CN209184496U - 一种数字电源多路输出控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种数字电源多路输出控制电路，包括数字电源控制器及与所述数字电源控制器连接的多路驱动保护电路，每路驱动保护电路均包括主功率电路、驱动电路及信号采样调理电路，所述主功率电路的输入端与驱动电路的输出端连接，主功率电路的输出端与信号采样调理电路的输入端连接，所述驱动电路的输入端与数字电源控制器的数字PWM单元输出端连接，所述信号采样调理电路的输出端与数字电源控制器的模拟数字转换器单元的输入端连接。本实用能够实现隔离型的DC/DC变换器的多路电压输出，并通过对电源输出电压和输出电流的采样可实现对电源的过压保护、过流保护、开机时序控制和监控管理。

Description

一种数字电源多路输出控制电路

技术领域

本实用新型涉及开关电源电路领域，具体涉及一种数字电源多路输出控制电路。

背景技术

开关电源是电子设备中不可缺少的关键电子元器件，随着电力电子技术的发展，以及电子信息技术在电子设备中的广泛应用，这些设备对开关电源的功能性要求也越来越高。传统的模拟开关电源系统元器件较多，结构复杂，集成度较低；电源的性能指标改变时，需要更换的硬件较多，且控制方法不能改变，故其灵活性较差；但是其采用的脉宽控制器构成相对简单，成本相对较低，可靠性高。相对模拟电源，数字电源可通过软件编程来修改工作参数，优化电源系统，具有灵活性强、兼容性好等优点，同时，易于实现监控管理功能，满足电源系统的各种设计需求，使得数字电源的应用越来越广泛。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种数字电源多路输出控制电路，能够实现隔离型的DC/DC变换器的多路电压输出，并通过对电源输出电压和输出电流的采样可实现对电源的过压保护、过流保护、开机时序控制和监控管理。

为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种数字电源多路输出控制电路，包括数字电源控制器及与所述数字电源控制器连接的多路驱动保护电路，每路驱动保护电路均包括主功率电路、驱动电路及信号采样调理电路，所述主功率电路的输入端与驱动电路的输出端连接，主功率电路的输出端与信号采样调理电路的输入端连接，所述驱动电路的输入端与数字电源控制器的数字PWM单元输出端连接，所述信号采样调理电路的输出端与数字电源控制器的模拟数字转换器单元的输入端连接。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述主功率电路包括变压器T、初级储能电容C1、初级储能电容C2、开关管Q1、开关管Q2、次级同步整流管Q3、次级同步整流管Q4、储能电感L、储能电容C3、电流取样电阻R1和负载电阻RL；

所述开关管Q1、Q2的栅极与驱动电路的输出端连接，所述开关管Q1的源极与开关管Q2的漏极连接，开关管Q1的漏级与电压源的正极连接，所述开关管Q2的源极与电压源的负极连接，所述初级储能电容C1的一端与开关管Q1的漏级连接，初级储能电容C1的另一端与开关管Q1的源极连接，所述初级储能电容C2的一端与开关管Q2的漏级连接，初级储能电容C2的另一端与开关管Q2的源极连接，所述开关管Q1源极及开关管Q2的漏级分别与变压器T的初级线圈两端连接，所述变压器T的次级线圈的两端分别与开关管Q3、Q4的漏级连接，变压器T的次级线圈触头与储能电感L的一端连接，所述储能电感L的另一端经电阻R1与负载电阻RL的一端连接，所述负载电阻RL的另一端均与开关管Q3、Q4的源极连接，所述开关管Q3、Q4的栅极与驱动电路连接，所述储能电容C3的一端连接在储能电感L与电流取样电阻R1之间的节点处，所述储能电容C3的另一端与开关管Q3、Q4的源极连接，所述电流取样电阻R1的两端与信号调理电路的输入端连接。

所述采样调理电路包括电流采样调理电路及电压采样调理电路，所述电流采样调理电路由流互感器U1及外围电路构成，所述电压采样调理电路由运算放大器U2及外围电路构成。

所述数字电源控制器包括数字PWM单元、数字补偿器及模拟数字转换器，所述数字PWM单元的输入端与数字补偿器的输出端连接，其输出端与驱动电路的输入端连接，所述数字补偿器的输入端与模拟数字转换器的输出端连接，所述模拟数字转换器的输入端与信号采样调理电路的输出端连接。

由上述技术方案可知，本实用新型通过对电源状态的采样与控制，可实现输出过压保护和输出过流保护，提高了产品的可靠性且抗干扰能力高。其中，第一主功率电路中当检测到输出电流小于额定电流的5%时，该控制电路不向次级同步整流管提供驱动信号，转变为通过同步整流管的体二极管整流，提高了电源的轻载效率；当检测到输出电流大于额定电流的5%时，该控制电路向次级同步整流管提供驱动信号，提高了电源的满载效率。

附图说明

图1是本实用新型的电路框图；

图2是本实用新型主功率电路的原理图；

图3是本实用新型信号采样调理电路的原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明：

如图1所示，本实施例的数字电源多路输出控制电路，包括数字电源控制器11及与数字电源控制器11连接的多路驱动保护电路，每路驱动保护电路均包括主功率电路、驱动电路及信号采样调理电路，主功率电路的输入端与驱动电路的输出端连接，主功率电路的输出端与信号采样调理电路的输入端连接，驱动电路的输入端与数字电源控制器11的数字PWM单元输出端连接，信号采样调理电路的输出端与数字电源控制器11的模拟数字转换器单元（ADC单元）的输入端连接。

本实施例驱动保护电路为三路，具体如图1所示，分别包括第一主功率电路1、第一驱动电路3、第二驱动电路4、第一信号采样调理电路2；第二主功率电路5、第二主功率电路6、第三驱动电路5、第二信号采样调理电路7；第三主功率电路8、第四驱动电路9和第三信号采样调理电路10。

数字电源控制器11的ADC单元输入端分别连接第一信号采样调理电路2、第二信号采样调理电路7和第三信号采样调理电路10的输出端。第一驱动电路3和第二驱动电路4的输出连接到第一主功率电路1。第三驱动电路5的输出连接到第二主功率电路5第二主功率电路6。第四驱动电路9的输出连接到第三主功率电路8。第一主功率电路1的输出电压和电流信号连接到第一信号采样调理电路2的输入端。第二主功率电路5第二主功率电路6的输出电压和电流信号连接到第二信号采样调理电路7的输入端。第三主功率电路8的输出电压和电流信号连接到第三信号采样调理电路10的输入端。

本实例中，选用型号为DSPIC33EP64GS504的控制器作为数字电源控制器11。该控制器可以提供4组数字PWM输出，5个ADC单元最多可实现22路模拟信号输入，用于数字电源信号采样与保护。该DSP控制器主要由ADC单元、数字补偿器单元、数字PWM单元组成。

如图2所示，主功率电路包括变压器T、初级储能电容C1、初级储能电容C2、开关管Q1、开关管Q2、次级同步整流管Q3、次级同步整流管Q4、储能电感L、储能电容C3、电流取样电阻R1和负载电阻RL；

开关管Q1、Q2的栅极与驱动电路的输出端连接，开关管Q1的源极与开关管Q2的漏极连接，开关管Q1的漏级与电压源的正极连接，开关管Q2的源极与电压源的负极连接，初级储能电容C1的一端与开关管Q1的漏级连接，初级储能电容C1的另一端与开关管Q1的源极连接，初级储能电容C2的一端与开关管Q2的漏级连接，初级储能电容C2的另一端与开关管Q2的源极连接，开关管Q1源极及开关管Q2的漏级分别与变压器T的初级线圈两端连接，变压器T的次级线圈的两端分别与开关管Q3、Q4的漏级连接，变压器T的次级线圈触头与储能电感L的一端连接，储能电感L的另一端经电阻R1与负载电阻RL的一端连接，负载电阻RL的另一端均与开关管Q3、Q4的源极连接，开关管Q3、Q4的栅极与驱动电路连接，储能电容C3的一端连接在储能电感L与电流取样电阻R1之间的节点处，储能电容C3的另一端与开关管Q3、Q4的源极连接，电流取样电阻R1的两端与信号调理电路的输入端连接。

直流稳压电源V_IN提供直流电压，数字PWM单元产生的驱动波形经过第一驱动电路3产生开关管Q1、开关管Q2的驱动信号，同时，数字PWM单元产生的驱动波形经过第二驱动电路4产生开关管Q3、开关管Q4的驱动信号。经高频变压器T隔离、耦合，输出经开关管Q3、开关管Q4，储能电感L和储能电容C3整流滤波得到所需要的直流电压。为了实现输出电压的稳定，第一信号采样调理电路2对第一主功率电路1的输出电压和输出电流进行取样，经ADC单元完成模拟量到数字量的转换，ADC单元的输出信号作为数字补偿器单元的输入，通过数字补偿器单元计算出PWM波的占空比，完成数字量到模拟量的转换，最终由数字PWM单元输出相应的PWM波到第一驱动电路3和第二驱动电路4，进而控制开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4的驱动信号占空比，从而实现输出电压的闭环控制。第二主功率电路5第二主功率电路56可以是单端正激电路或单端反激电路，次级为肖特基整流，因此第三驱动电路5提供一路驱动信号给第二主功率电路5第二主功率电路56的开关管，第二信号采样调理电路7对第二主功率电路5第二主功率电路56的输出电压和输出电流进行取样，经ADC单元完成模拟量到数字量的转换，ADC单元的输出信号作为数字补偿器单元的输入，通过数字补偿器单元计算出PWM波的占空比，完成数字量到模拟量的转换，最终由数字PWM单元输出相应的PWM波到第三驱动电路5，进而控制第二主功率电路5第二主功率电路56的开关管的驱动信号占空比，从而得到预定的输出电压。第三主功率电路8的工作过程与第二主功率电路5第二主功率电路56类同。第四驱动电路9提供一路驱动信号给第三主功率电路8的开关管，第三信号采样调理电路10对第三主功率电路8的输出电压和输出电流进行取样，由数字PWM单元输出相应的PWM波到第四驱动电路9，进而控制第三主功率电路8的开关管的驱动信号占空比，从而得到预定的输出电压。

如图3所示，采样调理电路包括电流采样调理电路及电压采样调理电路，电流采样调理电路由流互感器U1及外围电路构成，电压采样调理电路由运算放大器U2及外围电路构成。

将流过电流取样电阻R1的电流信号Io进行采样、放大和滤波后转化为适合ADC单元工作的电压信号。电流取样电阻R1的A端通过电阻R3连接到电流互感器U1的输入正端。电流取样电阻R1的B端通过电阻R2连接到电流互感器U1的输入负端。电容C4连接在电流互感器U1的输入正端和输入负端之间起滤波作用。电容C5连接在电流互感器U1的供电端和地之间。电流互感器U1的输出信号经过电阻R4和电容C6滤波之后输入到ADC模块。电流互感器U1的放大倍数为100，故电流互感器U1输出端的电压为100×R1×Io。

运算放大器U2构成的电压采样调理电路的工作原理：将输出电压Vo比例放大、滤波后转化为适合ADC模块工作的电压信号。输出电压Vo经过电阻R5和电阻R6分压后连接到运算放大器U2的输入正端。运算放大器U2的输出端电压经过电阻R8和电阻R7分压后连接到运算放大器U2的输入负端。运算放大器U2的输出信号经过电阻R9和电容C8滤波之后输入到ADC模块。本实施例的，电阻R6与电阻R8阻值相同，电阻R5与电阻R7阻值相同，运算放大器U2的放大倍数为R6/ R5，故运算放大器U2输出端的电压为（R6/ R5）×Vo。第二信号采样调理电路7和第三信号采样调理电路10的电路工作原理与第一信号采样调理电路2相同。

当数字电源控制器11的ADC单元检测到第一主功率电路1的输出电流小于等于额定负载电流5%时，数字PWM单元停止向第二驱动电路4提供驱动信号，电路整流原理为通过同步整流管的体二极管整流，提高了电源的轻载效率；当检测到输出电流大于额定电流的5%时，数字PWM单元向次级同步整流管提供驱动信号，通过同步整流管进行整流，提高了电源的满载效率。

如图2所示，数字电源控制器11包括数字PWM单元、数字补偿器及模拟数字转换器，数字PWM单元的输入端与数字补偿器的输出端连接，其输出端与驱动电路的输入端连接，数字补偿器的输入端与模拟数字转换器的输出端连接，模拟数字转换器的输入端与信号采样调理电路的输出端连接。

数字电源控制器11在上电后程序主函数开始执行，首先恢复寄存器默认设置，对参数进行初始化，再对各功能模块进行初始化，由ADC单元对各个主功率电路的电压和电流采样，当检测到过压或过流故障时，根据故障类型进行响应。否则，进入标准中断更新相应的PWM占空比，以保证各个主功率电路预定的电压输出。该电路可以实现多路输出数字电源的过压保护和过流保护，同时还能对各路输出电压和电流的状态进行监控管理。此外，通过合理设置数字PWM单元的启动延时时间可以控制各驱动电路的启动时间，以此来实现各主功率电路输出电压的时序控制。

以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种数字电源多路输出控制电路，其特征在于：包括数字电源控制器及与所述数字电源控制器连接的多路驱动保护电路，每路驱动保护电路均包括主功率电路、驱动电路及信号采样调理电路，所述主功率电路的输入端与驱动电路的输出端连接，主功率电路的输出端与信号采样调理电路的输入端连接，所述驱动电路的输入端与数字电源控制器的数字PWM单元输出端连接，所述信号采样调理电路的输出端与数字电源控制器的模拟数字转换器单元的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的数字电源多路输出控制电路，其特征在于：所述主功率电路包括变压器T、初级储能电容C1、初级储能电容C2、开关管Q1、开关管Q2、次级同步整流管Q3、次级同步整流管Q4、储能电感L、储能电容C3、电流取样电阻R1和负载电阻RL；

所述开关管Q1、Q2的栅极与驱动电路的输出端连接，所述开关管Q1的源极与开关管Q2的漏极连接，开关管Q1的漏级与电压源的正极连接，所述开关管Q2的源极与电压源的负极连接，所述初级储能电容C1的一端与开关管Q1的漏级连接，初级储能电容C1的另一端与开关管Q1的源极连接，所述初级储能电容C2的一端与开关管Q2的漏级连接，初级储能电容C2的另一端与开关管Q2的源极连接，所述开关管Q1源极及开关管Q2的漏级分别与变压器T的初级线圈两端连接，所述变压器T的次级线圈的两端分别与开关管Q3、Q4的漏级连接，变压器T的次级线圈触头与储能电感L的一端连接，所述储能电感L的另一端经电阻R1与负载电阻RL的一端连接，所述负载电阻RL的另一端均与开关管Q3、Q4的源极连接，所述开关管Q3、Q4的栅极与驱动电路连接，所述储能电容C3的一端连接在储能电感L与电流取样电阻R1之间的节点处，所述储能电容C3的另一端与开关管Q3、Q4的源极连接，所述电流取样电阻R1的两端与信号调理电路的输入端连接。

3.根据权利要求1所述的数字电源多路输出控制电路，其特征在于：所述采样调理电路包括电流采样调理电路及电压采样调理电路，所述电流采样调理电路由流互感器U1及外围电路构成，所述电压采样调理电路由运算放大器U2及外围电路构成。

4.根据权利要求1所述的数字电源多路输出控制电路，其特征在于：所述数字电源控制器包括数字PWM单元、数字补偿器及模拟数字转换器，所述数字PWM单元的输入端与数字补偿器的输出端连接，其输出端与驱动电路的输入端连接，所述数字补偿器的输入端与模拟数字转换器的输出端连接，所述模拟数字转换器的输入端与信号采样调理电路的输出端连接。