CN104348344A - 一种降低电源变换器输出纹波的控制电路 - Google Patents

一种降低电源变换器输出纹波的控制电路 Download PDF

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朱昌亚
汤能文
洪光岱
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HUIZHOU JINHU INDUSTRIAL DEVELOPMENT Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种降低电源变换器输出纹波的控制电路，所述输出纹波控制电路连接至电源变换器的输出端和次级辅助电源电路单元，包括第一比较器或运算放大器、输入电阻、增益调节电阻、积分电容和滤波电容，其中，输入电阻连接在电源变换器的输出端和第一比较器或运算放大器的反相端之间，滤波电容连接在第一比较器或运算放大器的同相端和次级辅助电源电路单元的负极之间，增益调节电阻和积分电容串联连接在第一比较器或运算放大器的反相端和输出端之间。采用本发明的控制电路，能够在不使用大容量滤波电容的情况下有效降低电源变换器的输出纹波。

Description

一种降低电源变换器输出纹波的控制电路
技术领域
本发明涉及电子电路的控制技术领域，特别是涉及电源变换器输出纹波滤波技术。
背景技术
目前，电源变换器在工业生产、日常生活用品、智能控制设备中得到了广泛的应用。通常，电源变换器的结构图如图1所示，包括初级整流滤波开关变换电路单元、变压器单元、次级整流滤波电路单元，以将交流输入转变为直流输出。为了输出高质量的直流电力，电源变换器从直流输出端利用输出电压采样单元和/或输出电流采样单元采集电压和/或电流信号，经过电压比较电路和/或电流比较电路之后获得采集到的电压和/或电流信号与次级辅助电源电路单元的信号之间的误差，通过光耦将该误差传输给开关电源控制电路单元，形成反馈以控制初级整流滤波开关变换电路单元。
但是，经过电压比较电路和/或电流比较电路之后获得的误差信号容易出现纹波，由于初级整流滤波开关变换电路单元根据该误差信号工作，这样电源变换器的开关占空比也受到该电压误差信号和/或电流误差信号的变化幅度的影响。这样电源变换器为了满足输出纹波的指标要求，需要在输出端并联大容量的电容，大容量的电容一般用电解电容比较常见。众所周知，电解电容的寿命受电压、纹波电流、温度等因数的影响比较大，不利于提高电源变换器的功率密度和使用寿命，不利于降低电源变换器的成本，采用小容量电容才有可能达到以上目的，要使采用小容量电容又可满足输出纹波的指标要求，必须研究有效可行的方法将电源变换器的输出纹波抑制到最低。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于实现避免使用大容量电容而有效降低电源变换器的输出纹波的电路，以及利用该电路来构建电源变换器。
为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种降低电源变换器输出纹波的控制电路，所述输出纹波控制电路连接至电源变换器的输出端和次级辅助电源电路单元，包括第一比较器或运算放大器、输入电阻、增益调节电阻、积分电容和滤波电容，其中，输入电阻连接在电源变换器的输出端和第一比较器或运算放大器的反相端之间，滤波电容连接在第一比较器或运算放大器的同相端和次级辅助电源电路单元的负极之间，增益调节电阻和积分电容串联连接在第一比较器或运算放大器的反相端和输出端之间。
其中所述输入电阻的阻值大于增益调节电阻阻值。
另外，所述输出纹波控制电路还包括二极管，所述二极管的阴极连接至第一比较器或运算放大器的输出端，所述二极管的阳极连接至输出纹波控制电路的输出端。
另一方面，所述输出纹波控制电路还包括限流电阻，所述限流电阻连接在第一比较器或运算放大器的同相端和次级辅助电源电路单元的正极之间。
所述输出纹波控制电路还包括前级调节电路，当输出纹波控制电路的输入是幅度较小的电流信号或者输入阻抗较高的电压信号时，增强电流信号的信号强度或者增强电压信号的负载能力。
其中，所述前级调节电路包括第二输入电阻、第二增益调节电阻、第三增益调节电阻、第二比较器或运算放大器和第二滤波电容，第二输入电阻连接在电源变换器的输出端和第二比较器或运算放大器的同相端之间，第二增益调节电阻连接在第二比较器或运算放大器的反相端和输出端之间，第三增益调节电阻连接在第二比较器或运算放大器的反相端和次级辅助电源电路单元的负极之间，第二滤波电容连接在第二比较器或运算放大器的同相端和次级辅助电源电路单元的负极之间，第二比较器或运算放大器的输出端连接至输入电阻。
一种电源变换器，包括初级整流滤波开关变换电路单元、变压器单元、次级整流滤波电路单元、输出电压采样单元和/或输出电流采样单元、次级辅助电源电路单元、光耦和开关电源控制电路单元，该电源变换器还包括上述输出纹波控制电路，所述输出纹波控制电路连接至输出电压采样单元和/或输出电流采样单元、次级辅助电源电路单元和光耦，将输出电压采样单元和/或输出电流采样单元采集到的电压和/或电流信号与次级辅助电源电路单元的信号之间的误差滤波控制后，通过光耦传输给所述开关电源控制电路单元。
由于采用以上技术方案，本发明的电源变换器的输出纹波控制电路对输出电压采样单元和/或输出电流采样单元采集到的电压和/或电流信号与次级辅助电源电路单元的信号的误差进行滤波控制，开关电源控制电路单元根据滤波控制后的误差信号控制初级整流滤波开关变换电路单元，由此电源变换器的开关占空比跟踪变化幅度较小的误差信号，亦即滤波控制后的信号，从而使得电源变换器输出只需配备极小容量的滤波电容就可以使得电源变换器的输出电压博文或电流纹波衰减到很小的程度。
由于采用以上技术方案，本发明的电源变换器及其输出纹波控制电路具有很高的适应性，可应用于多种类型、多种工作模式的应用场合中，实现用小容量、小体积的电容就可以达到低纹波的要求，同时具有体积小、成本低、功率密度高的优点。
由于采用以上技术方案，本发明的电源变换器可以应用长寿命的薄膜电容、陶瓷电容，从而提高了电源变换器的使用寿命和可靠性。
附图说明
图1是现有的电源变换器的结构框图。
图2是根据本发明的电源变换器实施方式的结构框图。
图3是根据本发明的电源变换器输出纹波控制电路的实施方式，输出纹波控制电路与其他部件的电路接口的示意图。
图4是根据本发明的电源变换器实施方式的电源变换器输出纹波控制电路的原理图。
具体实施方式
为了便于本领域的技术人员理解，下面结合具体实施例及附图对本发明的技术方案作进一步的详细说明。
在此公开详细的示范实施例。然而，此处公开的具体结构和功能细节仅仅是为了描述示范实施例的目的。然而，可以在许多替换形式中实现示范实施例，并且不应将其看作仅限于在此阐明的示范实施例。
然而，应该理解，不旨在限于公开的具体示范实施例，而是相反地，示范实施例将覆盖落入本公开的范围内的所有修改、等同物和替换物。遍及附图的描述，相似的标号涉及相似的元件。
应该理解，虽然术语第一、第二等在此用作描述不同的元件，但是这些元件可以不被这些术语所限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区别开。例如，第一元件可以被称为第二元件，类似地，第二元件可以被称为第一元件而不背离示范实施例的范围。如在此所用，术语“和/或”包括一个或多个相关的列出项的任意和所有组合。
应该理解，当元件被称为“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者可以存在中间元件。相反，当元件被称为“直接连接”或“直接耦接”到另一元件时，不存在中间元件。用来描述元件之间关系的其他词语应该按照相同的方式理解(例如，“之间”对“直接之间”、“相邻”对“直接相邻”等)。
如背景技术部分所述，图1是现有的电源变换器的结构图。为了解决前述技术问题，本发明采用改进的电源变换器的结构图如图2所示。
在图2所示的电源变换器中，也包括初级整流滤波开关变换电路单元、变压器单元、次级整流滤波电路单元、输出电压采样单元和/或输出电流采样单元、次级辅助电源电路单元、光耦和开关电源控制电路单元。但该电源变换器相对于现有的电源变换器的改进是使用输出纹波控制电路来对输出电压采样单元和/或输出电流采样单元采集到的电压和/或电流信号与次级辅助电源电路单元的信号之间的误差进行滤波控制，并将滤波控制后的误差通过光耦传输给所述开关电源控制电路单元。
因此，根据本发明的电源变换器输出纹波控制电路的实施方式，输出纹波控制电路与其他部件的电路接口如图3所示，对外的接口包括连接电压基准Vref的电压基准端11、信号输入端10、连接次级辅助电源电路单元的正极的辅助电压正端8、连接次级辅助电源电路单元的负极的辅助电压负端9以及滤波控制信号输出端5。
结合图2所示，信号输入端10连接至输出电压采样单元和/或输出电流采样单元，获得直流输出的电压和/或电流信号。辅助电压正端8和辅助电压负端9分别连接至次级辅助电源电路单元的正负极。由此，输出纹波控制电路来对输出电压采样单元和/或输出电流采样单元采集到的电压和/或电流信号与次级辅助电源电路单元的信号之间的误差进行滤波控制，并将滤波控制后的误差通过滤波控制信号输出端5传输至光耦。
以下结合附图说明本发明实施方式中输出纹波控制电路的工作方式。
图4是根据本发明的电源变换器实施方式的电源变换器输出纹波控制电路的原理图。如图4所示，所述输出纹波控制电路包括第一比较器或运算放大器1、输入电阻2、增益调节电阻3、积分电容4和滤波电容7，输入电阻2连接在电源变换器的输出端5和第一比较器或运算放大器的反相端之间，滤波电容7连接在第一比较器或运算放大器的同相端和次级辅助电源电路单元的负极——辅助电压负端9之间，增益调节电阻3和积分电容4串联连接在第一比较器或运算放大器的反相端和输出端之间。特别地，输入电阻2的阻值大于增益调节电阻3的阻值。
通过这样的配置，第一比较器或运算放大器1和输入电阻2、增益调节电阻3、积分电容4可以构成积分电路，而输入电阻2的阻值要大于增益调节电阻3阻值，积分电容4的低频容抗大，高频容抗小，增益调节电阻3和积分电容4串联电路的低频等效阻抗高，而高频等效阻抗低，使得从信号输入端10传输来的输出电压和/或电流信号与基准电压的低频误差信号经积分后平滑但信号幅度衰减很小，而频率稍高一点的纹波信号则经积分后信号幅度衰减很大而滤除，第一比较器或运算放大器1输出剩下的低频误差信号。
由于电源变换器的输出纹波控制电路替换电源变换器原来的电压比较电路和/或电流比较电路部分，输出纹波控制电路的输出连接光耦，将电源变换器的输出纹波经所述输出纹波控制电路滤除后隔离反馈到电源变换器的开关电源控制电路单元，调整开关占空比，实现输出纹波滤波的目的。
第一比较器或运送放大器1的输出还可以接二极管17，二极管17的阴极接至第一比较器和运算放大器1的输出，阳极连接至滤波控制信号输出端5。
当第一比较器或运算放大器1的输出级电路是集电极开路结构，则二极管17可以不使用，比较器或运算放大器1的输出端直接连接滤波控制信号输出端5。
另外，所述输出纹波控制电路还包括限流电阻6，所述限流电阻6连接在第一比较器或运算放大器1的同相端和辅助电压正端8之间。
根据图2可知，无论是电压信号还是电流信号都可以使用本发明的输出纹波控制电路，即输出电压采样单元采集到的电压信号和/或输出电流采样单元采集到的电流信号。当输出纹波控制电路的输入是幅度较小的电流信号或输入阻抗高的电压信号时，输出纹波控制电路还包括前级调节电路，增强电流信号的信号强度或电压信号的驱动负载的能力。而当输出纹波控制电路的输入是低内阻电压信号或者幅度较高的电流信号时，输出纹波控制电路也可以不包括前级调节电路。
特别地，图4中也示出了前级调节电路的原理图。所述前级调节电路包括第二输入电阻13、第二增益调节电阻15、第三增益调节电阻16、第二比较器或运算放大器12和第二滤波电容14，第二输入电阻13连接在电源变换器的输出端，亦即信号输入端10和第二比较器或运算放大器12的同相端之间，第二增益调节电阻15连接在第二比较器或运算放大器12的反相端和输出端之间，第三增益调节电阻16连接在第二比较器或运算放大器12的反相端和次级辅助电源电路单元的负极——辅助电压负端9之间，第二滤波电容14连接在第二比较器或运算放大器12的同相端和次级辅助电源电路单元的负极——辅助电压负端9之间，第二比较器或运算放大器12的输出端连接至输入电阻2。
需要说明的是，上述实施方式仅为本发明较佳的实施方案，不能将其理解为对本发明保护范围的限制，在未脱离本发明构思前提下，对本发明所做的任何微小变化与修饰均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种降低电源变换器输出纹波的控制电路，该输出纹波控制电路连接至电源变换器的输出端和次级辅助电源电路单元，其特征在于，所述输出纹波控制电路包括第一比较器或运算放大器、输入电阻、增益调节电阻、积分电容和滤波电容，输入电阻连接在电源变换器的输出端和第一比较器或运算放大器的反相端之间，滤波电容连接在第一比较器或运算放大器的同相端和次级辅助电源电路单元的负极之间，增益调节电阻和积分电容串联连接在第一比较器或运算放大器的反相端和输出端之间。
2.权利要求1所述的电源变换器输出纹波控制电路，其特征在于，所述输入电阻的阻值大于增益调节电阻的阻值。
3.权利要求1所述的电源变换器输出纹波控制电路，其特征在于，所述输出纹波控制电路还包括二极管，所述二极管的阴极连接至第一比较器或运算放大器的输出端，所述二极管的阳极连接至输出纹波控制电路的输出端。
4.权利要求1所述的电源变换器输出纹波控制电路，其特征在于，所述输出纹波控制电路还包括限流电阻，所述限流电阻连接在第一比较器或运算放大器的同相端和次级辅助电源电路单元的正极之间。
5.权利要求1所述的电源变换器输出纹波控制电路，其特征在于，所述输出纹波控制电路还包括前级调节电路，当输出纹波控制电路的输入是幅度较小的电流信号或者输入阻抗较高的电压信号时，增强电流信号的信号强度或者增强电压信号的驱动负载的能力。
6.权利要求5所述的电源变换器输出纹波控制电路，所述前级调节电路包括第二输入电阻、第二增益调节电阻、第三增益调节电阻、第二比较器或运算放大器和第二滤波电容，第二输入电阻连接在电源变换器的输出端和第二比较器或运算放大器的同相端之间，第二增益调节电阻连接在第二比较器或运算放大器的反相端和输出端之间，第三增益调节电阻连接在第二比较器或运算放大器的反相端和次级辅助电源电路单元的负极之间，第二滤波电容连接在第二比较器或运算放大器的同相端和次级辅助电源电路单元的负极之间，第二比较器或运算放大器的输出端连接至输入电阻。
7.一种电源变换器，包括初级整流滤波开关变换电路单元、变压器单元、次级整流滤波电路单元、输出电压采样单元和/或输出电流采样单元、次级辅助电源电路单元、光耦和开关电源控制电路单元，其特征在于该电源变换器还包括权利要求1至6中任一项所述的输出纹波控制电路，所述输出纹波控制电路连接至输出电压采样单元和/或输出电流采样单元、次级辅助电源电路单元和光耦，将输出电压采样单元和/或输出电流采样单元采集到的电压和/或电流信号与次级辅助电源电路单元的信号之间的误差滤波控制后，通过光耦传输给所述开关电源控制电路单元。
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