CN110071642A - 一种开关电路及其控制电路、控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开关电路及其控制电路、控制方法，包括控制芯片U5、变压器T3、功率管Q3、整流滤波模块、电流检测模块、振荡模块和反馈模块；所述开关电源控制电路还包括分压模块，所述分压模块连接所述整流滤波模块和接地端，整流滤波后的电压经分压模块分压后，为控制芯片U5的反馈电压输入端提供反馈电压；本发明所提供的控制电路通过在控制芯片的反馈电压输入端与直流电源供电端之间增加一个稳压二极管D4，既保证了控制芯片的直流电源供电端与反馈电压输入端之间有足够的电压差，又提高了控制芯片的控制灵敏度，电路简单，成本低，响应速率高。

Description

一种开关电路及其控制电路、控制方法

技术领域

本发明涉及开关电源技术领域，特别涉及一种开关电路及其控制电路、控制方法。

背景技术

开关电源具有体积小、重量轻、转换效率高等优点，其应用日益广泛。开关电源通常包括开关器件、储能元件以及控制电路；控制电路用于对输出或（和）输入的采样信号进行处理，根据输出或输入的信号变化调节开关器件的占空比，从而实现输出的稳定。控制电路作为开关电源的一个重要组成部分，其控制精度和稳定性直接影响电源的稳定精度、总体效率和稳定性。

UC384X系列控制芯片，包括的型号有UC3842、UC3843、UC3844和UC3845，是开关电源常用的性能优良的电流控制型脉宽调制芯片；请参阅图1，以UC3842控制芯片为例，其引脚2为反馈电压输入端，引脚2的电压与控制芯片内部误差放大器同相端的2.5V基准电压进行比较放大，产生误差信号；引脚3为电流检测输入端，用于采集流过电感或开关器件的电流。引脚2和引脚3的信号共同决定了推挽输出端（引脚6）输出的控制方波信号的占空比，从而控制开关器件通断时间的长短。反馈电压输入端（引脚2）作为外环电压控制，负责检测输出电压的变化，UC3842控制芯片根据引脚2的电压变化量调节输出占空比，因此，要提高基于UC3842控制芯片的开关电源的调整精度，必须提高反馈电压输入端（引脚2）外围电路的反馈灵敏度和响应效率。

图1是现有的一种基于UC3842控制芯片的开关电源的控制电路，包括控制芯片U1和变压器T1；控制芯片U1的直流电源供电端（引脚7）的电源由变压器T1上的辅助绕组经过整流滤波后提供，直流电源供电端的电源经过电阻R1和电阻R4分压后，作为反馈电压输入端（引脚2）的电源输入；当负载电压变化时，直流电源供电端的电位产生同方向的变化，从而引起反馈电压输入端的电位按比例变化，经芯片U1内部的误差放大器控制和调整输出方波的占空比，稳定输出电压。这种开关电源的控制电路虽然电路简单、成本低、响应速度快，但其精度较低；当输入电压波动或负载电压变化时，直流电源供电端的电压也产生变化，设直流电源供电端的电压变化量为，反馈电压输入端的电压变化量为，则反馈电压输入端的电压变化量为：

(1)

越小，芯片U1的控制灵敏度越弱，精度越差；若反馈电压输入端的电压变化量小于芯片U1能检测到的电压变化精度，则芯片U1将无法调整开关器件的占空比，导致整个电源的特性变差。

进一步地，请参阅图2的另一种方案，包括控制芯片U2、精密电压源U3和光耦U4，所述控制芯片U2的型号为UC3842，精密电源的型号为TL431，光耦的型号为TLP521,；由于使用了精密电压源作为控制参考电压，提高了控制精度，且隔离了输入信号与输出信号；但由于使用了光耦，其响应速率较慢，限制了该控制电路在高开关频率的应用，且电路复杂，不便于调试，产品成本高。

可见，现有技术还有待改进和提高。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种开关电源及其控制电路，与现有的开关电源控制电路相比，本申请所提供的开关电源控制电路的控制芯片控制灵敏度高、响应速率快，即控制芯片的反馈电压输入端的电位变化量增大，此外，该控制电路电路简单、成本较低。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种开关电源的控制电路，包括控制芯片U5、变压器T3、功率管Q3、整流滤波模块、电流检测模块、振荡模块和反馈模块；所述开关电源的控制电路还包括分压模块，所述分压模块连接所述整流滤波模块和接地端，整流滤波后的电压经分压模块分压后，为控制芯片U5的反馈电压输入端提供反馈电压。

所述的开关电源的控制电路中，所述分压模块包括第一分压单元、稳压二极管D4和第二分压单元，所述第一分压单元、稳压二极管D4和第二分压单元用于限定控制芯片U5的反馈电压输入端的电压值；所述第一分压单元的一端连接整流滤波模块和控制芯片U5的直流电源供电端，另一端连接稳压二极管D4的负极，稳压二极管D4的正极连接第二分压单元，所述第二分压单元的另一端连接接地端；所述第一分压单元、稳压二极管D4和第二分压单元共同决定了控制芯片U5的反馈电压输入端的电压大小以及控制芯片U5的控制灵敏度。

所述的开关电源的控制电路中，所述控制芯片U5为UC384X系列的电流控制型脉宽调制芯片。

所述的开关电源的控制电路中，所述第二分压单元的阻值大于第一分压单元的阻值。

本发明还提供一种开关电源控制电路的控制方法，用于上述的开关电源控制电路，所述控制方法包括：

S1：整流滤波后的电压经分压模块分压后，为控制芯片U5的反馈电压输入端提供反馈电压；

S2：将反馈电压输入端的电压与控制芯片U5内部误差放大器同相端的基准电压值进行比较放大，产生误差信号；

S3：根据所产生的误差信号与电流检测输入端的信号比较的结果，改变推挽输出端输出的控制方波信号的占空比。

本发明还提供一种开关电源，包括开关器件和储能元件，还包括如上所述的开关电源控制电路。

有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种开关电源及其控制电路，通过在控制芯片的反馈电压输入端与直流电源供电端之间增加一个稳压二极管，保证了控制芯片的直流电源供电端和反馈电压输入端之间有足够的电压差；当负载电压变化时，反馈电压控制端的电压变化量占直流电源供电端的电压变化量的比例增加，即提高了控制芯片的控制灵敏度且优化了开关电源的电源特性；此外，本发明所提供的控制电路电路简单，成本低，响应速率高。

附图说明

图1为现有的开关电源控制电路第一实施例的电路图；

图2为现有的开关电源控制电路第二实施例的电路图；

图3为本发明所提供的开关电源控制电路的结构框图；

图4为本发明所提供的开关电源控制电路的电路图；

图5为本发明所提供的开关电源控制电路的控制方法的流程图。

具体实施方式

本发明提供了一种开关电路及其控制电路、控制方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。

请参阅图3至图5，本发明所提供的开关电源控制电路包括控制芯片U5、变压器T3、功率管Q3、整流滤波模块4、电流检测模块5、振荡模块6和反馈模块7；所述开关电源的控制电路还包括分压模块8，分压模块8连接整流滤波模块4和接地端，经整流滤波模块整流滤波后的电压为控制芯片U5的直流电源供电端和分压模块提供电压，分压模块对所提供的电压进行分压后，为控制芯片U5的反馈电压输入端提供反馈电压，反馈电压输入端所输入的电压与误差放大器同相端的基准电压进行比较，产生误差电压，从而控制推挽输出端所输出的脉冲宽度，实现输出电压的稳定。

在本实施例中，所述控制芯片U5的型号为UC3842;所述功率管Q3的型号为2SK2654；对于控制芯片U5，其中，引脚1为误差放大器的输出端，引脚2为反馈电压输入端，引脚3为电流检测输入端，引脚4为定时端，引脚5为公共地端，引脚6为推挽输出端；引脚7为直流电源供电端，引脚8为基准电压输出端。

此外，在本实施例中，整流滤波模块包括二极管D3和电解电容C7，整流滤波模块用于将电路启动后，变压器副绕组③和④所提供的电压进行整流和滤波，为控制芯片提供正常的工作电压；电流检测模块包括电阻R16，电阻检测模块用于检测电流，并将所检测的电流值输送至控制芯片的电流检测输入端（引脚3），形成电流反馈环，此外，由于电阻R16串接于功率管Q3的源极，构成过流保护电路，当电阻R16上的电压超过1V时，控制芯片U5停止输出，有效地保护了功率管；振荡模块包括电阻R14和电容R9，振荡模块决定了控制芯片的定时端（引脚4）和基准电压输出端（引脚8）的振荡频率，其振荡频率的最大值可达500KHz；反馈模块包括电阻R13和电容C8，反馈模块用于改善增益和频率特性。

进一步地，所述分压模块包括第一分压单元81、稳压二极管D4和第二分压单元82，所述第一分压单元81、稳压二极管D4和第二分压单元82用于限定控制芯片U5的反馈电压输入端的电压值；第一分压单元81的一端连接整流滤波模块和控制芯片U5的直流电源供电端，另一端连接稳压二极管D4的负极，稳压二极管D4的正极连接第二分压单元82的一端，第二分压单元82的另一端连接接地端；所述第一分压单元和第二分压单元共同决定了控制芯片U5的反馈电压输入端的电压大小以及控制芯片U5的控制灵敏度。

稳压二极管具有工作时静态压降大，动态阻抗小的特点，当负载电压变化时，稳压二极管既保证了控制芯片U5的直流电源供电端（引脚7）和反馈电压输入端（引脚2）之间有足够的电压差，又保证了反馈电压输入端可获得足够的反馈信号；请参阅图4，在本实施例中，稳压二极管D4工作时的稳定电压为15V。

进一步地，请参阅图4，在本实施例中，所述第一分压单元包括电阻R12，所述电阻R12的阻值为6.8K。

进一步地，请参阅图4，在本实施例中，所述第二分压单元包括电阻R15，所述电阻R15的阻值为36K。

优选地，所述控制芯片U5为UC384X系列的电流控制型脉宽调制芯片；UC384X系列芯片为开关电源常用的性能优良的电流控制型脉宽调制芯片。

进一步地，所述第二分压单元的阻值大于第一分压单元的阻值；由于稳压二极管D4工作时的压降可高达15V，第二分压单元的阻值与第一分压单元的阻值比例可大幅度调整，即反馈电压输入端（引脚2）的电位变化量占直流电源供电端（引脚7）的电位变化量比例增大，从而提高控制芯片的控制灵敏度。

请参阅图4，在本实施例中，电阻R12的阻值为6.8K，电阻R15的阻值为36K；设直流电源供电端(引脚7)的电压变化量为，反馈电压输入端（引脚2）的电压变化量为，则反馈电压输入端的电压变化量为:

（2）

对比背景技术中所提及的公式（1），在与相等的条件下，本实施例中反馈电压输入端的电压变化量大于背景技术中反馈电压输入端的电压变化量，即控制芯片U5的控制灵敏度提高，控制芯片U5能根据直流电源供电端的电位变化更快地调整控制芯片U5的推挽输出端（引脚6）所输出方波的占空比，从而实现电压的稳定。

请参阅图5，本发明还相应提供了一种开关电源控制电路的控制方法，用于上述的开关电源控制电路，所述控制方法包括：

S1：整流滤波后的电压经分压模块分压后，为控制芯片U5的反馈电压输入端（引脚2）提供反馈电压；由于分压模块中增加了稳压二极管D4，稳压二极管D4具有导通时两端压降大、动态电阻小的特点，既保证了控制芯片U5的反馈电压输入端与直流电源供电端之间有足够的电位差，又将输入电源和负载端的电压波动最大限度地传递至控制芯片U5的反馈电压输入端。

S2：将反馈电压输入端的电压与控制芯片U5内部误差放大器同相端的基准电压值进行比较放大，产生误差信号。

S3：根据所产生的误差信号与电流检测输入端（引脚3）的信号比较的结果，改变推挽输出端（引脚6）输出的控制方波信号的占空比；通过改变推挽输出端输出的控制方波信号的占空比，从而控制开关电源中开关器件通电和断电时间的长短。

当开关电源工作时，若负载电压发生变化，直流电源供电端的电位会同向变化，反馈电压输入端的电位也会随着直流电源供电端的电位变化按比例变化，采用上述控制方法控制开关电源，可有效保障电压的稳定输出；在本实施例中，所述控制芯片U5内部的误差放大器同相端的基准电压值为2.5V。

本发明还相应提供了一种开关电源，包括开关器件、储能元件以及上述所提及的开关电源的控制电路，采用上述控制电路的开关电源，控制精度高，响应速率快。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有的这些替换或改变都应属于本发明所附的权利要求书的保护范围内。

Claims (6)

1.一种开关电源的控制电路，包括控制芯片U5、变压器T3、功率管Q3、整流滤波模块、电流检测模块、振荡模块和反馈模块，其特征在于，还包括分压模块，所述分压模块连接所述整流滤波模块和接地端，整流滤波后的电压经分压模块分压后，为控制芯片U5的反馈电压输入端提供反馈电压。

2.根据权利要求1所述的一种开关电源的控制电路，其特征在于，所述分压模块包括第一分压单元、稳压二极管D4和第二分压单元，所述第一分压单元、稳压二极管D4和第二分压单元用于限定控制芯片U5的反馈电压输入端的电压值；所述第一分压单元的一端连接整流滤波模块和控制芯片U5的直流电源供电端，另一端连接稳压二极管D4的负极，稳压二极管D4的正极连接第二分压单元，所述第二分压单元的另一端连接接地端。

3.根据权利要求1所述的一种开关电源的控制电路，其特征在于，所述控制芯片U5为UC384X系列的电流控制型脉宽调制芯片。

4.根据权利要求2所述的一种开关电源的控制电路，其特征在于，所述第二分压单元的阻值大于第一分压单元的阻值。

5.一种开关电源控制电路的控制方法，其特征在于，用于如权利要求1-4任一项所述的开关电源控制电路，所述控制方法包括：

S1：整流滤波后的电压经分压模块分压后，为控制芯片U5的反馈电压输入端提供反馈电压；

S2：将反馈电压输入端的电压与控制芯片U5内部误差放大器同相端的基准电压值进行比较放大，产生误差信号；

S3：根据所产生的误差信号与电流检测输入端的信号比较的结果，改变推挽输出端输出的控制方波信号的占空比。

6.一种开关电源，包括开关器件和储能元件，其特征在于，还包括权利要求1-4任一项所述的开关电源的控制电路。