一种输出纹波抑制电路拓扑结构的开关电源的制作方法

本发明涉及电力电子变换技术领域，具体为一种输出纹波抑制电路拓扑结构的开关电源。

背景技术：

目前开关电源以其体积小，效率高在各种工业领域得到广泛的应用，但在一些高精度高精密应用场合，开关电源的输出纹波较高使其应用得到限制，常规的工频线性整流电源纹波低，但设备体积大效率低不具备开关电源的优点，所以需要一种低输出纹波的开关电源来弥补其应用。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种输出纹波抑制电路拓扑结构的开关电源，通过对开关电源的输出增加一级滤波拓扑，在原有传统的lc滤波的基础上对开关电源的输出进行了二次滤波，降低输出纹波，并通过两级控制实现了对电源的精准稳压滤波控制。

实现上述目的的技术方案是：一种输出纹波抑制电路拓扑结构的开关电源，包括电源电路以及连接在电源电路输出端的输出电路，其特征在于：所述开关电源还包括滤波器、第一控制环路、第二控制环路，所述滤波器连接在电源电路与输出电路之间，所述第一控制环路的输入端与输出电路连接、输出端与滤波器连接，第一控制环路用于采集输出电路的电压、并与设定值进行比较，得到的误差值作为基准来控制滤波器的稳定值；用于采集滤波器两端的电压做为基准，并与设定值进行比较控制电源电路的输出电压。

进一步地，所述电源电路包括变压器t，变压器t的输入端连接有全桥电路，变压器t的输出端连接有整流桥，整流桥的输出端连接有滤波电路。

进一步地，所述全桥电路由四个mos管或igbt模块连接组成，所述整流桥由四个二极管连接组成，所述滤波电路包括电感l和电容c，电感l的一端与在整流桥输出端的正极连接，电感l的另一端连接电容c的正极端，电容c的负极端连接整流桥输出端的负极。

进一步地，所述滤波器包括驱动用三极管q以及多个输出功率用三级管q1...qn，驱动用三级管q以及输出功率用三级管q1...qn的集电极c相互并接、并标记为a点，a点与电容c的正极端连接，输出功率用三级管q1...qn的发射极e分别串接有电阻r10，电阻r10的另一端相互并接、并标记为b点，所述驱动用三极管q的集电极c与a点连接，驱动用三级管q的发射极e分别与输出功率用三极管q1...qn的基极b连接。

进一步地，所述输出电路包括负载r，负载r的一端连接滤波器的b点、另一端连接电容c的负极、并标记为g点，g点接地。

进一步地，所述三极管q2的发射极e串接的电阻r阻值相等。

进一步地，所述第一控制环路包括电阻r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、电容c1、c2、运算放大器u1、二极管d10，所述r1的一端连接滤波器的b点，r1的另一端连接电阻r2，电阻r2的另一端接地，电阻r4的一端连接在电阻r1和r2之间、另一端连接运算放大器u1b的反相输入端，所述运算放大器u1b的反相输入端还连接有电阻r3，电阻r3的另一端用于输入基准电压，电阻r5的一端连接连接运算放大器u1b的同相输入端、另一端接地，电容c1并联在运算放大器u1b的反相输入端和输出端之间；

运算放大器u1b的输出端连接二极管d10的负极，二极管d10的正极连接电阻r7，电阻r7的另一端连接滤波器的驱动用三极管q的基极b，所述电阻r6的一端连接12v的直流电源、另一端连接二极管d10的正极，电容c2的一端连接二级管d10的正极、另一端接地。

进一步地，所述第二控制环路包括霍尔电压传感器、模数转换器、mcu控制器、占空比调节电路、驱动电路，所述霍尔电压传感器的信号采集端连接滤波器的a点和b点，霍尔电压传感器的信号输出端通过模数转换器连接mcu控制器，mcu控制器的输出端连接有占空比调节电路，占空比调节电路的输出端通过驱动电路连接全桥电路的四个mos管或igbt模块的控制端。

本发明的有益效果：

本发明通过对开关电源的输出增加一级滤波电路，并对滤波电路件进行均流，通过两级控制环路，实现对输出电压的稳定控制和纹波的抑制。

本发明的三极管q2的发射极e串接的电阻r阻值相等，实现了三极管q2的均流和均压。

附图说明

图1为本发明的原理框图；

图2为本发明的电路图。

具体实施方式

如图1、2所述，本发明包括电源电路1、滤波器2、输出电路3、第一控制环路4、第二控制环路5，滤波器1连接在电源电路1与输出电路3之间。

电源电路1包括变压器t，变压器t的输入端连接有全桥电路6，全桥电路6的输入端连接输入电源uin，变压器t的输出端连接有整流桥7，整流桥7的输出端连接有滤波电路8。

全桥电路6包括第一开关s1、第二开关s2、第三开关s3及第四开关s4，第一开关s1、第二开关s2、第三开关s3及第四开关s4可以采用mos管或igbt模块，输入电源uin的正极与第一开关s1的一端和第三开关s3的一端均相连,第一开关s1的另一端与第二开关s2的一端相连，第三开关s3的另一端与第四开关s4的一端均相连，第二开关s2的另一端和第四开关s4的另一端均与输入电源uin的负极连接；整流桥7包括电容d1、d2、d3、d4，电容d1、d3的负极端相连，电容d1的正极端连接电容d2，电容d3的正极端连接电容d4，电容d2、电容d4正极端相互连接；滤波电路8包括电感l和电容c，电感l的一端与在整流桥输出端的正极连接，电感l的另一端连接电容c的正极端，电容c的负极端连接整流桥7输出端的负极。

变压器t一次绕组的一端连接在第一开关s1、第二开关s2之间、另一端连接在第三开关s3及第四开关s4之间，变压器t二次绕组的一端连接在电容d1、d2之间、另一端连接在电容d3、d4之间。

滤波器2包括驱动用三极管q以及多个输出功率用三级管q1...qn，本实施例设置有两个分别为q1、q2,驱动用三极管q、输出功率用三级管q1...qn的集电极c相互并接、并标记为a点，a点与电容c的正极端连接，驱动用三极管q1的发射极e串接有电阻r10，三极管q2的发射极e串接有电阻r11，电阻r10、r11的另一端相互并接、并标记为b点，所述驱动用三极管q的集电极c与a点连接，驱动用三级管q的发射极e分别与输出功率用三极管q1、q2的基极b连接。

输出电路3包括负载r，负载r的一端连接滤波器的b点、另一端连接电容c的负极、并标记为g点，g点接地。

第一控制环路4包括电阻r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、电容c1、c2、运算放大器u1、二极管d10，r1的一端连接滤波器的b点，r1的另一端连接电阻r2，电阻r2的另一端接地，电阻r4的一端连接在电阻r1和r2之间、另一端连接运算放大器u1b的反相输入端，所述运算放大器u1b的反相输入端还连接有电阻r3，电阻r3的另一端用于输入基准电压，电阻r5的一端连接运算放大器u1b的同相输入端、另一端接地，电容c1并联在运算放大器u1b的反相输入端和输出端之间；

运算放大器u1b的输出端连接二极管d10的负极，二极管d10的正极连接电阻r7，电阻r7的另一端连接滤波器的驱动用三极管q的基极b，所述电阻r6的一端连接12v的直流电源、另一端连接二极管d10的正极，电容c2的一端连接二级管d10的正极、另一端接地。

第二控制环路5包括霍尔电压传感器5.1、模数转换器5.2、mcu控制器5.3、占空比调节电路5.4、用于驱动第一开关s1、第二开关s2、第三开关s3及第四开关s4的驱动电路5.5，霍尔电压传感器5.1的信号采集端连接滤波器2的a点和b点，霍尔电压传感器5.1的信号输出端通过模数转换器5.2连接mcu控制器5.3，mcu控制器5.3的输出端连接有占空比调节电路5.4，占空比调节电路5.4的输出端通过驱动电路连接全桥电路6的四个mos管或igbt模块的控制端。

本发明的工作原理：

第一控制环路4首先对滤波器2的b点的电压ub进行采样，第一控制环路4为积分控制电路，当输出电压ub降低时候，驱动用三极管q的基极b电位下降，三极管q的基极b电流下降，输出功率用三极管q1、q2的基极b电流下降，由于电阻r7的存在，使得驱动用三极管q、输出功率用三极管q1、q2处于放大工作区，则输出功率用三极管q1、q2两端电压（计为uab）下降。

电源电路1的控制采样为uab，当uab下降，则会进入第二控制环路5，第二控制环路5通过霍尔电压传感器5.1对uab电压隔离采样，将采样信号送至模数转换器5.2，将模拟信号转换为数字信号，得到数字信号送至mcu控制器5.3，mcu控制器5.3采用型号为tms320f28335的芯片，mcu控制器5.3进行运算得到占空比信号再通过占空比调节电路5.4控制占空比上调，提高电源电路1的输出电压，因为滤波器2的a点与输出电路3的g点之间的电压（计为uag）uag=ub+uab，输出功率用三极管q1、q2两端电压uab下降，则输出电压ub上升，维持输出电压在目标值。

当输出电压ub上升时候，其分析亦然，第一控制环路4与第二控制环路5实现了电路的两级稳定控制。

如果没有滤波器2，则滤波器2的b点电压波形与a点的电压波形是一致的，只能通滤波电路8进行一次滤波，增加滤波器2，通过第一控制环路4对输出电压ub波形进行采用，得到驱动用三极管q基极b的控制电压，电容c2对驱动用三极管q的基极b的电压进行滤波，此时输出功率用三级管q1、q2的基极b电压跟随驱动用三极管q的基极b的电压波形，输出功率用三级管q1、q2基极b的电压波形决定了滤波器2的b点电压波形，b点电压波形也是输出波形，对输出电压进行了二次滤波。

电阻r10和r11设定为两个阻值相同的电阻，因为q1与r10串联，q2与r11串联，其串联后两端的电压相等，即为uab，又因为输出功率用三级管q1、q2的基极b的电压相等，则流过电阻r10，r11的电流是相等的，则输出功率用三级管q1、q2两端的电压是相等的，电阻r10，r11的存在保证了输出功率用三级管q1、q2的两端电压相等和电流相等。

电阻r7与驱动用三极管q串联对驱动用三极管q的基极电流进行放大，驱动用三极管q发射极与输出功率用三级管q1、q2的基极相连，提供足够的电流确保输出功率用三级管q1与q2处于放大区。输出功率用三级管q1、q2与电阻r11、r12分别串联后并联，提供更大电流，本发明采用输出功率用三级管并联的个数不定，根据输出电流情况增加并联个数。