CN111509968B - 一种开关电源输出电压控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种隔离型开关电源输出电压控制电路，包括：电压检测网络、电压箝位网络、启动电路切换网络；所述电压检测网络的输入端与电源的输出正端连接，并检测电源输出正端电压的大小；所述电压检测网络的输出端分别与电压箝位网络的输入端及启动电路切换网络的输入端连接，所述电压箝位网络的输出端与所述启动电路切换网络的控制端连接；所述启动电路切换网络的输出端与所述电源的误差放大器输出端连接；所述启动电路切换网络的控制端与所述电源的低电位端连接；电源启动阶段，所述电压箝位网络根据所述电源输出正端电压变化，对所述启动电压切换网络的输出端电压进行箝位，本发明可使电压建立过程更平缓，结构简单，有利于节约成本。

Description

一种开关电源输出电压控制电路
技术领域
本发明涉及开关电源管理领域，尤其涉及一种开关电源输出电压控制电路。
背景技术
目前，开关电源已经在各个领域得到广泛应用，开关电源的负载对象种类繁多，负载特点各不相同，为了保证开关电源稳定可靠的对负载供电，需要对开关电源的输出特性进行专门的控制，其中输出电压的建立过程是控制的重要内容。开关电源输出电压的建立过程，对负载可靠性有重要影响，例如输出电压建立时间过快或者过慢，或者启动过冲等，都会对负载工作造成影响，可能会导致负载无法正常工作，严重的甚至烧毁负载。上述情况，不仅会严重影响负载电路的可靠性，同时对开关电源自身也会造成不利的影响。目前隔离型开关电源输出电压建立常用的方式是，通过初级的PWM输入缓启动电路，在开关电源反馈环路闭环之前，占空比逐步增大的方式，实现输出电压的缓慢上升，再配合反馈环路，实现无过冲输出和无输入浪涌电流。上述方式的主要问题是，将启动控制和反馈控制结合起来实现对输出电压建立过程的控制，势必会制约反馈环路的设计，从而降低开关电源的动态性能。同时，在增大了反馈环路的设计难度的同时，也无法实现对输出电压建立过程的有效控制。
发明内容
鉴于以上现有技术存在的问题，本发明提出一种开关电源输出端电压控制电路，主要解决隔离型开关电源输出电压建立过程中的过冲问题和建立时间控制问题。
为了实现上述目的及其他目的，本发明采用的技术方案如下。
一种隔离型开关电源输出电压控制电路，包括：电压检测网络、电压箝位网络、启动电路切换网络；所述电压检测网络的输入端与电源的输出正端连接，并检测电源输出正端电压的大小；所述电压检测网络的输出端分别与电压箝位网络的输入端及启动电路切换网络的输入端连接，所述电压箝位网络的输出端与所述启动电路切换网络的控制端连接；所述启动电路切换网络的输出端与所述电源的误差放大器输出端连接；所述启动电路切换网络的控制端与所述电源的低电位端连接；电源启动阶段，所述电压箝位网络根据所述电源输出正端电压变化，对所述启动电压切换网络的输出端电压进行箝位。
可选地，所述电压检测网络至少包括一个电阻，通过所述电阻将所述电源输出正端的电压转换为电流对所述电压箝位网络进行充电。
可选地，电压箝位网络至少包括一个箝位电容，通过所述箝位电容的电压变化控制所述启动电路切换网络的输出电压，并调节所述电压箝位网络与所述启动电路切换网络的导通或断开状态。
可选地，所述启动电路切换网络至少包括一个三极管，所述三极管的发射极与所述误差放大器的输出端连接，所述三极管的基极分别与所述电压检测网络的输出点、电压箝位网络的输入端连接；所述三极管的集电极端作为所述启动电路切换网络的控制端与所述电源的低电位端连接。
可选地，所述三极管采用PNP型三极管。
可选地，所述电阻采用47千欧姆的电阻。
可选地，所述箝位电容采用470纳法的电容。
可选地，所述电源采用脉宽调制型开关电源。
如上所述，本发明一种开关电源输出电压控制电路，具有以下有益效果。
本发明可实现开关电源反馈环路与输出电压建立过程控制电路的独立设计，有利于提升电路的整体性能，通过简化控制电路，可减少电路成本。
附图说明
图1为本发明一实施例中开关电源输出电压控制电路的原理图。
图2为本发明一实施例中开关电源输出电压控制电路的应用电路示意图。
图3为传统的隔离性开关电源输出电压控制电路原理图。
图4为本发明与传统开关电源输出电压建立过程对比图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
请参阅图1，本发明提供一种一种开关电源输出电压控制电路，其特征在于，包括：电压检测网络、电压箝位网络、启动电路切换网络；电压检测网络的输入端与电源的输出正端连接，并检测电源输出正端电压的大小；电压检测网络的输出端分别与电压箝位网络的输入端及启动电路切换网络的输入端连接，电压箝位网络的输出端与启动电路切换网络的控制端连接；启动电路切换网络的输出端与电源的误差放大器输出端连接；启动电路切换网络的控制端与电源的低电位端连接；电源启动阶段，电压箝位网络根据电源输出正端电压变化，对启动电压切换网络的输出端电压进行箝位。
在一实施例中，电压检测网络至少包括一个电阻R1，通过电阻将电源输出正端的电压转换为电流对电压箝位网络进行充电。
在一实施例中，电压箝位网络至少包括一个箝位电容C1，通过箝位电容的电压变化控制启动电路切换网络的输出电压，并调节电压箝位网络与启动电路切换网络的导通或断开状态。
在一实施例中，启动电路切换网络至少包括一个三极管V1，所述三极管的发射极与误差放大器的输出端连接，三极管的基极分别与电压检测网络的输出点、电压箝位网络的输入端连接；三极管的集电极端作为启动电路切换网络的控制端与电源的低电位端连接。
具体地，电阻R1的一端与电源输出电压正端(即高电位端)连接，电阻R1的另外一端分别与电容C1以及晶体管V1的基极相连；电容C1的一端和晶体管V1的基极和电阻R1的一端相连，另外一端接电源输出的低电位端。晶体管V1的基极与电容C1和电阻R1的一端相连，发射极接误差放大器的输出，集电极连接开关电源输出的低电位端。在电源启动阶段，误差放大器的输出电压跟随电容C1的箝位电压，电源环路闭合后，V1的BE结截断，使得C1自动与误差放大器的输出端断开，从而开关电源输出电压处于受控状态下启动。
请参阅图2，在一实施例中，三极管采用PNP型三极管，电阻R1选型采用47千欧姆的电阻，箝位电容C1可采用470纳法的电容，电源采用脉宽调制型开关电源(PWM开关电源)。三极管的发射极与光耦支路的稳压二极管阴极连接；稳压二极管可采用TLV431。
当开关电源开始工作时，PWM控制电路的缓启动电路开始工作，固定输出占空比逐渐增大的脉冲信号，使能量从初级向次级传递，使得开关电源输出电压Vout开始缓慢上升，此时输出电压上升的速率和占空比增大的速率相关，开关电源工作在开环状态。因此，通过初级PWM控制电路的缓启动电路，可以控制输出电压Vout的建立过程。随着输出电压的升高，电阻R1感应输出电压的变化，并将输出电压的变化转换成电流，对电容C1进行充电，使得电容C1的电压随着输出电压的升高而升高：同时，随着输出电压的升高，作为隔离器件的光耦IC2开始导通，输出电压Vout也通过光耦支路并经过V1的BE结对电容C1充电，充电电流的大小由反馈环路(即光耦支路)的电流确定；此外，为了保证误差放大器工作在适当的偏置电流，将从输出电压Vout到误差放大器输出的偏置电流，和经过光耦支路的电流一起，形成误差放大器的稳态工作电流，也就是反馈环路的工作电流。该稳态工作电流在输出电压Vout建立的瞬态期间，也为电容C1进行充电。
在输出电压建立过程中，由于实际输出电压小于输出电压的设定值，所以，误差放大器工作在开路状态，误差放大器输出应等于输出电压Vout，但是，由于电容C1电压不能突变，所以误差放大器的输出电压等于电容C1的电压与三极管BE结电压之和。随着启动时间的延长，输出电压越来越高，电容Cl上的电压也越来越高，误差放大器的电压随着CI电压的升高，电压也越来越高，当误差放大器输出的误差电压对应的占空比大于此时PWM控制电路的缓启动电路提供的占空比时，开关电源进入闭环反馈工作阶段。当电路进入闭环状态后，输出电压Vout的建立时间受R1和C1的时间常数控制，误差放大器工作在放大状态，开关电源的输出电压建立时间受R1和C1控制，直到输出电压Vout达到设定值，由于电路一直处于闭环状态，因此，可以实现无过冲启动，同时，由于PWM控制电路占空比处于受控状态，因此输入端也无浪涌电流。同时，通过调整R1和C1的值，可以控制输出电压Vout的建立时间。
当输出电压Vout达到设定值后，光耦支路电流和偏置支路电流受环路控制，误差放大器的输出电压也受环路控制，不再受电容C1嵌位，而通过电阻R1对电容C1进行充电的电流，会继续对电容C1充电，直到将电容电压充电到输出电压。当C1的电压升高到一定值，V1的BE结从导通变为截止，误差放大器的电流只由光耦支路电流和偏置电流确定，即误差放大器的输出和R1，C1和V1无关，即此时控制电路完成输出电压建立控制功能，不再参与电路工作，因此，可实现和输出电压建立电路和反馈环路的独立控制。在输出电压建立过程中，VI可以检测Cl电压的细微变化，因此可以实现对占空比的精细控制，可以有效减小电容的容量，这对减小体积和成本有明显效益。
请参阅图3和图4，图3为传统开关电源控制电路的原理图；图4中上方曲线为传统开关电源输出电压启动过程中电压斜率变化示意图，下方曲线为本实施例中开关电源输出电压启动过程电压斜率变化示意图。从图中可明显看出，本实施例采用的控制电路使得电压建立过程更加平缓，有效解决过冲问题。
综上所述，本发明一种一种开关电源输出端电压控制电路，采用较少元器件实现隔离型开关电源输出电压建立平缓建立功能；可以实现反馈环路和输出电压建立控制电路独立设计，有利于提升电路整体性能指标；电路降低了实现输出电压平建立控制的成本问题，可以有效减少电容容量，特别是在建立时间比较长，容性负载大的应用设计中，电容容量可以减小约4倍，可以起到减小了电路成本和元件体积的作用。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种开关电源输出电压控制电路，其特征在于，包括：电压检测网络、电压箝位网络、启动电路切换网络；所述电压检测网络的输入端与电源的输出正端连接，并检测电源输出正端电压的大小；所述电压检测网络的输出端分别与电压箝位网络的输入端及启动电路切换网络的输入端连接，所述电压箝位网络的输出端与所述启动电路切换网络的控制端连接；所述启动电路切换网络的输出端与所述电源的误差放大器输出端连接；所述启动电路切换网络的控制端与所述电源的低电位端连接；电源启动阶段，所述电压箝位网络根据所述电源输出正端电压变化，对所述启动电路切换网络的输出端电压进行箝位；
所述电压检测网络至少包括一个电阻，通过所述电阻将所述电源输出正端的电压转换为电流对所述电压箝位网络进行充电；电压箝位网络至少包括一个箝位电容，通过所述箝位电容的电压变化控制所述启动电路切换网络的输出电压，并调节所述电压箝位网络与所述启动电路切换网络的导通或断开状态；所述启动电路切换网络至少包括一个三极管，所述三极管的发射极与所述误差放大器的输出端连接，所述三极管的基极分别与所述电压检测网络的输出点、电压箝位网络的输入端连接；所述三极管的集电极端作为所述启动电路切换网络的控制端与所述电源的低电位端连接。
2.根据权利要求1所述的开关电源输出电压控制电路，其特征在于，所述三极管采用PNP型三极管。
3.根据权利要求1所述的开关电源输出电压控制电路，其特征在于，所述电阻采用47千欧姆的电阻。
4.根据权利要求1所述的开关电源输出电压控制电路，其特征在于，所述箝位电容采用470纳法的电容。
5.根据权利要求1所述的开关电源输出电压控制电路，其特征在于，所述电源采用脉宽调制型开关电源。
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