CN210898918U

CN210898918U - 一种数字电源电路结构

Info

Publication number: CN210898918U
Application number: CN202020074511.9U
Authority: CN
Inventors: 韦宗超
Original assignee: Sichuan Falcons Technology Co ltd
Current assignee: Sichuan Falcons Technology Co ltd
Priority date: 2020-01-14
Filing date: 2020-01-14
Publication date: 2020-06-30
Anticipated expiration: 2030-01-14

Abstract

本实用新型公开了一种数字电源电路结构，数字电源芯片与数字隔离芯片和原边侧MOS管驱动器的输入端连接，原边侧MOS管驱动器与原边侧功率变换电路连接；数字隔离芯片与次边侧MOS管驱动器的输入端连接，次边侧MOS管驱动器与次边侧功率变换电路连接；变压器的初级线圈和次级线圈分别串接于原、次边侧功率变换电路中；ADC芯片与数字隔离芯片和分压电路连接；分压电路还连接有次边侧功率变换电路；输入电压采样电路串联在数字电源芯片和原边侧功率变换电路之间；电流采样电路串联在原边侧功率变换电路和变压器的初级线圈之间，且电流采样电路与数字电源芯片连接。本实用新型提供的数字电源电路可实现稳压输出，并且可实现原、次边极高的隔离耐压。

Description

一种数字电源电路结构

技术领域

本实用新型涉及电路结构技术领域，主要涉及一种数字电源电路结构。

背景技术

目前开关电源正逐步由模拟控制芯片转变为数字芯片控制，并且市面上也出现大量数字电源芯片。这些数字电源大都是将控制芯片放置于次边，使用芯片自带的ADC功能对输出电压进行检测，而输入端的过欠压信号以及外部控制信号均需要额外搭配一只单片机，并通过单片机将所有信号汇总后通过数字隔离芯片传输到次边数字电源芯片，而且原边开关电流信号只能通过电流互感器将电流信号隔离传输到次边，由于加工工艺的限制，数字隔离芯片隔离耐压可实现5KVdc以上，但电流互感器则只能达到1.5KVdc，若要开关电源实现更高的隔离电压，则难以达到。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种数字电源电路结构，实现稳压输出，并且可实现原、次边极高的隔离耐压。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种数字电源电路结构，包括数字电源芯片、输入电压采样电路、电流采样电路、原边侧MOS管驱动器、原边侧功率变换电路、变压器、次边侧MOS管驱动器、次边侧功率变换电路、数字隔离芯片、ADC芯片、分压电路以及滤波电容C1；

所述数字电源芯片的第一组PWM口和第二组PWM口分别与所述原边侧MOS管驱动器的输入端和所述数字隔离芯片连接，所述原边侧MOS管驱动器的输出端与所述原边侧功率变换电路连接；所述数字隔离芯片与所述次边侧MOS管驱动器的输入端连接，所述次边侧MOS管驱动器的输出端与所述次边侧功率变换电路连接；所述变压器的初级线圈和次级线圈分别串接于所述原边侧功率变换电路和所述次边侧功率变换电路中；

所述数字电源芯片的数字通信发送口和数字通信接收口与所述数字隔离芯片连接；

所述ADC芯片分别与所述数字隔离芯片和所述分压电路的输出端连接；所述分压电路的输入端与所述次边侧功率变换电路并联；

所述输入电压采样电路串联在所述数字电源芯片和所述原边侧功率变换电路之间；所述电流采样电路串联在所述原边侧功率变换电路和所述变压器的初级线圈之间，且所述电流采样电路还与所述数字电源芯片连接；所述滤波电容C1并联在所述分压电路的输入端。

输入电压经过输入电压采集电路对输入电压采集后，传输至数字电源芯片，数字电源芯片一方面发送PWM脉冲驱动信号给原边侧MOS管驱动器和次边侧MOS管驱动器，分别驱动所述原边侧功率变换电路和次边侧功率变换电路工作。同时通过电流采集电路对电流进行检测；另一方面数字电源芯片通过数字隔离芯片向所述ADC芯片发送电压检测指令。同时，ADC芯片将检测到经分压电路分压，且适合ADC芯片检测的与输出电压等效的电压通过数字隔离芯片反馈给数字电源芯片。

在本方案中，数字电源芯片、输入电压采样电路和电流检测电路均放置于原边侧，电流检测通过原边侧的电流采集电路进行检测，对耐压要求较低，常规贴片电流互感器即可达到使用需求。

进一步地，所述原边侧功率变换电路包括MOS管Q1，MOS管Q2，MOS管Q3以及MOS管Q4；

所述MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3以及MOS管Q4的g极均与所述原边侧MOS管驱动器的输出端连接，所述MOS管Q1的d极与所述数字电源芯片和MOS管Q2的d极连接；所述MOS管Q2的s极与所述MOS管Q3的d极连接；所述MOS管Q3和MOS管Q4的s极接地；

所述输入电压采样电路的输入端和输出端分别与所述MOS管Q1的d极和所述数字电源芯片连接；

所述变压器初级线圈的一端与所述MOS管Q1的s极连接，所述变压器初级线圈的另一端与所述MOS管Q2的s极连接；

所述电流采集电路串接于所述MOS管Q1的s极和所述变压器初级线圈之间，且所述电流采集电路还与所述数字电源芯片连接。

进一步地，所述次边侧功率变换电路包括MOS管Q5，MOS管Q6，MOS管Q7，MOS管Q8以及滤波电感L1；

所述MOS管Q5、MOS管Q6、MOS管Q7和MOS管Q8的g极均与所述次边侧MOS管驱动器的输出端连接，所述MOS管Q5的d极与所述MOS管Q6的d极连接，所述MOS管Q6的s极与所述MOS管Q7的d极连接，所述MOS管Q7的s极和所述MOS管Q8的s极均与电路的输出端连接；

所述滤波电容C1的一端与所述MOS管Q6的d极连接，所述滤波电容C1的另一端与所述Q7的s极连接；

所述滤波电感L1串接于所述MOS管Q6的d极与滤波电容C1之间；

所述分压电路的输入端并联在所述滤波电容C1的两端，所述分压电路的输出端与所述ADC芯片连接；

所述变压器次级线圈的一端与所述MOS管Q5的s极连接，所述变压器次级线圈的另一端与所述MOS管Q6的s极连接。

进一步地，所述ADC芯片的型号为：ADS7040。

进一步地，所述数字隔离芯片的型号为：SI8662。

进一步地，所述数字电源芯片为：UCD3138或DSPIC33系列数字电源芯片。UCD3138或DSPIC33这两个系列芯片均包含有PWM脉冲信号发生器、I/O口及ADC口，同时所有芯片均可以实现串口通信。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

(1)数字电源芯片设置于原边侧，输出电流在原边侧电路进行检测，不需要将原边侧脉动电流通过线圈及磁芯耦合到次边线圈，电流检测对耐压要求较低，采用常规贴片电流互感器即可达到使用要求；

(2)原边电路和次边电路通过变压器和数字隔离芯片隔离，可承受5KV以上隔离电压；

(3)数字电源芯片通过检测到的实时电压进行PID调节，可实现稳压输出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为常规数字电源开关电路结构图；

图2为常规数字电源开关电路连接结构图；

图3为本实用新型数字电源开关结构图；

图4为本实用新型数字电源开关连接结构图；

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例

如图1-4所示，

常规的数字电源开关电源结构，如图1和图2所示，

原边电路包括过输入电压采样电路、MOS管驱动器、功率变换原边侧电路，其中数字隔离芯片由原边向次边传输开关机信号及由次边向原边传输状态信息，由数字隔离芯片从次边向原边传输PWM脉冲信号。次边电路包含数字电源芯片、MOS管驱动器、及功率变换次边侧电路。功率变换电路为功率MOS管及滤波电路组成。电流检测为电流互感器，其为磁性元器件，将原边侧脉动电流通过线圈及磁芯耦合到次边线圈，通过电流互感器线圈匝比将电流信号衰减，并通过次边侧电路实现由电流信号转换为相应的电压信号，供次边数字电源芯片对信号进行检测。由于电流互感器为漆包线绕制，其耐压等级较低，不利于原、次边电路的安全隔离。

本实用新型的数字电源结构，如图3和图4所示，

一种数字电源电路结构，包括型号为UCD3138的数字电源芯片、输入电压采样电路、电流采样电路、原边侧MOS管驱动器、原边侧功率变换电路、变压器、次边侧MOS管驱动器、次边侧功率变换电路、型号为SI8662的数字隔离芯片、型号为ADS7040的ADC芯片、分压电路以及滤波电容C1；

所述数字电源芯片的PWM1口和PWM2口与所述原边侧MOS管驱动器的输入端连接，所述原边侧MOS管驱动器的输出端与所述MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3以及MOS管Q4的g极连接，所述MOS管Q1的d极与所述数字电源芯片和MOS管Q2的d极连接；所述MOS管Q2的s极与所述MOS管Q3的d极连接；所述MOS管Q3和MOS管Q4的s极接地；所述输入电压采样电路的输入端和输出端分别与所述MOS管Q1的d极和所述数字电源芯片连接；所述变压器初级线圈的一端与所述MOS管Q1的s极连接，所述变压器初级线圈的另一端与所述MOS管Q2的s极连接；所述电流采集电路串接于所述MOS管Q1的s极和所述变压器初级线圈之间，且所述电流采集电路还与所述数字电源芯片连接；

输入电压经过输入电压采集电路对输入电压采集后，传输至数字电源芯片，数字电源芯片发送PWM脉冲驱动信号给原边侧MOS管驱动器，用以驱动所述原边侧功率变换电路工作，同时电流采集电路对输入电流进行检测，在本方案中，数字电源芯片设置于原边侧，输入电流在原边侧电路进行检测，不需要将原边侧脉动电流通过线圈及磁芯耦合到次边线圈，并通过电流互感器线圈匝比将电流信号衰减。电流检测对耐压要求较低，采用常规贴片电流互感器即可达到使用要求。

所述数字电源芯片的PWM3口和PWM4口和所述数字隔离芯片连接，所述数字隔离芯片与所述次边侧MOS管输入端连接，所述次边侧MOS管输出端与所述MOS管Q5、MOS管Q6、MOS管Q7和MOS管Q8的g极连接，所述MOS管Q5的d极与所述MOS管Q6的d极连接，所述MOS管Q6的s极与所述MOS管Q7的d极连接，所述MOS管Q7的s极和所述MOS管Q8的s极均与电路的输出端连接；所述滤波电容C1的一端与所述MOS管Q6的d极连接，所述滤波电容C1的另一端与所述Q7的s极连接；所述滤波电感L1串接于所述MOS管Q6的d极与滤波电容C1之间，所述分压电路的输入端并联在所述滤波电容C1的两端，所述分压电路的输出端与所述ADC芯片连接，所述变压器次级线圈的一端与所述MOS管Q5的s极连接，所述变压器次级线圈的另一端与所述MOS管Q6的s极连接。

输入电压经过输入电压采集电路对输入电压采集后，传输至数字电源芯片，数字电源芯片发送PWM脉冲驱动信号，通过所述数字隔离芯片传输给所述次边侧MOS管驱动器，用以驱动所述次边侧功率变换电路工作。

所述数字电源芯片的数字通信发送口和数字通信接收口与所述数字隔离芯片连接，所述数字隔离芯片与所述ADC芯片连接。

输入电压经过输入电压采集电路对输入电压采集后，传输至数字电源芯片，数字电源芯片通过所述数字隔离芯片向所述ADC芯片发送电压检测指令，并由ADC芯片将检测到分压电路分压所得输出电压等效通过所述数字隔离芯片传输给所述数字电源芯片。在本方案中，原边电路和次边电路通过变压器和数字隔离芯片隔离，可承受5KVdc以上隔离电压。

本方案提供的数字电源结构，将数字电源芯片放置于原边，由数字电源芯片利用自身外设资源对输入电压及开关电流进行检测，基于数字隔离芯片与带通信功能的数模转换芯片实现实时输出电压检测，由于模数转换芯片采集精度可达到12位以上，转换速率可达到至少200Ksps，高速芯片可达到50Msps以上，即可实现每秒采集200K次甚至50M次，而数字隔离芯片最高可实现150Mbps码率通信，所以采集到的输出电压值可看做输出实时电压，原边数字电源芯片即可通过检测到的实时输出电压进行PID调节，实现稳压输出，并且可实现原次边较高的隔离耐压。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、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

1.一种数字电源电路结构，其特征在于，包括数字电源芯片、输入电压采样电路、电流采样电路、原边侧MOS管驱动器、原边侧功率变换电路、变压器、次边侧MOS管驱动器、次边侧功率变换电路、数字隔离芯片、ADC芯片、分压电路以及滤波电容C1；

2.根据权利要求1所述的一种数字电源电路结构，其特征在于，所述原边侧功率变换电路包括MOS管Q1，MOS管Q2，MOS管Q3以及MOS管Q4；

3.根据权利要求1或2所述的一种数字电源电路结构，其特征在于，所述次边侧功率变换电路包括MOS管Q5，MOS管Q6，MOS管Q7，MOS管Q8以及滤波电感L1；

所述MOS管Q5、MOS管Q6、MOS管Q7和MOS管Q8的g极均与所述次边侧MOS管驱动器的输出端连接，所述MOS管Q5的d极与所述MOS管Q6的d极连接，所述MOS管Q6的s极与所述MOS管Q7的d极连接，所述MOS管Q7的s极和所述MOS管Q8的s 极均与电路的输出端连接；

所述滤波电感L1串接于所述MOS管Q6的d极与滤波电容C1之间；

4.根据权利要求3所述的一种数字电源电路结构，其特征在于，所述ADC芯片的型号为ADS7040。

5.根据权利要求4所述的一种数字电源电路结构，其特征在于，所述数字隔离芯片的型号为SI8662。

6.根据权利要求5所述的一种数字电源电路结构，其特征在于，所述数字电源芯片为UCD3138或DSPIC33系列数字电源芯片。