CN204349825U - 一种多级功率放大脉冲调宽式开关稳压电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多级功率放大脉冲调宽式开关稳压电源，主要由二极管整流器U，功率放大器P1，变压器T，串接在二极管整流器U与功率放大器P1之间的开关滤波电路，与变压器T的副边线圈L2相连接的电源输出电路，与变压器T的副边线圈L3相连接的变压反馈电路，与变压反馈电路相连接的开关控制电路，与开关控制电路相连接的振荡器等组成，其特征在于，在二极管整流器U的负极输出端与功率放大器P1的负极输入端之间还串接有逻辑保护放大电路。本实用新型利用场效应管来组成开关控制电路，不仅使得本实用新型具备了升压模式和降压模式，而且还使得全电压范围输出电流变化控制在±0.1%之间，较传统的开关稳压电源的输出电流变化控制范围有了极大的提高。

Description

一种多级功率放大脉冲调宽式开关稳压电源

技术领域

本实用新型涉及一种开关稳压电源，具体是指一种多级功率放大脉冲调宽式开关稳压电源。

背景技术

随着目前科技的不断进步，电子产品在功能越来越强大的同时也给人们生活上带来了很大的便利。稳压电路便运营而生，传统的串联线性调整型稳压电路具有稳定性高、输出电压可调、波纹系数小、线路简单等特点。然而，这些串联线性调整型稳压电路的调整管总是工作在放大状态，一直都有电流流过，故其管子的功耗较大，电路的效率不高，一般只能达到30%～50%左右。为了克服上述缺陷，人们便研发了开关型稳压电路。

在开关型稳压电路中，调压管工作在开关状态，管子交替工作在饱和与截止两种状态中。当管子饱和导通时，流过管子电流虽大，可是管压降很小；当管子截止时，管压降大，可是流过的电流接近为零。因此，在输出功率相同条件下，开关型稳压电源币串联型稳压电源的效率高，一般可达80%～90%左右。但是，目前人们所采用的开关型稳压电源却存在波纹系数较大，当调整管不断在饱和与截止状态之间切换时，对电路会产生射频干扰，电路比较复杂且成本较高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服目前开关型稳压电源存在的波纹系数较大、射频干扰严重、电路复杂及效率不高的缺陷，提供一种多级功率放大脉冲调宽式开关稳压电源。

本实用新型的目的通过下述技术方案实现：一种多级功率放大脉冲调宽式开关稳压电源，主要由二极管整流器U，功率放大器P1，变压器T，串接在二极管整流器U与功率放大器P1之间的开关滤波电路，与变压器T的副边线圈L2相连接的电源输出电路，与变压器T的副边线圈L3相连接的变压反馈电路，与变压反馈电路相连接的开关控制电路，与开关控制电路相连接的振荡器，与开关控制电路相连接的电流比较器I1，与开关控制电路相连接的电流比较器I2，分别与振荡器、电流比较器I1和电流比较器I2相连接的斜率补偿器W，分别与功率放大器P1和电流比较器I1相连接的PWM控制器，以及输出端与变压器T的原边线圈L1上的抽头相连接、而输入端与功率放大器P1的输出端相连接的滑动调节器组成。同时，在二极管整流器U的负极输出端与功率放大器P1的负极输入端之间还串接有逻辑保护放大电路；该逻辑保护放大电路主要由功率放大器P3，功率放大器P4，与非门IC1，与非门IC2，负极与功率放大器P3的正极输入端相连接、正极经电阻R7后与与非门IC2的负极输入端相连接的极性电容C7，一端与与非门IC1的负极输入端相连接、另一端与功率放大器P3的正极输入端相连接的电阻R4，串接在功率放大器P3的负极输入端与输出端之间的电阻R5，一端与与非门IC1的输出端相连接、另一端与功率放大器P4的负极输入端相连接的电阻R6，串接在功率放大器P4的正极输入端与输出端之间的极性电容C8，正极与与非门IC2的输出端相连接、负极顺次经稳压二极管D4和电阻R8后与功率放大器P3的输出端相连接的电容C9，P极与功率放大器P4的输出端相连接、N极顺次经电阻R10和电阻R9后与稳压二极管D4和电阻R8的连接点相连接的二极管D5，以及N极与电容C9的负极相连接、P极与二极管D5和电阻R10的连接点相连接的稳压二极管D6组成；所述与非门IC1的正极输入端与功率放大器P3的负极输入端相连接；功率放大器P4的输出端与非门IC2的正极输入端相连接，其正极输入端则与功率放大器P3的输出端相连接；所述电阻R9和电阻R10的连接点与二极管整流器U的负极输出端相连接，而极性电容C7的正极则与功率放大器P1的负极输入端相连接。

进一步地，所述的开关滤波电路由三极管Q，电容C1，电容C2，电阻R1，电阻R2及二极管D1组成；所述三极管Q的基极顺次经电阻R2、二极管D1及电阻R1后与其集电极形成回路，电容C1与电阻R1相并联，电容C2与电阻R2相并联；三极管Q的集电极与二极管整流器U的正极输出端相连接，其发射极接地；二极管整流器U的负极输出端则直接与功率放大器P1的负极输入端相连接，电阻R2与二极管D1的连接点则与功率放大器P1的正极输入端相连接；变压器T的原边线圈L1则与二极管D1相并联。

所述电源输出电路由P极与副边线圈L2的同名端相连接、N极经电容C3后与副边线圈L2的非同名端相连接的二极管D2，以及一端与二极管D2的N极相连接、另一端经电容C4后与副边线圈L2的非同名端相连接的电感L4组成。

所述变压反馈电路由二极管D3和电容C5组成；所述二极管D3的P极与副边线圈L3的非同名端相连接、其N极经电容C5后与副边线圈L3的同名端相连接，所述副边线圈L3的同名端接地。

所述开关控制电路由场效应管MOS、功率放大器P2、电压比较器U1、电感L5及电阻R3组成；所述电感L5串接在功率放大器P1的输出端与二极管D3的N极之间，场效应管MOS的漏极与二极管D3的N极相连接、其源极经电阻R3后接地、其栅极则与功率放大器P2的输出端相连接；电压比较器U1的S端与振荡器的输出端相连接，其R端与电流比较器I1的输出端相连接，其Q端则与功率放大器P2的负极输入端相连接；功率放大器P2的正极输入端则与场效应管MOS的漏极相连接；电流比较器I2的正极输入端和负极输入端则与电阻R3的两端相连接，其输出端经斜率补偿器W后分别与电流比较器I1的负极输入端和振荡器的输入端相连接；电流比较器I1的正极输入端则与功率放大器P1的输出端相连接；PWM控制器的一个输出端分别与电流比较器I1的负极输入端和功率放大器P1的负极输入端相连接，其另一个输出端经电容C6后接地。

本实用新型较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本实用新型充分的利用了PWM的控制功能，能根据占空比自动调节电源输出电压值，确保输出值的稳定。

（2）本实用新型开创性的将斜率补偿器和电压、电流比较器运用在电源电路中，不仅有效的降低了电路自身和外接的射频干扰，而且还极大的简化了电路结构，使得制作成本和维护成本有了较大幅度的降低。

（3）本实用新型利用场效应管来组成开关控制电路，不仅使得本实用新型具备了升压模式和降压模式，而且还使得全电压范围输出电流变化控制在±0.1%之间，较传统的开关稳压电源的输出电流变化控制范围有了极大的提高。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图。

图2为本实用新型的逻辑保护放大电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，本实用新型包括有二极管整流器U、功率放大器P1、变压器T、开关滤波电路、电源输出电路、变压反馈电路、开关控制电路、振荡器、电流比较器I1、电流比较器I2、斜率补偿器W、PWM控制器、滑动调节器及逻辑保护放大电路。其中，变压器T由设置在其原边的原边线圈L1，设置在其副边的副边线圈L2和副边线圈L3组成。本实用新型在变压器T的原边线圈L1上设有一个滑动抽头，而该滑动抽头则由滑动调节器来进行控制，以确保根据PWM控制器的占空比和开关控制电路的共同结果来调整变压器T的原边线圈L1与副边线圈L2和副边线圈L3之间的匝数比，从而实现不同电压的输出。

二极管整流器U的输入端用于外接220V的市电，而开关滤波电路则串接在该二极管整流器U的正极输出端与功率放大器P1的正极输入端之间。

所述逻辑保护放大电路的结构如图2所示，其主要由功率放大器P3，功率放大器P4，与非门IC1，与非门IC2，负极与功率放大器P3的正极输入端相连接、正极经电阻R7后与与非门IC2的负极输入端相连接的极性电容C7，一端与与非门IC1的负极输入端相连接、另一端与功率放大器P3的正极输入端相连接的电阻R4，串接在功率放大器P3的负极输入端与输出端之间的电阻R5，一端与与非门IC1的输出端相连接、另一端与功率放大器P4的负极输入端相连接的电阻R6，串接在功率放大器P4的正极输入端与输出端之间的极性电容C8，正极与与非门IC2的输出端相连接、负极顺次经稳压二极管D4和电阻R8后与功率放大器P3的输出端相连接的电容C9，P极与功率放大器P4的输出端相连接、N极顺次经电阻R10和电阻R9后与稳压二极管D4和电阻R8的连接点相连接的二极管D5，以及N极与电容C9的负极相连接、P极与二极管D5和电阻R10的连接点相连接的稳压二极管D6组成。

同时，所述与非门IC1的正极输入端与功率放大器P3的负极输入端相连接；功率放大器P4的输出端与非门IC2的正极输入端相连接，其正极输入端则与功率放大器P3的输出端相连接；所述电阻R9和电阻R10的连接点与二极管整流器U的负极输出端相连接，而极性电容C7的正极则与功率放大器P1的负极输入端相连接。

如图1所示，所述开关滤波电路由三极管Q，电容C1，电容C2，电阻R1，电阻R2及二极管D1组成。其中，三极管Q的基极顺次经电阻R2、二极管D1及电阻R1后与其集电极形成回路。电容C1与电阻R1相并联，电容C2与电阻R2相并联，以形成典型的RC滤波电路。同时，三极管Q的集电极与二极管整流器U的正极输出端相连接，其发射极接地；二极管整流器U的负极输出端则直接与功率放大器P1的负极输入端相连接，而电阻R2与二极管D1的连接点则与功率放大器P1的正极输入端相连接。所述变压器T的原边线圈L1与二极管D1相并联。

在该开关滤波电路中，电阻R1、电容C1和二极管D1组成反馈钳位电路，可以提高变换效率和降低功率放大器P1正极输入端的反向峰值电压。

电源输出电路用于输出稳定的直流电压，其由二极管D2、电容C3、电感L4及电容C4组成。连接时，二极管D2的P极与副边线圈L2的同名端相连接，其N极经电容C3后与副边线圈L2的非同名端相连接。所述电感L4的一端与二极管D2的N极相连接、另一端经电容C4后与副边线圈L2的非同名端相连接。而电容C4的两端则作为整个电源的输出端，为外部负载提供所需的电压和电流。

变压反馈电路用于为开关控制电路提供反馈工作电压，以确保开关控制电路能根据反馈电压来控制滑动调节器。该变压反馈电路则由二极管D3和电容C5组成。连接时，所述二极管D3的P极与副边线圈L3的非同名端相连接、其N极经电容C5后与副边线圈L3的同名端相连接，同时，该副边线圈L3的同名端接地。

开关控制电路为本实用新型的开关控制部分，其由场效应管MOS、功率放大器P2、电压比较器U1、电感L5及电阻R3组成。如图1所示，该电感L5串接在功率放大器P1的输出端与二极管D3的N极之间，场效应管MOS的漏极与二极管D3的N极相连接、其源极经电阻R3后接地、其栅极则与功率放大器P2的输出端相连接。

电压比较器U1的S端与振荡器的输出端相连接，其R端与电流比较器I1的输出端相连接，其Q端则与功率放大器P2的负极输入端相连接。功率放大器P2的正极输入端则与场效应管MOS的漏极相连接。电流比较器I2的正极输入端和负极输入端与电阻R3的两端相连接，以确保场效应管MOS导通时，其能从电阻R3两端采集到工作电压。

同时，该电流比较器I2的输出端经斜率补偿器W后分别与电流比较器I1的负极输入端和振荡器的输入端相连接，以确保斜率补偿器W能为电流比较器I1提供辅助的斜率补偿，使其工作稳定。

而电流比较器I1的正极输入端则与功率放大器P1的输出端和原边线圈L1的非同名端相连接；PWM控制器的一个输出端分别与电流比较器I1的负极输入端和功率放大器P1的负极输入端相连接，其另一个输出端经电容C6后接地。

使用时，作用于二极管整流器U的电压经开关滤波电路进行滤波后为变压器T的原边线圈L1和功率放大器P1提供工作电压。当电感线圈L5感应到外部负载发生变化时，其感抗便发生变化时，此时功率放大器P2在电压比较器U1和电感L5的共同作用下促使场效应管MOS导通，PWM控制器提供的脉冲信号经电流比较器I1后作用于功率放大器P1和电流比较器I1，使得滑动调节器得电，并根据负载的变化情况自动调节滑动抽头，从而改变变压器T的原边线圈L1与副边线圈L2和副边线圈L3之间的匝数比，最终实现对负载的稳定供电功能。

如上所述，便可以很好的实现本实用新型。

Claims (5)

1.一种多级功率放大脉冲调宽式开关稳压电源，主要由二极管整流器U，功率放大器P1，变压器T，串接在二极管整流器U与功率放大器P1之间的开关滤波电路，与变压器T的副边线圈L2相连接的电源输出电路，与变压器T的副边线圈L3相连接的变压反馈电路，与变压反馈电路相连接的开关控制电路，与开关控制电路相连接的振荡器，与开关控制电路相连接的电流比较器I1，与开关控制电路相连接的电流比较器I2，分别与振荡器、电流比较器I1和电流比较器I2相连接的斜率补偿器W，分别与功率放大器P1和电流比较器I1相连接的PWM控制器，以及输出端与变压器T的原边线圈L1上的抽头相连接、而输入端与功率放大器P1的输出端相连接的滑动调节器组成，其特征在于，在二极管整流器U的负极输出端与功率放大器P1的负极输入端之间还串接有逻辑保护放大电路；该逻辑保护放大电路主要由功率放大器P3，功率放大器P4，与非门IC1，与非门IC2，负极与功率放大器P3的正极输入端相连接、正极经电阻R7后与与非门IC2的负极输入端相连接的极性电容C7，一端与与非门IC1的负极输入端相连接、另一端与功率放大器P3的正极输入端相连接的电阻R4，串接在功率放大器P3的负极输入端与输出端之间的电阻R5，一端与与非门IC1的输出端相连接、另一端与功率放大器P4的负极输入端相连接的电阻R6，串接在功率放大器P4的正极输入端与输出端之间的极性电容C8，正极与与非门IC2的输出端相连接、负极顺次经稳压二极管D4和电阻R8后与功率放大器P3的输出端相连接的电容C9，P极与功率放大器P4的输出端相连接、N极顺次经电阻R10和电阻R9后与稳压二极管D4和电阻R8的连接点相连接的二极管D5，以及N极与电容C9的负极相连接、P极与二极管D5和电阻R10的连接点相连接的稳压二极管D6组成；所述与非门IC1的正极输入端与功率放大器P3的负极输入端相连接；功率放大器P4的输出端与非门IC2的正极输入端相连接，其正极输入端则与功率放大器P3的输出端相连接；所述电阻R9和电阻R10的连接点与二极管整流器U的负极输出端相连接，而极性电容C7的正极则与功率放大器P1的负极输入端相连接。

2.根据权利要求1所述的一种多级功率放大脉冲调宽式开关稳压电源，其特征在于，所述的开关滤波电路由三极管Q，电容C1，电容C2，电阻R1，电阻R2及二极管D1组成；所述三极管Q的基极顺次经电阻R2、二极管D1及电阻R1后与其集电极形成回路，电容C1与电阻R1相并联，电容C2与电阻R2相并联；三极管Q的集电极与二极管整流器U的正极输出端相连接，其发射极接地；二极管整流器U的负极输出端则直接与功率放大器P1的负极输入端相连接，电阻R2与二极管D1的连接点则与功率放大器P1的正极输入端相连接；变压器T的原边线圈L1则与二极管D1相并联。

3.根据权利要求2所述的一种多级功率放大脉冲调宽式开关稳压电源，其特征在于，所述电源输出电路由P极与副边线圈L2的同名端相连接、N极经电容C3后与副边线圈L2的非同名端相连接的二极管D2，以及一端与二极管D2的N极相连接、另一端经电容C4后与副边线圈L2的非同名端相连接的电感L4组成。

4.根据权利要求3所述的一种多级功率放大脉冲调宽式开关稳压电源，其特征在于，所述变压反馈电路由二极管D3和电容C5组成；所述二极管D3的P极与副边线圈L3的非同名端相连接、其N极经电容C5后与副边线圈L3的同名端相连接，所述副边线圈L3的同名端接地。

5.根据权利要求4所述的一种多级功率放大脉冲调宽式开关稳压电源，其特征在于，所述开关控制电路由场效应管MOS、功率放大器P2、电压比较器U1、电感L5及电阻R3组成；所述电感L5串接在功率放大器P1的输出端与二极管D3的N极之间，场效应管MOS的漏极与二极管D3的N极相连接、其源极经电阻R3后接地、其栅极则与功率放大器P2的输出端相连接；电压比较器U1的S端与振荡器的输出端相连接，其R端与电流比较器I1的输出端相连接，其Q端则与功率放大器P2的负极输入端相连接；功率放大器P2的正极输入端则与场效应管MOS的漏极相连接；电流比较器I2的正极输入端和负极输入端则与电阻R3的两端相连接，其输出端经斜率补偿器W后分别与电流比较器I1的负极输入端和振荡器的输入端相连接；电流比较器I1的正极输入端则与功率放大器P1的输出端相连接；PWM控制器的一个输出端分别与电流比较器I1的负极输入端和功率放大器P1的负极输入端相连接，其另一个输出端经电容C6后接地。