改善瞬態特性的電源控制裝置的製作方法
2023-11-10 15:55:22 1
專利名稱：改善瞬態特性的電源控制裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電源控制裝置，特別是一種利用開關電源的輸出電壓跳動或恆流源的輸出電流跳動來作為反饋變量，不經過PID調節器而直接調整開關電源的輸出電壓或恆流源的輸出電流，以達到改善開關電源輸出電壓由於負載的變化而引起的跳變幅度或恆流源在改變電流輸出時而引起的電流跳變幅度的電源控制裝置。
圖1是已有的開關電源電流型控制裝置的原理圖。它由變壓器T1、開關管Q1、二極體D1、D2、電感L1和電容C1形成一隔離輸出的單端正激開關電源的主功率迴路和由電壓誤差放大器U1、電流比較器U2、時鐘、R-S觸發器及電容C2、C3和電阻R1、R2、R3組成的控制電路構成，該開關電源的輸出經電壓取樣電路送給電壓誤差放大器U1的反向輸入端，與參考電壓相比較，來控制開關電源的工作佔空比，達到穩壓的目的，R1為電流取樣，R2、C2為濾波電路，它們與電流比較器U2一起組成電流反饋環。
開關電源的控制裝置除了電流型外，還有電壓型控制方式，其原理如圖2所示。它由變壓器T1、開關管Q1、二極體D1、D2、電感L1和電容C1形成開關電源的主功率迴路和由電壓誤差放大器U1、PWM比較器U2、驅動器、三角波振蕩器、電容C3和電阻R3組成的控制電路構成。該開關電源的輸出電壓經取樣電路取樣後接到電壓誤差放大器U1的反向輸入端，與參考電壓比較放大，放大後的誤差信號與接在PWM比較器U2反向輸入端的三角波比較，改變驅動佔空比，達到穩壓的目的。
開關電源的輸出電壓在負載突變時的跳變幅度與輸出的濾波電容容量、輸出電源線的長度以及電源的內阻有直接的關係，輸出濾波電容越大，電源的內阻越小，輸出電壓的跳變幅度也越小，因此通常情況下，是利用加大輸出濾波電容的辦法來減小輸出電壓的跳變幅度，但有時開關電源受到結構、體積、成本以及其他因素的影響，輸出濾波電容不可能加的太大，有時效果也不太明顯。
本實用新型的思想就是利用電容的隔直作用將輸出電壓或輸出電流的瞬間跳變取出來進行負反饋。
本實用新型提出的一種改善瞬態特性的電源控制裝置，包括由變壓器T1、開關管Q1、二極體D1、D2，電感L1和電容C1形成的隔離輸出的單端正激開關電源的主功率迴路和由電壓誤差放大器U1、電流比較器U2、時鐘、R-S觸發器及電容C3、電阻R3、電容C2、電阻R2、R1組成的控制電路，其中所述電壓誤差放大器U1的正輸入端接參考電壓，其輸出端接所述電流比較器U2的正輸入端，U2的輸出端接R-S觸發器的R端，時鐘接R-S觸發器的S端，R-S觸發器的Q端接開關管Q1的基極，Q1的集電極接變壓器T1的原邊，變壓器T1的副邊一端接地，另一端接二極體D1的正極，二極體D1的負極接電感L1和電容C1並以L1和C1之間的連接點為輸出端，電容C1的另一端接地，二極體D2的正極接地，負極與二極體D1的負極相連；電容C3與電阻R3串聯後接在電壓誤差放大器U1的負輸入端與所述輸出端之間；Q1的發射極通過電阻R1接地，在電流比較器U2的負輸入端與Q1的發射極之間，接有電阻R2，電流比較器U2的負輸入端還通過電容C2接地；還包括位於輸出端與電壓誤差放大器U1的負輸入端的電壓取樣器，其特徵在於，在所述輸出端與電流比較器U2的反向輸入端之間，串聯有電阻R4和電容C4。
如上所述的改善瞬態特性的電源控制裝置，其特徵在於，在所述輸出端與電流比較器U2的反向輸入端之間，還可以採用光電耦合器G對電源輸出端進行隔離來取代電阻R4和電容C4的串聯，所述光電耦合器G的輸入端通過電阻R17接所述輸出端，光電耦合器G的接受管的集電極接穩定電源，其發射極一方面通過電阻R18接地，另一方面經隔直電容C19、限流電阻R19接電流比較器U2的反向輸入端。
如上所述的改善瞬態特性的電源控制裝置，其特徵在於，還包括由電阻R14、R15和三極體Q3組成反向放大器，電阻R14接在三極體Q3的基極和所述輸出端之間，三極體Q3的集電極通過電容C16和電阻R16與電壓誤差放大器U1的輸出端相連，同時將穩定電源通過電阻R15接到三極體Q3的集電極上。
如上所述的改善瞬態特性的電源控制裝置，其特徵在於，在所述輸出端與電流比較器U2的正向輸入端之間，還可以採用光電耦合器G與電源輸出端進行隔離來取代所述反向放大器、電容C16和電阻R16；所述光電耦合器G的輸入端通過電阻R17接所述輸出端，光電耦合器G中接受管的發射極接地，光電耦合器G接受管的集電極一方面通過電阻R20接穩壓電源，另一方面經隔直電容C19和限流電阻R19接到電壓誤差放大器U1的輸出端。
由以上所述可見，本實用新型提出的改善電源瞬態特性的電源控制裝置，利用電容的隔直作用將輸出電壓或輸出電流的瞬間跳變取出來作為主要的反饋變量，經過實驗證明，較好地改善了開關電源輸出電壓由於負載的變化而引起的跳變幅度而引起的電流跳變幅度。
圖2是已有的開關電源電壓型控制方式的原理圖。
圖3是本實用新型實施例1--電流型控制方式的電源控制裝置原理圖。
圖4是本實用新型實施例2--電壓型控制方式的電源控制裝置原理圖。
圖5是本實用新型實施例3--控制電路與電流型開關電源輸出需要隔離時的光電耦合器電路圖。
圖6是本實用新型實施例4--控制電路與電壓型開關電源輸出需要隔離時的光電耦合器電路圖。
為了解決圖1開關電源由負載突變而產生的輸出電壓的跳變幅度過高的問題，就在圖1開關電源的基礎上，增加了電阻R4和電容C4，如圖3所示，由變壓器T1、開關管Q1、二極體D1、D2，電感L1和電容C1形成的隔離輸出的單端正激開關電源的主功率迴路和由電壓誤差放大器U1、電流比較器U2、時鐘、R-S觸發器及電容C3、電阻R3、電容C2、電阻R2、R1組成的控制電路，其中所述電壓誤差放大器U1的正輸入端接參考電壓，其輸出端接所述電流比較器U2的正輸入端，U2的輸出端接R-S觸發器的R端，時鐘接R-S觸發器的S端，R-S觸發器的Q端接開關管Q1的基極，Q1的集電極接變壓器T1的原邊，變壓器T1的副邊一端接地，另一端接二極體D1的正極，二極體D1的負極接電感L1和電容C1並以L1和C1之間的連接點為輸出端，電容C1的另一端接地，二極體D2的正極接地，負極與二極體D1的負極相連；電容C3與電阻R3串聯後接在電壓誤差放大器U1的負輸入端與所述輸出端之間；Q1的發射極通過電阻R1接地，在電流比較器U2的負輸入端與Q1的發射極之間，接有電阻R2，電流比較器U2的負輸入端還通過電容C2接地；還包括位於輸出端與電壓誤差放大器U1的負輸入端的電壓取樣器，其特徵在於，在所述輸出端與電流比較器U2的反向輸入端之間，串聯有電阻R4和電容C4。
如果負載突變引起輸出電壓跳變，通過電容C4的隔直作用，將輸出電壓的跳變取出，通過限流電阻R4反饋給電流比較器U2的反向輸入端，利用電流比較器的U2快速反應特性，直接改變開關電源的工作佔空比，達到減小輸出電壓跳變幅度的目的。
圖4是本實用新型實施例2，包括由變壓器T1、開關管Q1、二極體D1、D2，電感L1和電容C1形成的隔離輸出的單端正激開關電源的主功率迴路和由電壓誤差放大器U1、電流比較器U2、驅動器、振蕩器、電容C3和電阻R3組成的控制電路，其中所述電壓誤差放大器U1的正輸入端接參考電壓，其輸出端接所述電流比較器U2的正輸入端，U2的輸出端接驅動器的輸入端，驅動器的輸出端接開關管Q1的基極，Q1的集電極接變壓器T1的原邊，變壓器T1的副邊一端接地，另一端接二極體D1的正極，二極體D1的負極接電感L1和電容C1並以L1和C1之間的連接點為輸出端，電容C1的另一端接地，二極體D2的正極接地，負極與二極體D1的負極相連；電容C3與電阻R3串聯後接在電壓誤差放大器U1的負輸入端與輸出端之間；在電流比較器U2的負輸入端，接有振蕩器；電壓取樣器位於輸出端與電壓誤差放大器U1的負輸入端之間，其特徵在於，還包括由電阻R14、R15和三極體Q3組成反向放大器，電阻R14接在三極體Q3的基極和所述輸出端之間，三極體Q3的集電極通過電容C16和電阻R16與電壓誤差放大器U1的輸出端相連，同時將穩定電源通過電阻R15接到三極體Q3的集電極上。
其改進主要是將R14、R15、Q3組成反向放大器，將輸出的電壓跳變反向放大後，經隔直電容C16隔直，電阻R16限流，疊加在電壓誤差放大器U1的輸出端，直接調整電源的工作佔空比，從而可以大大減小輸出電壓的跳變幅度。
以上所介紹的均是控制電路與輸出非隔離的情況，在控制電路與輸出需要隔離時，可採用光電耦合器進行隔離，如圖5、圖6所示在圖5中，電阻R17接到輸出電壓輸出端，光電耦合器G的接受管的集電極接穩定電源，如控制電路的VREF或VCC，通過光電耦合器G將輸出電壓的跳變耦合到電阻R18上，經電容C19隔直，電阻R19的限流，接到電流比較器U2的反向輸入端，圖6中，電阻R17接到輸出電壓輸出端，光電耦合器G的接受管的集電極通過R18接穩定電源經電容C19隔直，電阻R19的限流，接到電壓誤差放大器U1的輸出端。
權利要求1.一種改善瞬態特性的電源控制裝置，包括由變壓器T1、開關管Q1、二極體D1、D2，電感L1和電容C1形成的隔離輸出的單端正激開關電源的主功率迴路和由電壓誤差放大器U1、電流比較器U2、時鐘、R-S觸發器及電容C3、電阻R3、電容C2、電阻R2、R1組成的控制電路，其中所述電壓誤差放大器U1的正輸入端接參考電壓，其輸出端接所述電流比較器U2的正輸入端，U2的輸出端接R-S觸發器的R端，時鐘接R-S觸發器的S端，R-S觸發器的Q端接開關管Q1的基極，Q1的集電極接變壓器T1的原邊，變壓器T1的副邊一端接地，另一端接二極體D1的正極，二極體D1的負極接電感L1和電容C1並以L1和C1之間的連接點為輸出端，電容C1的另一端接地，二極體D2的正極接地，負極與二極體D1的負極相連；電容C3與電阻R3串聯後接在電壓誤差放大器U1的負輸入端與所述輸出端之間；Q1的發射極通過電阻R1接地，在電流比較器U2的負輸入端與Q1的發射極之間，接有電阻R2，電流比較器U2的負輸入端還通過電容C2接地；還包括位於輸出端與電壓誤差放大器U1的負輸入端的電壓取樣器，其特徵在於，在所述輸出端與電流比較器U2的反向輸入端之間，串聯有電阻R4和電容C4。
2.根據權利要求1所述的改善瞬態特性的電源控制裝置，其特在於，在所述輸出端與電流比較器U2的反向輸入端之間，還可以採用光電耦合器G對電源輸出端進行隔離來取代電阻R4和電容C4的串聯，所述光電耦合器G的輸入端通過電阻R17接所述輸出端，光電耦合器G的接受管的集電極接穩定電源，其發射極一方面通過電阻R18接地，另一方面經隔直電容C19、限流電阻R19接電流比較器U2的反向輸入端。
3.根據權利要求1所述的改善瞬態特性的電源控制裝置，其特徵在於，還包括由電阻R14、R15和三極體Q3組成反向放大器，電阻R14接在三極體Q3的基極和所述輸出端之間，三極體Q3的集電極通過電容C16和電阻R16與電壓誤差放大器U1的輸出端相連，同時將穩定電源通過電阻R15接到三極體Q3的集電極上。
4.根據權利要求1或2所述的改善瞬態特性的電源控制裝置，其特徵在於，在所述輸出端與電流比較器U2的正向輸入端之間，還可以採用光電耦合器G與電源輸出端進行隔離來取代所述反向放大器、電容C16和電阻R16；所述光電耦合器G的輸入端通過電阻R17接所述輸出端，光電耦合器G中接受管的發射極接地，光電耦合器G接受管的集電極一方面通過電阻R20接穩壓電源，另一方面經隔直電容C19和限流電阻R19接到電壓誤差放大器U1的輸出端。
專利摘要一種改善電源瞬態特性的電源裝置，包括開關電源和恆流源，其技術關鍵是利用電容的隔直作用將開關電源的輸出電壓跳變或恆流源的輸出電流跳變取出來進行負反饋，不經過PID調節器而直接調整開關電源的輸出電壓或恆流源的輸出電流，以改善開關電源輸出電壓由於負載的變化而引起的跳變幅度或恆流源在改變電流輸出時而引起的電流跳變幅度。
文檔編號G05F1/10GK2522908SQ0121007
公開日2002年11月27日 申請日期2001年1月5日 優先權日2001年1月5日
發明者郭宇, 吳永釗 申請人:深圳市中興通訊股份有限公司