专利名称：单端反激开关电源及其控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及开关电源技术，尤其涉及一种单端反激开关电源及其控制装置。
背景技术：
随着现代科技的飞速发展，功率器件也不断更新，开关电源被誉为高效节能电源， 它代表着稳压电源的方向，现已成为稳压电源的主流产品。图1为现有技术的单端反激开关电源电路结构示意图，如图1所示，该单端反激开关电源包括变压器T、控制开关M和控制信号产生模块101，控制开关M通常采用功率半导体器件，控制开关M在控制信号产生模块101产生的脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，简称PWM)信号的控制下在导通和关断状态之间切换。控制开关M连接在变压器T初级线圈和地接点之间，可以通过控制PWM信号的占空比来调整控制开关M的导通时间，以调整输出电压。变压器T的初级线圈和次级线圈的同名端相反，且变压器T的次级线圈与第一二极管Dl连接，单端反激开关电源电路的基本工作原理为当控制开关M闭合时， 由于次级线圈的电压方向与初级线圈的电压方向相反，第一二极管Dl反向截止，初级线圈储存能量，当控制开关M关断时，次级线圈的电压反向，第一二极管Dl导通，初级线圈的能量转换到次级线圈。单端反激开关电源一般采用双环路反馈控制系统，双环路反馈包括输出直流电压反馈回路和初级线圈充磁峰值电流反馈回路。根据输出直流电压隔离取样反馈外回路反馈的采样电压信号和初级线圈充磁峰值电流取样反馈内回路反馈的采样电流信号，指示控制信号产生模块101调整PWM信号的占空比，从而在每一个周期内对前一个周期的输出电压和初级线圈充磁峰值电流进行有效调节，达到稳定输出电压的目的。图2为现有技术的输出直流电压反馈电路的电路结构示意图，如图2所示，该电压反馈电路结构简单，但抗干扰能力差，控制精度不高，且必须具备频率补偿电路102，但频率补偿电路102同时也给开关电源带来振荡，严重时会影响开关电源的正常工作，对于负载变化大和输出电压变化大的情况下响应慢，不适合精度较高或负载变化范围较宽的场合。 现有技术的单端反激开关电源的初级线圈充磁峰值电流反馈回路，通常采用直接采样电阻方式，这种方式当电流流过采样电阻时，就会感生一定的感性电压。这个电感分量在高频时呈现的阻抗会很大，对电路产生干扰，同时它将消耗很大的功率。随着频率的增加，流过采样电阻的电流有可能在下一个震荡周期到来之前还没有放完，采样电阻承受的电流将越来越大，这样不仅消耗开关电源很多的功率，同时还可能会导致控制信号产生模块101的误操作。
发明内容
本发明提供一种单端反激开关电源及其控制装置，以提高单端反激开关电源的稳定性。本发明提供一种单端反激开关电源控制装置，用于控制单端反激开关电源的控制
4开关，包括控制信号产生模块、电压反馈模块和电流反馈模块，所述电压反馈模块连接在所述单端反激开关电源的输出端和所述控制信号产生模块的电压反馈输入端之间，所述电流反馈模块连接在所述单端反激开关电源的输入端和所述控制信号产生模块的电流反馈输入端之间，所述控制信号产生模块根据所述电压反馈模块产生的采样电压信号和所述电流反馈模块产生的采样电流信号产生控制信号，其中，所述电压反馈模块包括稳压滤波单元、稳压放大单元、光电耦合器和稳压单元，所述稳压滤波单元的输入端与所述单端反激开关电源的输出端相连，所述稳压滤波单元、所述稳压放大单元、所述光电耦合器和所述稳压单元依次连接，所述稳压单元的输出端与所述控制信号产生模块的电压反馈输入端相连。如上所述的单端反激开关电源控制装置，其中，所述电流反馈模块包括电流互感器和采样电阻，所述电流互感器的输入端与所述单端反激开关电源的输入端相连，所述电流互感器的输出端通过所述采样电阻与所述控制信号产生模块的电流反馈输入端相连。如上所述的单端反激开关电源控制装置，其中，所述光电耦合器包括第一光电转换单元、第二光电转换单元、电压输入端、电压反馈端和电压输出端，所述第一光电转换单元连接在所述电压输入端和所述电压反馈端之间，所述第二光电转换单元连接在所述电压输入端和所述电压输出端之间；所述稳压滤波单元包括第一运算放大器和第一电容，所述第一运算放大器的输出端与所述第一运算放大器的反相输入端相连，所述第一运算放大器的同相输入端与所述单端反激开关电源的输出端相连，并通过所述第一电容连接至所述地接点；所述稳压放大单元包括第二运算放大器和第一电阻，所述第二运算放大器的同相输入端与所述第一运算放大器的输出端相连，所述第二运算放大器的反相输入端与所述光电耦合器的电压反馈端相连，并通过所述第一电阻连接至所述地接点，所述第二运算放大器的输出端与所述光电耦合器的电压输入端相连；所述稳压单元包括第三运算放大器和第二电阻，所述第三运算放大器的同相输入端与所述光电耦合器的电压输出端相连，并通过所述第二电阻连接至所述地接点，所述第三运算放大器的输出端与所述第三运算放大器的反相输入端相连，并与所述控制信号产生模块的电压反馈输入端相连。如上所述的单端反激开关电源控制装置，其中，所述电压反馈模块还包括分压单元，所述分压单元包括第三电阻和第四电阻，所述第三电阻和所述第四电阻串联后跨接在所述单端反激开关电源的输出端之间，所述第三电阻和所述第四电阻的连接点与所述第一运算放大器的同相输入端相连。如上所述的单端反激开关电源控制装置，其中，所述电压反馈模块还包括第五电阻，连接在所述第一运算放大器的同相输入端和所述第三电阻和所述第四电阻的连接点之间；第六电阻，连接在所述第一运算放大器的输出端和所述第二运算放大器的同相输入端之间；第七电阻，连接在所述第二运算放大器的同相输入端和所述地接点之间；
第八电阻，连接在所述第二运算放大器的输出端与所述光电耦合器的电压输入端之间。如上所述的单端反激开关电源控制装置，其中，所述电流反馈模块还包括第二电容，连接在所述电流互感器的输出端与所述地接点之间。本发明提供一种单端反激开关电源，包括变压器、控制开关和第一二极管，所述控制开关连接在所述变压器的初级线圈和地接点之间，所述第一二极管与所述变压器的次级线圈串联，当所述控制开关导通时，所述第一二极管反向截止，其特征在于，还包括本发明提供的单端反激开关电源控制装置，所述控制开关在所述单端反激开关电源控制装置产生的控制信号的控制下在导通和关断状态之间切换。如上所述的单端反激开关电源，还包括输入保护模块，所述输入保护模块与所述变压器的初级线圈并联，所述输入保护模块包括第九电阻、第三电容和第二二极管，所述第九电阻和所述第三电容并联后与所述
第二二极管串联。如上所述的单端反激开关电源，还包括缓冲模块，所述缓冲模块连接在所述变压器的初级线圈和所述地接点之间，并与所述控制开关并联，所述缓冲模块包括第十电阻、第四电容和第三二极管，所述第十电阻与所述第三二极管并联后与所述第四电容串联。如上所述的单端反激开关电源，其中，所述变压器的次级线圈的数量为多个。由上述技术方案可知，本发明提供的单端反激开关电源及其控制装置，电压反馈模块通过稳压滤波单元、稳压放大单元、光电耦合器和稳压单元的设置，对电压反馈信号进行稳压、滤波、隔离和放大处理，提高了单端反激开关电源的稳定性。
图1为现有技术的单端反激开关电源电路结构示意图；图2为现有技术的输出直流电压反馈电路的电路结构示意图；图3为本发明实施例一提供的单端反激开关电源控制装置结构示意图；图4为本发明实施例二提供的单端反激开关电源控制装置电路结构示意图；图5为本发明实施例三提供的单端反激开关电源电路结构示意图。附图标记101-控制信号产生模块；102-频率补偿电路；103-电压反馈模块；104-电流反馈模块； 113-稳压滤波单元；123-稳压放大单元；133-光电耦合器；143-稳压单元； T-变压器；M-控制开关；GND-地接点；Dl-第一二极管；D2-第二二极管；D3-第三二极管；R1-第一电阻；R2-第二电阻；R3-第三电阻； R4-第四电阻； R5-第五电阻；R6-第六电阻； R7-第七电阻；R8-第八电阻；R9-第九电阻； RlO-第十电阻；Al-第一运算放大器；Cl-第一电容；C2-第二电容；A2-第一运算放大器；C3-第三电容；C4-第四电容；
A3-第一运算放大器。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，需要说明的是，在附图或说明书中，相似或相同的元件皆使用相同的附图标记。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例一图3为本发明实施例一提供的单端反激开关电源控制装置结构示意图，如图3所示，该单端反激开关电源控制装置包括控制信号产生模块101、电压反馈模块103和电流反馈模块104，用于控制单端反激开关电源的控制开关M。电压反馈模块103连接在单端反激开关电源的输出端和控制信号产生模块101的电压反馈输入端之间，电压反馈模块103用于对单端反激开关电源的输出端的输出电压进行处理，以产生采样电压信号。电流反馈模块104连接在单端反激开关电源的输入端和控制信号产生模块101的电流反馈输入端之间，电流反馈模块104用于对单端反激开关电源输入端的电流进行处理，以产生采样电流信号。控制信号产生模块101根据电压反馈模块103产生的采样电压信号和电流反馈模块 104产生的采样电流信号产生控制信号。电压反馈模块103包括稳压滤波单元113、稳压放大单元123、光电耦合器133和稳压单元143，稳压滤波单元113的输入端与单端反激开关电源的输出端相连，稳压滤波单元113、稳压放大单元123、光电耦合器133和稳压单元143 依次连接，稳压单元143的输出端与控制信号产生模块101的电压反馈输入端相连。本实施例提供的单端反激开关电源控制装置，单端反激开关电源的输出端的输出电压通过稳压滤波单元113、稳压放大单元123、光电耦合器133和稳压单元143处理后产生的采样电压信号稳定性高，反馈速度快，无需增加频率补偿环节，使电压反馈具有实时性，且无振荡影响， 提高了单端反激开关电源的稳定性。在本实施例中，电流反馈模块104可以包括电流互感器和采样电阻，电流互感器的输入端与单端反激开关电源的输入端相连，电流互感器的输出端通过采样电阻R与控制信号产生模块101的电流反馈输入端相连。电流互感器通常包括互感线圈，互感线圈的次级线圈之间跨接一个电阻，且次级线圈的绕组匝数大于初级线圈的绕组匝数。因此通过电流互感器的设置，可以将单端反激开关电源的输入端的较大的输入电流转换成较小的电流输出，不仅实现了输入和输出的电气隔离，减少了单端反激开关电源的损耗，且由于经过采样电阻上的电流减小，采样电阻的阻抗不会随着频率的增加而迅速增加，即使在高频情况下，采样电阻所消耗的功率也很小，进一步提高了单端反激开关电源的抗干扰能力和工作效率。实施例二图4为本发明实施例二提供的单端反激开关电源控制装置电路结构示意图，该单端反激开关电源控制装置的光电耦合器133具体可以包括第一光电转换单元、第二光电转换单元、电压输入端、电压反馈端和电压输出端，第一光电转换单元连接在电压输入端和电压反馈端之间，第二光电转换单元连接在电压输入端和电压输出端之间。优选地，光电耦合器133可以采用CNR201，CNR201为高速线性光耦，提高了反馈响应速率，进而提高了电压反馈的准确性。通过光电耦合器133的设置实现输出与输入的隔离，提高了电压反馈的稳定性。稳压滤波单元113可以包括第一运算放大器Al和第一电容Cl，第一运算放大器Al 的输出端与第一运算放大器Al的反相输入端相连，第一运算放大器Al的同相输入端与单端反激开关电源的输出端相连，并通过第一电容Cl连接至地接点GND。稳压放大单元123 可以包括第二运算放大器A2和第一电阻Rl，第二运算放大器A2的同相输入端与第一运算放大器Al的输出端相连，第二运算放大器A2的反相输入端与光电耦合器133的电压反馈端相连，并通过第一电阻Rl连接至地接点GND，第二运算放大器A2的输出端与光电耦合器 133的电压输入端相连。稳压单元143可以包括第三运算放大器A3和第二电阻R2，第三运算放大器A3的同相输入端与光电耦合器133的电压输出端相连，并通过第二电阻R2连接至地接点GND，第三运算放大器A3的输出端与第三运算放大器A3的反相输入端相连，并与控制信号产生模块101的电压反馈输入端相连。优选地，第一运算放大器Al、第二运算放大器A2和第三运算放大器A3均可以采用LM158，LM158为低功耗高增益双运算放大器，可以降低电压反馈模块103的功率损耗，提高电压反馈的稳定性。本领域技术人员也可以采用其他元件，或者其他电路形式来实现稳压滤波单元113、稳压放大单元123、光电耦合器133 和稳压单元143，不以本实施例为限。在本实施例中，电压反馈模块103还可以包括分压单元，分压单元包括第三电阻 R3和第四电阻R4，第三电阻R3和第四电阻R4串联后跨接在单端反激开关电源的输出端之间，第三电阻R3和第四电阻R4的连接点与第一运算放大器Al的同相输入端相连。通过分压单元的设置，对单端反激开关电源的输出电压范围过大时，可以对其进行分压，即将电压反馈模块103的输入电压调整到工作范围之内，提高了电压反馈模块103的安全性。可以根据具体电路输入电压需求来对分压模块进行设置，不以本实施例为限。为获得合适的电压，上述技术方案的各器件之间可以连接适当的阻性元件，电压反馈模块103还包括第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8，第五电阻R5连接在第一运算放大器Al的同相输入端和第三电阻R3和第四电阻R4的连接点之间。第六电阻R6连接在第一运算放大器Al的输出端和第二运算放大器A2的同相输入端之间。第七电阻R7连接在第二运算放大器A2的同相输入端和地接点GND之间。第八电阻R8连接在第二运算放大器A2的输出端与光电耦合器133的电压输入端之间。电流反馈模块104 还可以包括第二电容C2，第二电容C2连接在电流互感器的输出端与地接点GND之间。通过第二电容C2的设置，对反馈电流进行滤波，提高了电流反馈的稳定性。实施例三图5为本发明实施例三提供的单端反激开关电源电路结构示意图，如图5所示，该单端反激开关电源，包括变压器T、控制开关M和第一二极管Dl，控制开关M连接在变压器 T的初级线圈和地接点GND之间，第一二极管Dl与变压器T的次级线圈串联，当控制开关M 导通时，第一二极管Dl反向截止，单端反激开关电源还包括本发明任意实施例提供的单端反激开关电源控制装置，控制开关M在单端反激开关电源控制装置产生的控制信号的控制下在导通和关断状态之间切换。单端反激开关电源控制装置中的控制信号产生模块101具体可以采用UC3844，控制开关M具体可以为绝缘栅场效应管，在实际应用中，控制信号产生模块101也可以采用其他的脉宽调制器芯片，不以本实施例为限，该单端反激开关电源的具体工作过程为控制信号产生电路产生控制信号，具体可以为PWM信号，对控制开关M进行控制，当控制开关M处于导通状态时，由于次级线圈的电压方向与初级线圈的电压方向相反，第一二极管Dl反向截止，初级线圈储存能量，当控制开关M关断时，次级线圈的电压反向，二极管导通，初级线圈的能量转换到次级线圈，进一步可以在次级线圈的两端跨接电容，对输出电压进行滤波。 变压器T输出的电压经过电压反馈电路的稳压、滤波、放大和隔离处理后，转换成采样电压信号提供给控制信号产生模块101，电流反馈模块104对变压器T初级线圈的输入电流进行隔离、转换和滤波处理后，生成采样电流信号提供给控制信号产生模块101，控制信号产生模块101根据采样电压信号和采样电流信号调整控制信号的占空比，进而调整控制开关 M的导通和关断的时间，以调整输出电压，提高了输出电压的稳定性。在本实施例中，单端反激开关电源还可以包括输入保护模块，输入保护模块与变压器τ的初级线圈并联，输入保护模块包括第九电阻R9、第三电容C3和第二二极管D2，第九电阻R9和第三电容C3并联后与第二二极管D2串联。单端反激开关电源中的变压器T 通常为高频变压器，输入保护模块的设置，对高频变压器漏感造成的尖峰电压进行了限制， 提高了单端反激开关电源的安全性和稳定性。在本实施例中，单端反激开关电源还可以包括缓冲模块，缓冲模块连接在变压器T 的初级线圈和地接点GND之间，并与控制开关M并联，缓冲模块包括第十电阻R10、第四电容 C4和第三二极管D3，第十电阻RlO与第三二极管D3并联后与第四电容C4串联。缓冲模块的设置可以防止控制开关M在关断过程中承受大的反压，避免了控制开关M的冲击损坏。在本实施例中，变压器T的次级线圈的数量为多个，即输出电压为多个，输出电压的范围也可以通过次级线圈的绕组来设置，使得单端反激开关电源可以输出不同幅值的直流电压，提高了单端反激开关电源的适应性。本发明提供的单端反激开关电源及其控制装置，电压反馈模块通过稳压滤波单元、稳压放大单元、光电耦合器和稳压单元的设置，提高了反馈响应速率，使电压反馈具有实时性，提高了单端反激开关电源的稳定性。最后应说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换； 而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
权利要求
1.一种单端反激开关电源控制装置，用于控制单端反激开关电源的控制开关，所述装置包括控制信号产生模块、电压反馈模块和电流反馈模块，所述电压反馈模块连接在所述单端反激开关电源的输出端和所述控制信号产生模块的电压反馈输入端之间，所述电流反馈模块连接在所述单端反激开关电源的输入端和所述控制信号产生模块的电流反馈输入端之间，所述控制信号产生模块根据所述电压反馈模块产生的采样电压信号和所述电流反馈模块产生的采样电流信号产生控制信号，其特征在于所述电压反馈模块包括稳压滤波单元、稳压放大单元、光电耦合器和稳压单元，所述稳压滤波单元的输入端与所述单端反激开关电源的输出端相连，所述稳压滤波单元、所述稳压放大单元、所述光电耦合器和所述稳压单元依次连接，所述稳压单元的输出端与所述控制信号产生模块的电压反馈输入端相连。
2.根据权利要求1所述的单端反激开关电源控制装置，其特征在于所述电流反馈模块包括电流互感器和采样电阻，所述电流互感器的输入端与所述单端反激开关电源的输入端相连，所述电流互感器的输出端通过所述采样电阻与所述控制信号产生模块的电流反馈输入端相连。
3.根据权利要求1所述的单端反激开关电源控制装置，其特征在于所述光电耦合器包括第一光电转换单元、第二光电转换单元、电压输入端、电压反馈端和电压输出端，所述第一光电转换单元连接在所述电压输入端和所述电压反馈端之间，所述第二光电转换单元连接在所述电压输入端和所述电压输出端之间；所述稳压滤波单元包括第一运算放大器和第一电容，所述第一运算放大器的输出端与所述第一运算放大器的反相输入端相连，所述第一运算放大器的同相输入端与所述单端反激开关电源的输出端相连，并通过所述第一电容连接至所述地接点；所述稳压放大单元包括第二运算放大器和第一电阻，所述第二运算放大器的同相输入端与所述第一运算放大器的输出端相连，所述第二运算放大器的反相输入端与所述光电耦合器的电压反馈端相连，并通过所述第一电阻连接至所述地接点，所述第二运算放大器的输出端与所述光电耦合器的电压输入端相连；所述稳压单元包括第三运算放大器和第二电阻，所述第三运算放大器的同相输入端与所述光电耦合器的电压输出端相连，并通过所述第二电阻连接至所述地接点，所述第三运算放大器的输出端与所述第三运算放大器的反相输入端相连，并与所述控制信号产生模块的电压反馈输入端相连。
4.根据权利要求3所述的单端反激开关电源控制装置，其特征在于，所述电压反馈模块还包括分压单元，所述分压单元包括第三电阻和第四电阻，所述第三电阻和所述第四电阻串联后跨接在所述单端反激开关电源的输出端之间，所述第三电阻和所述第四电阻的连接点与所述第一运算放大器的同相输入端相连。
5.根据权利要求4所述的单端反激开关电源控制装置，其特征在于，所述电压反馈模块还包括第五电阻，连接在所述第一运算放大器的同相输入端和所述第三电阻和所述第四电阻的连接点之间；第六电阻，连接在所述第一运算放大器的输出端和所述第二运算放大器的同相输入端之间；第七电阻，连接在所述第二运算放大器的同相输入端和所述地接点之间；第八电阻，连接在所述第二运算放大器的输出端与所述光电耦合器的电压输入端之间。
6.根据权利要求2所述的单端反激开关电源控制装置，其特征在于，所述电流反馈模块还包括第二电容，连接在所述电流互感器的输出端与所述地接点之间。
7.一种单端反激开关电源，包括变压器、控制开关和第一二极管，所述控制开关连接在所述变压器的初级线圈和地接点之间，所述第一二极管与所述变压器的次级线圈串联，当所述控制开关导通时，所述第一二极管反向截止，其特征在于，还包括权利要求1-6任一所述的单端反激开关电源控制装置，所述控制开关在所述单端反激开关电源控制装置产生的控制信号的控制下在导通和关断状态之间切换。
8.根据权利要求7所述的单端反激开关电源，其特征在于，还包括输入保护模块，所述输入保护模块与所述变压器的初级线圈并联，所述输入保护模块包括第九电阻、第三电容和第二二极管，所述第九电阻和所述第三电容并联后与所述第二二极管串联。
9.根据权利要求8所述的单端反激开关电源，其特征在于，还包括缓冲模块，所述缓冲模块连接在所述变压器的初级线圈和所述地接点之间，并与所述控制开关并联，所述缓冲模块包括第十电阻、第四电容和第三二极管，所述第十电阻与所述第三二极管并联后与所述第四电容串联。
10.根据权利要求7所述的单端反激开关电源，其特征在于所述变压器的次级线圈的数量为多个。
全文摘要
本发明提供一种单端反激开关电源及其控制装置，该单端反激开关电源控制装置包括控制信号产生模块、电压反馈模块和电流反馈模块，电压反馈模块包括稳压滤波单元、稳压放大单元、光电耦合器和稳压单元，稳压滤波单元、稳压放大单元、光电耦合器和稳压单元依次连接。该单端反激开关电源包括变压器、控制开关、第一二极管和本发明提供的单端反激开关电源控制装置，控制开关在单端反激开关电源控制装置产生的控制信号的控制下在导通和关断状态之间切换。本发明提供的单端反激开关电源及其控制装置，电压反馈模块通过稳压滤波单元、稳压放大单元、光电耦合器和稳压单元的设置，提高了单端反激开关电源的稳定性。
文档编号H02M3/338GK102480232SQ201010574510
公开日2012年5月30日 申请日期2010年11月30日 优先权日2010年11月30日
发明者司军民, 宋春龙, 李学亮, 李宝恩, 赵涵 申请人:永济新时速电机电器有限责任公司