一种带线性补偿的恒流控制电路的制作方法

1.本发明涉及开关电源领域，特别是涉及一种带线性补偿的恒流控制电路。


背景技术：

2.开关电源因其可实现高效、高功率密度的电源输出，现已广泛应用在各个领域。为了实现负载端的恒流保护，通常在电路中设置两个控制电路，恒压控制电路、恒流控制电路。当负载端没有出现过流的状态时，恒压控制电路控制电压稳定输出。当开关电源的输出电流大于设定的阈值，恒流控制电路接管电压控制电路，使输出电流维持恒定值,从而达到恒流保护。如图1所示为常规的恒流控制电路的原理图。
3.其中，对于大功率的开关电源，在其面对输出电压需要调节的应用场合中，当输出电压调高或调低时，常规的恒流控制方案均维持原有的恒流值。当输出电压调低时，恒流点维持不变，总的输出功率跟随输出电压近似线性下降，从而使得负载的能力线性下降；当输出电压调高时，恒流点维持不变，总的输出功率跟随输出电压近似线性增加，这种情况会出现过过流、过功率的状态，如果不加以限制有可能会损坏电源设备。
4.显然，常规的恒流控制电路在开关电源的输出电压需要调节的应用场合中是存在一定缺陷的。为此，需要引入补偿机制控制策略，使恒流保护点能近似线性跟随输出电压同步调节。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题，就是提供一种带线性补偿的恒流控制电路，其引入补偿控制单元，在低压、高压两个区域对恒流点的值进行补偿，能使开关电源在不同的输出电压的状态下，其输出功率均近似维持恒定值。
6.解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
7.一种带线性补偿的恒流控制电路，其特征在于：包括电压反馈控制单元、恒流控制单元和补偿控制单元；
8.电压反馈控制单元的输入端采集开关电源的输出电压，并与第一基准电压比较，将比较结果反馈至开关电源的控制器；
9.恒流控制单元的输入端采集开关电源的输出电流，并与基准电流比较，将比较结果反馈至开关电源的控制器；
10.补偿控制单元的输入端采集开关电源的输出电压，并与第二基准电压比较，补偿控制单元的输出端连接恒流控制单元的基准电流输入端所在线路，从而将比较结果输出至恒流控制单元的基准电流输入端所在线路，从而改变恒流控制单元的基准电流。
11.可选的，补偿控制单元的输出端设有二极管d4，二极管d4的负极与恒流控制单元的基准电流输入端连接。
12.可选的，补偿控制单元的输出端设有二极管d3，二极管d3的正极与恒流控制单元的基准电流输入端连接。
13.可选的，补偿控制单元包括运算放大器u6b、电阻r18、电阻r19、电阻r20和电阻r21，电阻r21的第一端连接补偿控制单元的输入端，电阻r21的第二端连接运算放大器u6b的同相输入端和电阻r20的第一端，电阻r20的第二端接地，补偿控制单元的第二基准电压输入端通过电阻r19连接运算放大器u6b的反相输入端，电阻r18的两端分别连接运算放大器u6b的反相输入端和输出端，运算放大器u6b的输出端连接补偿控制单元的输出端，运算放大器u6b的正侧电源端连接电源，运算放大器u6b的负侧电源端接地。
14.可选的，补偿控制单元包括运算放大器u5a、电阻r14、电阻r15、电阻r16和电阻r17，电阻r16的第一端连接补偿控制单元的输入端，电阻r16的第二端连接运算放大器u5a的反相输入端和电阻r17的第一端，电阻r17的第二端接地，补偿控制单元的第二基准电压输入端通过电阻r15连接运算放大器u5a的同相输入端，电阻r14的两端分别连接运算放大器u5a的同相输入端和输出端，运算放大器u6b的输出端与二极管d4的正极连接。
15.可选的，补偿控制单元包括运算放大器u4a、电阻r9、电阻r10、电阻r11和电阻r12，电阻r11的第一端连接补偿控制单元的输入端，电阻r11的第二端连接电阻r10的第一端和电阻r12的第一端，电阻r12的第二端接地，电阻r10的第二端连接运算放大器u4a的反相输入端，补偿控制单元的第二基准电压输入端连接运算放大器u4a的同相输入端，电阻r9的两端分别连接运算放大器u4a的反相输入端和输出端，运算放大器u4a的输出端连接二极管d3的负极。
16.可选的，恒流控制单元包括电流采样单元和电流误差放大单元，电流采样单元采集开关电源的输出电流，并输出至电流误差放大单元，在电流误差放大单元中与基准电流进行比较，并将比较结果输出至电压反馈控制单元，通过电压反馈控制单元反馈至开关电源的控制器。
17.可选的，电流采样单元包括运算放大器u3d、电阻r6和电阻r7，电流采样单元的输入端通过电阻r7与运算放大器u3d的反相输入端连接，运算放大器u3d的同相输入端接地，电阻r6的两端分别连接运算放大器u3d的反相输入端和输出端；电流误差放大单元包括运算放大器u2d、电阻r4、电阻r5、电容c2和二极管d2，运算放大器u3d的输出端连接运算放大器u2d的反相输入端，基准电流输入端通过电阻r4连接运算放大器u2d的同相输入端，运算放大器u2d的同相输入端还连接补偿控制单元的输出端，电阻r5的第一端连接运算放大器u2d的反相输入端，电阻r5的第二端连接电容c2的第一端，电容c2的第二端连接运算放大器u2d的输出端，运算放大器u2d的输出端还连接二极管d2的负极，二极管d2的正极连接电压反馈控制单元。
18.可选的，电压反馈控制单元包括光耦oc1、二极管d1、运算放大器u1a、电容c1、电阻r1、电阻r2、电阻r3和可调电位器rp1，电压反馈控制单元的输入端连接电阻r3的第一端，电阻r3的第二端通过可调电位器rp1接地，电阻r3的第二端还连接运算放大器u1a的反相输入端，运算放大器u1a的同相输入端连接电压反馈控制单元的第一基准电压输入端，电阻r2的第一端连接运算放大器u1a的反相输入端，电阻r2的第二端连接电容c1的第一端，电容c1的第二端连接运算放大器u1a的输出端，运算放大器u1a的输出端还连接二极管d1的负极，二极管d1的正极连接光耦oc1的输入侧的负极，光耦oc1的输入侧的正极连接电源，光耦oc1的输出侧的负极接地，光耦oc1的输出侧的正极连接反馈输出端，反馈输出端用于与开关电源的控制器的反馈接受端连接。
19.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
20.本发明设置补偿控制单元，补偿控制单元采集开关电源的输出电压，并与第二基准电压比较，且其输出至恒流控制单元的基准电流输入端，从而能改变恒流控制单元的基准电流，线性调节基准电流的补偿量，从而实现在高压、低压区域，开关电源的输出功率均维持近似恒定值。
附图说明
21.图1为常规的恒流控制电路的电路原理图；
22.图2为本发明实施例一的恒流控制电路的电路原理图；
23.图3为本发明实施例二的恒流控制电路的电路原理图；
24.图4为本发明实施例三的恒流控制电路的电路原理图。
具体实施方式
25.在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
26.本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
27.下面结合实施例对本发明进一步描述。
28.实施例一：
29.如图2所示为实施例一的带线性补偿的恒流控制电路的原理图，其包括电压反馈控制单元、恒流控制单元和补偿控制单元。
30.本实施例的电压反馈控制单元的输入端采集开关电源的输出电压，并与第一基准电压比较，将比较结果反馈至开关电源的控制器。
31.电压反馈控制单元的具体电路为：电压反馈控制单元包括光耦oc1、二极管d1、运算放大器u1a、电容c1、电阻r1、电阻r2、电阻r3和可调电位器rp1。电压反馈控制单元的输入端连接电阻r3的第一端，电阻r3的第二端通过可调电位器rp1接地，电阻r3的第二端还连接运算放大器u1a的反相输入端，运算放大器u1a的同相输入端连接电压反馈控制单元的第一基准电压输入端vref，电阻r2的第一端连接运算放大器u1a的反相输入端，电阻r2的第二端连接电容c1的第一端，电容c1的第二端连接运算放大器u1a的输出端，运算放大器u1a的输出端还连接二极管d1的负极，二极管d1的正极连接光耦oc1的输入侧的负极，光耦oc1的输入侧的正极连接电源vcc，光耦oc1的输出侧的负极接地，光耦oc1的输出侧的正极连接反馈输出端fb，反馈输出端fb用于与开关电源的控制器的反馈接受端连接。
32.其中，电压反馈控制单元的输入端与开关电源的输出端vout连接，用于采集开关电源的输出端vout的输出电压。第一基准电压输入端vref输入第一基准电压。反馈输出端fb与开关电源的控制器的反馈接受端连接，将变化的电压反馈至开关电源的控制器，使得开关电源的控制器能根据反馈信号控制开关电源的输出。
33.本实施例的恒流控制单元的输入端采集开关电源的输出电流，并与基准电流比较，将比较结果反馈至开关电源的控制器。
34.恒流控制单元包括电流采样单元和电流误差放大单元，电流采样单元采集开关电源的输出电流，并输出至电流误差放大单元，在电流误差放大单元中与基准电流进行比较，并将比较结果输出至电压反馈控制单元，通过电压反馈控制单元反馈至开关电源的控制器。具体的电路为：电流采样单元包括运算放大器u3d、电阻r6和电阻r7，电流采样单元的输入端-is通过电阻r7与运算放大器u3d的反相输入端连接，运算放大器u3d的同相输入端接地sgnd，电阻r6的两端分别连接运算放大器u3d的反相输入端和输出端；电流误差放大单元包括运算放大器u2d、电阻r4、电阻r5、电容c2和二极管d2，运算放大器u3d的输出端连接运算放大器u2d的反相输入端，基准电流输入端iref通过电阻r4连接运算放大器u2d的同相输入端，运算放大器u2d的同相输入端还连接补偿控制单元的输出端i-com，电阻r5的第一端连接运算放大器u2d的反相输入端，电阻r5的第二端连接电容c2的第一端，电容c2的第二端连接运算放大器u2d的输出端，运算放大器u2d的输出端还连接二极管d2的负极，二极管d2的正极连接电压反馈控制单元，具体是二极管d2的正极连接电压反馈控制单元的光耦oc1的输入侧的负极，也通过光耦oc1将信号反应到反馈输出端fb，从而反馈至开关电源的控制器。
35.其中，电流采样单元的输入端-is即恒流控制单元的输入端，与开关电源的输出端连接，采集开关电源的输出端的输出电流。基准电流输入端iref输入基准电流。
36.本实施例的补偿控制单元的输入端采集开关电源的输出电压，并与第二基准电压比较，补偿控制单元的输出端连接恒流控制单元的基准电流输入端所在线路，从而将比较结果输出至恒流控制单元的基准电流输入端所在线路，从而改变恒流控制单元的基准电流。
37.具体的电路为：本实施例的补偿控制单元包括运算放大器u6b、电阻r18、电阻r19、电阻r20和电阻r21，电阻r21的第一端连接补偿控制单元的输入端，电阻r21的第二端连接运算放大器u6b的同相输入端和电阻r20的第一端，电阻r20的第二端接地sgnd，补偿控制单元的第二基准电压输入端vref_v通过电阻r19连接运算放大器u6b的反相输入端，电阻r18的两端分别连接运算放大器u6b的反相输入端和输出端，运算放大器u6b的输出端连接补偿控制单元的输出端。
38.补偿控制单元的输入端与开关电源的输出端vout连接,采集开关电源的输出端vou的输出电压。第二基准电压输入端vref_v输入第二基准电压。补偿控制单元的输出端与运算放大器u2d的同相输入端的线路的端点i-com连接。
39.本实施例的恒流控制电路的工作原理具体如下：
40.1、当输出电压等于额定值时：
41.(1)开关电源工作后，负载电流小于额定值，电流采样单元的运算放大器u3d的输出电压将低于电流误差放大单元的运算放大器u2d的同相输入端的电压，运算放大器u2d输出高电平。此时，由于二极管d2的反向截止特性，恒流控制单元并没有介入工作。仅有电压反馈控制单元在正常工作，维持正常的电压输出。
42.(2)随着负载电流不断增大，电流采样单元的输入端-is的绝对值将不断增加，流经电流采样单元内部放大，当满足：vop端点的电压＞i-com端点的电压时，恒流控制单元开
始介入控制工作。运算放大器u2d的输出端的电压开始下降，光耦oc1的输入侧的发光二极管的电流流经二极管d2，恒压控制单元的反馈误差量减少，反馈输出端fb的电压随之下降，驱动脉宽值减少，副边输出电压下降，从而实现过恒流保护。
43.2、当输出电压低于额定值时，此时为低压区域：
44.补偿控制单元的端点vfb处的电压下降，运算放大器u6b内部执行运算：vref_v (vfb-vref_v)*r18/r19，运算放大器u6b的输出端的电压值上升，补偿控制单元的输出端的电压上升，上升的电压输出至端点i-com，使得运算放大器u2d的同相输入端的值上升，从而使得基准电流的值线性增加，即恒流保护点线性增大，从而实现在低压区域下输出功率增加补偿。
45.3、当输出电压高于额定值时，此时为高压区域：
46.补偿控制单元的端点vfb处的电压上升，运算放大器u6b内部执行运算：vref_v (vfb-vref_v)*r18/r19，运算放大器u6b的输出端的电压值下降，补偿控制单元的输出端的电压下降，下降的电压输出至端点i-com，使得运算放大器u2d的同相输入端的值下降，从而使得基准电流的值线性减少，即恒流保护点线性减少，从而实现在高压区域下输出功率减少补偿。
47.实施例二：
48.如图3所示为实施例二的带线性补偿的恒流控制电路的原理图，其与实施例一的不同在于补偿控制单元。实施例二的带线性补偿的恒流控制电路为单向补偿，当输出电压低于额定值时，补偿控制单元才对恒流点进行补偿，高压区域不施加补偿。
49.实施例二的补偿控制单元包括二极管d4、运算放大器u5a、电阻r14、电阻r15、电阻r16和电阻r17，电阻r16的第一端连接补偿控制单元的输入端，电阻r16的第二端连接运算放大器u5a的反相输入端和电阻r17的第一端，电阻r17的第二端接地，补偿控制单元的第二基准电压输入端vref_v通过电阻r15连接运算放大器u5a的同相输入端，电阻r14的两端分别连接运算放大器u5a的同相输入端和输出端，运算放大器u6b的输出端与二极管d4的正极连接,二极管d4的负极连接补偿控制单元的输出端。
50.补偿控制单元的输入端与开关电源的输出端vout连接,采集开关电源的输出端vou的输出电压。第二基准电压输入端vref_v输入第二基准电压。补偿控制单元的输出端与运算放大器u2d的同相输入端的线路的端点i-com连接。
51.本实施例的恒流控制电路的工作原理具体如下：
52.1、当输出电压低于额定值时，此时为低压区域：
53.补偿控制单元的端点vfb处的电压下降，运算放大器u5a内部执行运算：vref_v (vfb-vref_v)*r14/r15，运算放大器u5a的输出端的电压值上升，补偿控制单元的输出端的电压上升，上升的电压输出至端点i-com，使得运算放大器u2d的同相输入端的值上升，从而使得基准电流的值线性增加，即恒流保护点线性增大，从而实现在低压区域下输出功率增加补偿。
54.2、当输出电压高于额定值时，此时为高压区域：
55.补偿控制单元的端点vfb处的电压上升，运算放大器u5a内部执行运算：vref_v (vfb-vref_v)*r14/r15，运算放大器u5a的输出端的电压值下降。但由于二极管d4的反向截止特性，端点i-com的电压维持不变，即在高压区域下补偿控制单元没有对恒流点进行补
偿。
56.实施例三：
57.如图4所示为实施例三的带线性补偿的恒流控制电路的原理图，其与实施例一的不同在于补偿控制单元。实施例三的带线性补偿的恒流控制电路也为单向补偿，当输出电压高于额定值时，补偿控制单元才对恒流点进行补偿，低压区域不施加补偿。
58.实施例三的补偿控制单元包括二极管d3，运算放大器u4a、电阻r9、电阻r10、电阻r11和电阻r12，电阻r11的第一端连接补偿控制单元的输入端，电阻r11的第二端连接电阻r10的第一端和电阻r12的第一端，电阻r12的第二端接地，电阻r10的第二端连接运算放大器u4a的反相输入端，补偿控制单元的第二基准电压输入端连接运算放大器u4a的同相输入端，电阻r9的两端分别连接运算放大器u4a的反相输入端和输出端，运算放大器u4a的输出端连接二极管d3的负极，二极管d3的正极连接补偿控制单元的输出端。
59.补偿控制单元的输入端与开关电源的输出端vout连接,采集开关电源的输出端vou的输出电压。第二基准电压输入端输入第二基准电压。补偿控制单元的输出端与运算放大器u2d的同相输入端的线路的端点i-com连接。
60.本实施例的恒流控制电路的工作原理具体如下：
61.1、当输出电压高于额定值时，此时为高压区域：
62.补偿控制单元的端点vfb处的电压上升，运算放大器u4a内部执行运算：vref (vfb-vref)*r9/r10，运算放大器u4a的输出端的电压值下降，补偿控制单元的输出端的电压下降，下降的电压输出至端点i-com，使得运算放大器u2d的同相输入端的值下降，从而使得基准电流的值线性减少，即恒流保护点线性减少，从而实现在高压区域下输出功率减少补偿。
63.2、当输出电压低于额定值时，此时为低压区域：
64.补偿控制单元的端点vfb处的电压下降，运算放大器u4a内部执行运算：vref (vfb-vref)*r9/r10，运算放大器u4a的输出端的电压值逐渐升高。但由于二极管d3的反向截止特性，端点i-com的电压维持不变，即在低压区域补偿控制单元并没有对恒流点进行补偿。
65.本发明的实施例二和实施例三在实施例一的补偿控制单元的基础上拆分为两个独立的控制电路。根据实际的应用场合，通过电路的参数配置，选取不同的电压区域进行补偿，设计应用上更灵活。
66.本发明的上述实施例并不是对本发明保护范围的限定，本发明的实施方式不限于此，凡此种种根据本发明的上述内容，按照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，对本发明上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本发明的保护范围之内。