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一种采用线补偿技术的原边反馈AC/DC控制器

2017-1-4 18:28| 发布者: 佚名| 查看: 262| 评论: 0

摘要: 摘要:基于1 μm 40V BCD工艺,使用Cadence软件对原边反馈AC/DC控制器进行仿真和分析。线补偿技术可以使原边反馈AC/DC电路获得很好的负载调整率,抵消电感上所消耗的电压和整流二极管上的压降,使输出达到的最佳值 ...

摘要:基于1 μm 40V BCD工艺,使用Cadence软件对原边反馈AC/DC控制器进行仿真和分析。线补偿技术可以使原边反馈AC/DC电路获得很好的负载调整率,抵消电感上所消耗的电压和整流二极管上的压降,使输出达到的最佳值。在输入加220 V交流电压时,输出结果最大值为5.09 V,最小值为5 V,最大负栽调整率为9.609%。

任何电子产品都离不开电源,电源设计的好坏直接决定电子产品的性能和寿命,AC/DC在电源设计领域应用广泛。AG/DC电路结构主要有隔离式AC/DC结构和原边反馈AC/DC结构。隔离式AC/DC结构中,由于加入了光电耦合元件使整体电路变得复杂,并且电路对光电耦合器件要求高进而增加了电路设计成本。在此基础上发展的原边反馈AC/DC电路省去光电耦合器件,简化电路结构进一步降低电路成本,由于去掉了光电耦合器件,会大大降低输出电压的精度,故需要在电路中加入线补偿技术。文中以输入交流电压为220 V,输出电压为5 V的原边反馈AC/DC芯片为基础,给出一种能够提高输出精度的线补偿技术。

文中第1部分首先介绍了原边反馈AC/DC转换器的结构。第2部分析了造成AC/DC电路输出不精确的原因,给出了采用线补偿技术提高输出精确度的原理和实现方法。在论文的最后给出了仿真结果和结论。

1 原边反馈AC/DC控制器介绍

原边反馈AC/DC控制器去掉了光电耦合器件,其电路如图1所示,首先输入的交流电压经过电桥整流后给电容C1充电,提供芯片所需的正常工作电压,当电容C1和电阻R1选取不合理时,电容上的电压将不能保证芯片正常工作,电路不能正常上电,这里一般电阻R1会设计在十兆欧以上。当芯片正常工作后,BASE产生控制信号,在功率管导通时初级线圈Np通过感应把能量传给次级线圈Ns,使Ns储存能量,这时负载由电容Co提供能量,峰值电流Ipeak由公式(1)给出

Lp为Np的电感量。如图2所示Ton为开关导通时间,CS检测初级线圈峰值电流,当达到峰值电流值时,功率管断开,初级线圈Np中电流为零,次级线圈Ns反向释放能量,整流二极管导通,给负载提供能量,同时对电容Co充电。这时辅助线圈Naux通过感应检测输出电压,与内部基准比较,控制下一次BASE经过多长时间提供使功率管导通的信号。辅助线圈反馈回来的电压也会给C1电容充电,保证芯片正常工作。其中Vaux可由公式(2)导出

其中Naux/Ns为变压器辅助线圈与次级线圈的线圈匝数比;Vo为输出电压;△V为次级端整流二极管的正向导通压降。

采样VAUX点的选择如图2所示,选择在PWM关断,线圈去磁结束后,在这样采样时间点,输出电压与辅助绕组具有很好的线性关系。在采样点时刻有公式(2)可以近似表示为公式(3):

在理想情况下,只要采样此点的辅助线圈的电压,并与精确的参考电压比较形成反馈控制Base信号,就可以得到稳定输出电压Vo。

2 线补偿电路

理想情况下,VFB的大小由公式(4)所示

实际上由于辅助线圈不是完全理想的,存在内阻,辅助线圈的等效电路如图3所示,这使VFB与公式(4)不相符。则有实际VFB的大小由公式(5)表示

其中Ro为辅助线圈的内阻。由于这个内阻的存在,使得VFB'VFB,造成采样不准确,进而导致输出偏离所要求的值。所以需要内部芯片提供一个补偿电路,使VFE'更接近VFB,使输出电压在没有其他外部器件的情况下更准确。

如图4所示文中设计的线补偿电路由芯片内部数字时钟分频电路,开关控制电路和精密电流源构成。

其中Icomp_cable通过采样点时刻控制开关对FB端进行补偿,其补偿率V/Vout的表达式如图公式(6)给出,其中Icomp_cable为芯片内部补偿的电流。

数字时钟分频电路如图5所示,OSC为内部振荡器信号,当功率关断时,分频器开始计数,分频器为12分频,最大周期为4 096倍Tosc。功率管关断的时间越长,分频器分出的频率越多;当功率管导通时,分频器输出数据存到寄存器中,经过译码后,控制电流源。由于关断的时间越长,负载放电时间也随之越长,电压降就越大,这就需要一个大的补偿电流,所以上一次关断的时间越长,对本次的补偿电流就越大。

恒流源控制电路如图6所示,其中或非门控制PMOS管,三输入或门控制NMOS管,它们通过控制MOS管开关,来控制恒流源电路。可以看出分频输出越高,控制恒流源的开关开的就越多。

恒流源电路如图7所示,其中图中表示的是部分恒流源电路,图6控制电路的输出控制图7中的控制管,CS电流信号控制给FB反馈端的补偿。

Ibias电流源由图8的带隙基准电路产生,其中Vref的大小由公式(7)给出,而Ibias大小由公式(8)推出:

3 仿真结果

线补偿电路仿真如图9所示,其中补偿电流随开关控制时间的增加而上升。当开关时间最长时,其最大补偿电流为40.89μA。最大补偿率由公式(6)可得9.609%。图10为加线补偿电路时仿真结果,稳压后输出的范围为5~5.09 V,电路的输出纹波变小。

4 结论

线补偿技术可以在不增加外部元器件的基础上提原边反馈AC/DC输出电压精度。文中给出的线补偿电路的最大补偿率是9.609%。由原边反馈AC/DC整体电路的仿真结果可以降低输出纹波,大幅提高电路的输出电压精度。




来源链接: http://www.eepw.com.cn/article/201610/306830.htm

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