CN101154889A - 一种开关电源的输出控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种输出电压可调的开关电源的控制电路，包括辅助电源、控制模块和电压调节模块，辅助电源耦合至控制模块和电压调节模块，电压调节模块的输出端接控制模块的输入端，控制模块的输出端接主电路开关器件的控制端，电压调节模块将来自辅助电源的电压信号以连续可调的方式转换为输出电压信号后提供给控制模块，控制模块根据该输出电压信号向主电路开关器件输出相应的开关控制信号。可增加稳压电路和过压保护模块，进一步达到稳压、过压保护的效果。还可增加电流调节模块，进一步达到限流恒流的效果。本发明使用方便，具有动态负载能力，能有效适用于容性、感性负载供电设备。

Description

一种开关电源的输出控制电路

技术领域

本发明涉及电源技术，尤其是涉及一种开关电源的输出控制电路。

背景技术

开关电源因其效率高、体积小等优点，得到了越来越广泛的应用，但其输出电压不便于调节，使开关电源的使用范围受到一定的限制。中国专利申请03144064.9中披露了一种开关电源的反馈电路及实现方法，其通过开关电源输出电流采样形成反馈信号，将该反馈信号与参考电压进行比较后输出一控制信号至开关电源的控制端，以调整输出电压并使其保持恒定。中国专利申请200420041381.X中披露了一种用于开关电源的可控多路取样电路，其根据不同的外部电压，将不同的取样电路接入开关电源中，并将接入不同的取样电路得到的取样电压作为该开关电源的输出调整控制电压，使电源开关管工作在不同的占空比状态下，实现开关电源输出电压可调的目的。其中，后一专利申请中电源的开关控制信号除了如前者受输出反馈信号的影响，还受到多路取样电路的影响，对多路取样电路施加不同的控制电压，可将不同的取样电路接入，而在不同的取样控制的循环过程中，输出电压达到一个控制平衡点，使控制电路的工作占空比也趋于稳定。然而，为实现开关电源可控输出不同的输出电压的目的，该电路需要设置多路取样电路，它所能得到的不同的输出电压值由取样回路数量直接决定，而各个取样回路要接不同的外部控制电压，因此，这种控制方式不仅结构较为复杂，所能实现的输出电压调控程度也相当有限，不能在规定的输出电压范围内任意调节所需要的工作电压。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种输出电压可调的开关电源控制电路，其可在输出电压限制范围之内，任意调节得到所需的工作电压。

本发明进一步所要解决的技术问题在于提供一种开关电源的输出控制电路，能够使输出电压在调节到所需的电压时使其稳定在该电压，并可进一步进行过压保护。

本发明所要解决的再一技术问题在于提供一种开关电源的输出控制电路，能实现输出电流的限流调节。

本发明所要解决的上述技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种开关电源的输出控制电路，包括辅助电源、控制模块和电压调节模块，所述辅助电源的输出端耦合至所述控制模块和所述电压调节模块，所述电压调节模块的输出端耦合至所述控制模块的输入端，所述控制模块的输出端耦合至开关电源直流电压输出模块中开关器件的控制端，其特点是：所述电压调节模块将来自辅助电源的电压信号以连续可调的方式变换为输出电压信号后提供给所述控制模块，所述控制模块根据该输出电压信号向开关电源直流电压输出模块中的开关器件输出相应的开关控制信号。

优选地，所述电压调节模块包括第一电位器和第一三极管，所述第一电位器一端耦合到辅助电源正端，另一端接基准电平信号，其调节端耦合到所述第一三极管的基极，所述第一三极管的发射极耦合到辅助电源，集电极耦合到所述控制模块的电压调节输入端。

进一步地，还包括稳压电路，所述稳压电路的输入端耦合到开关电源直流电压输出模块的输出正端，输出端耦合到所述控制模块的电压调节输入端。

所述稳压电路包括串接在地与开关电源直流电压输出模块的输出正端之间的第一分压电阻和第二分压电阻，所述第一分压电阻和第二分压电阻的连接节点与所述第一三极管的集电极相连。

进一步地，还包括过压保护模块，所述过压保护模块输入端采集开关电源直流电压输出模块的输出正端输出的电压，输出端耦合到所述控制模块的过压保护输入端。

所述过压保护模块包括第一比较器、第六电阻、第七电阻和第二二极管；

所述第六电阻和第七电阻串接在地和开关电源直流电压输出模块的输出正端之间；所述第一比较器的同相输入端耦合到第六电阻和第七电阻的连接节点，其反相输入端接基准电平信号，其输出端耦合到第二二极管的阳极，所述第二二极管的阴极耦合到所述过压保护输入端。

所述过压保护模块还包括第二比较器、第九电阻和第十电阻；

所述第九电阻和第十电阻串接在地和辅助电源正端之间，所述第二比较器的反相输入端耦合到第九电阻和第十电阻的连接节点，其同相输入端接基准电平信号，其输出端耦合到所述第二二极管的阳极。

所述控制模块为PWM(脉冲宽度调制)控制器件。

进一步地，还包括电流调节模块，所述电流调节模块包括：信号采样电路，其用于采集开关电源直流电压输出模块的输出电流信号并将其转化为采样点电压信号；限流调节电路，其用于提供限流参考电压信号并根据所述限流参考电压信号和所述采样点电压信号生成电流调节信号；所述信号采集电路的输入端耦合到开关电源直流电压输出模块的输出负端，其输出端耦合到所述限流调节电路的输入端，所述限流调节电路的输出端耦合到所述控制模块的电流调节输入端。

所述信号采样电路包括采样电阻，所述限流调节电路包括第二电位器、第三电位器和第三比较器；

所述采样电阻以其一端耦合于开关电源直流电压输出模块的输出负端的方式串接于开关电源直流电压输出模块的输出回路中，其另一端还接至所述第二电位器；所述第二电位器的调节端耦合到所述第三比较器的同相输入端以及所述第三电位器一端，所述第三电位器的另一端接辅助电源正端，所述第三比较器的反相输入端耦合到地，其输出端接所述第四二极管的阴极，所述第四二极管的阳极接所述控制模块的电流调节输入端。

本发明有益的技术效果在于：

1)本发明中，电压调节模块将来自辅助电源的电压信号以连续可调的方式变换为输出电压信号后提供给控制模块，控制模块根据该输出电压信号进行处理，向直流电压输出模块的开关器件输出相应占空比的开关控制信号，这样开关电源直流电压输出模块的开关器件受该开关控制信号控制，通过开关变换器作用，最后即可得到发生了相应变化的输出电压，从而满足负载对不同工作电压的需求。

2)优选方式下，本发明的开关电源控制电路具有用于实现稳压输出的稳压电路，通过稳压电路采样直流电压输出模块的输出电压信号，利用所采样的电压信号对电压调节模块的输出电压信号进行调整，可达到直流电压输出模块的输出电压稳压的目的；还可包括过压保护模块，过压保护模块采样直流电压输出模块输出的电压信号，与基准电压信号进行比较处理后输出过压保护调节信号，控制模块根据该信号调整开关控制信号，达到过压保护的目的。

3)优选方式下，本发明的开关电源控制电路具有电流调节模块，其中信号采样电路采集直流电压输出模块的输出电流信号并将其转化为采样点电压信号，其中限流调节电路提供限流参考电压信号并根据限流参考电压信号、采样点电压信号生成电流调节信号，控制模块再根据该信号调整开关控制信号，从而实现输出电流的限流调控。上述改进使得本发明使用方便，具有动态负载能力，能有效适用于容性、感性负载供电设备。

附图说明

图1是本发明一种实施方式的电路结构框图；

图2是本发明另一种实施方式的电路结构框图；

图3是本发明具体实施方式的电路原理图。

具体实施方式

以下通过具体的实施方式并结合附图对本发明作进一步详细的描述。

实施例一：

如图1所示，本实施例的开关电源的输出控制电路包括辅助电源1、控制模块2和电压调节模块3。辅助电源1耦合至控制模块2和电压调节模块3，为控制模块2和电压调节模块3提供-6V电压和+12V电压。为使开关电源输出恒定的直流电压，还可以进一步包括稳压电路4，还可以进一步包括过压保护模块5，稳压电路4的输入端接开关电源直流电压输出模块的输出正端，电压调节模块3、稳压电路4的输出端连接控制模块1的电压调节输入端，过压保护模块5的输入端接开关电源直流电压输出模块的输出正端，过压保护模块5的输出端接控制模块1的过压保护输入端。控制模块1的输出端接开关电源直流电压输出模块中的开关器件的控制端，开关电源直流电压输出模块的输出端接负载。

开关电源输出控制电路的具体电路图请参见图3。本实施例中控制模块2采用控制芯片，例如采用PWM控制器IC1，具体芯片的型号可以选用SG3532。电路中各比较器所选用芯片的型号为LM324。辅助电源的正端VCC+输出为+12V、负端VCC-输出为-6V。

控制模块2其作用是根据控制输出一定占空比的PWM波至开关电源直流电压输出模块中的开关器件的控制端，控制开关的导通和断开，从而控制输出的电压。

如图3所示，电压调节模块3包括第一电位器VR5和第一三极管Q9，第一电位器VR5一端耦合到辅助电源正端VCC+，另一端接一基准信号，基准信号可为任一基准电平，例如基准电平可取自控制芯片IC1的+5.1V的基准电平信号Vref，第一电位器VR5的调节端耦合到第一三极管Q9的基极，第一三极管Q9的发射极耦合至辅助电源正端VCC+，第一三极管Q9的集电极接PWM控制芯片IC1的1脚即其电压调节输入端。实际电路中，还包括第一三极管Q9的外围元件，例如第一电阻R22接于辅助电源正端VCC+与第一三极管Q9发射极之间，第二电阻R23接于辅助电源正端VCC+与第一电位器VR5之间，第三电阻R24接于第一三极管Q9基极与第一电位器VR5的调节端之间，第一电解电容C19的正极接第一三极管Q9的发射极，负极接其基极，第二电解电容C20的正极接第一三极管Q9的基极，负极接地。还可以包括低压保护电路，其中，第二三极管Q8基极通过第四电阻R25接辅助电源正端VCC+，集电极接控制芯片IC1的电压调节输入端，发射极接第一二极管D18的阴极和第三电解电容C21的正极，第三电解电容C21的负极接地，第一二极管D18的阳极接辅助电源正端VCC+。

稳压电路4包括串接在开关电源直流电压输出模块的输出正端OUTPUT+V与地之间的第一分压电阻R8和第二分压电阻R2，第一分压电阻R8和第二分压电阻R27的连接节点与所述第一三极管Q9的集电极相连，并一齐接至PWM控制芯片IC1的1脚。

本实施例开关电源输出电压调节和输出稳压的工作原理：

当对第一电位器VR5进行调节时，将使得第一三极管Q9的基极电压改变，由三极管特性知，第一三极管Q9集电极C的电压也发生相应变化。因此，PWM控制芯片IC1的1脚电压也将发生变化。PWM控制芯片IC1接收从1脚输入的电压调节信号，经处理后生成相应的开关驱动控制信号(PWM波)向直流电压输出模块的开关器件的控制端输出。例如，本实施例开关电源直流电压输出模块采用半桥式电路，因此由PWM控制芯片IC1的11、14脚分别输出两路驱动控制信号Drive A和Drive B至相应的开关管。驱动控制信号Drive A和Drive B的PWM脉宽发生了变化，即改变了PWM控制信号的占空比从而实现对各开关管通断的调控。直流电压输出模块在开关管作用下生成的电信号通过高频变压器进行转化，再经整流滤波最终得到产生了相应变化的输出电压，满足负载对不同工作电压的需求。

低压保护电路的作用：当辅助电源正端VCC+的电压信号低，Q8导通，PWM控制芯片IC1的1脚电平拉高输入高电平信号，11脚、14脚输出DriveA、DriveB的PWM信号会关闭，达到低压保护关断输出目的。反之当VCC+高，Q8不导通，不影响Q9产生的PWM变化对IC1的1脚控制。

稳压电路4通过第一分压电阻R8、第二分压电阻R27采样直流电压输出模块的输出电压OUTPUT+V，反馈至PWM控制芯片IC1的1脚。稳压电路根据所采样的主电路的输出电压来调整来自电压调节模块3的电压调节信号。PWM控制芯片IC1从1脚接收的增加了稳压作用的电压调节信号，经处理后生成相应的开关驱动控制信号向主电路开关器件的控制端输出，因此，控制电路在输出电压可调的基础上实现稳压功能。

过压保护模块5包括第一比较器IC2D、第六电阻R36、第七电阻R37、第二二极管D21，在具体电路中，为了效果更好还可以包括第一电容C31、第四电解电容C32、第八电阻R38。第一电容C31接于第一比较器IC2D的同、反相输入端之间，第七电阻R37接于开关电源主电路的输出正端OUTPUT+V和第一比较器IC2D的同相输入端之间，第一比较器IC2D的同相输入端还通过第六电阻R36接地，其反相输入端接基准电平信号Vref，其输出端通过串接的第八电阻R38和第二二极管D21接至PWM控制芯片IC1的10脚即其电压保护输入端，第二二极管D21的阴极接电压保护输入端，第一比较器IC2D的电源输入正端接第四电解电容C32的正极，第四电解电容C32的阴极接地。

本实施例开关电源输出过压保护的工作原理：

过压保护模块5通过第六电阻R36和第七电阻R37采样开关电源直流电压输出模块的输出电压OUTPUT+V，采样电压信号经过第一比较器IC2D与取自控制芯片IC1的基准电平信号Vref进行比较。当采样电压信号高于基准电平信号Vref时，由第一比较器IC2D的14脚输出高电平信号经第二二极管D21反馈至PWM控制芯片IC1的10脚，PWM控制芯片IC1根据接收到高电平信号，相应地进行过压保护处理，使得从其11、14脚输出的驱动控制信号Drive A和Drive B的PWM脉宽变窄，即减小PWM有效信号的占空比，控制开关管的通断动作，从而降低开关电源直流电压输出模块的输出电压，达到过压保护的效果。

另一方面，过压保护模块5还可以进一步包括第二比较器IC2C、第二电容C30、第九电阻R32、第十电阻R33和第十一电阻R34。第二电容C30接于第二比较器IC2C的同、反相输入端之间，第九电阻R32接于辅助电源正端VCC+与第二比较器IC2C的反相输入端之间，第二比较器IC2C的反相输入端还通过第十电阻R33接地，其同相输入端接基准电平信号Vref，其输出端通过第十一电阻R34接第二二极管D21的阳极。

通过第九电阻R32、第十电阻R33采样辅助电源正端VCC+的电压信号，采样电压信号经过第二比较器IC2C与取自控制芯片IC1的基准电平信号Vref进行比较。当采样电压信号高于基准电平信号Vref时，由第二比较器IC2D的8脚输出高电平信号经第二二极管D21反馈至PWM控制芯片IC1的10脚，PWM控制芯片IC1根据接收到高电平信号，相应地进行过压保护处理。

实施例二：

在实施例一的基础上增加了电流调节模块，电流调节模块包括信号采样电路6和限流调节模块7。如图2所示，信号采样电路6的输入端接开关电源直流电压输出模块的输出端，信号采样电路6的输出端接限流调节模块7的输入端，限流调节模块7的输出端接控制模块的电流调节输入端。

信号采样电路6包括采样电阻锰铜丝R0(为了描述的方便，图3所示的信号采样电路6包含了被采样信号回路)，限流调节电路7包括第二电位器VR2、第三电位器VR4、第三比较器IC2A和第四二极管D17；在具体电路中，为了效果更好还可包括第一辅助电阻R11、第二辅助电阻R12、第三辅助电阻R13、第三二极管D16、接地电阻R14、第三电容C16、第四辅助电阻R15。采样电阻锰铜丝R0一端耦合于直流电压输出模块的输出负端OUTPUT-，接在负载RL一端，另一端接第二电位器VR2，同时通过储能电感L1耦合至直流电压输出模块的变压器次级绕组中心抽头；第二电位器VR2另一端通过串接的第一辅助电阻R11和第三辅助电阻R13接至第三二极管D16的阴极和第三比较器IC2A的输入正端。第三电位器VR4一端接辅助电源正端VCC+，为电路提供限流参考电压信号，其另一端通过第二辅助电阻R12接第一辅助电阻R11和第三辅助电阻R13连结点。第三二极管D16的阳极接第三比较器IC2A的输入负端，第三比较器IC2A的输入负端还通过接地电阻R14接地，第三电容C16和第四辅助电阻R15串接于第三比较器IC2A的输入负端和输出端之间。第三比较器IC2A的输出端接第四二极管D17的阴极，第四二极管D17的阳极接PWM控制芯片IC1的8脚即其电流调节输入端。

本实施例开关电源输出限流调节的工作原理：

信号采样电路6采样直流电压输出模块输出的电流信号，并将其转化为采样点电压信号传至限流调节电路7，限流调节电路7提供限流参考电压信号，并根据上述限流参考电压信号和采样点电压信号生成电流调节信号后送至PWM控制芯片IC1的电流调节输入端(第8脚)。

信号采样电路6中，采样电阻锰铜丝R0通过储能电感L1接至直流电压输出模块变压器次级绕组而形成采样电流通路，采样电阻R0与第二电位器VR2的连接节点为限流采样点B，B点电压V_B随负载RL变化而改变。接采样信号端的第一辅助电阻R11和接参考信号端的第二辅助电阻R12相接形成连续可调限流点C，C点电压即连续可调限流点电压V_c可以通过第二电位器VR2连续调节。同时，通过第三电位器VR4、第二辅助电阻R12引入了限流参考电压信号，因此，调整第三电位器VR4可设定连续可调限流点C的最大参考电压，规定该最大参考电压为V_A，则|V_B-V_A|的电压范围为限流点C的连续可调节电压。限流调节过程中，当负载变化引起输出电流变动，连续可调限流点电压V_c与通过第三电位器VR4设定的最大参考电压V_A相比较，只要|V_C|＞|V_A|(C点电压由直流电压输出模块输出负端采样得到，为负值)，第三比较器IC2A的3脚电压成为低电平，经与2脚电压进行比较，由第三比较器IC2A输出端即其1脚输出低电平信号。该低电平信号经过第四二极管D17反馈至PWM控制芯片IC1的电流调节输入端即8脚。PWM控制芯片IC1检测到该限流调节信号，将降低输出的PWM波占空比，以此调整主电路开关管的通断状况，从而达到限流、恒定电流目的。上述工作过程可示意如下：根据采样电流I＝V_out/RL，RL↓-I↑-V_B↑-V_C↑-IC2A的1脚↓-D17↓-IC1的8脚↓-PWM↓-V_out↓-I↓。以上就是一次限流调节的闭环过程。另一方面，只要|V_C|＜|V_A|，第三比较器IC2A的3脚电压为高电平，经过与2脚电压比较，由第三比较器IC2A的1脚输出高电平信号，该经过第四二极管D17隔离作用，不影响PWM控制芯片IC1的8脚电压，同样达到恒流目的。调节第二电位器VR2和第三电位器VR4可以改变限流条件，即限流可调。例如，当调整第三电位器VR4使得连续可调限流点C的最大参考电压V_A增大时，或者，当调整第二电位器VR2使得连续可调限流点C电压V_c减小时，将提高PWM控制芯片IC1进行限流控制的门槛，即使得负载可使用的输出电流的取值增大。

综上所述，本实施例的开关电源控制电路能实现电压可调、电流可调，使用方便。它具有动态负载能力，适合应用于容性、感性负载供电设备。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种开关电源的输出控制电路，包括辅助电源(1)、控制模块(2)和电压调节模块(3)，所述辅助电源(1)的输出端耦合至所述控制模块(2)和所述电压调节模块(3)，所述电压调节模块(3)的输出端耦合至所述控制模块(2)的输入端，所述控制模块(2)的输出端耦合至开关电源直流电压输出模块中开关器件的控制端，其特征在于，所述电压调节模块(3)将来自辅助电源(1)的电压信号以连续可调的方式变换为输出电压信号后提供给所述控制模块(2)，所述控制模块(2)根据该输出电压信号向开关电源直流电压输出模块中的开关器件输出开关控制信号。

2.根据权利要求1所述的开关电源的输出控制电路，其特征在于，所述电压调节模块(3)包括第一电位器(VR5)和第一三极管(Q9)，所述第一电位器(VR5)一端耦合到辅助电源正端(VCC+)，另一端接基准电平信号(Vref)，其调节端耦合到所述第一三极管(Q9)的基极，所述第一三极管(Q9)的发射极耦合到辅助电源，集电极耦合到所述控制模块(2)的电压调节输入端。

3.根据权利要求2所述的开关电源的输出控制电路，其特征在于，还包括稳压电路(4)，所述稳压电路(4)的输入端耦合到开关电源直流电压输出模块的输出正端(OUTPUT+V)，输出端耦合到所述控制模块(2)的电压调节输入端。

4.根据权利要求3所述的开关电源的输出控制电路，其特征在于，所述稳压电路包括串接在地与开关电源直流电压输出模块的输出正端(OUTPUT+V)之间的第一分压电阻(R8)和第二分压电阻(R27)，所述第一分压电阻(R8)和第二分压电阻(R27)的连接节点与所述第一三极管(Q9)的集电极相连。

5.根据权利要求2所述的开关电源的输出控制电路，其特征在于，还包括过压保护模块(5)，所述过压保护模块(5)输入端采集开关电源直流电压输出模块的输出正端(OUTPUT+V)输出的电压，输出端耦合到所述控制模块(2)的过压保护输入端。

6.根据权利要求5所述的开关电源的输出控制电路，其特征在于，所述过压保护模块(5)包括第一比较器(IC2D)、第六电阻(R36)、第七电阻(R37)和第二二极管(D21)；

所述第六电阻(R36)和第七电阻(R37)串接在地和开关电源直流电压输出模块的输出正端(OUTPUT+V)之间；所述第一比较器(IC2D)的同相输入端耦合到第六电阻(R36)和第七电阻(R37)的连接节点，其反相输入端接基准电平信号(Vref)，其输出端耦合到第二二极管(D21)的阳极，所述第二二极管(D21)的阴极耦合到所述过压保护输入端。

7.根据权利要求6所述的开关电源的输出控制电路，其特征在于，所述过压保护模块还包括第二比较器(IC2C)、第九电阻(R32)和第十电阻(R33)；

所述第九电阻(R32)和第十电阻(R33)串接在辅助电源正端(VCC+)和地之间，所述第二比较器(IC2C)的反相输入端耦合到第九电阻(R32)和第十电阻(R33)的连接节点，其同相输入端接基准电平信号Vref，其输出端耦合到所述第二二极管(D21)的阳极。

8.根据权利要求1所述的开关电源的输出控制电路，其特征在于，所述控制模块(2)为PWM控制器件。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的开关电源的输出控制电路，其特征在于，还包括电流调节模块，所述电流调节模块包括：信号采样电路(6)，其用于采集开关电源直流电压输出模块的输出电流信号并将其转化为采样点电压信号；限流调节电路(7)，其用于提供限流参考电压信号并根据所述限流参考电压信号和所述采样点电压信号生成电流调节信号；所述信号采集电路(6)的输入端耦合到开关电源直流电压输出模块的输出负端(OUTPUT-V)，其输出端耦合到所述限流调节电路(7)的输入端，所述限流调节电路(7)的输出端耦合到所述控制模块(2)的电流调节输入端。

10.根据权利要求9所述的开关电源的输出控制电路，其特征在于，所述信号采样电路(6)包括采样电阻(R0)，所述限流调节电路(7)包括第二电位器(VR2)、第三电位器(VR4)和第三比较器(IC2A)；

所述采样电阻(R0)以其一端耦合于开关电源直流电压输出模块的输出负端(OUTPUT-)的方式串接于开关电源直流电压输出模块的输出回路中，其另一端还接至所述第二电位器(VR2)；所述第二电位器(VR2)的调节端耦合到所述第三比较器(IC2A)的同相输入端以及所述第三电位器(VR4)一端，所述第三电位器(VR4)的另一端接辅助电源正端(VCC+)，所述第三比较器(IC2A)的反相输入端耦合到地，其输出端接所述第四二极管(D17)的阴极，所述第四二极管(D17)的阳极接所述控制模块的电流调节输入端。

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