CN2522908Y

CN2522908Y - 改善瞬态特性的电源控制装置

Info

Publication number: CN2522908Y
Application number: CN 01210071
Authority: CN
Inventors: 郭宇; 吴永钊
Original assignee: Shenzhen Zte Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 2001-01-05
Filing date: 2001-01-05
Publication date: 2002-11-27
Anticipated expiration: 2011-01-05

Abstract

一种改善电源瞬态特性的电源装置，包括开关电源和恒流源，其技术关键是利用电容的隔直作用将开关电源的输出电压跳变或恒流源的输出电流跳变取出来进行负反馈，不经过PID调节器而直接调整开关电源的输出电压或恒流源的输出电流，以改善开关电源输出电压由于负载的变化而引起的跳变幅度或恒流源在改变电流输出时而引起的电流跳变幅度。

Description

改善瞬态特性的电源控制装置

技术领域

本实用新型涉及电源控制装置，特别是一种利用开关电源的输出电压跳动或恒流源的输出电流跳动来作为反馈变量，不经过PID调节器而直接调整开关电源的输出电压或恒流源的输出电流，以达到改善开关电源输出电压由于负载的变化而引起的跳变幅度或恒流源在改变电流输出时而引起的电流跳变幅度的电源控制装置。

背景技术

目前，随着大规模集成电路的运行速度不断提高，工作电压不断下降，其对开关电源的要求也越来越高，尤其是对开关电源的动态负载特性的要求更高，其中对大多数集成电路来说，由于负载变化而引起的输出电压的跳变幅度是最致命的，跳变的幅度过大，很容易引起集成电路的复位甚至损坏，尤其是对于发射机等负载来说，开关电源经常工作在从接近空载到满载或从满载到空载的状态下，开关电源的输出电压随负载跳变而跳变的幅度也比较大，有可能导致负载中比较脆弱的器件发生误动作或损坏。

图1是已有的开关电源电流型控制装置的原理图。它由变压器T1、开关管Q1、二极管D1、D2、电感L1和电容C1形成一隔离输出的单端正激开关电源的主功率回路和由电压误差放大器U1、电流比较器U2、时钟、R-S触发器及电容C2、C3和电阻R1、R2、R3组成的控制电路构成，该开关电源的输出经电压取样电路送给电压误差放大器U1的反向输入端，与参考电压相比较，来控制开关电源的工作占空比，达到稳压的目的，R1为电流取样，R2、C2为滤波电路，它们与电流比较器U2一起组成电流反馈环。

开关电源的控制装置除了电流型外，还有电压型控制方式，其原理如图2所示。它由变压器T1、开关管Q1、二极管D1、D2、电感L1和电容C1形成开关电源的主功率回路和由电压误差放大器U1、PWM比较器U2、驱动器、三角波振荡器、电容C3和电阻R3组成的控制电路构成。该开关电源的输出电压经取样电路取样后接到电压误差放大器U1的反向输入端，与参考电压比较放大，放大后的误差信号与接在PWM比较器U2反向输入端的三角波比较，改变驱动占空比，达到稳压的目的。

开关电源的输出电压在负载突变时的跳变幅度与输出的滤波电容容量、输出电源线的长度以及电源的内阻有直接的关系，输出滤波电容越大，电源的内阻越小，输出电压的跳变幅度也越小，因此通常情况下，是利用加大输出滤波电容的办法来减小输出电压的跳变幅度，但有时开关电源受到结构、体积、成本以及其他因素的影响，输出滤波电容不可能加的太大，有时效果也不太明显。

发明内容

为了解决上述已有技术的问题，本实用新型的目的在于，基于电流型控制方式和电压型控制方式，提出一种改善瞬态特性的电源控制装置；以达到减小开关电源输出电压由于负载的变化而引起的跳变幅度而引起的电流跳变幅度。

本实用新型的思想就是利用电容的隔直作用将输出电压或输出电流的瞬间跳变取出来进行负反馈。

本实用新型提出的一种改善瞬态特性的电源控制装置，包括由变压器T1、开关管Q1、二极管D1、D2，电感L1和电容C1形成的隔离输出的单端正激开关电源的主功率回路和由电压误差放大器U1、电流比较器U2、时钟、R-S触发器及电容C3、电阻R3、电容C2、电阻R2、R1组成的控制电路，其中：所述电压误差放大器U1的正输入端接参考电压，其输出端接所述电流比较器U2的正输入端，U2的输出端接R-S触发器的R端，时钟接R-S触发器的S端，R-S触发器的Q端接开关管Q1的基极，Q1的集电极接变压器T1的原边，变压器T1的副边一端接地，另一端接二极管D1的正极，二极管D1的负极接电感L1和电容C1并以L1和C1之间的连接点为输出端，电容C1的另一端接地，二极管D2的正极接地，负极与二极管D1的负极相连；电容C3与电阻R3串联后接在电压误差放大器U1的负输入端与所述输出端之间；Q1的发射极通过电阻R1接地，在电流比较器U2的负输入端与Q1的发射极之间，接有电阻R2，电流比较器U2的负输入端还通过电容C2接地；还包括位于输出端与电压误差放大器U1的负输入端的电压取样器，其特征在于，在所述输出端与电流比较器U2的反向输入端之间，串联有电阻R4和电容C4。

如上所述的改善瞬态特性的电源控制装置，其特征在于，在所述输出端与电流比较器U2的反向输入端之间，还可以采用光电耦合器G对电源输出端进行隔离来取代电阻R4和电容C4的串联，所述光电耦合器G的输入端通过电阻R17接所述输出端，光电耦合器G的接受管的集电极接稳定电源，其发射极一方面通过电阻R18接地，另一方面经隔直电容C19、限流电阻R19接电流比较器U2的反向输入端。

如上所述的改善瞬态特性的电源控制装置，其特征在于，还包括由电阻R14、R15和三极管Q3组成反向放大器，电阻R14接在三极管Q3的基极和所述输出端之间，三极管Q3的集电极通过电容C16和电阻R16与电压误差放大器U1的输出端相连，同时将稳定电源通过电阻R15接到三极管Q3的集电极上。

如上所述的改善瞬态特性的电源控制装置，其特征在于，在所述输出端与电流比较器U2的正向输入端之间，还可以采用光电耦合器G与电源输出端进行隔离来取代所述反向放大器、电容C16和电阻R16；所述光电耦合器G的输入端通过电阻R17接所述输出端，光电耦合器G中接受管的发射极接地，光电耦合器G接受管的集电极一方面通过电阻R20接稳压电源，另一方面经隔直电容C19和限流电阻R19接到电压误差放大器U1的输出端。

由以上所述可见，本实用新型提出的改善电源瞬态特性的电源控制装置，利用电容的隔直作用将输出电压或输出电流的瞬间跳变取出来作为主要的反馈变量，经过实验证明，较好地改善了开关电源输出电压由于负载的变化而引起的跳变幅度而引起的电流跳变幅度。

附图说明

下面结合实施例及其附图对本实用新型作进一步说明

图1是已有的开关电源电流型控制方式的原理图。

图2是已有的开关电源电压型控制方式的原理图。

图3是本实用新型实施例1--电流型控制方式的电源控制装置原理图。

图4是本实用新型实施例2--电压型控制方式的电源控制装置原理图。

图5是本实用新型实施例3--控制电路与电流型开关电源输出需要隔离时的光电耦合器电路图。

图6是本实用新型实施例4--控制电路与电压型开关电源输出需要隔离时的光电耦合器电路图。

具体实施方式

有关图1、图2的工作原理，在背景技术中已经论述过，这里不再赘述。

为了解决图1开关电源由负载突变而产生的输出电压的跳变幅度过高的问题，就在图1开关电源的基础上，增加了电阻R4和电容C4，如图3所示，由变压器T1、开关管Q1、二极管D1、D2，电感L1和电容C1形成的隔离输出的单端正激开关电源的主功率回路和由电压误差放大器U1、电流比较器U2、时钟、R-S触发器及电容C3、电阻R3、电容C2、电阻R2、R1组成的控制电路，其中：所述电压误差放大器U1的正输入端接参考电压，其输出端接所述电流比较器U2的正输入端，U2的输出端接R-S触发器的R端，时钟接R-S触发器的S端，R-S触发器的Q端接开关管Q1的基极，Q1的集电极接变压器T1的原边，变压器T1的副边一端接地，另一端接二极管D1的正极，二极管D1的负极接电感L1和电容C1并以L1和C1之间的连接点为输出端，电容C1的另一端接地，二极管D2的正极接地，负极与二极管D1的负极相连；电容C3与电阻R3串联后接在电压误差放大器U1的负输入端与所述输出端之间；Q1的发射极通过电阻R1接地，在电流比较器U2的负输入端与Q1的发射极之间，接有电阻R2，电流比较器U2的负输入端还通过电容C2接地；还包括位于输出端与电压误差放大器U1的负输入端的电压取样器，其特征在于，在所述输出端与电流比较器U2的反向输入端之间，串联有电阻R4和电容C4。

如果负载突变引起输出电压跳变，通过电容C4的隔直作用，将输出电压的跳变取出，通过限流电阻R4反馈给电流比较器U2的反向输入端，利用电流比较器的U2快速反应特性，直接改变开关电源的工作占空比，达到减小输出电压跳变幅度的目的。

图4是本实用新型实施例2，包括由变压器T1、开关管Q1、二极管D1、D2，电感L1和电容C1形成的隔离输出的单端正激开关电源的主功率回路和由电压误差放大器U1、电流比较器U2、驱动器、振荡器、电容C3和电阻R3组成的控制电路，其中：所述电压误差放大器U1的正输入端接参考电压，其输出端接所述电流比较器U2的正输入端，U2的输出端接驱动器的输入端，驱动器的输出端接开关管Q1的基极，Q1的集电极接变压器T1的原边，变压器T1的副边一端接地，另一端接二极管D1的正极，二极管D1的负极接电感L1和电容C1并以L1和C1之间的连接点为输出端，电容C1的另一端接地，二极管D2的正极接地，负极与二极管D1的负极相连；电容C3与电阻R3串联后接在电压误差放大器U1的负输入端与输出端之间；在电流比较器U2的负输入端，接有振荡器；电压取样器位于输出端与电压误差放大器U1的负输入端之间，其特征在于，还包括由电阻R14、R15和三极管Q3组成反向放大器，电阻R14接在三极管Q3的基极和所述输出端之间，三极管Q3的集电极通过电容C16和电阻R16与电压误差放大器U1的输出端相连，同时将稳定电源通过电阻R15接到三极管Q3的集电极上。

其改进主要是将R14、R15、Q3组成反向放大器，将输出的电压跳变反向放大后，经隔直电容C16隔直，电阻R16限流，叠加在电压误差放大器U1的输出端，直接调整电源的工作占空比，从而可以大大减小输出电压的跳变幅度。

以上所介绍的均是控制电路与输出非隔离的情况，在控制电路与输出需要隔离时，可采用光电耦合器进行隔离，如图5、图6所示：

在图5中，电阻R17接到输出电压输出端，光电耦合器G的接受管的集电极接稳定电源，如控制电路的VREF或VCC，通过光电耦合器G将输出电压的跳变耦合到电阻R18上，经电容C19隔直，电阻R19的限流，接到电流比较器U2的反向输入端，

图6中，电阻R17接到输出电压输出端，光电耦合器G的接受管的集电极通过R18接稳定电源经电容C19隔直，电阻R19的限流，接到电压误差放大器U1的输出端。

Claims

1、一种改善瞬态特性的电源控制装置，包括由变压器T1、开关管Q1、二极管D1、D2，电感L1和电容C1形成的隔离输出的单端正激开关电源的主功率回路和由电压误差放大器U1、电流比较器U2、时钟、R-S触发器及电容C3、电阻R3、电容C2、电阻R2、R1组成的控制电路，其中：所述电压误差放大器U1的正输入端接参考电压，其输出端接所述电流比较器U2的正输入端，U2的输出端接R-S触发器的R端，时钟接R-S触发器的S端，R-S触发器的Q端接开关管Q1的基极，Q1的集电极接变压器T1的原边，变压器T1的副边一端接地，另一端接二极管D1的正极，二极管D1的负极接电感L1和电容C1并以L1和C1之间的连接点为输出端，电容C1的另一端接地，二极管D2的正极接地，负极与二极管D1的负极相连；电容C3与电阻R3串联后接在电压误差放大器U1的负输入端与所述输出端之间；Q1的发射极通过电阻R1接地，在电流比较器U2的负输入端与Q1的发射极之间，接有电阻R2，电流比较器U2的负输入端还通过电容C2接地；还包括位于输出端与电压误差放大器U1的负输入端的电压取样器，其特征在于，在所述输出端与电流比较器U2的反向输入端之间，串联有电阻R4和电容C4。

2、根据权利要求1所述的改善瞬态特性的电源控制装置，其特在于，在所述输出端与电流比较器U2的反向输入端之间，还可以采用光电耦合器G对电源输出端进行隔离来取代电阻R4和电容C4的串联，所述光电耦合器G的输入端通过电阻R17接所述输出端，光电耦合器G的接受管的集电极接稳定电源，其发射极一方面通过电阻R18接地，另一方面经隔直电容C19、限流电阻R19接电流比较器U2的反向输入端。

3、根据权利要求1所述的改善瞬态特性的电源控制装置，其特征在于，还包括由电阻R14、R15和三极管Q3组成反向放大器，电阻R14接在三极管Q3的基极和所述输出端之间，三极管Q3的集电极通过电容C16和电阻R16与电压误差放大器U1的输出端相连，同时将稳定电源通过电阻R15接到三极管Q3的集电极上。

4、根据权利要求1或2所述的改善瞬态特性的电源控制装置，其特征在于，在所述输出端与电流比较器U2的正向输入端之间，还可以采用光电耦合器G与电源输出端进行隔离来取代所述反向放大器、电容C16和电阻R16；所述光电耦合器G的输入端通过电阻R17接所述输出端，光电耦合器G中接受管的发射极接地，光电耦合器G接受管的集电极一方面通过电阻R20接稳压电源，另一方面经隔直电容C19和限流电阻R19接到电压误差放大器U1的输出端。