专利名称：隔离式反馈电源反馈控制方法及隔离式反馈电源的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子技术领域，尤指一种用于提高隔离式反馈电源带宽的隔离式反馈电源反馈控制方法及隔离式反馈电源。
背景技术：
隔离电源是开关电源技术中常见的一类电源，通常有交流-直流(ACDC)或者直流-直流(DCDC)等隔离电源。图1是其中一种拓扑的隔离反馈电源的电路结构示意图。如图1所示，该隔离反馈电源输入电压V1的输入端和输出电压V。ut输出端，通过变压器隔离。电源控制芯片(IC)通过调整开关管Ql的导通占空比，来控制变压器中的能量从初级(输入端)传输到次级(输出端)的大小。为了保证隔离式反馈电源的输出电压稳定，需要对输出电压V。ut进行采样，并通过隔离式的反馈方式反馈到电源控制芯片中。图1中所示的在电器上隔离的光电耦合器件(简称光耦)就是为了实现上述采样而设置。该光耦的初级(a、k端)采用发光二极管，次级(c、e端)采用感光三极管，a、k端和c、e端不存在电气上的连接，电气上是隔离的。在光耦的初级，对输出电压V。ut采样后，经电阻R3和R4分压后，线性转化为流过出初级a、k两端之间的电流Iak，a、k两端之间流过的Iak电流产生光亮给感光三极管。在光耦的次级，在感光三极管的c、e两端加电压V2后，在c、e两端间形成电流I。e，流过光耦次级的电流Ire通过接地的电阻Rl形成电源控制芯片FB脚的电压VFB。而Iak和Ice在光耦工作在放大区时是呈线性比例关系的，因此，从输出端采样得到的电压V。ut和电源控制芯片FB脚的电压Vfb也成线性比例关系，从而实现了输出端采样电压到电源控制芯片管脚电压的隔离反馈。上述对传统的隔离式反馈电源电路的输出电压进行采样的等效原理示意图如图2所示。包括如下过程1.对输出电压进行采样。获取采样点的电压V。ut。2.将采样得到的电压转化为电流。该步骤中将从输出端采样得到的电压V。ut，通过LT431或搭建的具有相同功能的电路输出为成线性关系的流过光耦初级的电流。3.通过光耦实现电流-光电流的隔离转换。4.光耦次级得到输出电流。由于光耦次级具有的较大的容性，使得次级输出的电流受到光耦本身的容性的影
响。其对输出电流的作用类似与RC滤波电路的作用，如图2中所示，信号频率高于1/2UC增
益将很大程度上被电容C(即光电耦合器件本身的等效电容Cl)滤掉。由于光电耦合器器件本身具有的固有容性的存在，使得光耦部分的电路等效于图3所示的电路。图3中电容Cl是由于光耦本身容性形成的光耦的c、e两端之间的等效电容，当电压变化时，光耦次级的电流I。e需要对电容进行充放电，那么c、e两端之间的电流的 化将完全被电容C1滤波掉，那么FB脚电压的变化将不能反映a、k两段之间的电流变化，从 而导致FB脚电压的变化不能与采样电压的变化成线性比例关系，使得光耦的带宽受到了 光耦本身容性的限制。5.光耦次级的电流到电压的转换。光耦次级的电流经接地电阻转化为电源控制芯片FB脚的电压。可见，上述现有的隔离式反馈电源电路，由于其反馈通路中存在类似于滤波电路 的容性的影响，光耦次级c、e两端之间的电流需要对其等效电容进行充放电，导致c、e两端 的电流被等效电容消耗掉，使得输出到FB端的电压的变化不能反映a、k两段之间输入端电 流的变化，从而使得采样反馈电路的带宽受到了限制，使得隔离式反馈电源的动态响应不 高。也就是说光耦的等效电容对隔离式反馈电源反馈通路的影响非常大，为了减少光耦容 性的影响，得到额定的动态响应需要，需要在电源的输出端并联更多的电容，同时必须选择 高速光耦，但其效果也并不明显。且并联电容和高速光耦的使用成本很高，同时会造成隔离 式反馈电源电路的体积很大。
发明内容
本发明提供一种隔离式反馈电源反馈控制方法及隔离式反馈电源，用以解决现有 技术中存在的光电耦合器件容性影响隔离式反馈电源的反馈通路的带宽，造成动态响应不 高的问题。本发明包括如下内容一种隔离式反馈电源，包括变压器、采样电路、光电耦合器件、调整电路，还包括 镜像电流电路和分压电阻；所述采样电路，用于对变压器输出端的电压进行采样，并转化为光电耦合器件初 级的输入电流；所述光电耦合器件，用于将初级的输入电流转化为次级的输出电流；所述分压电阻，与光电耦合器件的次级一端、所述调整电路相连，用于将所述光电 耦合器件次级的输出电流转化为所述调整电路的管脚电压；所述镜像电流电路，与光电耦合器件的次级另一端、所述调整电路相连，用于维持 所述光电耦合器件初级的输入电流与次级的输出电流成线性比例关系；所述调整电路，一端与镜像电流电路、分压电阻相连，另一端与所述变压器的输入 端相连，用于根据所述管脚电压对变压器输入端向输出端传递能量的大小进行调整。一种隔离式反馈电源反馈控制的方法，包括采样电路对变压器输出端的电压进行采样，并转化为光电耦合器件初级的输入电 流；初级的输入电流通过光电耦合器件产生次级的输出电流，且通过与光电耦合器件 次级连接的镜像电流电路维持所述光电耦合器件初级的输入电流与次级的输出电流成线 性比例关系；通过与光电耦合器件次级连接的镜像电流电路和分压电阻，将所述次级的输出电 流转化为与镜像电流电路相连接的调整电路的管脚电压；
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所述调整电路根据所述管脚电压对变压器输入端向输出端传递能量的大小进行调整。本发明有益效果如下本发明提供的隔离式反馈电源反馈控制方法及隔离式反馈电源，该电源包括变压 器、采样电路、光电耦合器件、调整电路、镜像电流电路和分压电阻；所述采样电路，用于对 变压器输出端的电压进行采样，并转化为光电耦合器件初级的输入电流；所述光电耦合器 件，用于将初级的输入电流转化为次级的输出电流；所述分压电阻，与光电耦合器件的次级 一端、所述调整电路相连，用于将所述光电耦合器件次级的输出电流转化为所述调整电路 的管脚电压；所述镜像电流电路，与光电耦合器件的次级另一端、所述调整电路均相连，用 于维持所述光电耦合器件初级的输入电流与次级的输出电流成线性比例关系；所述调整电 路，一端与镜像电流电路、分压电阻相连，另一端与所述变压器的输入端相连，用于根据所 述管脚电压对变压器输入端向输出端传递能量的大小进行调整。通过镜像电流电路维持光 电耦合器件初级的输入电流和次级的输出电流呈线性比例关系，从而保证调整电路的管脚 电压与采样电压呈线性比例关系，提高了反馈电路的带宽，该方式实现成本低、可靠性高， 且能够有效的提高高频增益带宽。
图1为现有技术中隔离式反馈电源的电路结构示意图；图2为现有技术中隔离式开关电源隔离反馈的原理示意图；图3为现有技术中隔离式开关电源光耦部分的等效电路示意图；图4为本申请实施例中隔离式开关电源的结构示意图；图5为本申请实施例中隔离式开关电源的一个具体结构示例图；图6为本申请实施例中隔离式开关电源隔离反馈的原理示意图；图7为本申请实施例中镜像电流电路的工作原理示意图。
具体实施例方式针对上述现有技术中存在的光电耦合器件自身容性影响隔离式反馈电源反馈电 路带宽的问题，本申请实施例提供一种隔离式反馈电源，在光电耦合器件的次级与调整电 路的电源控制芯片之间连接镜像电流电路和分压电阻，以避免光电耦合器件自身容性对输 出到电源控制芯片管脚的电压的影响，提高隔离式反馈电源反馈电路的带宽。该隔离式反 馈电源的结构如图4所示，包括变压器、采样电路、光电耦合器件、镜像电流电路、分压电 阻和调整电路。采样电路，用于对变压器输出端的电压进行采样，并转化为光电耦合器件初级的 输入电流。光电耦合器件，用于将初级的输入电流转化为次级的输出电流。分压电阻，与光电耦合器件的次级一端、调整电路相连，用于将光电耦合器件次级 的输出电流转化为调整电路的管脚电压。镜像电流电路，与光电耦合器件的次级另一端、调整电路均相连，用于维持光电耦 合器件初级的输入电流与次级的输出电流成线性比例关系。
调整电路，一端与镜像电流电路、分压电阻相连，另一端与变压器的输入端相连， 用于根据管脚电压对变压器输入端向输出端传递能量的大小进行调整。如图5所示为图4所示的隔离式反馈电源的一个具体的电路结构示例。图5所示的隔离式反馈电源，其变压器输入端输入电压为V1、输出端输出电压为
V0uto较佳的，在变压器输出端的两个输出端子之间并联电解电容C。变压器的输出端的一个输出端子接地，未接地的一个输出端子可以串接一个二极管L2，用于保证输出端电流的单向导通。上述隔离式反馈电源的采样电路具体包括电阻R2、电阻R3、电阻R4和分流基准源L1。其中，电阻R3和电阻R4串联，且电阻R3与变压器的输出端相连，电阻R4接地；即电阻R3的一端与变压器的输出端相连，电阻R3的另一端与电阻R4相连，电阻R4接地。电阻R2和分流基准源L1串联，电阻R2与变压器的输出端相连，分流基准源L1的阳极接地，参考极与电阻R3和电阻R4相连；即电阻R2的一端与变压器的输出端相连，电阻 R2的另一端与光电耦合器件包括的发光二极管的正极(如图中所示的a端)相连，分流基 准源L1的阳极接地，阴极与光电耦合器件包括的发光二极管的负极(如图中所示的k端) 相连，参考极与电阻R3和电阻R4均相连。上述隔离式反馈电源的光电耦合器件，包括发光二极管和感光三极管。其中，串联在采样电路中的发光二极管的正极和负极构成光电耦合器件的初级，例如图中所示的a、k两端即为光电耦合器件的初级。感光三极管的集电极和发射极构成光电耦合器件的次级，且感光三极管的集电极与分压电阻R1相连，发射极与镜像电流电路相连。例如图中所示的c、e两端即为光电耦合 器件的次级。上述隔离式反馈电源的镜像电流电路，包括两个基极对接的NPN三极管，两个NPN三极管的发射极接地，其中，一个NPN三极管的集电极与光电耦合器件所包括的感光三 极管的发射极(如图中所示的e端)相连接，另一个NPN三极管的集电极与调整电路、分压 电阻R1相连接。其中，两个NPN三极管的基极连线处引出一条连接线连接其中一个NPN三 极管的集电极引出线。图5中是以连接到与光电耦合器件相连的NPN三极管的集电极引出 线为例的，实际布置时也可以连接到与电阻R1相连的NPN三极管的集电极引出线上。分压电阻R1 —段与调整电路中的电源控制芯片的FB管脚相连，另一端与光电耦合器件相连(如图中所示的c端)，且在与光电耦合器件的c端相连的这一端加电压V2。上述隔离式反馈电源的调整电路，包括电源控制芯片和开关管。电源控制芯片与分压电阻R1、镜像电流电路相连，用于根据管脚电压调整开关管的导通占空比。具体为电源控制芯片的反馈输入端(FB管脚)与分压电阻R1、镜像电流电 路电路中NPN三极管的集电极相连。开关管与电源控制芯片相连，用于通过改变自身的导通占空比，控制变压器输入端到输出端传递的能量大小。如图中所示的开关管Q1，其栅极与电源控制芯片相连，源极接 地、漏极与变压器输入端连接。上述图4和图5所示的隔离式反馈电源实现隔离反馈控制的原理如图6所示，该隔离式反馈电源实现反馈控制的过程如下(1)电压-电流转换
采样电路对变压器输出端的电压进行采样，并转化为光电耦合器件初级的输入电流。具体包括通过将光电耦合器件中包括的发光二极管串接在采样电路中包括的电 阻R2和分流基准源Ll之间，实现将对变压器输出端采样得到的电压转化为光电耦合器件 初级的输入电流。(2)电流-光电流隔离转换初级的输入电流Iak通过光电耦合器件产生次级的输出电流Ι。ε。光电耦合器件初级的输入电流Iak经发光二极管产生光亮，感光三极管感应到发 光二极管产生的光亮，生成输出电流1。#(3)镜像电流电路调整通过与光电耦合器件次级连接的镜像电流电路维持光电耦合器件初级的输入电 流Iak与次级的输出电流Ice成线性比例关系。具体通过两个基极对接的NPN三极管维持光电耦合器件初级的输入电流与次级 的输出电流成线性比例关系。如图7所示为镜像电流电路的工作原理示意图，其中，TO和Tl为特性完全相同 NPN三极管，由于两个NPN三极管对称布置，使得Ic和Ik趋于相等，Ic和Ik的关系就像一 面镜子，因此成为镜像电流电路。Iak经发光二极管产生光亮，感光三极管感应到发光二极管产生的光亮，生成输出 电流。根据上述原理，流过光电耦合器件的电流Ice与流过分压电阻的电流Ik是相等的， 由于分压电阻的另一端加了电压V2，使得光电耦合器件c、e两端的电压是恒定的，电流是 变化的。由于电压恒定，不需要光电耦合器件自身的等效电容充放电。光光电耦合器件上的 电流变化也以线性比例比例关系反馈到分压电阻上，从而使得输入给电源控制芯片FB脚 的电压也发生变化。经过上述改进后的隔离式反馈电源电路，可以消除光电耦合器件的差异性，使得 光电耦合器件自身容性在反馈回路中的作用消除。由于容性是反馈回路中最大的容性负 载，消除容性后可以极大的提高反馈的带宽。(4)电流-电压转换通过与光电耦合器件次级连接的镜像电流电路和分压电阻，将次级的输出电流转 化为与镜像电流电路相连接的调整电路的管脚电压。(5)电压输出给电源控制芯片由调整电路根据管脚电压对变压器输入端向输出端传递能量的大小进行调整。具 体包括调整电路根据管脚电压调整开关管的导通占空比。开关管根据调整后的导通占空比，控制变压器输入端到输出端传递的能量大小。本发明实施例提供的上述隔离式反馈电源反馈控制方法及隔离式反馈电源，在光 电耦合器件的次级连接镜像电流电路，使光电耦合器件c、e两端的电压接近恒定不变，使光电耦合器件初级的输入电流和次级的输出电流呈线性比例关系，从而保证调整电路的管 脚电压与采样电压呈线性比例关系。该隔离式反馈电源通过镜像电流电路消除了光电耦合 器件自身容性对反馈电路带宽的影响，避免了高频滤波现象的发生，提高了反馈通路的高 频增益。从而提高了反馈电路的带宽，该方式实现成本低、可靠性高，且能够有效的提高高 频增益带宽。同时以较低的成本实现了提高反馈电路的动态响应的目的，能够满足大功率 开关电源对苛刻负载动态响应的要求，有益于制造出用于特殊场合，负载响应要求更高的 大功率开关电源。 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围 之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
一种隔离式反馈电源，包括变压器、采样电路、光电耦合器件、调整电路，其特征在于，还包括镜像电流电路和分压电阻；所述采样电路，用于对变压器输出端的电压进行采样，并转化为光电耦合器件初级的输入电流；所述光电耦合器件，用于将初级的输入电流转化为次级的输出电流；所述分压电阻，与光电耦合器件的次级一端、所述调整电路相连，用于将所述光电耦合器件次级的输出电流转化为所述调整电路的管脚电压；所述镜像电流电路，与光电耦合器件的次级另一端、所述调整电路相连，用于维持所述光电耦合器件初级的输入电流与次级的输出电流成线性比例关系；所述调整电路，一端与镜像电流电路、分压电阻相连，另一端与所述变压器的输入端相连，用于根据所述管脚电压对变压器输入端向输出端传递能量的大小进行调整。
2.如权利要求1所述的隔离式反馈电源，其特征在于，所述光电耦合器件，包括发光 二极管和感光三极管；所述光电耦合器件的初级包括发光二极管的正极和负极，所述发光二极管串联在采样 电路中；所述光电耦合器件的次级包括感光三极管的集电极和发射极；所述感光三极管的集电 极与所述分压电阻相连，发射极与所述镜像电流电路相连。
3.如权利要求1所述的隔离式反馈电源，其特征在于，所述镜像电流电路，包括两个 基极对接的NPN三极管；两个所述NPN三极管的发射极接地，其中，一个NPN三极管的集电极与所述光电耦合器 件所包括的感光三极管的发射极相连接，另一个NPN三极管的集电极与所述调整电路、所 述分压电阻相连接。
4.如权利要求3所述的隔离式反馈电源，其特征在于，所述采样电路，具体包括电阻 (R2)、电阻(R3)、电阻(R4)和分流基准源；所述电阻(R2)和电阻(R3)的一端与所述变压器的输出端相连，所述电阻(R2)的另 一端与所述光电耦合器件包括的发光二极管的正极相连，所述电阻(R3)的另一端与电阻 (R4)相连，电阻(R4)接地；所述分流基准源的阳极接地，阴极与所述光电耦合器件包括的发光二极管的负极相 连，参考极与所述电阻(R3)和电阻(R4)相连。
5.如权利要求1-4任一所述的隔离式反馈电源，其特征在于，所述调整电路，包括电 源控制芯片和开关管；所述电源控制芯片，与所述分压电阻和所述镜像电流电路相连，用于根据所述管脚电 压调整开关管的导通占空比；所述开关管，与所述电源控制芯片相连，用于通过改变自身的导通占空比，控制所述变 压器输入端到输出端传递的能量大小。
6.一种隔离式反馈电源反馈控制的方法，其特征在于，包括采样电路对变压器输出端的电压进行采样，并转化为光电耦合器件初级的输入电流；初级的输入电流通过光电耦合器件产生次级的输出电流，且通过与光电耦合器件次级 连接的镜像电流电路维持所述光电耦合器件初级的输入电流与次级的输出电流成线性比例关系；通过与光电耦合器件次级连接的镜像电流电路和分压电阻，将所述次级的输出电流转 化为与镜像电流电路相连接的调整电路的管脚电压；所述调整电路根据所述管脚电压对变压器输入端向输出端传递能量的大小进行调整。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述光电耦合器件，包括串联在采样电路 中发光二极管和感光三极管；其中，所述光电耦合器件的初级包括发光二极管的正极和负极；所述光电耦合器件的次级包 括感光三极管的集电极和发射极，所述感光三极管的集电极与所述分压电阻相连，发射极 与所述镜像电流电路相连； 所述初级的输入电流通过光电耦合器件产生次级的输出电流，具体包括所述输入电流经所述发光二极管产生光亮，所述感光三极管感应到所述发光二极管产 生的光亮，生成所述输出电流。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述镜像电流电路，包括两个基极对接的 NPN三极管；两个所述NPN三极管的发射极接地，其中，一个NPN三极管的集电极与所述光 电耦合器件所包括的感光三极管的发射极相连接，另一个NPN三极管的集电极与所述调整 电路、所述分压电阻相连接；通过所述两个NPN三极管维持所述光电耦合器件初级的输入电流与次级的输出电流 成线性比例关系。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述采样电路具体包括电阻(R2)、电阻 (R3)、电阻(R4)和分流基准源；其中，电阻(R3)和电阻(R4)串联，且电阻(R3)与所述变压 器的输出端相连，电阻(R4)接地；所述电阻(R2)和分流基准源串联，电阻(R2)与所述变压 器的输出端相连，所述分流基准源的阳极接地，参考极与所述电阻(R3)和电阻(R4)相连；所述采样电路对变压器输出端的电压进行采样，并转化为光电耦合器件初级的输入电 流，具体包括通过将所述光电耦合器件中包括的发光二极管串接在所述采样电路中包括的电阻 (R2)和分流基准源之间，实现将对变压器输出端采样得到的电压转化为光电耦合器件初级 的输入电流；其中，所述发光二极管的正极与所述电阻(R2)相连，负极与所述分流基准源 的阴极相连。
10.如权利要求6-9任一所述的方法，其特征在于，所述调整电路，具体包括电源控制 芯片和开关管；所述电源控制芯片与所述分压电阻、所述镜像电流电路相连，所述开关管与 所述电源控制芯片相连；所述调整电路根据所述管脚电压对变压器输入端向输出端传递能量的大小进行调整， 具体包括所述调整电路根据所述管脚电压调整所述开关管的导通占空比；所述开关管根据调整后的导通占空比，控制所述变压器输入端到输出端传递的能量大小。
全文摘要
本发明公开了一种隔离式反馈电源反馈控制方法及隔离式反馈电源，该电源包括采样电路，用于对变压器输出端的电压进行采样，并转化为光电耦合器件初级的输入电流；光电耦合器件，用于将初级的输入电流转化为次级的输出电流；分压电阻，与光电耦合器件次级一端、调整电路相连，用于将光电耦合器件次级的输出电流转化为调整电路的管脚电压；镜像电流电路，与光电耦合器件的次级另一端、调整电路相连，用于维持光电耦合器件初级的输入电流与次级的输出电流成线性比例关系；调整电路，用于根据管脚电压对变压器输入端向输出端传递能量的大小进行调整。该电源通过镜像电流电路保证调整电路管脚电压与采样电压呈线性比例关系，提高了反馈电路带宽。
文档编号H02M7/217GK101800481SQ20101014459
公开日2010年8月11日 申请日期2010年4月8日 优先权日2010年4月8日
发明者单宝灯 申请人:福建星网锐捷网络有限公司