CN201887664U - 一种开关电源的磁隔离反馈电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种开关电源的磁隔离反馈电路，通过误差放大电路将采集的输出电压与基准电压比较放大后输出给自振荡驱动电路，经自振荡后从变压器的原边传递给副边，再经电压检测电路将得到的误差电压放大信号输出给PWM控制器；本实用新型在避免了光耦反馈因光自身的缺点带来的一系列缺点的基础上，能提供一种输出精度高、环路稳定性好及瞬态特性好的开关电源的磁隔离反馈电路。

Description

一种开关电源的磁隔离反馈电路

技术领域

本实用新型涉及一种开关电源的反馈电路，特别是涉及一种开关电源的磁隔离反馈电路。

背景技术

随着空间技术的发展，各种电子设备已经被人们广泛应用于人造卫星、宇宙飞船、运载火箭、远程导弹和核武器控制系统中，通过构成上述电子设备的电子元器件对上述电子设备传输的数据和信号等进行反馈，以便更好的控制上述电子设备。但由于电子设备应用环境的特殊性，构成上述电子设备的电子元器件也不可避免的要处于空间辐射和核辐射等强辐射应用环境之中，因此，对电子元器件的抗辐射、抗干扰、可靠性等的要求很高。

现有技术中主要通过光耦反馈来实现电子信号的反馈和传输。由于光耦反馈是以光为媒介来传输电信号，通过光耦反馈的原理我们能够得知：原边是发光二极管，副边为光电三极管，发光二极管受温度影响很大，同时因为利用光进行信号传播，光本身为电磁波，空间辐射也是电磁波，所以光电三极管的接收信号容易受辐射等环境因素影响，整体来说光耦容易受温度和辐射的影响。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种开关电源的磁隔离反馈电路，在利用磁反馈电路直接避免了光耦反馈的上述缺点的基础上，还能带来输出精度高、环路稳定性好及瞬态特性好的特点。

为实现上述目的，本发明的一个实施例提供一种开关电源的磁隔离反馈电路，包括：误差放大电路、自振荡驱动电路、变压器、电压检测电路和PWM控制器；

所述误差放大电路，用于采集开关电源的DC-DC功率回路的输出电压，将采集的所述输出电压与基准电压相比较后输出误差电压放大信号；所述误差放大电路的输出端连接所述变压器原边绕组的中心抽头；

所述自振荡驱动电路的输入端连接所述误差电压放大电路的输出端，自振荡驱动电路的输出端连接变压器的原边绕组；所述自振荡驱动电路用于将所述误差电压放大信号自振荡后从变压器的原边传递到变压器的副边；

所述电压检测电路的输入端连接变压器的副边绕组，用于将变压器副边绕组感应的所述误差电压放大信号检测出来并输出给PWM控制器。

优选地，所述误差放大电路包括：电压采样电路、电压基准电路、电压比较放大电路；

所述电压采样电路包括第一电阻和第二电阻，开关电源的DC-DC功率回路输出电压端通过依次串联的第一电阻和第二电阻接地；其中第二电阻上的电压作为电压比较放大电路中的运算放大器的正输入端的信号；

所述电压基准电路包括第四电阻、稳压管和第二电容，第四电阻连接在运算放大器的负输入端与开关电源的DC-DC功率回路输出电压端之间；运算放大器的负输入端和地之间接有并联的稳压管和第二电容，稳压管的阳极接地，稳压管的阴极接运算放大器的负输入端；

所述电压比较放大电路包括第三电容、第五电阻和运算放大器，运算放大器的输出端和正输入端之间接有并联的第三电容和第五电阻，第一电阻和第二电阻的共同端连接运算放大器的正输入端，所述运算放大器由DC-DC功率回路输出电压进行供电。

优选地，所述自振荡驱动电路由第八电阻、第九电阻、第十电阻、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第一三极管和第二三极管组成；

变压器的原边绕组由中心抽头分为第一绕组和第二绕组；

其中第一绕组的同名端通过依次串联的第五电容、第八电阻和第十电阻连接原边绕组的中心抽头；

第一三极管的集电极连接第一绕组同名端，基极通过第四电容连接第二三极管的基极；发射极连接运算放大器的地；第二三极管的集电极连接第二绕组异名端，发射极连接运算放大器的输出地；

变压器原边绕组的中心抽头通过依次串联的第七电容、第九电阻和第六电容连接第二三极管的集电极；第七电容、第九电阻的共同端与第八电阻、第十电阻的共同端相连；第九电阻、第六电容的共同端连接第一三极管的基极；第五电容、第八电阻的共同端连接第二三极管的基极。

优选地，所述电压检测电路包括第二二极管、第三二极管、第八电容和第十一电阻；

变压器的副边绕组由中心抽头分为第三绕组和第四绕组；

其中第二二极管的阴极与第三绕组的同名端相连，第二二极管的阳极与第三二极管的阳极相连，第三二极管的阴极与第四绕组的异名端相连，PWM控制器与第三二极管阳极之间接有并联的第八电容和第十一电阻。

优选地，第一电阻和第二电阻的共同端与所述运算放大器的正输入端之间连有第三电阻，运算放大器的正输入端与地之间连有第一电容。

优选地，所述自振荡驱动电路还包括第六电阻和第七电阻，其中第六电阻接于运算放大器的地与第一三极管发射极之间，第七电阻接于运算放大器的地与第二三极管发射极之间。

优选地，所述自振荡驱动电路中的第六电阻与第七电阻的共同端与运算放大器的输出端之间还连接有第十一电容。

优选地，所述电压检测电路还包括基准电平调整电路，所述基准电平调整电路包括第九电容、第十二电阻和第十三电阻；

其中PWM控制器与第三二极管阳极之间接有并联的第九电容、第十三电阻，第九电容、第十三电阻、PWM控制器的共同端接地，第十二电阻接于参考电压Verf与第三二极管阳极之间。

优选地，所述电压检测电路还包括第十四电阻和第十五电阻；

其中PWM控制器通过依次串联的第十四电阻、第十五电阻连接第九电容、第十三电阻的共同端，第十四电阻与第十五电阻的共同端连接变压器副边的中心抽头。

根据本实用新型实施例，通过采用变压器磁隔离反馈来代替现有技术中的光耦反馈，因为通过变压器中磁通的变化来把信号传到副边，磁通本身受温度及辐射影响特别的小，可以忽略不计，所以能够有效的避免光耦反馈因光自身特点受环境因素影响大带来的温度性差、绝缘性能差、寿命短、可靠性低、抗辐噪能力弱等技术问题，并且通过本实施例的误差放大电路使得误差电压信号的可调线性区加宽，增强了反馈电路的环路稳定性和提高了反馈电路的输出精度；通过自振荡驱动电路能在磁隔离变压器快速反馈的基础上进一步控制反馈的速度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例一的框图；

图2是本实用新型实施例二的电路图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

实施例一

如图1所示，为本实用新型提供的开关电源的磁隔离反馈电路实施例一的框图。

本实用新型实施例提供的开关电源的磁隔离反馈电路，包括：误差放大电路、自振荡驱动电路、变压器、电压检测电路和PWM控制器；

所述误差放大电路，通过电阻分压采样电路采集开关电源的DC-DC功率回路的输出电压，将采集的所述输出电压与基准电压相比较后通过运算放大器输出误差电压放大信号；所述误差放大电路的输出端连接所述变压器原边绕组的中心抽头；

所述自振荡驱动电路的输入端连接所述误差电压放大电路的输出端，自振荡驱动电路的输出端连接变压器的原边绕组；所述自振荡驱动电路用于将所述误差电压放大信号自振荡后从变压器的原边传递到变压器的副边；

由于误差放大电路输出的误差电压放大信号既有直流量又有交流量，而其中的直流量信号不能通过变压器的原边传递到副边。因此，本实施例通过采用自振荡驱动电路将误差放大电路输出的包含直流和交流的误差电压放大信号自振荡后从变压器的原边传递到副边。

所述电压检测电路的输入端连接变压器的副边绕组，用于将变压器副边绕组感应的所述误差电压放大信号检测出来并输出给PWM控制器。

通过此磁隔离反馈电路，利用误差放大电路使得输出电压信号的可调线性区变宽，能有效的应对输出负载突变的情况，进而增强了整个电压反馈环路的稳定性，同时也提高了输出电压放大信号的精度；利用自振荡驱动电路将误差放大电路输出的直交流信号震荡后从变压器原边传递给副边的基础上，通过调节振荡电路组成元件的参数，可以有效的控制振荡频率，使得本磁隔离反馈电路的瞬态特性更好。

实施例二

如图2所示，为本实用新型提供的开关电源的磁隔离反馈电路实施例二的电路图。

本实用新型实施例二提供一种开关电源的磁隔离反馈电路，包括：误差放大电路、自振荡驱动电路、变压器、电压检测电路和PWM控制器；

所述误差放大电路，用于采集开关电源的DC-DC功率回路的输出电压，将采集的所述输出电压与基准电压相比较后输出误差电压放大信号；所述误差放大电路的输出端连接所述变压器原边绕组的中心抽头；

所述误差放大电路包括：电压采样电路、电压基准电路、电压比较放大电路；

所述电压采样电路包括第一电阻R1和第二电阻R2，开关电源的DC-DC功率回路输出电压端通过依次串联的R1和R2接地；

所述电压基准电路包括第四电阻R4、稳压管T1和第二电容C2，R4连接在运算放大器A1的负输入端与DC-DC功率回路输出电压之间；运算放大器的负输入端和地之间接有并联的T1和C2，T1的阳极接地，阴极接运算放大器A1的负输入端；

R1和R2的共同端与所述运算放大器A1的正输入端之间连有第三电阻R3，A1的正输入端与地之间连有第一电容C1。R3和C1用于将采样得到的电压滤波，进而传送给A1的正输入端。

所述电压比较放大电路包括第三电容C3、第五电阻R5和运算放大器A1，运算放大器的输出端和正输入端之间接有并联的C3和R5，R1和R2的共同端连接A1的正输入端，所述运算放大器A1由开关电源的DC-DC功率回路输出电压进行供电。

所述电压比较放大电路将正输入端输入的由电压采样电路采集的输出电压Vo+，与负输入端输入的由电压基准电路提供的基准电压进行比较放大后的信号输出给自振荡驱动电路。

通过所述的误差放大电路，使得输出电压可调线性区变宽，能够更有效的应对输出负载突变的情况，有效的提高了磁隔离反馈电路的稳定性和输出误差电压放大信号的精度。

上述的误差放大电路，可以通过调节R1、R2的阻值比与基准电压进行比较而设定输出的目标电压；同时，通过设置C3、R3、C5的值，可以设置反馈电路的极点，用来控制本反馈电路的反应时间。

所述自振荡驱动电路的输入端连接所述误差电压放大电路的输出端，自振荡驱动电路的输出端连接变压器T2的原边绕组；所述自振荡驱动电路用于将所述误差电压放大信号自振荡后从变压器的原边传递到变压器的副边；

所述自振荡驱动电路由第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第一三极管Q1和第二三极管Q2组成；

变压器T2的原边绕组由中心抽头分为第一绕组N1和第二绕组N2；

其中N1的同名端通过依次串联的C5、R8和R10连接原边绕组的中心抽头；

Q1的集电极连接N1同名端，基极通过C4连接Q2的基极；发射极连接A1的地；Q2的集电极连接N2异名端，发射极连接A1的地；

T2原边绕组的中心抽头通过依次串联的C7、R9和C6连接Q2的集电极；C7、R9的共同端与R8、R10的共同端相连；R9、C6的共同端连接Q1的基极；C5、R8的共同端连接Q2的基极。

误差电压通过R10、R8向C5充电，当电压达到Q2的开启电压，则Q2导通，变压器的1、3引脚为高电平，此时，C6正向充电，C5反向充电，当C6达到Q1的开启电压时，Q1导通；Q1导通使C5的正电压端突然被钳位到低电平，使Q2关断，此时C5正向充电，C6反向充电，以此类推，形成高速自振荡电路。

所述自振荡驱动电路还包括第六电阻R6和第七电阻R7，其中R6接于运算放大器A1的地与Q1发射极之间，R7接于A1的地与Q2发射极之间。R6与R7的共同端与A1的地之间还连接有第十一电容C11。R6与R7为温度补偿电阻，用于调节Q1与Q2的温度；C11用于对A1的输出电压放大信号进行滤波。

通过设置R10、R8、C5、R9、C6的值，可以调节自振荡频率，进而在磁反馈电路的基础上进一步控制反馈速度，使得本实用新型的开关电源的磁隔离反馈电路的瞬态特性更好。

所述电压检测电路的输入端连接变压器的副边绕组，用于将变压器T2副边绕组感应的所述误差电压放大信号检测出来并输出给PWM控制器。

所述电压检测电路包括第二二极管D2、第三二极管D3、第八电容C8和第十一电阻R11；

T2的副边绕组由中心抽头分为第三绕组N3和第四绕组N4；

其中第D2的阴极与N3的同名端相连，D2的阳极与D3的阳极相连，D3的阴极与N4的异名端相连，PWM控制器与D3阳极之间接有并联的C8和R11。

当Q1开通，Q2关断时，绕组N1励磁，D3反偏，D2正偏导通，整流；当Q2开通，Q1关断时，D2反偏，D3正偏导通，整流。

所述电压检测电路还包括基准电平调整电路，所述基准电平调整电路包括第九电容C9、第十二电阻R12和第十三电阻R13；

其中PWM控制器与D3阳极之间接有并联的C9、R13，其中C9、R13、PWM控制器的共同端接地，R12接于参考电压Verf与D3阳极之间。

通过此基准电平调整电路能够灵活调节电压检测电路得到的电压的基准电位，更容易的设置整个磁隔离反馈电路的静态工作点，进而的为电路调试提供方便。

所述电压检测电路还包括第十四电阻R14和第十五电阻R15，用来对输出给PWM控制器的误差电压放大信号进行分压调节。

其中PWM控制器通过依次串联的R14、R15连接C9、R13的共同端，R14与R15的共同端连接变压器副边的中心抽头。

对上述开关电源的磁隔离反馈电路，通过设置N1、N2、N3、N4的匝数比，可以加大或减小反馈电压，N1、N2的励磁电感尽量大一些，这样可以减小励磁电流，提高反馈速度，通过调节R12、R13可以调节反馈到PWM控制器的输出电压范围。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种开关电源的磁隔离反馈电路，其特征在于，包括：误差放大电路、自振荡驱动电路、变压器、电压检测电路和PWM控制器；

所述误差放大电路，用于采集开关电源的DC-DC功率回路的输出电压，将采集的所述输出电压与基准电压相比较后输出误差电压放大信号；所述误差放大电路的输出端连接所述变压器原边绕组的中心抽头；

所述自振荡驱动电路的输入端连接所述误差电压放大电路的输出端，自振荡驱动电路的输出端连接变压器的原边绕组；所述自振荡驱动电路用于将所述误差电压放大信号自振荡后从变压器的原边传递到变压器的副边；

所述电压检测电路的输入端连接变压器的副边绕组，用于将变压器副边绕组感应的所述误差电压放大信号检测出来并输出给PWM控制器。

2.根据权利要求1所述的开关电源的磁隔离反馈电路，其特征在于，所述误差放大电路包括：电压采样电路、电压基准电路、电压比较放大电路；

所述电压采样电路包括第一电阻和第二电阻，开关电源的DC-DC功率回路输出电压端通过依次串联的第一电阻和第二电阻接地；

所述电压基准电路包括第四电阻、稳压管和第二电容，第四电阻连接在运算放大器的负输入端与开关电源的DC-DC功率回路输出电压端之间；运算放大器的负输入端和地之间接有并联的稳压管和第二电容，稳压管的阳极接地，稳压管的阴极接运算放大器的负输入端；

所述电压比较放大电路包括第三电容、第五电阻和运算放大器，运算放大器的输出端和正输入端之间接有并联的第三电容和第五电阻，第一电阻和第二电阻的共同端连接运算放大器的正输入端，所述运算放大器由DC-DC功率回路输出电压进行供电。

3.根据权利要求1所述的开关电源的磁隔离反馈电路，其特征在于，所述自振荡驱动电路由第八电阻、第九电阻、第十电阻、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第一三极管和第二三极管组成；

变压器的原边绕组由中心抽头分为第一绕组和第二绕组；

其中第一绕组的同名端通过依次串联的第五电容、第八电阻和第十电阻连接原边绕组的中心抽头；

第一三极管的集电极连接第一绕组同名端，基极通过第四电容连接第二三极管的基极；发射极连接运算放大器的输出端；第二三极管的集电极连接第二绕组异名端，发射极连接运算放大器的输出端；

变压器原边绕组的中心抽头通过依次串联的第七电容、第九电阻和第六电容连接第二三极管的集电极；第七电容、第九电阻的共同端与第八电阻、第十电阻的共同端相连；第九电阻、第六电容的共同端连接第一三极管的基极；第五电容、第八电阻的共同端连接第二三极管的基极。

4.根据权利要求1所述的开关电源的磁隔离反馈电路，其特征在于，所述电压检测电路包括第二二极管、第三二极管、第八电容和第十一电阻；

变压器的副边绕组由中心抽头分为第三绕组和第四绕组；

其中第二二极管的阴极与第三绕组的同名端相连，第二二极管的阳极与第三二极管的阳极相连，第三二极管的阴极与第四绕组的异名端相连，PWM控制器与第三二极管阳极之间接有并联的第八电容和第十一电阻。

5.根据权利要求2所述的开关电源的磁隔离反馈电路，其特征在于，第一电阻和第二电阻的共同端与所述运算放大器的正输入端之间连有第三电阻，运算放大器的正输入端与地之间连有第一电容。

6.根据权利要求3所述的开关电源的磁隔离反馈电路，其特征在于，所述自振荡驱动电路还包括第六电阻和第七电阻，其中第六电阻接于运算放大器的地与第一三极管发射极之间，第七电阻接于运算放大器的地与第二三极管发射极之间。

7.根据权利要求6所述的开关电源的磁隔离反馈电路，其特征在于，所述自振荡驱动电路中的第六电阻与第七电阻的共同端与运算放大器的输出端之间还连接有第十一电容。

8.根据权利要求4所述的开关电源的磁隔离反馈电路，其特征在于，所述电压检测电路还包括基准电平调整电路，所述基准电平调整电路包括第九电容、第十二电阻和第十三电阻；

其中PWM控制器与第三二极管阳极之间接有并联的第九电容、第十三电阻，第九电容、第十三电阻、PWM控制器的共同端接地，第十二电阻接于参考电压Verf与第三二极管阳极之间。

9.根据权利要求8所述的开关电源的磁隔离反馈电路，其特征在于，所述电压检测电路还包括第十四电阻和第十五电阻；

其中PWM控制器通过依次串联的第十四电阻、第十五电阻连接第九电容、第十三电阻的共同端，第十四电阻与第十五电阻的共同端连接变压器副边的中心抽头。

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