一种反激式开关电源及其控制电路的制作方法

本发明属于开关电源技术领域，具体涉及一种反激式开关电源及其控制电路。

背景技术：

开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，一般由脉冲宽度调制控制单片机和mosfet构成。目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点，被广泛应用于工业自动化控制、军工设备、科研设备等领域，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。

在基本的buck、boost以及cuk等dc/dc变换器中引入隔离变压器，可以使变换器的输入电源与负载之间实现电气隔离，提高变换器运行的安全可靠性和电磁兼容性，主要包括正激式开关电源和反激式开关电源。其中，反激式开关电源相较于正激式开关电源，因其结构简单、价格便宜、输入范围宽等特点备受关注，适用于各种不同的电压等级场合，广泛应用于各种辅助电源和小功率电源中。

单管反激变换器主开关，其开通与关断电压应力较大，难以用于电压较高的场合。而双管反激变换器的主开关电压应力仅为输入电压，且漏感能量可回馈到输入侧，无需增加任何吸收电路，因而整机效率也比较高，应用双管串联技术，使其非常适用于较高输入电压和高性能要求的场合。

反激式开关电源为了实现输出的稳定，一般通过环路实现稳定。其中，最经典、应用极广的方式是副边光耦反馈环路控制法。

该控制方法一般采用tl431这种三端基准集成电路，结构如图1所示。其中，u5即为tl431，r5、r6、c2、c3、r9、r10构成调节控制模块。u5的采样端通过电阻r9连接有输出电压信号，以对其进行控制。

该电路对输出电压信号进行采样，当输出电压升高时，tl431的吸收电流变大，流过隔离光耦u2的电流变大，隔离光耦u2的输出端的电流也正比例变大，脉宽调制控制器u3输出使原边的开关电源的占空比变小，这样经过反激变压器t1输出的能量变小，使得反激式开关电源的输出电压下降到输出电压预设值；当输出电压下降时，tl431的输出电流变小，流过光耦u2的电流变小，光耦u2的输出端的电流也变小，脉宽调制控制器u3输出使原边的开关电源的占空比变大，这样经过反激变压器t1输出的能量变大，使得反激式开关电源的输出电压上升到输出电压预设值。

该控制方法只对输出电压进行控制，电源整体性能的稳定性、可靠性较低。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种反激式开关电源及其控制电路，用以解决只对输出电压进行控制时电源整体性能的稳定性、可靠性较低的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

本发明的一种反激式开关电源控制电路，包括用于输出pwm以驱动开关管导通与关断的脉冲调制控制器，所述脉冲调制控制器的比较端口连接调节控制模块的输出端，所述调节控制模块包括可控精密稳压源，所述可控精密稳压源的采样端用于连接输出电压信号，还包括过载保护模块，所述过载保护模块包括第一比较器，所述第一比较器的同相输入端用于连接输出电流信号，反相输入端连接第一基准值，输出端连接所述可控精密稳压源的采样端。

进一步地，所述可控精密稳压源的采样端通过第一电容连接输出电压信号，输出端连接第一隔离光耦的原边，第一隔离光耦的副边连接所述脉冲调制控制器的比较端口。

进一步地，控制电路还包括输出电压过压保护模块，所述输出电压过压保护模块包括第二比较器，所述第二比较器的同相输入端用于连接输出电压信号，反相输入端连接第二基准值，输出端连接第二隔离光耦的原边，第二隔离光耦的副边连接所述脉冲调制控制器的比较端口。

进一步地，控制电路还包括输入电压保护模块，所述输入电压保护模块包括连接输入母线电压信号的电阻分压电路，所述电阻分压电路的分压端连接所述脉冲调制控制器的分压端口。

进一步地，控制电路还包括连接所述脉冲调制控制器的供电端口的启动电压限制模块，所述启动电压限值模块包括一个三极管，射极接地，集电极通过上拉电阻连接输入母线电压信号，集电极还连接供电端口；所述输入母线电压信号经过电阻与稳压管的分压，连接到所述三极管的基极。

本发明的一种反激式开关电源，包括变压器，还包括用于输出pwm以驱动开关管导通与关断的脉冲调制控制器，所述脉冲调制控制器的比较端口连接调节控制模块的输出端，所述调节控制模块包括可控精密稳压源，所述可控精密稳压源的采样端用于连接输出电压信号，还包括过载保护模块，所述过载保护模块包括第一比较器，所述第一比较器的同相输入端用于连接输出电流信号，反相输入端连接第一基准值，输出端连接所述可控精密稳压源的采样端。

进一步地，所述可控精密稳压源的采样端通过第一电容连接输出电压信号，输出端连接第一隔离光耦的原边，第一隔离光耦的副边连接所述脉冲调制控制器的比较端口。

进一步地，还包括输出电压过压保护模块，所述输出电压过压保护模块包括第二比较器，所述第二比较器的同相输入端用于连接输出电压信号，反相输入端连接第二基准值，输出端连接第二隔离光耦的原边，第二隔离光耦的副边连接所述脉冲调制控制器的比较端口。

进一步地，还包括输入电压保护模块，所述输入电压保护模块包括连接输入母线电压信号的电阻分压电路，所述电阻分压电路的分压端连接所述脉冲调制控制器的分压端口。

进一步地，还包括连接所述脉冲调制控制器的供电端口的启动电压限制模块，所述启动电压限值模块包括一个三极管，射极接地，集电极通过上拉电阻连接输入母线电压信号，集电极还连接供电端口；所述输入母线电压信号经过电阻与稳压管的分压，连接到所述三极管的基极。

本发明的有益效果：

本发明的反激式开关电源控制电路，能够应用于反激式开关电源，在现有对输出电压进行副边光耦反馈环路控制的基础上，增加了过载保护模块，即根据输出电压和电流过载信号来通过调节控制模块对改变调节控制模块输出电流的大小，脉冲调制控制器根据该电流的大小来调节输出信号占空比，最终使输出电压变化，从而达到稳压的目的。本发明根据输出电压和电流过载信号两者的变化来对输出电压进行控制，相对于单一通过输出电压来进行控制时，可靠性高，提高了动态响应速度，从而精准控制开关频率，调节占空比。而且，该控制电路结构简单，成本低，体积小，使用范围广，对电路的控制和驱动能力较高。

进一步地，反激式开关电源及其控制电路，设计了包括输出电压过压保护、输入电压过压保护在内的多层保护电路，使得该反激式开关电源及其控制电路的安全性、可靠性较高，电磁干扰小，抗干扰能力强，使得电路更加稳定。

附图说明

图1是现有技术的副边光耦反馈环路控制方法电路图；

图2是本发明的开关电源控制电路图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，下面结合附图及实施例，对本发明作进一步的详细说明。

本发明的反激式开关电源，包括用于对直流母线的高压进行滤波的输入滤波电路、由两个串联的mos管、变压器、输出滤波电路以及控制电路组成。变压器驱动控制两个mos管的导通与关断以进行变压器充电与反激式放电。其中，控制电路如图2所示。

整体来说，该控制电路由可控精密稳压源u5组成调节控制模块对输出电压和电流过载信号进行调节控制，通过隔离光耦u1、u2实现对原边、副边的隔离，u3为脉冲调制控制器，输出pwm波，在经过高频驱动变压器t1进行分路同步，将驱动信号输送到功率mos管进行驱动。

一般可控精密稳压源u5可选用uc3843，其最大的优点是外界元器件极少，外围电路装配简单。

可控精密稳压源u5的外围电路包括电阻r5、电阻r6、电容c3、c2和电阻r10，具体连接方式见图2。电阻r6和电容c3串联后与电容c2串联，将其并联在可控精密稳压源u5的采样端和负端两边；可控精密稳压源u5的正端接地，负端连接隔离光耦u2的发光二极管的阴极(u2的2管脚)，发光二极管的阳极(u2的1管脚)连接输出电压信号，隔离光耦u2的发光二极管的两端并联有电阻r5，输出电压信号通过电阻r9与可控精密稳压源u5的采样端连接，可控精密稳压源u5的采样端还通过电阻r10与地相连；u5的采样端连接有输出电流信号连接运算放大器u4b的同相端(u4b的5管脚)，反向端(u4b的6管脚)连接vcc，输出端(u4b的7管脚)连接u5的采样端；隔离光耦u2的光电三极管的发射极(隔离光耦u2的3管脚)接地，隔离光耦u2的光电三极管的集电极(隔离光耦u2的4管脚)连接脉冲调制控制器u3的比较端口(u3的7管脚)和脉冲调制控制器u3的电位端口(u3的6管脚)，并通过电容c1接地。

隔离光耦u2的光电三极管的集电极(u2的4管脚)还通过电阻r7连接脉冲调制控制器u3的时钟端口(u3的5管脚)，脉冲调制控制器u3的时钟端口(u3的5管脚)还通过电容c4接地。脉冲调制控制器u3的检流端口(u3的3管脚)通过电阻r8连接输入电流的采样支路。脉冲调制控制器u3的驱动端口(u3的2管脚)连接高频驱动变压器t1原边的同名端(t1的1接口)，另一端(t1的2接口)接地。

该控制电路还包括由运算放大器u4a和隔离光耦u1组成的输出电压过压保护模块。输出电压信号连接运算放大器u4a的同相端(u4a的3管脚)，反向端接vcc(u4a的2管脚)，输出端(u4a的1管脚)连接隔离光耦u2的发光二极管的阳极(u1的1管脚)，阴极(u1的2管脚)接地；隔离光耦u2的光电三极管的集电极(u1的4管脚)连接脉冲调制控制器u3的比较端口(u3的7管脚)，发射极(u1的3管脚)接地。

该控制电路还包括由电阻r1和电阻r3组成的输入电压过压保护模块。输入电压采样支路通过串联的电阻r1、电阻r3接地，电阻r1和电阻r3的连接点连接脉冲调制控制器u3的过压端口(u3的8管脚)。

该控制电路还包括启动电压限制模块。输入母线通过电阻r11连接稳压管d1的阴极和三极管q1的基极，d1阳极接地。输入母线还通过电阻r2连接三极管q1的集电极，反射极接地，q1的集电极和反射极之间并联有电容c5，q1的集电极还连接脉冲调制控制器u3的电源端口(u3的1管脚)。

该控制电路的功能及工作原理为：

电阻r7、电容c4通过脉冲调制控制器u3控制输出的pwm频率，经过高频驱动变压器t1放大整理增加带载能力，输送给功率管。

电阻r8对原边电路进行采样，电流超过设定值会关闭脉冲调制控制器u3。

当母线电压开始建立时，q1的集电极电压较低，q1截止，脉冲调制控制器u3的供电电压即为输入母线电压；当输入母线电压较大时，大于d1的稳定电压值时，q1导通，输入母线电压经过电阻r2分压后，给脉冲调制控制器u3的供电电压。从而使得脉冲调制控制器u3的供电电压不至于太大而对u3有所损坏。

同时，电阻r1和电阻r3实时监测输入电压是否过压。当发生过压时，电阻r3分压较大，脉冲调制控制器u3的过压端口采样到该信息，脉冲调制控制器u3进行内部逻辑控制计算进行相应处理。

当发生过载时，即输出电流升高，u4b的5管脚超过u4b的6管脚的基准值后，u4b的7管脚输出高电平；当未发生过载，即输出电流在正常范围内时，u4b的7管脚输出低电平。

可控精密稳压源u5的采样端会根据输出电压及u4b的输出情况，当采样端电压升高时，可控精密稳压源u5的吸收电流变大，流过隔离光耦u2的电流变大，隔离光耦u2的输出端的电流也正比例变大，即u2的4管脚输出的电流变大；当采样端电压降低时，可控精密稳压源u5的输出电流变小，经过隔离光耦u2的电流变小，隔离光耦u2的输出端的电流也变小，即u2的4管脚输出的电流变小。

当输出电压继续升高达到一定值时，即u4a的3管脚电压其超过u4a的2管脚的基准电压vcc后，u4a的1管脚输出高电平，使得隔离光耦u1的发光二极管导通，发光二极管发光，光电三极管导通，u1的4管脚输出低电平，u1的4管脚输出电流。当输出电压未超过u4a的2管脚的基准电压vcc时，u4a的1管脚输出低电平，发光二极管不发光，光电三极管不导通，u1的4管脚没有电流输出。

然后，脉冲调制控制器u3的比较端口(u3的7管脚)根据电流的大小，调节u3输出信号占空比，使输出电压变化。当电流变大时，输出控制使原边的开关电源的占空比变小，这样经过高频驱动变压器t1输出的能量变小，使得反激变压器开关电源的输出电压下降到输出电压预设值；当电流变小时，输出控制使原边的开关电源的占空比变大，这样经过高频驱动变压器t1输出的能量变大，使得反激式开关电源的输出电压上升到输出电压预设值。这样一种动态的反馈调节，从而达到稳压的目的，完成对输出电压、负载的动态控制与调节。

本发明能够适用于双管反激变换器，它能够在非常宽的输入范围内控制两个开关管的快速开通、关断，从而实现能量的转换与传递，解决单个开关管耐压不足的问题，提高控制的精准能力，整个控制电路响应速度快、能耗小、pcb布板体积小。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。