CN105932892A - 输入-输出共地的高压可调降压电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种输入‑输出共地的高压可调降压电路，高压输入端的高压交流或高压直流电经过桥式整流、π型滤波后进入开关集成电路，后面接一个典型的BUCK降压电路，稳压基准电路提供稳压基准电压并导通光电隔离器，光电隔离器提供反馈电压，高压输入和低压输出之间使用光电隔离器反馈隔离，减少了高压侧信号对低压侧信号的干扰。将高压直流或交流电转换为低压直流电，通过改变滑动变阻器的阻值，得到不同的低压直流电压，可以广泛应用于高压开关降压电路，特别是一些要求将市电转换成直流低压可调电源的仪器仪表设备中。

Description

输入-输出共地的高压可调降压电路
技术领域
本发明涉及高压开关降压电路，具体是一种输入-输出共地的高压可调降压电路。
背景技术
在高压控制***中，为了简化控制，往往需要输入-输出共地的辅助电源为控制***供电。控制***一般需要高压降压电路为***提供低电压直流供电。目前，将220AC市电转换成低压直流的常规方法有线性变压器隔离降压、阻容降压等方法。线性降压通过变压器隔离降压后整流滤波，然后输出低压直流电。变压器作为核心器件，其选取是通过负载电压和功率完成的。线性降压电源的缺点主要是受限于体积和成本。阻容降压电源不仅克服了线性变压器电源成本昂贵和体积大的局限性，而且具有限流功能。电容作为阻容降压电源的核心器件，其选取是通过负载电流的大小和交流电的频率来确定的。阻容降压电源的缺点主要是电路效率较低，无法用于大功率电路，且不适合容性和感性负载，特别是在动态负载情况下，负载调整性能极差，只能在小功率恒定负载的条件下使用，适用范围较窄。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种输入-输出共地的高压可调降压电路，该高压可调降压电路能够将高压直流或交流电转换为低压直流电，通过改变滑动变阻器的阻值，得到不同的低压直流电压，可以广泛应用于高压开关降压电路，特别是一些要求将市电转换成直流低压可调电源的仪器仪表设备中。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
输入-输出共地的高压可调降压电路，包括桥式整流器D、π型滤波器、开关电源芯片、BUCK降压电路和反馈电路；
桥式整流器D的端口1和端口3与电源输入端Vin相接，电源输入端Vin可以为220AC市电或者300V左右的直流电，桥式整流器D的端口4接地，桥式整流器D的端口2与π型滤波器的输入端相接，所述的π型滤波器是由电容C1、C2和电感L1组成的LC型滤波器，电容C1和电容C2的一端接地，另一端分别与电感L1的两端相接，π型滤波器的截止频率为根据输出电流的大小选择电感L1的值，合适的电感和电容可以滤除信号中的噪声，平滑输出信号；π型滤波器的输出端与开关电源芯片的Drain端相接，开关电源芯片内部集成功率开关管，具有较大的工作电压范围、固定的开关频率和电流PWM控制模式，内部含有过温、过流、过压、欠压等保护电路；开关电源芯片的Source端与BUCK降压电路的输入端相接，BUCK降压电路由二极管V2、电感L2和极性电容C4组成；BUCK降压电路上还并联有续流二极管V1，开关电源芯片的Bypass端与Source端之间还连接有蓄能电容C3，当续流二极管V1续流导通时，通过开关电源芯片内部电流源为其充电，为开关电源芯片提供供电电压；
所述的反馈电路包括稳压基准电路和光电隔离器E，稳压基准电路由三端可调分流稳压器TL431、电阻R4、电阻R5、滑动变阻器R6和电容C6组成，三端可调分流稳压器TL431的1端分别与电容C6的一端和光电隔离器E的引脚2相接，光电隔离器E可以防止高压侧的信号耦合到输出端，减少杂散噪声干扰；电容C6的另一端与电阻R5的一端相接，电阻R5和电容C6提供相位补偿，防止放大电路自激；电阻R5的另一端同时与电阻R4和滑动变阻器R6相接，电阻R4和滑动变阻器R6为稳压基准电路提供取样电压，通过调整滑动变阻器R6的阻值，改变取样比，获得连续可调的取样电压；三端可调分流稳压器TL431的2端接地；三端可调分流稳压器TL431的8端同时与电阻R4和滑动变阻器R6相接，电阻R4的另一端接地，滑动变阻器R6的另一端同时与电阻R3的一端和光电隔离器的引脚2相接，电阻R3的另一端与输出端口Vout相接；光电隔离器E的引脚1同时与电阻R2的一端和电容C5的一端相接，电阻R2的另一端和电容C5的另一端与BUCK降压电路的输出端相接，电阻R2为光电隔离器E提供偏置电流，通过电容C5为反馈电路设置一个极点，可提高输出的瞬态响应能力；光电隔离器E的引脚3与开关电源芯片的Source端相接；光电隔离器E的引脚4与开关电源芯片的Fb端相接；光电隔离器E的引脚1与引脚2之间连接有电阻R1。
本发明的输入-输出共地的高压可调降压电路，将高压侧经过桥式整流器D整流和π型滤波器滤波，经过开关集成电路(开关电源芯片)，后接一个开关型的BUCK降压电路，BUCK降压电路的输出端接反馈电路，利用三端可调分流稳压器TL431构建电路的闭环电压负反馈网络，具有放大和调节输出电流的功能，加上反馈电路后，可以影响整个电路的动态品质特性，采用滑动变阻器R6分压，可以完成反馈电压连续可调，改变开关集成电路的占空比，进而控制低压直流电压输出。
本发明采用开关集成电路(开关电源芯片)，后接BUCK降压电路，光电隔离器E实现反馈隔离控制，稳压基准电路进行输出电压采样和误差放大，不仅稳压精度高，而且可以通过改变滑动变阻器R6的大小来获得不同的输出电压。稳压基准电路闭环采样输出电压，控制光电隔离器E的导通程度，进而改变开关电源芯片的开关占空比，获得稳定的电压输出。
本发明采用输入-输出共地的方法实现一次降压就可以完成电压转换过程，电路结构简单，成本低，具有较高的稳定性能，输入电压范围宽，带载能力强，源效应和负载效应好，电源输出不易受输入电压和负载波动影响；由于采用闭环电压反馈，电路可以实现很高的稳压精度；采用开关变换方式，在输入输出电压差别较大的场合效率很高，应用面宽；使用自供电的开关电源芯片实现电源输出功能，由于开关电源芯片具有强大的多重保护功能，可使电路具有极高的可靠性。
本发明的有益效果是：结构简单，价格低廉，通用器件比较多；实现了输入高压侧和输出低压侧共地，通过调整反馈电压，从而控制高压侧开关管的占空比，最终经过一次降压就可以实现低压侧的调整输出。光电隔离器E实现高压侧和反馈端的光电隔离，减少了高压侧信号对输出低压侧的噪声干扰。精密可调稳压电路提供高精度的稳压基准，并且利用滑动变阻器调节分压电阻，实现反馈电压连续可调，进而实现输出电压连续可调。本发明不仅克服了线性变压器降压电路体积和成本上的缺陷，还克服了阻容降压电路的负载恒定等缺点，输入-输出共地、电压反馈环路闭环控制和通过调节反馈电阻来改变输出电压是其突出特点。
附图说明
图1是本发明输入-输出共地的高压可调降压电路的原理框图。
图2是本发明一实施例的输入-输出共地的高压可调降压电路的电路图。
具体实施方式
下面结合附图，以功率型集成开关管MIP282为例对本发明的实施例作具体描述，本实施例仅是对本发明作进一步解释说明，不是对本发明的限制，选用其它类型的开关电源芯片，例如TOPSwitch系列或VIPER22系列也可以实现本发明的技术效果，也应落入本发明的保护范围：
输入-输出共地的高压可调降压电路，原理如图1所示，高压输入端可以为220VAC市电或者300V左右的直流电，经过桥式整流、π型滤波后进入开关集成电路，后面接一个典型的BUCK降压电路，稳压基准电路提供稳压基准电压并导通光电隔离器，光电隔离器提供反馈电压，高压输入和低压输出之间使用光电隔离器反馈隔离，减少了高压侧信号对低压侧信号的干扰。
输入-输出共地的高压可调降压电路，如图2所示，包括桥式整流器D、π型滤波器、功率型集成开关管MIP282、BUCK降压电路和反馈电路；
桥式整流器D的端口1和端口3与电源输入端Vin相接，电源输入端Vin可以为220VAC市电或者300V左右的直流电，桥式整流器D的端口4接地，桥式整流器D的端口2与π型滤波器的输入端相接，所述的π型滤波器是由电容C1、C2和电感L1组成的LC型滤波器，电容C1和电容C2的一端接地，另一端分别与电感L1的两端相接，π型滤波器的截止频率为根据输出电流的大小选择电感L1的值，合适的电感和电容可以滤除信号中的噪声，平滑输出信号；π型滤波器的输出端与功率型集成开关管MIP282的5脚Drain端相接，功率型集成开关管MIP282的有效引脚仅为4只(分别为第1脚Bypass，第2、3、7、8脚Source，内置高压MOS管；第4脚电流Fb，内部含有恒流源，内置高压MOS管，通过场效应管的DS极接到分流支路；第5脚Drain，内接漏极限制电路和反高压场效应恒流源等)，极大地简化了本发明的结构，功率型集成开关管MIP282内部包含基准时钟振荡、RS触发、开关管漏极电流限制、再启动电路以及过热、过流、过压、欠压等保护电路，输出电流为200mA，耐压值700V，内部开关频率为fosc＝44KHz，产生固定频率的矩形波脉冲，控制开关管的通断，最大占空比MAXCD为71％；当输出电压超过额定值时，电流反馈电路的电流增大，开关管截止，直到输出电压降至额定电压以下，开关管重新受到固定脉冲频率fosc控制，通过开关管非周期性通断稳定输出电压；当反馈电流低于250μA以下时，功率型集成开关管MIP282以固定频率fosc完成AC/DC转换，产生上升的输出电压；当电压上升到一定值时，开关管截止，脉冲上升时间Tr和下降时间Tf分别为100ns和4ns；功率型集成开关管MIP282的2、3、7、8脚Source后接BUCK降压电路，输出电流比较大，需要接铜皮散热，BUCK降压电路由二极管V2、电感L2和极性电容C4组成；BUCK降压电路上还并联有续流二极管V1，功率型集成开关管MIP282的第1脚Bypass与2、3、7、8脚Source之间还连接有蓄能电容C3，当续流二极管V1续流导通时，通过功率型集成开关管MIP282内部电流源为其充电，为功率型集成开关管MIP282提供供电电压，由于电路的开关频率较高，电容C3取0.1μF；
所述的反馈电路包括稳压基准电路和光电隔离器E，稳压基准电路由三端可调分流稳压器TL431、电阻R4、电阻R5、滑动变阻器R6和电容C6组成，三端可调分流稳压器TL431具有良好的温度稳定性和较大的输出电流、低动态输出阻抗以及低输出电压噪声，三端可调分流稳压器TL431的1端分别与电容C6的一端和光电隔离器E的引脚2相接，光电隔离器E可以防止高压侧的信号耦合到输出端，减少杂散噪声干扰；电容C6的另一端与电阻R5的一端相接，电阻R5和电容C6提供相位补偿，防止放大电路自激；电阻R5的另一端同时与电阻R4和滑动变阻器R6相接，电阻R4和滑动变阻器R6为稳压基准电路提供取样电压，通过调整滑动变阻器R6的阻值，改变电压取样比，获得连续可调的取样电压，选择不同的取样比，稳压范围可以做到从2.5V到36V连续可调；三端可调分流稳压器TL431的2端接地；三端可调分流稳压器TL431的8端同时与电阻R4和滑动变阻器R6相接，电阻R4的另一端接地，滑动变阻器R6的另一端同时与电阻R3的一端和光电隔离器的引脚2相接，电阻R3的另一端与输出端口Vout相接；光电隔离器E的引脚1同时与电阻R2的一端和电容C5的一端相接，电阻R2的另一端和电容C5的另一端与BUCK降压电路的输出端相接，电阻R2为光电隔离器E提供偏置电流，通过电容C5为反馈电路设置一个极点，可提高输出的瞬态响应能力；光电隔离器E的引脚3与功率型集成开关管MIP282的2、3、7、8脚Source相接；光电隔离器E的引脚4与功率型集成开关管MIP282的第4脚Fb相接；光电隔离器E的引脚1与引脚2之间连接有电阻R1。稳压基准电路位于光电隔离器E的次级端，通过光电隔离器E反馈到初级端，通过改变功率型集成开关管MIP282的占空比，达到控制输出电压的目的。
本发明由于采用电压负反馈和闭环控制电路，具有良好的输出稳定性，输入电压范围可以达到36V～380V，电路转换效率达到89％，输出稳定精度达到1％。本发明的开关电源芯片还可以为TOPSwitch系列和VIPER22系列等。
本发明的输入-输出共地的高压可调降压电路，解决了由高压交流电转换成低压直流电的问题，解决了变压器线性降压昂贵的成本和巨大的体积等问题，解决了阻容降压不适合动态负载，需要满足恒定负载等一系列问题，更解决了高压控制电路中的输入-输出共地问题，灵活的电压调节能力使得本发明能够很好的应用于各种仪器仪表设备中，具有一定的应用价值和市场开发前景。

Claims (3)

1.输入-输出共地的高压可调降压电路，其特征在于，包括桥式整流器D、π型滤波器、开关电源芯片、BUCK降压电路和反馈电路；
桥式整流器D的端口1和端口3与电源输入端Vin相接，桥式整流器D的端口4接地，桥式整流器D的端口2与π型滤波器的输入端相接，π型滤波器的输出端与开关电源芯片的Drain端相接，开关电源芯片的Source端与BUCK降压电路的输入端相接，BUCK降压电路上还并联有续流二极管V1，开关电源芯片的Bypass端与Source端之间还连接有蓄能电容C3；
所述的反馈电路包括稳压基准电路和光电隔离器E，稳压基准电路由三端可调分流稳压器TL431、电阻R4、电阻R5、滑动变阻器R6和电容C6组成，三端可调分流稳压器TL431的1端分别与电容C6的一端和光电隔离器E的引脚2相接，电容C6的另一端与电阻R5的一端相接，电阻R5的另一端同时与电阻R4和滑动变阻器R6相接；三端可调分流稳压器TL431的2端接地；三端可调分流稳压器TL431的8端同时与电阻R4和滑动变阻器R6相接，电阻R4的另一端接地，滑动变阻器R6的另一端同时与电阻R3的一端和光电隔离器的引脚2相接，电阻R3的另一端与输出端口Vout相接；光电隔离器E的引脚1同时与电阻R2的一端和电容C5的一端相接，电阻R2的另一端和电容C5的另一端与BUCK降压电路的输出端相接；光电隔离器E的引脚3与开关电源芯片的Source端相接；光电隔离器E的引脚4与开关电源芯片的Fb端相接；光电隔离器E的引脚1与引脚2之间连接有电阻R1。
2.根据权利要求1所述的输入-输出共地的高压可调降压电路，其特征在于：所述的π型滤波器为LC滤波器。
3.根据权利要求1所述的输入-输出共地的高压可调降压电路，其特征在于：所述的开关电源芯片为MIP282、TOPSwitch系列或VIPER22系列。
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