反馈隔离器及电源设备的制作方法

本技术涉及电源控制，具体涉及一种反馈隔离器及电源设备。

背景技术：

1、在隔离型开关电源中，特别是需要恒流恒压（cc/cv）输出的应用（如电池充电器、led驱动器、电池管理系统等），为了实现初级侧与次级侧之间的电气隔离并同时保证输出精度，通常需要在次级侧对输出电压和电流进行采样，并将采样得到的反馈信号跨越隔离屏障传递至初级侧的pwm控制器，以形成闭环控制。

2、目前，行业内主要采用以下技术方案来实现隔离反馈与恒流恒压控制。

3、一类方案采用光耦反馈结合副边外置恒压恒流采样芯片的架构，参考图1所示，对应工作原理可以包括：通过专用控制芯片（如图1所示ap4313），分别借助反馈电阻对输出电压进行采样，并利用采样电阻对输出电流进行采样；采样信号与芯片内部基准源进行比较后，产生误差电流信号；该误差电流信号驱动光耦内部的发光二极管，通过电-光-电转换过程实现初次级间的电气隔离与信号反馈。发明人研究发现，这类方案存在以下缺陷：首先，光耦在高温工作环境下易发生电流传输比衰减，为保障批量生产的可靠性，设计时需预留较大ctr裕量，此举不仅增加设计复杂度，还引入批量一致性风险；其次，光耦内部光电二极管随工作时间延长会逐步老化，导致器件寿命降低，进而影响整体产品的长期使用寿命；此外，为实现恒压与恒流控制功能，需额外配置专用控制芯片，不仅增加系统成本与体积，且目前市面上适配光耦的恒压恒流控制芯片普遍要求较高工作电压，难以满足电池类应用低至2.5v的工作电压需求，从而限制了其在低压场合的应用范围。

4、另一类方案采用原边反馈机制，参考图2所示，通过采集原边侧的电压与电流信号实现恒压与恒流控制。对应工作原理可以包括：控制芯片（如图2所示pwm controller）的fb引脚经由原边辅助绕组采样以获取输出等效电压，控制芯片的cs引脚通过外部采样电阻检测原边峰值电流，并基于此间接推算出负载电流；控制芯片根据所采集的电压与电流信息，调节反激变换器的占空比，从而实现对输出的控制。发明人研究发现，这类方案存在以下缺陷：首先，其负载电流的检测依赖于对原边峰值电流的采样与内部换算，由于变压器匝比误差、采样电路精度限制以及芯片内部计算偏差等因素，导致输出电流控制精度较差，难以实现对负载电流的精确调节；其次，为实现输出电压的等效采样，需在变压器中额外设置辅助绕组，此举不仅增加了变压器的结构复杂度与制造成本，还挤占了输出绕组的有效空间，迫使输出绕组线径减小，进而引起变压器温升加剧，影响系统整体的功率密度与热性能。此外，辅助绕组与输出绕组之间的匝数比存在固有偏差，使得输出电压无法实现高精度控制，进一步限制了该方案在对输出精度要求较高的场景中的应用。

5、可见，传统方案缺乏一种能够同时兼顾高精度、高可靠性、低成本、高集成度的隔离反馈解决方案。

技术实现思路

1、鉴于此，本技术提供一种反馈隔离器及电源设备，以提升隔离反馈方案的可靠性和集成度，降低对应的设备成本。

2、本技术提供一种反馈隔离器，包括恒流恒压采样模块、发送侧信号处理模块、隔离层和接收侧信号处理模块；

3、所述恒流恒压采样模块的第一输入端连接电源设备的电压采样端，第二输入端连接所述电源设备的电流采样端，输出端通过所述发送侧信号处理模块连接所述隔离层的输入端；所述隔离层的输出端连接所述接收侧信号处理模块的输入端；接收侧信号处理模块的输出端连接所述电源设备中控制器的反馈控制端；

4、所述恒流恒压采样模块被配置为实时检测所述电源设备的输出电压和输出电流，通过多个工作模式输出用于对输出电压进行反馈控制的单向误差模拟信号；

5、所述发送侧信号处理模块被配置为将所述单向误差模拟信号调制为第一数字信号；

6、所述隔离层被配置为向所述接收侧信号处理模块传输所述第一数字信号，并在传输过程中实现电气隔离；

7、所述接收侧信号处理模块被配置为将所述第一数字信号解调为输出模拟信号，以获得匹配所述控制器的反馈控制信号。

8、可选地，所述恒流恒压采样模块包括电压环路、电流环路和偏置电流源；所述电压环路的输入端连接所述电源设备的电压采样端，输出端分别连接所述偏置电流源的输出端和所述电流环路的输出端，并作为所述恒流恒压采样模块的输出端；所述电流环路的输入端连接所述电源设备的电流采样端；所述电流环路被配置为实时采样负载电流，提供恒流模式，输出用于为所述电源设备的输出电容稳定充电的单向误差模拟信号；所述电压环路被配置为实时采样输出电压反馈信号，提供恒压模式，输出用于补偿所述输出电压的单向误差模拟信号。

9、可选地，所述电压环路包括第一误差放大器、第一二极管和第一参考源；所述电流环路包括第二误差放大器、第二二极管、第二参考源和第一电阻；所述电源设备还包括第二电阻；所述第一误差放大器的同相输入端连接所述第一参考源的输出端，反相输入端用于接入电压反馈信号，输出端连接所述第一二极管的阴极；所述第一二极管的阳极作为所述电压环路的输出端；所述第二误差放大器的同相输入端分别连接所述第二参考源的输出端和所述第一电阻的第一端，反相输入端分别连接所述第二电阻的第一端和地端，并用于接入负载电流流过所述第二电阻产生的检测电压，输出端连接所述第二二极管的阴极；所述第二电阻的第二端连接所述第一电阻的第二端；所述第二二极管的阳极作为所述电流环路的输出端。

10、可选地，所述第一误差放大器的最大拉电流是所述偏置电流源的输出电流的2倍。

11、可选地，所述第二误差放大器的最大拉电流是所述偏置电流源的输出电流的2倍。

12、可选地，所述反馈隔离器还包括rc补偿网络；所述rc补偿网络的第一端连接所述恒流恒压采样模块的输出端，第二端接地。

13、可选地，所述发送侧信号处理模块包括调制电路和发送电路；所述调制电路被配置为将所述单向误差模拟信号调制为第一pwm信号；所述发送电路被配置为将所述第一pwm信号转换为对应的短脉冲，以得到用于在所述隔离层传输的第一数字信号。

14、可选地，所述调制电路包括第一v-i转换电路、第一电荷泵、第一基准电压源、第一积分器、三角波发生器及第一比较器；所述第一v-i转换电路的第一端用于接入所述单向误差模拟信号，第二端分别连接所述第一电荷泵的第一端和所述第一积分器的第一端；所述第一积分器的第二端连接所述第一基准电压源的输出端，用于接入所述第一基准电压源输出的第一基准电压，第三端连接所述第一比较器的反相输入端；所述第一比较器的同相输入端连接所述三角波发生器的输出端，用于接入所述三角波发生器输出的三角波，输出端连接所述第一电荷泵的第二端，并用于输出所述第一pwm信号。

15、可选地，所述发送电路包括编码器和驱动器；所述编码器的输入端连接所述调制电路的输出端，输出端通过所述驱动器连接所述隔离层的输入端；所述编码器被配置为在所述第一pwm信号由逻辑电平0变化到逻辑电平1时，输出第一类型的脉冲信号；在所述第一pwm信号由逻辑电平1变化到逻辑电平0时，输出第二类型的脉冲信号；所述驱动器被配置为驱使所述脉冲信号通过隔离层的隔离屏障达到所述接收侧信号处理模块，以传输所述第一数字信号。

16、可选地，所述接收侧信号处理模块包括接收电路、解调电路和第一缓冲器；所述接收电路被配置为将所述脉冲信号转换为第二pwm信号；所述解调电路被配置为将所述第二pwm信号解调为输出模拟信号；所述第一缓冲器被配置为将所述输出模拟信号转换为匹配所述控制器的反馈控制信号。

17、可选地，所述接收电路包括第二比较器和解码器；所述第二比较器被配置为将所述脉冲信号和阈值电压进行比较，在所述脉冲信号的信号幅度大于所述阈值电压时，向所述解码器传输所述脉冲信号；所述解码器被配置为将所述脉冲信号解码成与第一电平进行输出，在预设时间间隔内未接收到所述脉冲信号，则持续输出所述第一电平，若超过所述预设时间间隔后仍未接收到所述脉冲信号，则输出第二电平；所述第一电平为所述单向误差模拟信号对应的电平。

18、可选地，所述解调电路包括第二v-i转换电路、第二电荷泵、第二基准电压源、第二积分器、滤波器和第二缓冲器；所述第二电荷泵的第一端用于接入所述第二pwm信号，第二端分别连接所述第二v-i转换电路的第一端和所述第二积分器的第一端；所述第二积分器的第二端用于连接所述第二基准电压源的输出端，用于接入所述第二基准电压源输出的第二基准电压，第三端连接所述滤波器的第一端；所述滤波器的第二端连接所述第二缓冲器的第一端；所述第二缓冲器的第二端连接所述第二v-i转换电路的第二端，并用于输出所述输出模拟信号。

19、可选地，所述第一v-i转换电路和所述第二v-i转换电路的参数一致；所述第一电荷泵和所述第二电荷泵的参数一致；所述第一基准电压源和所述第二基准电压源的参数一致；所述第一积分器和所述第二积分器的参数一致。

20、可选地，所述第一缓冲器包括第一运算放大器、mos管、第三电阻和第四电阻；所述第一运算放大器的反相输入端用于接入所述输出模拟信号，同相输入端分别连接所述第三电阻的第一端和所述第四电阻的第一端，输出端连接所述mos管的栅极；所述mos管的源级接地，漏极连接所述第四电阻的第二端，并用于输出所述反馈控制信号；所述第三电阻的第二端接地。

21、本技术还提供一种电源设备，所述电源设备包括上述任一种反馈隔离器。

22、本技术上述反馈隔离器及电源设备中，恒流恒压采样模块实时检测电源设备的输出电压以获得电压反馈信号，实时检测电源设备的输出电流，通过多个工作模式输出用于对输出电压进行反馈控制的单向误差模拟信号，发送侧信号处理模块可以将单向误差模拟信号调制为第一数字信号，隔离层向接收侧信号处理模块传输第一数字信号，并在传输过程中实现电气隔离，接收侧信号处理模块将第一数字信号解调为输出模拟信号，以获得匹配控制器的反馈控制信号，以使控制器响应反馈控制信号，调节输出电压，保证对应电源设备在工作过程中的可靠性。其可以实现隔离反馈采样与恒压恒流控制环路的一体化集成，在提升对应系统可靠性和采样精度的基础上，降低了系统成本与体积，为隔离型恒压恒流应用提供了一种高集成度、高精度的解决方案。