可調控輸出電壓的開關電源的製作方法

2023-08-06 23:35:56 1

專利名稱：可調控輸出電壓的開關電源的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種開關電源電壓的可調控輸出方法及開關電源。具體地說，開關電源具有外部可調控輸出電壓的功能，使開關電源在設定的工作電壓範圍內得到可控輸出電壓。
背景技術：
常見的開關電源具有固定的直流電壓輸出，其輸出電壓多為標準電壓系列，如3伏、5伏、6伏、12伏等；或其輸出電壓依據實際使用要求輸出非標系列的直流電壓。開關電源的輸出電壓確定後，無論單路輸出或是多路輸出，一般均不提供輸出電壓調節功能。
開關電源其體積小、效率高等優點，得到了越來越廣泛的應用，但其輸出電壓的不便調節，也對使用者造成一定的困擾。
開關電源的基本工作原理是對其輸出電壓進行取樣，並將該取樣電壓與一參考電壓相比較，根據兩電壓值的偏差量，由脈寬調製(PWM)功率控制電路對流經開關變壓器的電流進行佔空比控制，如輸出電壓值偏高，則降低佔空比，如輸出電壓值偏低，則提高佔空比。隨著取樣、控制的不斷循環，便使輸出電壓穩定在期望的電壓值上。輸出電壓確定後，其輸出電壓的取樣電壓，與參考電壓的偏差值就得到確定，這正是開關電源的輸出電壓不便改變的原因。

發明內容
本發明開關電源可調控電壓輸出的方法是，為開關電源的取樣誤差放大電路增加外部控制功能，其基本思路就是可從外部對取樣電壓或參考電壓進行改變，進而實現改變輸出電壓的目的，其實質就是取樣電壓值或參考電壓值可隨外部控制而改變。
從開關電源的基本原理可知，當開關電源的取樣電壓或參考電壓改變，其與兩者所形成的誤差電壓也改變，必然引起脈寬調製(PWM)功率控制電路的工作佔空比變化，最終導致輸出電壓的改變。只有輸出電壓的改變，使取樣電壓與參考電壓的誤差保持在新的誤差電壓值上，這樣，輸出便穩定在新輸出電壓值上。
本發明的原理框圖是圖1。
參見圖1。
由圖1可見，具有可控輸出電壓的開關電源由如下部分構成一個輸入整流濾波電路1，其作用在於將輸入的交流電源變換為直流電源，並輸出給開關變壓器2；一個開關變壓器2，其作用在於受脈寬調製(PWM)功率控制電路的控制，接通或阻斷由輸入整流濾波電路1接入的直流電源流經其初級繞組的電流，並將受初級繞組脈寬調製(PWM)的次級繞組上的電流輸出至輸出整流濾波電路3；一個輸出整流濾波電路3，其作用在於將開關變壓器2送來的受脈寬調製(PWM)的電流變換為直流電壓並輸出；一個誤差放大電路6，其作用在於對輸出整流濾波電路3輸出的直流電壓進行取樣，並將取樣電壓與參考電壓相比較，兩者的誤差電壓經放大後輸出至光電耦合器5；接入誤差放大電路6的控制輸入，可對誤差放大電路6對輸出整流濾波電路3輸出的直流電壓取樣所得取樣電壓的改變進行控制，或影響誤差放大電路6所接入的參考電壓；
一個光電耦合器5，其作用在於將誤差放大電路6送來的誤差電壓傳輸至脈寬調製(PWM)功率控制電路4，並在開關變壓器2的初次級間形成電氣隔離；一個脈寬調製(PWM)功率控制電路4，其作用在於接收來自經由光電耦合器5傳輸來的誤差電壓，並依此對輸入整流濾波電路1輸出至開關變壓器2的電流進行通斷佔空比的控制，使輸出整流濾波電路3的輸出電壓達到穩定狀態。
從圖1可見，輸入整流濾波電路1的輸入端接交流電源輸入，其輸出端與開關變壓器2相連；開關變壓器2的電源輸入端與輸入整流濾波電路1相連，其控制輸入端與脈寬調製(PWM)功率控制電路4相連，其輸出端接至輸出整流濾波電路3；輸出整流濾波電路3的輸入端接至開關變壓器2，其輸出端與誤差放大電路6的取樣輸入端相連；誤差放大電路6的取樣輸入端與輸出整流濾波電路3的輸出端相連，其輸出端接至光電耦合器5，誤差放大電路6還具有外部控制端；光電耦合器5的輸入端與誤差放大電路6相連，其輸出接至脈寬調製(PWM)功率控制電路4；脈寬調製(PWM)功率控制電路4的輸入端與光電耦合器5相連，其輸出端與開關變壓器2相連。
整個開關電源的工作過程敘述如下當誤差放大電壓電路6未加入外部控制輸入時，其對輸出整流濾波電路3輸出的直流電壓進行取樣，並與參考電壓比較後，得到誤差電壓，該誤差電壓經光電耦合器5傳輸至脈寬調製(PWM)功率控制電路4，並由脈寬調製(PWM)功率控制電路4對流經開關變壓器2的初級電流進行佔空比控制，此時輸出整流濾波電路3輸出電壓的高或低所對應的誤差電壓必然使得脈寬調製(PWM)功率控制電路4的佔空比變化，在不斷地取樣調節的過程中，輸出電壓達到穩定，此時的輸出電壓值為V1，V1所對應的誤差電壓值為U1；當對誤差放大電路6施加外部控制輸入時，外部控制輸入使誤差放大電路6中原有的取樣電壓發生變化，因此而產生的誤差電壓使得脈寬調製(PWM)功率控制電路4輸出的工作佔空比發生變化，則輸出整流濾波電路3的輸出電壓也發生變化，當輸出電壓變化後，對誤差放大電路6因外部控制輸入的施加而出現的取樣電壓變化產生新的誤差電壓值時，取樣調節即達到新的平衡。輸出電壓達到穩定時的輸出電壓值為V2，V2所對應的誤差電壓值則為U2，也即當參考電壓值相同情況下，無論是開關電源自身因素，還是由於外部控制因素，使誤差放大電路6取得的取樣電壓發生改變時，脈寬調製(PWM)功率控制電路4均對工作佔空比進行調整，使得從因此而改變的輸出電壓所得的取樣電壓與參考電壓形成新的誤差電壓U2，則整個開關電源穩定在新的輸出電壓值上。所有不同輸出電壓的穩定均建立在脈寬調製(PWM)功率控制電路4所允許的佔空比調節範圍基礎上。
從上述對本發明工作過程的描述可見，當未加入外部控制輸入時，本發明所涉及的開關電源工作狀況與一般開關電源的工作狀況並無差異，由於對開關電源的誤差放大電路6增加了外部控制輸入，才使輸入電壓實現可調的目的。
從原理上講，由於外部控制輸入的作用，可使誤差電壓產生變化的任何電路，均適用於本發明。上述說明中是將外部控制輸入直接作用於取樣電壓的改變，實現輸出電壓改變的目的，除此之外，將外部控制輸入作用於參考電壓的改變，雖非直接改變取樣電壓，但也會使誤差電壓產生變化，最終亦可實現輸出電壓改變的目的。


圖1為本發明原理框圖；圖2為本發明實施例1的電路原理圖；圖3為本發明實施例2的電路原理圖。
具體實施例方式
參見圖2。
從圖2可見，電阻R1至R6及可調電位器RP、穩壓二極體DW及運算放大器A構成誤差放大電路26，其輸入端與輸出端整流濾波電路23的輸出端相連，其輸出與光電耦合器25相連；光電耦合器25的輸出接至脈寬調製(PWM)功率控制電路24；外部控制可施加於電位器RP，進而改變輸入至運算放大器A反相端的取樣電壓值。
當未施加外部控制而電位器RP的中間抽頭位置固定在某一點時，電阻R1及電位器RP的上端電阻與電位器RP的下端電阻R2形成對輸出電壓V0的分壓，並作為取樣電壓U0接入運算放大器A的反相端；電阻R3及穩壓管DW形成的參考電壓Uf接入運算放大器A的同相端，兩輸入端電壓的差異經運算放大器A放大後，形成誤差電壓UW，並由光電耦合器25接至脈寬調製(PWM)功率控制電路24，後者對工作佔空比的調整，使得輸出整流濾波電路23輸出的電壓V0對分壓電路產生的取樣電壓U0與參考電壓Uf所形成的誤差電壓，在不斷地取樣、放大、調整循環過程中得到穩定，則輸出電壓V0趨於穩定。
當施加外部控制改變電位器RP的中間抽頭位置後，電阻R1及電位器RP的上端電阻與電位器RP的下端電阻及電阻R2所形成對輸出電壓V0的分壓比改變，在輸出電壓V0未達到的穩定輸出時，取樣電壓U0與參考電壓Uf必然出現新的差異，經運算放大器A放大後，該誤差電壓由光耦合器25接至脈寬調製(PWM)功率控制電路24，後者對工作佔空比的調整，使得輸出整流濾波電路輸出電壓V0發生改變，此時使取樣電壓U0與參考電壓Uf所形成的誤差電壓UW，在不斷地取樣、放大、調整循環過程中得到穩定，則輸出電壓V0趨於穩定。
由於電位器RP的調節是連續的，因而一定的範圍內輸出電壓的改變也是連續的。
實施例1是將外部控制輸入施加於取樣電壓端且連續可調的一種情況，同樣，將外部控制輸入施加於參考電壓端，進行階躍調整也是可行的，實施例2就是這樣的一個實例。
參見圖3。
電阻R1、R2構成固定分壓迴路，其對輸出電壓V0的取樣電壓接入三極體TR0的基極；穩壓管DW0、DW1、DW2構成參考電壓迴路，其中DW0的電壓值最高，DW2及DW1的電壓值均低於DW0的電壓值且互不相同，由DW1、DW2形成的參考電壓依據控制三極體TR1、TR2的狀態分別接入取樣放大三極體TR0的發射極；穩壓管DW1、DW2的接入與否，受控制三極體TR1、TR2的控制，當控制輸入1及控制輸入2的控制電壓為零時，而穩壓管DW1、DW2均不導通，儀穩壓二極體DW0形成的參考電壓接入三極體TR0，該參考電壓與取樣迴路取得的取樣電壓經三極體TR0比較放大後驅動光電耦合器35，並由脈寬調製(PWM)功率控制電路34對佔空比進行調整，使輸出整流濾波電路33的輸出電壓發生改變，因而使取樣迴路取得的取樣電壓發生改變；取樣電壓與參考電壓偏差越大，佔空比改變越明顯，輸出電壓變化也越顯著，隨著取樣、調整的循環，取樣電壓值趨向參考電壓值，形成穩定的誤差電壓，輸出電壓也趨向穩定，因控制三極體TR1和TR2均未導通，穩壓管DW0的穩壓值最高，此時的輸出電壓值也最高；當控制三極體TR1或TR2中有一受到控制輸入的控制電壓而導通時，穩壓管DW1或DW2導通，由於其穩壓值低於DW0形成的穩壓值，則DW0不導通，而以DW1或DW2形成新的參考電壓接入三極體TR0；由於DW1或DW2導通形成的參考電壓低於DW0形成的參考電壓，因此在取樣、調整的循環後，輸出電壓穩定在低於原有輸出電壓的值上，且由於DW1與DW2的電壓值不同，因此，由外部施加的控制輸入電壓分別加到控制三極體TR1及TR2時，可分別由輸出整流濾波器電路33輸出低於未加控制輸入電壓時輸出電壓值的兩種不同的輸出電壓值。
綜上所述，在開關電源佔空比的工作範圍內，對開關電源的誤差放大電路中的取樣迴路或參考電壓迴路設置可調控輸出電壓的功能，均可實現使開關電源的輸出電壓在一定範圍內得到改變的目的。
權利要求
1.一種開關電源電壓可調控輸出的方法，為開關電源的取樣誤差放大電路增加外部控制功能，可從外部對取樣電壓或參考電壓進行改變。
2.一種可調控輸出電壓的開關電源，包括輸入整流濾波電路(1)，開關變壓器(2)，輸出整流濾波電路(3)，脈寬調製(PWM)功率控制電路4，光電耦合器(5)，其連接關係是輸入整流濾波電路(1)的輸入端接交流電源輸入，其輸出端與開關變壓器(2)相連；開關變壓器(2)的電源輸入端與輸入整流濾波電路(1)相連，其控制輸入端與脈寬調製(PWM)功率控制電路(4)相連，其輸出端接至輸出整流濾波電路(3)；輸出整流濾波電路(3)的輸入端接至開關變壓器(2)，其輸出端與誤差放大電路(6)的取樣輸入端相連；光電耦合器(5)的輸入端與誤差放大電路(6)相連，其輸出接至脈寬調製(PWM)功率控制電路4；脈寬調製(PWM)功率控制電路(4)的輸入端與光電耦合器(5)相連，其輸出端與開關變壓器(2)相連，其特徵在於還包括帶外部控制輸入的誤差放大電路(6)，其作用在於對輸出整流濾波電路(3)輸出的直流電壓進行取樣，並將取樣電壓與參考電壓相比較，兩者的誤差電壓經放大後輸出至光電耦合器5，並可根據外部控制輸入改變開關電源輸出電壓的取樣值或與誤差電壓比較的參考電壓值。
3.根據權利要求2所述的一種可調控輸出電壓的開關電源，其特徵在於由電阻R1至R6及可調電位器RP、穩壓二極體DW及運算放大器A構成誤差放大電路，其輸入端與輸出端整流濾波電路的輸出端相連，其輸出與光電耦合器相連；光電耦合器的輸出接至脈寬調製(PWM)功率控制電路；外部控制可施加於電位器RP，進而改變輸入至運算放大器A反相端的取樣電壓值。
4.根據權利要求2所述的一種可調控輸出電壓的開關電源，其特徵在於所述的誤差放大電路包括電阻R1、R2構成固定分壓迴路，其對輸出電壓V0的取樣電壓接入三極體TR0的基極；穩壓管DW0、DW1、DW2構成參考電壓迴路，由DW1、DW2形成的參考電壓依據控制三極體TR1、TR2的狀態分別接入取樣放大三極體TR0的發射極。
全文摘要
本發明根據開關電源的技術特點，為開關電源的取樣誤差放大電路增加外部控制功能，其基本思路就是可從外部對取樣電壓或參考電壓進行改變，進而實現改變輸出電壓的目的，其實質就是取樣電壓值或參考電壓值可隨外部控制而改變。
文檔編號H02M3/28GK1713500SQ20041002436
公開日2005年12月28日 申請日期2004年6月14日 優先權日2004年6月14日
發明者林耀亮, 曾慶將, 胥進舟, 張鷹 申請人:廈門華僑電子企業有限公司