专利名称：一种开关电源的隔离传输方法及其电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种隔离传输方法及其电路，特别是一种适合应用在航天、军工、通信等高恶劣环境下的开关电源隔离传输方法及其电路。
背景技术：
现有技术中，为了达到开关电源稳定输出电压的目的，在开关电源的副边采样误差信号，该信号经过误差放大器放大后，转换成电流信号并通过光耦隔离输出到开关电源原边的控制芯片，以实现对开关管的驱动信号进行反馈控制。图1示出了该反馈控制方法的一种具体的隔离传输电路，其中第一分压电阻 R456、第二分压电阻R457和误差放大器IC450组成采样电路，第一分压电阻R456和第二分压电阻R457相串联，该串联支路的一端为该隔离传输电路的输入电压端Vin+，连接到开关电源的输出电压端，另一端为该隔离传输电路的输入电压参考端Vin-，连接到开关电源的输出电压参考端，该串联支路的串接点连接到误差放大器IC450的控制端，误差放大器 IC450的阳极连接到所述串联支路的另一端，误差放大器IC450阴极的一路依次通过电阻 R461和电阻R460连接到所述串联支路的一端，电阻R461和电阻R460用于控制流过光耦二极管的电流；另一路依次通过电阻R455和电容C456连接到其控制端，构成误差放大器 IC450的负反馈支路；第一分压电阻R456和第二分压电阻R457从开关电源的输出端采样误差信号，经误差放大器IC450放大后在其阴极输出；隔离光耦OCl的阳极引脚1和阴极引脚2并联在电阻R460的两端，隔离光耦OCl的发射极引脚3接地，其集电极引脚4为隔离传输电路的输出电压端Vout，连接到开关电源中的PWM控制芯片的控制端COM，经放大的误差信号通过隔离光耦OCl输出到开关电源中的PWM控制芯片的控制端COM，以实现对PWM的控制。但是这种传统的使用光耦隔离传输小信号的方式存在以下缺点1.环境温度变化后，传输比受到严重影响，使电源的控制环路失控；2.传输比小，不利于环路稳定；3.抗辐射能力差，相关资料表明光耦抗辐射的总剂量不超过3*104rad(Si)。而在航天、军工、通信等领域，开关电源一般都会在密闭、高温的环境中工作，这样一来，对电源产品的稳定性、功率降额等都有较高的要求，用光耦隔离传输误差信号的方法就不适用了。
发明内容
本发明的目的是提供一种开关电源的隔离传输方法，该隔离传输方法能克服上述缺点，传输小信号的传输比高、受温度变化影响小以及抗辐射能力强，使开关电源能工作在密闭、高温的环境中，并具有稳定性好、使用降额高的特点，适合应用在航天、军工、通信等高恶劣环境的领域。本发明的另一目的是提供实现上述方法的开关电源的隔离传输电路。本发明的第一个目的是通过以下技术措施来实现的
一种开关电源的隔离传输方法，经采样电路采样的误差信号依次通过隔离电路和整流滤波电路输出；所述隔离电路采用隔离变压器、驱动三极管和脉冲信号源组成，脉冲信号源输出固定频率和脉宽的脉冲信号，所述脉冲信号通过驱动三极管与采样电路输出的误差信号在隔离变压器的初级绕组(Np)相混合，该混合信号从隔离变压器次级绕组(Ns)输出到整流滤波电路，经整流滤波电路对其进行整流、滤波后输出一个幅值受误差信号控制的直流电平信号。本发明的第二个目的是通过以下技术措施来实现的一种开关电源的隔离传输电路，包括采样电路和隔离电路，所述采样电路的输入电压端和输入电压参考端为隔离传输电路的输入电压端和输入电压参考端，还包括整流滤波电路，所述隔离电路包括隔离变压器、驱动三极管和脉冲信号源，脉冲信号源连接到驱动三极管的基极，驱动三极管的发射极连接到所述采样电路的输入电压参考端，其集电极连接到隔离变压器初级绕组(Np)的一端，隔离变压器初级绕组(Np)的另一端连接到所述采样电路的输出端，隔离变压器次级绕组(Ns)的一端接地，另一端连接到所述整流滤波电路的输入端，所述整流滤波电路的输出端为隔离传输电路的输出电压端；脉冲信号源输出固定频率和脉宽的脉冲信号，所述脉冲信号通过驱动三极管与经采样电路采样的误差信号在隔离变压器的初级绕组(Np)相混合，该混合信号从隔离变压器次级绕组(Ns)输出到整流滤波电路，经整流滤波电路对其进行整流、滤波后输出一个幅值受误差信号控制的直流电平信号。为了保证驱动三极管Ql不被过电流烧坏，所述脉冲信号源通过限流电阻连接到所述驱动三极管的基极。作为本发明的一种实施方式，所述隔离传输电路应用于开关电源的反馈支路上， 隔离传输电路的输入电压端的输入信号来自开关电源的输出电压端，所述隔离传输电路的输入电压参考端的输入信号来自开关电源的输出电压参考端，所述隔离传输电路的输出电压端输出的直流电平信号传输到开关电源中控制芯片的控制端，用于控制所述控制芯片的输出，调节开关电源输出电压。作为本发明的一种实施方式，所述整流滤波电路包括整流二极管、隔离二极管、第一滤波电容和负载电阻，滤波电容和负载电阻相并联，该并联支路的一端接地，另一端连接到整流二极管的阴极，隔离二极管的阴极与整流二极管的阴极相连接，整流二极管的阳极为所述整流滤波电路的输入端，隔离二极管的阳极为所述整流滤波电路的输出端。作为本发明的一种实施方式，所述采样电路包括误差放大器、偏置电阻、第二滤波电容，反馈电容，第一分压电阻和第二分压电阻；第一分压电阻和第二分压电阻相串联，该串联支路的连接点连接到误差放大器的控制端，误差放大器的阴极通过偏置电阻连接到所述串联支路的一端，该端为采样电路的输入电压端，误差放大器的阳极连接到所述串联支路的另一端，该端为采样电路的输入电压参考端，误差放大器的阴极一路通过反馈电容，连接到它的控制端，另一路通过第二滤波电容连接到它的阳极，误差放大器的阴极为所述采样电路的输出端。与现有技术相比，本发明具有以下突出的优点1、由于使用隔离变压器代替了光耦，在高恶劣条件下，本发明所述隔离传输电路可靠性比光耦传输电路的高，抗辐射能力比光耦传输电路强，产品适用于军工、航天领域。
2、在高恶劣条件下，本发明所述隔离传输电路的使用降额比光耦传输电路的高。3、采用本发明所述隔离传输电路的开关电源，在研发阶段的三温(低温、常温、高温)环境下，环路容易调试。
图1为现有技术的电路原理图；图2为本发明实施例一的电路原理具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。图2示出了本发明实施例一的隔离传输电路，包括采样电路、隔离电路和整流滤波电路。隔离电路包括隔离变压器Tl、驱动三极管Q1、限流电阻R5和脉冲信号源VS ；脉冲信号源VS通过限流电阻R5连接到驱动三极管Ql的基极1，驱动三极管Ql的发射极3连接到隔离传输电路的输入电压参考端Vin-，驱动三极管Ql的集电极2连接到隔离变压器Tl 初级绕组Np的异名端；脉冲信号源VS输出固定频率和固定脉宽的脉冲信号，驱动三极管 Ql跟随脉冲信号工作在开通和截止交替的状态，向隔离变压器Tl的初级绕组Np输入固定频率和固定脉宽的信号，经过隔离变压器Tl磁耦合后，隔离变压器Tl的次级绕组Ns输出相应的固定频率和固定脉宽的信号。采样电路包括误差放大器U1、第一分压电阻R3、第二分压电阻R4、偏置电阻R2、第二滤波电容C2、和反馈电容C3 ；第一分压电阻R3和第二分压电阻R4相串联，该串联支路的连接点连接到误差放大器Ul的控制端1，误差放大器Ul的阴极3通过偏置电阻R2连接到所述串联支路的一端，该端为隔离传输电路的输入电压端Vin+，其输入信号来自开关电源的输出电压端，误差放大器Ul的阳极2连接到所述串联支路的另一端，该端为隔离传输电路的输入电压参考端Vin-，其输入信号来自开关电源的输出电压参考端，误差放大器Ul的阴极3 —路通过反馈电容C3连接到它的控制端1，另一路通过第二滤波电容C2连接到它的阳极2，误差放大器的阴极3为采样电路的输出端，连接到隔离变压器Tl初级绕组Np的同名端，第一分压电阻R3和第二分压电阻R4采样开关电源输出的误差信号输入到误差放大器Ul的控制端1，该信号经误差放大器Ul放大后输入隔离变压器Tl的初级绕组Np，并与所述驱动三极管Ql输入的固定频率和固定脉宽的信号相混合，形成固定频率和脉宽的，幅度跟随误差放大器输出电压的脉冲信号，该脉冲信号通过隔离变压器Tl磁耦合到其次级绕组Ns，最终使得隔离变压器Tl次级绕组Ns输出脉冲信号的脉宽幅度因应开关电源输出电压的变化信号产生相应的变化。其中，上述误差放大器Ul可以采用型号为TL431的误差放大器或其它类似功能的型号。整流滤波电路包括整流二极管D2、负载电阻R1、第一滤波电容Cl和隔离二极管 Dl ；所述隔离变压器Tl次级绕组Ns的同名端连接到整流二级管D2的阳极，其异名端接地， 整流二极管D2的阴极一路通过负载电阻Rl连接到隔离变压器Tl的异名端，另一路连接到隔离二极管Dl的阴极，第一滤波电容Cl与负载电阻Rl相并联，隔离二极管Dl的阳极为隔离传输电路的输出电压端Vout，所述隔离变压器Tl次级绕组Ns输出的脉冲信号经过整流二级管D2和滤波电容Cl整流滤波后，通过隔离二极管Dl在所述隔离传输电路的输出电压端Vout输出一个幅值受误差信号控制的直流电平信号，该隔离传输电路的输出信号输入到开关电源中的控制芯片的控制端COM，用以控制控制芯片的COM脚电平。其中，上述开关电源中的控制芯片可以为PWM芯片，通过隔离传输电路作为反馈支路，其输出的直流电平信号控制PWM芯片的COM脚电平，以控制输出MOS管驱动信号的脉宽，最终达到控制开关电源输出电压的目的。本发明的实施方式不限于此，如根据开关电源中的控制芯片的不同需要，误差放大器Ul的阴极1和驱动三极管Ql与隔离变压器Tl初级绕组Np的连接方式可以互换；驱动三极管Ql可以采用NPN型三极管或PNP型三极管；整流滤波电路可以采用现有技术中所有能对输入信号进行整流和滤波的功能电路；采样电路也能有不同的实现方式；所以，按照本发明的上述内容，利用本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明中具体实施电路还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利保护范围之内。
权利要求
1.一种开关电源的隔离传输方法，其特征在于经采样电路采样的误差信号依次通过隔离电路和整流滤波电路输出；所述隔离电路采用隔离变压器、驱动三极管和脉冲信号源组成，脉冲信号源输出固定频率和脉宽的脉冲信号，所述脉冲信号通过驱动三极管与采样电路输出的误差信号在隔离变压器的初级绕组(Np)相混合，该混合信号从隔离变压器次级绕组(Ns)输出到整流滤波电路，经整流滤波电路对其进行整流、滤波后输出一个幅值受误差信号控制的直流电平信号。
2.一种采用权利要求1所述方法的开关电源的隔离传输电路，包括采样电路和隔离电路，所述采样电路的输入电压端和输入电压参考端为隔离传输电路的输入电压端和输入电压参考端，其特征在于还包括整流滤波电路，所述隔离电路包括隔离变压器、驱动三极管和脉冲信号源，脉冲信号源连接到驱动三极管的基极，驱动三极管的发射极连接到所述采样电路的输入电压参考端，其集电极连接到隔离变压器初级绕组(Np)的一端，隔离变压器初级绕组(Np)的另一端连接到所述采样电路的输出端，隔离变压器次级绕组(Ns)的一端接地，另一端连接到所述整流滤波电路的输入端，所述整流滤波电路的输出端为隔离传输电路的输出电压端；脉冲信号源输出固定频率和脉宽的脉冲信号，所述脉冲信号通过驱动三极管与经采样电路采样的误差信号在隔离变压器的初级绕组(Np)相混合，该混合信号从隔离变压器次级绕组(Ns)输出到整流滤波电路，经整流滤波电路对其进行整流、滤波后输出一个幅值受误差信号控制的直流电平信号。
3.根据权利要求2所述开关电源的隔离传输电路，其特征在于所述脉冲信号源通过限流电阻连接到所述驱动三极管的基极。
4.根据权利要求3所述开关电源的隔离传输电路，其特征在于所述隔离传输电路的输入电压端的输入信号来自开关电源的输出电压端，所述隔离传输电路的输入电压参考端的输入信号来自开关电源的输出电压参考端，所述隔离传输电路的输出电压端输出的直流电平信号传输到开关电源中控制芯片的控制端。
5.根据权利要求4所述开关电源的隔离传输电路，其特征在于所述整流滤波电路包括整流二极管、隔离二极管、第一滤波电容和负载电阻，第一滤波电容和负载电阻相并联， 该并联支路的一端接地，另一端连接到整流二极管的阴极，隔离二极管的阴极与整流二极管的阴极相连接，整流二极管的阳极为所述整流滤波电路的输入端，隔离二极管的阳极为所述整流滤波电路的输出端。
6.根据权利要求4所述开关电源的隔离传输电路，其特征在于所述采样电路包括误差放大器、偏置电阻、第二滤波电容，反馈电容，第一分压电阻和第二分压电阻；第一分压电阻和第二分压电阻相串联，该串联支路的连接点连接到误差放大器的控制端，误差放大器的阴极通过偏置电阻连接到所述串联支路的一端，该端为采样电路的输入电压端，误差放大器的阳极连接到所述串联支路的另一端，该端为采样电路的输入电压参考端，误差放大器的阴极一路通过反馈电容，连接到它的控制端，另一路通过第二滤波电容连接到它的阳极，误差放大器的阴极为所述采样电路的输出端。
全文摘要
本发明公开了一种开关电源的隔离传输方法及其电路，经采样电路采样的误差信号依次通过隔离电路和整流滤波电路输出；所述隔离电路采用隔离变压器、驱动三极管和脉冲信号源组成，脉冲信号源输出固定频率和脉宽的脉冲信号，所述脉冲信号通过驱动三极管与采样电路输出的误差信号在隔离变压器的初级绕组相混合，该混合信号从隔离变压器次级绕组输出到整流滤波电路，经整流滤波电路对其进行整流、滤波后输出一个幅值受误差信号控制的直流电平信号；本发明的隔离传输方法及其电路具有传输小信号的传输比高、受温度变化影响小以及抗辐射能力强的特点，并且稳定性好、使用降额高，适合应用在航天、军工、通信等高恶劣环境的领域。
文档编号H02M3/315GK102290994SQ201110230150
公开日2011年12月21日 申请日期2011年8月11日 优先权日2011年8月11日
发明者倪远, 李绍兵 申请人:广州金升阳科技有限公司