一种数字反馈的开关电源恒流输出控制电路的制作方法

1.本发明涉及开关电源技术领域，尤其涉及了一种数字反馈的开关电源恒流输出控制电路。


背景技术：

2.开关电源产品因其体积小、重量轻、高功率转换效率等特点，已经被广泛应用。例如，该产品应用于工业自动化与控制设备、军事设备、科研设备、led照明、工业设备、通讯设备、机电设备、仪器仪表设备、医疗设备、半导体制冷和加热设备、空气净化器、电冰箱、液晶显示屏、视听产品、计算机机箱、数码产品等领域中。
3.开关电源通常主要由开关控制器和功率级电路组成，开关控制器通过控制功率级电路中的主功率管的开关状态，使开关电源输出基本恒定输出信号供给负载，即可以使得开关电源的输出能够达到恒压/恒流输出。例如当所述负载为led灯时，开关电源输出恒流信号，以驱动led灯正常工作。所述开关控制器通常具有次边反馈控制系统和原边反馈控制系统，其中，所谓原边反馈控制系统，只采用电源变换器原边的专用集成电路(即专用控制器芯片)就能实现对输出电压的恒压恒流控制，例如当开关电源应用于驱动发光二极管时，恒流输出可以保证发光二极管的亮度保持恒定。
4.传统的原边反馈控制系统的控制电路采用反激式变换器磁学技术，输出电流io是次级线圈电流is的平均值：io＝is_avg；is_avg*t＝is_pk*tons/2；is_avg＝is_pk*tons/(2t)；次级线圈电流is可由初级线圈电流ip控制：is_pk/ipk＝np/ns；is_pk＝ipk*np/ns；其中，ipk：初级线圈电流峰值；is_pk：次级线圈电流峰值；tons：次级线圈放电时间；t：周期时间；np：初级线圈匝数；ns：次级线圈匝数；ip：初级线圈电流；is：次级线圈电流；io：输出电流。从而，输出电流io可由初级线圈电流峰值、线圈的匝数比、次级线圈放电时间和周期时间来表示：io＝(1/2)*(tons/t)*(np/ns)ipk。
5.因此，传统反激式变换电路的缺陷主要有：初级线圈电流峰值ipk受输入电压、初级线圈电感量影响精度差，初级线圈无法准确采样次级线圈放电时间tons，初级线圈电流峰值ipk和次级线圈放电时间tons不准确导致输出电流io的精度下降。


技术实现要素：

6.针对现有技术存在的不足，本发明的目的就在于提供了一种数字反馈的开关电源恒流输出控制电路，解决传统的原边反馈控制系统原边反馈时由输入电压和初级线圈电感量引起的初级电流的变化和初级采样放电时间不准确导致恒流精度差的问题。
7.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种数字反馈的开关电源恒流输出控制电路，包括：
8.反激式变压器，所述反激式变压器具有初级输入端、初级输出端和次级输出端，所述初级输入端连接有给反激式变压器提供初级输入电源的输入电路；
9.待负载接口，所述待负载接口与次级输出端并接，用于提供充电电源；
10.隔离式数字反馈电路，所述隔离式数字反馈电路包括次级采样电阻、放大器、比较器、编码器、隔离式数字反馈器，所述次级采样电阻串接于待负载接口与次级输出端之间，次级采样电阻的采样电压输入放大器的输入端，放大器的输出端依次串接比较器、编码器、隔离式数字反馈器；
11.反激式开关电源控制芯片，所述隔离式数字反馈器的输出端连接于所述反激式开关电源控制芯片上；所述反激式开关电源控制芯片与初级输入端、初级输出端连接，用于使所述次级输出端的待负载接口输出恒定电流值。
12.作为一种优选方案，所述输入电路为原边反馈系统的输入电路，该输入电路包括依次连接的交流输入模块、初级整流模块、初级输入滤波模块。
13.作为一种优选方案，所述次级输出端包含有次级输出滤波模块，所述初级输出端包含有初级输出滤波模块。
14.作为一种优选方案，所述次级采样电阻与待负载接口之间的节点与放大器的同相输入端相连接，次级采样电阻与次级输出端之间的节点与放大器的反相输入端相连接；所述放大器的输出端与比较器的正向输入端相连接，比较器的反相输入端设置有参考电压，比较器的输出端经过编码器向隔离式数字反馈器输出信号。
15.作为一种优选方案，所述反激式开关电源控制芯片的电压采样端与隔离式数字反馈器相接；反激式开关电源控制芯片的电流反馈输入端与初级输出端之间串接有第二初级采样电阻，电流反馈输入端与第二初级采样电阻之间的节点与接地端串接第一初级采样电阻；反激式开关电源控制芯片的初级控制信号供电源与输入电路相接；反激式开关电源控制芯片的输出端与初级输入端之间连接有初级开关晶体管，所述初级开关晶体管的基极与反激式开关电源控制芯片的输出端相连接，初级开关晶体管的发射极连接到初级输入端，初级开关晶体管的的集电极与接地端之间串接有电流调节电阻，初级开关晶体管的的集电极与电流调节电阻之间的节点与反激式开关电源控制芯片的电流检测端相接。
16.作为一种优选方案，所述编码器与隔离式数字反馈器之间设置有次级开关晶体管，所述次级开关晶体管的基极与编码器的输出端相连接，次级开关晶体管的发射极连接到接地端，次级开关晶体管的集电极与隔离式数字反馈器之间串接有泄放电阻。
17.作为一种优选方案，所述隔离式数字反馈器为光耦，所述光耦为封装为一体的发光二极管和光敏三极管，所述发光二极管为光耦的光接收端、光敏三极管为光耦的光输出端；所述光接收端与泄放电阻相接，光输出端与反激式开关电源控制芯片相接。
18.作为一种优选方案，所述待负载接口与次级输出端之间的节点与发光二极管的输入端相接，次级开关晶体管的集电极经过泄放电阻与发光二极管的输出端相接。
19.作为一种优选方案，所述光敏三极管的集电极与反激式开关电源控制芯片相接，光敏三极管的发射极接地，光敏三极管的基极耦合所述发光二极管。
20.与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明相比较于之前传统的电路，增加了包含次级采样电阻、放大器、比较器、编码器、隔离式数字反馈器等数字电路模块的隔离式数字反馈电路实恒流的调制，使输出电流更加准确，提高恒流的稳定性和精度。
附图说明
21.图1是本发明的开关电源恒流输出控制电路原理图；
22.图2是本发明中采用光耦实例的电路原理图；
23.图3是本发明中编码器向隔离式数字反馈器传输负脉冲曲线图。
具体实施方式
24.下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
25.实施例1：
26.如图1所示，一种数字反馈的开关电源恒流输出控制电路，包括：
27.反激式变压器t，所述反激式变压器t具有初级输入端ti、初级输出端to1和次级输出端to2，所述初级输入端ti连接有给反激式变压器t提供初级输入电源的输入电路；
28.待负载接口，所述待负载接口与次级输出端to2并接，用于提供充电电源vbus；
29.隔离式数字反馈电路，所述隔离式数字反馈电路包括次级采样电阻rsense、放大器、比较器、编码器、隔离式数字反馈器，所述次级采样电阻rsense串接于待负载接口与次级输出端to2之间，次级采样电阻rsense的采样电压输入放大器的输入端，放大器的输出端依次串接比较器、编码器、隔离式数字反馈器；
30.反激式开关电源控制芯片u1，所述隔离式数字反馈器的输出端连接于所述反激式开关电源控制芯片u1上；所述反激式开关电源控制芯片u1与初级输入端ti、初级输出端to1连接，用于使所述次级输出端to2的待负载接口输出恒定电流值。
31.优选的，所述输入电路为原边反馈系统的输入电路，该输入电路包括依次连接的交流输入模块ac、初级整流模块、初级输入滤波模块。
32.具体的，交流输入模块ac在本实施例中采用市电，初级整流模块是把交流电能转换为直流电能的电路，初级输入滤波模块采用有源滤波电路，这些均为本领域的技术人员公知常识，这里不再一一赘述。
33.更为优选的，所述次级输出端to2包含有次级输出滤波模块，所述初级输出端to1包含有初级输出滤波模块。
34.具体的，次级输出滤波模块、初级输出滤波模块也采用有源滤波电路，为本领域的技术人员公知常识，这里不再一一赘述。
35.优选的，所述次级采样电阻rsense与待负载接口之间的节点与放大器的同相输入端相连接，次级采样电阻rsense与次级输出端to2之间的节点与放大器的反相输入端相连接；所述放大器的输出端与比较器的正向输入端相连接，比较器的反相输入端设置有参考电压，比较器的输出端经过编码器向隔离式数字反馈器输出信号。
36.具体的，在比较器的反向输入端设置有参考电压v
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，将脉冲信号固定在指定电压值上，并保持原波形形状不变。
37.更为优选的，所述反激式开关电源控制芯片u1的电压采样端vr与隔离式数字反馈器相接；反激式开关电源控制芯片u1的电流反馈输入端fb与初级输出端to1之间串接有第二初级采样电阻r2，电流反馈输入端fb与第二初级采样电阻r2之间的节点与接地端串接第一初级采样电阻r1；反激式开关电源控制芯片u1的初级控制信号供电源vdd与输入电路相接；反激式开关电源控制芯片u1的输出端与初级输入端ti之间连接有初级开关晶体管mos1，所述初级开关晶体管mos1的基极与反激式开关电源控制芯片u1的输出端相连接，初
级开关晶体管mos1的发射极连接到初级输入端ti，初级开关晶体管mos1的的集电极与接地端之间串接有电流调节电阻rcs，初级开关晶体管mos1的的集电极与电流调节电阻rcs之间的节点与反激式开关电源控制芯片u1的电流检测端cs相接。
38.更为具体的，如图3所示，反激式变压器t的次级线圈通过次级采样电阻rsense采样，采样电压输入放大器放大，放大器输出到比较器负极通过比较器将放大器的输出端电位钳位在参考电压v
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，当输出电流io变大时次级采样电阻rsense电压增加，放大器的输出端电压大于参考电压v
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，编码器向隔离式数字反馈器输出信号0，产生周期为t0的负脉冲，初级开关晶体管mos1导通占空比降低，实现减小输出电流io。同理，当输出电流io变小时，次级采样电阻rsense电压减小，放大器的输出端电压小于参考电压v
ref_cs
，编码器输出信号1，产生周期为2t0的负脉冲，初级开关晶体管mos1导通占空比增大，实现增大输出电流io。
39.实施例2：
40.在实施例1的基础上，本实施例中隔离式数字反馈器采用光耦作为本发明数字反馈的开关电源恒流控制电路的一种实现形式，如图2所示，所述编码器与隔离式数字反馈器之间设置有次级开关晶体管mos2，所述次级开关晶体管mos2的基极与编码器的输出端相连接，次级开关晶体管mos2的发射极连接到接地端，次级开关晶体管mos2的集电极与隔离式数字反馈器之间串接有泄放电阻r6。
41.具体的，采用次级开关晶体管mos2为n沟道mos管，而串接有泄放电阻r6的作用，是为了发送数字编码信号，驱动隔离式数字反馈器。
42.更为具体的，在比较器设置参考电压v
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主要是为了实现高精度恒流。
43.优选的，所述隔离式数字反馈器为光耦，所述光耦为封装为一体的发光二极管d8和光敏三极管q1，所述发光二极管d8为光耦的光接收端、光敏三极管q1为光耦的光输出端；所述光接收端与泄放电阻r6相接，光输出端与反激式开关电源控制芯片u1的电压采样端vr相接。
44.具体的，光耦的主要优点是：信号单向传输，光接收端与光输出端完全实现了电气隔离，输出信号对光接收端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。在本实施例中，利用光耦可构成反馈电路，通过调节控制端电流来改变占空比，达到精密稳压目的，实现信号接收转移。
45.更为优选的，所述次级采样电阻rsense与次级输出端to2之间的节点与发光二极管d8的输入端相接，次级开关晶体管mos2的集电极经过泄放电阻r6与发光二极管d8的输出端相接。
46.更为优选的，所述光敏三极管q1的集电极与反激式开关电源控制芯片u1相接，光敏三极管q1的发射极接地，光敏三极管q1的基极耦合所述发光二极管d8。
47.具体的，在本实施例中输出电流io表达式为：io＝v
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/(a*rsense)；其中v
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为比较器的参考电压v
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，a为放大器增益，rsense为采样电阻值。
48.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种数字反馈的开关电源恒流输出控制电路，其特征在于，包括：反激式变压器，所述反激式变压器具有初级输入端、初级输出端和次级输出端，所述初级输入端连接有给反激式变压器提供初级输入电源的输入电路；待负载接口，所述待负载接口与次级输出端并接，用于提供充电电源；隔离式数字反馈电路，所述隔离式数字反馈电路包括次级采样电阻、放大器、比较器、编码器、隔离式数字反馈器，所述次级采样电阻串接于待负载接口与次级输出端之间，次级采样电阻的采样电压输入放大器的输入端，放大器的输出端依次串接比较器、编码器、隔离式数字反馈器；反激式开关电源控制芯片，所述隔离式数字反馈器的输出端连接于所述反激式开关电源控制芯片上；所述反激式开关电源控制芯片与初级输入端、初级输出端连接，用于使所述次级输出端的待负载接口输出恒定电流值。2.根据权利要求1所述的一种数字反馈的开关电源恒流输出控制电路，其特征在于：所述输入电路为原边反馈系统的输入电路，该输入电路包括依次连接的交流输入模块、初级整流模块、初级输入滤波模块。3.根据权利要求1所述的一种数字反馈的开关电源恒流输出控制电路，其特征在于：所述次级输出端包含有次级输出滤波模块，所述初级输出端包含有初级输出滤波模块。4.根据权利要求1所述的一种数字反馈的开关电源恒流输出控制电路，其特征在于：所述次级采样电阻与待负载接口之间的节点与放大器的同相输入端相连接，次级采样电阻与次级输出端之间的节点与放大器的反相输入端相连接；所述放大器的输出端与比较器的正向输入端相连接，比较器的反相输入端设置有参考电压，比较器的输出端经过编码器向隔离式数字反馈器输出信号。5.根据权利要求1所述的一种数字反馈的开关电源恒流输出控制电路，其特征在于：所述反激式开关电源控制芯片的电压采样端与隔离式数字反馈器相接；反激式开关电源控制芯片的电流反馈输入端与初级输出端之间串接有第二初级采样电阻，电流反馈输入端与第二初级采样电阻之间的节点与接地端串接第一初级采样电阻；反激式开关电源控制芯片的初级控制信号供电源与输入电路相接；反激式开关电源控制芯片的输出端与初级输入端之间连接有初级开关晶体管，所述初级开关晶体管的基极与反激式开关电源控制芯片的输出端相连接，初级开关晶体管的发射极连接到初级输入端，初级开关晶体管的的集电极与接地端之间串接有电流调节电阻，初级开关晶体管的的集电极与电流调节电阻之间的节点与反激式开关电源控制芯片的电流检测端相接。6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种数字反馈的开关电源恒流输出控制电路，其特征在于：所述编码器与隔离式数字反馈器之间设置有次级开关晶体管，所述次级开关晶体管的基极与编码器的输出端相连接，次级开关晶体管的发射极连接到接地端，次级开关晶体管的集电极与隔离式数字反馈器之间串接有泄放电阻。7.根据权利要求6所述的一种数字反馈的开关电源恒流输出控制电路，其特征在于：所述隔离式数字反馈器为光耦，所述光耦为封装为一体的发光二极管和光敏三极管，所述发光二极管为光耦的光接收端、光敏三极管为光耦的光输出端；所述光接收端与泄放电阻相接，光输出端与反激式开关电源控制芯片相接。8.根据权利要7所述的一种数字反馈的开关电源恒流输出控制电路，其特征在于：所述
待负载接口与次级输出端之间的节点与发光二极管的输入端相接，次级开关晶体管的集电极经过泄放电阻与发光二极管的输出端相接。9.根据权利要8所述的一种数字反馈的开关电源恒流输出控制电路，其特征在于：所述光敏三极管的集电极与反激式开关电源控制芯片相接，光敏三极管的发射极接地，光敏三极管的基极耦合所述发光二极管。10.根据权利要9所述的一种数字反馈的开关电源恒流输出控制电路，其特征在于：所述待负载接口的输出恒定电流io＝v
ref_cs
/(a*rsense)；其中，v
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为比较器的参考电压，a为放大器增益，rsense为次级采样电阻值。

技术总结
本发明公开了一种数字反馈的开关电源恒流输出控制电路，包括：反激式变压器，所述反激式变压器具有初级输入端、初级输出端和次级输出端；待负载接口，所述待负载接口与次级输出端并接，用于提供充电电源；隔离式数字反馈电路，所述隔离式数字反馈电路包括次级采样电阻、放大器、比较器、编码器、隔离式数字反馈器；反激式开关电源控制芯片，所述隔离式数字反馈器的输出端连接于所述反激式开关电源控制芯片上；所述反激式开关电源控制芯片与初级输入端、初级输出端连接，用于使所述次级输出端的待负载接口输出恒定电流值。本发明解决传统的原边反馈时由输入电压和初级线圈电感量引起的初级电流的变化和初级采样放电时间不准确导致恒流精度差的问题。导致恒流精度差的问题。导致恒流精度差的问题。


技术研发人员：杭金华 王春红 刘万乐
受保护的技术使用者：苏州美思迪赛半导体技术有限公司
技术研发日：2021.11.05
技术公布日：2022/3/7