本发明实施例涉及开关电源监控技术领域，尤其涉及一种开关电源控制系统及水暖加热装置。
背景技术：
开关电源是通过控制开关管导通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于几乎所所有的电子设备，例如，科研设备、工控设备、通讯设备、电力设备、液晶显示器、半导体制冷或制热设备等，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。
现有技术中所使用的开关电源控制系统，一般包括开关电源主电路模块以及反馈控制模块。开关电源控制系统在工作时，将开关电源主电路模块产生的电压信号输出至反馈控制模块，反馈控制模块根据上述电压信号产生控制信号，并将控制信号输入至开关电源主电路模块，使得开关电源主电路模块输出精准、稳定的电压信号，作为电子设备的工作电压，从而保证电子设备的稳定工作。
但是，在将开关电源主电路模块输出的电压信号输出至反馈控制模块时，需要实现开关电源主电路模块和反馈控制模块之间的电气隔离，防止开关电源主电路模块产生较强的电磁干扰影响反馈控制模块的正常工作，例如，造成反馈控制模块内开关器件的误触发等问题。现有技术中都是通过光耦器件实现开关电源主电路模块与反馈控制模块之间的光电连接，避免进行直接的电连接。但是光耦器件功耗高，易于老化和受温度影响，致使光耦器件生命周期短，且在生命周期内，信号传输性能降低，导致开关电源主电路模块输出电压不够精准。
技术实现要素：
本发明提供一种开关电源控制系统及水暖加热装置，以解决现有开关电源控制系统输出电压不够精准的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种开关电源控制系统，包括：主电路模块、电压采集模块、通信隔离模块以及电压控制模块；
所述主电路模块的第一电平输出端与所述电压采集模块的信号采集端电连接，用于输出第一电压至所述电压采集模块；
所述电压采集模块用于将所述第一电压由模拟信号转换为第一数字信号；所述电压采集模块的第一数字信号输出端和第一时钟信号输出端分别与所述通信隔离模块的第一数字信号输入端和第一时钟信号输入端电连接，用于将所述第一数字信号传输至所述通信隔离模块；
所述通信隔离模块用于将所述第一数字信号进行隔离处理，形成第二数字信号；所述通信隔离模块的第二数字信号输出端和第二时钟信号输出端分别与所述电压控制模块的第二数字信号输入端和第二时钟信号输入端电连接，用于将所述第二数字信号传输至所述电压控制模块；
所述电压控制模块用于根据所述第二数字信号对所述主电路模块的脉冲宽度调制pwm控制信号进行脉冲宽度调制；所述电压控制模块的pwm输出端与所述主电路模块的控制端电连接，用于输出所述pwm控制信号至所述主电路模块。
第二方面，本发明实施例还提供了一种水暖加热装置，包括正温度系数ptc加热体，以及本发明任意实施例提供的开关电源控制系统，所述开关电源控制系统用于为所述ptc加热体提供工作电压。
本发明实施例提供的开关电源控制系统及水暖加热装置，在通过主电路模块产生所需电压信号时，通过电压采集模块采集主电路模块输出的第一电压，电压采集模块用于将采集的第一电压由模拟信号转换为第一数字信号，并将第一数字信号传输至通信隔离模块，通信隔离模块将第一数字信号转换为第二数字信号，实现数字信号的隔离。通信隔离模块将第二数字信号输出至电压控制模块，电压控制模块根据第二数字信号对pwm控制信号进行合理的脉冲宽度调制，并输出调制后的pwm控制信号至主电路模块，从而控制主电路模块输出第一电压的大小，获取精准的第一电压。本实施例在主电路模块和电压控制模块的基础上，添加了电压采集模块，电压采集模块将模拟信号转换为数字信号，通过数字信号控制电压控制模块，并且通过通信隔离模块实现电压采集模块和电压控制模块之间的数字隔离，使得开关电源控制系统不需设置光耦隔离器进行模拟信号的隔离，能够有效避免光耦隔离器的光衰等问题，保证主电路模块产生信号的稳定性，解决了现有开关电源控制系统输出电压不够精准的问题。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种开关电源控制系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的主电路模块的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的电压控制模块的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的电压采集模块的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的一种通信隔离模块的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
现有技术中，开关电源控制系统包含主电路模块和与主电路模块电连接的反馈控制模块，反馈控制模块获取主电路模块的输出电压并根据输出电压产生脉冲宽度调制(pulsewidthmodulation，pwm)控制信号至主电路模块，将主电路模块的输出电压调整在稳定数值，从而获取精准的输出电压。但是反馈控制模块和主电路模块之间通过光耦隔离器进行光耦隔离，但是随着时间的推移，光耦隔离器具有一定的光衰，导致主电路模块的输出电压不够稳定。
本发明实施例提供一种开关电源控制系统，参考图1，图1是本发明实施例提供的一种开关电源控制系统的结构示意图。该开关电源控制系统包括：主电路模块11、电压采集模块12、通信隔离模块13以及电压控制模块14；
主电路模块11的第一电平输出端lvd2与电压采集模块12的信号采集端电连接，用于输出第一电压至电压采集模块12；
电压采集模块12用于将第一电压由模拟信号转换为第一数字信号；电压采集模块12的第一数字信号输出端sda1和第一时钟信号输出端scl1分别与通信隔离模块13的第一数字信号输入端bsda和第一时钟信号输入端bscl电连接，用于将第一数字信号传输至通信隔离模块13；
通信隔离模块13用于将第一数字信号进行隔离处理，形成第二数字信号；通信隔离模块13的第二数字信号输出端asda和第二时钟信号输出端ascl分别与电压控制模块14的第二数字信号输入端sda2和第二时钟信号输入端scl2电连接，用于将第二数字信号传输至电压控制模块14；
电压控制模块14用于根据第二数字信号对主电路模块11的脉冲宽度调制pwm控制信号进行脉冲宽度调制；电压控制模块14的pwm输出端与主电路模块11的控制端电连接，用于输出pwm控制信号至主电路模块11。
主电路模块11为开关电源电路，用于产生各种设备的工作电压。主电路模块11的第一电平输出端lvd2输出主电路模块11产生的第一电平至电压采集模块12的信号采集端，电压采集模块12将上述第一电平由模拟信号转换为第一数字信号，电压采集模块12通过第一数字信号输出端sda1和第一时钟信号输出端scl1将电压采集模块12产生的第一数字信号传输至通信隔离模块13，具体的，第一数字信号输出端sda1用于输出第一数字信号的具体数值，第一时钟信号输出端scl1用于输出第一数字信号传送的第一时钟信号。
通信隔离模块13能够实现数字隔离功能，通过第一数字信号输入端bsda和第一时钟信号输入端bscl接收上述第一数字信号和第一时钟信号，根据通信隔离模块13隔离两端的地端电压的不同，产生第二数字信号和第二时钟信号，并通过第二数字信号输出端asda和第二时钟信号输出端ascl，将上述第二数字信号和第二时钟信号分别传输至电压控制模块14的第二数字信号输入端sda2和第二时钟信号输入端scl2，使得电压控制模块14根据第二数字信号调整pwm控制信号，并通过电压控制模块14的pwm输出端输出调整后的pwm控制信号至主电路模块11的控制端。
电压采集模块12可实现将模拟信号转换为数字信号，电压控制模块14可实现将数字信号再次转换为模拟信号，电压采集模块12和电压控制模块14之间通过通信隔离模块13实现通信隔离，通信隔离模块13为数字隔离器，本实施例中的开关电源控制系统不需要设置光耦隔离器实现主电路模块与其他反馈控制模块之间的隔离，则开关电源控制系统不存在因光衰导致的生命周期短、信号传输性能降低等问题。
数字隔离器使用变压器或电容将数据以磁性方式或容性方式耦合到隔离栅的另一端，光耦合器则是使用led发出的光将数据传输到隔离栅的另一端。led点亮时表示逻辑高电平，熄灭时表示逻辑低电平。当led点亮时，光耦隔离器需要消耗电能，功耗较高，而数字隔离器使用更先进的电路来编码和解码数据，支持更快的数据传输速度，能够处理通用串行总线(universalserialbus，usb)和集成电路总线(inter－integratedcircuit，i2c)等复杂的双向接口。数字隔离器在尺寸、速度、功耗、易用性和可靠性等方面具有光耦隔离器所无法比拟的巨大优势。
本发明实施例提供的开关电源控制系统，在主电路模块和电压控制模块的基础上，添加了电压采集模块，电压采集模块将模拟信号转换为数字信号，通过数字信号控制电压控制模块，并且通过通信隔离模块实现电压采集模块和电压控制模块之间的数字隔离，使得开关电源控制系统不需设置光耦隔离器进行模拟信号的隔离，能够有效避免光耦隔离器的光衰等问题，保证主电路模块产生信号的稳定性，解决了现有开关电源控制系统输出电压不够精准的问题。
在上述实施例的基础上，参考图2、图3和图4，图2是本发明实施例提供的主电路模块的结构示意图，图3是本发明实施例提供的电压控制模块的结构示意图，图4是本发明实施例提供的电压采集模块的结构示意图，主电路模块11可以包括：电源电路111、变压器112、整流电路113、滤波电路114，分压电路115和开关管116；电源电路111的输出端与变压器112的原边线圈的第一端子电连接；开关管116的第一端与原边线圈的第二端子电连接，第二端与第一地端gnd电连接，控制端pwm-pwr与电压控制模块14的pwm输出端rc2电连接，用于在电压控制模块14输出的pwm控制信号的控制下，为变压器112提供变换的电源电压；变压器112的第一副边线圈的第一端子与整流电路113的输入端电连接，第二端子与第二地端电连接；整流电路113的输出端与滤波电路114的输入端电连接；滤波电路114的第一输出端与分压电路115的第一端电连接，第二输出端与第二地端dgnd电连接；分压电路115的第二端与第二地端dgnd电连接，输出端lvd2与电压采集模块12的信号采集端ra5电连接，用于输出第一电平至电压采集模块12。
电源电路111能够为变压器112的原边线圈提供电源电压，电压控制模块14输出至开关管116的控制端pwm-pwr的pwm控制信号，使得变压器112的原边线圈接收到交流电压，电压控制模块14可通过对pwm控制信号进行脉冲宽度调制，使得变压器112的原边接收到可调节的交流电压。变压器112的第一副边线圈能够感应产生交流电压，通过整流电路113进行整流，通过滤波电路114进行滤波，并通过分压电路115的输出端lvd2输出所需的第一电平，第一电平即为各种待供电设备的工作电压。将第一电平输出至电压采集模块12，而后电压采集模块12将采集所得第一电平信号传输至电压控制模块14，电压控制模块14对pwm控制信号进行调节，如此往复，可得到稳定在设定阈值的第一电平，使得各种待供电设备能够获取稳定的工作电压。在电压控制模块14对pwm控制信号进行调制时，调节的为pwm控制信号的脉冲宽度，即调节pwm控制信号的占空比，从而调节开关管116的开关状态，控制变压器112的原边线圈的交流电压。
可选的，参考图2，电源电路111可以包括：第一滤波电感l1和至少一个第一滤波电容(例如，第一滤波电容c1～c5)；第一滤波电容的第一端与第二电平输出端vin电连接，第二端与变压器112的原边线圈的第一端子电连接；第一滤波电容l1的第一端通过至少一个串联的第一滤波电容与第一地端gnd电连接，第一滤波电容l1的第二端通过至少一个串联的第一滤波电容与第一地端gnd电连接。
第二电平输出端vin输出的第二电平通过第一滤波电感l1和至少一个第一滤波电容实现滤波过程，能够输出稳定的第二电平至变压器112的原边线圈。示例性的，如图2所示，第一滤波电感l1的第一端通过串联的第一滤波电容c1和第一滤波电容c2连接第一地端gnd，第一滤波电感l1的第二端通过第一滤波电容c3和第一滤波电容c4连接第一地端gnd，并通过第一滤波电容c5连接第一地端gnd。
可选的，整流单元113可以包括第一整流二极管d1；第一整流二极管d1的正极与第一副边线圈的第一端子电连接，负极与滤波电路114的输入端电连接。
可选的，参考图2，滤波电路114可以包括；第二滤波电感l2和至少一个第二滤波电容(例如，第二滤波电容c6～c8)；第二滤波电感的第一端与整流电路113的输出端电连接，第二端与分压电路115的第一端电连接；第二滤波电感l2的第一端通过至少一个并联的第二滤波电容与第二地端dgnd电连接，第二滤波电感l2的第二端通过至少一个并联的第二滤波电容与第二地端dgnd电连接。
滤波电路114用于将整流单元113输出的电压进行滤波处理，示例性的，第二滤波电感l2的第一端通过第二滤波电容c6连接第二地端dgnd，第二滤波电感l2的第二端通过第二滤波电容c7连接第二地端dgnd，并通过第二滤波电容c8连接第二地端dgnd。因为变压器112的原边线圈和第一副边线圈之间存在电隔离，遂与原边线圈电连接的电路所连的地端为第一地端gnd，与第一副边线圈电连接的电路所连的地端为第二地端dgnd。
可选的，分压电路115可以包括第一分压电阻r1和第二分压电阻r2；第一分压电阻r1的第一端与滤波电路114的第一输出端电连接，第二端分别与第二分压电阻r2的第一端和电压采集模块12的信号采集端ra5电连接；第二分压电阻r2的第二端与第二地端dgnd电连接。
第一分压电阻r1的第二端作为分压电路115的输出端lvd2用于输出第一电平至电压采集模块12的信号采集端ra5，第一电平的数值可根据用户需求进行设定，具体的，可通过分别设置第一分压电阻r1和第二分压电阻r2的电阻值对第一电平的数值进行调节。
可选的，参考图2，主电路模块还包括稳压管d2，分压电路115的第一端与稳压管d2的第一端电连接，第二端与稳压管d2的第二端电连接，稳压管d2能够保证变压器112的第一副边线圈两个端子之间输出的电压小于设定阈值，并在电源电路输出电压出现较强波动时，对开关电源控制系统进行保护。
可选的，参考图2，变压器112还可以包括第二副边线圈；第二副边线圈的第一端子与通过第二整流二极管d3与第三滤波电容c9的第一端电连接，第二端子分别与第三滤波电容c9的第二端和第一地端gnd电连接；第三分压电阻r5的第一端与第三滤波电容c9第一端电连接，第二端与第四分压电阻r6的第一端电连接，第四分压电阻r6的第二端与第一地端gnd电连接；第三分压电阻r5的第二端与电压控制模块14的电源电压采集端v_fb电连接，用于将电源电路的输出电压测量值输入至电压控制模块14。
电压控制模块14不仅通过电压采集模块12获取主电路模块11输出的第一电压，还可以通过第二副边线圈获取主电路模块11于第二副边线圈的两个端子输出的电压值，从而根据所述电压值推测主电路模块11的电源电路的输出电压，对电源电路进行监测和保护。
可选的，参考图3和图4，电压采集模块12的第一数字信号输出端sda1通过第一上拉电阻r11与第三电平输出端vddm-s电连接，第一时钟信号输出端scl1通过第二上拉电阻r10与第三电平输出端vddm-s电连接；电压控制模块14的第二数字信号输入端sda2通过第三上拉电阻r17与第四电平输出端vddm-i2c电连接，第二时钟信号输入端scl2通过第四上拉电阻r16与第四电平输出端vddm-i2c电连接。
为便于开关电源控制系统的搭建，电压采集模块12和电压控制模块14可选取相同的芯片，示例性的，电压采集模块12和电压控制模块14均可以采用型号为pic18f25k22的芯片。第一数字信号输出端sda1、第一时钟信号输出端scl1、第二数字信号输入端sda2以及第二时钟信号输入端scl2都是双向的i/o线，接口电路为开漏输出，需要上拉电阻接电源，示例性的，第一数字信号输出端sda1通过第一上拉电阻r11与第三电平输出端vddm-s电连接。
另外，参考图4，电压采集模块12中的晶振x1用于产生时钟信号，显示灯led1和显示灯led2可作为故障显示器件或状态显示器件。同理，电压控制模块14的晶振x2也用于产生时钟信号，显示灯led3用作故障显示器件或状态显示器件。
可选的，参考图5，图5是本发明实施例提供的一种通信隔离模块的结构示意图，通信隔离模块13的第一接地端agnd1与第一地端gnd电连接，第二接地端bgnd1与第二地端dgnd电连接。
电压采集模块12和电压控制模块14之间为数字信号的传输，通过通信隔离模块13实现电压采集模块12和电压控制模块14的通信隔离，并且将通信隔离模块13的第一接地端agnd1与第一地端gnd电连接，第二接地端bgnd1与第二地端dgnd电连接，则通信隔离模块13将接收的第一数字信号和第一时钟信号进行根据不同的地端进行隔离处理，得到第二数字信号和第二时钟信号，并将第二数字信号和第二时钟信号分别通过第二数字信号输出端asda和第二时钟信号输出端ascl输出至电压控制模块14。
示例性的，通信隔离模块13可以为型号为si8600ad-b-is的隔离器，该型号的隔离器具有独立的、双向的数据线和时钟信号线的隔离通道，相较于光耦隔离器，本实施例提供的通信隔离模块13具有较短的传播延迟，较低的功耗，更小的安装尺寸，更稳定的操作温度，更高的电磁抗扰度，实现电压采集模块12和电压控制模块14之间的通信隔离。
本发明实施例还提供了一种水暖加热装置，包括正温度系数(positivetemperaturecoefficient，ptc)加热体，以及本发明任意实施例所述的开关电源控制系统，开关电源控制系统与ptc加热体电连接，用于为ptc加热体提供工作电压，使得水暖加热装置调温更加精准。
可选的，本实施例所述的水暖加热装置可应用于新能源汽车的水暖加热器中，使得水暖加热器温度调节更加精准，具有更佳的加热状态。
当然，本发明实施例提供的开关电源控制系统还可以应用于通讯设备、工控设备、电力设备以及液晶显示器等设备，本实施例对此不进行限定。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。