CN113809913B - 一种恒压控制电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种恒压控制电路，该电路应用在输出电压极性可切换的开关电源中。当开关电源的输出电压极性由正极性转变为负极性，或是由负极性转变为正极性时，选通电路会根据输出电压极性，选通对应的对输出电压信号的采样和逻辑运算方式，从而能及时调整控制输出电压的反馈电压大小，使得开关电源在改变输出电压极性后仍正常工作。本发明电路简单，并且正负极性切换响应迅速，且相比于现有技术，元器件数量大大减少，既降低了成本，同时也利于减小开关电源的体积。
Description
技术领域
本发明涉及开关电源，特别涉及输出电压极性可切换的电源的恒压控制。
背景技术
在一些特殊应用场合下使用的开关电源，因其使用情况的不同，需要的开关电源的输出电压极性会有所不同，某些时刻需要开关电源输出正极性电压，在另一些时刻又需要开关电源输出负极性电压，这就需要开关电源的输出电压极性可以被控制，根据控制信号的不同，使得输出电压极性可以由正极性切换至负极性，或由负极性切换至正极性，而对于这类开关电源的输出恒压控制电路而言，开关电源输出电压极性为正极性与负极性这两种状态下，输出恒压控制电路的采样方式也会有所不同，当开关电源的输出电压极性发生切换时，模块的输出恒压控制电路的采样方式也需要同步进行转换才能维持输出电压的稳定，保证模块在改变输出电压极性后而仍正常工作。而如何实现这个输出恒压控制电路成了一个关键的问题。
图1所示为现有技术的一种输出电压极性可切换的开关电源的输出恒压控制电路的原理框图，包括采样电路A1、采样电路B1、基准电路A2、基准电路B2、补偿电路A3、补偿电路B3、误差比较器A4、误差比较器B4、选通电路C1、输出采样端口Vo和反馈端口Vfb。
输出采样端口Vo连接采样电路A1的一端，采样电路A1的另一端连接误差比较器A4的一个输入端和补偿电路A3的一端，补偿电路A3的另一端连接误差比较器A4的输出端和选通电路C1的一个输入端，基准电路A2连接误差比较器A4的另一个输入端；输出采样端口Vo还连接采样电路B1的一端，采样电路B1的另一端连接误差比较器B4的一个输入端和补偿电路B3的一端，补偿电路B3的另一端连接误差比较器B4的输出端和选通电路C1的另一个输入端，基准电路B2连接误差比较器B4的另一个输入端；选通电路C1的输出端连接反馈端口Vfb。
图1所述现有技术的工作原理是：
将输出电压为正极性所需要的输出恒压控制电路与输出电压为负极性所需要的输出恒压控制电路组合在一起，由选通电路根据输出电压的极性，选定对应的恒压控制电路控制输出电压的大小。其中，采样电路A1和B1分别对应当输出电压极性为正和输出电压极性为负的采样电路，两个采样电路的信号会同时经过各自的误差比较器，在与基准电路的信号进行比较后，误差比较器输出信号至补偿电路与选通电路，最后选通电路C1根据当时输出电压的极性，判断并选择对应的反馈信号输出至反馈端口Vfb，当输出电压极性发生切换时，选通电路C1迅速切换至输出对应的输出恒压控制电路的反馈信号，保证输出电压极性切换后能维持开关电源输出电压的稳定性。
本电路存在的缺点在于元器件较单极性开关电源的输出恒压控制电路多了近一倍，成本上升，且特别是对于高压电源而言，由于高压电源输出电压高，其采样电路的高电位区域多，若多一路采样电路则PCB板上高电位区域变多，器件布板时对器件安规距离要求会更多，使得PCB板面积急剧增大，对产品的小型化造成阻碍。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种恒压控制电路，应用于输出电压极性可切换的开关电源，该电路实现简单，器件数量与单极性开关电源的输出恒压控制电路相近，较现有技术电路器件数量减少近一半。
本发明通过以下技术方案实现：
一种恒压控制电路，其特征在于，包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第四电阻R4、运算放大器IC1、第一开关器件、第二开关器件、输出电压采样端口Vout、地极端口GND、基准电压端口Vref和输出反馈电压端口Vfb；
输出电压采样端口Vout连接第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端同时连接第一开关器件的一端和第二开关器件的另一端；第二电阻R2的一端同时连接运算放大器IC1的第一输入端以及第一开关器件的另一端，第二电阻R2的另一端连接地极端口GND，运算放大器IC1的输出端连接输出反馈电压端口Vfb，运算放大器IC1的第二输入端同时连接第四电阻R4的一端和第二开关器件的一端，第四电阻R4的另一端连接基准电压端口Vref；
第一开关器件和第二开关器件依据输出电压采样端口Vout的信号极性择一导通。
作为上述技术方案的改进，其特征在于，所述的恒压控制电路还包括：第一电容C1和第三电阻R3，连接关系为：第三电阻R3的一端连接运算放大器IC1的输出端，第三电阻R3的另一端连接第一电容C1的一端，第一电容C1的另一端连接运算放大器IC1的第一输入端；或者第一电容C1的一端连接运算放大器IC1的输出端，第一电容C1的另一端连接第三电阻R3的一端，第三电阻R3的另一端连接运算放大器IC1的第一输入端。
优选地，所述的第一开关器件为二极管D1，所述的第二开关器件为二极管D2；二极管D1的阳极为第一开关器件的一端，二极管D1的阴极为第一开关器件的另一端；二极管D2的阳极为第二开关器件的一端，二极管D2的阴极为第二开关器件的另一端。
优选地，所述的第一开关器件为光耦OC1，所述的第二开关器件为光耦OC2；光耦OC1中三极管的集电极为第一开关器件的一端，光耦OC1中三极管的发射极为第一开关器件的另一端；光耦OC2中三极管的集电极为第二开关器件的一端，光耦OC2中三极管的发射极为第二开关器件的另一端。
优选地，所述的第一开关器件为第一MOS管，所述的第二开关器件为第二MOS管；第一MOS管的漏极为第一开关器件的一端，第一MOS管的源极为第一开关器件的另一端；第二MOS管的漏极为第二开关器件的一端，第二MOS管的源极为第二开关器件的另一端。
本发明的工作原理将结合具体的实施例进行详细阐述，在此不赘述，与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、电路实现简单，通过二极管的单向导通特性或者光耦等的开关特性即可选通不同的采样电路，使得输出恒压控制电路仅靠一个采样电路即可满足两种极性不同的输出信号所需要的采样方式，且只需一个运算放大器即可完成逻辑运算；
2、器件数量少，成本低，特别是对于高压电源而言，器件数量少则PCB板高电位区域减少，对器件间安规距离要求更少，器件布局可以更紧凑，减小PCB板面积，利于减小电源模块体积。
附图说明
图1为现有技术的一种输出电压极性可切换的开关电源的输出恒压控制电路的原理框图；
图2为本发明的原理框图；
图3为本发明的第一实施例的原理图；
图4为本发明的第二实施例的原理图。
具体实施方式
如图2所示为本发明的原理框图，本发明的恒压控制电路应用在输出电压极性可切换的开关电源中，当开关电源的输出电压极性由正极性转变为负极性，或是由负极性转变为正极性时，选通电路会根据输出电压极性，选通对应的对输出电压信号的采样和逻辑运算方式，从而能及时调整控制输出电压的反馈电压大小，使得开关电源在改变输出电压极性后仍正常工作。本发明电路简单，并且正负极性切换响应迅速，且相比于现有技术，元器件数量大大减少，既降低了成本，同时也利于减小开关电源的体积。
为了使得本领域的技术人员更好地理解本发明，以下结合具体的实施电路对本发明进行进一步说明。
第一实施例
图3示出的为本发明的第一实施例，本实施例的恒压控制电路包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1、运算放大器IC1、输出电压采样端口Vout、地极端口GND、基准电压端口Vref、输出反馈电压端口Vfb。输出电压采样端口Vout连接第一电阻R1的一端，第二电阻R2的一端连接运算放大器IC1的反相输入端以及第一电容的一端，第二电阻R2的另一端连接地极端口GND，第一电容的另一端连接第三电阻R3的一端，第三电阻R3的另一端连接运算放大器IC1的输出端和输出反馈电压端口Vfb，运算放大器IC1的同相输入端连接第四电阻R4的一端，第四电阻R4的另一端连接基准电压端口Vref；恒压控制电路还包括第一二极管D1以及第二二极管D2，第一二极管D1的阳极连接第一电阻R1的另一端以及第二二极管D2的阴极，第一二极管D1的阴极连接第二电阻R2的一端、运算放大器IC1的反相输出端以及第一电容C1的一端；第二二极管D2的阳极连接第四电阻R4的一端以及运算放大器IC1的同相输入端。
本实施例基准电压端口Vref电压和输出反馈电压端口Vfb电压默认为正极性，并且与输出电压采样端口Vout电压大小之间的逻辑关系为当Vfb电压增大时，Vout电压的绝对值增大；当Vfb电压减小时，Vout电压的绝对值减小。
同相输入端：图中运算放大器以+标记的一端。
反相输入端：图中运算放大器以-标记的一端。
运算放大器的虚断和虚短特性为本领域技术人员的公知常识，在此不赘述。
本实施例的工作原理为：
输出电压采样端口Vout的电压有两种状态，一种是输出电压采样端口Vout的电压极性为正极性，另一种是输出电压采样端口Vout的电压极性为负极性。
第一二极管D1以及第二二极管D2构成上述选通电路，即第一二极管D1以及第二二极管D2会依据输出电压采样端口Vout的信号极性择一导通，具体如下：
当输出电压采样端口Vout电压极性为正极性时，第一二极管D1导通，第二二极管D2截止，即相当于第一二极管D1短路，第二二极管D2断路，此时运算放大器IC1的反相输入端电压为当输出电压采样端口Vout电压减小，则运算放大器IC1的反相输入端电压减小，而运算放大器IC1的同相输入端的电压不变，导致输出电压反馈端口Vfb电压增大，从而使得Vout电压增大；而当Vout电压增大时，相对应地，Vfb电压减小，使得Vout电压减小，即此时运算放大器IC1处于负反馈状态，根据运算放大器虚短的特性，运算放大器IC1同相输入端与反相输入端电压在最终稳定时应保持一致，此时运算放大器IC1的同相输入端电压为Vref,反相输入端的电压为/>运算放大器IC1通过调节输出端电压调节Vfb的电压最终使得/>输出电压大小就会维持在逻辑计算值处；
当输出电压采样端口Vout电压极性为负极性时，第一二极管截止，第二二极管导通，即相当于第一二极管D1断路，第二二极管D2短路，此时运算放大器IC1的同相输入端电压为当输出电压采样端口Vout电压的绝对值减小，则运算放大器IC1的反相输入端电压增大，而运算放大器IC1的反相输入端的电压不变，导致输出电压反馈端口Vfb电压增大，从而使得Vout电压的绝对值增大；而当Vout电压的绝对值增大时，相对应地，Vfb电压减小，使得Vout电压的绝对值减小，即此时运算放大器IC1也处于负反馈状态，由于运算放大器处于负反馈状态，运算放大器IC1同相输入端与反相输入端电压在稳定时应保持一致，此时运算放大器IC1的反相输入端电压为地电位，则同相输入端电压最终稳定时也应为地电位，此时可得/>输出电压大小也会维持在逻辑计算值处。
这样无论输出电压极性为正极性还是为负极性，恒压控制电路均能控制输出电压，维持输出电压的稳定。
应当注意的是，若将运算放大器同相输入端与反相输入端对调，则会使得Vout电压增大时Vfb电压同样增大，此时若Vout与Vfb的逻辑关系为Vfb电压增大时Vout电压减小，则同样也能实现相同的功能，这种使用方法应当也在本专利的保护范围内，此处就不赘述这一情况。
另外，运算放大器对一定频率的信号都有相应的相移作用，这样的信号反馈到其输入端将使运算放大器工作不稳定，甚至发生振荡，因此图3中设计了第三电阻R3和第一电容C1构成的补偿电路，用来对运算放大器的相位进行补偿。需要说明的是，图3中第三电阻R3和第一电容C1的位置可以互换，在对精度要求不高的场合，也可以去掉第三电阻R3和第一电容C1构成的补偿电路。
第二实施例
图4示出的为本发明的第二实施例，与图2不同之处在于将第一二极管D1替换为第一光耦OC1，将第二二极管D2替换为第二光耦OC2；第一光耦OC1中三极管的集电极对应第一二极管D1的阳极，第一光耦OC1中三极管的发射极对应第一二极管D1的阴极，第一光耦OC1中二极管的阳极输入控制电压V1，第一光耦OC1中二极管的阴极连接地极端口GND；第二光耦OC2中三极管的集电极对应第二二极管D2的阳极，第二光耦OC2中三极管的发射极对应第二二极管D2的阴极，第二光耦OC2中二极管的阳极输入控制电压V2，第二光耦OC2中二极管的阴极连接地极端口GND。
控制电压V1与控制电压V2电平相反，即当控制电压V1为高电平时控制电压V2为低电平；当控制电压V1为低电平时控制电压V2为高电平。
本实施例工作原理与第一实施例类似，当输出电压采样端口Vout电压为正极性时，控制电压V1处于高电平，控制电压V2处于低电平，控制第一光耦OC1导通，第二光耦OC2截止，对应第一实施例中输出电压采样端口Vout电压为正极性时，第一二极管D1导通，第二二极管D2截止时的工作状态；当输出电压采样端口Vout电压为负极性时，控制电压V1处于低电平，控制电压V2处于高电平，控制第一光耦OC1截止，第二光耦OC2导通，对应第一实施例中输出电压采样端口Vout电压为负极性时，第一二极管D1截止，第二二极管D2导通时的工作状态。
以上只是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，如将二极管或光耦更换为MOS管，这是通过现有公知技术显而易见得到的，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围，这里不再用实施例赘述。本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为主。
Claims (5)
1.一种恒压控制电路，其特征在于，包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第四电阻R4、运算放大器IC1、第一开关器件、第二开关器件、输出电压采样端口Vout、地极端口GND、基准电压端口Vref和输出反馈电压端口Vfb；
输出电压采样端口Vout连接第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端同时连接第一开关器件的一端和第二开关器件的另一端；第二电阻R2的一端同时连接运算放大器IC1的第一输入端以及第一开关器件的另一端，第二电阻R2的另一端连接地极端口GND，运算放大器IC1的输出端连接输出反馈电压端口Vfb，运算放大器IC1的第二输入端同时连接第四电阻R4的一端和第二开关器件的一端，第四电阻R4的另一端连接基准电压端口Vref；
第一开关器件和第二开关器件依据输出电压采样端口Vout的信号极性择一导通。
2.根据权利要求1所述的恒压控制电路，其特征在于，还包括：第一电容C1和第三电阻R3，连接关系为：第三电阻R3的一端连接运算放大器IC1的输出端，第三电阻R3的另一端连接第一电容C1的一端，第一电容C1的另一端连接运算放大器IC1的第一输入端；或者第一电容C1的一端连接运算放大器IC1的输出端，第一电容C1的另一端连接第三电阻R3的一端，第三电阻R3的另一端连接运算放大器IC1的第一输入端。
3.根据权利要求1或2所述的恒压控制电路，其特征在于：所述的第一开关器件为二极管D1，所述的第二开关器件为二极管D2；二极管D1的阳极为第一开关器件的一端，二极管D1的阴极为第一开关器件的另一端；二极管D2的阳极为第二开关器件的一端，二极管D2的阴极为第二开关器件的另一端。
4.根据权利要求1或2所述的恒压控制电路，其特征在于：所述的第一开关器件为光耦OC1，所述的第二开关器件为光耦OC2；光耦OC1中三极管的集电极为第一开关器件的一端，光耦OC1中三极管的发射极为第一开关器件的另一端；光耦OC2中三极管的集电极为第二开关器件的一端，光耦OC2中三极管的发射极为第二开关器件的另一端。
5.根据权利要求1或2所述的恒压控制电路，其特征在于：所述的第一开关器件为第一MOS管，所述的第二开关器件为第二MOS管；第一MOS管的漏极为第一开关器件的一端，第一MOS管的源极为第一开关器件的另一端；第二MOS管的漏极为第二开关器件的一端，第二MOS管的源极为第二开关器件的另一端。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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