CN105429488A - 一种基于磁放大器的开关电源自反馈电路及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于磁放大器的开关电源自反馈电路及其控制方法，包括输出整流滤波电路、误差放大电路、复位控制电路和磁放大器；所述输出整流滤波电路，用于将变压器次级输出的交流电压通过整流滤波转化为直流电压；所述误差放大电路，用于对输出直流电压进行采样放大，其输入端与输出整流滤波电路相连，其输出端与复位控制电路相连；所述复位控制电路，用于控制磁放大器上的电压占空比，以实现输出电压自调节；所述磁放大器，用于通过复位控制电路控制其磁化状态，依据其矩形磁滞回线特性，当磁放大器未饱和时，处于高阻状态，电路关断，当磁放大器饱和时，电路接通。本发明具有占用空间小、电路结构简单、耗散功率低、稳压精度高等特点。

Description

一种基于磁放大器的开关电源自反馈电路及其控制方法

技术领域

本发明涉及开关电源电路技术领域，具体涉及一种基于磁放大器的开关电源自反馈电路及其控制方法。

背景技术

不同的电子系统，在采用多路输出开关电源时，对于输出电压的组合要求不同，而且针对电源的电特性也有严格的要求。目前大部分的多路输出开关电源的设计方案都有以下三种类型。

方案一，辅路用次级绕组直接输出的多路输出开关电源；方案二，辅路用线性稳压器的多路输出开关电源；方案三，多调制器的多路输出开关电源。

其中，方案一结构简单，实现方便，但辅路没有稳压电路，变压器初次级匝数固定，所以辅路输出电压受负载影响极大，在开关电源的电性能指标中有交叉调整率，负载调整率两项，使用该方案电路时这两个指标很难达到理想要求。方案二由于辅路用到了线性稳压器，可以弥补方案一中的缺陷，但线性稳压器的输入电流通常不大，有一定限制，故此方案适用于辅路输出电流很小的电源。而且，线性稳压器功率损耗较大，会拉低电源整体效率。方案三通用性极强，由于它是由多个电源回路组成，其PWM控制电路、变压器都是相互独立的，使用同步电路可以减少不同输出之间的相互干扰和降低输出纹波峰值。由此可见，此方案实施性很大，而且可以满足电源高稳压精度的电性能指标要求。但此方案使用的元器件数量很多，占用空间极大，不利于产品小型化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于磁放大器的开关电源自反馈电路及其控制方法，该电路结构简单、稳压精度高、有利于产品小型化，同时磁放大器中的能量最终大部分都返回到电路中，可使功率损耗降低，进而提高了开关电源的效率。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种基于磁放大器的开关电源自反馈电路，包括输出整流滤波电路、误差放大电路、复位控制电路和磁放大器；所述输出整流滤波电路，用于将变压器次级输出的交流电压通过整流滤波转化为直流电压；所述误差放大电路，用于对输出直流电压进行采样放大，其输入端与输出整流滤波电路相连，其输出端与复位控制电路相连；所述复位控制电路，用于控制磁放大器上的电压占空比，以实现输出电压自调节；所述磁放大器，用于通过复位控制电路控制其磁化状态，依据其矩形磁滞回线特性，当磁放大器未饱和时，处于高阻状态，电路关断，当磁放大器饱和时，电路接通。

进一步的，所述输出整流滤波电路包括电阻R1，电容C1、C2，二极管D1、D2和电感L1；所述二极管D1的阳极与磁放大器的输出端相连，其阴极与电感L1的一端相连，所述磁放大器的输入端与变压器的次级绕组同名端相连，变压器的次级绕组异名端与开关电源输出地相连，所述电感L1的另一端为开关电源的输出端，所述电阻R1与电容C1串联后并联在二极管D1的两端，所述二极管D2的阳极与开关电源输出地相连，其阴极与二极管D1的阴极相连，所述电容C2连接在开关电源的输出端与输出地之间。

进一步的，所述二极管D1和二极管D2均为肖特基二极管。

进一步的，所述误差放大电路包括电阻R5、R6、R7、R8，电容C3、C4和精密电压基准源V1；所述电阻R6和电阻R8依次串联在开关电源的输出端与输出地之间，所述电容C4并联在电阻R6的两端，所述精密电压基准源V1的阳极连接开关电源的接输出地，其基准端连接在电阻R6和电阻R8之间的节点处，其阴极通过电阻R5与开关电源的输出端连接，所述电容C3与电阻R7依次串联在精密电压基准源V1的阴极与其基准端之间。

进一步的，所述复位控制电路包括电阻R2、R3、R4，电容C5，三极管Q1和二极管D3、D4；所述三极管Q1的基极通过电阻R4与精密电压基准源V1的阴极相连，其发射极通过电阻R2与开关电源输出端相连，其集电极分别与二极管D3、D4的阳极相连，所述电阻R3与电容C5依次串联在三极管Q1的基极与开关电源输出地之间，所述二极管D3的阴极与二极管D1的阳极相连，所述二极管D4的阴极与开关电源输出地相连。

一种基于磁放大器的开关电源自反馈电路的控制方法，包括以下步骤：

（1）对变压器次级输出的交流电压进行整流和滤波，将整流滤波后的交流电压转化为直流电压；

（2）对输出的直流电压进行采样，将采集的输出取样电压与基准电压相比较，并将比较后的误差电压进行放大输出；

（3）当输出电压过大时，误差放大电路输出低电平，通过复位电路向磁放大器反灌电流使磁放大器复位，磁放大器处于不饱和状态，电路断开，使开关电源输出电压降低；

（4）当输出电压正常或偏低时，误差放大器电路输出高电平，变压器次级输出的正向电压将磁放大器磁化，磁放大器由不饱和转化为饱和，饱和后电路接通，使开关电源输出电压上升；

（5）通过磁放大器由不饱和到饱和的持续时间，以改变磁放大器上电压占空比，从而实现闭环控制，稳定输出电压。

由上述技术方案可知，本发明主要围绕着磁放大器的开关特性来设计电路，该电路具有结构简单、稳压精度高等特点，同时磁放大器中的能量最终大部分都返回到电路中，使得辅路功率损耗降低，进而提高了开关电源的总体效率。而且，采用本发明的多路开关电源，其所使用的元器件不多，有利于产品小型化。

附图说明

图1是本发明的电路原理框图；

图2是本发明的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1所示，本实施例的基于磁放大器的开关电源自反馈电路，包括变压器T1、输出整流滤波电路1、误差放大电路2、复位控制电路3和磁放大器4，该输出整流滤波电路1，用于将变压器T1次级输出的交流电压通过整流滤波转化为直流电压；误差放大电路2，用于对输出直流电压进行采样放大，其输入端与输出整流滤波电路1的输出端相连，其输出端与复位控制电路3的输入端相连；复位控制电路3，用于控制磁放大器4上的电压占空比，以实现输出电压自调节；磁放大器4，用于通过复位控制电路3控制其磁化状态，依据其矩形磁滞回线特性，当磁放大器4未饱和时，处于高阻状态，电路关断，当磁放大器饱和时，电路接通。

由于变压器T1次级输出交流电压，该交流电压通过输出整流滤波电路1转化为直流电压，为保证输出直流电压的稳定性，对输出电压进行采样放大，误差放大电路2的输出电压通过复位控制电路3来控制磁放大器4的磁化状态，依据其矩形磁滞回线特性，当磁放大器4未饱和时，处于高阻状态，电路关断，当磁放大器4饱和时，电路接通，由此来控制磁放大器4上的电压占空比，形成了闭环系统，从而实现输出电压自调节。

如图2所示，输出整流滤波电路1包括电阻R1，电容C1、C2，二极管D1、D2和电感L1；二极管D1的阳极与磁放大器4的输出端相连，其阴极与电感L1的一端相连，电感L1的另一端为开关电源的输出端，磁放大器4的输入端与变压器T1的次级绕组同名端相连，变压器T1的次级绕组异名端与开关电源输出地相连，电阻R1与电容C1串联后并联在二极管D1的两端，二极管D2的阳极与开关电源输出地相连，其阴极与二极管D1的阴极相连，电容C2连接在开关电源的输出端与输出地之间。本实施例中，二极管D1和二极管D2均为肖特基二极管。该电路中，电阻R1和电容C1是作吸收肖特基二极管D1上电压尖峰毛刺的作用，肖特基二极管D1和肖特基二极管D2对变压器T1输出交流电压进行半波整流，电感L1和电容C2起滤波作用。

如图2所示，误差放大电路2包括电阻R5、R6、R7、R8，电容C3、C4和精密电压基准源V1；电阻R6和电阻R8依次串联在开关电源的输出端与输出地之间，电容C4并联在电阻R6的两端，精密电压基准源V1的阳极连接开关电源的接输出地，其基准端连接在电阻R6和电阻R8之间的节点处，其阴极通过电阻R5与开关电源的输出端连接，电容C3与电阻R7依次串联在精密电压基准源V1的阴极与其基准端之间。该电路中，电阻R6和电阻R8是起开关电源输出电压取样作用，电容C3和电阻R7起校正作用，电容C4起消除电压尖峰毛刺作用，电阻R5作为精密电压基准源V1的限流电阻，精密电压基准源V1内部有运放和基准稳压二极管，在电路中起误差放大器作用。

如图2所示，复位控制电路3包括电阻R2、R3、R4，电容C5，三极管Q1和二极管D3、D4；三极管Q1的基极通过电阻R4与精密电压基准源V1的阴极相连，其发射极通过电阻R2与开关电源输出端相连，其集电极分别与二极管D3、D4的阳极相连，电阻R3与电容C5依次串联在三极管Q1的基极与开关电源输出地之间，二极管D3的阴极与二极管D1的阳极相连，二极管D4的阴极与开关电源输出地相连。该电路中，电阻R4对三极管Q1基极起限流作用，电阻R2对三极管Q1发射极起限流和吸收电压尖峰作用。误差放大电路通过三极管Q1来控制磁放大器B1的磁化状态，进而控制磁放大器B1上电压的占空比。二极管D3防止磁放大器输出在高电平时反向倒灌。二极管D4用于泄放二极管D3上的反向电流。磁放大器B1在电路中起开关作用，当B1未饱和时，处于高阻状态，电路断开，当B2饱和时，电路接通。

本实施例的基于磁放大器的开关电源自反馈电路的控制方法，具体步骤如下：

首先，因变压器T1次级输出的是交流电压，所以先对变压器T1次级输出的交流电压进行整流和滤波，并将交流电压转化为直流电压；

其次，对输出直流电压进行误差放大，误差放大电路2包括电压采样和比较放大两部分；该电压采样电路包括电阻R6和电阻R8，用于对开关电源输出电压进行采样，将采集的输出取样电压送入精密电压基准源V1，与精密电压基准源V1内部的基准电压相比较，比较后的误差电压被精密电压基准源V1内部的放大器放大输出。

最后，当输出电压过大时，误差放大电路2输出低电平，即三极管Q1的基极为低电平，三极管Q1工作，电流由Q1的发射极流入集电极，再通过二极管D3向磁放大器4反灌电流使得磁放大器4复位，磁放大器4处于不饱和状态，电路断开，使开关电源输出电压降低。当输出电压正常或偏低时，误差放大电路输2出高电平，即三极管Q1的基极为高电平，此时三极管Q1不工作，变压器T1次级输出的正向电压将磁放大器4磁化，磁放大器4由不饱和转化为饱和，饱和后电路接通，使开关电源输出电压上升。磁放大器4由不饱和转化为饱和的持续时间与磁放大器4的复位程度有关，这一过程则改变了磁放大器4上电压占空比，对整个电路形成了闭环系统，从而稳定输出电压。

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 (6)

1.一种基于磁放大器的开关电源自反馈电路，其特征在于：包括输出整流滤波电路、误差放大电路、复位控制电路和磁放大器；所述输出整流滤波电路，用于将变压器次级输出的交流电压通过整流滤波转化为直流电压；所述误差放大电路，用于对输出直流电压进行采样放大，其输入端与输出整流滤波电路相连，其输出端与复位控制电路相连；所述复位控制电路，用于控制磁放大器上的电压占空比，以实现输出电压自调节；所述磁放大器，用于通过复位控制电路控制其磁化状态，依据其矩形磁滞回线特性，当磁放大器未饱和时，处于高阻状态，电路关断，当磁放大器饱和时，电路接通。

2.根据权利要求1所述的基于磁放大器的开关电源自反馈电路，其特征在于：所述输出整流滤波电路包括电阻R1，电容C1、C2，二极管D1、D2和电感L1；所述二极管D1的阳极与磁放大器的输出端相连，其阴极与电感L1的一端相连，所述磁放大器的输入端与变压器的次级绕组相连，所述电感L1的另一端为开关电源的输出端，所述电阻R1与电容C1串联后并联在二极管D1的两端，所述二极管D2的阳极与开关电源输出地相连，其阴极与二极管D1的阴极相连，所述电容C2连接在开关电源的输出端与输出地之间。

3.根据权利要求2所述的基于磁放大器的开关电源自反馈电路，其特征在于：所述二极管D1和二极管D2均为肖特基二极管。

4.根据权利要求1所述的基于磁放大器的开关电源自反馈电路，其特征在于：所述误差放大电路包括电阻R5、R6、R7、R8，电容C3、C4和精密电压基准源V1；所述电阻R6和电阻R8依次串联在开关电源的输出端与输出地之间，所述电容C4并联在电阻R6的两端，所述精密电压基准源V1的阳极连接开关电源的输出地，其基准端连接在电阻R6和电阻R8之间的节点处，其阴极通过电阻R5与开关电源的输出端连接，所述电容C3与电阻R7依次串联在精密电压基准源V1的阴极与其基准端之间。

5.根据权利要求1所述的基于磁放大器的开关电源自反馈电路，其特征在于：所述复位控制电路包括三极管Q1，电阻R2、R3、R4，电容C5和二极管D3、D4；所述三极管Q1的基极通过电阻R4与误差放大电路的输出端相连，其发射极通过电阻R2与开关电源输出端相连，其集电极分别与二极管D3、D4的阳极相连，所述电阻R3与电容C5依次串联在三极管Q1的基极与开关电源输出地之间，所述二极管D3的阴极与二极管D1的阳极相连，所述二极管D4的阴极与开关电源输出地相连。

6.根据权利要求1所述的一种基于磁放大器的开关电源自反馈电路的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）对变压器次级输出的交流电压进行整流和滤波，将整流滤波后的交流电压转化为直流电压；

（2）对输出的直流电压进行采样，将采集的输出取样电压与基准电压相比较，并将比较后的误差电压进行放大输出；

（3）当输出电压过大时，误差放大电路输出低电平，通过复位电路向磁放大器反灌电流使磁放大器复位，磁放大器处于不饱和状态，电路断开，开关电源输出电压降低；

（4）当输出电压正常或偏低时，误差放大器电路输出高电平，变压器次级输出的正向电压将磁放大器磁化，磁放大器由不饱和转化为饱和状态，电路接通，开关电源输出电压上升；

（5）通过磁放大器由不饱和到饱和的持续时间，以改变磁放大器上电压占空比，从而实现闭环控制，稳定输出电压。