CN104967319A - 基于门极驱动的光束激发式非线性负反馈开关稳压电源 - Google Patents

基于门极驱动的光束激发式非线性负反馈开关稳压电源 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于门极驱动的光束激发式非线性负反馈开关稳压电源，由二极管整流器U，功率放大器P1，变压器T，串接在二极管整流器U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相连的电源输出电路，与变压器T的副边线圈L3相连的变压反馈电路，与变压反馈电路相连的非线性负反馈电路，与功率放大器P1相连的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的输出端相连的滑动调节器，以及串接在该光束激发式逻辑放大电路与功率放大器P1之间的门极驱动电路组成。本发明设置有门极驱动电路，其驱动速度快、效率高，使本发明适合用于更多的用电器，扩大本发明的使用范围。

Description

基于门极驱动的光束激发式非线性负反馈开关稳压电源
技术领域
本发明涉及一种开关稳压电源，具体是指基于门极驱动的光束激发式非线性负反馈开关稳压电源。
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，开关型稳压电源比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却存在驱动速度慢，电路比较复杂且成本较高的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于克服目前开关型稳压电源却存在驱动速度慢，电路比较复杂且成本较高的缺陷的缺陷，提供一种基于门极驱动的光束激发式非线性负反馈开关稳压电源。
本发明的目的通过下述技术方案实现：基于门极驱动的光束激发式非线性负反馈开关稳压电源，其由二极管整流器U，功率放大器P1，变压器T，串接在二极管整流器U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非线性负反馈电路，与功率放大器P1相连接的PWM控制器，与PWM控制器相连接的电容C8，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，以及串接在二极管整流器U的负极输出端与PWM控制器之间的光束激发式逻辑放大电路，串接在该光束激发式逻辑放大电路与功率放大器P1之间的门极驱动电路组成。
进一步的，该门极驱动电路由三极管Q4，三极管Q5，场效应管MOS1，单向晶闸管D9，负极与三极管Q5的基极相连接、正极则与光束激发式逻辑放大电路相连接的电容C12，与电容C12相并联的电阻R18，一端与电容C12的正极相连接、另一端则与三极管Q5的发射极相连接的同时接地的电阻R17，一端与三极管Q4的集电极相连接、另一端则与电容C12的正极相连接的电阻R16，串接在三极管Q4的集电极和基极之间的电阻R19，N极与三极管Q5的集电极相连接、P极则经电阻R20后与场效应管MOS1的栅极相连接的二极管D8，正极与三极管Q5的发射极相连接、负极则经电阻R21后与场效应管MOS1的栅极相连接的电容C13，正极与电容C13的负极相连接、负极则与单向晶闸管D9的P极相连接的电容C14，以及正极与单向晶闸管D9的控制极相连接、负极则分别与功率放大器P1的反相端以及PWM控制器的输出端相连接的电容C15组成；所述三极管Q4的基极与三极管Q5的集电极相连接、其发射极则与二极管D8的P极相连接；所述场效应管MOS1的漏极接地、其源极则与单向晶闸管D9的N极相连接。
所述光束激发式逻辑放大电路由功率放大器P2，与非门IC1，与非门IC2，与非门IC3，负极与功率放大器P2的同相端相连接、正极经光二极管D6后接地的极性电容C11，一端与极性电容C11的正极相连接、另一端经二极管D7后接地的电阻R11，正极与电阻R11和二极管D7的连接点相连接、负极接地的极性电容C10，一端与与非门IC1的负极输入端相连接、另一端与功率放大器P2的同相端相连接的电阻R12，串接在功率放大器P2的反相端与输出端之间的电阻R13，一端与与非门IC1的输出端相连接、另一端与与非门IC3的负极输入端相连接的电阻R14，正极与与非门IC2的输出端相连接、负极与与非门IC3的负极输入端相连接的电容C9，以及一端与极性电容C10的正极相连接、另一端与与非门IC2的负极输入端相连接的电阻R15组成；所述与非门IC1的正极输入端与功率放大器P2的反相端相连接，其输出端与与非门IC2的正极输入端相连接；与非门IC3的正极输入端与功率放大器P2的输出端相连接，其输出端则与PWM控制器的一个输入端相连接；极性电容C11的正极则与二极管整流器U的负极输出端相连接；所述功率放大器P2的输出端则与电容C12的正极相连接；所述PWM控制器的另一个输入端经电容C8后接地。
所述的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。
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；变压器T的原边线圈L1则与二极管D1相并联。
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。
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。
(3)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。
(4)本发明能显著的降低开关型稳压电源的波纹系数，使得电源质量更为可靠和稳定。
(5)本发明设置有门极驱动电路，其驱动速度快、效率高，使本发明适合用于更多的用电器，扩大了本发明的使用范围。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的门极驱动电路结构示意图。
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，本发明由二极管整流器U，功率放大器P1，变压器T，串接在二极管整流器U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非线性负反馈电路，与功率放大器P1相连接的PWM控制器，与PWM控制器相连接的电容C8，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，以及串接在二极管整流器U的负极输出端与PWM控制器之间的光束激发式逻辑放大电路，串接在该光束激发式逻辑放大电路与功率放大器P1之间的门极驱动电路组成。
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。
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1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RC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。所述变压器T的原边线圈L1与二极管D1相并联。
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。而电容C4的两端则为电源的输出端，用于与外部的负载相连接。
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。
所述光束激发式逻辑放大电路由功率放大器P2，与非门IC1，与非门IC2，与非门IC3，负极与功率放大器P2的同相端相连接、正极经光二极管D6后接地的极性电容C11，一端与极性电容C11的正极相连接、另一端经二极管D7后接地的电阻R11，正极与电阻R11和二极管D7的连接点相连接、负极接地的极性电容C10，一端与与非门IC1的负极输入端相连接、另一端与功率放大器P2的同相端相连接的电阻R12，串接在功率放大器P2的反相端与输出端之间的电阻R13，一端与与非门IC1的输出端相连接、另一端与与非门IC3的负极输入端相连接的电阻R14，正极与与非门IC2的输出端相连接、负极与与非门IC3的负极输入端相连接的电容C9，以及一端与极性电容C10的正极相连接、另一端与与非门IC2的负极输入端相连接的电阻R15组成。
同时，所述与非门IC1的正极输入端与功率放大器P2的反相端相连接，其输出端与与非门IC2的正极输入端相连接；与非门IC3的正极输入端与功率放大器P2的输出端相连接，其输出端则与PWM控制器的一个输入端相连接；极性电容C11的正极则与二极管整流器U的负极输出端相连接；而功率放大器P2的输出端还与电容C12的正极相连接。为确保本发明的效果，所述PWM控制器的另一个输入端还经电容C8后接地，而PWM控制器的输出端则分别与功率放大器P1的反相端以及门极驱动电路相连接。
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。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。即功率放大器P1的输出端要与二极管D3与电容C5的连接点相连接，同时，电阻R3和电阻R4的一端也要与二极管D3和电容C5的连接点相连接，以确保整个非线性负反馈电路能从电容C5处获得反馈电压。
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R3的一端同时与功率放大器P1的输出端、滑动调节器的输入端以及二极管D3与电容C5的连接点相连接，其另一端经二极管D4后与电阻R7和电阻R8的连接点相连接；同理，电阻R4的一端也同时与功率放大器P1的输出端、滑动调节器的输入端以及二极管D3与电容C5的连接点相连接，其另一端经二极管D5后与电阻R5和电阻R6的连接点相连接。
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，并根据PWM控制器的占空比来调节变压器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。
门极驱动电路如图2所示，其包括三极管Q4，三极管Q5，场效应管MOS1，单向晶闸管D9，负极与三极管Q5的基极相连接、正极则与光束激发式逻辑放大电路相连接的电容C12，与电容C12相并联的电阻R18。该电阻R18和电容C12形成一个整形器，该整形器可以对输入的信号进行整形处理。
同时，该门极驱动电路还包括有一端与电容C12的正极相连接、另一端则与三极管Q5的发射极相连接的同时接地的电阻R17，一端与三极管Q4的集电极相连接、另一端则与电容C12的正极相连接的电阻R16，串接在三极管Q4的集电极和基极之间的电阻R19，N极与三极管Q5的集电极相连接、P极则经电阻R20后与场效应管MOS1的栅极相连接的二极管D8。该二极管D8和三极管Q5以及三极管Q4一起构成一个放大器，当信号输入进来后由该放大器进行放大处理，该电阻R17则为分压电阻，在本发明中起分压作用，其可以保护放大器不被过电压损坏。
为了提高驱动效率，该门极驱动电路还设置有正极与三极管Q5的发射极相连接、负极则经电阻R21后与场效应管MOS1的栅极相连接的电容C13，正极与电容C13的负极相连接、负极则与单向晶闸管D9的P极相连接的电容C14，以及正极与单向晶闸管D9的控制极相连接、负极则分别与功率放大器P1的反相端以及PWM控制器的输出端相连接的电容C15。所述三极管Q4的基极与三极管Q5的集电极相连接、其发射极则与二极管D8的P极相连接。所述场效应管MOS1的漏极接地、其源极则与单向晶闸管D9的N极相连接。该三极管Q5优先采用NPN型三极管，而三极管Q4则优先采用PNP型三极管，这样则可以提供足够的门极电流，以便更好的触发场效应管MOS1进行驱动。同时，为了消除可能出现的振荡现象，该门极驱动电路中的电容C13、电容C14以及电阻R21则形成一个阻尼滤波器，其用于消除振荡现象。
如上所述，便可以很好的实现本发明。

Claims (6)

1.基于门极驱动的光束激发式非线性负反馈开关稳压电源，其由二极管整流器U，功率放大器P1，变压器T，串接在二极管整流器U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非线性负反馈电路，与功率放大器P1相连接的PWM控制器，与PWM控制器相连接的电容C8，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，以及串接在二极管整流器U的负极输出端与PWM控制器之间的光束激发式逻辑放大电路组成；其特征在于：在该光束激发式逻辑放大电路与功率放大器P1之间还串接有门极驱动电路；该门极驱动电路由三极管Q4，三极管Q5，场效应管MOS1，单向晶闸管D9，负极与三极管Q5的基极相连接、正极则与光束激发式逻辑放大电路相连接的电容C12，与电容C12相并联的电阻R18，一端与电容C12的正极相连接、另一端则与三极管Q5的发射极相连接的同时接地的电阻R17，一端与三极管Q4的集电极相连接、另一端则与电容C12的正极相连接的电阻R16，串接在三极管Q4的集电极和基极之间的电阻R19，N极与三极管Q5的集电极相连接、P极则经电阻R20后与场效应管MOS1的栅极相连接的二极管D8，正极与三极管Q5的发射极相连接、负极则经电阻R21后与场效应管MOS1的栅极相连接的电容C13，正极与电容C13的负极相连接、负极则与单向晶闸管D9的P极相连接的电容C14，以及正极与单向晶闸管D9的控制极相连接、负极则分别与功率放大器P1的反相端以及PWM控制器的输出端相连接的电容C15组成；所述三极管Q4的基极与三极管Q5的集电极相连接、其发射极则与二极管D8的P极相连接；所述场效应管MOS1的漏极接地、其源极则与单向晶闸管D9的N极相连接。
2.根据权利要求1所述的基于门极驱动的光束激发式非线性负反馈开关稳压电源，其特征在于，所述光束激发式逻辑放大电路由功率放大器P2，与非门IC1，与非门IC2，与非门IC3，负极与功率放大器P2的同相端相连接、正极经光二极管D6后接地的极性电容C11，一端与极性电容C11的正极相连接、另一端经二极管D7后接地的电阻R11，正极与电阻R11和二极管D7的连接点相连接、负极接地的极性电容C10，一端与与非门IC1的负极输入端相连接、另一端与功率放大器P2的同相端相连接的电阻R12，串接在功率放大器P2的反相端与输出端之间的电阻R13，一端与与非门IC1的输出端相连接、另一端与与非门IC3的负极输入端相连接的电阻R14，正极与与非门IC2的输出端相连接、负极与与非门IC3的负极输入端相连接的电容C9，以及一端与极性电容C10的正极相连接、另一端与与非门IC2的负极输入端相连接的电阻R15组成；所述与非门IC1的正极输入端与功率放大器P2的反相端相连接，其输出端与与非门IC2的正极输入端相连接；与非门IC3的正极输入端与功率放大器P2的输出端相连接，其输出端则与PWM控制器的一个输入端相连接；极性电容C11的正极则与二极管整流器U的负极输出端相连接；所述功率放大器P2的输出端则与电容C12的正极相连接；所述PWM控制器的另一个输入端经电容C8后接地。
3.根据权利要求2所述的基于门极驱动的光束激发式非线性负反馈开关稳压电源，其特征在于，所述的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。
4.根据权利要求3所述的基于门极驱动的光束激发式非线性负反馈开关稳压电源，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；变压器T的原边线圈L1则与二极管D1相并联。
5.根据权利要求4所述的基于门极驱动的光束激发式非线性负反馈开关稳压电源，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。
6.根据权利要求5所述的基于门极驱动的光束激发式非线性负反馈开关稳压电源，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。
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