CN102185485A - 反馈输出电压误差信号的开关电源磁隔离反馈电路 - Google Patents

反馈输出电压误差信号的开关电源磁隔离反馈电路 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种反馈输出电压误差信号的开关电源磁隔离反馈电路。本发明提供了一种反馈输出电压误差信号的开关电源磁隔离反馈电路，包括：输出电压比较单元，用于对DC/DC开关电源的输出电压Vout进行采样、比较和补偿，得到输出电压误差信号；磁隔离反馈单元，用于对所述输出电压比较单元得到的输出电压误差信号斩波，得到脉冲方波信号，并通过磁反馈变压器将信号传送到原边；整流单元，用于对所述磁隔离反馈单元得到的脉冲方波信号进行半波整流，得到反馈电压Vfb并输出到原边控制芯片，以实现输出电压的闭环控制。本发明的有益效果是：电路简单，元器件用量少；适用范围广，可广泛应用于需要磁隔离反馈的应用中；抗辐照和干扰能力强。

Description

反馈输出电压误差信号的开关电源磁隔离反馈电路
技术领域
本发明涉及开关电源，尤其涉及开关电源中的一种反馈输出电压误差信号的开关电源磁隔离反馈电路。
背景技术
目前开关电源的隔离反馈方式有两种：光耦隔离反馈和磁隔离反馈。光耦隔离反馈方式依靠光耦的线性工作区将输出电压误差信号隔离反馈到原边控制器，进行脉冲宽度调节，进而实现整体电源稳压控制。此种反馈方式的缺点是需要利用光耦的线性工作区进行隔离反馈，而光耦器件在线性工作区的传输比容易随温度和时间发生漂移，而且抗辐照能力差。这些都会影响到隔离反馈的精度和稳定性，从而影响到整个电源的闭环控制特性，不适合在航天航空以及地下等恶劣应用环境中长期运行。
磁隔离反馈比较通用的方法是采用UC1901集成芯片，其存在的不足包括：
1、    所用器件多、电路复杂，成本较高；
2、    补偿环节多，调试周期长；
3、    UC1901的抗辐照总剂量较低，不满足长寿命航天器的应用要求。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种反馈输出电压误差信号的开关电源磁隔离反馈电路。
本发明提供了一种反馈输出电压误差信号的开关电源磁隔离反馈电路，包括：
输出电压比较单元，用于对DC/DC开关电源的输出电压Vout进行采样、比较和补偿，得到输出电压误差信号；
磁隔离反馈单元，用于对所述输出电压比较单元得到的输出电压误差信号斩波，得到脉冲方波信号，并输出脉冲方波信号到原边；
整流单元，用于对所述磁隔离反馈单元得到的脉冲方波信号进行半波整流，将输出电压误差信号，得到反馈电压Vfb并输出到原边控制芯片，以实现输出电压的闭环控制；
变压器去磁单元，用于对所述磁隔离反馈单元进行去磁。
作为本发明的进一步改进，所述输出电压比较单元包括运算放大器M1、电阻R1、R2和基准电压Vref，其中，DC/DC开关电源的输出电压Vout通过电阻R1和R2分压采样，得到采样电压Vs，电阻R1的另一端连接副边地；运算放大器M1的反相输入端连接采样电压Vs，运算放大器M1的同相输入端连接基准电压Vref；运算放大器M1的输出端连接磁隔离反馈单元，输出电压Vout通过电阻R1和R2分压采样与基准电压Vref做比较，所得到的输出电压误差值Vfb由运算放大器M1输出到所述磁隔离反馈单元。
作为本发明的进一步改进，所述运算放大器M1的反相输入端和输出端之间并联有补偿网络K1。
作为本发明的进一步改进，所述电阻R2两端并联有补偿网络K1。
作为本发明的进一步改进，所述磁隔离反馈单元包括磁隔离反馈变压器T1、MOSFET开关Q1和驱动变压器T2，其中，运算放大器M1的输出端连接磁隔离反馈变压器T1的1端口，磁隔离反馈变压器T1的2端口连接MOSFET开关Q1的一端，MOSFET开关Q1的另一端连接副边地，磁隔离反馈变压器T1的3端口连接整流电路，磁隔离反馈变压器T1的4端口接原边地，所述驱动变压器T2驱动所述MOSFET开关Q1。
作为本发明的进一步改进，所述输出电压比较单元还包括PNP三极管Q3，所述运算放大器M1的输出端与PNP三极管Q3的基极连接，PNP三极管Q3的发射极通过上拉电阻R6连接到DC/DC开关电源的输出电压Vout，Q3的发射极与磁隔离反馈变压器T1的1端口连接。
作为本发明的进一步改进，所述整流单元包括二极管D1、电容C1和电阻R3，其中，磁隔离反馈变压器T1的3端口连接二极管D1的一端，二极管D1的另一端连接电阻R3和电容C1，电阻R3和电容C1的另一端连接原边地。
作为本发明的进一步改进，所述变压器去磁单元包括电阻R4、R5和PNP三极管Q2，其中，磁隔离反馈变压器T1的3端口连接电阻R5的一端，二极管D1的另一端连接电阻R3、R4和电容C1，电阻R4的另一端连接PNP三极管Q2的发射极，PNP三极管Q2的集电极连接原边地，PNP三极管Q2的基极连接电阻R5的另一端。
作为本发明的进一步改进，所述输出电压比较单元包括三端稳压芯片TL431和电阻R1、R2、R7，其中，DC/DC开关电源的输出电压Vout通过电阻R1和R2分压采样，得到采样电压Vs，电阻R1的另一端连接副边地和三端稳压芯片TL431的阳极；三端稳压芯片TL431的参考极连接采样电压Vs，三端稳压芯片TL431的阴极连接所述磁隔离反馈单元，电阻R7一端连接TL431的阴极，另一端连接DC/DC开关电源的输出电压Vout。
作为本发明的进一步改进，三端稳压芯片TL431的参考极和阴极之间或者电阻R2的两端之间并联有补偿网络K1。
本发明的有益效果是：电路简单，元器件用量少；适用范围广，可广泛应用于需要磁隔离反馈的应用中；抗辐照和干扰能力强。
附图说明
图1是本发明一种反馈输出电压误差信号的开关电源磁隔离反馈电路的原理示意简图；
图2是本发明所述反馈输出电压误差信号的开关电源磁隔离反馈电路的第一实施例的电路示意图；
图3是本发明所述反馈输出电压误差信号的开关电源磁隔离反馈电路的第二实施例的电路示意图；
图4是本发明所述反馈输出电压误差信号的开关电源磁隔离反馈电路的第三实施例的电路示意图；
图5是本发明所述反馈输出电压误差信号的开关电源磁隔离反馈电路的第四实施例的电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。
图1至图5中的附图标号为：输出电压比较单元1；磁隔离反馈单元2；整流单元3；变压器去磁单元4。
如图1所示，一种反馈输出电压误差信号的开关电源磁隔离反馈电路，包括：
输出电压比较单元1，用于对DC/DC开关电源的输出电压Vout进行采样、比较和补偿，得到输出电压误差信号；
磁隔离反馈单元2，用于对所述输出电压比较单元1得到的输出电压误差信号斩波，得到脉冲方波信号，并输出脉冲方波信号到原边；
整流单元3，用于对所述磁隔离反馈单元2得到的脉冲方波信号进行半波整流，将输出电压误差信号，得到反馈电压Vfb并输出到DC/DC开关电源，以实现输出电压的闭环控制；
变压器去磁单元4，用于对所述磁隔离反馈单元2进行去磁。
请参考图2中的所述反馈输出电压误差信号的开关电源磁隔离反馈电路的第一实施例的电路示意图，所述输出电压比较单元1包括运算放大器M1、电阻R1、R2和基准电压Vref，其中，DC/DC开关电源的输出电压Vout通过电阻R1和R2分压采样，得到采样电压Vs，电阻R1的另一端连接副边地；运算放大器M1的反相输入端连接采样电压Vs，运算放大器M1的同相输入端连接基准电压Vref；运算放大器M1的输出端连接磁隔离反馈单元2，输出电压Vout通过电阻R1和R2分压采样与基准电压Vref做比较，所得到的输出电压误差值Vfb由运算放大器M1输出到所述磁隔离反馈单元。
如图2所示，可根据被控对象的情况可以选择不同类型的补偿网络，所述运算放大器M1的反相输入端和输出端之间可以并联有补偿网络K1，所述电阻R2两端也可以并联有补偿网络K1。
如图2所示，所述磁隔离反馈单元2包括磁隔离反馈变压器T1、MOSFET开关Q1和驱动变压器T2，其中，运算放大器M1的输出端连接磁隔离反馈变压器T1的1端口，磁隔离反馈变压器T1的2端口连接MOSFET开关Q1的一端，MOSFET开关Q1的另一端连接副边地，磁隔离反馈变压器T1的3端口连接整流电路，磁隔离反馈变压器T1的4端口接原边地，所述驱动变压器T2驱动所述MOSFET开关Q1。
如图2所示，所述整流单元3包括二极管D1、电容C1和电阻R3，其中，磁隔离反馈变压器T1的3端口连接二极管D1的一端，二极管D1的另一端连接电阻R3和电容C1，电阻R3和电容C1的另一端连接原边地。
如图2所示，所述变压器去磁单元4包括电阻R4、R5和PNP三极管Q2，其中，磁隔离反馈变压器T1的3端口连接电阻R5的一端，二极管D1的另一端连接电阻R3、R4和电容C1，电阻R4的另一端连接PNP三极管Q2的发射极，PNP三极管Q2的集电极连接原边地，PNP三极管Q2的基极连接电阻R5的另一端。所述变压器去磁单元4的作用是在每个开关周期对磁隔离反馈变压器T1进行去磁，以防止磁隔离反馈变压器发生磁饱和现象。当MOSFET开关Q1在每个周期关断的时候，磁隔离反馈变压器T1的2端和4端感应出高电平，磁隔离反馈变压器的1端和3端感应出低电平。此时Vfb的电压高于磁隔离反馈变压器T1的3端电压，PNP三极管Q2导通，对磁隔离反馈变压器T1进行反向去磁。
如图2和图3所示，MOSFET开关Q1的驱动信号可以来自于DC/DC开关电源发出的时钟信号，通过隔离驱动变压器T2传送到副边，用来驱动MOSFET开关Q1；MOSFET开关Q1的驱动信号也可以是主拓扑副边的脉冲信号，请参阅图3中的所述反馈输出电压误差信号的开关电源磁隔离反馈电路的第二实施例的电路示意图。当MOSFET开关Q1导通时，运算放大器M1的输出电压Vfb由磁隔离反馈变压器T1的1端和2端传到3端和4端，设定磁隔离反馈变压器T1的匝比为1:1，则在3端和4端感应的高电平等于输出电压Vfb。
请参考图4中的所述反馈输出电压误差信号的开关电源磁隔离反馈电路的第三实施例的电路示意图，在运算放大器M1的输出端加入一个PNP三极管Q3，具体为，所述输出电压比较单元包括PNP三极管Q3，运算放大器M1的输出端与PNP三极管Q3的基极连接，PNP三极管Q3的发射极通过上拉电阻R6连接到DC/DC开关电源的输出电压Vout，PNP三极管Q3的发射极与磁隔离反馈变压器T1的1端口连接。此时，磁隔离反馈变压器T1的1端口电压等于Vfb+0.7V，反馈到磁隔离反馈变压器的3端口电压也为Vfb+0.7V，再经过二极管D1的压降，输出电压为Vfb。因此可以更准确的反映运算放大器M1的输出电压Vfb。
请参考图5中的所述反馈输出电压误差信号的开关电源磁隔离反馈电路的第四实施例的电路示意图，用三端稳压芯片TL431来替代运算放大器M1和基准电压Vref，同时也不用考虑运放辅助电源的问题，使得电路更加简单，使用更加方便。具体为，所述输出电压比较单元包括三端稳压芯片TL431和电阻R1、R2、R7，其中，DC/DC开关电源的输出电压Vout通过电阻R1和R2分压采样，得到采样电压Vs，电阻R1的另一端连接副边地和三端稳压芯片TL431的阳极；稳压管TL431的参考极连接采样电压Vs，三端稳压芯片TL431的阴极连接PNP三极管Q3的基极，电阻R7一端连接TL431的阴极，另一端连接DC/DC开关电源的输出电压Vout。
如图5所示，可根据被控对象的情况可以选择不同类型的补偿网络，三端稳压芯片TL431的参考极和阴极之间可以并联有补偿网络K1，或者电阻R2的两端之间也可以并联有补偿网络K1。
本发明提供的一种反馈输出电压误差信号的开关电源磁隔离反馈电路，可将开关电源的输出电压信号通过磁隔离反馈变压器T1传送到DC/DC开关电源，从而实现闭环控制，无需专门的磁隔离反馈控制芯片，电路简单，元器件用量少，抗干扰能力强，可应用于任何需要磁隔离反馈的DC/DC开关电源中。
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)

1.一种反馈输出电压误差信号的开关电源磁隔离反馈电路，其特征在于，包括：
输出电压比较单元，用于对DC/DC开关电源的输出电压Vout进行采样、比较和补偿，得到输出电压误差信号；
磁隔离反馈单元，用于对所述输出电压比较单元得到的输出电压误差信号斩波，得到脉冲方波信号，并输出脉冲方波信号到原边；
整流单元，用于对所述磁隔离反馈单元得到的脉冲方波信号进行半波整流，得到反馈电压Vfb并输出到原边控制芯片，以实现输出电压的闭环控制；
变压器去磁单元，用于对所述磁隔离反馈单元进行去磁。
2.根据权利要求1所述反馈输出电压误差信号的开关电源磁隔离反馈电路，其特征在于：所述输出电压比较单元包括运算放大器M1、电阻R1、R2和基准电压Vref，其中，DC/DC开关电源的输出电压Vout通过电阻R1和R2分压采样，得到采样电压Vs，电阻R1的另一端连接副边地；运算放大器M1的反相输入端连接采样电压Vs，运算放大器M1的同相输入端连接基准电压Vref；运算放大器M1的输出端连接磁隔离反馈单元，输出电压Vout通过电阻R1和R2分压采样与基准电压Vref做比较，所得到的输出电压误差值Vfb由运算放大器M1输出到所述磁隔离反馈单元。
3.根据权利要求2所述反馈输出电压误差信号的开关电源磁隔离反馈电路，其特征在于：所述运算放大器M1的反相输入端和输出端之间并联有补偿网络K1。
4.根据权利要求2所述反馈输出电压误差信号的开关电源磁隔离反馈电路，其特征在于：所述电阻R2两端并联有补偿网络K1。
5.根据权利要求2所述反馈输出电压误差信号的开关电源磁隔离反馈电路，其特征在于：所述磁隔离反馈单元包括磁隔离反馈变压器T1、MOSFET开关Q1和驱动变压器T2，其中，运算放大器M1的输出端连接磁隔离反馈变压器T1的1端口，磁隔离反馈变压器T1的2端口连接MOSFET开关Q1的一端，MOSFET开关Q1的另一端连接副边地，磁隔离反馈变压器T1的3端口连接整流电路，磁隔离反馈变压器T1的4端口接原边地，所述驱动变压器T2驱动所述MOSFET开关Q1。
6.根据权利要求5所述反馈输出电压误差信号的开关电源磁隔离反馈电路，其特征在于：所述输出电压比较单元还包括PNP三极管Q3，所述运算放大器M1的输出端与PNP三极管Q3的基极连接，PNP三极管Q3的发射极通过上拉电阻R6连接到DC/DC开关电源的输出电压Vout，Q3的发射极与磁隔离反馈变压器T1的1端口连接。
7.根据权利要求6所述反馈输出电压误差信号的开关电源磁隔离反馈电路，其特征在于：所述整流单元包括二极管D1、电容C1和电阻R3，其中，磁隔离反馈变压器T1的3端口连接二极管D1的一端，二极管D1的另一端连接电阻R3和电容C1，电阻R3和电容C1的另一端连接原边地。
8.根据权利要求7所述反馈输出电压误差信号的开关电源磁隔离反馈电路，其特征在于：所述变压器去磁单元包括电阻R4、R5和PNP三极管Q2，其中，磁隔离反馈变压器T1的3端口连接电阻R5的一端，二极管D1的另一端连接电阻R3、R4和电容C1，电阻R4的另一端连接PNP三极管Q2的发射极，PNP三极管Q2的集电极连接原边地，PNP三极管Q2的基极连接电阻R5的另一端。
9.根据权利要求1所述反馈输出电压误差信号的开关电源磁隔离反馈电路，其特征在于：所述输出电压比较单元包括三端稳压芯片TL431和电阻R1、R2、R7，其中，DC/DC开关电源的输出电压Vout通过电阻R1和R2分压采样，得到采样电压Vs，电阻R1的另一端连接副边地和三端稳压芯片TL431的阳极；三端稳压芯片TL431的参考极连接采样电压Vs，三端稳压芯片TL431的阴极连接所述磁隔离反馈单元，电阻R7一端连接TL431的阴极，另一端连接DC/DC开关电源的输出电压Vout。
10.根据权利要求9所述反馈输出电压误差信号的开关电源磁隔离反馈电路，其特征在于：三端稳压芯片TL431的参考极和阴极之间或者电阻R2的两端之间并联有补偿网络K1。
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