CN106230266A - 微功耗宽电压高效率多路输出隔离电源电路 - Google Patents

微功耗宽电压高效率多路输出隔离电源电路 Download PDF

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Abstract

微功耗宽电压高效率多路输出隔离电源电路，直流电源经电容C1滤波后，连接至电源芯片U1的2、5脚和高频变压器T1的1脚，经电阻R1连接至电源芯片U1的1脚；高频变压器T1的2脚连接电源芯片U1的4脚，并和电阻R2一端相连；电阻R2的另一端和电源芯片U1的3脚连接；高频变压器T1的4脚连接二极管D1的正极，二极管D1的负极经电容C2滤波后输出电源电压VCC3；高频变压器T1的5脚连接二极管D2的正极，二极管D2的负极经电容C3滤波后输出电源电压VCC2；高频变压器T1的7脚连接二极管D3的正极，二极管D3的负极经电容C4滤波后输出电源电压VCC1,各电源电压之间相互隔离。

Description

微功耗宽电压高效率多路输出隔离电源电路
技术领域
本发明涉及隔离电源领域。
背景技术
由于工业现场供电系统复杂，电压波动大，可靠性差，各种干扰（天体放电干扰、电晕电火花放电干扰、电气设备频率干扰、感应干扰等）通过不同的耦合方式（电容耦合、电磁耦合、共阻抗耦合、漏电流耦合等）通过电源系统进入测量系统，使测量结果偏离准确值，因此对涡街流量计的供电系统提出了更高的要求，普通的线性稳压因功耗、干扰和转换效率等因素不能满足实际需要，近几年来，在现场仪表中因隔离型电源的抗干扰能力强得到了广泛的应用，而传统上隔离型电源的输出电压检测通常需要一个光耦合器和副端参考电压。光耦合器通过光链路发送输出电压反馈信号，同时保持隔离势垒。然而，光耦合器传输比随温度和老化而改变，从而降低了准确度。不同的光耦合器单元之间还可能是非线性的，这导致不同的电路有不同的增益 / 相位特性。运用一个额外的变压器绕组实现电压反馈的反激式设计还可以取代光耦合器，用来闭合反馈环路。不过，这个额外的变压器绕组增大了变压器的尺寸和成本。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种无需光耦合器或额外的变压器绕组、低泄漏电感、低漏磁、多通道输出变压器的微功耗宽电压高效率多路输出隔离电源电路。
为实现发明目的，提供了以下技术方案：微功耗宽电压高效率多路输出隔离电源电路，其特征在于包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电源芯片U1、高频变压器T1、二极管D1、二极管D2、二极管D3，直流电源经电容C1滤波后，连接至电源芯片U1的2、5脚和高频变压器T1的1脚，经电阻R1连接至电源芯片U1的1脚；高频变压器T1的2脚连接电源芯片U1的4脚，并和电阻R2一端相连；电阻R2的另一端和电源芯片U1的3脚连接；高频变压器T1的4脚连接二极管D1的正极，二极管D1的负极经电容C2滤波后输出电源电压VCC3；高频变压器T1的5脚连接二极管D2的正极，二极管D2的负极经电容C3滤波后输出电源电压VCC2,；高频变压器T1的7脚连接二极管D3的正极，二极管D3的负极经电容C4滤波后输出电源电压VCC1,各电源电压之间相互隔离。
作为优选，高频变压器T1绕制有三组次级绕组和一组初级绕组，三组次级绕组包括一组主次级绕组和二组次级绕组。变压器规格和设计也许是成功应用 LT8300 最关键的部分。除了低泄漏电感和紧耦合等涉及高频隔离式电源变压器设计的常规注意事项，变压器的匝数比也必须严格控制。因为变压器副端上的电压是通过在主端采样所得的电压推断的，所以匝数比必须严格控制，以确保一致的输出电压。
作为优选，高频变压器T1采用EP10磁芯，骨架用KD-013-01结构,骨架的最内壁绕有一层最大输出电流主次级绕组N2，第二层从端子1开始绕一半初级绕组N1，第三层再绕一层主次级绕组N3，两层主次级绕组并联后引出主次级绕组输出端子7、8，第四层再绕另一半初级绕组后，引出初级绕组输出端子2，第五层和第六层并绕次级绕组N4、N5，引出第五层和第六层次级绕组各自的输出端子3、4和5、6。
本发明有益效果：多通道输出，各电源电压之间相互隔离；电路的转换效率高，达到了80%；
当功率晶体管关断时，在主端开关节点波形上可准确地测量输出电压，无需光耦合器或额外的变压器绕组；负载调节非常好，因为反射的输出电压始终在二极管电流过零时采样。一般提供好于±2% 的负载调节。特殊设计的低泄漏电感、低漏磁、多通道输出变压器。
附图说明
图1为本发明的电路示意图。
图2为典型的开关节点波形。
图3为在边界模式工作时的反激式转换器波形图。
图4为高频变压器结构原理图。
图5为高频变压器结构剖视图。
具体实施方式
实施例1：微功耗宽电压高效率多路输出隔离电源电路，包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电源芯片U1、高频变压器T1、二极管D1、二极管D2、二极管D3，直流电源经电容C1滤波后，连接至电源芯片U1的2、5脚和高频变压器T1的1脚，经电阻R1连接至电源芯片U1的1脚；高频变压器T1的2脚连接电源芯片U1的4脚，并和电阻R2一端相连；电阻R2的另一端和电源芯片U1的3脚连接；高频变压器T1的4脚连接二极管D1的正极，二极管D1的负极经电容C2滤波后输出电源电压VCC3；高频变压器T1的5脚连接二极管D2的正极，二极管D2的负极经电容C3滤波后输出电源电压VCC2,；高频变压器T1的7脚连接二极管D3的正极，二极管D3的负极经电容C4滤波后输出电源电压VCC1,各电源电压之间相互隔离。高频变压器T1绕制有三组次级绕组和一组初级绕组，三组次级绕组包括一组主次级绕组和二组次级绕组。高频变压器T1采用EP10磁芯，骨架用KD-013-01结构,骨架的最内壁绕有一层最大输出电流主次级绕组N2，第二层从端子1开始绕一半初级绕组N1，第三层再绕一层主次级绕组N3，两层主次级绕组并联后引出主次级绕组输出端子7、8，第四层再绕另一半初级绕组后，引出初级绕组输出端子2，第五层和第六层并绕次级绕组N4、N5，引出第五层和第六层次级绕组各自的输出端子3、4和5、6。
通过检测变压器主端上的输出电压，无需光耦合器或额外的变压器绕组。当功率晶体管关断时，在主端开关节点波形上可准确地测量输出电压，如图 2所示，其中 N 是变压器的匝数比，VIN 是输入电压，VC 是最高箝位电压。边界模式工作减小了转换器的尺寸并改善稳定性，在副端电流降至零时，反激式转换器立即接通其内部开关，而当开关电流达到预定义的电流限制时，该转换器即关断。因此它总是在连续导通模式与断续导通模式(DCM) 转换时工作，通常这称为边界模式或临界导通模式。 边界模式控制是一种可变频率电流模式开关方案。当内部电源开关接通时，变压器电流增加，直至达到其预设电流限值设定点为止。SW 引脚上的电压上升至“输出电压除以变压器副端-主端匝数比” + “输入电压”。当流过二极管的副端电流减小至零时，SW引脚电压下降至低于 VIN。内部 DCM 比较器检测到这一情况并重新接通开关，从而重复该循环。 在每个周期结束时，边界模式使副端电流返回到零，从而产生了不会引起负载调节误差的寄生电阻压降。此外，主反激开关总是在电流为零时接通，而输出二极管没有反向恢复损耗。这种功耗降低允许反激式转换器以相对较高的开关频率工作，与更低频率的可替代设计相比，这反过来又减小了变压器尺寸。图 3 显示了 SW 电压和电流以及输出二极管的电流。 SW VOLTAGE：SW 电压 SW CURRENT：SW 电流 DIODE CURRENT：二极管电流 以边界模式工作时，负载调节非常好，因为反射的输出电压始终在二极管电流过零时采样。一般提供好于±2% 的负载调节。

Claims (3)

1.微功耗宽电压高效率多路输出隔离电源电路，其特征在于包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电源芯片U1、高频变压器T1、二极管D1、二极管D2、二极管D3，直流电源经电容C1滤波后，连接至电源芯片U1的2、5脚和高频变压器T1的1脚，经电阻R1连接至电源芯片U1的1脚；高频变压器T1的2脚连接电源芯片U1的4脚，并和电阻R2一端相连；电阻R2的另一端和电源芯片U1的3脚连接；高频变压器T1的4脚连接二极管D1的正极，二极管D1的负极经电容C2滤波后输出电源电压VCC3；高频变压器T1的5脚连接二极管D2的正极，二极管D2的负极经电容C3滤波后输出电源电压VCC2,；高频变压器T1的7脚连接二极管D3的正极，二极管D3的负极经电容C4滤波后输出电源电压VCC1,各电源电压之间相互隔离。
2.根据权利要求1所述的微功耗宽电压高效率多路输出隔离电源电路，其特征在于高频变压器T1绕制有三组次级绕组和一组初级绕组，三组次级绕组包括一组主次级绕组和二组次级绕组。
3.根据权利要求1所述的微功耗宽电压高效率多路输出隔离电源电路，其特征在于高频变压器T1采用EP10磁芯，骨架用KD-013-01结构,骨架的最内壁绕有一层最大输出电流主次级绕组N2，第二层从端子1开始绕一半初级绕组N1，第三层再绕一层主次级绕组N3，两层主次级绕组并联后引出主次级绕组输出端子7、8，第四层再绕另一半初级绕组后，引出初级绕组输出端子2，第五层和第六层并绕次级绕组N4、N5，引出第五层和第六层次级绕组各自的输出端子3、4和5、6。
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