CN100448147C - 电流型dc-dc变换器均压控制电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电流型DC-DC变换器均压控制电路，它包括两个电压误差放大器、一个PWM控制电路、两个选通开关和两个光耦电路，电压误差放大器的输出端和选通开关通过光耦电路连接，选通开关的基极分别与电阻的一端相连，电阻的另一端分别接PWM信号，两个的发射极接入采样电阻和分压电阻之间，采样电阻一端接地，另一端与分压电阻的一端连接，分压电阻另一端接PWM芯片中比较器输入端；光耦电路可以用三极管电路替代。其优点是(1)主电路只需一片PWM控制芯片就能产生交错的PWM信号；(2)本电路只需一个输出电压调节器就能实现输入端串联时，输入端的均压功能；(3)电路结构简单，提高了电路工作的可靠性。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种开关变换器的控制电路，尤其涉及一种对开关变换器进行均压控制的电路。
二、背景技术
现有的输入端或输出端串联的电流型DC-DC变换器中，控制电路常采用两片PWM控制芯片来产生交错的PWM信号，两个输出电压调节器来实现对输入电压均压。利用两控制芯片外同步端(即可以使外同步时钟信号相差180°，这样相应的两片芯片的锯齿波也相差180°)实现交错控制。外同步的实现可以采用晶振分频来实现，晶振经过二进制分频器得到频率为2f的方波信号，再经过双主从D触发器得到两个互补的信号，最后经过双可重触发单稳态触发器得到频率为f的相位相差180°的外同步脉冲信号。为了实现均压，通常将输入端或输出端误差电压信号经过运算放大器放大后，叠加于各自的电压调节器，分别调节各自的占空比，实现两路输入电压均衡。这种控制电路复杂，而且有损电路的可靠性和抗扰性。
三、发明内容
1、发明目的：本发明的目的是提供一种只使用一片PWM控制芯片就能产生交错的PWM信号而且只使用一个输出电压调节器就能实现输入或输出串联变换器的均压的控制电路。
2、技术方案：为了叙述方便，以下结合附图说明本发明的技术方案：为了达到上述的发明目的，本发明包括两个电压误差放大电路、一个PWM控制电路、两个选通开关和两个光耦电路，两个电压误差放大器的输出端和两个选通开关通过光耦电路连接，两个选通开关的基极分别与电阻(R13、R14)的一端相连，电阻(R13、R14)的另一端分别接PWMA、PWMB信号，PWMA、PWMB为PWM控制电路的两路输出信号；两个选通开关的发射极接入电阻(Rs)和分压电阻(R26)之间，电阻(Rs)一端接地，另一端与分压电阻(R26)的一端连接，分压电阻(R26)另一端接PWM芯片中比较器输入端。两个选通开关可以采用三极管，也可以采用其他形式的开关。
光耦电路也可以用三极管电路代替，在采样电路和控制电路要求隔离时使用光耦电路，在采样电路和控制电路不要求隔离时使用三极管电路。
电压误差放大电路(11)包括电阻(R1)、电阻(R2)、电阻(R3)、电阻(R4)和放大器(A1)，其中，电阻(R1)一端接运算放大器(A1)的同相输入端，另一端接外界采样电压；电阻(R2)一端接运算放大器(A1)的反向输入端，另一端接另一路采样电压；电阻(R3)一端接地、另一端接于电阻(R1)和运算放大器(A1)同相输入端之间；电阻(R4)接于运算放大器(A1)的反相输入端和输出端之间。电压误差放大电路(12)包括电阻(R7)、电阻(R8)、电阻(R9)、电阻(R10)和放大器(A2)，其中，电阻(R7)一端接运算放大器(A2)的反相输入端，另一端接外界采样电压；电阻(R8)一端接运算放大器(A2)的同相输入端，另一端接另一路外界采样电压；电阻(R10)一端接地、另一端接于电阻(R8)和运算放大器(A2)同相输入端之间；电阻(R9)接于运算放大器(A2)的反相输入端和输出端之间；电阻(R1、R7)接入采样电压V1，电阻(R2、R8)接入采样电压V2。
光耦电路(14)中，光电耦合器的第二脚和运算放大器的输出端相连，第一脚和电阻(R5)的一端相连，电阻(R5)的另一端接入直流电源VCC，第三脚与选通开关(Q1)的集电极相连，第四脚与电阻(R6)的一端相连，电阻(R6)的另一端和PWM芯片基准电压Vref相连；光耦电路(15)中，光电耦合器的第二脚和运算放大器(A2)的输出相连，第一脚和电阻(R11)的一端相连，电阻(R11)的另一端接入直流电源VCC，第三脚和选通开关(Q2)的集电极相连，第四脚和电阻(R12)的一端相连，电阻(R12)的另一端和PWM芯片基准电压Vref相连。
三极管电路(16)中，电阻(R18)与三极管(Q4)的基极连接，另一端与放大器(A1)的输出端连接，三极管(Q4)的发射极通过电阻(R17)接入PWM芯片基准电压，三极管(Q4)的集电极与选通开关(Q1)的集电极连接，电阻(R16)一端接入直流电源，另一端接于放大器(A1)与电阻(R18)之间；三极管电路(17)中，电阻(R20)与三极管(Q5)的基极连接，另一端与放大器(A2)的输出端连接，三极管(Q5)的发射极通过电阻(R19)接入PWM芯片基准电压，三极管(Q5)的集电极与选通开关(Q2)的集电极连接，电阻(R21)一端接入直流电源，另一端接于放大器(A2)的输出端与电阻(R20)之间。
峰值电流型DC-DC变换器输入端串联连接本电路进行均压控制时，采样电路和控制电路需要隔离时采用光耦电路，其工作原理是：通过采样输入串联端总电压Vin和串联中点电压VC2，采样系数分别为1/2Kf和Kf，得到采样电压分别为V1和V2。将V1和V2输入到运算放大器，运算放大器将输入电压误差放大，从而调节光电耦合器的原边电流IF，使得其负边电流也IS＝CTR*IF(CTR为光电耦合器的电流传输比)也发生变化。由于主电路是峰值电流控制而且选通开关(Q1，Q2)的基极为两路串联输入DC-DC变换器的PWM信号，光电耦合器负边电流叠加于电感电流采样电阻上，改变采样电压，从而可以分别调节主电路两路开关管的占空比，实现输入电压均压。输入端串联连接本电路进行均压控制具体工作原理如下：
(1)当V1＞V2时，运算放大器A1输出电压大于运算放大器A2的输出电压，所以光耦PHC1的原边电流小于光耦PHC2的原边电流，则光耦PHC1的副边电流也小于光耦PHC2的副边电流。。由于主电路是峰值电流控制而且选通开关(Q1，Q2)的基极为两路串联输入DC-DC变换器的PWM信号，因此当上路导通时，采样电阻Rs的电压小于当下路导通时采样电阻Rs的电压，则调节占空比使得上路占空比DA大于下路占空比DB，又因为上下两路输入电压VC1+VC2＝Vin为定值，所以可以调节两路输入电压，VC1下降，VC2上升，最终两路输入电压近似相等。
(2)当V1＜V2时，运算放大器A1输出电压小于运算放大器A2的输出电压，所以光耦PHC1的原边电流大于光耦PHC2的原边电流，则光耦PHC1的副边电流也大于光耦PHC2的副边电流。。由于主电路是峰值电流控制而且选通开关(Q1，Q2)的基极为两路串联输入DC-DC变换器的PWM信号，因此当上路导通时，采样电阻Rs的电压大于当下路导通时采样电阻Rs的电压，则调节占空比使得上路占空比DA小于下路占空比DB，又因为上下两路输入电压VC1+VC2＝Vin为定值，所以可以调节两路输入电压，VC1上升，VC2下降，最终两路输入电压近似相等。
当对电流型DC-DC变换器输出端串联连接实现均压控制时，均压原理、电路结构和电流型DC-DC变换器输入端串联连接一样，只是运算放大器A1和A2同相和反相输入端信号对调。
3、有益效果：(1)主电路只需一片PWM控制芯片就能产生交错的PWM信号；(2)本电路只需一个输出电压调节器就能实现输入端串联时，输入端的均压功能；(3)电路结构简单，提高了电路工作的可靠性。
四、附图说明
图1是采用光耦隔离的电流型DC-DC变换器输入串联均压的控制电路示意图；
图2是采样电路和控制电路不隔离的电流型DC-DC变换器输入串联均压的控制电路结构示意图；
图3是基于UC3846峰值电流型DC-DC变换器输入串联实现均压的控制电路结构示意图
图中相关符号说明：Vr-基准电压，Vo-输出采样电压，V1-串联端总电压的采样电压，V2-串联端中点采样电压，EA-电压误差放大器，A1、A2-运算放大器，COMP-比较器，OSC-振荡器，LATCH-锁存器，PWM-脉宽调制波，PWM(A)-上路脉宽调制波，PWM(B)-下路脉宽调制波，PHC1、PHC2-光电耦合器，UC3846-PWM控制芯片，Q1、Q2、Q3-NPN三极管，Q4、Q5-PNP三极管，Rs-电感电流采样电阻，R1、R2、R7、R8-运算放大器输入电阻，R3、R4、R9、R10-运算放大器放大电阻，R5、R6、R11、R12-光耦限流电阻，R13、R14、R18、R20、R29-三极管基极电阻、R26、R27-斜坡补偿分压电阻，R22、R23-串联端中点电压采样电阻，R24、R25-串联端总电压采样电阻，R30-负载电阻，Vref-芯片提供基准电压，R15-滤波电阻，C1-滤波电容，CT-锯齿波信号，VCC-直流供电电压。
五、具体实施方式
实施例1：如图1所示，本实施例为采用光耦隔离的电流型DC-DC变换器输入串联均压的控制电路，包括电压误差放大器11、12、PWM控制电路13、选通开关Q1、Q2和光耦电路14、15，选通开关Q1、Q2为NPN型三极管，电压误差放大器11的输出端和选通开关Q1通过光耦电路14连接，电压误差放大器12的输出端和选通开关Q2通过光耦电路15连接，选通开关Q1、Q2的基极分别与电阻R13、R14的一端相连，R13、R14的另一端分别接PWM信号，选通开关Q1、Q2的发射极接入电阻Rs和分压电阻R26之间，电阻Rs一端接地，另一端与分压电阻R26的一端连接，分压电阻R26另一端接PWM芯片中比较器输入端。电压误差放大器11包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和放大器A1，其中，电阻R1一端接运算放大器A1的同相输入端，另一端接外界采样电压；电阻R2一端接运算放大器A1的反相输入端，另一端接另一路采样电压；电阻R3一端接地、另一端接于电阻R1和运算放大器A1同相输入端之间；电阻R4接于运算放大器A1的反相输入端和输出端之间；电压误差放大器12包括电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10和放大器A2，其中，电阻R7一端接运算放大器A2的反相输入端，另一端接外界采样电压；电阻R8一端接运算放大器A2的同相输入端，另一端接另一路外界采样电压；电阻R10一端接地、另一端接于电阻R8和运算放大器A2同相输入端之间；电阻R9接于运算放大器A2的反相输入端和输出端之间。光耦电路14中，光电耦合器PHC1的2脚和运算放大器A1的输出相连，光电耦合器PHC1的1脚和电阻R5的一端相连，电阻R5的另一端和直流电源相连，光电耦合器PHC1的3脚和三极管Q1的集电极相连，光电耦合器PHC1的4脚和电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端和PWM芯片基准电压相连；光耦电路15中，光电耦合器PHC2的2脚和运算放大器A2的输出相连，光电耦合器PHC2的1脚和电阻R11的一端相连，电阻R11的另一端和直流电源相连，光电耦合器PHC2的3脚和三极管Q2的集电极相连，光电耦合器PHC2的4脚和电阻R12的一端相连，电阻R12的另一端和PWM芯片基准电压相连。
实施例2：如图2所示，本实施例为采样电路和控制电路不要求隔离时的电路，为采用三极管电路的电流型DC-DC变换器输入串联均压的控制电路，其电路结构与实施例1基本相同，其区别在于，光耦电路14和15替换为三极管电路16和17，三极管电路16中，电阻R18与三极管Q4的基极连接，另一端与放大器A1的输出端连接，三极管Q4的发射极通过电阻R17接入PWM芯片基准电压，三极管Q4的集电极与选通开关Q1的集电极连接，电阻R16一端接入直流电源，另一端接于放大器A1与电阻R18之间；三极管电路17中，电阻R20与三极管Q5的基极连接，另一端与放大器A2的输出端连接，三极管Q5的发射极通过电阻R19接入PWM芯片基准电压，三极管Q5的集电极与选通开关Q2的集电极连接，电阻R21一端接入直流电源，另一端接于放大器A2的输出端与电阻R20之间。
实施例3：如图3所示，为本发明与PWM控制芯片UC3846相结合实现对峰值电流控制DC-DC变换器的输入串联均压控制电路，采用光耦隔离采样电路和控制电路，主电路为交错控制的串-并组合双管正激电路。具体包括主电路及其输入电压采样电路2、对峰值电流控制DC-DC变换器输入串联均压控制电路1、UC3846型PWM控制芯片3以及电流采样和斜坡补偿电路4。在主电路及其输入电压采样电路2中，R22、R23、R24、R25为采样电阻，输入总电压的采样电压就是电阻R25上的电压，其采样系数为1/2Kf，同时输入中点电压的采样电压就时电阻R23上的电压，其采样系数为Kf。在对峰值电流控制DC-DC变换器输入串联均压控制电路1中，变换器串联连接支路的总电压的采样电压和串联支路中点电压的采样电压分别用V1和V2表示。采样电压V1和V2分别经过运算放大器A1(A2)输入电阻R1、R2(R7、R8)接于运算放大器A1(A2)的同相、反相(反相、同相)输入端，运算放大器A1(A2)放大电阻R4(R9)接于运算放大器A1(A2)的反相输入端和输出端；光电耦合器PHC1(PHC2)的原边一端接于运算放大器A1(A2)的输出端，另一端分别通过限流电阻R5(R11)接于直流电源；光电耦合器PHC1(PHC2)的负边一端分别通过限流电阻R6(R12)接于UC3846的基准电压端(2脚)，另一端分别接于选通开关Q1(Q2)的集电极；选通开关Q1(Q2)的基极分别通过基极电阻R13(R14)接于UC3846的PWM输出信号端11脚(14脚)；两个选通开关(Q1，Q2)的发射极一起接于电阻RS和R15公共端。在电流采样和斜坡补偿电路4中，电感采样电流和均压补偿电流流经采样电阻Rs，产生采样电压，采样电压经滤波电阻和电容R15、C1滤波，施加在分压电阻R26一端，斜坡信号通过电阻R29连接在NPN三极管Q3的基极上，斜坡信号来自UC3846的CT端(8脚)，Q3的集电极通过电阻R28接UC3846的基准电压端，发射极接另一个分压电阻R27，R27和R26的公共端接在UC3846的电流采样正向输入端(4脚)，UC3846的电流采样反向输入端(3脚)接地。
Claims (10)
1、一种电流型DC-DC变换器均压控制电路(1)，其特征在于，它包括第一、第二电压误差放大器(11、12)、一个PWM控制电路(13)、第一、第二选通开关(Q1、Q2)和第一、第二光耦电路(14、15)，第一电压误差放大器(11)的输出端和第一选通开关(Q1)通过第一光耦电路(14)连接，第二电压误差放大器(12)的输出端和第二选通开关(Q2)通过第二光耦电路(15)连接，第一、第二选通开关(Q1、Q2)的基极分别与第一、第二电阻(R13、R14)的一端相连，第一、第二电阻(R13、R14)的另一端分别接PWM信号，第一和第二选通开关(Q1、Q2)的发射极接入第三电阻(Rs)和第一分压电阻(R26)之间，第三电阻(Rs)一端接地，另一端与第一分压电阻(R26)的一端连接，第一分压电阻(R26)另一端接PWM芯片中比较器输入端。
2、如权利要求1所述的电流型DC-DC变换器均压控制电路(1)，其特征在于，第一和第二选通开关(Q1、Q2)为三极管。
3、如权利要求1所述的电流型DC-DC变换器均压控制电路(1)，其特征在于，第一光耦电路(14)中，光电耦合器的第二脚和第一电压误差放大器(11)中的运算放大器(A1)的输出端相连，第一脚和第十五电阻(R5)的一端相连，第十五电阻(R5)的另一端接入直流电源，光电耦合器的第三脚与第一选通开关(Q1)的集电极相连，第四脚与第十六电阻(R6)的一端相连，第十六电阻(R6)的另一端和PWM芯片基准电压相连；第二光耦电路(15)中，光电耦合器的第二脚和第二电压误差放大器(12)中的运算放大器(A2)的输出相连，第一脚和第十七电阻(R11)的一端相连，第十七电阻(R11)的另一端接入直流电源，第三脚和第二选通开关(Q2)的集电极相连，第四脚和第十八电阻(R12)的一端相连，第十八电阻(R12)的另一端和PWM芯片基准电压相连。
4、如权利要求1所述的电流型DC-DC变换器均压控制电路(1)，其特征在于，第一电压误差放大器(11)包括第七电阻(R1)、第八电阻(R2)、第九电阻(R3)、第十电阻(R4)和运算放大器(A1)，其中，第七电阻(R1)一端接运算放大器(A1)的同相输入端，另一端接外界采样电压；第八电阻(R2)一端接运算放大器(A1)的反相输入端，另一端接另一路采样电压；第九电阻(R3)一端接地、另一端接于第七电阻(R1)和运算放大器(A1)同相输入端之间；第十电阻(R4)接于运算放大器(A1)的反相输入端和输出端之间。
5、如权利要求1所述的电流型DC-DC变换器均压控制电路(1)，其特征在于，第二电压误差放大器(12)包括第十一电阻(R7)、第十二电阻(R8)、第十三电阻(R9)、第十四电阻(R10)和运算放大器(A2)，其中，第十一电阻(R7)一端接运算放大器(A2)的反相输入端，另一端接外界采样电压；第十二电阻(R8)一端接运算放大器(A2)的同相输入端，另一端接另一路外界采样电压；第十四电阻(R10)一端接地、另一端接于第十二电阻(R8)和运算放大器(A2)同相输入端之间；第十三电阻(R9)接于运算放大器(A2)的反相输入端和输出端之间。
6、一种电流型DC-DC变换器均压控制电路(1)，其特征在于，它包括第三、第四电压误差放大器(11、12)、PWM控制电路(13)、第三、第四选通开关(Q1、Q2)和第一、第二三极管电路(16、17)，第三电压误差放大器(11)的输出端和第三选通开关(Q1)通过第一三极管电路(16)连接，第四电压误差放大器(12)的输出端和第四选通开关(Q2)通过第二三极管电路(17)连接，第三、第四选通开关(Q1、Q2)的基极分别与第四、第五电阻(R13、R14)的一端相连，第四、第五电阻(R13、R14)的另一端分别接PWM信号，第三和第四选通开关(Q1、Q2)的发射极接入第六电阻(Rs)和第二分压电阻(R26)之间，第六电阻(Rs)一端接地，另一端与第二分压电阻(R26)的一端连接，第二分压电阻(R26)另一端接PWM芯片中比较器输入端。
7、如权利要求6所述的电流型DC-DC变换器均压控制电路(1)，其特征在于，第三和第四选通开关(Q1、Q2)为三极管。
8、如权利要求6所述的电流型DC-DC变换器均压控制电路(1)，其特征在于，第三电压误差放大器(11)包括第十九电阻(R1)、第二十电阻(R2)、第二十一电阻(R3)、第二十二电阻(R4)和运算放大器(A1)，其中，第十九电阻(R1)一端接运算放大器(A1)的同相输入端，另一端接外界采样电压；第二十电阻(R2)一端接运算放大器(A1)的反相输入端，另一端接另一路采样电压；第二十一电阻(R3)一端接地、另一端接于第十九电阻(R1)和运算放大器(A1)的同相输入端之间；第二十二电阻(R4)接于运算放大器(A1)的反相输入端和输出端之间。
9、如权利要求6所述的电流型DC-DC变换器均压控制电路(1)，其特征在于，第四电压误差放大器(12)包括第二十三电阻(R7)、第二十四电阻(R8)、第二十五电阻(R9)、第二十六电阻(R10)和运算放大器(A2)，其中，第二十三电阻(R7)一端接运算放大器(A2)的反相输入端，另一端接外界采样电压；第二十四电阻(R8)一端接运算放大器(A2)的同相输入端，另一端接另一路外界采样电压；第二十六电阻(R10)一端接地、另一端接于第二十四电阻(R8)和运算放大器(A2)同相输入端之间；第二十五电阻(R9)接于运算放大器(A2)的反相输入端和输出端之间。
10、如权利要求6所述的电流型DC-DC变换器均压控制电路(1)，其特征在于，第一三极管电路(16)中，第二十九电阻(R18)与第一三极管(Q4)的基极连接，另一端与第三电压误差放大器(11)中的运算放大器(A1)的输出端连接，第一三极管(Q4)的发射极通过第二十八电阻(R17)接入PWM芯片基准电压，第一三极管(Q4)的集电极与第三选通开关(Q1)的集电极连接，第二十七电阻(R16)一端接入直流电源，另一端接于第三电压误差放大器(11)中的运算放大器(A1)与第二十九电阻(R18)之间；第二三极管电路(17)中，第三十二电阻(R20)与第二三极管(Q5)的基极连接，另一端与第四电压误差放大器(12)中的运算放大器(A2)的输出端连接，第二三极管(Q5)的发射极通过第三十一电阻(R19)接入PWM芯片基准电压，第二三极管(Q5)的集电极与第四选通开关(Q2)的集电极连接，第三十电阻(R21)一端接入直流电源，另一端接于第四电压误差放大器(12)中的运算放大器(A2)输出与第三十二电阻(R20)之间。
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