一種基於多級功率放大平衡調製電路的開關穩壓電源的製作方法
2023-05-28 00:28:21 1
一種基於多級功率放大平衡調製電路的開關穩壓電源的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於多級功率放大平衡調製電路的開關穩壓電源，主要由二極體整流器U，功率放大器P1，電壓比較器U2，變壓器T，串接在二極體整流器U與電壓比較器U2之間的平衡調節電路，串接在平衡調節電路與功率放大器P1之間的開關濾波電路等組成，其特徵在於，在電壓比較器U2的Q端與功率放大器P1的負極輸入端之間串接有邏輯保護放大電路。本發明利用場效應管來組成開關控制電路，不僅使得本發明具備了升壓模式和降壓模式，而且還使得全電壓範圍輸出電流變化控制在±0.1%之間，較傳統的開關穩壓電源的輸出電流變化控制範圍有了極大的提高。
【專利說明】一種基於多級功率放大平衡調製電路的開關穩壓電源
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種開關穩壓電源，具體是指一種一種基於多級功率放大平衡調製電路的開關穩壓電源。
【背景技術】
[0002]隨著目前科技的不斷進步，電子產品在功能越來越強大的同時也給人們生活上帶來了很大的便利。穩壓電路便運營而生，傳統的串聯線性調整型穩壓電路具有穩定性高、輸出電壓可調、波紋係數小、線路簡單等特點。然而，這些串聯線性調整型穩壓電路的調整管總是工作在放大狀態，一直都有電流流過，故其管子的功耗較大，電路的效率不高，一般只能達到30%?50%左右。為了克服上述缺陷，人們便研發了開關型穩壓電路。
[0003]在開關型穩壓電路中，調壓管工作在開關狀態，管子交替工作在飽和與截止兩種狀態中。當管子飽和導通時，流過管子電流雖大，可是管壓降很小；當管子截止時，管壓降大，可是流過的電流接近為零。因此，在輸出功率相同條件下，開關型穩壓電源幣串聯型穩壓電源的效率高，一般可達80%?90%左右。但是，目前人們所採用的開關型穩壓電源卻存在波紋係數較大，當調整管不斷在飽和與截止狀態之間切換時，對電路會產生射頻幹擾，電路比較複雜且成本較高。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於克服目前開關型穩壓電源存在的波紋係數較大、射頻幹擾嚴重、電路複雜及效率不高的缺陷，提供一種基於多級功率放大平衡調製電路的開關穩壓電源。
[0005]本發明的目的通過下述技術方案實現:一種基於多級功率放大平衡調製電路的開關穩壓電源，主要由二極體整流器U，功率放大器Pl，電壓比較器U2，變壓器T，串接在二極體整流器U與電壓比較器U2之間的平衡調節電路，串接在平衡調節電路與功率放大器Pl之間的開關濾波電路，與變壓器T的副邊線圈L2相連接的電源輸出電路，與變壓器T的副邊線圈L3相連接的變壓反饋電路，與變壓反饋電路相連接的開關控制電路，與開關控制電路相連接的振蕩器，與開關控制電路相連接的電流比較器II，與開關控制電路相連接的電流比較器12，分別與振蕩器、電流比較器Il和電流比較器12相連接的斜率補償器W，分別與功率放大器Pl和電流比較器Il相連接的PWM控制器，以及輸出端與變壓器T的原邊線圈LI上的抽頭相連接、而輸入端與功率放大器Pl的輸出端相連接的滑動調節器組成。
[0006]同時，在電壓比較器U2的Q端與功率放大器Pl的負極輸入端之間串接有邏輯保護放大電路；該邏輯保護放大電路主要由功率放大器P3，功率放大器P4，與非門IC1，與非門IC2，負極與功率放大器P3的正極輸入端相連接、正極經電阻Rll後與與非門IC2的負極輸入端相連接的極性電容C7，一端與與非門ICl的負極輸入端相連接、另一端與功率放大器P3的正極輸入端相連接的電阻R8，串接在功率放大器P3的負極輸入端與輸出端之間的電阻R9，一端與與非門ICl的輸出端相連接、另一端與功率放大器P4的負極輸入端相連接的電阻R10，串接在功率放大器P4的正極輸入端與輸出端之間的極性電容C8，正極與與非門IC2的輸出端相連接、負極順次經穩壓二極體D4和電阻R12後與功率放大器P3的輸出端相連接的電容C9，P極與功率放大器P4的輸出端相連接、N極順次經電阻R14和電阻R13後與穩壓二極體D4和電阻R12的連接點相連接的二極體D5，以及N極與電容C9的負極相連接、P極與二極體D5和電阻R14的連接點相連接的穩壓二極體D6組成；所述與非門ICl的正極輸入端與功率放大器P3的負極輸入端相連接；功率放大器P4的輸出端與非門IC2的正極輸入端相連接，其正極輸入端則與功率放大器P3的輸出端相連接；所述極性電容C7的正極與電壓比較器U2的Q端相連接，電阻R14和電阻R13的連接點與功率放大器Pl的負極輸入端相連接。
[0007]進一步地，所述平衡調節電路由場效應管M0S1，場效應管M0S2，場效應管M0S3，場效應管M0S4，一端與場效應管MOSl的柵極相連接、另一端經電阻R5後與場效應管M0S2的柵極相連接的電阻R4，以及一端與場效應管M0S3的柵極相連接、另一端經電阻R7後與場效應管M0S4的柵極相連接的電阻R6組成；所述場效應管MOSl的源極與電壓比較器U2的S端相連接，其漏極則與開關濾波電路相連接；所述場效應管M0S2的源極與二極體整流器U的正極輸出端相連接、其漏極與效應管MOSl的漏極相連接；場效應管M0S3的源極與電壓比較器U2的R端相連接，其漏極接地；場效應管M0S4的源極與二極體整流器U的負極輸出端相連接，其漏極接地。
[0008]所述的開關濾波電路由三極體Q，電容Cl，電容C2，電阻R1，電阻R2及二極體Dl組成；所述三極體Q的基極順次經電阻R2、二極體Dl及電阻Rl後與其集電極形成迴路，電容Cl與電阻Rl相併聯，電容C2與電阻R2相併聯；三極體Q的集電極與場效應管M0S2的漏極相連接，其發射極接地；電阻R2與二極體Dl的連接點則與功率放大器Pl的正極輸入端相連接；變壓器T的原邊線圈LI則與二極體Dl相併聯。
[0009]所述電源輸出電路由P極與副邊線圈L2的同名端相連接、N極經電容C3後與副邊線圈L2的非同名端相連接的二極體D2，以及一端與二極體D2的N極相連接、另一端經電容C4後與副邊線圈L2的非同名端相連接的電感L4組成。
[0010]所述變壓反饋電路由二極體D3和電容C5組成；所述二級管D3的P極與副邊線圈L3的非同名端相連接、其N極經電容C5後與副邊線圈L3的同名端相連接，所述副邊線圈L3的同名端接地。
[0011]所述開關控制電路由場效應管M0S5、功率放大器P2、電壓比較器U1、電感L5及電阻R3組成；所述電感L5串接在功率放大器Pl的輸出端與二極體D3的N極之間，場效應管M0S5的漏極與二極體D3的N極相連接、其源極經電阻R3後接地、其柵極則與功率放大器P2的輸出端相連接；電壓比較器Ul的S端與振蕩器的輸出端相連接，其R端與電流比較器Il的輸出端相連接，其Q端則與功率放大器P2的負極輸入端相連接；功率放大器P2的正極輸入端與場效應管M0S5的漏極相連接；電流比較器12的正極輸入端和負極輸入端則與電阻R3的兩端相連接，其輸出端經斜率補償器W後分別與電流比較器Il的負極輸入端和振蕩器的輸入端相連接；電流比較器Il的正極輸入端則與功率放大器Pl的輸出端相連接；PWM控制器的一個輸出端分別與電流比較器Il的負極輸入端和功率放大器Pl的負極輸入端相連接，其另一個輸出端經電容C6後接地。
[0012]本發明較現有技術相比，具有以下優點及有益效果: (I)本發明充分的利用了 PWM的控制功能，能根據佔空比自動調節電源輸出電壓值，確保輸出值的穩定。
[0013](2)本發明開創性的將平衡調製電路、斜率補償器和電壓、電流比較器運用在電源電路中，不僅有效的降低了電路自身和外接的射頻幹擾，而且還極大的簡化了電路結構，使得製作成本和維護成本有了較大幅度的降低。
[0014](3)本發明利用場效應管來組成開關控制電路，不僅使得本發明具備了升壓模式和降壓模式，而且還使得全電壓範圍輸出電流變化控制在±0.1%之間，較傳統的開關穩壓電源的輸出電流變化控制範圍有了極大的提高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明的整體結構示意圖。
[0016]圖2為本發明的邏輯保護放大電路結構示意圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合實施例對本發明作進一步地詳細說明，但本發明的實施方式不限於此。實施例
[0018]如圖1所示，本發明主要由二極體整流器U，功率放大器P1，電壓比較器U2，變壓器T，平衡調節電路，開關濾波電路，電源輸出電路，變壓反饋電路，開關控制電路，振蕩器，電流比較器11，電流比較器12，斜率補償器W，PWM控制器，滑動調節器及邏輯保護放大電路組成。
[0019]其中，變壓器T由設置在原邊的原邊線圈LI，設置在副邊的副邊線圈L2和副邊線圈L3組成。本發明在變壓器T的原邊線圈LI上設有一個滑動抽頭，而該滑動抽頭則由滑動調節器來進行控制，以確保根據PWM控制器的佔空比和開關控制電路的共同結果來調整變壓器T的原邊線圈LI與副邊線圈L2和副邊線圈L3之間的匝數比。
[0020]所述平衡調節電路由場效應管MOS1，場效應管MOS2，場效應管MOS3，場效應管M0S4，一端與場效應管MOSl的柵極相連接、另一端經電阻R5後與場效應管MOS2的柵極相連接的電阻R4，以及一端與場效應管MOS3的柵極相連接、另一端經電阻R7後與場效應管M0S4的柵極相連接的電阻R6組成。
[0021]電壓比較器U2具有三個埠，g卩S端、R端和Q端。連接時，場效應管MOSl的源極與電壓比較器U2的S端相連接，其漏極則與開關濾波電路相連接，反而場效應管M0S2的源極與二極體整流器U的正極輸出端相連接、其漏極與效應管MOSl的漏極相連接；場效應管M0S3的源極與電壓比較器U2的R端相連接，其漏極接地；場效應管M0S4的源極與二極體整流器U的負極輸出端相連接，其漏極接地。而二極體整流器U的輸入端則用於外接220V的市電。
[0022]所述開關濾波電路由三極體Q，電容Cl，電容C2，電阻Rl，電阻R2及二極體Dl組成。其中，三極體Q的基極順次經電阻R2、二極體Dl及電阻Rl後與其集電極形成迴路。電容Cl與電阻Rl相併聯，電容C2與電阻R2相併聯，以形成典型的RL濾波電路。同時，三極體Q的集電極還與場效應管M0S2的漏極相連接，其發射極接地。電阻R2與二極體Dl的連接點則與功率放大器Pl的正極輸入端相連接，所述變壓器T的原邊線圈LI與二極體Dl相併聯。
[0023]在該開關濾波電路中，電阻R1、電容Cl和二極體Dl組成反饋鉗位電路，可以提高變換效率和降低功率放大器pi正極輸入端的反向峰值電壓。
[0024]電源輸出電路用於輸出直流電壓，其由二極體D2、電容C3、電感L4及電容C4組成。連接時，二極體D2的P極與副邊線圈L2的同名端相連接，其N極經電容C3後與副邊線圈L2的非同名端相連接。所述電感L4的一端與二極體D2的N極相連接、另一端經電容C4後與副邊線圈L2的非同名端相連接。
[0025]變壓反饋電路用於為開關控制電路提供反饋工作電壓，以確保開關控制電路能根據反饋電壓來控制滑動調節器。該變壓反饋電路則由二極體D3和電容C5組成。連接時，所述二級管D3的P極與副邊線圈L3的非同名端相連接、其N極經電容C5後與副邊線圈L3的同名端相連接，所述副邊線圈L3的同名端接地。
[0026]開關控制電路為本發明的開關控制部分，其由場效應管MOS5、功率放大器P2、電壓比較器U1、電感L5及電阻R3組成。如圖所示，該電感L5串接在功率放大器Pl的輸出端與二極體D3的N極之間，場效應管MOS5的漏極與二極體D3的N極相連接、其源極經電阻R3後接地、其柵極則與功率放大器P2的輸出端相連接。
[0027]電壓比較器Ul的S端與振蕩器的輸出端相連接，其R端與電流比較器Il的輸出端相連接，其Q端則與功率放大器P2的負極輸入端相連接。功率放大器P2的正極輸入端則與場效應管MOS5的漏極相連接。電流比較器12的正極輸入端和負極輸入端則與電阻R3的兩端相連接，以確保場效應管M0S4導通時，能從電阻R3兩端採集到工作電壓。同時，該電流比較器12的輸出端經斜率補償器W後分別與電流比較器Il的負極輸入端和振蕩器的輸入端相連接。
[0028]而電流比較器Il的正極輸入端則與功率放大器Pl的輸出端和原邊線圈LI的非同名端相連接；PWM控制器的一個輸出端分別與電流比較器Il的負極輸入端和功率放大器Pl的負極輸入端相連接，其另一個輸出端經電容C6後接地。
[0029]使用時，作用於二極體整流器U的電壓經平衡電路進行平衡處理和開關濾波電路進行濾波後為變壓器T的原邊線圈LI和功率放大器Pl提供工作電壓。當電感線圈L5感應到外部負載發生變化時，其感抗便發生變化時，此時功率放大器P2在電壓比較器Ul和電感L5的共同作用下促使場效應管MOS導通，PWM控制器提供的脈衝信號經電流比較器Il後作用於功率放大器Pl和電流比較器II，使得滑動調節器得電，並根據負載的變化情況自動調節滑動抽頭，從而改變變壓器T的原邊線圈LI與副邊線圈L2和副邊線圈L3之間的匝數比，最終實現對負載的穩定供電功能。
[0030]為確保使用效果，在該平衡調節電路中，電阻R4與電阻R5的連接點需要外接+6V的工作電壓VI，同理，電阻R6與電阻R7的連接點也需要外接+6V的工作電壓V2。
[0031]所述邏輯保護放大電路的結構如圖2所示，該邏輯保護放大電路主要由功率放大器P3，功率放大器P4，與非門ICl，與非門IC2，負極與功率放大器P3的正極輸入端相連接、正極經電阻Rll後與與非門IC2的負極輸入端相連接的極性電容C7，一端與與非門ICl的負極輸入端相連接、另一端與功率放大器P3的正極輸入端相連接的電阻R8，串接在功率放大器P3的負極輸入端與輸出端之間的電阻R9，一端與與非門ICl的輸出端相連接、另一端與功率放大器P4的負極輸入端相連接的電阻R10，串接在功率放大器P4的正極輸入端與輸出端之間的極性電容CS，正極與與非門IC2的輸出端相連接、負極順次經穩壓二極體D4和電阻R12後與功率放大器P3的輸出端相連接的電容C9，P極與功率放大器P4的輸出端相連接、N極順次經電阻R14和電阻R13後與穩壓二極體D4和電阻R12的連接點相連接的二極體D5，以及N極與電容C9的負極相連接、P極與二極體D5和電阻R14的連接點相連接的穩壓二極體D6組成。
[0032]同時，所述與非門ICl的正極輸入端與功率放大器P3的負極輸入端相連接；功率放大器P4的輸出端與非門IC2的正極輸入端相連接，其正極輸入端則與功率放大器P3的輸出?而相連接。
[0033]所述極性電容C7的正極與電壓比較器U2的Q端相連接，而電阻R14和電阻R13的連接點與功率放大器Pl的負極輸入端相連接。
[0034]如上所述，便可以很好的實現本發明。
【權利要求】
1.一種基於多級功率放大平衡調製電路的開關穩壓電源，主要由二極體整流器U，功率放大器Pl，電壓比較器U2，變壓器T，串接在二極體整流器U與電壓比較器U2之間的平衡調節電路，串接在平衡調節電路與功率放大器Pl之間的開關濾波電路，與變壓器T的副邊線圈L2相連接的電源輸出電路，與變壓器T的副邊線圈L3相連接的變壓反饋電路，與變壓反饋電路相連接的開關控制電路，與開關控制電路相連接的振蕩器，與開關控制電路相連接的電流比較器II，與開關控制電路相連接的電流比較器12，分別與振蕩器、電流比較器Il和電流比較器12相連接的斜率補償器W，分別與功率放大器PI和電流比較器Il相連接的PWM控制器，以及輸出端與變壓器T的原邊線圈LI上的抽頭相連接、而輸入端與功率放大器Pl的輸出端相連接的滑動調節器組成，其特徵在於，在電壓比較器U2的Q端與功率放大器Pl的負極輸入端之間串接有邏輯保護放大電路；該邏輯保護放大電路主要由功率放大器P3，功率放大器P4，與非門ICl，與非門IC2，負極與功率放大器P3的正極輸入端相連接、正極經電阻Rll後與與非門IC2的負極輸入端相連接的極性電容C7，一端與與非門ICl的負極輸入端相連接、另一端與功率放大器P3的正極輸入端相連接的電阻R8，串接在功率放大器P3的負極輸入端與輸出端之間的電阻R9，一端與與非門ICl的輸出端相連接、另一端與功率放大器P4的負極輸入端相連接的電阻R10，串接在功率放大器P4的正極輸入端與輸出端之間的極性電容CS，正極與與非門IC2的輸出端相連接、負極順次經穩壓二極體D4和電阻R12後與功率放大器P3的輸出端相連接的電容C9，P極與功率放大器P4的輸出端相連接、N極順次經電阻R14和電阻R13後與穩壓二極體D4和電阻R12的連接點相連接的二極體D5，以及N極與電容C9的負極相連接、P極與二極體D5和電阻R14的連接點相連接的穩壓二極體D6組成；所述與非門ICl的正極輸入端與功率放大器P3的負極輸入端相連接；功率放大器P4的輸出端與非門IC2的正極輸入端相連接，其正極輸入端則與功率放大器P3的輸出端相連接；所述極性電容C7的正極與電壓比較器U2的Q端相連接，電阻R14和電阻R13的連接點與功率放大器Pl的負極輸入端相連接。
2.根據權利要求1所述的一種基於多級功率放大平衡調製電路的開關穩壓電源，其特徵在於，所述平衡調節電路由場效應管M0S1，場效應管M0S2，場效應管M0S3，場效應管M0S4，一端與場效應管MOSl的柵極相連接、另一端經電阻R5後與場效應管M0S2的柵極相連接的電阻R4，以及一端與場效應管M0S3的柵極相連接、另一端經電阻R7後與場效應管M0S4的柵極相連接的電阻R6組成；所述場效應管MOSl的源極與電壓比較器U2的S端相連接，其漏極則與開關濾波電路相連接；所述場效應管M0S2的源極與二極體整流器U的正極輸出端相連接、其漏極與效應管MOSl的漏極相連接；場效應管M0S3的源極與電壓比較器U2的R端相連接，其漏極接地；場效應管M0S4的源極與二極體整流器U的負極輸出端相連接，其漏極接地。
3.根據權利要求2所述的一種基於多級功率放大平衡調製電路的開關穩壓電源，其特徵在於，所述的開關濾波電路由三極體Q，電容Cl，電容C2，電阻R1，電阻R2及二極體Dl組成；所述三極體Q的基極順次經電阻R2、二極體Dl及電阻Rl後與其集電極形成迴路，電容Cl與電阻Rl相併聯，電容C2與電阻R2相併聯；三極體Q的集電極與場效應管M0S2的漏極相連接，其發射極接地；電阻R2與二極體Dl的連接點則與功率放大器Pl的正極輸入端相連接；變壓器T的原邊線圈LI則與二極體Dl相併聯。
4.根據權利要求3所述的一種基於多級功率放大平衡調製電路的開關穩壓電源，其特徵在於，所述電源輸出電路由P極與副邊線圈L2的同名端相連接、N極經電容C3後與副邊線圈L2的非同名端相連接的二極體D2，以及一端與二極體D2的N極相連接、另一端經電容C4後與副邊線圈L2的非同名端相連接的電感L4組成。
5.根據權利要求4所述的一種基於多級功率放大平衡調製電路的開關穩壓電源，其特徵在於，所述變壓反饋電路由二極體D3和電容C5組成；所述二級管D3的P極與副邊線圈L3的非同名端相連接、其N極經電容C5後與副邊線圈L3的同名端相連接，所述副邊線圈L3的同名端接地。
6.根據權利要求5所述的一種基於多級功率放大平衡調製電路的開關穩壓電源，其特徵在於，所述開關控制電路由場效應管M0S5、功率放大器P2、電壓比較器Ul、電感L5及電阻R3組成；所述電感L5串接在功率放大器Pl的輸出端與二極體D3的N極之間，場效應管M0S5的漏極與二極體D3的N極相連接、其源極經電阻R3後接地、其柵極則與功率放大器P2的輸出端相連接；電壓比較器Ul的S端與振蕩器的輸出端相連接，其R端與電流比較器Il的輸出端相連接，其Q端則與功率放大器P2的負極輸入端相連接；功率放大器P2的正極輸入端與場效應管M0S5的漏極相連接；電流比較器12的正極輸入端和負極輸入端則與電阻R3的兩端相連接，其輸出端經斜率補償器W後分別與電流比較器Il的負極輸入端和振蕩器的輸入端相連接；電流比較器Il的正極輸入端則與功率放大器Pl的輸出端相連接；PWM控制器的一個輸出端分別與電流比較器Il的負極輸入端和功率放大器Pl的負極輸入端相連接，其另一個輸出端經電容C6後接地。
【文檔編號】H02M3/335GK104467483SQ201410706021
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月27日 優先權日:2014年11月27日
【發明者】羅婭, 車容俊 申請人:成都措普科技有限公司