专利名称：取样电路和控制方法
技术领域：
本发明涉及一种取样电路与控制方法，尤其涉及用于电源供应器的取样电路及控 制方法。
背景技术：
模拟电路设计中，譬如电源供应器的设计，常常会使用到取样电路(sampling circuit)。简单的取样电路是由一开关与一电容所组成，当进行取样时，将开关开启，电容 的存储端即可接收到其所欲取样的电压信号，并进行充放电，之后再将开关关闭，电容便可 记忆一取样电压值，再提供给各种不同需求的电路。换句话说，通过一脉冲信号来控制开关 的启闭，即可达到对一电压信号取样并维持的目的。然取样和维持电路中的电容在现实中多少都会发生漏电的现象，这现象在电容维 持的时间越长时，会越严重。为克服电容漏电问题往往必须使用大面积的电容而大幅增加 成本，因此如何在既有的制程中，不增加过多成本的前提下克服电容漏电问题，便是电路设 计人员所必须面对的课题。
发明内容
本发明的一实施例提供一种取样电路，包括一取样电容与一电压补偿电路。该电 压补偿电路还包括有一参考电容与一补偿电路。该取样电容用以对一电压信号进行取样， 而记忆有(memorize) —取样信号。该参考电容则记忆有一参考信号，且其电压具有一预设 值。该补偿电路用以将该参考电容的该参考信号的电压改变一恢复量(recovery amount), 而恢复(recover)到该预设值，并同时对该取样电容的该取样信号的电压改变一调整量。 该恢复量与该调整量大约为一固定比例。本发明的一实施例提供一种控制方法，适用于控制一开关式电源供应器。该开关 式电源供应器包含有一变压器(transformer)，耦接至一输入电源。该变压器被一开关控制 以储能或是释能，以产生一输出电源。该控制方法包括提供一取样电容；以该取样电容对 一电压信号进行取样，而记忆(memorize) —取样信号；于该取样电容再次对该电压信号进 行取样之前，对该取样电容上的该取样信号的电压改变一调整量；以及依据该改变过的取样电压，调节该输出电源的电压。本发明的一实施例提供一种控制方法，其包括提供一取样电容；以该取样电容对一电压信号进行取样，而记忆一取样信号；以及在该取样电容再 次对该电压信号进行取样之前，对该取样电容上的该取样信号的电压改变一调整量。
图1为本发明实施的一开关式电源供应器。图2为图1中的信号时序图。图3为依据本发明开关控制器中的取样电路的一种实施例。
4
图4为图3中的信号时序图。图5为依据本发明开关控制器中的取样电路的另一种实施例。主要元件符号说明10电源供应器12整流器
13电容14功率开关
16电流检测电阻18开关控制器
20变压器22次级侧绕组
24初级侧绕组26辅助绕组
28整流器30分压电阻
32分压电阻34电容
40取样电路42参考电容
44取样电容46开关
48开关50分压电路
60取样电路70电压随耦电路
具体实施例方式为让本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出优选实施 例，并配合附图，作详细说明如下。为了说明上的方便，具有等同的或是类似的功能将会以相同的元件符号表示。所 以，不同实施例中相同的符号的元件不表示两元件必然相同。本发明的范围应以依据申请 专利范围来决定。图1为一种初级侧控制(primary side control)的开关式电源供应器 (switching-mode power supply)。电源供应器10为一返驰式(flyback)架构。变压器 20的初级侧绕组(primary winding) 24、功率开关14、以及电流检测电阻16串联于输入 电源Vin与一接地线之间。开关控制器18使功率开关14开启时，初级侧绕组24开始进行 储能；当开关控制器18使功率开关14关闭时，变压器20通过其次级侧绕组(secondary winding) 22以及辅助绕组(auxiliary winding) 26释能，而整流器12与电容13把次级侧 绕组22所释放的电能整流后，提供一输出电源Vqut至负载。另外，整流器28与电容34亦 将辅助绕组26所释放的电能整流后，提供一操作电源至开关控制器18的Vrc引脚。分压电 阻30与32则将辅助绕组25上的反射电压(reflectivevoltage)经过分压后，提供一反馈 信号给开关控制器18的FB引脚。辅助绕组26上的反射电压大致对应次级侧绕组22的跨 压，因此通过分压电阻30与32，开关控制器18可以得知次级侧绕组22的跨压，并据以控制 功率开关14。所谓的初级侧控制乃指不从次级侧绕组做直接的检测，而是由初级侧绕组或 是辅助绕组来检测并提供信号给开关控制器的FB引脚，进而控制功率开关。为了检测到确切的次级侧电压，开关控制器18还需以一取样电路来抓取辅助绕 组的电压并维持一段时间。如前述的说明，取样电路主要是利用一取样电容来取样电压信 号后维持一段时间，然取样电容会发生漏电问题，且随着维持时间的延长，取样电容中所记 忆的取样电压便可能因漏电问题严重，而导致后续处理电路的误判。举例来说，本实例的电 源供应器10若处于轻载(light load)或无载(no load)状态时，将进入丛集模式(burst
5mode)。丛集模式下，功率开关14会进入休止期间(skipping period)，停止开关一段相当 的时间，然后才再进行一次或是连续开关周期，如此可以减少功率开关切换的耗能，以达到 节能的目的，其各点信号的波形图如图2所示，其中当Vsample信号发出脉冲时，取样电路取 样FB引脚上的电压，等同对辅助绕组26的电压信号Vaux进行取样，使取样电容所记忆的取 样信号V。ap#有一理想取样电压值ideal VFB_sampled。开关控制器18再次开启功率开关14 时，会根据进入休止期间前，取样电容所记忆的取样信号V。ap来决定次级侧所输出的调节电 压。倘若在休止时间，取样电路的取样电容漏电量过大，导致其所记忆的真实取样电压值 real VFB_sampled明显下降，则休止期间后的第一次开关周期时，开关控制器18所参考的取样 电压值偏低，结果将误判当下次级侧所输出的调节电压偏低，而输出较高的电荷量，使输出 的调节电压比理想要的调节电压来的偏高。图3为依据本发明实施的开关控制器18中的取样电路40的一种实施例。通过一 分压电路50，取样电路40可对辅助绕组的电压信号Vaux进行取样，在本实施例中分压电路 50可为图1中分压电阻30与32所构成的分压电路，其它电路与元件均与图1相同，其标号 亦无不同，因此不再赘述。取样电路40具有一参考电容42与一取样电容44，分别记忆一 参考信号Vx与一取样信号V。ap，两个信号的电压变化大致成正相关。参考电容42所记忆的 参考信号Vx的电压，在每次的开关周期时，会约略地锁定至一预设值，本实施例中，此预设 值为(Vxx/V。。-Vthp)，其中Vthp为PMOS的临界值。通过电流镜(current mirror)的作用，当 开关46、48接收到脉冲信号Vpulse而同时开启时，取样电路40以一恢复电流I y对参考电 容42进行充电，并同时以一镜像(mirror)电流Imimff对取样电容44充电。如果参考电容 42与取样电容44具有大致相同的电容值，且有一样的漏电问题，电流镜两边的电流比假定 为1 1，则其分别所记忆的参考信号Vx与取样信号V。ap会在同一开关周期中下降大致相 同的电压值dV。依据本发明的实施例，如果参考信号Vx恢复至其预设值(Vxx/V。。-Vthp)，亦 即恢复了一恢复量dV，则取样信号Veap的电压值亦将增加一调整量dV，便可抵消了因为漏 电问题所下降的电压值dV，大约回到原本预期的取样电压值。图4为图3中的信号时序图。同样地在丛集模式下，Vgate信号的两脉冲之间相隔 了一段休止期间。Vcs显示电流检测电阻16的跨压，在功率开关14开启时，随时间增长而 增加。Vaux表示辅助绕组26的电压变化。Vsample中的脉冲使取样电容44对Vaux开始取样， 取样的时机为辅助绕组26的释能期间。Vx表示参考电容42所记忆的参考信号，在本实施 例中，其具有一预设值(Vxx/V。。-Vthp)，而在参考电容42发生漏电的情况下，参考信号Vx会随 着时间而下降，如真实的参考信号值real Vx所示。V。ap表示取样电容44所记忆的取样信 号，在没有漏电的理想状态下，会维持在一定值idealVFB_sampled，然在真实状态下，取样电容 44 一样会发生漏电的现象，使得其所记忆的真实的取样信号值real VFB_sammpled亦会随着时 间而下降。Vpulse的脉冲信号可同步开启开关46和48，使得参考电容42所记忆的参考信号 Vx改变一恢复量而恢复到预设值(Vxx/V。。-Vthp)，Vpulse的脉冲触发时间可以与U言号同步， 或是在Vgate信号上升后的一个小段时间，只要是在变压器20储能期间内进行皆可，如图所 示。在参考信号Vx上升的同时，因电流镜的作用，使得取样信号V。ap同步改变一调整量，在 本实施例中，其可约略恢复至理想取样电压值ideal VFB_sampled，使得后续的控制电路不致误 判。而若电源供应器的两开关周期中没有休止期间时，参考电容的漏电量几乎可以乎略，所 以恢复量就会大约为0，调整量也会大约为0，因此，不会对取样电容中的取样信号造成影
6响。图5为依据本发明开关控制器18中的取样电路的另一种实施例。其与图3唯一 的不同在于本实施例中，参考电容的参考信号Vx可以有不同的预设值。相较于图3的预设 值固定为(Vxx/V。。-Vthp)，取样电路60利用一电压随耦(voltage follower)电路70，可使参 考信号Vx的预设值约略等于设定信号的电压值，因而有不同的设定值，其电路操作与图 3无异，本领域技术人员当可轻易了解，在此便不再赘述。本发明的所有实施例均可用在任何的取样电路中，只要在取样电容的维持时间 内，使参考电容的参考信号Vx恢复至一预设值，并同步地调整取样电容的取样信号v。ap， 以补偿因取样电容漏电所损失的能量。此外，取样电容的大小不一定要与参考电容相 同。举例来说，如果取样电容与参考电容的大小比例为2 1，只要将电流镜中对取样 电容与参考电容的电流比设定为2 1，则取样信号的调整量将与参考信号的恢复量一 样。另一种实施例中，也可使取样信号增加调整量后大于前次的取样电压值，形成过补偿 (overcompensation)，这会使得电源供应器于轻载或无载时，输出一个比预期低的电压。以上的实施例虽然都以返驰式架构实施，但是本发明并非限定于适用返驰式架 构，也可以适用于booster或是buck等其他类型的电源转换器架构。虽然本发明已以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何在本发明 所属技术领域具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润 饰，因此本发明的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。
权利要求
1.一种取样电路，包括一取样电容，用以对一电压信号进行取样，而记忆一取样信号；以及 一电压补偿电路，包括一参考电容，记忆有一参考信号，其电压具有一预设值；以及一补偿电路，以将该参考电容的该参考信号的电压改变一恢复量，而恢复到该预设值， 并同时对该取样电容的该取样信号的电压改变一调整量； 其中，该恢复量与该调整量大约为一固定比例。
2.如权利要求1所述的取样电路，其中，该取样电容周期性地对该电压信号进行取样， 且该补偿电路周期性地恢复该参考信号的电压到该预设值。
3.如权利要求1所述的取样电路，其中，该补偿电路包括一电流镜，用以提供一恢复电流，以及一镜像电流，该镜像电流比例于该恢复电流；以及一控制电路，在一预订时间内，以该恢复电流恢复该参考信号的电压到该预设值，并以 该镜像电流改变该取样信号该调整量。
4.一种控制方法，适用于控制一开关式电源供应器，该开关式电源供应器包含有一变 压器，耦接至一输入电源，该变压器被一开关控制以储能或是释能，以产生一输出电源，该 控制方法包括提供一取样电容；以该取样电容对一电压信号进行取样，而记忆一取样信号；在该取样电容再次对该电压信号进行取样之前，对该取样电容上的该取样信号的电压 改变一调整量；以及依据该改变过的取样电压，调节该输出电源的电压。
5.如权利要求4所述的控制方法，其中，对该取样电容上的该取样信号的电压改变一 调整量的步骤包括在该变压器储能期间，对该取样信号改变该调整量。
6.如权利要求5所述的控制方法，其中，该取样电容对一电压信号进行取样的步骤包括在该变压器释能期间，该取样电容对该电压信号进行取样。
7.如权利要求4所述的控制方法，还包括提供一参考电容，以记忆一参考信号，其电压具有一预设值；以及 在该取样电容对该电压信号进行取样前，以一恢复量使该参考信号的电压恢复到该预 设值，且同步地以该调整量改变该取样信号的电压，其中该调整量与该恢复量大约为一固 定比例。
8.如权利要求7所述的控制方法，以该调整量改变后的该取样信号的电压大于改变前 的电压。
9.如权利要求8所述的控制方法，还包括以一脉冲信号使该参考信号的电压恢复至该预设值，且同步改变该取样信号的电压。
10.一种控制方法，包括 提供一取样电容；以该取样电容对一电压信号进行取样，而记忆一取样信号；在该取样电容再次对该电压信号进行取样之前，对该取样电容上的该取样信号的电压改变一调整量。提供一参考电容，以记忆一参考信号，其电压具有一预设值；以及 在该取样电容对该电压信号进行取样前，以一恢复量使该参考信号的电压恢复到该预 设值，且同步地以该调整量改变该取样信号的电压，其中该调整量与该恢复量大约为一固 定比例。
全文摘要
取样电路和控制方法。该取样电路包括一取样电容与一电压补偿电路。该电压补偿电路还包括有一参考电容与一补偿电路。该取样电容用以对一电压信号进行取样，而记忆有一取样信号。该参考电容则记忆有一参考信号，且其电压具有一预设值。该补偿电路用以将该参考电容的该参考信号的电压改变一恢复量(recovery amount)，而恢复(recover)到该预设值，并同时对该取样电容的该取样信号的电压改变一调整量。
文档编号H03K19/00GK101997531SQ20091016343
公开日2011年3月30日 申请日期2009年8月19日 优先权日2009年8月19日
发明者叶文中 申请人:通嘉科技股份有限公司