CN109412433B - 一种适用于三路输出开关电源的线性调整电路及调整方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种适用于三路输出开关电源的线性调整电路及调整方法，包括误差放大电路、驱动电路、调整电路和滤波电路；所述误差放大电路，用于对输出直流电压进行采样放大，输出控制信号；所述驱动电路，用于增大驱动电流，驱动调整电路工作；所述调整电路，采用功率三极管，通过调整所述功率三极管的集电极与发射极之间压降以实现输出电压稳定；所述滤波电路，用于对输出电压进行滤波，衰减交流噪声。本发明占用空间小、电路结构简单、适用性好、易于实现、稳压精度高，有利于产品小型化。
Description
技术领域
本发明涉及开关电源电路技术领域，具体涉及一种适用于三路输出开关电源的线性调整电路及调整方法。
背景技术
随着社会工业化进程加快，电子产品功能越来越强大，产品的集成化、小型化已成为主流趋势。在军用或民用电子系统中，子模块的数字单片系统的电源电压通常是由+3.3V、+5V、±12V、±15V等多路组成。故以三路为代表的多路输出开关电源在该类市场中占有一席之地。
在整机系统中，设计者为减少整机体积，往往希望所用的电源能够在最小的外壳内实现最多的功能。多路输出电源设计中，外壳尺寸通常是电源设计师的“紧箍”，故根据实际情况选择合适的电路方案尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种占用空间小、电路结构简单、适用性好、稳压精度高的适用于三路输出开关电源的线性调整电路及调整方法。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种适用于三路输出开关电源的线性调整电路，包括误差放大电路、驱动电路、调整电路和滤波电路；
所述误差放大电路，用于对输出直流电压进行采样放大，输出控制信号；
所述驱动电路，用于增大驱动电流，驱动调整电路工作；
所述调整电路，采用功率三极管，通过调整所述功率三极管的集电极与发射极之间压降以实现输出电压稳定；
所述滤波电路，用于对输出电压进行滤波，衰减交流噪声。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述误差放大电路包括第一误差放大电路，所述第一误差放大电路包括运算放大器N1A、电阻R1及电阻R2，所述电阻R1及电阻R2依次串联在辅路Vo2输出端与输出地之间，所述运算放大器N1A的同向输入端与基准电压Vref连接，运算放大器N1A的反向输入端连接在电阻R1和电阻R2之间的节点处，运算放大器N1A的输出端与驱动电路的输入端连接。
所述误差放大电路包括第二误差放大电路，所述第二误差放大电路包括运算放大器N1B，电阻R3、R4、R9和电容C3，所述电阻R3和R4依次串联在辅路Vo2输出端与辅路Vo3输出端，所述电阻R9和电容C3依次串联在辅路整流滤波输出负端与输出地之间，所述运算放大器N1B的同向输入端与输出地连接，运算放大器N1B的反向输入端连接在电阻R3和电阻R4之间的节点处，运算放大器N1B的输出端与驱动电路的输入端连接。
所述驱动电路包括第一驱动电路，所述第一驱动电路包括三极管V2，电阻R5、R6，所述三极管V2的集电极通过电阻R5与辅路整流滤波输出正端连接，三极管V2的发射极通过电阻R6与输出地连接，三极管V2的基极与误差放大电路中N1A的输出端连接。
所述驱动电路包括第二驱动电路，所述第二驱动电路包括三极管V4及电阻R7、R8，所述三极管V4的集电极通过电阻R7与辅路整流滤波输出负端连接，三极管V4的发射极通过电阻R8与输出地连接，三极管V4的基极与误差放大电路中N1B的输出端连接。
所述调整电路包括功率三极管V1及功率三极管V3，所述功率三极管V1的发射极与辅路整流滤波输出正端连接，其集电极与辅路Vo2输出端连接，所述功率三极管V3的发射极与辅路整流滤波输出负端连接，其集电极与辅路Vo3输出端连接，所述功率三极管V1、V3的基极与驱动电路连接。
所述滤波电路包括电容C1、C2，所述电容C1连接在辅路Vo2输出端与输出地之间，所述电容C2连接在辅路Vo3输出端与输出地之间。
一种适用于三路输出开关电源的线性调整电路的调整方法，包括以下步骤：
辅路电路中变压器输出电压经整流滤波后为直流高电平，将该高电平经调整电路降压后为所需的辅路输出电压；辅路输出的正路电压通过取样电阻进行分压，并将分压后的取样电压与基准电压进行比较，将两者的差值通过放大器放大后控制调整电路的压降，以稳定输出电压；当负路输出绝对值过低时，通过调整调整电路中三极管的集电极与发射极之间压降，使负路输出绝对值升高；若负路输出绝对值过高，通过调整误差放大电路输出驱动电流，使调整电路中的三极管压降升高，从而使负路输出绝对值降低。
由上述技术方案可知，本发明应用到三路输出开关电源中，主控电路仅反馈主路输出电压（单路输出），而辅路输出（双路输出）则采用线性调整电路进行自反馈调整。线性调整电路采用基于运算放大器、三极管的分立器件结构，结构简单，易于实现。由于运算放大器芯片通常都是双运放结构，采用该电路可以有效的节省空间，有利于产品小型化。本发明相对于线性稳压器应用环境的局限性，本发明由于只采用了一块双运算放大器芯片，其余均为阻容器件和三极管，环境适应性更强。例如，只要采用具有抗辐射能力的运算放大器、三极管，即可很好的应用于空间环境中。由于本发明采用常规的分立器件搭建，与现有线性稳压器芯片相比，所需器件可根据电源实际要求自由选择，例如根据辅路输出功率、输出电流大小选择相应的功率三极管和驱动三极管，选择余地大，采购周期短，不受国外禁、限运局限。
附图说明
图1是本发明的电路原理图；
图2是本发明的具体应用框图。
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，本实施例的适用于三路输出开关电源的线性调整电路，包括误差放大电路、驱动电路、调整电路3和滤波电路4；其中，误差放大电路用于对输出直流电压进行采样放大，输出控制信号；辅路电路中变压器输出经整流滤波后为直流高电平，该电平经调整电路3降压后为所需的辅路输出电压；为保证辅路输出直流电压的稳定和高精度，对输出电压进行取样及误差放大；误差放大电路的输出通过驱动电路控制调整电路3压降，稳定输出电压。滤波电容用于对辅路输出进行滤波，衰减交流噪声。
误差放大电路包括第一误差放大电路11及第二误差放大电路12，其中，第一误差放大电路11包括运算放大器N1A、电阻R1及电阻R2，第二误差放大电路12包括运算放大器N1B，电阻R3、R4、R9和电容C3；该电阻R1及电阻R2依次串联在辅路Vo2输出端与输出地之间，运算放大器N1A的同向输入端与基准电压Vref连接，运算放大器N1A的反向输入端连接在电阻R1和电阻R2之间的节点处，运算放大器N1A的输出端与三极管V2的基极连接；电阻R3和R4依次串联在辅路Vo2输出端与辅路Vo3输出端，电阻R9和电容C3依次串联在辅路整流滤波输出负端与输出地之间，运算放大器N1B的同向输入端与输出地连接，运算放大器N1B的反向输入端连接在电阻R3和电阻R4之间的节点处，运算放大器N1B的输出端与三极管V4的基极连接。
该电路中，电阻R1和电阻R2对辅路Vo2输出电压进行取样，运算放大器N1A将取样电压与参考电压Vref进行比较，起误差放大器作用，电阻R3和电阻R4对辅路Vo3输出电压进行取样，通常辅路双路输出电压绝对值相同，故取电阻R3阻值与电阻R4相同，运算放大器N1B将取样电压与0V（输出地）进行比较，起误差放大器作用,电阻R9起限流和吸收电压尖峰作用,电容C3起滤波作用。
驱动电路包括第一驱动电路21及第二驱动电路22，第一驱动电路21包括三极管V2，电阻R5、R6，第二驱动电路22包括三极管V4及电阻R7、R8；三极管V2的集电极通过电阻R5与辅路整流滤波输出正端连接，三极管V2的发射极通过电阻R6与输出地连接，三极管V2的基极与误差放大电路中N1A的输出端连接。三极管V4的集电极通过电阻R7与辅路整流滤波输出负端连接，三极管V4的发射极通过电阻R8与输出地连接，三极管V4的基极与误差放大电路中N1B的输出端连接。
本实施例的NPN三极管V2和PNP三极管V4用于增大驱动电流，驱动调整器工作，电阻R5对NPN三极管V2的集电极起限流作用，电阻R6对NPN三极管V2的发射极起限流作用，电阻R8对PNP三极管V4的发射极起限流作用，电阻R7对PNP三极管V4的集电极起限流作用。
调整电路3包括功率三极管V1及功率三极管V3，功率三极管V1的发射极与辅路整流滤波输出正端连接，功率三极管V1的集电极与辅路Vo2输出端连接，功率三极管V1的基极与三极管V2的集电极连接，功率三极管V3的发射极与辅路整流滤波输出负端连接，功率三极管V3的集电极与辅路Vo3输出端连接，功率三极管V3的基极与三极管V4的集电极连接。
本实施例的，PNP功率三极管V1工作在其电压-电流特性曲线的放大区，起可变电阻的作用，通过调整集电极与发射极之间压降以实现辅路VO2输出电压稳定，NPN功率三极管V3用于工作在其电压-电流特性曲线的放大区，起可变电阻的作用，通过调整集电极与发射极之间压降以实现辅路VO3输出电压稳定。
滤波电路4包括电容C1、C2，该电容C1连接在辅路Vo2输出端与输出地之间，电容C2连接在辅路Vo3输出端与输出地之间。该电容C1、C2分别用于对辅路Vo2、Vo3输出进行滤波，衰减交流噪声。
工作原理如下：
辅路电路中变压器输出经整流滤波后为直流高电平,该电平经调整电路降压后为所需的辅路输出电压。
正路输出（Vo2）通过取样电阻R1、R2分压，取样电压加在运算放大器N1A的反向相输入端，与加在同向输入端的基准电压Vref相比较，两者差值通过N1A放大后控制串联功率三极管V1的压降，从而稳定输出电压。由于V1为NPN功率三极管，为增大驱动电流，在运算放大器与功率三极管之间增加三极管V2驱动电路。当正路输出过低时，基准电压与取样电压差值增大，运算放大器N1A的输出驱动电流增加，驱动电路中三极管V2集电极电流增加，串联功率三极管V1的基极电流增大，功率三极管V1的集电极与发射极之间压降减小，从而使正路输出升高。相反，若正路输出过高，基准电压与取样电压差值减少，运算放大器N1A的输出驱动电流减少，通过驱动电路导致串联功率三极管V1压降升高，从而使正路输出降低。
负路输出（Vo3）通过取样电阻R3、R4与正路输出相连，通常辅路双路的输出电压绝对值相同，故取样电阻R3=R4；而运算放大器N1B同向输入端的基准电压接到输出地（0V）。当负路输出绝对值过低时，基准电压与取样电压差值增大，N1B的输出驱动电流增加，驱动电路中三极管V2集电极电流增加，串联功率三极管V1的基极电流增大，功率三极管V1集电极与发射极之间压降减小，从而使负路输出绝对值升高。相反，若负路输出绝对值过高，基准电压与取样电压差值减少，运算放大器N1Ｂ的输出驱动电流减少，通过驱动电路导致串联功率三极管V3压降升高，从而使负路输出绝对值降低。
运算放大器N1A输出正电平驱动NPN三极管V2控制正路输出，运算放大器N1B输出负电平驱动PNP三极管V4控制负路输出。因此，N1的供电正端接正电平Vcc，供电负端通过电阻R9连接到辅路整流滤波输出负端。滤波电容用于对辅路Vo2、Vo3输出进行滤波，衰减交流噪声。
如图2所示，图2为本发明适用于三路输出开关电源的线性调整电路5具体应用时的电路框图，该电路中的主控电路仅反馈主路输出电压（单路输出），而辅路输出（双路输出）则采用线性调整电路进行自反馈调整。
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 (2)
1.一种适用于三路输出开关电源的线性调整电路，包括误差放大电路、驱动电路、调整电路和滤波电路；所述误差放大电路，用于对输出直流电压进行采样放大，输出控制信号；所述驱动电路，用于增大驱动电流，驱动调整电路工作；所述调整电路，采用功率三极管，通过调整所述功率三极管的集电极与发射极之间压降以实现输出电压稳定；所述滤波电路，用于对输出电压进行滤波，衰减交流噪声；所述滤波电路包括电容C1、C2，所述电容C1连接在辅路Vo2输出端与输出地之间，所述电容C2连接在辅路Vo3输出端与输出地之间；
其特征在于：所述误差放大电路包括运算放大器N1A、N1B，电阻R1、R2、R3、R4、R9和电容C3；所述电阻R1及电阻R2依次串联在辅路Vo2输出端与输出地之间，所述运算放大器N1A的同向输入端与基准电压Vref连接，运算放大器N1A的反向输入端连接在电阻R1和电阻R2之间的节点处，运算放大器N1A的输出端与驱动电路的输入端连接；所述电阻R3和R4依次串联在辅路Vo2输出端与辅路Vo3输出端，所述电阻R9和电容C3依次串联在辅路整流滤波输出负端与输出地之间，所述运算放大器N1B的同向输入端与输出地连接，运算放大器N1B的反向输入端连接在电阻R3和电阻R4之间的节点处，运算放大器N1B的输出端与驱动电路的输入端连接；
所述驱动电路包括第一驱动电路，所述第一驱动电路包括三极管V2，电阻R5、R6，所述三极管V2的集电极通过电阻R5与辅路整流滤波输出正端连接，三极管V2的发射极通过电阻R6与输出地连接，三极管V2的基极与误差放大电路中N1A的输出端连接；
所述驱动电路包括第二驱动电路，所述第二驱动电路包括三极管V4及电阻R7、R8，所述三极管V4的集电极通过电阻R7与辅路整流滤波输出负端连接，三极管V4的发射极通过电阻R8与输出地连接，三极管V4的基极与误差放大电路中N1B的输出端连接；
所述调整电路包括功率三极管V1及功率三极管V3，所述功率三极管V1的发射极与辅路整流滤波输出正端连接，其集电极与辅路Vo2输出端连接，所述功率三极管V3的发射极与辅路整流滤波输出负端连接，其集电极与辅路Vo3输出端连接，所述功率三极管V1、V3的基极与驱动电路连接。
2.根据权利要求1所述的适用于三路输出开关电源的线性调整电路的调整方法，其特征在于，包括以下步骤：
辅路电路中变压器输出电压经整流滤波后为直流高电平,将该高电平经调整电路降压后为所需的辅路输出电压；
辅路输出的正路电压通过取样电阻进行分压，并将分压后的取样电压与基准电压进行比较，将两者的差值通过放大器放大后控制调整电路的压降，以稳定输出电压；
当负路输出绝对值过低时，通过调整调整电路中三极管的集电极与发射极之间压降，使负路输出绝对值升高；若负路输出绝对值过高，通过调整误差放大电路输出驱动电流，使调整电路中的三极管压降升高，从而使负路输出绝对值降低。
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