CN114650635A - 一种带有辅助光耦的电路及其切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有辅助光耦的电路及其切换方法，其用于连接在开关电源输出端信号与输入端反馈之间，包括变压器T1初级与次级之间的电路，变压器T1初级通过控制电路model‑1连接在辅助光耦电路输出端Output‑singal，变压器T1次级通过调光电路model‑2连接在辅助光耦电路输入端Input‑singal；可以有效避免电源内部的光耦，在工作时由于高温环境所带来的光衰下降速率快的问题，提高开关电源可靠性。

Description

一种带有辅助光耦的电路及其切换方法

技术领域

本发明涉及开关电源技术领域，具体是一种带有辅助光耦的电路及其切换方法。

背景技术

21世纪，随着大功率照明设备数量的日益剧增，企业在巨大的用电压力之下，开始对电源的转换效率提出了新的要求，而开关电源正好具备高转换效率这一特性而得到了广泛使用，但是在现实生活中，对安全性能要求比较高，这主要是由于LED容易死灯，导致短路后开关电源的输出端电压非常高，这有可能威胁到人的安全。

因此，在考虑上述问题后，本领域技术人员引入了隔离概念，而在开关电源领域中，除了使用继电器，大部分隔离方案都采用光电耦合器，简称“光耦”，主要用于实现隔离变压器初次级电压隔离的作用。进而达到隔离输入交流电源与用户接触的输出直流电源电气隔离的目的。

图1为隔离开关电源中光耦的典型应用结构，如图1所示：包括输入端分压供电电阻R3、R4，输出端分压供电电阻R1、R2，光耦U1、变压器T1、model-1控制电路、model-2调光电路以及Buck电路组成了典型的副边反馈反激拓扑结构。但本申请发明人在实现本申请实施例中发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：光耦由于是光电子器件，因此在长时间工作以及高温条件下工作很容易产生光衰，这使得光耦的光强不足，导致电路反馈不灵敏或者延迟较高，这会极大的影响开关电源的电流反馈环路，最终影响输出功率，严重时有可能导致照明设备出现严重的频闪。

鉴于以上所述隔离式开关电源的弊端，在众多应用领域都不能满足应用要求，如隧道等应用场所对电源长期开启的稳定性要求非常高，在教室、图书馆应用的开关电源稳定性不好时，会造成频闪，长期处在这样的环境下学生近视的概率大大提高。

因此，设计一种带有辅助光耦的电路及其切换方法，使其光耦的寿命以及稳定性得以保证，同时提高反馈的响应速度，成为所属技术领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带有辅助光耦的电路及其切换方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种带有辅助光耦的电路，包括变压器T1初级与次级之间的电路，所述变压器T1初级通过控制电路model-1连接在辅助光耦电路输出端Output-singal，变压器T1次级通过调光电路model-2连接在辅助光耦电路输入端Input-singal；

所述辅助光耦电路包括主光耦U1、辅助光耦U2、主光耦U1输入端外围电路、辅助光耦U2输入端外围电路、主光耦U1输出端外围电路和辅助光耦U2输出端外围电路。

作为本发明的进一步技术方案：所述主光耦U1输入端外围电路、辅助光耦U2输入端外围电路包括分压电阻、与门、反相器、三极管以及频率发生电路。

作为本发明的进一步技术方案：所述主光耦U1输入端外围电路有两种连接方式，连接方式1：主光耦U1输入端一端连接至分压电阻R2，另一端与门IC1输出端连接，与门IC1一端连接至分压电阻R2一端，另一端连接至辅助光耦电路输入端Input_singal；连接方式2：主光耦U1输入一端连接至三极管Q2的发射极，另一端连接至辅助光耦电路输入端Input_singal，三极管Q2基极与Fre_Input连接。

作为本发明的进一步技术方案：所述主光耦U1输出端外围电路中，主光耦U1输出端一端接分压电阻R4一端以及二级管D2正极，二级管D2负极接辅助光耦电路输出端Output_singal，另一端接地GND。

作为本发明的进一步技术方案：所述辅助光耦U2输出端外围电路有两种连接方式，连接方式1：辅助光耦U2输出一端接分压电阻R4一端以及二级管D3正极，二级管D3负极接辅助光耦电路输出端Output_singal，另一端接地GND；连接方式2：在所述连接方式1基础上，D3负极接反相器IC3输入端，反相器IC3输出端接辅助光耦电路输出端Output_singal。

作为本发明的进一步技术方案：所述辅助光耦U2输入端外围电路有两种连接方式，连接方式1：辅助光耦U2输入端一端接分压电阻R2一端，另一端接与门IC2输出端，所述与门IC2输入一端接辅助光耦电路输入端Input_singal，另一端接地GND；连接方式2，辅助光耦U2输入端一端接三极管Q1发射极，另一端接辅助光耦电路输入端Input_singal，三极管Q1集电极接分压电阻R2一端，基极接反相器IC3输出端，所述反相器IC3输入端接Fre_Input。

作为本发明的进一步技术方案：所述辅助光耦U2输入端外围电路中，辅助光耦U2输入端一端接分压电阻R2一端，另一端接与门IC2输出端，所述与门IC2输入一端接辅助光耦电路输入端Input_singal，另一端接地GND；连接方式2，辅助光耦U2输入端一端接三极管Q1发射极，另一端接辅助光耦电路输入端Input_singal，三极管Q1集电极接分压电阻R2一端，基极接反相器IC3输出端，所述反相器IC3输入端接Fre_Input。

作为本发明的进一步技术方案：所述频率发生电路包括运算放大器U101、运算放大器U102和计数器U103，运算放大器U101输出端通过电阻R1_1连接至运算放大器U102的反相端，形成频率可调的方波，运算放大器U102输出端接计数器U103频率输入CLK0，平率输入CLK1接信号输出Q0。

一种带有辅助光耦电路的切换方法，采用上述电路，包括如下步骤：

S1：在主光耦U1、辅助光耦U2输入端添加与门电路，对辅助光耦电路输入端Input_singal的逻辑高低电平进行拆分，根据输入信号实时控制主光耦U1、辅助光耦的导通与不导通；

S2：将辅助光耦U2输出端逻辑电平反相输出。

一种带有辅助光耦电路的切换方法，采用上述电路，包括如下步骤：

S1：通过频率发生电路控制主光耦U1、辅助光耦U2的供电；

S2：再使用辅助光耦电路输入端Input_singal控制主光耦U1、辅助光耦U2的导通与不导通；

S3：更改频率发生电路的输出频率来修改主光耦U1和辅助光耦U2的间隔切换时间。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、在中大功率以及空间较为紧凑的隔离式开关电源中，可以有效避免电源内部的光耦，在工作时由于高温环境所带来的光衰下降速率快的问题，使开关电源的光耦部件处于最佳工作状态，输出电流更稳定，同时具有电源可靠性更高、对输出端的动态响应速度更快的特点。

2、应用在大功率LED驱动电源中，不仅能够延长电源的使用寿命，还能解决在使用过程中由于光耦所造成的频闪问题。

附图说明

图1为现有反激式隔离开关电源的电路原理图；

图2为本发明第一实施例开关电源的光耦切换电路原理图；

图3为本发明第二实施例开关电源的光耦切换电路原理图；

图4为本发明第二实施例开关电源的通道选择信号电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图2，实施例1：一种带有辅助光耦的电路，用于连接在开关电源输出端信号与输入端反馈之间，采用光电耦合器，简称“光耦”，包括变压器T1初级与次级之间的电路，变压器初级通过控制电路model-1连接在辅助光耦电路输出端Output-singal，变压器次级通过调光电路model-2连接在辅助光耦电路输入端Input-singal。

带有辅助光耦的电路，包括保险丝F1、共模电感L1、X电容CX1、整流桥BD1、电解电容C1、薄膜电容C2、C3、工字电感L2、控制电路model-1、启动电阻R5构成的初级电路，以及续流二极管D1、电感L3、电解电容C4、调光电路model-2构成的次级电路，再加上辅助光耦电路由主、辅助光耦U1、U2，分压电阻R1、R2、R3、R4，与门部件IC1、IC2，反相器IC3，二极管D2、D3构成。其中主光耦U1输入侧一端与分压电阻R2连接，另一侧连接于与门IC1输出端，所述的与门IC1输入侧一端与调光电路Input_singal连接，另一端与分压电阻一端连接，所述的辅助光耦U2输入侧一端与分压电阻R2一端连接，另一端连接于与门IC2输出端，所述与门IC2输入侧一端与调光电路Input_singal，另一端接GND。所述主光耦U1输出侧一端分别与分压电阻R4、二极管D2正极连接，另一端接GND，所述辅助光耦U2输出侧一端分别与分压电阻R4、二极管D3正极连接，所述二极管D3负极与反相器IC3输入侧连接，Output_singal分别与反相器IC3输出侧、二极管D2负极连接。

本发明带有辅助光耦的电路及其切换方法具体工作原理如下：

本实施例只针对电路改进点进行分析，并认为分压电压R1、R2、R3、R4的供电对U1、U2、IC1、IC2工作无影响，因此根据输入信号Input_singal可分为两个状态，

状态1：当输入信号为高电平时，与门IC1部件输出端为逻辑高电平，与门IC2部件输出端为逻辑低电平，使得主光耦U1输入侧不导通，辅助光耦U2输入侧导通，因此对应到主光耦U1输出侧为逻辑高电平，辅助光耦U2输出侧为逻辑低电平，与辅助光耦U2输出侧连接的反相器IC3输出为逻辑低电平，因此Output_singal为逻辑高电平，对应输入信号Input_singal的逻辑高电平。

状态2：当输入信号为低电平时，与门IC1部件输出端为逻辑低电平，与非门IC2部件输出端为逻辑高电平，使得主光耦U1输入侧导通，辅助光耦U2输入侧不导通，因此对应到主光耦U1输出侧为逻辑低电平，辅助光耦U2输出侧为逻辑高电平，与辅助光耦U2输出侧连接的反相器IC3输出为逻辑低电平，因此Output_singal为逻辑低电平，对应输入信号的逻辑低电平。

实施例2，图3所示为本发明第二实施例开关电源的光耦切换电路原理图，与第一实施例不同之处，在于增加通道选择信号以及NPN三极管Q1、Q2，同时移除与门IC1、IC2。主光耦输入侧一端三极管Q2发射极连接，另一端与输入信号Input_singal连接，辅助光耦与三极管Q1发射极连接，另一端与输入信号Input_singal连接，所述三极管Q1、Q2的集电极均与分压电阻R2一端连接，三极管Q1基极与反相器IC3输出端连接，所述反相器IC3输入端与Fre_Input连接，所述三极管Q2基极与Fre_Input连接。

图4为本发明第二实施例开关电源的通道选择信号电路原理图，其包括两个部分，第一部分由运算放大器U101、U102、电阻R1_1、R1_2、R1_3、电容C1_1构成的方波发生电路，第二部分由计数器U103、电阻R1_4、R1_5构成的计数电路。运算放大器U101与电容C1_1、电阻R1_2构成的三角波发生器，运算放大器U101输出端连接电阻R1_1的一端，电阻R1_1另一端分别接运算放大器U102的反相端以及电阻R1_3的一端，电阻R1_3的另一端接运算放大器U102的输出端，运算放大器U101、U102的同相端接GND，正极接+12，负极接-12V。运算放大器U102的输出端接计数器U103的CLK0，计数器U103的CLK1引脚接计数器Q0，分压电阻R1_4一端接+12V，另一端接计数器U103的VCC引脚，分压电阻R1_5一端接计数器U103的VCC引脚，分压电阻R1_5另一端接GND。

本发明带有辅助光耦的电路及其切换方法具体工作原理如下：

由运算放大器U102发生的0.05Hz~10Hz的方波信号，传送到计数器U103的CLK0引脚，此时计数器U103的Q0引脚得到计数器U103的CLK0引脚的二分频方波信号，并送入计数器U103的CLK1引脚，构成一个十进制计数器，计数器U103的Q1、Q2、Q3引脚输出频率逐渐降低，请根据图3，Fre_Input可根据实际需求选择Fre_Output。

因此根据Fre_Input、Input_singal信号可分为四种状态：

状态1：当Fre_Input为逻辑低电平、Input_singal为逻辑低电平时，主光耦输出侧为逻辑高电平，辅助光耦输出侧为逻辑低电平，对应输入信号为低电平。

状态2：当Fre_Input为逻辑低电平、Input_singal为逻辑高电平时，主光耦输出侧为逻辑低电平，辅助光耦输出侧为逻辑高电平，对应输入信号为高电平。

状态3：当Fre_Input为逻辑高电平、Input_singal为逻辑低电平时，主光耦输出侧为逻辑低电平，辅助光耦输出侧为逻辑高电平，对应输入信号为高电平。

状态4：当Fre_Input为逻辑搞电平、Input_singal为逻辑高电平时，主光耦输出侧为逻辑高电平，辅助光耦输出侧为逻辑高电平，对应输入信号为高电平。

通过对上述电路的工作原理的分析，本发明带有辅助光耦的电路及其切换方法是，利用主、辅助光耦之间工作时间的切换来达到降低光耦工作温度、以及减缓光耦光衰的发生，延长了光耦的寿命，提高了电源的可靠性。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种带有辅助光耦的电路，包括变压器T1初级与次级之间的电路，其特征在于，所述变压器T1初级通过控制电路model-1连接在辅助光耦电路输出端Output-singal，变压器T1次级通过调光电路model-2连接在辅助光耦电路输入端Input-singal；

所述辅助光耦电路包括主光耦U1、辅助光耦U2、主光耦U1输入端外围电路、辅助光耦U2输入端外围电路、主光耦U1输出端外围电路和辅助光耦U2输出端外围电路。

2.根据权利要求1所述的一种带有辅助光耦的电路，其特征在于，所述主光耦U1输入端外围电路、辅助光耦U2输入端外围电路包括分压电阻、与门、反相器、三极管以及频率发生电路。

3.根据权利要求2所述的一种带有辅助光耦的电路，其特征在于，所述主光耦U1输入端外围电路有两种连接方式，连接方式1：主光耦U1输入端一端连接至分压电阻R2，另一端与门IC1输出端连接，与门IC1一端连接至分压电阻R2一端，另一端连接至辅助光耦电路输入端Input_singal；连接方式2：主光耦U1输入一端连接至三极管Q2的发射极，另一端连接至辅助光耦电路输入端Input_singal，三极管Q2基极与Fre_Input连接。

4.根据权利要求2所述的一种带有辅助光耦的电路，其特征在于，所述主光耦U1输出端外围电路中，主光耦U1输出端一端接分压电阻R4一端以及二级管D2正极，二级管D2负极接辅助光耦电路输出端Output_singal，另一端接地GND。

5.根据权利要求2所述的一种带有辅助光耦的电路，其特征在于，所述辅助光耦U2输出端外围电路有两种连接方式，连接方式1：辅助光耦U2输出一端接分压电阻R4一端以及二级管D3正极，二级管D3负极接辅助光耦电路输出端Output_singal，另一端接地GND；连接方式2：在所述连接方式1基础上，D3负极接反相器IC3输入端，反相器IC3输出端接辅助光耦电路输出端Output_singal。

6.根据权利要求2所述的一种带有辅助光耦的电路，其特征在于，所述辅助光耦U2输入端外围电路有两种连接方式，连接方式1：辅助光耦U2输入端一端接分压电阻R2一端，另一端接与门IC2输出端，所述与门IC2输入一端接辅助光耦电路输入端Input_singal，另一端接地GND；连接方式2，辅助光耦U2输入端一端接三极管Q1发射极，另一端接辅助光耦电路输入端Input_singal，三极管Q1集电极接分压电阻R2一端，基极接反相器IC3输出端，所述反相器IC3输入端接Fre_Input。

7.根据权利要求2所述的一种带有辅助光耦的电路，其特征在于，所述频率发生电路包括运算放大器U101、运算放大器U102和计数器U103，运算放大器U101输出端通过电阻R1_1连接至运算放大器U102的反相端，形成频率可调的方波，运算放大器U102输出端接计数器U103频率输入CLK0，平率输入CLK1接信号输出Q0。

8.一种带有辅助光耦电路的切换方法，其特征在于，采用权利要求1-7任一项所述的电路，包括如下步骤：

S1：在主光耦U1、辅助光耦U2输入端添加与门电路，对辅助光耦电路输入端Input_singal的逻辑高低电平进行拆分，根据输入信号实时控制主光耦U1、辅助光耦的导通与不导通；

S2：将辅助光耦U2输出端逻辑电平反相输出。

9.一种带有辅助光耦电路的切换方法，其特征在于，采用权利要求1-7任一项所述的电路，包括如下步骤：

S1：通过频率发生电路控制主光耦U1、辅助光耦U2的供电；

S2：再使用辅助光耦电路输入端Input_singal控制主光耦U1、辅助光耦U2的导通与不导通；

S3：更改频率发生电路的输出频率来修改主光耦U1和辅助光耦U2的间隔切换时间。

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