CN104953867A - 基于相敏检波电路的平衡调制式开关稳压电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于相敏检波电路的平衡调制式开关稳压电源主要由二极管整流器U，功率放大器P1，电压比较器U2，变压器T，平衡调节电路，开关滤波电路，电源输出电路，变压反馈电路，开关控制电路，振荡器，电流比较器I1，电流比较器I2，斜率补偿器W，PWM控制器，滑动调节器，以及相敏检波电路组成。本发明利用场效应管来组成开关控制电路，不仅使得本发明具备了升压模式和降压模式，而且还使得全电压范围输出电流变化控制在±0.1％之间，较传统的开关稳压电源的输出电流变化控制范围有了极大的提高。同时，本发明通过相敏检波电路的作用，其可以对本发明载波信号进行处理，使本发明的稳定性更高。

Description

基于相敏检波电路的平衡调制式开关稳压电源

技术领域

本发明涉及一种开关稳压电源，具体是指基于相敏检波电路的平衡调制式开关稳压电源。

背景技术

随着目前科技的不断进步，电子产品在功能越来越强大的同时也给人们生活上带来了很大的便利。稳压电路便运营而生，传统的串联线性调整型稳压电路具有稳定性高、输出电压可调、波纹系数小、线路简单等特点。然而，这些串联线性调整型稳压电路的调整管总是工作在放大状态，一直都有电流流过，故其管子的功耗较大，电路的效率不高，一般只能达到30％～50％左右。为了克服上述缺陷，人们便研发了开关型稳压电路。

在开关型稳压电路中，调压管工作在开关状态，管子交替工作在饱和与截止两种状态中。当管子饱和导通时，流过管子电流虽大，可是管压降很小；当管子截止时，管压降大，可是流过的电流接近为零。因此，在输出功率相同条件下，开关型稳压电源币串联型稳压电源的效率高，一般可达80％～90％左右。但是，目前人们所采用的开关型稳压电源其稳定系数并不高，在很大程度上影响电子产品的正常工作。

发明内容

本发明的目的在于克服目前开关型稳压电源其稳定系数不高的缺陷，提供一种基于相敏检波电路的平衡调制式开关稳压电源。

本发明的目的通过下述技术方案实现：基于相敏检波电路的平衡调制式开关稳压电源，其由二极管整流器U，功率放大器P1，电压比较器U2，变压器T，串接在二极管整流器U与电压比较器U2之间的平衡调节电路，串接在平衡调节电路与功率放大器P1之间的开关滤波电路，与变压器T的副边线圈L2相连接的电源输出电路，与变压器T的副边线圈L3相连接的变压反馈电路，与变压反馈电路相连接的开关控制电路，与开关控制电路相连接的振荡器，与开关控制电路相连接的电流比较器I1，与开关控制电路相连接的电流比较器I2，分别与振荡器、电流比较器I1和电流比较器I2相连接的斜率补偿器W，分别与功率放大器P1和电流比较器I1相连接的PWM控制器，输出端与变压器T的原边线圈L1上的抽头相连接、而输入端与功率放大器P1的输出端相连接的滑动调节器，以及串接在变压器T的原边线圈L1的同名端与开关滤波电路之间的相敏检波电路组成。

进一步的，所述的相敏检波电路由检波芯片U3，负极与检波芯片U3的+SIG管脚相连接、正极则与开关滤波电路相连接的极性电容C7，正极与检波芯片U3的-SIG管脚相连接、负极接地的极性电容C8，一端与检波芯片U3的-CAR管脚相连接、另一端接地的电阻R8，N极经稳压二极管D7后接地、P极则与检波芯片U3的+CAR管脚相连接的稳压二极管D4，一端与检波芯片U3的BIAS管脚相连接、另一端接地的电阻R9，一端与检波芯片U3的-V管脚相连接、另一端接12V电压的电阻R10，基极经二极管D5后与检波芯片U3的+OUT管脚相连接、集电极则经二极管D6后接地、发射极则经电阻R11后与检波芯片U3的ADJ管脚相连接的三极管Q1，以及一端与检波芯片U3的ADJ管脚相连接、另一端经电阻R13后与检波芯片U3的GMIN管脚相连接的电位器R12组成；所述检波芯片U3的+CAR管脚与极性电容C7的正极相连接，其-OUT管脚则分别与三极管Q1的发射极以及变压器T的原边线圈L1的同名端相连接，而ADJ管脚则与电位器R12的滑动端相连接。

所述平衡调节电路由场效应管MOS1，场效应管MOS2，场效应管MOS3，场效应管MOS4，一端与场效应管MOS1的栅极相连接、另一端经电阻R5后与场效应管MOS2的栅极相连接的电阻R4，以及一端与场效应管MOS3的栅极相连接、另一端经电阻R7后与场效应管MOS4的栅极相连接的电阻R6组成；所述场效应管MOS1的源极与电压比较器U2的S端相连接，其漏极则与开关滤波电路相连接；所述场效应管MOS2的源极与二极管整流器U的正极输出端相连接、其漏极与效应管MOS1的漏极相连接；场效应管MOS3的源极与电压比较器U2的R端相连接，其漏极接地；场效应管MOS4的源极与二极管整流器U的负极输出端相连接，其漏极接地；电压比较器U2的Q端则与功率放大器P1的反相端相连接。

所述的开关滤波电路由三极管Q，电容C1，电容C2，电阻R1，电阻R2及二极管D1组成；所述三极管Q的基极顺次经电阻R2、二极管D1及电阻R1后与其集电极形成回路，电容C1与电阻R1相并联，电容C2与电阻R2相并联；三极管Q的集电极与场效应管MOS2的漏极相连接，其发射极接地；电阻R2与二极管D1的连接点则与功率放大器P1的同相端相连接；所述二极管D1和电容C1的连接点与极性电容C7的正极相连接，原边线圈L1的非同名端则与功率放大器P1的同相端相连接。

所述电源输出电路由P极与副边线圈L2的同名端相连接、N极经电容C3后与副边线圈L2的非同名端相连接的二极管D2，以及一端与二极管D2的N极相连接、另一端经电容C4后与副边线圈L2的非同名端相连接的电感L4组成。

所述变压反馈电路由二极管D3和电容C5组成；所述二级管D3的P极与副边线圈L3的非同名端相连接、其N极经电容C5后与副边线圈L3的同名端相连接，所述副边线圈L3的同名端接地。

所述开关控制电路由场效应管MOS5、功率放大器P2、电压比较器U1、电感L5及电阻R3组成；所述电感L5串接在功率放大器P1的输出端与二极管D3的N极之间，场效应管MOS5的漏极与二极管D3的N极相连接、其源极经电阻R3后接地、其栅极则与功率放大器P2的输出端相连接；电压比较器U1的S端与振荡器的输出端相连接，其R端与电流比较器I1的输出端相连接，其Q端则与功率放大器P2的反相端相连接；功率放大器P2的同相端与场效应管MOS5的漏极相连接；电流比较器I2的正极输入端和负极输入端则与电阻R3的两端相连接，其输出端经斜率补偿器W后分别与电流比较器I1的负极输入端和振荡器的输入端相连接；电流比较器I1的正极输入端则与功率放大器P1的输出端相连接；PWM控制器的一个输出端分别与电流比较器I1的负极输入端和功率放大器P1的反相端相连接，其另一个输出端经电容C6后接地。

所述检波芯片U3为LM1496双差分模拟乘法器。

本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明充分的利用了PWM的控制功能，能根据占空比自动调节电源输出电压值，确保输出值的稳定。

(2)本发明开创性的将平衡调制电路、斜率补偿器和电压、电流比较器运用在电源电路中，不仅有效的降低了电路自身和外接的射频干扰，而且还极大的简化了电路结构，使得制作成本和维护成本有了较大幅度的降低。

(3)本发明利用场效应管来组成开关控制电路，不仅使得本发明具备了升压模式和降压模式，而且还使得全电压范围输出电流变化控制在±0.1％之间，较传统的开关稳压电源的输出电流变化控制范围有了极大的提高。

(4)本发明通过相敏检波电路的作用，其可以对本发明载波信号进行处理，使本发明的稳定性更高。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的相敏检波电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，本发明所述的基于相敏检波电路的平衡调制式开关稳压电源，其由二极管整流器U，功率放大器P1，电压比较器U2，变压器T，平衡调节电路，开关滤波电路，电源输出电路，变压反馈电路，开关控制电路，振荡器，电流比较器I1，电流比较器I2，斜率补偿器W，PWM控制器，滑动调节器，以及相敏检波电路组成。

其中，变压器T由设置在原边的原边线圈L1，设置在副边的副边线圈L2和副边线圈L3组成。本发明在变压器T的原边线圈L1上设有一个滑动抽头，而该滑动抽头则由滑动调节器来进行控制，以确保根据PWM控制器的占空比和开关控制电路的共同结果来调整变压器T的原边线圈L1与副边线圈L2和副边线圈L3之间的匝数比。

所述平衡调节电路由场效应管MOS1，场效应管MOS2，场效应管MOS3，场效应管MOS4，一端与场效应管MOS1的栅极相连接、另一端经电阻R5后与场效应管MOS2的栅极相连接的电阻R4，以及一端与场效应管MOS3的栅极相连接、另一端经电阻R7后与场效应管MOS4的栅极相连接的电阻R6组成。

电压比较器U2具有三个端口，即S端、R端和Q端。连接时，场效应管MOS1的源极与电压比较器U2的S端相连接，其漏极则与开关滤波电路相连接，反而场效应管MOS2的源极与二极管整流器U的正极输出端相连接、其漏极与效应管MOS1的漏极相连接；场效应管MOS3的源极与电压比较器U2的R端相连接，其漏极接地；场效应管MOS4的源极与二极管整流器U的负极输出端相连接，其漏极接地。而二极管整流器U的输入端则用于外接220V的市电。

所述开关滤波电路由三极管Q，电容C1，电容C2，电阻R1，电阻R2及二极管D1组成。其中，三极管Q的基极顺次经电阻R2、二极管D1及电阻R1后与其集电极形成回路。电容C1与电阻R1相并联，电容C2与电阻R2相并联，以形成典型的RL滤波电路。同时，三极管Q的集电极还与场效应管MOS2的漏极相连接，其发射极接地。电阻R2与二极管D1的连接点则与功率放大器P1的同相端相连接，而电压比较器U2的Q端则与功率放大器P1的反相端相连接。同时，二极管D1与电容C1的连接点与相敏检波电路相连接；而原边线圈L1的非同名端则与功率放大器P1的同相端相连接，其同名端则与相敏检波电路相连接。

在该开关滤波电路中，电阻R1、电容C1和二极管D1组成反馈钳位电路，可以提高变换效率和降低功率放大器P1同相端的反向峰值电压。

电源输出电路用于输出直流电压，其由二极管D2、电容C3、电感L4及电容C4组成。连接时，二极管D2的P极与副边线圈L2的同名端相连接，其N极经电容C3后与副边线圈L2的非同名端相连接。所述电感L4的一端与二极管D2的N极相连接、另一端经电容C4后与副边线圈L2的非同名端相连接。

变压反馈电路用于为开关控制电路提供反馈工作电压，以确保开关控制电路能根据反馈电压来控制滑动调节器。该变压反馈电路则由二极管D3和电容C5组成。连接时，所述二级管D3的P极与副边线圈L3的非同名端相连接、其N极经电容C5后与副边线圈L3的同名端相连接，所述副边线圈L3的同名端接地。

开关控制电路为本发明的开关控制部分，其由场效应管MOS5、功率放大器P2、电压比较器U1、电感L5及电阻R3组成。如图所示，该电感L5串接在功率放大器P1的输出端与二极管D3的N极之间，场效应管MOS5的漏极与二极管D3的N极相连接、其源极经电阻R3后接地、其栅极则与功率放大器P2的输出端相连接。

电压比较器U1的S端与振荡器的输出端相连接，其R端与电流比较器I1的输出端相连接，其Q端则与功率放大器P2的反相端相连接。功率放大器P2的同相端则与场效应管MOS5的漏极相连接。电流比较器I2的正极输入端和负极输入端则与电阻R3的两端相连接，以确保场效应管MOS4导通时，能从电阻R3两端采集到工作电压。同时，该电流比较器I2的输出端经斜率补偿器W后分别与电流比较器I1的负极输入端和振荡器的输入端相连接。所述电压比较器U1和电压比较器U2均优选为LM258D型电压比较器来实现。

而电流比较器I1的正极输入端则与功率放大器P1的输出端和原边线圈L1的非同名端相连接；PWM控制器的一个输出端分别与电流比较器I1的负极输入端和功率放大器P1的反相端相连接，其另一个输出端经电容C6后接地。

所述的相敏检波电路结构如图2所示，其由检波芯片U3，负极与检波芯片U3的+SIG管脚相连接、正极则与电容C1和二极管D1的连接点相连接的极性电容C7，正极与检波芯片U3的-SIG管脚相连接、负极接地的极性电容C8，一端与检波芯片U3的-CAR管脚相连接、另一端接地的电阻R8，N极经稳压二极管D7后接地、P极则与检波芯片U3的+CAR管脚相连接的稳压二极管D4，一端与检波芯片U3的BIAS管脚相连接、另一端接地的电阻R9，一端与检波芯片U3的-V管脚相连接、另一端接12V电压的电阻R10，基极经二极管D5后与检波芯片U3的+OUT管脚相连接、集电极则经二极管D6后接地、发射极则经电阻R11后与检波芯片U3的ADJ管脚相连接的三极管Q1，以及一端与检波芯片U3的ADJ管脚相连接、另一端经电阻R13后与检波芯片U3的GMIN管脚相连接的电位器R12组成。

连接时，该检波芯片U3的+CAR管脚与极性电容C7的正极相连接，其-OUT管脚则分别与三极管Q1的发射极以及变压器T的原边线圈L1的同名端相连接，而ADJ管脚则与电位器R12的滑动端相连接。

为了达到更好的实施效果，该检波芯片U3优选为LM1496双差分模拟乘法器来实现，其最大工作电压为30V，功耗为500mw，工作温度为0～70℃。

该检波芯片U3的+SIG管脚有直流偏压输入，而该极性电容C7则可以隔直流耦合，避免影响本发明正常工作。该稳压二极管D7和稳压二极管D4可以限定电路中载波信号的电平，避免电压波动对本发明造成影响。而电阻R13和电位器R12则可以调整本发明的增益，从而使本发明的稳定性更高。

使用时，作用于二极管整流器U的电压经平衡电路进行平衡处理和开关滤波电路进行滤波后为变压器T的原边线圈L1和功率放大器P1提供工作电压。当电感线圈L5感应到外部负载发生变化时，其感抗便发生变化时，此时功率放大器P2在电压比较器U1和电感L5的共同作用下促使场效应管MOS导通，PWM控制器提供的脉冲信号经电流比较器I1后作用于功率放大器P1和电流比较器I1，使得滑动调节器得电，并根据负载的变化情况自动调节滑动抽头，从而改变变压器T的原边线圈L1与副边线圈L2和副边线圈L3之间的匝数比，最终实现对负载的稳定供电功能。

为确保使用效果，在该平衡调节电路中，电阻R4与电阻R5的连接点需要外接+6V的工作电压V1，同理，电阻R6与电阻R7的连接点也需要外接+6V的工作电压V2。

如上所述，便可以很好的实现本发明。

Claims (7)

1.基于相敏检波电路的平衡调制式开关稳压电源，其由二极管整流器U，功率放大器P1，电压比较器U2，变压器T，串接在二极管整流器U与电压比较器U2之间的平衡调节电路，串接在平衡调节电路与功率放大器P1之间的开关滤波电路，与变压器T的副边线圈L2相连接的电源输出电路，与变压器T的副边线圈L3相连接的变压反馈电路，与变压反馈电路相连接的开关控制电路，与开关控制电路相连接的振荡器，与开关控制电路相连接的电流比较器I1，与开关控制电路相连接的电流比较器I2，分别与振荡器、电流比较器I1和电流比较器I2相连接的斜率补偿器W，分别与功率放大器P1和电流比较器I1相连接的PWM控制器，以及输出端与变压器T的原边线圈L1上的抽头相连接、而输入端与功率放大器P1的输出端相连接的滑动调节器组成；其特征在于，在变压器T的原边线圈L1的同名端与开关滤波电路之间还串接有相敏检波电路；所述的相敏检波电路由检波芯片U3，负极与检波芯片U3的+SIG管脚相连接、正极则与开关滤波电路相连接的极性电容C7，正极与检波芯片U3的-SIG管脚相连接、负极接地的极性电容C8，一端与检波芯片U3的-CAR管脚相连接、另一端接地的电阻R8，N极经稳压二极管D7后接地、P极则与检波芯片U3的+CAR管脚相连接的稳压二极管D4，一端与检波芯片U3的BIAS管脚相连接、另一端接地的电阻R9，一端与检波芯片U3的-V管脚相连接、另一端接12V电压的电阻R10，基极经二极管D5后与检波芯片U3的+OUT管脚相连接、集电极则经二极管D6后接地、发射极则经电阻R11后与检波芯片U3的ADJ管脚相连接的三极管Q1，以及一端与检波芯片U3的ADJ管脚相连接、另一端经电阻R13后与检波芯片U3的GMIN管脚相连接的电位器R12组成；所述检波芯片U3的+CAR管脚与极性电容C7的正极相连接，其-OUT管脚则分别与三极管Q1的发射极以及变压器T的原边线圈L1的同名端相连接，而ADJ管脚则与电位器R12的滑动端相连接。

2.根据权利要求1所述的基于相敏检波电路的平衡调制式开关稳压电源，其特征在于，所述平衡调节电路由场效应管MOS1，场效应管MOS2，场效应管MOS3，场效应管MOS4，一端与场效应管MOS1的栅极相连接、另一端经电阻R5后与场效应管MOS2的栅极相连接的电阻R4，以及一端与场效应管MOS3的栅极相连接、另一端经电阻R7后与场效应管MOS4的栅极相连接的电阻R6组成；所述场效应管MOS1的源极与电压比较器U2的S端相连接，其漏极则与开关滤波电路相连接；所述场效应管MOS2的源极与二极管整流器U的正极输出端相连接、其漏极与效应管MOS1的漏极相连接；场效应管MOS3的源极与电压比较器U2的R端相连接，其漏极接地；场效应管MOS4的源极与二极管整流器U的负极输出端相连接，其漏极接地；电压比较器U2的Q端则与功率放大器P1的反相端相连接。

3.根据权利要求2所述的基于相敏检波电路的平衡调制式开关稳压电源，其特征在于，所述的开关滤波电路由三极管Q，电容C1，电容C2，电阻R1，电阻R2及二极管D1组成；所述三极管Q的基极顺次经电阻R2、二极管D1及电阻R1后与其集电极形成回路，电容C1与电阻R1相并联，电容C2与电阻R2相并联；三极管Q的集电极与场效应管MOS2的漏极相连接，其发射极接地；电阻R2与二极管D1的连接点则与功率放大器P1的同相端相连接；所述二极管D1和电容C1的连接点与极性电容C7的正极相连接，原边线圈L1的非同名端则与功率放大器P1的同相端相连接。

4.根据权利要求3所述的基于相敏检波电路的平衡调制式开关稳压电源，其特征在于，所述电源输出电路由P极与副边线圈L2的同名端相连接、N极经电容C3后与副边线圈L2的非同名端相连接的二极管D2，以及一端与二极管D2的N极相连接、另一端经电容C4后与副边线圈L2的非同名端相连接的电感L4组成。

5.根据权利要求4所述的基于相敏检波电路的平衡调制式开关稳压电源，其特征在于，所述变压反馈电路由二极管D3和电容C5组成；所述二级管D3的P极与副边线圈L3的非同名端相连接、其N极经电容C5后与副边线圈L3的同名端相连接，所述副边线圈L3的同名端接地。

6.根据权利要求5所述的基于相敏检波电路的平衡调制式开关稳压电源，其特征在于，所述开关控制电路由场效应管MOS5、功率放大器P2、电压比较器U1、电感L5及电阻R3组成；所述电感L5串接在功率放大器P1的输出端与二极管D3的N极之间，场效应管MOS5的漏极与二极管D3的N极相连接、其源极经电阻R3后接地、其栅极则与功率放大器P2的输出端相连接；电压比较器U1的S端与振荡器的输出端相连接，其R端与电流比较器I1的输出端相连接，其Q端则与功率放大器P2的反相端相连接；功率放大器P2的同相端与场效应管MOS5的漏极相连接；电流比较器I2的正极输入端和负极输入端则与电阻R3的两端相连接，其输出端经斜率补偿器W后分别与电流比较器I1的负极输入端和振荡器的输入端相连接；电流比较器I1的正极输入端则与功率放大器P1的输出端相连接；PWM控制器的一个输出端分别与电流比较器I1的负极输入端和功率放大器P1的反相端相连接，其另一个输出端经电容C6后接地。

7.根据权利要求6所述的基于相敏检波电路的平衡调制式开关稳压电源，其特征在于，所述检波芯片U3为LM1496双差分模拟乘法器。