本發(fā)明涉及一種開關(guān)電源的
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別是涉及一種原邊反饋反激式開關(guān)電源及其線纜補償方法。
背景技術(shù)：
：AC-DC充電器在手機、平板等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，一般均采用反激式拓撲實現(xiàn)，大體上分為帶光耦隔離的副邊反饋的反激(flyback)結(jié)構(gòu)和通過變壓器原邊反饋隔離的flyback結(jié)構(gòu)。目前的充電器從節(jié)約成本考慮，一般均采用原邊反饋的方式，副邊沒有任何檢測端。圖1所示即為AC-DC的反激式開關(guān)電源的一種示例電路圖。其中，反激式開關(guān)電源包括原邊部分(即繞組L1所在部分)及副邊部分(即繞組L2所在部分)，而在原邊部分設(shè)有反饋(flyback)的控制器，原邊部分還可包含有輔邊部分(即繞組L3所在部分)。需要說明的是，圖1僅為示例性展示的一種開關(guān)電源電路圖，并非用以限制本發(fā)明的開關(guān)電源，本發(fā)明的開關(guān)電源還可例如為DC-DC轉(zhuǎn)換等皆可。傳統(tǒng)的充電器在恒壓段板端恒定輸出5V電壓。當輸出電流較大時，線纜末端的電壓往往低于5V。隨著手機、平板電池越來越大，進入恒壓段的充電電流也越來越大，以1.2m電纜線(等效電阻0.2歐)為例，如果充電電流為2A，則將在線纜上損耗0.4V電壓，導致線端實際輸出電壓只有4.6V。在一些手機、平板的內(nèi)部充電器(5V轉(zhuǎn)4.2V對鋰電池充電的單元)設(shè)計中可能會觸發(fā)輸入電壓欠壓而斷開充電開關(guān)，從而導致充電失敗的情況。所以目前做的比較好的AC-DC充電器芯片均采用了線纜補償技術(shù)，使得線端輸出電壓基本保持不變。原邊反饋反激式開關(guān)電源的無線纜和有線纜補償?shù)陌宥穗妷汉途€端電壓的示意圖分別如圖2和圖3所示。其中橫軸表示輸出電流，縱軸表示輸出電壓，Vboard表示電源的板端輸出電壓，經(jīng)過充電線后裝置上得到的電壓為Vcable，稱為線端電壓。因此，進行線纜補償成為保證開關(guān)電源輸出恒定的一個重要手段?，F(xiàn)有技術(shù)通過檢測輸出電流大小，根據(jù)不同的輸出電纜長度，選擇不同的補償系數(shù)，補償輸出電壓，從而使得不同輸出電流下，最終線端輸出電壓值保持基本不變。因此，從原邊信號中檢測出副邊電流大小就成了進行正確線纜補償計算的關(guān)鍵?，F(xiàn)有技術(shù)中的原邊反饋反激式開關(guān)電源的線纜補償原理如圖4所示。其中，Vpkref為原邊電流的峰值電壓給定值，Vcs為原邊電流的峰值電壓采樣值，控制使得Vcs＝Vpkref，兩者為同 一概念。tdis為變壓器副邊釋放能量時間，T為開關(guān)周期。A為與輸出線纜阻值相關(guān)的固定系數(shù)，可以按照不同的線纜設(shè)定不同的取值；Vref為開關(guān)電源的基準電壓，其值乘上一個采樣反饋系數(shù)k，就是輸出電壓值Vout。Vref_comp為疊加了線纜補償系數(shù)CRC(CableResistanceCompensation)的新的輸出電壓的給定基準值。輸出電流計算公式如下：Io=12·n·VcsRcs·tdisT]]>其中，n為變壓器原副邊變比，Rcs為原邊電流采樣電阻，這兩個值系統(tǒng)設(shè)計確定后均不變，所以輸出電流Io與成比例。將表征輸出電流的乘以一個與輸出線纜阻值相關(guān)的系數(shù)A，將得到的結(jié)果加入Vref中，形成新的輸出電壓的給定基準值Vref_comp。那么在新的抬高的基準電壓下，輸出板端電壓將會升高，升高的電壓正好和線纜上損耗的電壓相抵消，從而保證在不同的負載條件下相同的線端電壓的輸出。然而，上述做法的缺陷在于需要采樣tdis和T的大小，再進行一次除法運算，檢測精度不高，且系統(tǒng)運算較為復雜。同時，當電纜長度改變時，需要根據(jù)不同型號的芯片來選擇不同的線纜補償系數(shù)，限制了系統(tǒng)應(yīng)用的靈活性；或者需要在芯片上附加一個線纜補償引腳，通過改變該引腳對地電阻值的大小來改變線纜補償?shù)拇笮?改變系數(shù)A大小)，這又增加了開關(guān)電源芯片的封裝成本。技術(shù)實現(xiàn)要素：鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種原邊反饋反激式開關(guān)電源及其線纜補償方法，僅通過簡單計算就能夠得出輸出電流的大小，結(jié)合系統(tǒng)可選的電纜補償電阻，從而滿足不同的線纜補償?shù)男枨?，使得最終線端的輸出電壓值保持基本不變，并具有很好的負載調(diào)整率。為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種原邊反饋反激式開關(guān)電源，包括原邊部分和副邊部分，設(shè)置在原邊部分的控制器；所述控制器用于計算原邊電流采樣電阻上的理想電壓值，根據(jù)輸出線纜的阻值確定線纜補償系數(shù)的取值，將表征輸出電流大小的原邊電流采樣電阻上的理想電壓值的平方乘以與線纜補償系數(shù)，并將得到的結(jié)果加入開關(guān)電源的基準電壓中，形成新的輸出電壓的給定基準值。根據(jù)上述的原邊反饋反激式開關(guān)電源，其中：所述線纜補償系數(shù)與輸出線纜阻值之間存在一個比例關(guān)系；當輸出線纜阻值分別是0.1歐、0.2歐和0.3歐，相對應(yīng)的線纜補充系數(shù)的 取值分別為0.06、0.12和0.18。根據(jù)上述的原邊反饋反激式開關(guān)電源，其中：在所述控制器芯片的電流檢測引腳與原邊電流采樣電阻之間串接一個可調(diào)節(jié)線纜電阻，所述可調(diào)節(jié)線纜電阻的阻值遠大于原邊采樣電阻以至于能夠忽略原邊采樣電阻的影響；通過可調(diào)節(jié)線纜電阻在所述電流檢測引腳上產(chǎn)生的電壓值來確定輸出線纜的阻值，進而選取所對應(yīng)的不同的線纜補償系數(shù)。進一步地，根據(jù)上述的原邊反饋反激式開關(guān)電源，其中：所述原邊采樣電阻的取值為歐姆級，所述可調(diào)節(jié)線纜電阻的取值為千歐姆級。根據(jù)上述的原邊反饋反激式開關(guān)電源，其中：所述控制器采用PID控制器。根據(jù)上述的原邊反饋反激式開關(guān)電源，其中：所述控制器每隔100-1000個開關(guān)周期計算一次新的輸出電壓的給定基準值。同時，本發(fā)明還提供一種原邊反饋反激式開關(guān)電源的線纜補償方法，包括以下步驟：計算的原邊電流采樣電阻上的理想電壓值；根據(jù)輸出線纜的阻值確定線纜補償系數(shù)的取值；將表征輸出電流大小的原邊電流采樣電阻上的理想電壓值的平方乘以與線纜補償系數(shù)，并將得到的結(jié)果加入開關(guān)電源的基準電壓中，形成新的輸出電壓的給定基準值。根據(jù)上述的原邊反饋反激式開關(guān)電源的線纜補償方法，其中：所述線纜補償系數(shù)與輸出線纜阻值之間存在一個比例關(guān)系；當輸出線纜阻值分別是0.1歐、0.2歐和0.3歐，相對應(yīng)的線纜補充系數(shù)的取值分別為0.06、0.12和0.18。根據(jù)上述的原邊反饋反激式開關(guān)電源的線纜補償方法，其中：根據(jù)輸出線纜的阻值確定線纜補償系數(shù)的取值時，在所述控制器芯片的電流檢測引腳與原邊電流采樣電阻之間串接一個可調(diào)節(jié)線纜電阻，所述可調(diào)節(jié)線纜電阻的阻值遠大于原邊采樣電阻以至于能夠忽略原邊采樣電阻的影響；通過可調(diào)節(jié)線纜電阻在所述電流檢測引腳上產(chǎn)生的電壓值來確定輸出線纜的阻值，進而選取所對應(yīng)的不同的線纜補償系數(shù)。進一步地，根據(jù)上述的原邊反饋反激式開關(guān)電源的線纜補償方法，其中：所述原邊采樣電阻的取值為歐姆級，所述可調(diào)節(jié)線纜電阻的取值為千歐姆級。根據(jù)上述的原邊反饋反激式開關(guān)電源的線纜補償方法，其中：每隔100-1000個開關(guān)周期計算一次新的輸出電壓的給定基準值。如上所述，本發(fā)明的原邊反饋反激式開關(guān)電源及其線纜補償方法，具有以下有益效果：(1)無需檢測輸出電流，通過簡單計算就能夠得出等效的輸出電流；(2)通過降低線纜補償帶寬來防止可能出現(xiàn)的正反饋振蕩；(3)通過用戶可選的CS引腳外接線纜補償電阻的方法，在不增加芯片管腳的前提下，能夠靈活選擇需要的線纜補償大小。附圖說明圖1顯示為現(xiàn)有技術(shù)中的原邊反饋反激式開關(guān)電源的一實施例的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖2顯示為現(xiàn)有技術(shù)中的原邊反饋反激式開關(guān)電源的無線纜補償?shù)陌宥穗妷汉途€端電壓的示意圖；圖3顯示為現(xiàn)有技術(shù)中的原邊反饋反激式開關(guān)電源的有線纜補償?shù)陌宥穗妷汉途€端電壓的示意圖；圖4顯示為現(xiàn)有技術(shù)中的原邊反饋反激式開關(guān)電源的線纜補償原理的示意圖；圖5顯示為本發(fā)明中的原邊反饋反激式開關(guān)電源的線纜補償原理的示意圖；圖6顯示為本發(fā)明中的原邊反饋反激式開關(guān)電源的線纜補償電路的一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7顯示為本發(fā)明中的原邊反饋反激式開關(guān)電源的線纜補償方法的流程圖。具體實施方式以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復雜。以圖1所示的原邊反饋反激式開關(guān)電源為例，由于整個拓撲采用的是基于原邊反饋DCM(DiscontinuousConductionMode，不連續(xù)導電模式)的控制技術(shù)，通過能量守恒原理，得到：Po=VoIo=12LpIp2fη]]>其中，Po為開關(guān)電源的輸出功率，Vo為開關(guān)電源的輸出電壓，Io為開關(guān)電源的輸出電流，Lp為開關(guān)電源的原邊電感量，Ip為開關(guān)電源的原邊電流峰值，f為開關(guān)頻率，η為電 源轉(zhuǎn)換效率。由于Ip=VcsRcs,]]>以及Vcs＝Vpkref，可得Io=Lpfη2Rcs2Vo·Vpkref2]]>其中，Rcs為原邊電流采樣電阻，Vpkref為原邊電流的峰值電壓給定值，Vcs為原邊電流的峰值電壓采樣值，控制使得Vcs＝Vpkref，從而穩(wěn)定開關(guān)電源的輸出電壓。對于原邊反饋反激式開關(guān)電源，在充電恒壓段，原邊電感、開關(guān)頻率、電源轉(zhuǎn)換效率、采樣電阻、輸出電壓等量都是近似不變的，因此，輸出電流與Vpkref的平方成正比。而Vpkref的取值為由開關(guān)電源的控制器計算的原邊電流采樣電阻上的理想電壓值Vpkref_idea，其無需進行檢測，從而避免了檢測的誤差，同時將現(xiàn)有技術(shù)中的復雜的除法運算變?yōu)榱撕唵蔚钠椒竭\算，有效地節(jié)省了系統(tǒng)開銷。需要說明的是，上述僅為理解方便參考圖1的電路結(jié)構(gòu)進行描述，但并非以此為限制。任意原邊反饋反激式開關(guān)電源的電路均滿足上述公式，均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。鑒于上述理論分析，參照圖5和圖6本發(fā)明的原邊反饋反激式開關(guān)電源包括原邊部分、副邊部分和設(shè)置在原邊部分的控制器。該控制器用于計算原邊電流采樣電阻上的理想電壓值Vpkref_idea，根據(jù)輸出線纜的阻值確定線纜補償系數(shù)B的取值，將表征輸出電流大小的乘以與線纜補償系數(shù)B，并將得到的結(jié)果加入開關(guān)電源的基準電壓Vref中，形成新的輸出電壓的給定基準值Vref_comp。其中，線纜補償系數(shù)B根據(jù)不同的輸出線纜阻值而選擇不同的取值。具體地，線纜補償系數(shù)B的取值涉及到整個開關(guān)電源系統(tǒng)一級一級的定標關(guān)系。簡單而言，線纜補償系數(shù)B與輸出線纜阻值之間存在一個比例關(guān)系。通常設(shè)計時所采用的補償線纜的長度包括有：0.6m、1.2m和1.8m，對應(yīng)的輸出線纜阻值分別是0.1歐、0.2歐和0.3歐，相對應(yīng)的線纜補償系數(shù)B的取值分別為0.06、0.12和0.18。也就是說，線纜補償系數(shù)B的取值與補償線纜的長度，也就是補償線纜的阻值為一一對應(yīng)關(guān)系。在實際使用中，根據(jù)補償線纜的長度/阻值來選取對應(yīng)的線纜補償系數(shù)B的取值。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，針對不同長度的線纜補償?shù)男枨?，本發(fā)明的原邊反饋反激式開關(guān)電源通過在控制器芯片的CS引腳(CurrentSense，電流檢測引腳)與原邊電流采樣 電阻Rcs之間串接一個電阻Rcrc。Rcrc的阻值要比Rcs的阻值大很多，從而可以忽略Rcs的影響。通常地，Rcs取值為歐姆級，所以Rcrc可以取千歐姆級。當控制器的電源引腳Vcc上電后，原邊部分的開關(guān)管打開前，控制器先用一個恒流源給CS引腳上輸入恒定電流，不同的Rcrc電阻值在CS引腳上得到不同的電壓值，控制器檢測到CS引腳上的電壓大小后，便可得到Rcrc的阻值。因此，控制器可直接地根據(jù)不同的CS引腳上的電壓值決定選取所對應(yīng)的不同的線纜補償系數(shù)B。其中，線纜補償系數(shù)B與電阻Rcrc的取值關(guān)系如表1所示。表1、線纜補償系數(shù)與電阻Rcrc的取值B0.180.120.060Rcrc7k(>4.3k)3k(2.2k-4.3k)1k(0.6k-2.2k)0.2k(0k-0.6k)其中，針對每一欄的Rcrc值，括號里的取值范圍表示Rcrc的可選范圍，括號外的取值表示Rcrc的優(yōu)選值。另外，在有些應(yīng)用中，為了節(jié)省元器件而不接入Rcrc，在可以接受的情況下，要么不進行線纜補償，要么就直接將補償值在芯片內(nèi)部做死。具體地，當輸出線纜的阻值確定之后，輸出板端電壓在線纜上的電壓降可以通過輸出電流Io乘以輸出線纜電阻得到。這個電壓降就是需要系統(tǒng)補償?shù)木€纜上所消耗的電壓值。而開關(guān)電源的基準電壓Vref是與輸出板端電壓成正比的給定量，所以將表征輸出電流大小的乘以一個與輸出線纜阻值相關(guān)的線纜補償系數(shù)B，再將得到的結(jié)果加入Vref中，即可形成新的輸出電壓的給定基準值Vref_comp。在新的抬高的基準電壓下，輸出板端電壓將會升高，升高的電壓正好與線纜上損耗的電壓相抵消，從而保證在不同的負載條件下都能夠獲得相同的線端電壓的輸出。同時，由于線纜補償是一個正反饋的系統(tǒng)，當輸出電流變大時，通過輸出電壓的給定基準值的變大來抵消線損，在瞬間看來會使得輸出電流變的更大，從而造成正反饋振蕩。因此，在本發(fā)明的原邊反饋反激式開關(guān)電源中，為了避免正反饋振蕩，需要將線纜補償?shù)膸捵龅暮艿停话闳【€纜補償帶寬為系統(tǒng)控制帶寬的1/10-1/100。這是因為線纜補償帶寬太高了容易發(fā)生正反饋，太低了又可能影響線纜補償?shù)膶崟r性。具體地，對輸出電流進行低頻采樣，如當系統(tǒng)控制帶寬為開關(guān)頻率的1/10時，取100-1000個開關(guān)周期檢測一次，輸出電壓的給定基準值每100-1000個開關(guān)周期才變化一次，從而避免輸出電壓發(fā)生振蕩。優(yōu)選地，控制器可以采用PID控制器，通過預設(shè)的PID(proportion、integration、differentiation，比例積分微分)算法來計算原邊電流采樣電阻上的理想電壓值Vpkref_idea。本發(fā)明還可以提供一種原邊反饋反激式開關(guān)電源的線纜補償方法，應(yīng)用于上述原邊反饋反激式開關(guān)電源，以滿足不同的線纜補償?shù)男枨?，使得開關(guān)電源的線端的輸出電壓值保持基本不變。如圖7所示，本發(fā)明的原邊反饋反激式開關(guān)電源的線纜補償方法包括以下步驟：步驟S1、計算的原邊電流采樣電阻上的理想電壓值Vpkref_idea。其中，Vpkref為原邊電流的峰值電壓給定值，Vpkref_idea為由開關(guān)電源的控制器計算的原邊電流采樣電阻上的理想電壓值，并設(shè)定Vpkref_idea＝Vpkref。優(yōu)選地，所采用的PID控制器可通過預設(shè)的PID算法來計算原邊電流采樣電阻上的理想電壓值Vpkref_idea。步驟S2、確定輸出線纜的阻值，根據(jù)輸出線纜的阻值確定線纜補償系數(shù)B的取值。具體地，線纜補償系數(shù)B的取值涉及到整個開關(guān)電源系統(tǒng)一級一級的定標關(guān)系。簡單而言，線纜補償系數(shù)B與輸出線纜阻值之間存在一個比例關(guān)系。通常設(shè)計時所采用的補償線纜的長度包括有：0.6m、1.2m和1.8m，對應(yīng)的輸出線纜阻值分別是0.1歐、0.2歐和0.3歐，相對應(yīng)的線纜補償系數(shù)B的取值分別為0.06、0.12和0.18。也就是說，線纜補償系數(shù)B的取值與補償線纜的長度，也就是補償線纜的阻值為一一對應(yīng)關(guān)系。在實際使用中，根據(jù)補償線纜的長度/阻值來選取對應(yīng)的線纜補償系數(shù)B的取值。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，針對不同長度的線纜補償?shù)男枨?，本發(fā)明的原邊反饋反激式開關(guān)電源通過在控制器芯片的CS引腳(CurrentSense，電流檢測引腳)與原邊電流采樣電阻Rcs之間串接一個電阻Rcrc。Rcrc的阻值要比Rcs的阻值大很多，從而可以忽略Rcs的影響。通常地，Rcs取值為歐姆級，所以Rcrc可以取千歐姆級。當控制器的電源引腳Vcc上電后，原邊部分的開關(guān)管打開前，控制器先用一個恒流源給CS引腳上輸入恒定電流，不同的Rcrc電阻值在CS引腳上得到不同的電壓值，控制器檢測到CS引腳上的電壓大小后，便可得到Rcrc的阻值。因此，控制器可直接地根據(jù)不同的CS引腳上的電壓值決定選取所對應(yīng)的不同的線纜補償系數(shù)B。其中，線纜補償系數(shù)B與電阻Rcrc的取值存在一一對應(yīng)的關(guān)系。步驟S3、將表征輸出電流大小的乘以與線纜補償系數(shù)B，并將得到的結(jié)果加入開關(guān)電源的基準電壓Vref中，形成新的輸出電壓的給定基準值Vref_comp。具體地，在本發(fā)明的原邊反饋反激式開關(guān)電源的線纜補償方法中，當輸出線纜的阻值確定之后，輸出板端電壓在線纜上的電壓降可以通過輸出電流Io乘以輸出線纜電阻得到。這個電壓降就是需要系統(tǒng)補償?shù)木€纜上所消耗的電壓值。而開關(guān)電源的基準電壓Vref是與輸出板 端電壓成正比的給定量，所以將表征輸出電流大小的乘以與輸出線纜阻值相關(guān)的系數(shù)B，再將得到的結(jié)果加入Vref中，即可形成新的輸出電壓的給定基準值Vref_comp。在新的抬高的基準電壓下，輸出板端電壓將會升高，升高的電壓正好與線纜上損耗的電壓相抵消，從而保證在不同的負載條件下都能夠獲得相同的線端電壓的輸出。綜上所述，本發(fā)明的原邊反饋反激式開關(guān)電源及其線纜補償方法無需檢測輸出電流，通過簡單計算就能夠得出等效的輸出電流；通過降低線纜補償帶寬來防止可能出現(xiàn)的正反饋振蕩；通過用戶可選的CS引腳外接線纜補償電阻的方法，在不增加芯片管腳的前提下，能夠靈活選擇需要的線纜補償大小。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。當前第1頁1 2 3