CN104953869A - 基于相敏检波电路的非线性负反馈led开关稳压电源 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于相敏检波电路的非线性负反馈LED开关稳压电源，其特征在于，包括有二极管整流器U，功率放大器P1，变压器T，电压比较器U1，开关滤波电路，电源输出电路，变压反馈电路，非线性负反馈电路，电流检测放大器电路，斜波发生器，斜率补偿器M，振荡器以及滑动调节器，相敏检波电路。本发明采用了电流检测放大器电路来实现电流检测，能有效提高开关电源的承载电流，使得其应用范围更为广泛。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非线性负反馈LED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非线性负反馈LED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非线性负反馈LED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非线性负反馈LED开关稳压电源，其由二极管整流器U，功率放大器P1，变压器T，电压比较器U1，串接在二极管整流器U的正极输出端与功率放大器P1的同相端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非线性负反馈电路，输入端与二极管整流器U的负极输出端相连接、输出端与电压比较器U1的R端相连接的电流检测放大器电路，一端与电压比较器U1的S端相连接、另一端顺次经斜波发生器和斜率补偿器M后与电流检测放大器电路相连接的振荡器，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原边与开关滤波电路之间的相敏检波电路组成。所述电压比较器U1的Q端则与功率放大器P1的反相端相连接。
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C9，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R11，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D8，一端与检波芯片U3的BIAS管脚相连接、另一端接地的电阻R12，一端与检波芯片U3的-V管脚相连接、另一端接12V电压的电阻R13，基极经二极管D9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R14后与检波芯片U3的ADJ管脚相连接的三极管Q4，以及一端与检波芯片U3的ADJ管脚相连接、另一端经电阻R16后与检波芯片U3的GMIN管脚相连接的电位器R15组成；所述检波芯片U3的+CAR管脚与极性电容C9的正极相连接，其-OUT管脚则分别与三极管Q4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R15的滑动端相连接。
所述电流检测放大器电路由电流检测放大器IP1、电流检测放大器IP2、电压检测放大器A及电流检测放大器IP3组成；所述电流检测放大器IP1和电流检测放大器IP2的同相端相连接后与二极管整流器U的负极输出端相连接，而电流检测放大器IP1和电流检测放大器IP2的反相端均接地；电流检测放大器IP1的输出端与电压检测放大器A的同相端相连接，电流检测放大器IP2的输出端则与电压检测放大器A的反相端相连接；该电压检测放大器A的输出端与电流检测放大器IP3的同相端相连接，而电流检测放大器IP3的输出端则与电压比较器U1的R端相连接。
所述非线性负反馈电路由电阻R3、电阻R4、二极管D4、二极管D5，以及晶体管桥式电路组成；所述功率放大器P1的输出端分别与变压反馈电路的输出端以及电阻R3和电阻R4的一端相连接，而电阻R3的另一端经二极管D4后与晶体管桥式电路相连接，电阻R4的另一端经二极管D5后与晶体管桥式电路相连接。
所述晶体管桥式电路由三极管Q2，三极管Q3，一端与三极管Q2的集电极相连接、另一端经电阻R6后与三极管Q3的基极相连接的电阻R5，一端与三极管Q3的集电极相连接、另一端经电阻R7后与三极管Q2的基极相连接的电阻R8，正极与三极管Q2的集电极相连接、负极与三极管Q3的基极相连接的电容C6，负极与三极管Q3的集电极相连接、正极与晶体管Q2的基极相连接的电容C7，以及一端与晶体管Q2的基极相连接、另一端外接+6V电源的电阻R9和一端与晶体管Q3的基极相连接、另一端外接+6V电源的电阻R10组成；所述晶体管Q2的集电极与电阻R3和二极管D4的连接点相连接，其发射极接地；所述晶体管Q3的集电极与电阻R4和二极管D5的连接点相连接，其发射极接地；同时，电阻R7和电阻R8的连接点顺次经二极管D4和电阻R3后与功率放大器P1的输出端相连接，电阻R5和电阻R6的连接点顺次经二极管D5和电阻R4后与功率放大器P1的输出端相连接。
所述的开关滤波电路由三极管Q1，电容C1，电容C2，电阻R1，电阻R2及二极管D1组成；所述三极管Q1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Q1的集电极与二极管整流器U的正极输出端相连接，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C9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；同时，功率放大器P1的输出端还与三极管D3和电容C5的连接点相连接。
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)本发明利用非线性负反馈电路的非线性特性，使得调节管自动处于饱和区边缘，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。
(2)本发明采用了电流检测放大器电路来实现电流检测，能有效提高开关电源的承载电流，使得其应用范围更为广泛。
(3)本发明能自动的调节变压器原边线圈的匝数，因此能够根据人们的实际需求进行调压。
(4)本发明能有效的克服开关电源的延迟效应，能有效的提高开关电源灵敏度。
(5)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，本发明包括有二极管整流器U，功率放大器P1，变压器T，电压比较器U1，开关滤波电路，电源输出电路，变压反馈电路，非线性负反馈电路，电流检测放大器电路，斜波发生器，斜率补偿器M，振荡器以及滑动调节器，相敏检波电路。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，而该滑动抽头由滑动调节器来进行控制，以确保本发明能自动调整变压器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。该电压比较器U1优选为LM258D型电压比较器来实现。
其中，二极管整流器U的输入端用于外接220V的市电，而开关滤波电路则串接在该二极管整流器U的正极输出端与功率放大器P1的同相端之间。如图所示，该开关滤波电路由三极管Q1，电容C1，电容C2，电阻R1，电阻R2及二极管D1组成。其中，三极管Q1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Q1的集电极与二极管整流器U的正极输出端相连接，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。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。
电流检测放大器电路用于二极管整流U的电流检测和功率放大，其由电流检测放大器IP1、电流检测放大器IP2、电压检测放大器A及电流检测放大器IP3组成。连接时，电流检测放大器IP1和电流检测放大器IP2的同相端均与二极管整流器U的负极输出端相连接，而电流检测放大器IP1和电流检测放大器IP2的反相端均接地。
同时，电流检测放大器IP1的输出端与电压检测放大器A的同相端相连接，电流检测放大器IP2的输出端则与电压检测放大器A的反相端相连接，而电压检测放大器A的输出端则与电流检测放大器IP3的同相端相连接。
电压比较器U1包括三个端口，即分别为R端口、Q端口和S端口，在连接时，振荡器的输入端与该电压比较器U1的S端相连接，其输出端则顺次经斜波发生器和斜率补偿器M后与电流检测放大器IP3的反相端相连接。
电流检测放大器IP3的输出端则与电压比较器U1的R端相连接，而电压比较器U1的Q端则与功率放大器P1的反相端相连接。
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L3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非线性负反馈电路提供反馈电压，其由二极管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。
所述非线性负反馈电路由电阻R3、电阻R4、二极管D4、二极管D5，以及晶体管桥式电路组成。连接时，功率放大器P1的输出端分别与变压反馈电路的输出端以及电阻R3和电阻R4的一端相连接，而电阻R3的另一端经二极管D4后与晶体管桥式电路相连接，电阻R4的另一端经二极管D5后与晶体管桥式电路相连接。
所述晶体管桥式电路由三极管Q2，三极管Q3，电阻R5，电阻R6，电容C6，电阻R7，电阻R8，电容C7及电阻R9和电阻R10组成。连接时，电阻R5的一端与三极管Q2的集电极相连接，其另一端经电阻R6后与三极管Q3的基极相连接。而电阻R8的一端与三极管Q3的集电极相连接，其另一端经电阻R7后与三极管Q2的基极相连接。
电容C6的正极与三极管Q2的集电极相连接，其负极与三极管Q3的基极相连接；电容C7的负极与三极管Q3的集电极相连接，其正极与晶体管Q2的基极相连接。电阻R9的一端与晶体管Q2的基极相连接，其另一端外接+6V电源；电阻R10的一端与晶体管Q3的基极相连接，其另一端外接+6V电源。
电阻R5与电阻R6的连接点经二极管D5和电阻R4后与二极管D3和电容C5的连接点相连接；而电阻R7和电阻R8的连接点则经二极管D4和电阻R3后也与二极管D3和电容C5的连接点相连接。同时，所述晶体管Q2的集电极与电阻R3和二极管D4的连接点相连接，其发射极接地；所述晶体管Q3的集电极与电阻R4和二极管D5的连接点相连接，其发射极接地。
本发明的晶体管桥式电路为左右对称的结构，使用时，通过导通晶体管Q2和晶体管Q3，并依靠负反馈原件二极管D4和二极管D5来自动调节晶体管Q2和晶体管Q3处于饱和区边缘，从而为滑动调节器提供足够的驱动电压来调节变压器T原边线圈L1的抽头，进而改变变压器原边线圈L1与副边线圈L2和副边线圈L3的匝数比。
为确保实际的运行效果，本申请中的电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6和电容C7均采用贴片电容来实现。
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C9，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R11，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D8，一端与检波芯片U3的BIAS管脚相连接、另一端接地的电阻R12，一端与检波芯片U3的-V管脚相连接、另一端接12V电压的电阻R13，基极经二极管D9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R14后与检波芯片U3的ADJ管脚相连接的三极管Q4，以及一端与检波芯片U3的ADJ管脚相连接、另一端经电阻R16后与检波芯片U3的GMIN管脚相连接的电位器R15组成。
连接时，该检波芯片U3的+CAR管脚与极性电容C9的正极相连接，其-OUT管脚则分别与三极管Q4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R15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C9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D8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R15和电位器R16则可以调整本发明的增益，从而使本发明的稳定性更高。
如上所述，便可以很好的实现本发明。

Claims (8)

1.基于相敏检波电路的非线性负反馈LED开关稳压电源，其由二极管整流器U，功率放大器P1，变压器T，电压比较器U1，串接在二极管整流器U的正极输出端与功率放大器P1的同相端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非线性负反馈电路，输入端与二极管整流器U的负极输出端相连接、输出端与电压比较器U1的R端相连接的电流检测放大器电路，一端与电压比较器U1的S端相连接、另一端顺次经斜波发生器和斜率补偿器M后与电流检测放大器电路相连接的振荡器，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；所述电压比较器U1的Q端则与功率放大器P1的反相端相连接；其特征在于，在变压器T原边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C9，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R11，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D8，一端与检波芯片U3的BIAS管脚相连接、另一端接地的电阻R12，一端与检波芯片U3的-V管脚相连接、另一端接12V电压的电阻R13，基极经二极管D9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R14后与检波芯片U3的ADJ管脚相连接的三极管Q4，以及一端与检波芯片U3的ADJ管脚相连接、另一端经电阻R16后与检波芯片U3的GMIN管脚相连接的电位器R15组成；所述检波芯片U3的+CAR管脚与极性电容C9的正极相连接，其-OUT管脚则分别与三极管Q4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R15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非线性负反馈LED开关稳压电源，其特征在于，所述电流检测放大器电路由电流检测放大器IP1、电流检测放大器IP2、电压检测放大器A及电流检测放大器IP3组成；所述电流检测放大器IP1和电流检测放大器IP2的同相端相连接后与二极管整流器U的负极输出端相连接，而电流检测放大器IP1和电流检测放大器IP2的反相端均接地；电流检测放大器IP1的输出端与电压检测放大器A的同相端相连接，电流检测放大器IP2的输出端则与电压检测放大器A的反相端相连接；该电压检测放大器A的输出端与电流检测放大器IP3的同相端相连接，而电流检测放大器IP3的输出端则与电压比较器U1的R端相连接。
3.根据权利要求2所述的基于相敏检波电路的非线性负反馈LED开关稳压电源，其特征在于，所述非线性负反馈电路由电阻R3、电阻R4、二极管D4、二极管D5，以及晶体管桥式电路组成；所述功率放大器P1的输出端分别与变压反馈电路的输出端以及电阻R3和电阻R4的一端相连接，而电阻R3的另一端经二极管D4后与晶体管桥式电路相连接，电阻R4的另一端经二极管D5后与晶体管桥式电路相连接。
4.根据权利要求3所述的基于相敏检波电路的非线性负反馈LED开关稳压电源，其特征在于，所述晶体管桥式电路由三极管Q2，三极管Q3，一端与三极管Q2的集电极相连接、另一端经电阻R6后与三极管Q3的基极相连接的电阻R5，一端与三极管Q3的集电极相连接、另一端经电阻R7后与三极管Q2的基极相连接的电阻R8，正极与三极管Q2的集电极相连接、负极与三极管Q3的基极相连接的电容C6，负极与三极管Q3的集电极相连接、正极与晶体管Q2的基极相连接的电容C7，以及一端与晶体管Q2的基极相连接、另一端外接+6V电源的电阻R9和一端与晶体管Q3的基极相连接、另一端外接+6V电源的电阻R10组成；所述晶体管Q2的集电极与电阻R3和二极管D4的连接点相连接，其发射极接地；所述晶体管Q3的集电极与电阻R4和二极管D5的连接点相连接，其发射极接地；同时，电阻R7和电阻R8的连接点顺次经二极管D4和电阻R3后与功率放大器P1的输出端相连接，电阻R5和电阻R6的连接点顺次经二极管D5和电阻R4后与功率放大器P1的输出端相连接。
5.根据权利要求4所述的基于相敏检波电路的非线性负反馈LED开关稳压电源，其特征在于，所述的开关滤波电路由三极管Q1，电容C1，电容C2，电阻R1，电阻R2及二极管D1组成；所述三极管Q1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Q1的集电极与二极管整流器U的正极输出端相连接，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C9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。
6.根据权利要求5所述的基于相敏检波电路的非线性负反馈LED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。
7.根据权利要求6所述的基于相敏检波电路的非线性负反馈LED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；同时，功率放大器P1的输出端还与三极管D3和电容C5的连接点相连接。
8.根据权利要求7所述的基于相敏检波电路的非线性负反馈LED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。
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