CN203933351U - 自适应开关电源输出端负载电路 - Google Patents

Abstract

自适应开关电源输出端负载电路，属于开关电源领域。包括运算放大电路、控制电路和MOS管Q1。本实用新型运用MOS管Q1作为该电路的电子负载，MOS管Q1特有导通电阻小、耗散功率大和易于与散热器安装进行散热的特点。控制电路通过对采集的信号进行分析和处理后来完成对MOS管Q1工作线性区的控制，功率MOS管Q1可以等效为一个受控的电阻负载单元，实现可变死负载电路的功能。本实用新型采用模块化设计，对外接口简单，可根据要配置的开关电源电路特性要求一次性调整电路参数，可以加在任意可调大功率开关电源的负载端，能起到稳定电源输出的作用，同时提高了电源的可靠性。

Description

自适应开关电源输出端负载电路

技术领域

本实用新型属于开关电源领域，具体为一种自适应开关电源输出端负载电路。

背景技术

现有的开关电源模式下，为保证电源输出的稳定，一般需在输出回路加负载予以吸收，目前有固定负载和动态负载两种模式。

固定负载仅适用于输出电压固定的电源模式，对宽范围可调电源的负载稳定几乎没有效果。

动态负载有恒流负载、恒功率负载、峰值负载和可控负载等模式。尽管这样，对于大功率可调开关电源来说，输出电压的宽动态调整还是比较困难的。

在0V附近，开关电源开关脉宽过小，同时会造成电源输出不稳定，对于宽动态开关电源，一般采用两级调整法，第一级将电压降低到一定范围内，第二级再调整至额定电压。即使这样，在可调电压开关电源在低端、空载时输出电压不稳定，同时系统稳定性差，难于满足使用要求。

电源输出端接固定负载R，固定负载吸收电流为：A=V/R

当输出电压趋于0V附近时，由于受条件限制，电阻R不可能无限小，此时负载电流趋于0A，固定负载失去效果。即使输出端有可变固定负载R，控制单元根据输出电压特性，改变固定电阻大小，但在输出电压低端时，无法将电阻设定为无限小，同时分级调节不方便使用，特别是软件控制存在时间延时，易造成电源电路工作不稳定。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种自适应开关电源输出端负载电路，能起到稳定电源输出的作用，同时提高了电源的可靠性。具有实用性高、通用性强等特点。

实现上述目的的技术方案是：自适应开关电源输出端负载电路，包括运算放大电路、控制电路和MOS管Q1。

运算放大电路包括10mΩ电阻R1、1KΩ电阻R2、1KΩ电阻R3、10KΩ电阻R4、10KΩ电阻R5和运算放大器U2B，运算放大器U2B的正向端分别连接10KΩ电阻R5的第一端和1KΩ电阻R2的第一端，10mΩ电阻R1的第一端与1KΩ电阻R2的第二端连接，10mΩ电阻R1的第二端分别连接10KΩ电阻R5的第二端和1KΩ电阻R3的第一端并接地，1KΩ电阻R3的第二端分别连接运算放大器U2B的反向端和10KΩ电阻R4的第一端，10KΩ电阻R4的第二端与运算放大器U2B的输出端连接。

控制电路包括1KΩ电阻R6、1mΩ电阻R7、1KΩ电阻R8、2KΩ电阻R9、240KΩ电阻R10、1KΩ电阻R11、1pF电容C1、1uF电容C2、500mV的电压门限V1和运算放大器U2A，所述500mV的电压门限V1的负极端接地，5 00mV的电压门限V1的正极端与运算放大器U2A的正向端连接，运算放大器U2A的反向端分别连接1KΩ电阻R6的第一端和1mΩ电阻R7的第一端，1KΩ电阻R6的第二端连接运算放大器U2B的输出端，放大器U2A的输出端分别连接1KΩ电阻R8的第一端和1mΩ电阻R7的第二端，1pF电容C1并联在1mΩ电阻R7的两端，1uF电容C2和2KΩ电阻R9串联后并联在1pF电容C1的两端，所述240KΩ电阻R10的第一端与开关电源的输出端连接，240KΩ电阻R10的第二端与1KΩ电阻R11的第一端连接，1KΩ电阻R11的第二端为开关电源负载电流采样输入端。

控制电路的1KΩ电阻R11的第一端同时还与运算放大电路的运算放大器U2B的正向端连接，所述MOS管Q1的D端与开关电源的输出端连接， MOS管Q1的S端与运算放大电路的10mΩ电阻R1的第一端连接， MOS管Q1的G端与1KΩ电阻R8的第二端连接。

本实用新型运用MOS管Q1作为该电路的电子负载， MOS管Q1特有导通电阻小、耗散功率大和易于与散热器安装进行散热的特点。控制电路通过对采集的信号进行分析和处理后来完成对MOS管Q1工作线性区的控制，功率MOS管Q1可以等效为一个受控的电阻负载单元，实现可变死负载电路的功能。

本实用新型采用模块化设计，对外接口简单，可根据要配置的开关电源电路特性要求一次性调整电路参数，可以加在任意可调大功率开关电源的负载端，能起到稳定电源输出的作用，同时提高了电源的可靠性。具有实用性高、通用性强等特点。

附图说明

图1为本实用新型的工作原理图；

图2为本实用新型在无电流负载信号输入时，开关电源输出电压与MOS管Q1电流的关系图；

图3为本实用新型在有电流负载信号输入时，负载电流与MOS管Q1电流之间的关系图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型包括运算放大电路1、控制电路2和MOS管Q1。

运算放大电路1包括10mΩ电阻R1、1KΩ电阻R2、1KΩ电阻R3、10KΩ电阻R4、10KΩ电阻R5和运算放大器U2B，运算放大器U2B的正向端分别连接10KΩ电阻R5的第一端和1KΩ电阻R2的第一端，10mΩ电阻R1的第一端与1KΩ电阻R2的第二端连接，10mΩ电阻R1的第二端分别连接10KΩ电阻R5的第二端和1KΩ电阻R3的第一端并接地，1KΩ电阻R3的第二端分别连接运算放大器U2B的反向端和10KΩ电阻R4的第一端，10KΩ电阻R4的第二端与运算放大器U2B的输出端连接。

控制电路2包括1KΩ电阻R6、1mΩ电阻R7、1KΩ电阻R8、2KΩ电阻R9、240KΩ电阻R10、1KΩ电阻R11、1pF电容C1、1uF电容C2、500mV的电压门限V1和运算放大器U2A，所述500mV的电压门限V1的负极端接地，5 00mV的电压门限V1的正极端与运算放大器U2A的正向端连接，运算放大器U2A的反向端分别连接1KΩ电阻R6的第一端和1mΩ电阻R7的第一端，1KΩ电阻R6的第二端连接运算放大器U2B的输出端，放大器U2A的输出端分别连接1KΩ电阻R8的第一端和1mΩ电阻R7的第二端，1pF电容C1并联在1mΩ电阻R7的两端，1uF电容C2和2KΩ电阻R9串联后并联在1pF电容C1的两端，所述240KΩ电阻R10的第一端与开关电源的输出端连接，240KΩ电阻R10的第二端与1KΩ电阻R11的第一端连接，1KΩ电阻R11的第二端为开关电源负载电流采样输入端。

控制电路2的1KΩ电阻R11的第一端同时还与运算放大电路1的运算放大器U2B的正向端连接，所述MOS管Q1的D端与开关电源的输出端连接， MOS管Q1的S端与运算放大电路1的10mΩ电阻R1的第一端连接， MOS管Q1的G端与1KΩ电阻R8的第二端连接。

本实用新型的工作原理：

输入端子VOUT处接入直流输入电压（开关电源输出）正端连线；调整管Q1选用N沟道功率MOS管；电阻R1为电流取样电阻。

由于电压源V1设置为500mV，当运算放大器U2A的反相输入端电压小于500mV时，运算放大器U2A输出高电平通过电阻R8供给MOS管Q1的栅极，MOS管Q1工作于导通区或线性区，即自适应负载工作；当运算放大器U2A的反相输入端电压大于500mV时，运算放大器U2A输出低电平通过电阻R8供给MOS管Q1的栅极，MOS管Q1工作于截止区，自适应负载停止工作。因此，此电路的重点在于调节运算放大器U2A的反相输入端电压，也即调节运算放大器U2B的输出端电压，调节方式由以下三部分组成，可以简述为负载电流的阀值调整单元、负载电流区间调整单元和总负载电流信号控制调整单元。

负载电流的阀值调整单元原理：电阻R3、R4构成阀值调节电路核心，根据运放的接法可以判断运算放大器U2B为放大电路，根据电阻R3和R4的阻值可以算出该放大电路的放大倍数为11倍，由于运算放大器U2B的输出端电压为500mV时是关断MOS管Q1的电压，由此运算放大器U2B的同相输入端电压为约45mV时是关断电压，也就是通过MOS管Q1和电阻R1的电流逐渐增大，当电阻R1两端的电压增大至约为45mV时，自适应负载电路退出工作模式。可通过改变电阻R3和R4的阻值来改变电路的最大自适应负载电流阀值。

负载电流区间调整单元原理：电阻R10、R5构成区间调节电路核心，有上段分析可知，U2B的同相输入端电压为约45mV时是关断电压，同理，可以通过设置电阻R10和R5的阻值进行分压，可以设置成当输入电压大于某一设置值时，电阻R10和R5的分压值增大至约为45mV时，自适应负载电路退出工作模式。可通过改变电阻R10和R5的阻值来改变电路的自适应负载电流调整区间。

总负载电流信号控制调整单元原理：同负载电流区间调整单元原理，电阻R11、R5构成总负载电流信号调节电路核心，电阻R11和R5的分压值增大至约为45mV时，自适应负载电路退出工作模式。可通过改变电阻R11和R5的阻值来改变自适应负载和输出总负载匹配关系。当电路处于空载时，自适应负载电路吸收回路电流最大，当电路负载达到额定输出时，自适应负载电路退出工作模式。

本实用新型具有两种工作状态模式：

1、如图2所示的无总电流负载信号输入时的工作状态：

在该工作状态下，当开关电源输出电压Vout越低时，MOS管Q1吸收输出回路更大的电流，保证了开关电源的工作稳定。

该电路通过调整MOS管Q1阀值和电流区间，可以适应几乎所有的直流输出开关电源，具有很强的通用性和适用性。同时不影响额定条件下的电源效率。

2、如图3所示的有总电流负载信号输入时的工作状态：

在该工作状态下，MOS管Q1可以自动匹配电路负载。当电路处于空载时，MOS管Q1吸收回路电流最大，当电路负载达到额定输出时，本实用新型退出工作模式，此时电路工作在规定的工作模式状态，保证了开关电源工作的稳定。

Claims (1)

1.自适应开关电源输出端负载电路，其特征在于：包括运算放大电路、控制电路和MOS管Q1；

运算放大电路包括10mΩ电阻R1、1KΩ电阻R2、1KΩ电阻R3、10KΩ电阻R4、10KΩ电阻R5和运算放大器U2B，运算放大器U2B的正向端分别连接10KΩ电阻R5的第一端和1KΩ电阻R2的第一端，10mΩ电阻R1的第一端与1KΩ电阻R2的第二端连接，10mΩ电阻R1的第二端分别连接10KΩ电阻R5的第二端和1KΩ电阻R3的第一端并接地，1KΩ电阻R3的第二端分别连接运算放大器U2B的反向端和10KΩ电阻R4的第一端，10KΩ电阻R4的第二端与运算放大器U2B的输出端连接；

控制电路包括1KΩ电阻R6、1mΩ电阻R7、1KΩ电阻R8、2KΩ电阻R9、240KΩ电阻R10、1KΩ电阻R11、1pF电容C1、1uF电容C2、500mV的电压门限V1和运算放大器U2A，所述500mV的电压门限V1的负极端接地，5 00mV的电压门限V1的正极端与运算放大器U2A的正向端连接，运算放大器U2A的反向端分别连接1KΩ电阻R6的第一端和1mΩ电阻R7的第一端，1KΩ电阻R6的第二端连接运算放大器U2B的输出端，放大器U2A的输出端分别连接1KΩ电阻R8的第一端和1mΩ电阻R7的第二端，1pF电容C1并联在1mΩ电阻R7的两端，1uF电容C2和2KΩ电阻R9串联后并联在1pF电容C1的两端，所述240KΩ电阻R10的第一端与开关电源的输出端连接，240KΩ电阻R10的第二端与1KΩ电阻R11的第一端连接，1KΩ电阻R11的第二端为开关电源负载电流采样输入端；

控制电路的1KΩ电阻R11的第一端同时还与运算放大电路的运算放大器U2B的正向端连接，所述MOS管Q1的D端与开关电源的输出端连接， MOS管Q1的S端与运算放大电路的10mΩ电阻R1的第一端连接， MOS管Q1的G端与1KΩ电阻R8的第二端连接。