开关电源环路补偿电路及开关电源的制作方法

本实用新型涉及电力电子技术领域，更具体地说，涉及一种开关电源环路补偿电路及开关电源。

背景技术：

开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关元件开通和关断的时间比率，以维持稳定输出电压的一种电源。开关电源一般由脉冲宽度调制(pulsewidthmodulation，pwm)控制ic和mosfet构成。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有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。

随着电力电子技术的发展，开关电源的技术不断地创新，而使用开关电源的设备也对开关电源的要求也越来越高。开关电源的控制环路是开关电源的关键部分，任何设备都要求电源能够稳定供电，而控制环路的好坏将直接影响到开关电源系统是否稳定。

为了达到快速的动态响应和较高的调节性能，开关电源的控制环路一般采用输入电流内环和输出电压外环的双环反馈策略。然而在在设计反馈回路的时候，常常需要熟悉电路的工作原理和大量而复杂的数学推导过程，实现成本相对较高。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题在于，针对上述开关电源的控制环路复杂的问题，提供一种开关电源环路补偿电路及开关电源。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案是，提供一种开关电源环路补偿电路，包括信号隔离单元以及环路补偿单元；所述信号隔离单元包括光耦和控制芯片，所述光耦的原边的正极与开关电源的输出端连接、副边的正极与所述控制芯片的控制信号输入引脚连接，且所述控制芯片根据所述控制信号输入引脚的电压生成用于控制所述开关电源中开关管通断的pwm信号并输出；所述环路补偿单元包括稳压管以及双极点-单零点补偿支路，且所述光耦的原边的负极经由所述稳压管接地，所述双极点-单零点补偿支路的第一端连接所述光耦的原边的负极、第二端与开关电源的输出端连接。

优选地，所述环路补偿单元包括第一电阻和第二电阻，且所述第一电阻和第二电阻串联连接在开关电源的输出端与参考地之间，所述第一电阻和第二电阻的连接点构成中间电位点；所述双极点-单零点补偿支路的第二端连接到所述中间电位点。

优选地，所述双极点-单零点补偿支路包括第一电容、第二电容以及第三电阻，且所述第一电容和第三电阻串联连接在所述光耦的原边的负极和所述中间电位点之间，所述第二电容的两端分别连接所述光耦的原边的负极和所述中间电位点。

优选地，所述信号隔离单元包括第四电阻，且所述第四电阻的两端分别连接所述光耦的原边的正极和负极。

优选地，所述信号隔离单元包括第五电阻，所述光耦的原边的正极经由所述第五电阻连接到所述开关电源的输出端。

优选地，所述信号隔离单元包括第六电阻，所述光耦的副边的正极经由所述第六电阻连接到所述控制芯片的控制信号输入引脚。

优选地，所述开关电源环路补偿电路包括第三电容，所述第三电容连接在所述开关电源的输出端与参考地之间。

本实用新型还提供一种开关电源，包括如上任一项所述的开关电源环路补偿电路。

实施本实用新型的开关电源环路补偿电路及开关电源具有以下有益效果：通过环路补偿单元引入两个零点和一个极点，保证开关电源可在最恶劣的条件下具有足够的相位裕量和增益裕量，从而保证开关电源的控制环路的稳定。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的开关电源环路补偿电路的示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，是本实用新型实施例提供的开关电源环路补偿电路的示意图，该开关电源环路补偿电路可应用于各个类型的开关电源，并实现电压反馈控制。本实施例的开关电源环路补偿电路包括信号隔离单元11以及环路补偿单元12，上述信号隔离单元11可采集开关电源的输出端的电压，并将采集的电压隔离输出，以实现电压信号反馈；环路补偿单元12则通过稳压管以及双极点-单零点补偿支路组成动态环路补偿，以达到相位裕量和增益裕量的要求。

在本实用新型的一个实施例中，信号隔离单元11包括光耦u1和控制芯片u2，上述光耦u1的原边的正极与开关电源的输出端连接、副边的正极与控制芯片u2的控制信号输入引脚连接，且控制芯片u2根据控制信号输入引脚的电压(即来自光耦u1的副边的电压)生成用于控制开关电源中开关管通断的pwm信号并输出。环路补偿单元12包括稳压管tr1以及双极点-单零点补偿支路，且光耦u1的原边的负极经由稳压管tr1(该稳压管tr1的阴极连接到光耦u1的原边的负极，且该稳压管tr1的阳极接地)接地，双极点-单零点补偿支路的第一端连接光耦u1的原边的负极、第二端与开关电源的输出端连接。

上述开关电源环路补偿电路，通过环路补偿单元引入两个零点和一个极点，保证开关电源可在最恶劣的条件下具有足够的相位裕量和增益裕量，从而保证开关电源的控制环路的稳定，在宽电压的输入的情况下，通过环路补偿单元12的补偿，使得开关电源具有良好的动态响应和稳定性，提高电源的效率。

在本实用新型的一个实施例中，上述环路补偿单元12包括第一电阻r1和第二电阻r2，且第一电阻r1和第二电阻r2串联连接在开关电源的输出端与参考地之间，第一电阻r1和第二电阻r2的连接点构成中间电位点；双极点-单零点补偿支路的第二端连接到中间电位点。

双极点-单零点补偿支路包括第一电容c1、第二电容c2以及第三电阻r3，且第一电容c1和第三电阻r3串联连接在光耦u1的原边的负极和中间电位点之间，第二电容c2的两端分别连接光耦u1的原边的负极和中间电位点，即通过第一电阻r1和第二电阻r2对开关电源的输出端的电压进行分压，双极点-单零点补偿支路根据分压后的电压提升相位，提高系统的响应速度。

上述信号隔离单元11还可包括第四电阻r4，第四电阻r4的两端分别连接光耦u1的原边的正极和负极，且该第四电阻r4可为稳压管tr1提供一定的工作电流以使其工作。信号隔离单元11还可包括第五电阻r5，光耦u1的原边的正极经由第五电阻r5连接到开关电源的输出端，以对流经光耦u1的原边的电流进行限流。信号隔离单元11还可包括第六电阻r6，光耦u1的副边的正极经由第六电阻r6连接到控制芯片u2的控制信号输入引脚，以对输入到控制芯片u2的电流进行限流。

此外，上述开关电源环路补偿电路12还可包括第三电容c3，该第三电容c3连接在开关电源的输出端与参考地之间，并可滤除干扰。在上述开关电源环路补偿电路中，容性和感性噪声会导致输出电压出现偏移，严重的情况下会导致系统失效，因此该开关电源环路补偿电路中信号隔离单元11的走线应尽量短，使其受到的噪声的干扰最小，远离磁场源和噪声源，尽量不要紧挨含有大量噪声的pcb线。

上述开关电源环路补偿电路中，当开关电源的输出端的电压发生变化时，流经第五电阻r5的电流发生改变，使得流过光耦u1的电流也发生改变。流过光耦u1的电流变化时，由于内部发光二极管的光强弱发生改变导致副边的两脚之间的阻抗发生变化，从而导致控制芯片u2的控制信号输入引脚的电平发生变化，通过其内部的比较器控制其输出的pwm信号的占空比，以控制开关电压的输出电压。

相较于现有通过控制放大器引入180°的相移的闭环反馈系统(在增加负反馈的前提上，任何系统的增益为单位增益且内部频率变化的相移为360°时，系统是稳定的)，上述环路补偿单元12可克服现实中存在的额外的相移，其通过第三电阻r3、第一电容c1和第二电容c2组成的动态环路补偿达到系统稳定的要求(通常系统的稳定性是用相位裕量和增益裕量两个参数来衡量的，在实验中，通常要求相位裕量≥45°，增益裕量<-10db)。

具体地，开关电源的输出端的电压经过第一电阻r1和第二电阻r2的分压，输入到稳压管tr1并与其基准电压进行比对，以调节流经稳压管tr1的电流。双极点-单零点补偿支路可引入两个零点和一个极点，同时保证在开关电源最恶劣的条件下具有足够的相位裕量和增益裕量，从而保证控制环路的稳定。

本实用新型还提供一种开关电源，包括如上任一项所述的开关电源环路补偿电路。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。