一種隔離線性調整輸出的電源電路的製作方法

2023-10-17 19:15:29 3

本實用新型涉及電源技術領域，尤其涉及一種隔離線性調整輸出的電源電路。

背景技術：

在高頻開關電源領域，輸出電壓調節信號放置在輸出功能電路一側。實際上，高頻開關電源的輸入和輸出往往是電氣上隔離的，因此當用戶給出的電壓調節信號與輸入共地時，無法實現輸出電壓調節。當發生這種情況時，用戶只有兩種方法：

方法1：將電源輸出地與輸入地共地，以實現調節輸出電壓的功能，但犧牲了輸入和輸出隔離的功能，這在有安全性要求的場合是不允許的；

方法2：用戶將輸出電壓信號通過隔離晶片傳遞到輸出側，不但增加了用戶的設計難度，而且無法實現寬範圍線性調節。

技術實現要素：

本實用新型實施例提供一種隔離線性調整輸出的電源電路，以解決現有技術的電源電路安全性低以及無法實現寬範圍線性調節的問題。

本實用新型實施例提供一種隔離線性調整輸出的電源電路，包括：信號輸入單元、信號調幅單元、光電隔離單元、信號整定單元和信號保護單元；所述信號輸入單元的輸出端與所述信號調幅單元的輸入端連接，所述信號調幅單元的輸出端與所述光電隔離單元的輸入端連接，所述光電隔離單元的輸出端與所述信號整定單元的輸入端連接，所述信號保護單元與所述信號整定單元的輸出端連接，所述信號調幅單元、所述信號整定單元和所述信號保護單元分別接不同的地。

進一步，所述信號調幅單元包括：第一運放、第一電阻、第二電阻、第一可調電阻和第一供電電源；其中，所述信號輸入單元的第一輸出端連接所述第一運放的同相輸入端，所述信號輸入單元的第二輸出端連接所述第一運放的負極管腳；所述第一運放的輸出端連接所述第二電阻的一端，所述第一運放的正極管腳連接所述第一供電電源，所述第一運放的負極管腳連接所述光電隔離單元的負極輸入端，並且所述第一運放的負極管腳接地；所述第二電阻的另一端連接所述光電隔離單元的正極輸入端；所述第一電阻的一端連接所述第一運放的負極管腳，所述第一電阻的另一端連接所述第一運放的反相輸入端；所述第一可調電阻的一端連接所述第一運放的反相輸入端，所述第一可調電阻的另一端連接所述第一運放的輸出端。

進一步，所述信號調幅單元還包括：第三電阻，所述第三電阻的一端連接所述信號輸入單元的第一輸出端，所述第三電阻的另一端連接所述第一運放的同相輸入端。

進一步，所述信號調幅單元還包括：第一電容，所述第一電容的一極板連接所述第一運放的正極管腳，所述第一電容的另一極板連接所述第一運放的負極管腳；和/或，所述信號調幅單元還包括：第二電容，所述第二電容的一極板連接所述第二電阻的另一端，所述第二電容的另一極板連接所述第一運放的負極管腳。

進一步，所述信號整定單元包括：第四電阻、第五電阻、第二可調電阻、第二運放、第三運放、二極體、第六電阻和第二供電電源；其中，所述光電隔離單元的發射極分別連接所述第二運放的同相輸入端和所述第四電阻的一端，所述光電隔離單元的集電極連接所述第二運放的正極管腳；所述第四電阻的另一端連接所述第五電阻的一端，所述第五電阻的另一端連接所述第二運放的負極輸入端；所述第二運放的輸出端連接所述第三運放的正極輸入端，所述第二運放的正極管腳連接所述第二供電電源，所述第二運放的負極管腳連接所述第四電阻的另一端，並且所述第二運放的負極管腳接地；所述第二可調電阻的一端連接所述第二運放的反相輸入端，所述第二可調電阻的另一端連接所述第二運放的輸出端；所述第三運放的反相輸入端連接所述第三運放的輸出端，所述第三運放的輸出端連接所述二極體的正極；所述二極體的負極連接所述第六電阻的一端，所述第六電阻的另一端連接輸出信號點。

進一步，所述信號整定單元還包括：第七電阻，所述第七電阻的一端連接所述光電隔離單元的集電極，所述第七電阻的另一端連接所述第二運放的正極管腳。

進一步，所述信號保護單元包括：第八電阻、第九電阻、第十電阻和基準電壓源；其中，所述第八電阻的一端連接所述二極體的負極，所述第八電阻的另一端連接所述基準電壓源的輸出端；所述第九電阻的一端連接所述基準電壓源的輸出端，所述第九電阻的另一端連接所述基準電壓源的基準端；所述第十電阻的一端連接所述基準電壓源的基準端，所述第十電阻的另一端連接所述基準電壓源的接地端；所述基準電壓源的接地端接地。

進一步，所述信號保護單元還包括：第三電容，所述第三電容的一極板連接所述基準電壓源的基準端，所述第三電容的另一極板連接所述基準電壓源的接地端。

進一步，還包括：輸出電壓控制單元，所述輸出電壓控制單元包括：第四運放、第十一電阻、第十二電阻、輸出電壓監測器和所述第二供電電源；其中，所述第四運放的反相輸入端連接所述二極體的負極，所述第四運放的同相輸入端連接所述基準電壓源的接地端，所述第四運放的正極管腳連接所述第二供電電源，所述第四運放的輸出端輸出控制信號；所述第十一電阻的一端連接所述第四運放的同相輸入端，所述第十一電阻的另一端與所述輸出電壓監測器連接；所述第十二電阻的一端連接所述第四運放的同相輸入端，所述第十二電阻的另一端連接所述第四運放的負極管腳；或者，所述第四運放的同相輸入端連接所述二極體的負極，所述第四運放的反相輸入端連接所述基準電壓源的接地端，所述第四運放的正極管腳連接所述第二供電電源，所述第四運放的輸出端輸出控制信號；所述第十一電阻的一端連接所述第四運放的反相輸入端，所述第十一電阻的另一端與所述輸出電壓監測器連接；所述第十二電阻的一端連接所述第四運放的反相輸入端，所述第十二電阻的另一端連接所述第四運放的負極管腳。

進一步：還包括：輸出電壓控制單元，所述輸出電壓控制單元包括：第四運放、第十一電阻、第十二電阻、輸出電壓監測器和第三供電電源；其中，所述第四運放的反相輸入端連接所述二極體的負極，所述第四運放的同相輸入端連接所述基準電壓源的接地端，所述第四運放的正極管腳連接所述第三供電電源，所述第四運放的輸出端輸出控制信號；所述第十一電阻的一端連接所述第四運放的同相輸入端，所述第十一電阻的另一端與所述輸出電壓監測器連接；所述第十二電阻的一端連接所述第四運放的同相輸入端，所述第十二電阻的另一端連接所述第四運放的負極管腳；或者，所述第四運放的同相輸入端連接所述二極體的負極，所述第四運放的反相輸入端連接所述基準電壓源的接地端，所述第四運放的正極管腳連接所述第三供電電源，所述第四運放的輸出端輸出控制信號；所述第十一電阻的一端連接所述第四運放的反相輸入端，所述第十一電阻的另一端與所述輸出電壓監測器連接；所述第十二電阻的一端連接所述第四運放的反相輸入端，所述第十二電阻的另一端連接所述第四運放的負極管腳。

這樣，本實用新型實施例中，該電源電路的信號調幅單元、信號整定單元和信號保護單元不共地，安全性高，並且信號調幅單元和光電隔離單元將信號進行隔離線性處理，使該電源電路可在較寬範圍內實現輸出電壓的線性調節。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例的技術方案，下面將對本實用新型實施例的描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本實用新型一實施例的隔離線性調整輸出的電源電路的電路圖；

圖2是本實用新型另一實施例的隔離線性調整輸出的電源電路的電路圖。

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。

本實用新型實施例公開了一種隔離線性調整輸出的電源電路。如圖1所示，為本實用新型一實施例的隔離線性調整輸出的電源電路的電路圖。該隔離線性調整輸出的電源電路具體包括：信號輸入單元1、信號調幅單元2、光電隔離單元3、信號整定單元4和信號保護單元5。信號輸入單元1的輸出端與信號調幅單元2的輸入端連接。信號調幅單元2的輸出端與光電隔離單元3的輸入端連接。光電隔離單元3的輸出端與信號整定單元4的輸入端連接。信號保護單元5與信號整定單元4的輸出端連接。信號調幅單元2、信號整定單元4和信號保護單元5分別接不同的地。

具體的，信號輸入單元1用於輸入並處理信號。該信號由用戶給出，可以是數位訊號，也可以是模擬信號。信號輸入單元1包括信號處理器11，可根據不同信號進行相應的處理。例如，信號是模擬信號，則採用濾波處理；信號是數位訊號，則採用整流和濾波處理。

信號調幅單元2用於根據調壓信號的範圍，確定輸入側的信號的幅度，同時減小信號傳遞損失。

具體的，信號調幅單元2包括：第一運放N1、第一電阻R1、第二電阻R2、第一可調電阻RT1和第一供電電源VCC1。其中，信號輸入單元1的第一輸出端連接第一運放N1的同相輸入端，信號輸入單元1的第二輸出端連接第一運放N1的負極管腳。第一運放N1的輸出端連接第二電阻R2的一端，第一運放N1的正極管腳連接第一供電電源VCC1，第一運放N1的負極管腳連接光電隔離單元3的負極輸入端，並且第一運放N1的負極管腳接地。第二電阻R2的另一端連接光電隔離單元3的正極輸入端。第一電阻R1的一端連接第一運放N1的負極管腳，第一電阻R1的另一端連接第一運放N1的反相輸入端。第一可調電阻RT1的一端連接第一運放N1的反相輸入端，第一可調電阻RT2的另一端連接第一運放N1的輸出端。

該輸入側的信號調幅通過第一運放N1和第一可調電阻RT1，第一電阻R1實現。應當理解的是，本技術方案中提到的電阻，若未特殊限定，則為固定電阻。輸入信號接入第一運放N1的同相輸入端，第一可調電阻RT1和第一電阻R1確定信號的放大比例係數，第一運放N1輸出的信號的大小是輸入的信號的(1+RT1/R1)倍。調幅後的輸入側信號經過第二電阻R2的限制，轉化為合適的電流信號。這個信號傳遞到輸出側控制輸出電壓的大小。第一供電電源VCC1是一種穩定的供電電源，並與輸入側共地。

優選的，該信號調幅單元2還包括：第三電阻R3。第三電阻R3的一端連接信號輸入單元1的第一輸出端，第三電阻R3的另一端連接第一運放N1的同相輸入端。輸入信號通過第三電阻R3接入第一運放N1的同相輸入端，如果輸入信號過大，可以在第三電阻R3之前設置分壓器，降低輸入信號幅度。因此，該第三電阻R3可以起到保護電路安全、優化參數、防止噪聲煩擾等作用。

優選的，信號調幅單元2還包括：第一電容C1。第一電容C1的一極板連接第一運放N1的正極管腳，第一電容C1的另一極板連接第一運放N1的負極管腳。第一電容C1起到穩定第一供電電源VCC1向第一運放N1的供電的作用。

優選的，信號調幅單元2還包括：第二電容C2。第二電容C2的一極板連接第二電阻R2的另一端，第二電容C2的另一極板連接第一運放N1的負極管腳。第二電容C2起到防止信號受到幹擾，使信號平穩地傳遞到光電隔離單元3的作用。

具體的，光電隔離單元3包括：發光二極體LED和光敏半導體管VT。其中，發光二極體LED的正極輸入端連接第二電阻R2的另一端，發光二極體21的負極輸入端連接第一運放N1的負極管腳。光敏半導體管VT的集電極連接第二運放N2的正極管腳，光敏半導體管VT的發射極分別連接第二運放的同相輸入端和第四電阻R4的一端。輸入光電隔離單元3的電流信號和光電隔離單元3的傳輸比β相乘，得到光電隔離單元3輸出的電流信號I1的大小。

具體的，信號整定單元4包括：第四電阻R4、第五電阻R5、第二可調電阻RT2、第二運放N2、第三運放N3、二極體VD、第六電阻R6和第二供電電源VCC2。其中，光電隔離單元3的發射極分別連接第二運放N2的同相輸入端和第四電阻R4的一端，光電隔離單元3的集電極連接第二運放N2的正極管腳。第四電阻R4的另一端連接第五電阻R5的一端，第五電阻R5的另一端連接第二運放N2的負極輸入端。第二運放N2的輸出端連接第三運放N3的正極輸入端，第二運放N2的正極管腳連接第二供電電源VCC2，第二運放N2的負極管腳連接第四電阻R4的另一端，並且第二運放N2的負極管腳接地。第二可調電阻RT2的一端連接第二運放N2的反相輸入端，第二可調電阻RT2的另一端連接第二運放N2的輸出端。第三運放N3的反相輸入端連接第三運放N3的輸出端，第三運放N3的輸出端連接二極體VD的正極。二極體VD的負極連接第六電阻R6的一端，第六電阻R6的另一端連接輸出信號點SS。用戶如果需要在輸出側加輸出電壓調節信號，可以通過將一個電阻直接加到輸出信號點SS。此時用戶可以通過輸入側，也可以通過輸出側進行信號調節。輸出信號點SS的信號處理非常簡單，只需要按照信號幅度的要求處理完畢直接接入即可。

第四電阻R4將輸出側電流信號I1轉化為電壓信號，該信號大小為：I1×R4，設為V1。如果第四電阻R4過大，則導致使輸出電壓信號V1過大。V1過大將使第二運放N2對信號精確調整無法實現，信號飽和失真。如果第四電阻R4過小，則導致增加線路損耗。因此，由第四電阻R4決定的V1大小必須確保當第二運放N2放大倍數為最大時，第二運放N2的輸出信號仍處於線性區。第二運放N2和第二可調電阻RT2、第五電阻R5對V1進一步修正，使V1信號經過處理後，達到輸出電壓線性調整，同時使線性調整範圍最大。第二運放N2的輸出信號的大小為V1×(1+RT2/R5)，起到將信號恢復到真實範圍的作用。這個幅度必須比第二供電電源VCC2的幅值低。如果對第二運放N2採用減法運算，則可以縮小第二運放N2的輸出幅度。第三運放N3對信號做一級電壓跟隨，避免後級電路對前級電路的幹擾。

優選的，信號整定單元4還包括：第七電阻R7。第七電阻R7的一端連接光電隔離單元3的集電極，第七電阻R7的另一端連接第二運放N2的正極管腳。第七電阻R7可以起到保護電路安全、優化參數、防止噪聲煩擾等作用。

具體的，信號保護單元5包括：第八電阻R8、第九電阻R9、第十電阻R10和基準電壓源IC。其中，第八電阻R8的一端連接二極體VD的負極，第八電阻R8的另一端連接基準電壓源IC的輸出端。第九電阻R9的一端連接基準電壓源IC的輸出端，第九電阻R9的另一端連接基準電壓源IC的基準端。第十電阻R10的一端連接基準電壓源IC的基準端，第十電阻R10的另一端連接基準電壓源IC的接地端。基準電壓源IC的接地端接地。

信號保護單元5用於防止輸入側信號誤調或電路故障導致輸出側信號過高，導致輸出電壓過高，傷害用戶負載或電源本身。基準電壓源IC具有內置基準。外置的第八電阻R8、第九電阻R9的分壓決定了基準電壓源IC限制的最大電壓。當輸出側信號過大，使基準電壓源IC的基準端的信號超過設定值時，基準電壓源IC動作，將超過設定值的部分消除，維持在設定值(就是允許的最大輸出側信號)上。當二極體VD的輸出電壓過高，基準電壓源IC的輸出端和接地端短路，使二極體VD的輸出電壓降低，第十電阻R10起到限制電流的作用，從而限制二極體VD的輸出電壓降低的幅度過大，導致輸出電壓波動。

優選的，該信號保護單元4還包括：第三電容C3，第三電容C3的一極板連接基準電壓源IC的基準端，第三電容C3的另一極板連接基準電壓源IC的接地端。第三電容C3起到防止信號受到幹擾的作用。

優選的，該隔離線性調整輸出的電源電路還包括：輸出電壓控制單元6。輸出電壓控制單元6包括：第四運放N4、第十一電阻R11、第十二電阻R12、輸出電壓監測器Vr和第二供電電源VCC2。其中，第四運放N4的反相輸入端(或者同相輸入端)連接二極體VD的負極，第四運放N4的同相輸入端(或者反相輸入端)連接基準電壓源IC的接地端，第四運放N4的正極管腳連接第二供電電源VCC2，第四運放N4的輸出端輸出控制信號Ctrol。第十一電阻R11的一端連接第四運放N4的同相輸入端(或者反相輸入端)，第十一電阻R11的另一端輸出電壓監測器Vr連接。第十二電阻R12的一端連接第四運放N4的同相輸入端(或者反相輸入端)，第十二電阻R12的另一端連接第四運放N4的負極管腳。優選的，如圖2所示，該輸出電壓控制單元6還可以包括：第三供電電源VCC3，則該輸出電壓控制單元6不需要與信號整定單元4共用第二供電電源VCC2。通過第三供電電源VCC3獨立地向第四運放N4供電。具體的，該第三供電電源VCC3連接第四運放N4的正極管腳，第四運放N4的正極管腳無需再連接第二供電電源VCC2。

第十一電阻R11和第十二電阻R12對輸出的實際電壓採樣，對電壓點Vr的電壓進行採用，可獲得當前輸出電壓，從而可監控該電壓是否在設定範圍內。該採用的實際加到第四運放N4的同相輸入端(可以同相輸入端也可反相輸入端，由後繼其他電路決定，圖1和圖2示出加在同相輸入端)。處理完成的輸出側信號加在第四運放N4的輸出端，輸出控制信號Ctrol。輸出控制信號Ctrol與信號整定單元4處理後的V1信號精確匹配。第四運放N4產生的信號將按照電源內部的需要和傳遞函數控制輸出電壓的大小。

綜上，本實用新型實施例的隔離線性調整輸出的電源電路，避免因為使用輸入側輸出電壓調整信號，導致隔離功能喪失，將電壓調幅與信號傳輸電流限幅結合，滿足信號隔離傳輸要求，最大限度避免輸入側信號在最大值附近或最小值附近的損失(發光二極體LED壓降導致的有效信號損失)，而且可以根據用戶需要，調整隔離等級；在信號沒有達到設定最大值時，輸出側電壓信號跟隨外部控制信號線性變化，達到最大值後將穩定在最大值，保護輸出電壓在任何時間都不超過允許的最大電壓；能夠接受數位訊號也能接受模擬信號，能夠接受輸入側信號也能接受輸出側信號，輸入側信號與輸出側信號具有完全隔離的友好性電路工作特性；不需要用戶對信號做任何處理，只需要將信號連接到相應的功能引腳即可；電源內部可集成信號處理、補償、隔離、信號增益調整和保護等功能，降低設計難度，降低成本。

本說明書中的各個實施例均採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可。

儘管已描述了本實用新型實施例的優選實施例，但本領域內的技術人員一旦得知了基本創造性概念，則可對這些實施例做出另外的變更和修改。所以，所附權利要求意欲解釋為包括優選實施例以及落入本實用新型實施例範圍的所有變更和修改。

最後，還需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關係術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關係或者順序。而且，術語「包括」、「包含」或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者終端設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者終端設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句「包括一個……」限定的要素，並不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者終端設備中還存在另外的相同要素。

以上所述，僅為本實用新型的具體實施方式，但本實用新型的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術範圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護範圍之內。因此，本實用新型的保護範圍應以權利要求的保護範圍為準。