CN108614610B - 一种磁隔离反馈电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种磁隔离反馈电路，包括：控制电路；采样误差放大电路，用于在控制电路的控制信号为预设的第一电平时，对转换电源的输出电压信号进行采样，生成误差电压信号；调制电路，用于对误差电压信号进行调制，将误差电压信号加载至高频载波上；解调电路，用于对高频载波进行解调，获取误差电压信号；隔离变压器的次级端用于将接收到的所述误差电压信号传递至初级端，再将所述误差电压信号传递至控制芯片的反馈端；限流电路，用于将所述转换电源的输出电流限制在预设的范围内；其中，当所述控制电路的控制信号为预设的第二电平时，所述控制信号通过隔离变压器为所述采样误差放大电路及所述限流电路提供一个稳定电压。

Description

一种磁隔离反馈电路

技术领域

本发明涉及电气隔离技术领域，尤其涉及一种磁隔离反馈电路。

背景技术

开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM，Pulse Width Modulation)集成电路(IC，integrated circuit)和金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET，Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)构成。目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。

以直流-直流转换电源DC-DC电源为例，分为隔离电源和非隔离电源两种，隔离的作用主要有以下几点：1、安全隔离，比如强电弱电隔离、绝缘栅双极型晶体管(IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor)隔离驱动、浪涌隔离保护、雷电隔离保护，隔离电源失效后，对后级的影响干扰小，在强制安全规定下需要使用隔离电源；2、提高抗干扰能力：比如模拟电路与数字电路隔离、强弱信号隔离可以消除噪声，提高抗干扰能力。在卫星和航天电子系统等专业级别的电源中，一般都需要原副边的电气隔离。主电路部分主要采用功率变压器进行电气隔离，而在反馈部分同样需要电气隔离。

现有技术中一般采用专用的芯片对反馈部分实现电气隔离，但是这样的话成本增加，并且需要提供额外的电源供电。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供了一种磁隔离反馈电路，用于解决现有技术中利用专用的芯片对开关电源的反馈电路实行电气隔离时，成本高且需要提供额外的电源供电的技术问题。

本发明提供一种磁隔离反馈电路，应用在转换电源中，所述电路包括：

控制电路；

采样误差放大电路，用于在所述控制电路的控制信号为预设的第一电平时，对所述转换电源的输出电压信号进行采样，生成误差电压信号；

调制电路，用于对所述误差电压信号进行调制，将所述误差电压信号加载至高频载波上；

解调电路，用于对所述高频载波进行解调，获取所述误差电压信号；

隔离变压器，所述隔离变压器的次级端用于将接收到的所述误差电压信号传递至初级端，再将所述误差电压信号传递至所述控制电路的反馈端，形成闭环通路；

限流电路，用于将所述转换电源的输出电流限制在预设的范围内；其中，

当所述控制电路的控制信号为预设的第二电平时，所述控制信号通过所述隔离变压器为所述采样误差放大电路及所述限流电路提供一个稳定电压。

上述方案中，所述采样误差放大电路包括：第一运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一电容、第二电容及第一稳压器；其中，

所述第一运算放大器的反向输入端经所述第一电阻、所述第二电阻与所述电源的输出端相连；所述第一运算放大器的同相输入端经所述第四电阻与所述稳压器的阴极端相连；

所述第一稳压器的阳极接地，所述第一稳压器的阴极还经所述第三电阻与所述隔离变压器产生的供电电压相连；

所述第五电阻与所述第一运算放大器反向输入端相连，所述第一电容通过第二二极管与所述第一运算放大器的输出端相连。

上述方案中，所述第五电阻与所述第一电容构成所述第一运算放大器的补偿网络。

上述方案中，所述调制电路包括：三极管、第四电容、第十一电阻及第六二极管；其中，

所述三极管的基极通过第二二极管与第一运算放大器的输出端相连，且所述三极管的基极通过所述第四电容接地；

所述三极管的发射极通过所述第十一电阻与所述第六二极管的阴极相连；所述三极管的集电极接地；

所述第六二极管的阳极与所述隔离变压器的次级侧异名端相连。

上述方案中，所述解调电路包括：第八二极管、第六电容及第十三电阻；其中，

所述第八二极管的阴极与所述隔离变压器的初级侧异名端相连，所述第八二极管的阳极通过所述第六电容接地；

所述第十三电阻与所述控制电路的反馈端口相连；

所述控制电路产生的高频载波信号分别与所述第八二极管、所述隔离变压器的初级侧异名端相连。

上述方案中，所述限流电路包括：第二运算放大器、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十四电阻、第三电容及第二稳压器；其中，

所述隔离变压器提供的供电电压经过所述第十四电阻与所述第二稳压器的阴极相连，所述第二稳压器的阳极接地；

所述第二稳压器的阴极通过所述第九电阻与所述第二运算放大器的同相输入端相连，所述第二稳压器的阴极通过所述第七电阻与所述第二运算放大器的反向输入端相连；

所述第二运算放大器的输出端通过所述第三二极管与三极管的基极相连；

所述第六电阻与所述第二运算放大器的反向输入端相连，所述第三电容与所述第二运算放大器的输出端相连。

上述方案中，所述第九电阻及所述第十电阻构成所述限流电路的分压网络。

上述方案中，所述第六电阻及所述第三电容构成所述第二运算放大器的补偿网络。

上述方案中，所述控制信号根据所述控制电路的振荡锯齿波信号与基准信号确定。

上述方案中，所述控制电路包括：脉冲宽度调制PWM控制芯片。

本发明提供了一种磁隔离反馈电路，所述电路包括：控制电路；采样误差放大电路，用于在所述控制电路的控制信号为预设的第一电平时，对转换电源的输出电压信号进行采样，生成误差电压信号；调制电路，用于对所述误差电压信号进行调制，将所述误差电压信号加载至高频载波上；解调电路，用于对所述高频载波进行解调，获取所述误差电压信号；隔离变压器，所述隔离变压器的次级端用于将接收到的所述误差电压信号传递至初级端，再将所述误差电压信号传递至控制芯片的反馈端；限流电路，用于将所述转换电源的输出电流限制在预设的范围内；其中，当所述控制电路的控制信号为预设的第二电平时，所述控制信号通过所述隔离变压器为所述采样误差放大电路及所述限流电路提供一个稳定电压；如此，该反馈电路都是由简单的独立器件实现，成本低，且当所述控制电路的控制信号为预设的第二电平时，所述控制信号可以为所述隔离变压器充电，经整流滤波电路处理后就可以得到稳定的电压，从而为所述采样误差放大电路中的第一运算放大器、所述限流电路中的第二运算放大器供电，无需再提供额外的电源供电。

附图说明

图1为本发明实施例提供的磁隔离反馈电路整体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的转换电源主电路的简单结构示意图。

具体实施方式

为了解决现有技术中利用专用的芯片对开关电源实行电气隔离时，成本高且需要提供额外的电源供电的技术问题，本发明提供了一种磁隔离反馈电路，所述电路包括：控制电路；采样误差放大电路，用于在所述控制电路的控制信号为预设的第一电平时，对转换电源的输出电压信号进行采样，生成误差电压信号；调制电路，用于对所述误差电压信号进行调制，将所述误差电压信号加载至高频载波上；解调电路，用于对所述高频载波进行解调，获取所述误差电压信号；隔离变压器，所述隔离变压器的次级端用于将接收到的所述误差电压信号传递至初级端，再将所述误差电压信号传递至控制芯片的反馈端；限流电路，用于将所述转换电源的输出电流限制在预设的范围内；其中，当所述控制电路的控制信号为预设的第二电平时，所述控制信号通过隔离变压器为所述采样误差放大电路及所述限流电路提供一个稳定电压。

下面通过附图及具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

本实施例提供一种磁隔离反馈电路，应用在如图1所示，所述电路包括：控制电路、采样误差放大电路1、调制电路2、解调电路3、隔离变压器T1以及限流电路4；所述控制电路可以为PWM控制芯片。

具体地，继续参见图1，所述采样误差放大电路1包括：第一运算放大器U1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一电容C1、第二电容C2及第一稳压器Z1；其中，所述第一运算放大器U1的反向输入端经所述第一电阻R1、所述第二电阻R2与所述电源的输出端相连；所述第一运算放大器U1的同相输入端经所述第四电阻R4与所述第一稳压器Z1的阴极端相连；

所述第一稳压器Z1的阳极接地，所述第一稳压器Z1的阴极还经所述第三电阻R3与所述隔离变压器T1产生的供电电压相连；

所述第五电阻R5与所述第一运算放大器U1的反向输入端相连，所述第一电容C1通过第二二极管D2与所述第一运算放大器U1的输出端相连。

这里，所述第五电阻R5与所述第一电容C构成所述第一运算放大器U1的补偿网络。

所述调制电路2包括PNP型三极管V、第四电容C4、第十一电阻R11及第六二极管D6；其中，所述三极管V的基极通过第二二极管D2与第一运算放大器U1的输出端相连，且所述三极管V的基极通过所述第四电容C4接地；

所述三极管V的发射极通过所述第十一电阻R11与所述第六二极管D6的阴极相连；所述三极管V的集电极接地；

所述第六二极管D6的阳极与所述隔离变压器T1的次级侧异名端相连。

所述解调电路3包括：第八二极管D8、第六电容C6及第十三电阻R13；其中，所述第八二极管D8的阴极与所述隔离变压器T1的初级侧异名端相连，所述第八二极管D8的阳极通过所述第六电容C6接地；

所述第十三电阻R13与所述控制电路的反馈端口FB相连；

所述控制电路产生的高频载波信号分别与所述第八二极管D8、所述隔离变压器T1的初级侧异名端相连。

继续参见图1，所述限流电路4包括：第二运算放大器U2、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十四电阻R14、第三电容C3及第二稳压器Z2；其中，

所述隔离变压器提供的供电电压VCC1经过所述第十四电阻R14与所述第二稳压器Z2的阴极相连，所述第二稳压器Z2的阳极接地；

所述第二稳压器Z2的阴极通过所述第九电阻R9与所述第二运算放大器U2的同相输入端相连，所述第二稳压器Z2的阴极通过所述第七电阻R7与所述第二运算放大器U2的反向输入端相连；

所述第二运算放大器U2的输出端通过所述第三二极管D3与三极管V的基极相连；

所述第六电阻R6与所述第二运算放大器U2的反向输入端相连，所述第三电容C3与所述第二运算放大器U2的输出端相连；

所述第八电阻R8的一端与第二运算放大器U2的反相输入端相连，所述第八电阻R8的另一端接地；所述第九电阻R9及所述第十电阻R10构成所述限流电路的分压网络。

参见图2，所述第十电阻R10的ISEN2端(自定义端)与检测电阻R0相连，所述检测电阻R0用于将转换电源的输出的负载电流转换为电压信号，所述电压信号用于控制限流电路4的输出电压。

这里，图2中的前级网络可以理解为整个转换电源主电路的输入，位于主变压器的前端，主变压器的后端就是整个转换电源主电路的输出。

磁隔离反馈电路在工作时，根据所述控制电路的振荡锯齿波信号与基准信号确定控制信号，具体是将控制电路的振荡锯齿波信号与基准信号Vref进行比较，得到方波控制信号，这里，因锯齿波本身的频率为变换器本身的工作频率，利用锯齿波得到的方波控制信号与锯齿波频率相同，因此当磁隔离反馈电路产生载波信号时不会与转换电源本身的工作频率产生干扰。

当方波控制信号为预设的第二电平(高电平)时，方波控制信号为隔离变压器T1充电，隔离变压器T1的初级侧将得到的方波信号感应到隔离变压器T1的次级侧，然后经整流滤波电路进行处理，得到稳定的输出电压VCC1，VCC1作为供电电压为第一运算放大器U1、第二运算放大器U2供电，因此无需额外的电源进行供电。

当方波控制信号为第二电平时低电平时，采样通路打开，采样误差放大电路1就会对转换电源的输出电压信号进行采样，生成误差电压信号；

调制电路2用于对所述误差电压信号进行调制，将所述误差电压信号加载映射至高频载波上；

解调电路3用于对所述高频载波进行解调，获取所述误差电压信号；

隔离变压器T1的次级端用于将接收到的所述误差电压信号传递至初级端，再将所述误差电压信号传递至控制电路的反馈端形成闭环通路；

限流电路4用于将所述转换电源的输出电流限制在预设的范围内。

限流电路4在限流时，先根据公式(1)确定第二运算放大器U2的反向输入端电压V1：

其中，Vref为基准信号。

根据公式(2)确定第二运算放大器U2的同向输入端电压V2：

其中，所述Iout为转换电源输出的负载电流，R0为检测电阻，为了减小损耗，R0为一般取值为0.022Ω。

通过调整分压电阻设定输出负载的最大值，那么可得出最大的输出电流为：

也就是说，限流电路允许转换电源输出的最大负载电流为Iout。

这里，若设定Iout为1A，Vref为2.4V，检测电阻R0＝0.022Ω，则对应分压电阻可取R7＝52.4k，R8＝2k，R9＝42.1k，R10＝2k，当然，分压电阻也可以其他值，只要满足其分压关系亦可。

本发明实施例提供的磁隔离反馈电路能带来的有益效果至少是：

本发明提供了一种磁隔离反馈电路，所述电路包括：控制电路；采样误差放大电路，用于在所述控制电路的控制信号为预设的第一电平时，对转换电源的输出电压信号进行采样，生成误差电压信号；调制电路，用于对所述误差电压信号进行调制，将所述误差电压信号加载至高频载波上；解调电路，用于对所述高频载波进行解调，获取所述误差电压信号；隔离变压器，所述隔离变压器的次级端用于将接收到的所述误差电压信号传递至初级端，再将所述误差电压信号传递至控制芯片的反馈端；限流电路，用于将所述转换电源的输出电流限制在预设的范围内；其中，所述控制信号通过隔离变压器为所述采样误差放大电路及所述限流电路提供一个稳定电压，所述隔离变压器为所述采样误差放大电路及所述限流电路供电；如此，该电路都是由简单的分立器件实现，成本低，且当所述控制电路的控制信号为预设的第二电平时，所述控制信号可以为所述隔离变压器充电，经整流滤波电路处理后就可以得到稳定的电压，从而为所述采样误差放大电路中的第一运算放大器、所述限流电路中的第二运算放大器供电，无需再提供额外的电源供电；且本实施例中由于各个部分都是由分立器件组成，且采样误差放大电路及限流电路都存在环路补偿网络，反馈环路稳定，所以整个工作过程中震荡信号工作稳定；同时采用采样误差放大电路1中的分压网络存在输出与地之间，某种意义上承担了“假负载”的功能，不存在真正的空载，因此不需要额外的负载。提高了空载效率；另外因锯齿波本身的频率为变换器本身的工作频率，利用锯齿波得到的方波控制信号与锯齿波频率相同，因此当磁隔离反馈电路产生载波信号时不会与转换电源本身的工作频率产生干扰。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种磁隔离反馈电路，其特征在于，应用在转换电源中，所述电路包括：

控制电路；

采样误差放大电路，用于在所述控制电路的控制信号为预设的第一电平时，对所述转换电源的输出电压信号进行采样，生成误差电压信号；

调制电路，用于对所述误差电压信号进行调制，将所述误差电压信号加载至高频载波上；

解调电路，用于对所述高频载波进行解调，获取所述误差电压信号；

隔离变压器，所述隔离变压器的次级端用于将接收到的所述误差电压信号传递至初级端，再将所述误差电压信号传递至所述控制电路的反馈端，形成闭环通路；

限流电路，用于将所述转换电源的输出电流限制在预设的范围内；其中，

当所述控制电路的控制信号为预设的第二电平时，所述控制信号通过所述隔离变压器为所述采样误差放大电路及所述限流电路提供一个稳定电压；

所述采样误差电路包括：第一运算放大器、第五电阻及第一电容；所述第五电阻与所述第一电容构成所述第一运算放大器的补偿网络；

所述限流电路包括：第二运算放大器、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十四电阻、第三电容及第二稳压器；其中，

所述隔离变压器提供的供电电压经过所述第十四电阻与所述第二稳压器的阴极相连，所述第二稳压器的阳极接地；

所述第二稳压器的阴极通过所述第九电阻与所述第二运算放大器的同相输入端相连，所述第二稳压器的阴极通过所述第七电阻与所述第二运算放大器的反向输入端相连；

所述第二运算放大器的输出端通过第三二极管与所述调制电路的三极管的基极相连；

所述第六电阻与所述第二运算放大器的反向输入端相连，所述第三电容与所述第二运算放大器的输出端相连。

2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述采样误差放大电路还包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第二电容及第一稳压器；其中，

所述第一运算放大器的反向输入端经所述第一电阻、所述第二电阻与所述电源的输出端相连；所述第一运算放大器的同相输入端经所述第四电阻与所述稳压器的阴极端相连；

所述第一稳压器的阳极接地，所述第一稳压器的阴极还经所述第三电阻与所述隔离变压器产生的供电电压相连；

所述第五电阻与所述第一运算放大器反向输入端相连，所述第一电容通过第二二极管与所述第一运算放大器的输出端相连。

3.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述调制电路包括：三极管、第四电容、第十一电阻及第六二极管；其中，

所述三极管的基极通过第二二极管与第一运算放大器的输出端相连，且所述三极管的基极通过所述第四电容接地；

所述三极管的发射极通过所述第十一电阻与所述第六二极管的阴极相连；所述三极管的集电极接地；

所述第六二极管的阳极与所述隔离变压器的次级侧异名端相连。

4.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述解调电路包括：第八二极管、第六电容及第十三电阻；其中，

所述第八二极管的阴极与所述隔离变压器的初级侧异名端相连，所述第八二极管的阳极通过所述第六电容接地；

所述第十三电阻与所述控制电路的反馈端口相连；

所述控制电路产生的高频载波信号分别与所述第八二极管、所述隔离变压器的初级侧异名端相连。

5.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第九电阻及所述第十电阻构成所述限流电路的分压网络。

6.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第六电阻及所述第三电容构成所述第二运算放大器的补偿网络。

7.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述控制信号根据所述控制电路的振荡锯齿波信号与基准信号确定。

8.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述控制电路包括：脉冲宽度调制PWM控制芯片。

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