开关电源及其输出电压补偿电路

技术领域

本申请涉及一种开关电源及其输出电压补偿电路，属于开关电源技术领域。

背景技术

近几年来锂电池组的应用越来越广，成为移动、手持等轻便设备的供电电源，副边反馈型反激式开关电源被大量使用在充电领域，通过电源芯片、基准芯片以及特定的外围电路，在变压器的副边得到电源电压输出，同时对输出电压及电流进行采样，通过光耦将变化的电信号传回给变压器原边的开关电源芯片，电源芯片将接收到的电信号进行处理，从而改变电源的PWM开关信号，并最终得到稳定的电压输出。

然而由于负载线缆的存在，尤其当负载线缆较长、线缆阻抗不容忽视时，会导致不同负载情况下的实际充电电压大小不同的情况。在轻载的情况下，由于输出电流小，所以经过负载线缆后由于线缆阻抗而产生的线缆阻抗损耗较小；而在重载的情况下，由于输出电流较大，所以经过负载线缆后产生的损耗较大，也就导致实际的充电电压并不能实现真正的稳定。为了维持输出电压的精确控制，需要对不同负载下的输出电压做补偿，使得在不同负载下，实际的充电电压都能保持稳定。

最常见的补偿方式就是在采样反馈脚抽取一股与输出电流相关的线缆补偿电流。通过在采样反馈脚上生成额外的补偿电压来影响输出电压的值，叠加补偿电压。这种方法存在一定的弊端，就是在电路设计完成后，补偿参数已均为定值，但负载线缆阻值在不同应用场合存在差异，因此补偿电压不能适应不同的应用场合，适用环境受限。

发明内容

本申请提供了一种开关电源及其输出电压补偿电路，可以解决现有技术中开关电源的电压输出端与负载之间连接的线缆在不同场合由于输出阻抗的不同，开关电源输出电压在不同负载与不同阻抗下不稳定的问题。

本申请提供如下技术方案：

第一方面，提供了一种开关电源的输出电压补偿电路，所述输出电压补偿电路连接在开关电源的CS信号检测端与开关电源的输出电压反馈端之间，所述输出电压补偿电路包括：

分压模块，包括多个串联的分压支路，用于对开关电源的输出电压进行分压；

输出电压调节模块，用于在所述分压模块的第一设定分压支路上的电压大于预设参考电压时，控制增大输出电压反馈端的电流信号，反馈至开关电源控制芯片主动调节降低输出电压；

线性补偿模块，用于根据CS信号，产生施加在所述分压模块的第二设定分压支路上的下拉电流，以在开关电源的输出电压反馈端产生随CS信号的变化而线性变化的输出线补电压。

进一步地，根据本申请实施例第一方面所述的输出电压补偿电路，所述分压电路包括电阻R2、电阻Rx和电阻R3，所述电阻R2的一端连接开关电源的电压输出端，所述电阻R2的另一端通过依次串联的电阻Rx和电阻R3接地。

进一步地，根据本申请实施例第一方面所述的输出电压补偿电路，所述输出电压调节模块包括第二运算放大器和第二调整管，所述第二运算放大器的同相输入端连接电阻R3与电阻Rx的串联分压点，所述第二运算放大器的反相输入端接入预设参考电压，所述第二运算放大器的输出端连接第二调整管的控制端，所述第二调整管的高电位端连接输出电压反馈端，所述第二调整管的低电位端接地。

进一步地，根据本申请实施例第一方面所述的输出电压补偿电路，所述线性补偿模块包括第一运算放大器、第一调整管和电阻R4，所述第一运算放大器的同相输入端接入CS电压信号，所述第一运算放大器的反相输入端连接电阻R4的第一端，所述第一运算放大器的输出端连接第一调整管的控制端，所述第一调整管的高电位端连接电阻R2与电阻Rx的串联分压点，所述第一调整管的低电位端连电阻R4的第一端。

进一步地，根据本申请实施例第一方面所述的输出电压补偿电路，所述线性补偿电路还连接有外接电阻R5，所述电阻R5的一端与电阻R4的第二端连接，所述电阻R5的另一端接地，所述电阻R5的阻值根据不同负载线缆电阻进行选择。

进一步地，根据本申请实施例第一方面所述的输出电压补偿电路，所述线性补偿电路还包括N倍放大器，所述CS电压信号经所述N倍放大器后接入所述第一运算放大器的同相输入端端。

进一步地，根据本申请实施例第一方面所述的输出电压补偿电路，所述第一调整管或第二调整管为MOS管，所述MOS管的栅极、漏极和源极分别为所述开关管的控制端、高电位端和低电位端。

进一步地，根据本申请实施例第一方面所述的输出电压补偿电路，所述第一调整管或第二调整管为三极管，所述三极管的基极、集电极和发射极分别为所述第一调整管或第二调整管的控制端、高电位端和低电位端。

进一步地，根据本申请实施例第一方面所述的输出电压补偿电路，所述电阻Rx为可调电阻，所述可调电阻的调节步进与负载锂电池组的节数成等比例对应关系，用于在负载锂电池组的节数改变时，通过调节电阻Rx的大小实现对应电压输出。

第二方面，提供一种开关电源，在所述输出电压补偿电路连接在开关电源的CS信号输出端与开关电源的输出电压反馈端之间设置有输出电压补偿电路，其特征在于，所述输出电压补偿电路为第一方面任一项所述的输出电压补偿电路。

本申请的有益效果在于：本申请实施例通过对CS信号的监测，控制输出电压的补偿值随CS信号的变化而线性变化，从而在不同的负载和线缆电阻下，均能得到稳定的输出电压，从而使锂电池组稳定充电。

另外，本申请实施例设置有外接电阻R5，外接电阻R5的阻值根据不同的线缆电阻进行调整，方便应用于不同线缆电阻的场合，适用范围更广。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本申请的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本申请一个实施例提供的反激式开关电源用于锂电池组充电的电路结构框图；

图2是本申请一个实施例提供的输出电压补偿电路的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本申请的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。

开关电源，即开关稳压电源，是相对于线性稳压电源的一种新型稳压电源电路，它通过对输出电压实时监测并动态控制开关电源线路中的开关管的导通与断开的时间比值来稳定输出电压。

反激式开关电源是指使用反激高频变压器隔离输入输出回路的开关电源，是一个buck-boost电路。高频变压器的原边为输入，副边为输出，电源开关管连接在高频变压器的原边。

图1是本申请一个实施例提供的反激式开关电源用于锂电池组充电的电路结构框图，如图1所示，锂电池组的充电端口连接至反激式开关电源的输出端，通过反激式开关电源为锂电池组充电，在反激式开关电源的工作过程中，通过对反激式开关电源输出端的电压及电流进行采样，通过输出电压反馈端口FBO将开关电源输出端变化的电信号传回给变压器原边的开关电源芯片，开关电源芯片对接收到的电信号进行处理，并通过调节开关电源的PWM开关信号，最终得到稳定的输出电压。

因为锂电池组与反激式开关电源的输出端之间通过线缆连接，因此存在线缆电阻RLine，在对锂电池组充电的过程中，线缆上会产生压降，因此，当反激式开关电源的输出电压V

如图1所示，本申请实施例设置了输出电压补偿电路1，本实施例的输出电压补偿电路1连接在负载锂电池组的电压输出端与开关电源的电压输出端之间。输出电压补偿电路1通过检测充电电流(CS信号)，并根据充电电流的变化，控制输出线补电压的线性变化，确保锂电池组的充电电压维持在一个恒定的范围内。

可选地，本实施例的电压补偿电路1包括线性补偿电路、分压电路和输出电压调节电路。

具体地，分压电路多个串联的分压支路，用于对开关电源的输出电压V

输出电压调节电路用于开关电源的输出电压V

线性补偿电路用于根据锂电池组的充电电流，在输出电压反馈端FBO产生随充电电流的变化而线性变化的输出线补电压。

图2给出了本申请实施例的输出线补电路的电路原理图，为了便于说明，图2中仅示出了与本实施例相关的部分，如图2所示：

可选地，所述分压电路包括依次串联连接的电阻R2、电阻Rx和电阻R3。

所述电阻R2的一端连接反激式开关电源的输出端，所述电阻R2的另一端通过依次串联连接的电阻Rx和电阻R3接地。其中，R3为第一设定分压支路，R2为第二设定分压支路

作为优选地实施例，Rx为可调电阻，且电阻Rx的调节步进与负载锂电池组的节数成等比例对应关系，以通过调整Rx的阻值，使不同节数负载锂电池组的输出补偿效果一致，当负载锂电池组的节数确定后，Rx的阻值也相应确定。

可选地，所述输出电压调节电路包括第二运算放大器AMP2和第二调整管Q2。

第二运算放大器AMP2的同相输入端连接电阻R

本实施例第二调整管Q2采用的是增强型NMOS管，所述第二调整管Q2的源极接地，Q2的漏极接光耦，Q2的栅极接第二运算放大器AMP2的输出端，当第二运算放大器AMP2输出高电平时，第二调整管Q2导通。

第二调整管Q2也可以是三极管，所述三极管的基极、集电极和发射极分别对应为所第二调整管的控制端、高电位端和低电位端。实际工作中可以根据需要选择MOS管或者三极管，本实施例在此不做限定。

在反激式开关电源的工作过程中，当输出电压V

可选地，所述线性补偿电路包括第一运算放大器AMP1、第一调整管Q1和电阻R4。

所述第一调整管Q1的高电位端连接至电阻R2和电阻RX的串联分压点，所述第一调整管Q1的低电位端连接电阻R4的第一端，所述第一调整管Q1的控制端连接至所述第一运算放大器AMP1的输出端，且所述第一运算放大器AMP1的同相输入端连接开关电源的CS电压信号，所述第一运算放大器AMP1的反相输入端连接电阻R4与第一调整管Q1的低电位端的串联点。

本实施例的第一调整管Q1可以是增强型NMOS管。第一调整管Q1的源极连接电阻R4的第一端，Q1的漏极连接电阻R2与RX的串联点，Q1的栅极连接第一运算放大器AMP1的输出端。

第一调整管Q1也可以是三极管，所述三极管的基极、集电极和发射极分别对应为所第一调整管的控制端、高电位端和低电位端。实际工作中可以根据需要选择NMOS管或者三极管，本实施例在此不做限定。

作为进一步的优化，本申请实施例的线性补偿电路还设置了N倍放大器。所述N倍放大器用于将接收到的CS电压V

进一步可选地是，为实现不同应用场合下的输出线补电压的调节，本实施例还设置了外接电阻R5，所述外接电阻R5的一端与电阻R4的第二端连接，所述外接电阻R5的另一端接地。

电阻R5的大小可以根据不同长度的线缆所产生的线电阻值R

首先估算不同应用场合下负载锂电池组到开关电源输出端的线电阻值R

本实施例根据不同线缆电阻RLine适用的不同阻值的电阻R5，创建一个阻值选取表格，这样，在实际应用中，可以根据不同的应用场合，根据检测到的线电阻从所述阻值选取表格中选择不同阻值的电阻R5，以适应不同线缆电阻RLine下的线补电压的调节。

当反激式开关电源输出端连接到负载锂电池组的线缆产生一定阻抗时，通过对线缆电阻RLine的检测，根据检测到的线缆电阻RLine的大小，从上述阻值选取表格中，选择对应阻值的外接电阻R5，从而确定反激式开关电源的最大线补电压。通过确定最大线补电压，可以了解开关电源的应用范围。

线补电路的第一运算放大器AMP1检测到N倍CS电压N×V

线补电路产生的下拉电流通过第一调整管Q1来调节，具体为：

当第一调整管Q1产生下拉电流时，流经分压电路的电流被电阻R4和电阻R5所在的支路分流，因此开关电源的输出电压V

其中，放大倍数N可根据具体情况设定，用于电路后续处理，设计更便捷，例如可以为放大20倍。

上述线补电压ΔV会作为补偿值加入开关电源的输出电压V

最大输出线补电压可以随R5阻值的变化任意调节，当补偿引脚COMP脚悬空时，线补电路不工作，开关电源无输出线补功能。

同时，可根据需要，选择合适的电阻R4的阻值，用于决定最大输出线补电压，R4越小，输出线补电压越大，且电阻R4的阻值要与电阻R2的阻值相匹配，以确保充电电压的精度。

综上所述，本申请实施例通过对锂电池组充电电流(即CS信号)的监测，来控制线补电压值随充电电流的变化而线性变化，从而使锂电池组稳定充电。并且通过调节外接电阻R5的阻值，可调节出小于最大输出线补电压的任意输出线补电压，方便应用于不同线缆电阻的场合，适用范围更广。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。