CN209545447U - 一种磁隔离反馈电路 - Google Patents

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金阳
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Abstract

本实用新型公开了一种磁隔离反馈电路，属于隔离型开关电源电路领域，包括依次连接的取样比较放大电路、开关电路、载波同步电路、峰值检波电路和PWM内部运算放大电路。本实用新型通过取样比较放大电路、开关电路和载波同步电路的结合，使输入载波同步电路的载波信号的频率和误差放大信号的频率同步，再通过载波同步电路将误差放大信号调制为与变换器主开关频率一致的交流方波信号，经过峰值检波电路将交流方波信号进行整流转换成直流电平后，送至PWM内部运算放大电路，进而调整整个磁隔离反馈电路的占空比，从而解决了传统的磁隔离反馈电路存在差频噪声干扰的问题，提高了电路的可靠性。

Description

一种磁隔离反馈电路
技术领域
本实用新型涉及隔离型开关电源电路领域，特别涉及一种磁隔离反馈电路。
背景技术
传统的隔离式DC/DC变换器隔离反馈电路多采用器件少、电路简单的光耦进行初次级的隔离。但由于光耦存在抗辐照能力差，工作温度变化时CTR变化大等缺点，使得在空间抗辐照、长期高可靠性要求的航天航空领域，人们更加愿意采用对辐照不敏感的磁隔离反馈来代替光耦隔离。
磁隔离反馈不受温度，时间漂移的影响，稳定可靠，性能具有很高的可预见性和可控制性。结构最简单的磁隔离反馈方式是变压器绕组反馈，虽其所用器件最少，但隔离式DC/DC变换器的调整率及动态性能较差。此外，现有技术中通常采用UC1901芯片的磁隔离方案，由于UC1901芯片和PWM驱动的振荡频率不一致，因此会带来差频噪声干扰问题，降低了电路的可靠性。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种磁隔离反馈电路，解决传统的磁隔离反馈电路存在差频噪声干扰的问题，以提高电路的可靠性。
为实现以上目的，本实用新型采用一种磁隔离反馈电路，包括依次连接的取样比较放大电路、开关电路和载波同步电路；
所述取样比较放大电路包括运算放大器U1，电阻R1、R2、R3、R4、R5，电容C1、C2，电压基准源N1；所述电阻R1和所述电阻R2依次串联在输出电压Vout和输出地之间，所述运算放大器U1的同向输入端通过所述电阻R3连接在所述电阻R1和所述电阻R2之间的节点处，所述电阻R4和所述电压基准源N1依次串联在所述运算放大器U1的反向输入端和输出地之间，所述电阻R5和所述电容C1依次串联在所述运算放大器U1的反向输入端和所述运算放大器U1的输出端之间，所述电容C2并联在所述电阻R5和所述电容C1的两端，所述运算放大器U1的输出端连接所述开关电路的输入端。
进一步地，所述开关电路包括三极管V1和电容C3；所述三极管V1的集电极连接电压输出端Vout，所述三极管V1的发射极连接所述载波同步电路的第一输入端，所述三极管V1的基级连接所述取样比较放大电路的输出端，所述电容C3的一端连接所述三极管V1的基级，另一端连接输出地。
进一步地，所述载波同步电路包括电阻R6、R7，三极管V2，二级管V3，电容C4,磁隔离变压器T1；所述电阻R6和所述电阻R7依次串联在载波信号输出端和输出地之间，所述三极管V2的基极连接在所述电阻R6和所述电阻R7之间的节点处，所述三极管V2的集电极连接在所述磁隔离变压器T1次级的非同名端，所述三极管V2的发射极连接输出地，所述电容C4并联在所述电阻R7的两端，所述二极管V3的正极连接输出地，所述二极管V3的负极连接所述三极管V2的基极。
进一步地，所述磁隔离反馈电路还包括峰值检波电路和PWM内部运算放大电路，所述峰值检波电路的输入端连接所述载波同步电路的输出端，所述峰值检波电路的输出端连接所述PWM内部运算放大电路。
进一步地，所述峰值检波电路包括二极管V4、电阻RH和电容CH；所述电容CH一端与所述二极管V4的负极连接，所述电容CH的另一端连接输出地，所述电阻RH并联在所述电容CH两端，所述二极管V4的负极连接所述PWM内部运算放大电路的输入端。
进一步地，所述PWM内部运算放大电路包括运算放大器U2，电阻R8、R9、RF、RFB，电容CFB、CF，PWM驱动；所述电阻R8和所述R9依次串联在输出地和基准电压输入端Vref之间，所述运算放大器U2的同向输入端连接在所述电阻R8和所述R9之间的节点处，所述电容CFB和所述电阻RFB依次串联在所述运算放大器U2的反向输入端和所述运算放大器U2的输出端，所述电容CF并联在所述电容CFB和所述电阻RFB两端，所述电阻RF与所述运算放大器U2的反向输入端连接，所述运算放大器U2的输出端连接所述PWM驱动。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
通过取样比较放大电路、开关电路和载波同步电路的结合，使输入载波同步电路的载波信号的频率和误差放大信号的频率同步，从而避免了差频噪声干扰问题；传统的磁隔离反馈电路需要采用两个运算放大器才能完成对输出电压的取样，而本实用新型中的取样比较放大电路只需要采用一个运算放大器，即可完成对输出电压的取样，结构更加简单，有效地节约了成本，减小了产品的体积，并且节省的一个运算放大器可以用来设计过流保护或者欠压保护电路，从而提高电路整体的可靠性。
附图说明
下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述：
图1为本实用新型磁隔离反馈电路的局部拓扑图；
图2为本实用新型磁隔离反馈电路的整体拓扑图。
具体实施方式
为了更进一步说明本实用新型的特征，请参阅以下有关本实用新型的详细说明与附图。所附图仅供参考与说明之用，并非用来对本实用新型的保护范围加以限制。
如图1所示，本实用新型采用一种磁隔离反馈电路，包括依次连接的取样比较放大电路1、开关电路2和载波同步电路3；
取样比较放大电路1包括运算放大器U1，电阻R1、R2、R3、R4、R5，电容C1、C2，电压基准源N1；电阻R1和电阻R2依次串联在输出电压Vout和输出地之间，运算放大器U1的同向输入端通过电阻R3连接在电阻R1和电阻R2之间的节点处，电阻R4和电压基准源N1依次串联在运算放大器U1的反向输入端和输出地之间，电阻R5和电容C1依次串联在运算放大器U1的反向输入端和运算放大器U1的输出端之间，电容C2并联在电阻R5和电容C1的两端，运算放大器U1的输出端连接开关电路2的输入端。
具体地说，输出电压Vout通过电阻R1和电阻R2按两者的阻值分压后，送至运算放大器U1的同向输入端，得到取样电压，从而实现对输出电压Vout的信号取样。将取样电压的幅值与运算放大器U1的反向输入端连接的电压基准源N1的基准电压的幅值进行比较，当输出电压Vout降低时，取样电压的幅值高于基准电压的幅值，则运算放大器U1的输出端输出的误差放大信号为高电平；当输出电压Vout升高时，取样电压的幅值低于基准电压的幅值，则运算放大器U1的输出端输出的误差放大信号为低电平。
载波同步电路3接收载波信号，当载波信号为高电平时，则开关电路2控制误差放大信号送至载波同步电路3，载波同步电路3将误差放大信号调制为与变换器主开关频率一致的交流方波信号，从而保证了输入载波同步电路的载波信号的频率和误差放大信号的频率同步，避免了差频噪声干扰。
开关电路2包括三极管V1和电容C3；三极管V1的集电极连接电压输出端Vout，三极管V1的发射极连接载波同步电路3的第一输入端，三极管V1的基级连接取样比较放大电路1的输出端，电容C3的一端连接三极管V1的基级，另一端连接输出地。
需要说明的是，本实施例中三极管V1采用的是NPN三极管，也可以选用其它类型的三极管，只要能使开关电路2实现其控制误差放大信号的传输作用即可。
载波同步电路3包括电阻R6、R7，三极管V2，二级管V3，电容C4,磁隔离变压器T1；电阻R6和电阻R7依次串联在载波信号输出端和输出地之间，三极管V2的基极连接在电阻R6和电阻R7之间的节点处，三极管V2的集电极连接在磁隔离变压器T1次级的非同名端，三极管V2的发射极连接输出地，电容C4并联在电阻R7的两端，二极管V3的正极连接输出地，二极管V3的负极连接三极管V2的基极。
具体地说，载波信号通过载波同步电路3的第二输入端经电阻R6和电阻R7分压后，送至三极管V2的基级，运算放大器U1输出的误差放大信号送至三极管V1的基级，三极管V1的集电极连接电压输出端Vout，三极管V1的发射极输出误差放大信号后送至磁隔离变压器T1的次级绕组的同名端，也就是载波同步电路3的第一输入端。当载波信号输出高电平时，三极管V2的基极即为高电平，此时三极管V2作为开关管进入饱和导通，磁隔离变压器T1的次级绕组的非同名端处电压被拉成低电平，三极管V1的发射极处的误差放大信号传输到磁隔离变压器T1的初级绕组；反之，当载波信号输出低电平时，则三极管V2的开关管处于截止状态，此时磁隔离变压器T1不进行误差放大信号的传输。载波同步电路3即将误差放大信号调制为与变换器主开关频率一致的交流方波信号，并传输至磁隔离变压器T1的初级绕组。
需要说明的是，本实施例中三极管V2采用的是NPN三极管，也可以选用其它类型的三极管，只要能实现在载波同步电路3中与三极管V2相同的作用即可。
如图2所示，磁隔离反馈电路还包括峰值检波电路4和PWM内部运算放大电路5，峰值检波电路4的输入端连接载波同步电路3的输出端，峰值检波电路4的输出端连接PWM内部运算放大电路5。
具体地说，交流方波信号经过峰值检波电路4后被转换成直流电平，并被送至PWM内部运算放大电路5，当直流电平升高时，PWM驱动脉宽变窄；当直流电平降低时，PWM驱动脉宽变宽。
峰值检波电路4包括二极管V4、电阻RH和电容CH；电容CH一端与二极管V4的负极连接，电容CH的另一端连接输出地，电阻RH并联在电容CH两端，二极管V4的负极连接PWM内部运算放大电路5的输入端。
具体地说，二极管V4将传输到磁隔离变压器T1的初级绕组的交流方波信号进行整流转换成直流电平，直流电平经过电阻RH与电容CH滤波后，送至PWM内部运算放大电路5。
PWM内部运算放大电路5包括运算放大器U2，电阻R8、R9、RF、RFB，电容CFB、CF，PWM驱动；电阻R8和所述R9依次串联在输出地和基准电压输入端Vref之间，运算放大器U2的同向输入端连接在电阻R8和R9之间的节点处，电容CFB和电阻RFB依次串联在运算放大器U2的反向输入端和运算放大器U2的输出端，电容CF并联在电容CFB和电阻RFB两端，电阻RF与运算放大器U2的反向输入端连接，运算放大器U2的输出端连接PWM驱动。
具体地说，基准电压Vref通过电阻R8和电阻R9按两者的阻值分压后，送至运算放大器U2的同向输入端，峰值检波电路4将滤波后的直流电平送至运算放大器U2的反向输入端。当峰值检波电路4输出的滤波后的直流电平升高时，运算放大器U2的反相输入端电压的幅值高于同相输入端基准电压的幅值，运算放大器U2的输出电平降低，PWM驱动脉宽变窄；反之，峰值检波电路4输出的直流电平降低时，运算放大器U2的反相输入端电压的幅值低于同相输入端基准电压的幅值，运算放大器U2的输出电平升高，PWM驱动脉宽变宽。
由于误差放大信号的频率经过取样比较放大电路1、开关电路2和载波同步电路3的作用后，与载波信号的频率达到了同步，因此提高了PWM内部运算放大电路5调整电路的占空比的效果。
本实用新型通过取样比较放大电路、开关电路和载波同步电路的结合，使输入载波同步电路的载波信号的频率和误差放大信号的频率同步，再通过载波同步电路将误差放大信号调制为与变换器主开关频率一致的交流方波信号，经过峰值检波电路将交流方波信号进行整流转换成直流电平后，送至PWM内部运算放大电路，进而调整整个磁隔离反馈电路的占空比，从而解决了传统的磁隔离反馈电路存在差频噪声干扰的问题，提高了电路的可靠性。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种磁隔离反馈电路，包括依次连接的取样比较放大电路(1)、开关电路(2)和载波同步电路(3)，其特征在于，
所述取样比较放大电路(1)包括运算放大器U1，电阻R1、R2、R3、R4、R5，电容C1、C2，电压基准源N1；所述电阻R1和所述电阻R2依次串联在输出电压Vout和输出地之间，所述运算放大器U1的同向输入端通过所述电阻R3连接在所述电阻R1和所述电阻R2之间的节点处，所述电阻R4和所述电压基准源N1依次串联在所述运算放大器U1的反向输入端和输出地之间，所述电阻R5和所述电容C1依次串联在所述运算放大器U1的反向输入端和所述运算放大器U1的输出端之间，所述电容C2并联在所述电阻R5和所述电容C1的两端，所述运算放大器U1的输出端连接所述开关电路(2)的输入端。
2.如权利要求1所述的磁隔离反馈电路，其特征在于，所述开关电路(2)包括三极管V1和电容C3；所述三极管V1的集电极连接电压输出端Vout，所述三极管V1的发射极连接所述载波同步电路(3)的第一输入端，所述三极管V1的基级连接所述取样比较放大电路(1)的输出端，所述电容C3的一端连接所述三极管V1的基级，另一端连接输出地。
3.如权利要求1所述的磁隔离反馈电路，其特征在于，所述载波同步电路(3)包括电阻R6、R7，三极管V2，二级管V3，电容C4,磁隔离变压器T1；所述电阻R6和所述电阻R7依次串联在载波信号输出端和输出地之间，所述三极管V2的基极连接在所述电阻R6和所述电阻R7之间的节点处，所述三极管V2的集电极连接在所述磁隔离变压器T1次级的非同名端，所述三极管V2的发射极连接输出地，所述电容C4并联在所述电阻R7的两端，所述二极管V3的正极连接输出地，所述二极管V3的负极连接所述三极管V2的基极。
4.如权利要求1所述的磁隔离反馈电路，其特征在于，还包括峰值检波电路(4)和PWM内部运算放大电路(5)，所述峰值检波电路(4)的输入端连接所述载波同步电路(3)的输出端，所述峰值检波电路(4)的输出端连接所述PWM内部运算放大电路(5)。
5.如权利要求4所述的磁隔离反馈电路，其特征在于，所述峰值检波电路(4)包括二极管V4、电阻RH和电容CH；所述电容CH一端与所述二极管V4的负极连接，所述电容CH的另一端连接输出地，所述电阻RH并联在所述电容CH两端，所述二极管V4的负极连接所述PWM内部运算放大电路(5)的输入端。
6.如权利要求4所述的磁隔离反馈电路，其特征在于，所述PWM内部运算放大电路(5)包括运算放大器U2，电阻R8、R9、RF、RFB，电容CFB、CF，PWM驱动；所述电阻R8和所述R9依次串联在输出地和基准电压输入端Vref之间，所述运算放大器U2的同向输入端连接在所述电阻R8和所述R9之间的节点处，所述电容CFB和所述电阻RFB依次串联在所述运算放大器U2的反向输入端和所述运算放大器U2的输出端，所述电容CF并联在所述电容CFB和所述电阻RFB两端，所述电阻RF与所述运算放大器U2的反向输入端连接，所述运算放大器U2的输出端连接所述PWM驱动。
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