CN104377964A

CN104377964A - 一种基于电压环反馈及负载自动均流的集成控制电路

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Publication number: CN104377964A
Application number: CN201410711630.XA
Authority: CN
Inventors: 袁柱六; 吴向东; 郑东; 宋敏燕; 袁宝山; 毛寒松; 於灵; 范昶; 杨建杭; 朱健强
Original assignee: CETC 43 Research Institute
Current assignee: CETC 43 Research Institute
Priority date: 2014-12-01
Filing date: 2014-12-01
Publication date: 2015-02-25
Anticipated expiration: 2034-12-01
Also published as: CN104377964B

Abstract

本发明所述的一种基于电压环反馈及负载自动均流的集成控制电路，包括输入滤波电路、功率转换电路、高频变压器、输出整流电路、输出滤波电路、控制电路、光电耦合隔离电路、辅助电源、输出电流取样电路、电流调理电路，单元电路，所述单元电路包括电压环反馈控制电路、输出过流保护电路和自动均流控制电路；本发明所述的控制电路，提高了控制开关电源输出电压的稳定性、开关电源输出并联时，自动控制各路电流平均输出、当开关电源输出过载时，可以有效保障开关电源内部功率元件以及系统供电电路工作在安全区域。该电路具有静态电流小、均流精度高、系统响应性能好、抗干扰能力强等特点，可广泛应用于各类开关电源中。

Description

一种基于电压环反馈及负载自动均流的集成控制电路

技术领域

本发明涉及开关电源电路领域，具体涉及一种基于电压环反馈及负载自动均流的集成控制电路。

背景技术

开关电源通常包括功率级电路和反馈控制电路。反馈控制电路的功能是在输入电压、内部参数和外接负载变化时，调节功率级电路中的开关系统的导通和关断时间，以使开关电源的输出电压或者输出电流保持恒定。而现有的开关电源反馈控制电路，往往适应环境比较局限性，各种保护不全面。在恶劣环境中不可靠、热稳定性不好，不能有效保障开关电源内部功率元件以及系统供电电路工作在安全区域。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于电压环反馈及负载自动均流的集成控制电路，该电路提高了控制开关电源输出电源的稳定，当开关电源输出并联时，自动控制各路电流平均输出、当开关电源输出过载时，可以有效保障开关电源内部功率元件以及系统供电电路工作在安全区域。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于电压环反馈及负载自动均流的集成控制电路，包括输入滤波电路、功率转换电路、高频变压器、输出整流电路、输出滤波电路、控制电路、光电耦合隔离电路、辅助电源、输出电流取样电路、电流调理电路，单元电路，所述单元电路包括电压环反馈控制电路、输出过流保护电路和自动均流控制电路；所述输入滤波电路经由所述功率转换电路分别与所述控制电路的输出端、所述高频变压器的输入端连接；所述控制电路的输入端经辅助电源与输入滤波电路的输出端相连，所述高频变压器的输出端依次经由所述输出整流电路、输出滤波电路与电源负载相连；所述输出滤波电路的输出端经输出电流取样电路与电流调理电路的输入端相连，所述电流调理电路的输出端与自动均流控制电路的输入端相连，所述自动均流控制电路的输出端经输出过流保护电路与电压环反馈控制电路的输入端相连，所述自动均流控制电路的输出端经电压环反馈控制电路与输出滤波电路的输出端相连，所述电压环反馈控制电路的输出端与光电耦合隔离电路的输入端相连，所述光电耦合隔离电路的输出端与控制电路的输入端相连。

所述自动均流控制电路包括供电电压锁定、电压基准，均流驱动放大器、均流检测放大器、电流检测放大器、误差放大器、调整放大器和多个电阻；所述均流驱动放大器的正向输入端经第一电阻接地，其反向输入端经第二电阻接地，均流驱动放大器的输出端经二极管分两路，一路与输出过流保护电路相连，另一路经第三电阻与均流驱动放大器的反向输入端相连；所述均流检测放大器的正向输入端连接在相串联的第四电阻和第五电阻之间的节点处，所述第四电阻的另一端接地，第五电阻另一端与二极管的负极相连，所述均流检测放大器的反向输入端连接在相串联的第六电阻和第七电阻之间的节点处，第六电阻的另一端接地，第七电阻的另一端分别与均流检测放大器的输出端、误差放大器的正向输入端相连；所述误差放大器的反向输入端经电源与电流检测放大器的输出端相连，误差放大器的输出端与稳压二极管的负极相连，稳压二极管的正极接地；所述电流检测放大器的正向输入端接地，其反向输入端经第八电阻与电流调理电路的输出端相连，电流检测放大器的输出端连接在相串联的第九电阻和第十电阻之间的节点处，第九电阻的另一端与电流检测放大器的反向输入端相连，第十电阻的另一端与均流驱动放大器的正向输入端相连；所述调整放大器由放大器和三极管组成，所述放大器的正向输入端经电源与误差放大器的输出端相连，其反向输入端与三集管的发射极相连，所述三极管的集电极与电压环反馈控制电路的输入端相连，所述放大器的输出端与三极管的基极相连；所述供电电压欠压锁定经电阻与输出过流保护电路的输入端相连，所述电压基准与所述电压环反馈控制电路的输入端相连，所述电压基准和供电电压欠压锁定的一端接地，另一端相连。

所述电压环反馈控制电路为误差放大器构成的反馈电路，所述输出过流保护电路包括比较器；所述误差放大器的正向输入端分两路，一路经电源接地，另一路与比较器的输出端相连，其反向输入端与调整放大器相连，所述误差放大器的输出端与光电耦合隔离电路的输入端相连，所述比较器的正向输入端与所述二极管的负极相连，其反向输入端与供电电源欠压锁定相连。

本发明的有益效果是：本发明所述的控制电路，增加了电压环反馈控制电路、自动均流控制电路和输出过流保护电路，提高了控制开关电源输出电压的稳定性、开关电源输出并联时，自动控制各路电流平均输出、当开关电源输出过载时，可以有效保障开关电源内部功率元件以及系统供电电路工作在安全区域。该电路具有静态电流小、均流精度高、系统响应性能好、抗干扰能力强等特点，可广泛应用于各类开关电源中。

附图说明

图1为本发明的电路框图；

图2为本发明的单元电路的电路框图；

图3为本发明的单元电路的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

如图1～图3所示，本实施例的基于电压反馈负载及自动均流的集成控制电路，包括输入滤波电路1、功率转换电路2、高频变压器3、输出整流电路4、输出滤波电路5、控制电路8、光电耦合隔离电路9、辅助电源7、输出电流取样电路14、电流调理电路15，单元电路10，该单元电路10由电压环反馈控制11、输出过流保护电路12、自动均流控制电路13组成。开关电源的输出电流经过输出电流取样电路14并经电流调理电路15，转换电压信号输入到自动均流控制电路13，经过放大及驱动后，作为自动均流控制信号，调节电压环控制电路11，同时输入到输出过流保护电路12，控制开关电源负载6两端的电压。

输入滤波电路1经由功率转换电路2分别与控制电路8的输出端、高频变压器3的输入端连接；控制电路8的输入端经辅助电源7与输入滤波电路1的输出端相连，高频变压器3的输出端依次经由输出整流电路4、输出滤波电路5与电源负载6相连；输出滤波电路5的输出端经输出电流取样电路14与电流调理电路15的输入端相连，电流调理电路15的输出端与自动均流控制电路13的输入端相连，自动均流控制电路13的输出端经输出过流保护电路12与电压环反馈控制电路11的输入端相连，自动均流控制电路13的输出端经电压环反馈控制电路11与输出滤波电路5的输出端相连，电压环反馈控制电路11的输出端与光电耦合隔离电路9的输入端相连，光电耦合隔离电路9的输出端与控制电路8的输入端相连。

自动均流控制电路13包括供电电压锁定16、电压基准17，均流驱动放大器U1、均流检测放大器U2、电流检测放大器U3、误差放大器U4、调整放大器18和电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10；均流驱动放大器U1的正向输入端经第一电阻R1接地，其反向输入端经第二电阻R2接地，均流驱动放大器U1的输出端经二极管D1分两路，一路与输出过流保护电路12相连，另一路经第三电阻R3与均流驱动放大器U1的反向输入端相连；均流检测放大器U2的正向输入端连接在相串联的第四电阻R4和第五电阻R5之间的节点处，第四电阻R4的另一端接地，第五电阻R5另一端与二极管D1的负极相连，均流检测放大器U2的反向输入端连接在相串联的第六电阻R6和第七电阻R7之间的节点处，第六电阻R6的另一端接地，第七电阻R7的另一端分别与均流检测放大器U2的输出端、误差放大器U4的正向输入端相连；误差放大器U4的反向输入端经电源与电流检测放大器U3的输出端相连，误差放大器U4的输出端与稳压二极管D2的负极相连，稳压二极管D2的正极接地；电流检测放大器U3的正向输入端接地，其反向输入端经第八电阻R8与电流调理电路15的输出端相连，电流检测放大器U3的输出端连接在相串联的第九电阻R9和第十电阻R10之间的节点处，第九电阻R9的另一端与电流检测放大器U3的反向输入端相连，第十电阻R10的另一端与均流驱动放大器U1的正向输入端相连；调整放大器18由放大器U5和三极管Q1组成，放大器U5的正向输入端经电源与误差放大器U4的输出端相连，其反向输入端与三集管Q1的发射极相连，三极管Q1的集电极与电压环反馈控制电路11的输入端相连，放大器U5的输出端与三极管Q1的基极相连；供电电压欠压锁定16的一端依次经电阻R12、R13、R14接地，三极管Q1的集电极经电阻R15、R16与光电耦合隔离电路9的输入端相连，供电电压欠压锁定15经稳压二极管D3电阻R17、R18与电阻R16相连，稳压二极管D3的正极接地；电压基准17与电压环反馈控制电路11的输入端相连，电压基准17和供电电压欠压锁定16的一端分别接地，另一端相互连接。

电压环反馈控制电路11为误差放大器U6构成的反馈电路，输出过流保护电路12包括比较器U7；其中误差放大器U6的正向输入端经电源接地，其反向输入端经电阻R19、电容C1与光电耦合电路9的输入端相连，误差放大器U6的输出端连接在光电耦合电路9的输入端和电容C1之间；比较器U7的正向输入端与二极管D1的负极相连，其反向输入端连接在电阻R13和R14之间，比较器U7的输出端与误差放大器U6的正向输入端相连。

电压环反馈控制电路11是对输出电压进行采样，与电压基准17进行比较，通过运算放大器构成比例积分电路，控制开关电源的脉冲宽度调制器（PWM）导通占空比，实现输出电压稳定；自动均流控制电路13是对输出电流进行采样，通过R、C滤波，输入到电流检测放大器（信号放大40倍），提供给均流驱动放大器（1：1，作为均流母线输出：SHARE BUS）的正向输人端和误差放大器的反向输人端。当开关电源输出并联使用时，SHARE BUS在所有并联模块中属于最高电位，作为主模块，当输出电流发生偏差时，SHARE BUS电压信号提供给误差放大器的正向输人端，通过调整放大器调节开关电源的输出电压，使得各路电流平均输出；过流保护电路12是通过自动均流控制电路13对输出电流的采用放大，提供给比较器U7的正向端，将其与比较器U7的反向端的参考电压值进行比较，电源正常工作时，比较器U7的输出信号为低电平；当负载电流达到过流保护点（假设为电源额定负载电流的1.4倍），比较器U7的输出信号为高电平，控制电压环反馈控制电路11，关断PWM输出，输出电压关断，从而保护开关电源内部功率元件以及系统供电电路工作在安全区域。

电压反馈控制电路是通过电阻R18、R11对输出电压取样，与基准电压通过R19、C1与误差放大器构成的比例积分电路，进行比较放大，经过光电耦合电路9，输入到控制电路8，调节控制电路8导通占空比，形成闭环反馈控制系统，实现输出电压稳定。自动均流控制电路13是通过输出电流取样电路14，经过电流调理电路15后，输入到电流检测放大器U2进行信号放大，经均流驱动放大器U1驱动，作为均流母线，控制各模块的输出电流，同时输入到均流检测放大器U2，与电流检测放大器U2信号通过误差放大器U6比较放大，调节调整放大器18，调节输出电压，实现自动均流；输出过流保护电路12是将自动均流控制电路13中均流母线信号作为输出过流信号输入，与基准电压通过比较器U7比较，控制电压环反馈控制电路11的电压基准，当输出超过1.4倍额定负载时，比较器输出电平翻转，基准电压被拉低，调节光电耦合器9，关断控制电路8输出脉冲，输出电压关断，实现过流保护。

本发明所述的控制电路，增加了电压环反馈控制电路、自动均流控制电路和输出过流保护电路，提高了控制开关电源输出电压的稳定性、开关电源输出并联时，自动控制各路电流平均输出、当开关电源输出过载时，可以有效保障开关电源内部功率元件以及系统供电电路工作在安全区域。该电路具有静态电流小、均流精度高、系统响应性能好、抗干扰能力强等特点，可广泛应用于各类开关电源中。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims

1.一种基于电压环反馈及负载自动均流的集成控制电路，包括输入滤波电路、功率转换电路、高频变压器、输出整流电路、输出滤波电路、控制电路、光电耦合隔离电路、辅助电源、输出电流取样电路、电流调理电路，其特征在于：还包括单元电路，所述单元电路包括电压环反馈控制电路、输出过流保护电路和自动均流控制电路；所述输入滤波电路经由所述功率转换电路分别与所述控制电路的输出端、所述高频变压器的输入端连接；所述控制电路的输入端经辅助电源与输入滤波电路的输出端相连，所述高频变压器的输出端依次经由所述输出整流电路、输出滤波电路与电源负载相连；所述输出滤波电路的输出端经输出电流取样电路与电流调理电路的输入端相连，所述电流调理电路的输出端与自动均流控制电路的输入端相连，所述自动均流控制电路的输出端经输出过流保护电路与电压环反馈控制电路的输入端相连，所述自动均流控制电路的输出端经电压环反馈控制电路与输出滤波电路的输出端相连，所述电压环反馈控制电路的输出端与光电耦合隔离电路的输入端相连，所述光电耦合隔离电路的输出端与控制电路的输入端相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于电压环反馈及负载自动均流的集成控制电路，其特征在于：所述自动均流控制电路包括供电电压锁定、电压基准，均流驱动放大器（U1）、均流检测放大器（U2）、电流检测放大器（U3）、误差放大器（U4）、调整放大器和多个电阻（R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10）；所述均流驱动放大器（U1）的正向输入端经第一电阻（R1）接地，其反向输入端经第二电阻（R2）接地，均流驱动放大器（U1）的输出端经二极管（D1）分两路，一路与输出过流保护电路相连，另一路经第三电阻（R3）与均流驱动放大器（U1）的反向输入端相连；所述均流检测放大器（U2）的正向输入端连接在相串联的第四电阻（R4）和第五电阻（R5）之间的节点处，所述第四电阻（R4）的另一端接地，第五电阻（R5）另一端与二极管（D1）的负极相连，所述均流检测放大器（U2）的反向输入端连接在相串联的第六电阻（R6）和第七电阻（R7）之间的节点处，第六电阻（R6）的另一端接地，第七电阻（R7）的另一端分别与均流检测放大器（U2）的输出端、误差放大器（U4）的正向输入端相连；所述误差放大器（U4）的反向输入端经电源与电流检测放大器（U3）的输出端相连，误差放大器（U4）的输出端与稳压二极管（D2）的负极相连，稳压二极管（D2）的正极接地；所述电流检测放大器（U3）的正向输入端接地，其反向输入端经第八电阻（R8）与电流调理电路的输出端相连，电流检测放大器（U3）的输出端连接在相串联的第九电阻（R9）和第十电阻（R10）之间的节点处，第九电阻（R9）的另一端与电流检测放大器（U3）的反向输入端相连，第十电阻（R10）的另一端与均流驱动放大器（U1）的正向输入端相连；所述调整放大器由放大器(U5)和三极管（Q1）组成，所述放大器(U5)的正向输入端经电源与误差放大器（U4）的输出端相连，其反向输入端与三集管（Q1）的发射极相连，所述三极管（Q1）的集电极与电压环反馈控制电路的输入端相连，所述放大器(U5)的输出端与三极管（Q1）的基极相连；所述供电电压欠压锁定16的一端经电阻与输出过流保护电路的输入端相连，所述电压基准与所述电压环反馈控制电路的输入端相连，所述电压基准和供电电压欠压锁定的一端接地，另一端相连。

3. 根据权利要求1所述的一种基于电压环反馈及负载自动均流的集成控制电路，其特征在于：所述电压环反馈控制电路为误差放大器（U6）构成的反馈电路，所述输出过流保护电路包括比较器（U7）；所述误差放大器（U6）的正向输入端分两路，一路经电源接地，另一路与比较器（U7）的输出端相连，其反向输入端与调整放大器相连，所述误差放大器（U6）的输出端与光电耦合隔离电路的输入端相连，所述比较器（U7）的正向输入端与所述二极管（D1）的负极相连，其反向输入端与供电电源欠压锁定相连。