一种数字电源输出信号采样电路的制作方法
【专利摘要】数字电源输出信号采样电路，包括的离散化单元的组成为：运算放大器U1的输入负极串联电阻R1后连接输出电压Vo+，运算放大器U1的输入正极串联钳位二极管Z1后接地，U1的输入正极连接钳位二极管Z1的正极，U1的输入正极串联钳位二极管Z1和电阻R2后连接运算放大器U1的输入负极，钳位二极管Z1的负极连接电阻R2；比较器U2的输入正极串联钳位二极管Z2后接地，比较器U3的输入负极串联钳位二极管Z3后接地，比较器U2的输入负极和比较器U3的输入正极分别连接运算放大器U1的信号输出端。采样信号信息量小，简化主控数字芯片，通过成熟的运算放大器比较电路完成简单的逻辑或加减运算即可实现反馈控制，有利芯片的选型和降低成本。
【专利说明】
一种数字电源输出信号采样电路
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种传输电路，特别是涉及一种通过介质隔离的传输电路。
【背景技术】
[0002] 数字控制模块电源分为隔离式和非隔离（如图1所示)两种，隔离式按照主控芯片 设置的位置，又可分为主控芯片放置在原边的隔离式电源（如图3所示）与主控芯片放置在 副边的隔离式电源(如图2所示）。
[0003] 对于非隔离式数字模块电源与主控芯片放置在副边的隔离式模块电源，均是采用 传统数字PID进行闭环控制;对于主控芯片放置在原边的隔离式模块电源，如图3,由于传统 的PID控制方法，建立在对控制目标采样的基础上，所以，该结构需要线性光耦或直流磁隔 离将输出电压信息反馈至原边，实现对输出电压的采样。这样，不仅环路中增加了比例和滞 后环节，并且增加了电源的成本和电源体积。
[0004] 传统的PID控制，其算法包括位置式和增量式两种。
[0005] 位置型离散表达式为：
[0006]
(I)
[0007] 增量型离散表达式为：
[0008]
C2)
[0009] u(n) =u(n-l)+ Δ u(n) (3)
[0010] 主控数字芯片需要大量的时间完成对控制目标的采样，然后数字滤波，再进行乘 除运算，逻辑判断等等，更需要不断调试配置PID参数，才能完成稳定的闭环控制。因此，在 工程应用中若要实现传统PID控制，需要采用运算速度快，精度高的芯片，大大增加了成本， 限制了其应用范围。
[0011] 对于主控芯片放置在原边的隔离式模块电源，由于传统的PID控制方法，建立在 对控制目标采样的基础上，需将输出电压或电流信号真实值从副边传递到原边的主控芯 片，这样的传递难度大、成本高。 【实用新型内容】
[0012] 本实用新型的目的是提供一种数字电源输出信号采样电路，解决无法快速获得稳 定的采样信号的技术问题。
[0013] 本实用新型的数字电源输出信号采样电路，包括离散化单元，所述离散化单元包 括电阻Rl、电阻R2、钳位二极管Zl、钳位二极管Z2、钳位二极管Z3、运算放大器Ul、比较器U2 和比较器U3;
[0014]运算放大器Ul的输入负极串联电阻Rl后连接输出电压Vo+，运算放大器Ul的输入 正极串联钳位二极管Zl后接地，Ul的输入正极连接钳位二极管Zl的正极，Ul的输入正极串 联钳位二极管Zl和电阻R2后连接运算放大器Ul的输入负极，钳位二极管Zl的负极连接电阻 R2；
[0015]比较器U2的输入正极串联钳位二极管Z2后接地，比较器U3的输入负极串联钳位二 极管Z3后接地，比较器U2的输入负极和比较器U3的输入正极分别连接运算放大器Ul的信号 输出端。
[0016]还包括两个光耦，一个光耦的主边回路与电阻R3串联，串接在比较器U2的信号输 出端与主边的参考电压VCCS之间，副边回路与电阻R5串联，串接在副边的参考电压VCC与接 地点之间；另一个光耦的主边回路与电阻R4串联，串接在比较器U3的信号输出端与主边的 参考电压VCCS之间，副边回路与电阻R6串联，串接在副边的参考电压VCC与接地点之间。 [0017]通过隔离网络形成原边和副边的数字模块电源中，在副边串联的开关网络和滤波 网络的输出端串联离散化单元，离散化单元的离散信号输出端与逻辑电路的输入端连接， 逻辑电路的一个输出端连接副边的开关网络的反馈信号接入端，逻辑电路的另一个输出端 通过隔离驱动网络连接原边的开关网络的反馈信号接入端。
[0018]通过隔离网络形成原边和副边的数字模块电源中，在副边串联的开关网络和滤波 网络的输出端串联离散化单元，离散化单元的离散信号输出端通过光耦连接逻辑电路的输 入端，逻辑电路的一个输出端连接原边的开关网络的反馈信号接入端，逻辑电路的另一个 输出端通过隔离驱动网络连接副边的开关网络的反馈信号接入端。
[0019] 本实用新型的数字电源输出信号采样电路，可以通过硬件对输出信号进行采样及 离散化处理，处理后的信号不仅便于主控数字芯片通过简单的逻辑或加减运算即可实现 反馈控制，更是便于隔离传递。采样信号信息量小，简化主控数字芯片，通过成熟的运算放 大器比较电路完成简单的逻辑或加减运算即可实现反馈控制，有利芯片的选型和降低成 本。使得处理后的信号为逻辑信号，便于传递。特别是有利于主控芯片放置在原边的隔离式 模块电源的反馈信号传递。
【附图说明】
[0020] 图1为现有技术中非隔离式数字控制模块电源的结构示意图；
[0021] 图2为现有技术中主控芯片放置在副边的隔离式数字控制模块电源的结构示意 图；
[0022] 图3为现有技术中主控芯片放置在原边的隔离式数字控制模块电源的结构示意 图；
[0023] 图4为本实用新型数字电源输出信号采样电路与非隔离式数字控制模块电源结合 的结构示意图；
[0024] 图5为本实用新型数字电源输出信号采样电路与主控芯片放置在副边的隔离式数 字控制模块电源结合的结构示意图；
[0025] 图6为本实用新型数字电源输出信号采样电路与主控芯片放置在原边的隔离式数 字控制模块电源结合的结构示意图；
[0026] 图7为本实用新型数字电源输出信号采样电路(的离散化单元)的结构示意图；
[0027] 图8为本实用新型数字电源输出信号采样电路与主控芯片放置在原边的隔离式数 字控制模块电源结合的一种间隔传输信号电路的结构示意图。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】进行详细说明。
[0029]如图4所示，本实施例包括离散化单元和逻辑电路，离散化单元串接滤波网络的输 出端，离散化单元的离散信号输出端与逻辑电路的输入端连接，逻辑电路的输出端连接开 关网络的反馈信号接入端。
[0030] 如图5所示，本实施例通过隔离网络形成原边和副边的数字模块电源中包括两个 开关网络，在副边串联的开关网络和滤波网络的输出端串联离散化单元，离散化单元的离 散信号输出端与逻辑电路的输入端连接，逻辑电路的一个输出端连接副边的开关网络的反 馈信号接入端，逻辑电路的另一个输出端通过隔离驱动网络连接原边的开关网络的反馈信 号接入端。
[0031] 如图6所示，本实施例通过隔离网络形成原边和副边的数字模块电源中包括两个 开关网络，在副边串联的开关网络和滤波网络的输出端串联离散化单元，离散化单元的离 散信号输出端通过光耦连接逻辑电路的输入端，逻辑电路的一个输出端连接原边的开关网 络的反馈信号接入端，逻辑电路的另一个输出端通过隔离驱动网络连接副边的开关网络的 反馈信号接入端。
[0032]隔离网络为主次绕组或隔离变压器。离散化单元为模数转换电路或A/D芯片。PID 电路、与非门形成的逻辑电路或成熟的数字逻辑芯片。
[0033]如图7所示，具体的离散化单元，包括电阻R1、电阻R 2、钳位二极管Z1、钳位二极管 Z2、钳位二极管Z3、运算放大器U1、比较器U2和比较器U3;
[0034]运算放大器Ul的输入负极串联电阻Rl后连接输出电压Vo+，运算放大器Ul的输入 正极串联钳位二极管Zl后接地，Ul的输入正极连接钳位二极管Zl的正极，Ul的输入正极串 联钳位二极管Zl和电阻R2后连接运算放大器Ul的输入负极，钳位二极管Zl的负极连接电阻 R2后接地；
[0035]比较器U2的输入正极串联钳位二极管Z2后接地，比较器U3的输入负极串联钳位二 极管Z3后接地，比较器U2的输入负极和比较器U3的输入正极分别连接运算放大器Ul的信号 输出端。
[0036] 钳位二极管Zl、钳位二极管Z2、钳位二极管Z3电位作为电压基准源。
[0037] 利用本实施例的离散化单元的工作过程如下：
[0038]通过离散化单元获得输出电压与基准的误差信号，并进行放大处理，获得误差信 号，通过大器Ul，放大K倍，得到C点电压Vc;
[0039] 采用硬件电路，对Vc进行离散数字化处理。本文中将Vc离散成两位二进制数据结 果，两位二进制数可以描述四种不同的状态，该方式逻辑判断最为简单，易于执行。
[0040] Vc分别与￥^€2，￥^€3比较，通过比较器1]2，1]3，转化为包含输出电压信号的高低 电平信号。设输出设定电压为Vset，输出设定电压上限为Vset_high，输出设定电压下限为 Vset_low，设定输出电压上下限与\^6€2，'\^^€3满足以下关系：
[0041] Vset_low<Vset<Vset_high (6)
[0042] Vref3<Vref2 (7)
[0043] 当输出电压Vo〈Vset_low时，Vc>Vref 2，A点为低电平，B点为高电平，需要通过调节 提高输出电压;可推出当输出电压Vo>VSet_high时，Vc〈Vref3，A点为高电平，B点为低电平； 通过调节降低输出电压；当Vset_low〈Vo〈 Vset_high时，A点为高电平，13点为高电平，不需 要调节。通过以上方式，实现了包含输出电压信息的离散高低电平，请见表1。
[0044] 表 1
[0046] 如图8所示，在上述离散化单元的光耦连接，包括两个光耦，一个光耦的主边回路 与电阻R3串联，串接在比较器U2的信号输出端与主边的参考电压VCCS之间，副边回路与电 阻R5串联，串接在副边的参考电压VCC与接地点之间；另一个光耦的主边回路与电阻R4串 联，串接在比较器U3的信号输出端与主边的参考电压VCCS之间，副边回路与电阻R6串联，串 接在副边的参考电压VCC与接地点之间。
[0047] 对于隔离式电源，数字控制芯片在原边的结构，通过普通光耦将高低电平传递到 原边可实现闭环控制。
[0048] 离散化的数字量输入主控1C，经过逻辑判断后，进行简单加减运算与逻辑判断，输 出PWM控制信号，完成闭环控制。若主控芯片接收到离散结果'10'，则通过简单的加减算法 减小占空比，至接收到离散结果' 1Γ后结束调整;若主控芯片接收到离散结果'01'，则增加 占空比，至接收到离散结果'11'后结束调整。
[0049]本实施例的数字电源输出信号采样电路获得的信号信息量小，主控IC仅需要进行 逻辑判断与加减运算，大大缩短其采样、滤波、计算与逻辑判断的时间，实现高效性，并能够 提尚闭环控制的稳定性。
[0050] 该方法不仅适用于非隔离数字电源，尤其解决了隔离数字电源难以实现输出信号 线性反馈至原边主控IC的难题，使得隔离数字电实现简单有效的闭环控制。
[0051] 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 以权利要求书的保护范围为准。
【主权项】
1. 一种数字电源输出信号采样电路，包括离散化单元，其特征在于:所述离散化单元包 括电阻Rl、电阻R2、钳位二极管Zl、钳位二极管Z2、钳位二极管Z3、运算放大器Ul、比较器U2 和比较器U3; 运算放大器Ul的输入负极串联电阻Rl后连接输出电压Vo+，运算放大器Ul的输入正极 串联钳位二极管Zl后接地，Ul的输入正极连接钳位二极管Zl的正极，Ul的输入正极串联钳 位二极管Zl和电阻R2后连接运算放大器Ul的输入负极，钳位二极管Zl的负极连接电阻R2; 比较器U2的输入正极串联钳位二极管Z2后接地，比较器U3的输入负极串联钳位二极管 Z3后接地，比较器U2的输入负极和比较器U3的输入正极分别连接运算放大器Ul的信号输出 端。2. 如权利要求1所述的数字电源输出信号采样电路，其特征在于:还包括两个光耦，一 个光耦的主边回路与电阻R3串联，串接在比较器U2的信号输出端与主边的参考电压VCCS之 间，副边回路与电阻R5串联，串接在副边的参考电压VCC与接地点之间；另一个光耦的主边 回路与电阻R4串联，串接在比较器U3的信号输出端与主边的参考电压VCCS之间，副边回路 与电阻R6串联，串接在副边的参考电压VCC与接地点之间。3. 如权利要求1所述的数字电源输出信号采样电路，其特征在于:通过隔离网络形成原 边和副边的数字模块电源中，在副边串联的开关网络和滤波网络的输出端串联离散化单 元，离散化单元的离散信号输出端与逻辑电路的输入端连接，逻辑电路的一个输出端连接 副边的开关网络的反馈信号接入端，逻辑电路的另一个输出端通过隔离驱动网络连接原边 的开关网络的反馈信号接入端。4. 如权利要求2所述的数字电源输出信号采样电路，其特征在于:通过隔离网络形成原 边和副边的数字模块电源中，在副边串联的开关网络和滤波网络的输出端串联离散化单 元，离散化单元的离散信号输出端通过光耦连接逻辑电路的输入端，逻辑电路的一个输出 端连接原边的开关网络的反馈信号接入端，逻辑电路的另一个输出端通过隔离驱动网络连 接副边的开关网络的反馈信号接入端。
【文档编号】G05B11/42GK205539997SQ201620210969
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年3月18日
【发明人】王宁, 程海平, 徐鑫
【申请人】深圳市陆巡天下科技有限公司