CN208890649U - 一种应用电压滞环准定频控制技术的开关模式电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种应用电压滞环准定频控制技术的开关模式电源。本实用新型由1组高压低精度受控Buck电路和1组低压高精度受控Buck电路组成；低精度受控Buck电路的输入端通过一个整流桥和滤波电容接入AC220V交流电网，高精度受控Buck电路的输入端与低精度受控Buck电路的输出端相连。本实用新型可方便调节两级受控Buck电路的输出电压、高精度受控Buck电路的典型工作频率和纹波峰峰值等等，支持单相输出电路输出极大的低压电流，并拥有良好的动态响应能力，适用于超大规模集成电路、精密逆变电焊和精密实验仪器等场合。

Description

一种应用电压滞环准定频控制技术的开关模式电源

技术领域

本实用新型属于电气工程领域，涉及电压滞环控制的准定频开关模式电源，尤其适用于为负载变化速率较快，负载大小难以预测的设备供电。

背景技术

随着超大规模集成电路制造技术的飞速发展，集成电路的制程面临物理意义上的发展上限，摩尔定律难以继续维持。为保持计算机的算力不断提升，增加晶体管数量和集成电路规模是一种切实可行的解决办法，而增加集成电路规模必然导致计算机整体功耗的大幅度上升，因此计算机的发展急需大量在低压大电流输出上具有极佳动态响应和稳态输出能力的供电设备。

同时，自动化生产中，逆变电焊技术是一种相当重要的技术。为控制焊点的强度与一致性，其需要输出电压尽量保持稳定。然而焊点熔池涉及金属的相变和流动，不仅负载极大，而且变化速率大，缺乏一定的规律，这对逆变电焊设备的动态和稳态性能提出了极高的要求。

另外，在精密实验仪器中，由于同样涉及负载突变的情况，电源同样需要足够强的动态响应能力。同时，由于实验仪器对输入输出的精度都极端敏感，因此对电源的稳态输出能力提出了极高的要求。

实用新型内容

本实用新型所要解决的问题在于，利用尽量简单可靠的非线性的控制方式控制开关模式电源，从而兼顾输出的稳态低纹波率和动态响应能力。

本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

本实用新型一种应用电压滞环准定频控制技术的开关模式电源，包括1组高压低精度受控Buck电路和1组低压高精度受控Buck电路；低精度受控Buck电路的输入端通过一个整流桥和一组滤波电容接入AC220V交流电网，高精度受控Buck电路的输入端与低精度受控Buck电路的输出端相连；低精度受控Buck电路将AC220V交流电整流降压至DC40V-DC120V之间的某一经过设计的定值后输入到后级的高精度受控Buck电路，高精度受控Buck电路再将输入的直流电再次降压至DC12V或其他低电压值后输出至电源输出端。

本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案进一步实现：

所述的低精度受控Buck电路、高精度受控Buck电路均可根据设计目标和选取的参数在一定范围内调节其输出电压，调节方式为改变各自电路的分压电阻的比值。

两组级联受控Buck电路的输出电压反馈信号均取自各自输出网络经一组串联电阻的分压得到的电压信号，使得各自输出网络的电压值

其中V_ref为控制部分设置的参考电压，R₁和R₂分别为靠近输出网络和地端的串联分压电阻；反馈信号不采用线性光耦隔离设计，以提高反馈环节的响应速度和精度。

所述的低精度受控Buck电路和高精度受控Buck电路均可在一定范围内调节电路工作频率，受控Buck电路调频方式为改变对应误差放大器的放大倍率。

电压滞环控制器采用不同的器件构成的误差放大电路有不同的耐压值，这一耐压值决定了反馈电路的参考电压设计。

所述的高精度受控Buck电路在开关模式电源接入不同负载的情况下，其工作频率相对稳定，为准定频控制。

本实用新型与现有技术相比具有显著的优点和有益效果：

本实用新型可以使电压滞环控制与等效串联电阻较低的电容器相结合，提供纹波率足够小的稳态输出和极佳的动态性能。

本实用新型的输出端在负载稳定时具有相对稳定的稳态工作频率。

本实用新型可提供较大的单相Buck电路输出电流，且输出电压精度较高，同时拥有非常快速的动态响应。

本实用新型除大量参数可调节外，制造成本低廉，实现条件要求低。

本实用新型使用场合广泛，同时还具备小型、轻便、稳定性高等特点。

本实用新型的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

图1为本实用新型的整体电路原理图；

图2为本实用新型的开关模式电源控制器原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。

如图1所示，为本实用新型的整体电路原理图，包括1组高压低精度受控Buck电路和1组低压高精度受控Buck电路；两组Buck电路的输入端均有两组MOSFET开关管，上管提供输入电压，下管提供同步整流功能；两组Buck电路的电感和电容均使用计算机仿真方法进行参数的优化，以减弱负载变化造成的参数摄动影响；高压低精度受控Buck电路的输出电容采用耐压值和容量较高的设计，低压高精度受控Buck电路的输出电容采用等效串联电阻(ESR)与其他电路参数匹配的电容组；两组Buck电路使用原理和结构相似的电压滞环控制器；高压低精度受控Buck电路的输入端通过一个整流桥和一组滤波电容接入AC220V交流电网，低压高精度受控Buck电路的输入端与低精度受控Buck电路的输出端相连。

开关模式电源使用单独的MOSFET驱动器驱动电路中的开关管，以升高开关管上管的源极电压，并增大MOSFET的栅极电流，使得两级受控Buck电路共地，且MOSFET开关速度足够快，开关损耗足够小。

如图2所示，为本实用新型的开关模式电源控制器原理图，

作为两组受控Buck电路控制部分的电压滞环控制器，每一组所应用的电压滞环控制器都包含一个迟滞比较器和一组通常由运算放大器构成的误差放大电路组成；输出电压经分压电阻分压后，反馈电压输入至误差放大器，并由误差放大器放大输出至迟滞比较器，迟滞比较器根据放大的反馈电压信号与参考电压信号的大小关系，输出开关上下MOSFET开关管的开关信号；根据迟滞比较器的迟滞电压参数和反馈电压的分压电阻，调整误差放大器的放大倍率，即可设定控制器的滞环宽度；采用不同的器件构成的误差放大电路有不同的耐压值，这一耐压值决定了反馈电路的参考电压设计。

本实用新型具有如下功能：

(1)改变分压电阻比值以改变输出电压

通过改变两个控制环节的分压电阻比值，可以改变输入至误差放大器的电压和两个环节各自输出电压的比值，进而实现对输出电压的控制。

(2)改变电压滞环宽度以改变控制器工作频率

通过改变两个控制环节的误差放大器放大倍率，可以改变输入至迟滞比较器的信号幅值，进而实现对控制环节工作频率的改变。

(3)高精度受控Buck电路控制部分为准定频控制

在适当的器件选型和参数设计下，输出端负载稳定时，高精度受控Buck电路的输出端的纹波频率保持相对稳定。

Claims (4)

1.一种应用电压滞环准定频控制技术的开关模式电源，其特征在于：包括1组高压低精度受控Buck电路和1组低压高精度受控Buck电路，所述高压低精度受控Buck电路和低压高精度受控Buck电路均采用带全域同步整流的Buck型电路拓扑和电压滞环控制原理，上述两组受控Buck电路构成级联，两组受控Buck电路共地；作为两组受控Buck电路控制部分的电压滞环控制器，每一组所应用的电压滞环控制器都包含一个迟滞比较器和一组通常由运算放大器构成的误差放大电路组成；开关模式电源使用单独的MOSFET驱动器驱动电路中的开关管；两级受控Buck电路的输出电压反馈信号均取自各自输出网络的分压；低压高精度受控Buck电路中的滤波电容采用等效串联电阻低的电容器。

2.根据权利要求1所述的应用电压滞环准定频控制技术的开关模式电源，其特征在于：电压滞环控制器采用不同的器件构成的误差放大电路有不同的耐压值，这一耐压值决定了反馈电路的参考电压设计。

3.根据权利要求1所述的应用电压滞环准定频控制技术的开关模式电源，其特征在于：两组级联受控Buck电路的输出电压反馈信号均取自各自输出网络经一组串联电阻的分压得到的电压信号，使得各自输出网络的电压值

其中V_ref为控制部分设置的参考电压，R₁和R₂分别为靠近输出网络和地端的串联分压电阻。

4.根据权利要求1所述的应用电压滞环准定频控制技术的开关模式电源，其特征在于：高精度级受控Buck电路的输出端在负载不变时是准定频的，即工作频率受负载影响很小。