补偿电路和电流补偿不对称半桥输入电压检测电路的制作方法

本发明涉及电力电子，尤其涉及一种补偿电路和电流补偿不对称半桥输入电压检测电路。

背景技术：

1、随着电子产品的迭代升级，电子产品对续航提出了很高的要求，由于电池容量的限制，快速的充电速度就成了目前最好的解决方案之一，为了减少充电时间，提升充电速率，快充通过握手协议从而实现输出电压的改变，实现对于不同负载的供电，输出电压从5v,9v,15v,20v不等。2021年usb-if协会发布了最新的usb pd3.1快充标准，充电功率从原有的100w提升至240w，并支持最大48v的电压输出，满足了当代人快节奏的生活需求。

2、不对称半桥(asymmetrical half-bridge，ahb)电路，由于其可以实现原边功率管零电压开通(zvs)、次级功率管零电流关断(zcs)，从而实现电源的高效转换。同时得益于软开关，电源能够工作在更高的开关频率，因此功率密度也得到了极大的提升，因此ahb电路因其能够实现高效转换和高功率密度而被广泛应用。然而，当前技术在输入电压检测方面存在一些缺陷，尤其是利用变压器辅助绕组na检测输入电压时。

3、不对称半桥控制电路中对输入电压进行检测，以用于输入的欠压保护，通常利用变压器辅助绕组na检测输入电压来实现。然而由于谐振电容cr参与谐振过程，其电压会随电路工作状态而变化，因此由于不对称半桥电路中谐振电容cr上谐振电容电压的影响,导致辅助绕组na检测输入电压不准确，特别的当输出电压较大时，谐振电容两端的电压也跟随着增大，严重时会导致电源系统无法启动。

4、此外，通常电源传输(power delivery,pd)电源在待机时，输出电压保持在低电压，为了进一步的降低待机功耗，补偿电路也需要根据输出电压的高低进行同步的开启关闭才能实现低功耗的需求。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种电流补偿电路和电流补偿不对称半桥输入电压检测电路，当输出电压较大时，启动电流补偿，通过补偿电路提供对检测电流的补偿，使检测电流基本维持不变，能够极大程度减小谐振电容对于输入电压检测的影响，确保了电源系统的稳定工作，同时满足低功耗的需求。

2、为实现上述目的，一方面，本发明提供了一种电流补偿不对称半桥输入电压检测电路，所述电流补偿不对称半桥输入电压检测电路包括：检测电路、补偿开关信号生成电路和电流补偿电路；

3、所述检测电路包括具有主绕组、辅助绕组和次边绕组的变压器，其中，辅助绕组侧电路用于不对称半桥控制电路的输入电压的检测；

4、所述补偿开关信号生成电路根据不对称半桥控制电路的输出电压是否高于启动补偿的阈值电压，确定输出控制开启电流补偿的第一补偿开关信号或者输出关闭电流补偿的第二补偿开关信号；

5、所述电流补偿电路根据接收到的第一补偿开关信号对所述检测电路进行电流补偿，或者，所述电流补偿电路根据接收到的第二补偿开关信号不对所述检测电路进行电流补偿。

6、优选的，所述主绕组的同名端与所述辅助绕组的同名端相反，并且与所述次边绕组的同名端相反。

7、优选的，所述检测电路中，主绕组侧电路包括：第一开关管、第二开关管和谐振电容；所述第一开关管和第二开关管串联在电压输入端和地之间；谐振电容的两端分别接在主绕组的同名端和第一开关管与第二开关管之间的参考节点上；

8、辅助绕组侧电路包括第一电阻、第二电阻和二极管，所述第一电阻的一端接辅助绕组的同名端，另一端在分压节点上与第二电阻的一端相连，所述第二电阻的另一端接地；所述二极管的正极接地，负极接所述分压节点。

9、进一步优选的，所述补偿开关信号生成电路包括：第五分压电阻、第四分压电阻和第三开关管；

10、所述第五分压电阻的一端接辅助绕组的同名端，另一端在第一控制节点上与第四分压电阻的一端相连，第四分压电阻的另一端接地；所述第三开关管的控制端接所述第一控制节点，所述第三开关管的输入端接辅助绕组的同名端，输出端接电流补偿电路的控制端；

11、所述电流补偿电路包括：第七分压电阻、第六分压电阻、第四开关管和第三电阻；

12、所述第七分压电阻的一端接辅助绕组的同名端，另一端在第二控制节点上与第六分压电阻的一端相连，第六分压电阻的另一端接地；所述第二控制节点连接所述第四开关管的控制端；

13、所述第三电阻的一端连接所述分压节点，另一端接所述第四开关管的电流输入端，所述第四开关管的电流输出端连接所述辅助绕组的同名端。

14、进一步优选的，所述补偿开关信号生成电路包括：第五分压电阻、第四分压电阻和内置基准的运放；

15、所述第五分压电阻的一端接辅助绕组的同名端，另一端在第一控制节点上与第四分压电阻的一端相连，第四分压电阻的另一端接地；所述运放的阳极接辅助绕组的同名端，阴极接电流补偿电路的控制端，参考端接第一控制节点；

16、所述电流补偿电路包括：稳压管、第六分压电阻、第三开关管和第三电阻；

17、所述第六分压电阻的一端接所述运放的阴极，另一端接地；所述稳压管的阴极接所述运放的阴极，所述稳压管的阳极接所述第三开关管的控制端；所述第三电阻的一端连接所述分压节点，另一端接所述第三开关管的电流输入端，所述第三开关管的电流输出端连接所述辅助绕组的同名端。

18、进一步优选的，在所述第三开关管导通时，所述电流补偿电路根据接收到的第二补偿开关信号不对所述检测电路进行电流补偿，所述第四开关管关闭；所述检测电路中的检测电流idet为：idet≈(vin-nvo1)×na/np/r1；

19、在所述第三开关管关闭时，所述电流补偿电路根据接收到的第一补偿开关信号对所述检测电路进行电流补偿，所述第四开关管导通；所述检测电路中的检测电流idet为：idet≈[(vin-nvo2)×na/np]/[r1×r3/(r1+r3)]；

20、其中，vin是输入电压，na为变压器辅助绕组的匝数，np为变压器主绕组的匝数，r1为第一电阻的阻值，r3为第三电阻的阻值；vo1＜启动补偿的阈值电压≤vo2。

21、进一步优选的，所述电流补偿电路根据接收到的第一补偿开关信号对所述检测电路进行电流补偿时，通过所述电流补偿电路提供的补偿电流icomp为：

22、icomp＝[(vin-nvo2)×na/np]/r3。

23、进一步优选的，vcr≈nvo；其中，vcr是谐振电容的电压，n为变压器初次级匝比，vo为输出电压。

24、优选的，所述启动补偿的阈值电压为与第三开关管导通压降、变压器初次级匝比、第四分压电阻与所述第五分压电阻的阻值之比相关的函数。

25、另一方面，本发明提供了一种用于上述第一方面所述的电流补偿不对称半桥输入电压检测电路的补偿电路，包括：

26、补偿开关信号生成电路，用于根据不对称半桥控制电路的输出电压是否高于启动补偿的阈值电压，确定输出控制开启电流补偿的第一补偿开关信号或者输出关闭电流补偿的第二补偿开关信号；

27、电流补偿电路，根据接收到的第一补偿开关信号对检测电路进行电流补偿，或者，根据接收到的第二补偿开关信号不对检测电路进行电流补偿。

28、本发明实施例提供的电流补偿不对称半桥输入电压检测电路,通过引入补偿电路，使得当输出电压较大时，启动电流补偿，通过补偿电路提供对检测电流的补偿，使得无论在高电压输出还是低电压输出情况下，检测电流都能基本维持不变，由此能够极大程度减小谐振电容对于输入电压检测的影响，确保了电源系统的稳定工作，同时，根据输出电压的补偿自动开启关闭控制使得电路能够满足低功耗的需求。

技术特征：

1.一种电流补偿不对称半桥输入电压检测电路，其特征在于，所述电流补偿不对称半桥输入电压检测电路包括：检测电路、补偿开关信号生成电路和电流补偿电路；

2.根据权利要求1所述的电流补偿不对称半桥输入电压检测电路，其特征在于，所述主绕组的同名端与所述辅助绕组的同名端相反，并且与所述次边绕组的同名端相反。

3.根据权利要求1所述的电流补偿不对称半桥输入电压检测电路，其特征在于，所述检测电路中，主绕组侧电路包括：第一开关管、第二开关管和谐振电容；所述第一开关管和第二开关管串联在电压输入端和地之间；谐振电容的两端分别接在主绕组的同名端和第一开关管与第二开关管之间的参考节点上；

4.根据权利要求3所述的电流补偿不对称半桥输入电压检测电路，其特征在于，所述补偿开关信号生成电路包括：第五分压电阻、第四分压电阻和第三开关管；

5.根据权利要求3所述的电流补偿不对称半桥输入电压检测电路，其特征在于，所述补偿开关信号生成电路包括：第五分压电阻、第四分压电阻和内置基准的运放；

6.根据权利要求4或5所述的电流补偿不对称半桥输入电压检测电路，其特征在于，在所述第三开关管导通时，所述电流补偿电路根据接收到的第二补偿开关信号不对所述检测电路进行电流补偿，所述第四开关管关闭；所述检测电路中的检测电流idet为：idet≈(vin-nvo1)×na/np/r1；

7.根据权利要求6所述的电流补偿不对称半桥输入电压检测电路，其特征在于，所述电流补偿电路根据接收到的第一补偿开关信号对所述检测电路进行电流补偿时，通过所述电流补偿电路提供的补偿电流icomp为：

8.根据权利要求3所述的电流补偿不对称半桥输入电压检测电路，其特征在于，vcr≈nvo；其中，vcr是谐振电容的电压，n为变压器初次级匝比，vo为输出电压。

9.根据权利要求4或5所述的电流补偿不对称半桥输入电压检测电路，其特征在于，所述启动补偿的阈值电压为与第三开关管导通压降、变压器初次级匝比、第四分压电阻与所述第五分压电阻的阻值之比相关的函数。

10.一种用于上述权利要求1-9任一所述的电流补偿不对称半桥输入电压检测电路的补偿电路，其特征在于，补偿电路包括：

技术总结
本发明实施例涉及一种补偿电路和电流补偿不对称半桥输入电压检测电路，电流补偿不对称半桥输入电压检测电路包括：检测电路、补偿开关信号生成电路和电流补偿电路；所述检测电路包括具有主绕组、辅助绕组和次边绕组的变压器，其中，辅助绕组侧电路用于不对称半桥控制电路的输入电压的检测；所述补偿开关信号生成电路根据不对称半桥控制电路的输出电压是否高于启动补偿的阈值电压，确定输出控制开启电流补偿的第一补偿开关信号或者输出关闭电流补偿的第二补偿开关信号；所述电流补偿电路根据接收到的第一补偿开关信号对所述检测电路进行电流补偿，或者，所述电流补偿电路根据接收到的第二补偿开关信号不对所述检测电路进行电流补偿。

技术研发人员：高本峰,孙经纬
受保护的技术使用者：东科半导体(安徽)股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23