[发明专利]一种用于开关电源反馈电压检测和采样保持的电路及方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路。更具体的说，本发明涉及一种开关电源芯片的控制电路。

背景技术

开关电源已广泛用于各种电子设备中。为了安全，开关电源采用变压器隔离，也就是在初级和次级之间提供隔离。为了系统输出稳定，系统要工作在负反馈闭环状态下。经典的做法是用光电耦合器件和TL431等来实现隔离反馈。但这样系统成本会增加很多。为了减少成本，现在已有利用变压器的辅助绕组来实现电源输出的反馈，当然，这种方式也是隔离的，安全的。但是很多技术都不能精确测量变压器的反馈电压，例如Randolph D.W.Shelly的美国专利(US4302803)“Rectifier-converter power supply with multi-channel flybackinverter”。因此，近来开发出许多初级侧控制技术来用于对变压器电压的精确测量，例如Yang等人的美国专利(US6853563B1)“Primary-side controlled flyback power converter”；Yang等人的美国专利(US7016204B2)“Close-loop PWM controller for primary-sidecontrolled power converters”；杨大勇的中国专利(CN100508346C)“电源转换器的取样电路以及检测电路”。然而，这些现有技术的精确度都不高，所采样的反馈电压误差大，不能精确控制系统的输出电压。并且对变压器参数的一致性要求高，增加了产品成本。因此，非常需要新的技术来提高此类电源的性能。

发明内容

本发明的目的是为开关电源控制芯片提供对反馈电压的精确检测和采样保持电路及方法，能自适应变压器的去磁曲线，以获得准确的电压反馈值。

本发明的技术方案如下：

一种用于开关电源反馈电压检测和采样保持的电路，其特征在于，实现由PWM开状态、等待状态、学习状态、检测状态以及去磁结束状态构成的有限状态机，控制有限状态机的状态转换和输出，所述电路具体包括：

时钟控制电路，其产生三路时钟信号，其中第一路时钟信号和第二路时钟信号用于对开关电源反馈电压的采样，第一路时钟信号和第二路时钟信号同时受控于去磁结束信号，当去磁结束时禁止第一路时钟信号和第二路时钟信号；第三路时钟信号用于有限状态机的控制；以及

采样保持电路，其对反馈电压首先用电压跟随器缓冲隔离，然后分两路采样，两路采样值经过取较大值电路，选择较大值输出；以及

等待状态控制电路，开关电源反馈电压的检测和采样保持电路复位后进入等待状态，利用第三路时钟计时，这期间控制采样并等待波形稳定，并产生学习状态时钟；以及

学习状态控制电路，等待状态结束后进入学习状态，利用学习状态时钟计时，这期间用于控制学习状态的时序，结合增量控制电路和系统控制电路来实现对变压器去磁曲线的学习功能；以及

增量控制电路，其在学习状态，结合学习状态控制电路、系统控制电路等一起用于控制两次相邻采样的增量电路，当采样保持输出的值大于实时电压和增量之和时，增加增量，否则保持不变；以及

系统控制电路，其在等待状态、学习状态、检测状态及去磁结束状态，协同其他电路一起控制有限状态机的状态转换和输出；以及

延时电路，用于对输入数字信号的上升沿和下降沿进行处理，实现需要的延时。

本发明还提供了一种用于开关电源反馈电压的检测和采样保持的方法，把一个完整的开关电源开关周期划分为五个状态，依次为PWM开状态、等待状态、学习状态、检测状态以及去磁结束状态。这五个状态构成有限状态机，通过控制有限状态机的状态转换和输出，实现对反馈电压的检测和采样保持。此有限状态机的运行如下：首先，PWM周期开始，系统进入PWM开状态；当PWM关闭后，即开关电源功率管关闭后，进入等待状态，等待波形稳定，开始两路分时采样反馈电压，并以较大值输出；然后，进入学习状态，学习去磁曲线的斜率，当第一参考信号大于第二参考信号时，增量增加一个步长，否则增量保持不变，在学习状态里每一个学习时钟信号周期都判断一次，直到学习状态结束，并最终自适应学习出相邻次采样的增量；接着，进入检测状态，当检测出第一参考信号大于第二参考信号时，检测状态结束；最后，进入去磁结束状态，停止采样，保持反馈电压一直到开关电源下一个开关信号脉冲结束为止；当PWM周期结束后，去磁结束状态结束，系统自动进入PWM开状态；依次循环。

本发明所述的检测和采样保持，其信号是来自变压器辅助线圈输出的信号并经过电阻分压。所述的变压器辅助线圈输出的信号和开关电源输出电压相关。