一种防反灌控制电路及开关电源的制作方法

1.本发明涉及开关电源技术领域，具体涉及一种防反灌控制电路及开关电源。


背景技术：

2.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，来维持输出电压稳定的一种电源。随着开关电源的应用领域越来越广，如在电池充电设备、电机应用领域等，现有的开关电源的输出端会存在一个高于开关电源输出电压的反灌电压，该反灌电压会导致开关电源的负反馈调节稳压系统中的输出电压的采样值随着开关电源输出端的电压上升而上升，进而导致开关电源开关管的开通时间缩短，甚至关断pwm控制。因此，开关电源的输出端发生电压反灌时，可能会造成开关电源内部的功能电路失效、输出电压精度不良、控制环路保护等异常。本发明提供的一种防反灌控制方法及其电路对于开关电源的输出端会发生电压反灌的应用就至关重要。


技术实现要素：

3.针对以上问题，本发明提供了一种防反灌控制电路及开关电源，在开关电源的输出端发生电压反灌时，通过调整电源负反馈系统的电压检测值，补偿消除外灌电压升高对电压检测值的影响，使开关电源仍能够正常可靠工作。
4.本发明采取的技术方案为：
5.第一方面，提供一种防反灌控制电路，应用于开关电源，所述开关电源包括依次连接的电源输入系统、电源开关转换系统、电源输出系统、电源负反馈系统和pwm控制系统；所述控制电路包括：输出电压采样单元、误差电压提供单元、误差电压反馈单元和恒流运算单元；
6.所述误差电压提供单元的输入端用于与电源开关转换系统连接，输出端与所述误差电压反馈单元的第一输入端连接；
7.所述输出电压采样单元的输入端分别用于与电源输出系统连接，输出端与所述误差电压反馈单元的第二输入端连接；
8.所述误差电压反馈单元的第一输出端与所述恒流运算单元的第一输入端连接，所述误差电压反馈单元的第二输出端与所述恒流运算单元的第二输入端连接；
9.所述恒流运算单元的输出端用于与电源负反馈系统连接；
10.所述误差电压提供单元用于采样电源开关转换系统的同步电压u1及第一输出电压u2，并根据同步电压u1和第一输出电压u2生成误差电压u3；
11.所述输出电压采样单元用于采集电源输出系统的第一输出电压u2和第二输出电压u4；
12.所述误差电压反馈单元用于根据误差电压u3和第二输出电压u4的大小生成反馈电压信号u5；
13.当开关电源的输出端发生电压反灌时，所述恒流运算单元用于对反馈电压信号u5
进行运算生成控制电压信号u6，并输出至电源负反馈系统，以调整电源负反馈系统的电压检测值，补偿消除外灌电压升高对电压检测值的影响，其中，控制电压信号u6与外灌电压成等比例。
14.进一步地，当开关电源的输出端未发生电压反灌时，所述误差电压u3和第二输出电压u4相等；当开关电源的输出端发生电压反灌时，误差电压u3小于第二输出电压u4。
15.进一步地，所述误差电压提供单元包括：同步电压采样单元和误差电压基准单元；
16.所述同步电压单元的输入端用于与电源开关转换系统连接，输出端与所述误差电压基准单元的输入端连接，用于采样电源开关转换系统的同步电压u1及第一输出电压u2；
17.所述误差电压基准单元的输出端作为误差电压提供单元的输出端，与所述误差电压反馈单元的第一输入端连接，用于根据同步电压u1和第一输出电压u2生成误差电压u3。
18.进一步地，所述输出电压采样单元包括：电阻r12、r13和运放opa1，电阻r12的一端作为所述输出电压采样单元的输入端用于与电源输出系统的输出端连接，电阻r12的另一端与电阻r13的一端、运放opa1的正相输入端连接；电阻r13的另一端接地；运放opa1的反相输入端与输出端连接后，作为所述输出电压采样单元的输出端与所述误差电压反馈单元的第二输入端连接。
19.进一步地，所述误差电压反馈单元包括电阻r10和运放poa3，运放poa3的正相输入端作为所述误差电压反馈单元的第二输入端，与所述输出电压采样单元的输出端连接；运放poa3的反向输入端与电阻r10的一端连接后，作为所述误差电压反馈单元的第二输出端与所述恒流电压运算单元的第二输入端连接；电阻r10的另一端作为所述误差电压反馈单元的输入端与所述误差电压提供单元的输出端连接；运放poa3的输出端作为所述误差电压反馈单元的第一输出端与所述恒流电压运算单元的第一输入端连接。
20.进一步地，所述恒流运算单元包括：电阻r11、电阻r14、电阻r15、电阻r16、电容c4和三极管q1；电阻r11的一端与电容c4的一端连接后作为所述恒流运算单元的第二输入端，与所述误差电压反馈单元的第二输出端连接；电阻r11的另一端与电容c4的另一端、电阻r16的一端、三极管q1的发射集连接；三极管q1的基极作为所述恒流运算单元的第一输入端，与所述误差电压反馈单元的第一输出端连接，集电极与电阻r15的一端、电阻r14的一端连接后，作为所述恒流运算单元的输出端用于与电源负反馈系统连接；电阻r14的另一端用于与电源输出系统的输出端连接；电阻r15的另一端、电阻r16的另一端接地。
21.进一步地，所述同步电压采样单元包括：二极管d3、二极管d4、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r6、电阻r7和电容c1；二极管d3的阳极用于与电源开关转换系统的变压器t1的副边绕组第一端及二极管d1的阳极连接，二极管d3的阴极与电阻r1的一端、电容c1的一端、电阻r3的一端和二极管d4的阴极连接；二极管d4的阳极用于与电源开关转换系统的变压器t1的副边绕组第二端及二极管d2的阳极连接；电阻r1的另一端与电容c1的另一端连接后，用于与电源开关转换系统的二极管d1的阴极及二极管d2的阴极连接；电阻r3的另一端与电阻r2的一端连接后作为同步电压采样电路的第一输出端，与误差电压基准单元的第一输入端连接；电阻r6的一端用于与电源开关转换系统的二极管d1的阴极及二极管d2的阴极连接，电阻r6的另一端与电阻r7的一端连接后作为所述同步电压采样单元的第二输出端，与所述误差电压基准单元的第二输入端连接；电阻r2的另一端、电阻r7的另一端接地。
22.进一步地，所述误差电压基准单元包括：电阻r4、电阻r5、电阻r8、电阻r9和运放
opa2；电阻r4的一端作为所述误差电压基准单元的第一输入端与所述同步电压采样单元的第一输出端连接，电阻r4的另一端与电阻r5一端连接后，与运放opa2的正相输入端连接；电阻r5的另一端接地；电阻r8的一端作为所述误差电压基准单元的第二输入端，与所述同步电压采样单元的第二输出端连接，电阻r8的另一端与运放opa2的反相输入端、电阻r9的一端连接；电阻r9的另一端与运放opa2的输出端连接后，作为所述误差电压基准单元的输出端与所述误差电压反馈单元的第一输入端连接。
23.第二方面，提供一种开关电源，包括如上所述的防反灌控制电路和依次连接的电源输入系统、电源开关转换系统、电源输出系统、电源负反馈系统和pwm控制系统，所述防反灌控制电路的输入端分别与所述电源开关转换系统、电源输出系统连接，输出端与所述电源负反馈系统连接。
24.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
25.本发明所述防反灌控制电路设置于开关电源与负载之间，通过根据检测到的电源开关转换系统的同步电压、输出电压和电源输出系统的输出电压，生成对应的控制信号调整电源负反馈系统的电压检测值，从而当开关电源的输出端出现高于系统稳态额定输出电压的反灌电压时，起到了实时调整电压反馈系统的功能，使得电源反馈系统实时跟随输出电压的变化，不会因过高的反灌电压而影响开关电源工作状态或发生保护，确保电源的各项性能均稳定运行，当开关电源的输出端未发生反灌电压时，防反灌控制电路不作用于电源负反馈系统，使开关电源正常运行，提高开关电源的可靠性；本发明结构简单、实用方便、性能可靠。
附图说明
26.图1为实施例所述的防反灌控制电路应用于开关电源的原理框图；
27.图2为实施例所述的防反灌控制电路应用于开关电源的电路原理图。
具体实施方式
28.下面结合给出本发明实施例中的附图，更清楚、完整地说明本发明的技术方案。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
29.如图1所示，图1为本实施例所述的防反灌控制电路应用于开关电源的原理框图，在本实施例中，提供一种防反灌控制电路，应用于开关电源，所述开关电源包括依次连接的电源输入系统、电源开关转换系统、电源输出系统、电源负反馈系统和pwm控制系统；所述控制电路包括：输出电压采样单元、误差电压提供单元、误差电压反馈单元和恒流运算单元；
30.所述误差电压提供单元的输入端用于与电源开关转换系统连接，输出端与所述误差电压反馈单元的第一输入端连接；
31.所述输出电压采样单元的输入端分别用于与电源输出系统连接，输出端与所述误差电压反馈单元的第二输入端连接；
32.所述误差电压反馈单元的第一输出端与所述恒流运算单元的第一输入端连接，所述误差电压反馈单元的第二输出端与所述恒流运算单元的第二输入端连接；
33.所述恒流运算单元的输出端用于与电源负反馈系统连接；
34.所述误差电压提供单元用于采样电源开关转换系统的同步电压u1及第一输出电
压u2，并根据同步电压u1和第一输出电压u2生成误差电压u3；
35.所述输出电压采样单元用于采集电源输出系统的第一输出电压u2和第二输出电压u4；
36.所述误差电压反馈单元用于根据误差电压u3和第二输出电压u4的大小生成反馈电压信号u5；
37.当开关电源的输出端发生电压反灌时，所述恒流运算单元用于对反馈电压信号u5进行运算生成控制电压信号u6，并输出至电源负反馈系统，以调整电源负反馈系统的电压检测值，补偿消除外灌电压升高对电压检测值的影响，其中，控制电压信号u6与外灌电压成等比例。
38.具体的，当开关电源的输出端未发生电压反灌时，所述误差电压u3和第二输出电压u4相等；当开关电源的输出端发生电压反灌时，误差电压u3小于第二输出电压u4。
39.具体的，误差电压提供单元的输入端与电源开关转换系统连接，用于采样电源开关转换系统的同步电压u1和电源开关转换系统的输出端的第一输出电压u2，然后误差电压提供单元将同步电压u1、第一输出电压u2作差值运算，并进行一定比例运算后得到误差电压u3，并将误差电压u3作为误差电压反馈单元的基准电压；基于误差电压提供单元的采样原理，同步电压u1与第一输出电压u2的差值是电源输出系统固有差值，故误差电压u3不会随开关电源输出端反灌电压的变化而变化。即误差电压u3始终是电源稳态输出电压绝对值的等比例值，当开关电源的开关管开通和关断的时间保持不变时，误差电压信号u3也保持不变。误差电压反馈单元由误差电压u3和输出采样电压采样单元的第二输出信号u4作为输入，并做误差计算，将误差电压u3和第二输出电压u4的差值δu进行一定比例的放大或者缩小后，得到反馈电压信号u5并输入至恒流运算单元，此反馈电压信号u5即为电源输出系统输出端的实时电压与系统稳态输出电压的差值的等比例电压。反馈电压信号u5电压信号通过恒流运算单元，输出等比例的控制电压信号u6后输入到电源负反馈系统，实时控制电源负反馈系统上拉电阻的电流，形成稳定的压降。由于反馈电压信号u5是输出实时电压与稳态电压差值的等比例值，故控制电压信号u6信号对电源负反馈系统的控制量也同步正比于输出端的实时电压与系统稳态输出电压的差值，从而实现输出外灌电压的实时反馈及环路调整，保持电源输出与外灌电压的同步稳定。
40.作为误差电压提供单元的一个具体实施方式，所述误差电压提供单元包括：同步电压采样单元和误差电压基准单元；
41.所述同步电压单元的输入端用于与电源开关转换系统连接，输出端与所述误差电压基准单元的输入端连接，用于采样电源开关转换系统的同步电压u1及第一输出电压u2；
42.所述误差电压基准单元的输出端作为误差电压提供单元的输出端，与所述误差电压反馈单元的第一输入端连接，用于根据同步电压u1和第一输出电压u2生成误差电压u3。
43.如图2所示，为本实施例所述的防反灌控制电路应用于开关电源的电路原理图，电源开关转换系统包括开关管s1、开关管s2、变压器t1、电容cr、二极管d1和二极管d2，其中，开关管s1的第一端接输入电压，第二端与开关管s2的第一端、变压器t1原边绕组的第一端连接，第三端与电源负反馈系统的输入端连接；开关管s2的第三端与电源负反馈系统的输入端连接；开关管s2的第二端、电容cr的一端接地；电容cr的另一端与变压器t1原边绕组的第二端连接，变压器t1副边绕组的第一端与二极管d1的阳极连接，第二端与二极管d2的阴
极连接，第三端接地；二极管d1的阴极和二极管d2的阴极连接后作为电源开关转换系统的输出端与电源输出系统的输入端连接；电源输出系统包括电容c2、电容c3和电感l1，电容c2的一端与电感l1的一端连接后作为电源输出系统的输入端，电感l1的另一端与电容c3的一端连接后作为电源输出系统的输出端，电容c2的另一端、电容c3的另一端接地。
44.作为同步电压采样单元的一个具体实施方式，所述同步电压采样单元包括：二极管d3、二极管d4、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r6、电阻r7和电容c1；二极管d3的阳极用于与电源开关转换系统的变压器t1的副边绕组第一端及二极管d1的阳极连接，二极管d3的阴极与电阻r1的一端、电容c1的一端、电阻r3的一端和二极管d4的阴极连接；二极管d4的阳极用于与电源开关转换系统的变压器t1的副边绕组第二端及二极管d2的阳极连接；电阻r1的另一端与电容c1的另一端连接后，用于与电源开关转换系统的二极管d1的阴极及二极管d2的阴极连接；电阻r3的另一端与电阻r2的一端连接后作为同步电压采样电路的第一输出端，与误差电压基准单元的第一输入端连接；电阻r6的一端用于与电源开关转换系统的二极管d1的阴极及二极管d2的阴极连接，电阻r6的另一端与电阻r7的一端连接后作为所述同步电压采样单元的第二输出端，与所述误差电压基准单元的第二输入端连接；电阻r2的另一端、电阻r7的另一端接地。
45.作为误差电压基准单元的一个具体实施方式，所述误差电压基准单元包括：电阻r4、电阻r5、电阻r8、电阻r9和运放opa2；电阻r4的一端作为所述误差电压基准单元的第一输入端与所述同步电压采样单元的第一输出端连接，电阻r4的另一端与电阻r5一端连接后，与运放opa2的正相输入端连接；电阻r5的另一端接地；电阻r8的一端作为所述误差电压基准单元的第二输入端，与所述同步电压采样单元的第二输出端连接，电阻r8的另一端与运放opa2的反相输入端、电阻r9的一端连接；电阻r9的另一端与运放opa2的输出端连接后，作为所述误差电压基准单元的输出端与所述误差电压反馈单元的第一输入端连接。
46.作为输出电压采样单元的一个具体实施方式，所述输出电压采样单元包括：电阻r12、r13和运放opa1，电阻r12的一端作为所述输出电压采样单元的输入端用于与电源输出系统的输出端连接，电阻r12的另一端与电阻r13的一端、运放opa1的正相输入端连接；电阻r13的另一端接地；运放opa1的反相输入端与输出端连接后，作为所述输出电压采样单元的输出端与所述误差电压反馈单元的第二输入端连接。
47.作为误差电压反馈单元的一个具体实施方式，所述误差电压反馈单元包括电阻r10和运放poa3，运放poa3的正相输入端作为所述误差电压反馈单元的第二输入端，与所述输出电压采样单元的输出端连接；运放poa3的反向输入端与电阻r10的一端连接后，作为所述误差电压反馈单元的第二输出端与所述恒流电压运算单元的第二输入端连接；电阻r10的另一端作为所述误差电压反馈单元的输入端与所述误差电压提供单元的输出端连接；运放poa3的输出端作为所述误差电压反馈单元的第一输出端与所述恒流电压运算单元的第一输入端连接。
48.作为恒流运算单元的一个具体实施方式，所述恒流运算单元包括：电阻r11、电阻r14、电阻r15、电阻r16、电容c4和三极管q1；电阻r11的一端与电容c4的一端连接后作为所述恒流运算单元的第二输入端，与所述误差电压反馈单元的第二输出端连接；电阻r11的另一端与电容c4的另一端、电阻r16的一端、三极管q1的发射集连接；三极管q1的基极作为所述恒流运算单元的第一输入端，与所述误差电压反馈单元的第一输出端连接，集电极与电
阻r15的一端、电阻r14的一端连接后，作为所述恒流运算单元的输出端用于与电源负反馈系统连接；电阻r14的另一端用于与电源输出系统的输出端连接；电阻r15的另一端、电阻r16的另一端接地。
49.以下结合图2防反灌电路的具体电路对其工作过程进行详细描述：当电路工作时，开关电源变压器t1的次级经二极管d1、二极管d2全波整流后得到输出电压vout2，输出电压vout2经电阻r6、电阻r7串联分压后得到电阻r6、电阻r7连接点a处的电压信号，也即第一输出电压u2，结点a与电阻r8的一端相连接，电阻r8的另一端与运放opa2的反相输入端相连，连接点a处的电压信号间接作为运放opa2的反相端输入信号；开关电源变压器t1的次级经二极管d3、二极管d4全波整流后给电容c1充电，电容c1的一端连接二极管d3、二极管d4的阳极端，另外一端连接二极管d1、二极管d2的阳极。由于同绕组整流，电容c1的端电压(b点电压)，其大小即为输出电压vout2。b点电压经电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5分压后得到结点c处的电压，也即同步采样电压u1，该电压作为运放opa2的同相端输入信号。运放opa2将同相端和反相端的输入电压信号进行差分运算后得到节点d处的误差电压u3。由于电容c1的电压的不可突变特性，该误差电压u3不会随着开关电源输出端反灌电压的变化而变化，即反馈的是电源系统的稳态输出电压。
50.开关电源的输出端电压vout1经电阻r12和电阻r13分压，电阻r12和电阻r13的连接点e处的电压(及第二输出电压u4)经运放opa1后给到运放opa3的同相输入端，运放opa1起到输出实时电压采样跟随的作用；运放opa3的同相输入端的电压信号能够实时反映开关电源输出端电压vout1的变化。运放opa3将其同相输入端与反相输入端的电压信号经过差分运算后得到反馈电压u5，反馈电压u5为误差电压反馈单元的输出电压信号，此反馈电压u5直接控制三极管q1，通过控制节点f处的电压，可以控制三极管q1的集电极电流大小。三极管q1集电极直接连接于电源负反馈系统，从而实现将外灌电压与稳态输出电压的差值信号传递到反馈系统，调整反馈系统的采样值，从而实现系统输出的稳定。
51.当开关电源的输出未发生反灌时，运放opa3的同相输入端和反相输入端的电压相差小，从而运放opa3输出的反馈电压u5较小，运放opa3的输出f点的电压低，三极管q1不导通，不会影响到开关电源的正常工作，当开关电源的输出端发生电压反灌时，运放opa3的同相输入端和反相输入端的电压差同步升高，运放opa3的输出f点的电压同步增加，三极管q1的集电极电流同步变大，这样可以保证开关电源负反馈系统的输入电压信号g点电压不会因反灌电压而上升，保证开关电源可靠运行。
52.综上所述，本发明所提供防反灌控制电路是在开关电源的输出端出现反灌电压时，确保开关电源仍能可靠运行，开关电源的开关管仍能正常的开通和关断。在实际应用中，可以根据实际情况对本方案稍作改进，达到相同的目的。
53.本发明的上述实施范例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。