CN106208719B - 一种隔离开关电源的反馈电路 - Google Patents

一种隔离开关电源的反馈电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种隔离开关电源的反馈电路，包括基准电压模块和依次电性连接的输出采样模块、误差比较模块、数字隔离反馈模块，且所述基准电压模块与误差比较模块电性连接；所述误差比较模块用于将接收到的电压信号转化为比较结果信号；所述数字隔离反馈模块根据比较结果信号输出结果控制信号至一开关电源芯片以使开关电源芯片完成对输出的闭环控制。本发明的整个反馈通道可以设计为低功耗电路，从而降低了整个开关电源的静态工作电流；可以采用线性的光藕，也可以采用非线性的光藕，在元器件选用不再依赖线性光藕；整个反馈通道的一致性依赖于更少的器件，从而降低系统设计难度，提高产品一致性，降低产品生产调试难度。

Description

一种隔离开关电源的反馈电路
技术领域
本发明属于开关电源电路设计的技术领域，尤其涉及一种隔离开关电源的反馈电路。
背景技术
现有隔离开关电源技术方案，对于输出电压或者输出电流的控制，或采用原边反馈的控制方法，或采用基于线性光藕的次级反馈的控制方法。
采用原边反馈的控制方法对变压器的制作要求要高。这类方案的反馈是依赖于变压器原边的反馈绕组。由于现有变压器制作工艺不能保证很高的一致性，这类开关电源的输出的一致性不是很高。又由于次级输出端的负载变化不能直接地、准确地、及时地反映在原边的反馈绕组的输出上，这类开关电源对输出的控制精度不高，反应不灵敏。这些缺点限制了这类开关电源的应用范围。
基于线性光藕的次级反馈的开关电源对变压器制作要求低，而且输出精度高，反应灵敏。因此这类开关电源使用范围非常广泛。但是这类开关电源有如下缺点：线性光藕静态工作电流大，要求基准电压源驱动电流大；对整个反馈通路(包括次级的输出采样、误差放大、基准电压，跨接原边和次级的线性光藕，原边的误差比较、基准电压)的元器件的一致性要求高。所以这类开关电源的整体上静态工作电流大，产品设计难度高，产品一致性控制难度高，产品生产调试难度高。因此这类开关电源的反馈方法仍然有待提高。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的提供了一种隔离开关电源的反馈电路，其能减少开关电源的静态工作功耗，降低系统设计难度，提升产品一致性，降低产品生产调试难度。
为实现本发明的目的，采用以下技术方案实现：
一种隔离开关电源的反馈电路，包括基准电压模块和依次电性连接的输出采样模块、误差比较模块、数字隔离反馈模块，且所述基准电压模块与误差比较模块电性连接；
所述输出采样模块用于将一开关电源的输出电压信号或电流信号转换为误差比较模块所需要的电压信号；
所述基准电压模块用于给误差比较模块提供参考电压；
所述误差比较模块用于将输出采样模块输出的电压信号和参考电压转化为比较结果信号，并将比较结果信号传输至数字隔离反馈模块；
所述数字隔离反馈模块根据比较结果信号输出结果控制信号至一开关电源芯片以使开关电源芯片完成对输出的闭环控制。
优选地，所述数字隔离反馈模块包括单稳态触发器U1、单稳态触发器U2、光耦U3、光耦U4、RS锁存器、电容C1、电容C2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7和电阻R8，所述光耦U3和光耦U4均包括发光二极管和光敏三极管；
所述单稳态触发器U1的Rx端和单稳态触发器U2的Rx端均与电阻R3的一端电连接，所述单稳态触发器U1的Cx端和单稳态触发器U2的Cx端均与电容C1的一端电连接，电阻R3的一端与电容C1的另一端电连接，所述单稳态触发器U1的反相触发输入TR-端和单稳态触发器U2的正相触发输入TR+端均与误差比较模块的输出端电连接，所述单稳态触发器U1的正相触发输入TR+端和单稳态触发器U1的端电连接，所述单稳态触发器U2的反相触发输入TR-端和单稳态触发器U2的端电连接，所述单稳态触发器U1的R端和单稳态触发器U2的R端均与电阻R4的一端电连接，电阻R4的一端通过电容C2接地，单稳态触发器U1的Q端与光耦U3中发光二极管的正极相接，单稳态触发器U1的GND端接地，单稳态触发器U1的一供电端与一电源VCC端相接，电阻R4的另一端与电阻R3的另一端均与一电源VCC端相接，光耦U3的发光二极管的负极通过电阻R5接地，单稳态触发器U2的Q端与光耦U4中发光二极管的正极相接，光耦U4的发光二极管的负极通过电阻R8接地；
光耦U3的光敏三极管的集电极和光耦U4的光敏三极管的集电极均与一电源VDD端相接，光耦U3的光敏三极管的发射极通过电阻R6接地，光耦U3的光敏三极管的发射极与RS锁存器的置1端S相接，光耦U4的光敏三极管的发射极通过电阻R7接地，光耦U4的光敏三极管的发射极与RS锁存器的置0端R相接，RS锁存器的置位端Q与一开关电源芯片相接。其进一步公开了数字隔离反馈模块的电路连接结构。
优选地，所述单稳态触发器U1和单稳态触发器U2的型号为CD4098。其进一步公开了单稳态触发器的具体型号。
优选地，光耦U3和光耦U4为非线性光耦。其进一步公开了光耦的选取。
优选地，所述RS锁存器的型号为CD4044。其进一步确定了RS锁存器的型号。
优选地，所述误差比较模块为滞回电压比较器。其进一步公开了误差比较模块的选取。
优选地，所述滞回电压比较器的型号为LTC1540。其进一步公开了滞回电压比较器的具体型号。
优选地，输出采样模块包括电阻R1和电阻R2，所述电阻R1的一端与开关电源芯片的电压输出端电连接，电阻R1的另一端和电阻R2的一端均与滞回电压比较器的反相端相接，电阻R2的另一端接地，滞回电压比较器的正相电压端与一基准电压模块相接，滞回电压比较器的负相电压端与电阻R1的另一端相接，滞回电压比较器的输出端与数字隔离反馈模块电连接。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明的整个反馈通道将原有的反馈信息从模拟信号更改为数字信号；整个反馈通道可以设计为低功耗电路，从而降低了整个开关电源的静态工作电流；可以采用线性的光藕，也可以采用非线性的光藕，在元器件选用不再依赖线性光藕；整个反馈通道的一致性依赖于更少的器件，从而降低系统设计难度，提高产品一致性，降低产品生产调试难度。
附图说明
图1为本发明一种隔离开关电源的反馈电路的结构框图；
图2为本发明一种隔离开关电源的反馈电路的实施例的电路结构图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：
如图1和图2所示，本实施例提供了一种隔离开关电源的反馈电路，包括基准电压模块和依次电性连接的输出采样模块、误差比较模块、数字隔离反馈模块，且所述基准电压模块与误差比较模块电性连接；
所述输出采样模块用于将一开关电源的输出电压信号转换为误差比较模块所需要的电压信号；所述基准电压模块用于给误差比较模块提供参考电压；
所述输出采样模块包括电阻R1和电阻R2；所述基准电压模块和误差比较模块由内带基准电压的型号为LTC1540的滞回比较器实现；
所述误差比较模块用于将接收到的电压信号转化为比较结果信号，并将比较结果信号传输至数字隔离反馈模块；所述误差比较模块为滞回电压比较器；所述滞回电压比较器的型号为LTC1540；输出采样模块包括电阻R1和电阻R2，所述电阻R1的一端与开关控制芯片的电压输出端电连接，电阻R1的另一端和电阻R2的一端均与滞回电压比较器的反相端相接，电阻R2的另一端接地，滞回电压比较器的正向电压端与一其内部的基准电压相接，滞回电压比较器的负向电压端与电阻R1的另一端相接，滞回电压比较器的输出端与数字隔离反馈模块电连接。
所述数字隔离反馈模块根据比较结果信号输出结果控制信号至一开关电源芯片以使开关电源芯片完成对输出的闭环控制。所述数字隔离反馈模块包括单稳态触发器U1、单稳态触发器U2、光耦U3、光耦U4、RS锁存器、电容C1、电容C2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7和电阻R8，所述光耦U3和光耦U4均包括发光二极管和光敏三极管；
所述单稳态触发器U1的Rx端和单稳态触发器U2的Rx端均与电阻R3的一端电连接，所述单稳态触发器U1的Cx端和单稳态触发器U2的Cx端均与电容C1的一端电连接，电阻R3的一端与电容C1的另一端电连接，所述单稳态触发器U1的TR-端和单稳态触发器U2的TR+端均与误差比较模块的输出端电连接，所述单稳态触发器U1的TR+端和单稳态触发器U1的端电连接，所述单稳态触发器U2的TR-端和单稳态触发器U2的端电连接，所述单稳态触发器U1的R端和单稳态触发器U2的R端均与电阻R4的一端电连接，电阻R4的一端通过电容C2接地，单稳态触发器U1的Q端与光耦U3中发光二极管的正极相接，单稳态触发器U1的GND端接地，单稳态触发器U1的一供电端与一电源VCC端相接，电阻R4的另一端与电阻R3的另一端均与一电源VCC端相接，光耦U3的发光二极管的负极通过电阻R5接地，单稳态触发器U2的Q端与光耦U4中发光二极管的正极相接，光耦U4的发光二极管的负极通过电阻R8接地；
光耦U3的光敏三极管的集电极和光耦U4的光敏三极管的集电极均与一电源VDD端相接，光耦U3的光敏三极管的发射极通过电阻R6接地，光耦U3的光敏三极管的发射极与RS锁存器的S端相接，光耦U4的光敏三极管的发射极通过电阻R7接地，光耦U4的光敏三极管的发射极与RS锁存器的R端相接，RS锁存器的Q端与一开关电源芯片相接；所述单稳态触发器U1和单稳态触发器U2的型号为CD4098；光耦U3和光耦U4为非线性光耦；所述RS锁存器的型号为CD4044。
本发明设计的反馈电路，将原有的反馈信息从模拟信号更改为数字信号，改进后的反馈通路能够在尽量保持现有基于线性光耦的次级反馈的隔离开关电源的优点的同时，减少开关电源的静态工作功耗，降低系统设计难度，提高产品一致性，降低产品生产调试的难度。
本实施例的工作原理：
滞回电压比较器把输出采样模块输出的电压信号和基准电压提供的参考电压进行比较，输出为“0”或“1”的数字，在此可以选用低功耗的滞回电压比较器；由于比较器是滞回电压比较器，故而在输出高于期望值Vexp一个数值T的时候，或者在输出低于期望值一个数值T的时候，开关控制器才会得到相应的信号，从而作出相应的控制调整，这个数值T取决于滞回电压比较器的回差电压和输出采样模块，也即，当输出低于(Vexp-T)时开关控制器才会进行控制调整来提高输出，当输出高于(Vexp+T)时开关控制器才会进行控制调整来停止输出的提高。这个情况带来的结果是，一方面减少了开关控制器进行控制调整的次数，一方面控制器对(Vexp-T)到(Vexp+T)的输出范围失去了准确控制的能力。因此，在设计时要特别注意滞回电压比较器的回差电压和输出采样模块对数值T的影响，尽量使得T的数值在可接受的范围，满足开关电源输出的要求。
跨接原边和次级的数字隔离反馈电路在次级把比较器的输出进行必要的数字信号转化，然后运用光耦将数字信号传输到原边，再在原边进行必要的数字信号转换，并输出到开关电源芯片的开关控制器处，让控制器知道实际的输出与期望的输出的比较结果，从而让开关控制器作出相应的控制调整。由于没有了原边的比较器，所以不需要原边的基准电压，由于光耦传输的是数字信号，所以不再要求光耦的线性，可以采用线性的光耦，也可以采用非线性的光耦，跨接原边和次级的数字隔离反馈电路处理的是数字信号，所以它对整个反馈通路的一致性影响小，它可以被设计为低功耗的电路，本发明对所述的反馈通路的供电方式不予限制，由于整个反馈通路都可以设计为低功耗电路，所以供电方式也可以考虑低功耗的方式。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变，而所有的这些改变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种隔离开关电源的反馈电路，其特征在于，包括基准电压模块和依次电性连接的输出采样模块、误差比较模块、数字隔离反馈模块，且所述基准电压模块与误差比较模块电性连接；
所述输出采样模块用于将一开关电源的输出电压信号或电流信号转换为误差比较模块所需要的电压信号；
所述基准电压模块用于给误差比较模块提供参考电压；
所述误差比较模块用于将输出采样模块输出的电压信号和参考电压转化为比较结果信号，并将比较结果信号传输至数字隔离反馈模块；
所述数字隔离反馈模块根据比较结果信号输出结果控制信号至一开关电源芯片以使开关电源芯片完成对输出的闭环控制，所述数字隔离反馈模块包括单稳态触发器U1、单稳态触发器U2、光耦U3、光耦U4、RS锁存器、电容C1、电容C2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7和电阻R8，所述光耦U3和光耦U4均包括发光二极管和光敏三极管；
所述单稳态触发器U1的Rx端和单稳态触发器U2的Rx端均与电阻R3的一端电连接，所述单稳态触发器U1的Cx端和单稳态触发器U2的Cx端均与电容C1的一端电连接，电阻R3的一端与电容C1的另一端电连接，所述单稳态触发器U1的反相触发输入TR-端和单稳态触发器U2的正相触发输入TR+端均与误差比较模块的输出端电连接，所述单稳态触发器U1的正相触发输入TR+端和单稳态触发器U1的端电连接，所述单稳态触发器U2的反相触发输入TR-端和单稳态触发器U2的端电连接，所述单稳态触发器U1的R端和单稳态触发器U2的R端均与电阻R4的一端电连接，电阻R4的一端通过电容C2接地，单稳态触发器U1的Q端与光耦U3中发光二极管的正极相接，单稳态触发器U1的GND端接地，单稳态触发器U1的一供电端与一电源VCC端相接，电阻R4的另一端与电阻R3的另一端均与一电源VCC端相接，光耦U3的发光二极管的负极通过电阻R5接地，单稳态触发器U2的Q端与光耦U4中发光二极管的正极相接，光耦U4的发光二极管的负极通过电阻R8接地；
光耦U3的光敏三极管的集电极和光耦U4的光敏三极管的集电极均与一电源VDD端相接，光耦U3的光敏三极管的发射极通过电阻R6接地，光耦U3的光敏三极管的发射极与RS锁存器的置1端S相接，光耦U4的光敏三极管的发射极通过电阻R7接地，光耦U4的光敏三极管的发射极与RS锁存器的置0端R相接，RS锁存器的置位端Q与一开关电源芯片相接。
2.如权利要求1所述的隔离开关电源的反馈电路，其特征在于，所述单稳态触发器U1和单稳态触发器U2的型号为CD4098。
3.如权利要求1所述的隔离开关电源的反馈电路，其特征在于，光耦U3和光耦U4为非线性光耦。
4.如权利要求1所述的隔离开关电源的反馈电路，其特征在于，所述RS锁存器的型号为CD4044。
5.如权利要求1所述的隔离开关电源的反馈电路，其特征在于，所述误差比较模块为滞回电压比较器。
6.如权利要求5所述的隔离开关电源的反馈电路，其特征在于，所述滞回电压比较器的型号为LTC1540。
7.如权利要求5所述的隔离开关电源的反馈电路，其特征在于，输出采样模块包括电阻R1和电阻R2，所述电阻R1的一端与开关电源芯片的电压输出端电连接，电阻R1的另一端和电阻R2的一端均与滞回电压比较器的反相端相接，电阻R2的另一端接地，滞回电压比较器的正相电压端与基准电压模块相接，滞回电压比较器的负相电压端与电阻R1的另一端相接，滞回电压比较器的输出端与数字隔离反馈模块电连接。
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