CN104092369B - 一种基于数字光耦的开关电源反馈电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于数字光耦的开关电源反馈电路，包括电感、电容、二极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、数字光耦，其中，数字光耦、电感、电容、二极管、第三电阻构成降压变换器电路。采用本发明的电路结构实现了开关电源输出反馈的光隔离，同时确保了开关电源的高稳定度输出。

Description

一种基于数字光耦的开关电源反馈电路

技术领域

本发明属于电路设计领域，涉及一种基于数字光耦的开关电源反馈电路，适用于卫星及其他需要实现高稳定度输出功能的开关电源电路。

背景技术

目前，航天器开关电源的反馈技术多采用绕组反馈的方式，这种方式虽然简单，但精度较低，导致开关电源输出电压稳定度较差；民用开关电源中多采用模拟光耦的反馈方式，这种反馈方式简单灵活，可确保开关电源输出电压具有高稳定度；但由于模拟光耦在空间环境中受到辐照后，其精度会急剧下将，会导致开关电源输出不稳定。

因此，需要研制一种结构简单、功能可靠的反馈电路，使其能够在实现隔离反馈的同时，实现开关电源的高稳定度输出。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术中绕组反馈电路输出电压稳定度不够的问题，提供一种基于数字光耦的开关电源反馈电路。

本发明采用的技术方案包括：

一种基于数字光耦的开关电源反馈电路，其特征在于，包括数字光耦、第一电阻、第二电阻、电感、电容、二极管、以及第三电阻，其中，数字光耦包括发光二极管、光探测二极管、第一三极管、以及第二三极管，并且数字光耦、电感、电容、二极管、第三电阻构成降压变换器电路，并且其中，

发光二极管的阳极接外部的脉冲信号的正极，发光二极管的阴极接脉冲信号的阴极；第二三极管的发射极与电感的一端以及二极管的阴极相连；第三电阻的一端与电容的一端并联连接至电感的另一端，第三电阻的另一端与电容的另一端、以及二极管的阳极共同连接至供电电压的负极端；第一三极管的集电极与光探测二极管的阴极并联连接至第一电阻的一端；第一电阻的另一端与第二电阻的一端并联连接至供电电压的正极端；并且第二电阻的另一端连接至第二三极管的集电极。

与现有技术相比，根据本发明的基于数字光耦的开关电源反馈电路的有益效果包括：

(1)该电路在解决开关电源原边、副边隔离的同时，实现了开关电源高稳定度的输出，对提高卫星控制与推进分系统的控制精度具有重要意义。

(2)该电路结构简单，功耗较小，在实现开关电源高稳定度输出的同时，能够确保其具有较高的转换效率，对提高卫星的控制与推进分系统的可靠性具有重要意义。

附图说明

图1为根据本发明的基于数字光耦的开关电源反馈电路示意图；

图2为根据本发明的电路的工作原理图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对根据本发明的基于数字光耦的开关电源反馈电路做进一步详细的说明。

如图1所示，根据本发明的基于数字光耦的开关电源反馈电路包括数字光耦V1、第一电阻R1、第二电阻R2、电感L1、电容C1、二极管D1、以及第三电阻R3，其中，数字光耦V1包括发光二极管Z1、光探测二极管Z2、第一三极管Q1、第二三极管Q2。并且数字光耦V1、电感L1、电容C1、二极管D1、第三电阻R3构成降压变换器(BUCK)电路。

数字光耦V1中的发光二极管Z1的阳极接外部的脉冲信号(Pulse)的正极，发光二极管Z1的阴极接脉冲信号(Pulse)的阴极。数字光耦V1中用于对信号进行第二级放大的第二三极管Q2的发射极与电感L1的一端以及二极管D1的阴极相连。第三电阻R3的一端与电容C1的一端并联连接至电感L1的另一端，第三电阻R3的另一端与电容C1的另一端、以及二极管D1的阳极共同连接至供电电压Vcc的负极端。数字光耦内部用于对信号进行一级放大的第一三极管Q1的集电极与光探测二极管Z2的阴极并联连接至第一电阻R1的一端；第一电阻R1的另一端与第二电阻R2的一端并联连接至供电电压Vcc的正极端；第二电阻R2的另一端连接至第二三极管Q2的集电极。

根据本发明的电路，当发光二极管Z1的阳极输入脉冲信号时，发光二极管Z1会发出一定波长的光；光探测二极管Z2接收到发光二极管Z1发出的光后产生光电流；光电流经过第一三极管Q1和第二三极管Q2进行两级放大后输出，完成了电—光—电的转换，起到输入、输出隔离的作用。其中，设脉冲信号(Pulse)的频率为f，占空比为D。经过发光二极管Z1和光探测二极管Z2进行光隔离后，驱动第一三极管Q1和第二三极管Q2开启和关断，与电感L1、电容C1、二极管D1、第三电阻R3一起将脉冲信号(Pulse)转换为直流电压Vo。直流电压Vo的幅值与脉冲信号的占空比D成正比例关系。脉冲信号(Pulse)即为开关电源变压器副边输出整流管前端的脉冲电压，该脉冲电压经过整流管整流后的电压即为开关电源的输出电压。直流电压Vo即与开关电源输出电压成正比。因此，开关电源的输出电压经数字光耦隔离后，反馈至开关电源的控制电路，实现了开关电源的高稳定度输出。

下面结合图2说明根据本发明的基于数字光耦的开关电源反馈电路的工作原理：

t0时刻，数字光耦V1内部的发光二极管Z1导通，数字光耦V1内部的光探测二极管Z2导通，第一三极管Q1的基极-发射极电压(Vbe)大于第一三极管Q1的基极-发射极开启阈值电压(Vbeth)，第一三极管Q1进入放大区，第一三极管Q1的发射极电位等于供电电压Vcc，此时，第二三极管Q2的基极-发射极电压(Vbe)大于其基极-发射极开启阈值电压(Vbeth)，第二三极管Q2进入放大区，此时电感L1上的电流增加，电感L1储存能量，同时电感L1对电容C1充电。

t1时刻，数字光耦V1内部的发光二极管Z1正向输入为低电平，发光二极管Z1停止工作，光探测二极管Z2关断，第一三极管Q1的基极-发射极电压(Vbe)小于其基极-发射极开启阈值电压(Vbeth)，第一三极管Q1退出饱和区，第二三极管Q2的基极电流减小，第二三极管Q2的工作状态由放大区转向截至区，电感L1上的电流逐渐减小。

t3时刻，电感L1通过二极管D1续流，第二三极管Q2的发射极电位下降到-0.7V，并被钳位在-0.7V。

t4时刻，第二三极管Q2完全截止，第二三极管Q2的集电极电位上升，电感L1电流通过第三电阻R3和二极管D1续流。

t5时刻，第二三极管Q2的集电极电位上升到Vcc。电感L1继续通过第三电阻R3和二极管D1续流，电容C1通过第三电阻R3放电，维持输出电压Vo的稳定直到下一周期的开始。

优选地，本发明电路中各器件的具体型号如下：

第一电阻R1：RMK2012-1/10W-1KΩ

第二电阻R2：RMK2012-1/10W-1KΩ

第三电阻R3：RMK2012-1/10W-1KΩ

数字光耦V1：HCPL6750

电感L1：HYL2460

二极管D1：1N4148

电容C1：CT41L-50V-0.1uF。

在此，需要说明的是，本说明书中未详细描述的内容，是本领域技术人员通过本说明书中的描述以及现有技术能够实现的，因此，不做赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非用来限制本发明的保护范围。对于本领域的技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，可以对本发明做出若干的修改和替换，所有这些修改和替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于数字光耦的航天器开关电源反馈电路，其特征在于，包括数字光耦(V1)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、电感(L1)、电容(C1)、二极管(D1)、以及第三电阻(R3)，其中，数字光耦(V1)包括发光二极管(Z1)、光探测二极管(Z2)、第一三极管(Q1)、以及第二三极管(Q2)，并且数字光耦(V1)、电感(L1)、电容(C1)、二极管(D1)、第三电阻(R3)构成降压变换器电路，并且其中，

发光二极管(Z1)的阳极接外部的脉冲信号的正极，发光二极管(Z1)的阴极接脉冲信号的阴极；第二三极管(Q2)的发射极与电感(L1)的一端以及二极管(D1)的阴极相连；第三电阻(R3)的一端与电容(C1)的一端并联连接至电感(L1)的另一端，第三电阻(R3)的另一端与电容(C1)的另一端、以及二极管(D1)的阳极共同连接至供电电压(Vcc)的负极端；第一三极管(Q1)的集电极与光探测二极管(Z2)的阴极并联连接至第一电阻(R1)的一端；第一电阻(R1)的另一端与第二电阻(R2)的一端并联连接至供电电压(Vcc)的正极端；并且第二电阻(R2)的另一端连接至第二三极管(Q2)的集电极；第一三极管(Q1)的发射极连接第二三极管(Q2)的基极；第一三极管(Q1)的基极与光探测二极管(Z2)的阳极相连；第二三极管(Q2)的基极与第二三极管(Q2)的发射极之间连接一电阻；

脉冲信号为开关电源变压器副边输出整流管前端的脉冲电压，该脉冲电压经过整流管整流后的电压即为开关电源的输出电压。