CN110212761A - 一种开关电源的多种输出模式转换控制电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种开关电源的多种输出模式转换控制电路,该控制电路包括电源输出模块、恒压控制环电路、恒流控制环电路、MCU、控制芯片、二选一模块、两个数字电位器和电流传感器。由数字电位器将输入电压分压,经过误差放大器比较放大后,通过微控制器(MCU)控制二选一模块选择恒压控制环电路或恒流控制环电路,在恒压模式下可设置所需的电压值,在恒流模式下设置所需的电流值,使电源具有恒压、恒流工作模式。这种电源的多种输出模式可适用于多种用电场合,提高电源使用的灵活性和便利性。
Description
技术领域
本发明属于电力电子功率变换器领域,具体涉及一种开关电源的控制电路。
背景技术
开关电源不断向高频化、高可靠性和多工作模式的方向发展,能够输出多种电压、电流值的电源具有很大的应用价值。
目前恒压电源采取的方法是通过电阻分压网络检测电源输出电压,并将其与需要输出的电压值进行运算产生相应的驱动脉冲,该驱动脉冲通过调整脉冲宽度(电源采取脉宽调制模式(PWM))或脉冲频率(电源采取脉冲频率调制(PFM)),实现输出电压的稳定。
恒流电源采取的方法是通过电流传感器(如霍尔电流传感器、电流检测电阻等)检测电源输出电流,并将其与需要输出的电流值进行运算产生相应的驱动脉冲,该驱动脉冲通过调整脉冲宽度(电源采取脉宽调制模式(PWM))或脉冲频率(电源采取脉冲频率调制(PFM)),实现输出电流的稳定。
电源改变输出电压或电流值有以下几种方法:第一种是可通过改变变压器初级次级的的匝比进行,这种方法主要用在工频变压器调压电路中,该方法的主要缺点是调压电源体积和重量都很大,目前用的较少。第二种方法是用在高频变压器构成的开关电源中,比如在脉宽调制模式(PWM)下的开关电源可通过调整脉冲宽度调整输出电压或电流,在脉冲频率调整模式(PFM)下的开关电源可通过调整脉冲频率调整输出电压或电流,但是这两种模式均只能在小幅度范围内调整输出电压或电流,主要用在恒压或恒流供电的场合。如果要实现较大范围的调压或调流,那么就需要通过改变电源控制电路的参考电压值实现电源输出电压或输出电流的调整,在常见的设计中,电源控制电路中参考电压的改变是通过调整电阻分压网络中的电位器阻值实现,通过调整电位器阻值,改变电源输出电压或电流到需要的值,由于电位器有机械磨损,长期使用会造成电源的可靠性降低,影响使用。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本发明提供一种开关电源的多种输出模式转换控制电路,可以扩展电源的工作模式,使电源具有恒压、恒流工作模式,并且在恒压模式下可设置所需的电压值,在恒流模式下设置所需的电流值,这种电源的多种输出模式可适用于多种用电场合,提高电源使用的灵活性和便利性。
为达到上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种开关电源的多种输出模式转换控制电路,包括电源输出模块、恒压控制环电路、恒流控制环电路、MCU、控制芯片、二选一模块、第一数字电位器、第二数字电位器和电流传感器;
所述恒压控制环电路的输入端与第一数字电位器的高端连接,并且该输入端通过第四电阻与电源输出模块的第一输出端连接,第四电阻与第一数字电位器组成电源电压分压网络;恒压控制环电路的输出端与二选一模块的第一输入端连接;用于实现电源的恒压输出;
所述恒流控制环电路的第一输入端与第二数字电位器的高端连接,并且该输入端通过第六电阻与第二基准电压连接,第六电阻和第二数字电位器组成基准电压分压网络;恒流控制环电路的第二输入端与电流传感器的输出端连接;恒流控制环电路的输出端与二选一模块的第二输入端连接;用于实现电源的恒流输出;
所述MCU的第一控制端与二选一模块的控制输入端连接,用于控制二选一模块的输出模式;其第二控制端与第一数字电位器的滑动端连接,用于控制第一数字电位器的阻值;第三控制端与第二数字电位器的滑动端连接,用于控制第二数字电位器的阻值;
所述控制芯片的输入端与二选一模块的输出端连接,根据输入的误差信号输出两路PWM信号,两路PWM信号控制电源输出电压信号或电流信号;
所述电流传感器的第一输入端与电源输出模块的第二输出端连接,电流传感器的第二输入端接地,用于检测电源输出电流;
优选的,所述恒压控制环电路包括第一误差放大器和第一Ⅱ型补偿器;
第一误差放大器的同相输入端与第一基准电压连接;第一误差放大器的反相输入端与第一数字电位器的高端连接,接收电源电压分压网络输出的电压采样值;第一误差放大器的输出端通过第三十三电阻与二选一模块的第一输入端连接;第一误差放大器用于将第一基准电压与电源电压分压网络输出的电压采样值进行比较放大后输出误差信号Vea1;
第一Ⅱ型补偿器由第四十七电容和第四十六电阻组成的串联电路与第五十二电容并联而成;第一Ⅱ型补偿器的一端通过第四十五电容连接到第一误差放大器的同相输入端,另一端与第一误差放大器的输出端连接;
第一Ⅱ型补偿器与第一误差放大器共同实现电源稳定的恒压输出;
优选的,所述恒流控制环电路包括第二误差放大器和第二Ⅱ型补偿器;
第二误差放大器的同相输入端与第二数字电位器的高端连接,接收基准电压分压网络输出的电压采样值;其反相输入端和电流传感器的输出端连接,并通过第五十八电容与第二误差放大器的同相输入端连接;其输出端通过第五十七电阻与二选一模块的第二输入端连接;第二误差放大器用于将电流传感器输出的电信号与基准电压分压网络输出的电压采样值进行比较放大后输出误差信号Vea2;
第二Ⅱ型补偿器由第五十九电容和第六十电阻组成的串联电路与第六十一电容并联而成;第二Ⅱ型补偿器的一端连接到第二误差放大器的反相输入端,另一端与第二误差放大器的输出端连接;
第二Ⅱ型补偿器与第二误差放大器共同实现电源稳定的恒流输出;
优选的,所述二选一模块为二选一电子开关或继电器或单端多通道开关;
优选的,在电源输出模块的第一输出端与电流传感器的第二输入端之间串联负载。
本发明的有益效果是:通过单片机或微控制器(MCU)控制双环控制电路(恒压控制环和恒流控制环),实现安全可靠的电源输出状态切换,扩展了电源的工作模式,使电源具有恒压、恒流工作模式,并且在恒压模式下可设置所需的电压值,在恒流模式下设置所需的电流值,适用于多种用电场合,提高电源使用的灵活性和便利性。
附图说明
图1是电源工作模式转换电路。
图2是采用本发明的具有多种输出模式的电源原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示,本发明提供了一种开关电源的多种输出模式转换控制电路,可以扩展电源的工作模式,使电源具有恒压、恒流工作模式,并且在恒压模式下可设置所需的电压值,在恒流模式下设置所需的电流值,这种电源的多种输出模式可适用于多种用电场合,提高电源使用的灵活性和便利性。
为达到上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种开关电源的多种输出模式转换控制电路,包括电源输出模块、恒压控制环电路、恒流控制环电路、MCU、控制芯片、二选一模块、第一数字电位器、第二数字电位器和电流传感器;
所述恒压控制环电路的输入端与第一数字电位器的高端连接,并且该输入端通过第四电阻与电源输出模块的第一输出端连接,第四电阻与第一数字电位器组成电源电压分压网络;恒压控制环电路的输出端与二选一模块的第一输入端连接;用于实现电源的恒压输出;
所述恒流控制环电路的第一输入端与第二数字电位器的高端连接,并且该输入端通过第六电阻与第二基准电压连接,第六电阻和第二数字电位器组成基准电压分压网络;恒流控制环电路的第二输入端与电流传感器的输出端连接;恒流控制环电路的输出端与二选一模块的第二输入端连接;用于实现电源的恒流输出;
所述MCU的第一控制端与二选一模块的控制输入端连接,用于控制二选一模块的输出模式;其第二控制端与第一数字电位器的滑动端连接,用于控制第一数字电位器的阻值;第三控制端与第二数字电位器的滑动端连接,用于控制第二数字电位器的阻值;
所述控制芯片的输入端与二选一模块的输出端连接,根据输入的误差信号输出两路PWM信号,两路PWM信号控制电源输出电压信号或电流信号;
所述电流传感器的第一输入端与电源输出模块的第二输出端连接,电流传感器的第二输入端接地,用于检测电源输出电流;
所述恒压控制环电路包括第一误差放大器和第一Ⅱ型补偿器;
第一误差放大器的同相输入端与第一基准电压连接;第一误差放大器的反相输入端与第一数字电位器的高端连接,接收电源电压分压网络输出的电压采样值;第一误差放大器的输出端通过第三十三电阻与二选一模块的第一输入端连接;第一误差放大器用于将第一基准电压与电源电压分压网络输出的电压采样值进行比较放大后输出误差信号Vea1;
第一Ⅱ型补偿器由第四十七电容和第四十六电阻组成的串联电路与第五十二电容并联而成;第一Ⅱ型补偿器的一端通过第四十五电容连接到第一误差放大器的同相输入端,另一端与第一误差放大器的输出端连接;
第一Ⅱ型补偿器与第一误差放大器共同实现电源稳定的恒压输出;
所述恒流控制环电路包括第二误差放大器和第二Ⅱ型补偿器;
第二误差放大器的同相输入端与第二数字电位器的高端连接,接收基准电压分压网络输出的电压采样值;其反相输入端和电流传感器的输出端连接,并通过第五十八电容与第二误差放大器的同相输入端连接;其输出端通过第五十七电阻与二选一模块的第二输入端连接;第二误差放大器用于将电流传感器输出的电信号与基准电压分压网络输出的电压采样值进行比较放大后输出误差信号Vea2;
第二Ⅱ型补偿器由第五十九电容和第六十电阻组成的串联电路与第六十一电容并联而成;第二Ⅱ型补偿器的一端连接到第二误差放大器的反相输入端,另一端与第二误差放大器的输出端连接;
第二Ⅱ型补偿器与第二误差放大器共同实现电源稳定的恒流输出;
所述二选一模块为二选一电子开关或继电器或单端多通道开关;
在电源输出模块的第一输出端与电流传感器的第二输入端之间串联负载。
实施例:
如图2所示,是采用本发明电路构成的开关电源原理图。首先是市电输入通过整流滤波电路后成直流电,经过EMI滤波后,送入功率因数矫正电路,再经过全桥逆变电路、LLC谐振腔,最后经变压器二次侧整流滤波输出。图中全桥逆变网络由四个开关管构成;LLC谐振腔由一个电容和两个电感组成;输出电压经过电阻R4与数字电位器1(X9315)构成的分压网络分压后,与基准电压Vref1比较放大产生误差信号Vea1,Vea1被输送至CD4051芯片的in1端(CD4051的12脚);基准电压Vref2经电阻R6和数字电位器2(X9315)构成的基准电压分压网络分压,输出电流信号经霍尔传感器U2采样与数字电位器2(X9315)两端的采样电压比较放大后产生误差信号Vea2,Vea2被输送至CD4051芯片的in2端(CD4051的1脚);CD4051的地址输入端A、B、C(CD4051的9脚、10脚、11脚)由MCU所控制;在恒压输出模式下,MCU改变数字电位器1(X9315)的阻值调整电压采样值,恒压控制环将电压采样值与基准电压Vref1进行比较放大,输出误差放大信号Vab1至CD4051的in1端(CD4051的12脚),MCU控制CD4051的输出端(CD4051的3脚)输出in1信号至控制芯片U1,控制芯片U1根据送入的误差信号输出两路PWM信号,两路PWM信号经隔离驱动电路后输出PWM1、PWM2、PWM3和PWM4分别驱动全桥逆变网络中的四个开关管,以此控制电源输出电压;在恒流输出模式下,MCU改变数字电位器2(X9315)的阻值调整基准电压采样值,恒流控制环将基准电压采样值与霍尔传感器所采集的电流信号进行比较放大,输出误差放大信号Vab2至CD4051的in2脚(CD4051的1脚),MCU控制CD4051的输出端(CD4051的3脚)输出in2信号至控制芯片U1,控制芯片U1根据送入的误差信号输出两路PWM信号,两路PWM信号经隔离驱动电路后输出PWM1、PWM2、PWM3和PWM4分别驱动全桥逆变网络中的四个开关管,以此控制电源输出电流。
该开关电源的额定功率为4KW、输入电压为市电220VAC、输出电压范围为:100-200VDC,输出电流范围为5—20A。根据电源的输出模式的使用要求,当需要电源工作在恒压输出模式时,由MCU向CD4051发送地址信号,使CD4051输出in1的输入信号,即恒压环误差信号Vea1。基准电压Vref1为2.5V,当电源工作在额定输出电压时,输出电压经R4与数字电位器1(X9315)构成的分压网络分压后,分压值为2.5V。若需要增大电源的输出电压值,可通过MCU减小数字电位器1的阻值,使得数字电位器1(X9315)两端的分压值小于2.5V,导致误差信号Vea1增大,控制芯片输出PWM信号占空比增大,开关管导通时间增大,输出电压增大;若需要减小电源的输出电压值,可通过MCU增大数字电位器1(X9315)的阻值,使得数字电位器1(X9315)两端的分压值大于2.5V,导致误差信号Vea1减小,控制芯片输出PWM信号占空比减小,开关管导通时间减小,输出电压减小。在恒压输出模式下,电源的输出电压调节范围为100-200VDC。
当需要电源工作在恒流输出模式时,由MCU向CD4051发送地址信号,使CD4051输出in2的输入信号,即恒流环误差信号Vea2。基准电压Vref2经R6和数字电位器2(X9315)构成的基准电压分压网络分压后,数字电位器2(X9315)两端电压为2.5V,当电源工作在额定输出电流时,霍尔传感器U2采集输出电流,将电流信号转换为电压信号幅值为2.5V。若需要增大电源的输出电流值,可通过MCU增大数字电位器2(X9315)的阻值,使得数字电位器2两端的分压值大于2.5V,导致误差信号Vea2增大,控制芯片输出PWM信号占空比增大,开关管导通时间增大,输出电流增大;若需要减小电源的输出电流值,可通过MCU减小数字电位器2(X9315)的阻值,使得数字电位器2(X9315)两端的分压值小于2.5V,导致误差信号Vea2减小,控制芯片输出PWM信号占空比减小,开关管导通时间减小,输出电流减小。在恒流输出模式下,电源输出电流调节范围为5-20A。
通过上述开关电源电路,可实现输出电压以及电流的宽范围精确调整。使其适用于多种用电场合(如充电桩、多用途充电器、试验电源等),提高电源使用的灵活性和便利性。
Claims (5)
1.一种开关电源的多种输出模式转换控制电路,其特征在于,包括电源输出模块、恒压控制环电路、恒流控制环电路、MCU、控制芯片、二选一模块、第一数字电位器、第二数字电位器和电流传感器;
所述恒压控制环电路的输入端与第一数字电位器的高端连接,并且该输入端通过第四电阻与电源输出模块的第一输出端连接,第四电阻与第一数字电位器组成电源电压分压网络;恒压控制环电路的输出端与二选一模块的第一输入端连接;用于实现电源的恒压输出;
所述恒流控制环电路的第一输入端与第二数字电位器的高端连接,并且该输入端通过第六电阻与第二基准电压连接,第六电阻和第二数字电位器组成基准电压分压网络;恒流控制环电路的第二输入端与电流传感器的输出端连接;恒流控制环电路的输出端与二选一模块的第二输入端连接;用于实现电源的恒流输出;
所述MCU的第一控制端与二选一模块的控制输入端连接,用于控制二选一模块的输出模式;其第二控制端与第一数字电位器的滑动端连接,用于控制第一数字电位器的阻值;第三控制端与第二数字电位器的滑动端连接,用于控制第二数字电位器的阻值;
所述控制芯片的输入端与二选一模块的输出端连接,根据输入的误差信号输出两路PWM信号,两路PWM信号控制电源输出电压信号或电流信号;
所述电流传感器的第一输入端与电源输出模块的第二输出端连接,电流传感器的第二输入端接地,用于检测电源输出电流。
2.如权利要求1所述的一种开关电源的多种输出模式转换控制电路,其特征在于,所述恒压控制环电路包括第一误差放大器和第一Ⅱ型补偿器;
第一误差放大器的同相输入端与第一基准电压连接;第一误差放大器的反相输入端与第一数字电位器的高端连接,接收电源电压分压网络输出的电压采样值;第一误差放大器的输出端通过第三十三电阻与二选一模块的第一输入端连接;第一误差放大器用于将第一基准电压与电源电压分压网络输出的电压采样值进行比较放大后输出误差信号Vea1;
第一Ⅱ型补偿器由第四十七电容和第四十六电阻组成的串联电路与第五十二电容并联而成;第一Ⅱ型补偿器的一端通过第四十五电容连接到第一误差放大器的同相输入端,另一端与第一误差放大器的输出端连接;
第一Ⅱ型补偿器与第一误差放大器共同实现电源稳定的恒压输出。
3.如权利要求1所述的一种开关电源的多种输出模式转换控制电路,其特征在于,所述恒流控制环电路包括第二误差放大器和第二Ⅱ型补偿器;
第二误差放大器的同相输入端与第二数字电位器的高端连接,接收基准电压分压网络输出的电压采样值;其反相输入端和电流传感器的输出端连接,并通过第五十八电容与第二误差放大器的同相输入端连接;其输出端通过第五十七电阻与二选一模块的第二输入端连接;第二误差放大器用于将电流传感器输出的电信号与基准电压分压网络输出的电压采样值进行比较放大后输出误差信号Vea2;
第二Ⅱ型补偿器由第五十九电容和第六十电阻组成的串联电路与第六十一电容并联而成;第二Ⅱ型补偿器的一端连接到第二误差放大器的反相输入端,另一端与第二误差放大器的输出端连接;
第二Ⅱ型补偿器与第二误差放大器共同实现电源稳定的恒流输出。
4.如权利要求1所述的一种开关电源的多种输出模式转换控制电路,其特征在于,所述二选一模块为二选一电子开关或继电器或单端多通道开关。
5.如权利要求1所述的一种开关电源的多种输出模式转换控制电路,其特征在于,在电源输出模块的第一输出端与电流传感器的第二输入端之间串联负载。
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