CN1145253C - 高稳压精度双路输出电源 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种高稳压精度双路输出电源，包括：第一、二路输出电路和第一、二路控制保护电路，第一路输出电路为正激变换器，它包括变压器、电子开关。第二路输出电路包括磁放大器和第二路整流储能滤波电路，磁放大器的输入端直接接于变压器的次级，其输出端经第二路整流储能滤波电路后接第二路输出端子。本电源效率高、纹波小，每路输出可独立调节。

Description

高稳压精度双路输出电源
技术领域
本发明涉及一种双路输出电源，特别是高稳压精度的有双路输出的DC/DC变换器。
背景技术
现有的DC/DC变换器是一种将一定电平的直流电压变换成另一个较高或较低电平的直流电压的装置。正激变换器是其中的一种典型拓扑，一般由变压器、开关管、整流管及贮能元件构成。原边电路主要由开关管和变压器初级绕组串联组成，开关管以一定时间间隔控制原边电路通断，此时间间隔由输出电压反馈信号来控制。通过这样的闭环控制，加上副边的贮能和滤波元件，在副边可得到一稳定的直流电压。变压器原、副边绕组绕在同一个磁芯上，在与之串联的开关管通断影响下，产生直流方波电压，负责将原边能量向副边传送，而且，变压器将变换器的输入和输出间相互隔离。副边电路包括变压器次级、整流管、贮能和滤波电路，负责把高频方波转换为直流电压。
最近在开关电源领域，人们更多的考虑电路的简洁、高效和高功率密度。当整个电子系统体积被规划得更小时，系统中电源的尺寸的下降显得相当的重要。而且，系统电路的不同部分需要不同电源电压，这样，电源设计者面临的难题就是提供能够满足多路需要、体积更小、性能更优的电源。例如，随着计算机芯片制造技术和节能的要求，原来使用单一+5V供电的地方，现在开始向+3.3V、+2.5V甚至更低工作电压过渡，这样使得在使用多种芯片的领域，存在着不同电压等级的要求，如果在一个体积内实现多路输出电压，既作到了减小体积，又能满足使用要求，不失为一种经济可行的好方法。但是这种场合下使用的电源，又不同于常规的多输出电源，有着特殊的要求，即在负载、输入电压变化下各路输出电压都能保持较高的稳压精度，且要求一路负载变化时，对另外一路输出电压精度影响非常小。现有的电源装置大都无法满足这一要求。
在专利号为US5715153、名称为《Dual-output DC-DC power supply》的美国专利中，公开了一种双路输出电源，其体积较小，两路输出之间也可以独立调节。其第一路输出采用一个前向变换器(Forward Convert)实现，第二路输出是把第一路的直流输出用降压调节器(Buck Regulator)变换成相对较低的直流电压而实现的。两路输出电路各自用独立的控制装置。其缺点是用直流进行降压的效率低(因为有损耗)，而且对BuckRegulator进行控制其电路复杂。
发明内容
本发明的目的就是为了解决以上问题，提供一种高稳压精度双路输出电源，实现体积小、两路之间可独立调节，而且效率高、控制简单的目的。
本发明实现上述目的的方案是：一种高稳压精度双路输出电源，包括：第一路输出电路、第一路控制保护电路、第二路输出电路、第二路控制和保护电路，其特征是：所述第一路输出电路为正激变换器，它包括变压器、电子开关；电子开关串联于变压器的原边，其控制端接第一路控制和保护电路的输出端；变压器的副边经第一路整流储能滤波电路后接第一路输出端子。所述第二路输出电路包括磁放大器和第二路整流储能滤波电路，磁放大器的输入端直接串接于变压器的次级正端，其输出端经第二路整流储能滤波电路后接第二路输出端子，第二路控制和保护电路的输入端接第二路输出端子，而其输出端则接于磁放大器的输出端与第二路整流储能滤波电路之间；还包括电流采样电路、采样和输出保护电路，所述电流采样电路一端接电子开关负端，另一端接第一路控制和保护电路的一个输入端；采样和输出保护电路一端接第一路输出正端，另一端接第一路控制和保护电路的另一个输入端。
由于采用了以上的方案，第二路输出电路是从第一路输出电路的变压器次级引入，二者共用变压器，有效减小了体积；第二路输出电路直接从变压器副边得到，而不是由第一路输出的直流电压再经过降压变换器得到，这样比用降压调节器的效率高。由于磁放大器串联在电路中，可以抑制噪声和减少干扰，所以本方案的电源纹波小、噪声低，电磁干扰(EMI)和射频干扰(RFI)小。由于两路的控制和保护电路各自独立，每路输出电压各自独立调节，负载变化时，没有一般多输出电源产生的交互调整率问题，且在不超出输出总功率前提下，输出电流可以由任一路单独输出，也可由两路联合输出，增加了用户使用的灵活性。
附图说明
图1是本发明电路方框示意图。
图2是本发明实施例的一个具体电路示意图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。
本发明的要点是：针对两路输出的电源，模块电路主拓扑为单端正激变换器加电容谐振复位，两路输出在副边并联于变压器次级两端，通过各自整流滤波电路得到两种规格电压。第一路输出电压用脉宽调制芯片PWM闭环控制，通过原副边隔离电路，控制原边开关管通断时间，也即对原边向副边传送能量大小进行控制，从而得到第一路稳定直流电压。第二路输出电压采用磁放大器技术实现稳压，其控制电路位于副边，独立控制第二路输出电压；磁放大器的控制比BUCK变换器(降压变换器)要简单。上述电路单元都放在一个独立的封装整体内。本发明中两路输出电压由各自控制电路独立控制，每路变换器的输出都能得到很好的调节。并且在规定的使用条件下，两路电压在输入电压及负载变化时，都能保持较高稳压精度，一路输出负载变化时，几乎不影响另外一路输出电压。在不超过额定总输出功率前提下，该电源输出电流可以任意分配，即可以由某一路单独输出，也可以由两路联合输出。
其具体方案见图1，所示高稳压精度双路输出电源包括：第一路输出电路1、第一路控制保护电路2、第二路输出电路3、第二路控制和保护电路4。所述第一路输出电路1为正激变换器，它包括变压器T、电子开关Q；电子开关Q串联于变压器T的原边，其控制端接第一路控制和保护电路2的输出端；变压器T的副边经第一路整流储能滤波电路后接第一路输出端子+Uo1、-Uo1。
所述第二路输出电路3包括磁放大器MA和第二路整流储能滤波电路，磁放大器MA的输入端直接接于变压器T的次级，其输出端经第二路整流储能滤波电路后接第二路输出端子+Uo2，第二路控制和保护电路4的输入端接第二路输出端子+Uo2，而其输出端则接于磁放大器MA的输出端与第二路整流储能滤波电路之间。
所述第一路整流储能滤波电路包括第一整流管D1、第一电感L1和第一电容C1；所述第二路整流储能滤波电路包括第二整流管D2、第二电感L2和第二电容C2。所述第一整流管D1、第二整流管D2均为共阴极双二极管，它们的两个阳极分别接于变压器T副边两端，阴极分别接第一、二电感L1、L2；第一、二电感L1、L2另一端分别做为第一、二路输出端子正端+Uo1和+Uo2；第一、二电容C1、C2分别并联于第一、二路输出端子正负两端+Uo1和-Uo1、+Uo2和-Uo2之间。
该电源模块中还包括电流采样电路5、采样和输出保护电路6，所述电流采样电路5一端接电子开关Q负端，另一端接第一路控制和保护电路2的一个输入端；采样和输出保护电路6一端接第一路输出端子+Uo1，另一端接第一路控制和保护电路2的另一个输入端。
图2是一个具体实施例的电路示意图。
如上所述，正激变换器电路主要由开关管Q和变压器T(设匝比为n)、整流管D1、电感L1和电容C1组成。开关管Q闭和时，原边能量通过变压器Q传递到副边，同时一部分能量贮存在电感L1中。开关管关断时，输出电压由续流电感L1维持，同时L1和C1组成输出滤波电路，将高频方波转化为直流电压。设开关管导通时间为D，根据下面公式：
              Ui×D/n＝Uo1(式中：Ui为输入电压，n为变压器匝比)可以看出，通过控制开关管导通时间，可以控制输出电压维持稳定。
见图2，控制和保护电路1主要由开关电源控制芯片38C43完成，主要根据实际输出电压与额定值之差输出相应方波脉冲驱动开关管Q，以控制原边向副边输送的能量大小，最终使输出电压稳定。
电流采样电路5主要由电流互感器(原边T2A，副边T2B)组成，用于向脉宽调制芯片PWM提供工作时必须的原边电流波形，同时当电流超过预定值时，将脉宽调制芯片PWM输出脉冲关闭，所以也起到输入和输出端过电流保护作用。
采样和输出保护电路6用于在输出电压变化时，通过隔离电路(主要由一些隔离器件如变压器T、光耦器件N3A、N3B、N4A、N4B等组成)将此差值传递到原边给脉宽调制芯片PWM，同时当两路输出电压任一路过电压时，也通过此电路关断脉宽调制芯片PWM。其主要元件有二极管N5、N3A、N3B、N4A、N4B、Z4、Z5等。
第二路控制和保护电路4根据输出电压与额定值差值通过控制磁放大器MA饱和与否，决定变压器T副边能量传递到输出端的多少，达到第二路输出稳压目的。其主要元件有二极管N6、三极管Q8、二极管D9等
使用本发明实现的模块电源具有以下几个特点：
1、效率高，特别是第二路输出直接从变压器副边得到，而不是由第一路直流输出再经过降压变换器得到，这样比其它方案效率平均高出3~4％；
2、纹波小、噪声低，电磁干扰(EMI)和射频干扰(RFI)小。由于磁放大器串联在电路中，可以抑制噪声和减少干扰。
3、每路输出电压各自独立调节，负载变化时，没有一般多输出电源产生的交互调整率问题。
4、在不超出输出总功率前提下，输出电流可以由任一路单独输出，也可由两路联合输出，增加了用户使用的灵活性。

Claims (2)

1、一种高稳压精度双路输出电源，包括：第一路输出电路(1)、第一路控制保护电路(2)、第二路输出电路(3)、第二路控制和保护电路(4)，其特征是：所述第一路输出电路(1)为正激变换器，它包括变压器(T)、电子开关(Q)；电子开关(Q)串联于变压器(T)的原边，其控制端接第一路控制和保护电路(2)的输出端；变压器(T)的副边经第一路整流储能滤波电路后接第一路输出端子(+Uo1、-Uo1)；
所述第二路输出电路(3)包括磁放大器(MA)和第二路整流储能滤波电路，磁放大器(MA)的输入端直接串接于变压器(T)的次级正端，其输出端经第二路整流储能滤波电路后接第二路输出端子(+Uo2)，第二路控制和保护电路(4)的输入端接第二路输出端子(+Uo2)，而其输出端则接于磁放大器(MA)的输出端与第二路整流储能滤波电路之间；
还包括电流采样电路(5)、采样和输出保护电路(6)，所述电流采样电路(5)一端接电子开关(Q)负端，另一端接第一路控制和保护电路(2)的一个输入端；采样和输出保护电路(6)一端接第一路输出正端(+Uo1)，另一端接第一路控制和保护电路(2)的另一个输入端。
2、如权利要求1所述的高稳压精度双路输出电源，其特征是：所述第一路整流储能滤波电路包括第一整流管(D1)、第一电感(L1)和第一电容(C1)；所述第二路整流储能滤波电路包括第二整流管(D2)、第二电感(L2)和第二电容(C2)；所述第一整流管(D1)、第二整流管(D2)均为共阴极双二极管，它们的两个阳极分别接于变压器(T)副边两端，阴极分别接第一、二电感(L1、L2)；第一、二电感(L1、L2)另一端分别做为第一、二路输出端子正端(+Uo1和+Uo2)；第一、二电容(C1、C2)分别并联于第一、二路输出端子正负两端(+Uo1和-Uo1、+Uo2和-Uo2)之间。
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