、恒压控制芯片2以及降压变换模组3,该恒压控制芯片2包括第一实施例或第二实施例或第三实施例中所述的输出电压控制电路4。

该整流模组1的输入端用于接收交流电,该整流模组1的输出端与恒压控制芯片2和降压变换模组3耦接,该降压变换模组3的输出端与误差放大电路20的正相输入端连接,该恒压控制芯片2内可设置有可控开关管Q1,该可控开关管Q1的占空比决定降压变换模组3输出给负载的电压大小,即决定输出电压Vout的大小;该误差放大电路20的输出端与可控开关管Q1的控制端连接,以使恒压控制芯片2根据其内部的输出电压控制电路4对输出电压Vout进行调节。

上述设计的恒压输出系统,该整流模组1将交流电V(可为市电220V)整流转换为输入电压Vm,该输入电压Vm传输给降压变换模组3降压转换后给外部负载提供输出电压Vout,本申请方案调节的输出电压Vout即为降压变换模组3两端为负载输出的电压,该输出电压Vout回传给恒压控制芯片2中的误差放大电路20的正相输入端,进而使得恒压控制芯片2中的误差放大电路20依照第一实施例或第二实施例或第三实施例的方式对输出电压进行控制调节。

在恒压控制芯片2具有第二实施例或第三实施例中的输入电压补偿电路110时,该输入电压Vm还会传输给恒压控制芯片2中的输入电压补偿电路110,进而基于第二实施例或第三实施例的方式消除或减小输入电压Vm的变化对输出电压Vout的影响。

作为一种可能的实施方式,误差放大电路20可通过调制电路30与可控开关管Q1的控制端连接,该调制电路30基于误差放大电路20输出的误差信号输出对应的调制信号d传输给可控开关管Q1的控制端,进而控制可控开关管Q1的占空比,以对输出电压Vout进行控制,进而实现恒压输出。另外,这里需要说明的是,前述的峰值电流的采样电压VL即为图11中A点的采样电压。

在本申请的描述中,需要说明的是,术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。此外,术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。

还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“设置”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

以上所述仅为本申请的实施例而已,并不用于限制本申请的保护范围,对于本领域的技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。

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