CN113839562B - 一种多路输出隔离电源电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多路输出隔离电源电路，包括多路输出电源模块、电源驱动模块、电源控制模块、以及过压保护模块，该电源的控制电路具备多路输出的稳压稳流功能和电源的保护及自恢复功能，并且具备超宽电压输入范围的自适应能力，采用了简单可靠的应用电路来实现满足高压***供电电源的特殊应用要求，并且具备可靠的保护及恢复功能。本发明的技术方案，为直流高压电源***提供了一套性能可靠，成本低廉的隔离供电电源实现方案。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子器件应用技术领域，尤其涉及一种多路输出隔离电源电路。
背景技术
随着社会的发展进步，高压直流电源***应用的越来越广泛；与传统的750VDC以下的直流电源相比，高压直流电源的输入电压更高，对电源的供电隔离要求也更高，输入电压的波动范围更大，原副边信号的传递也更困难，与传统的正激电源或是反激电源相比，很难通过对原边电流的简单判断实现，全范围的输出保护控制，并且不容易实现多路输出的稳压、稳流自主保护及自主恢复功能。如何采用简单可靠的应用电路来实现满足高压***供电电源的特殊应用要求，并且具备可靠的保护及恢复功能的隔离电源是亟待解决的技术问题。
发明内容
基于现有技术的上述情况，本发明的目的在于提供一种多路输出隔离电源电路，具备多路输出的稳压稳流功能和电源的保护及自恢复功能，并且具备超宽电压输入范围的自适应能力。
为达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种多路输出隔离电源电路，包括：多路输出电源模块、电源驱动模块、电源控制模块、以及过压保护模块；其中，
所述多路输出电源模块包括输入模块、第一电源输出模块和第二电源输出模块，所述第一和第二电源输出模块分别通过变压器与输入模块连接；
所述电源控制模块包括第一电源输出控制模块和第二电源输出控制模块，所述第一和第二电源输出控制模块分别对应连接第一和第二电源输出模块，用于根据第一和第二电源输出模块的输出信号生成控制信号；
所述电源驱动模块连接第一电源输出控制模块，用于根据所述控制信号生成驱动信号对输入模块进行驱动；
所述过压保护模块连接所述电源控制模块，用于在电源控制模块的控制信号过压时关闭多路输出电源的输出。
进一步的，所述第一电源输出控制模块包括电流采样单元、电流控制单元、电压采样单元、以及电压控制单元；其中，
所述电流采样单元和电压采样单元分别连接第一电源输出模块，用于采样第一电源输出模块的输出电流和输出电压；
所述电流控制单元接收所采样的输出电流，当输出电流超出第一电流阈值时，输出电流控制信号；
所述电压控制单元接收所采样的输出电压，当输出电压超出第一电压阈值时，输出电压控制信号。
进一步的，所述第一电源输出控制模块还包括控制信号输出单元；
所述控制信号输出单元接收所述电流控制信号和电压控制信号，并将所接收的电流控制信号和电压控制信号输出值电源驱动模块。
进一步的，所述电流采样单元包括第一电阻；所述电流控制单元包括第一稳压管；
所述第一电阻的一端连接第一电源输出模块的负端，另一端与第一稳压管的阳极连接，所述第一稳压管的阴极连接控制信号输出单元。
进一步的，所述电压采样单元包括第二电阻、第三电阻和第四电阻；所述电压控制单元包括第二稳压管；
所述第二至第四电阻串联连接至第一电源输出模块的正负端之间，所述第二和第三电阻的连接点接至所述第二稳压管的控制极，所述第二稳压管的阴极连接控制信号输出单元。
进一步的，所述控制信号输出单元包括光耦；
所述光耦的输入端连接电流控制单元和电压控制单元的输出，输出端连接电源驱动模块。
进一步的，所述第二电源输出控制模块包括电压采样单元和电压输出控制单元；其中，
所述电压采样单元连接第二电源输出模块，用于采样第二电源输出模块的输出电压并反馈至电压输出控制单元；
所述电压输出控制单元用于根据所反馈的电压对输出电压进行控制。
进一步的，所述电压采样单元包括第五电阻；所述电压输出控制单元包括第一开关管和第三稳压管；
所述第一开关管的控制极与第三稳压管的阴极连接，源极分别连接第三稳压管的阳极和第五电阻的一端；
所述第一开关管的漏极连接第二电源输出模块的输入端，所述第五电阻的另一端连接第二电源输出模块的输出端。
进一步的，所述过压保护模块包括采样信号输入单元、锁存单元和保护信号输出单元；
所述采样信号输入单元用于接收电源驱动模块的采样信号；
所述锁存单元接收采样信号输入单元的输出，并在采样信号过压时输出锁存信号；
所述保护信号输出单元在接收到锁存信号时输出保护信号以关闭电源驱动模块。
进一步的，所述锁存单元包括第二开关管、第三开关管、第六电阻和第七电阻；
所述第二开关管的栅极通过第六电阻与第三开关管的集电极连接，第三开关管的栅极通过第七电阻与第二开关管的集电极连接。
综上所述，本发明提供了一种多路输出隔离电源电路，包括多路输出电源模块、电源驱动模块、电源控制模块、以及过压保护模块，该电源的控制电路具备多路输出的稳压稳流功能和电源的保护及自恢复功能，并且具备超宽电压输入范围的自适应能力，采用了简单可靠的应用电路来实现满足高压***供电电源的特殊应用要求，并且具备可靠的保护及恢复功能。本发明的技术方案，为直流高压电源***提供了一套性能可靠，成本低廉的隔离供电电源实现方案。
附图说明
图1是多路输出电源模块的电路结构示意图；
图2是第一电源输出控制模块的电路结构示意图；
图3是第二电源输出控制模块的电路结构示意图；
图4是过压保护模块的电路结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
下面对结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。根据本发明的一个实施例，提供了一种多路输出隔离电源电路，该电路包括：多路输出电源模块、电源驱动模块、电源控制模块、以及过压保护模块。图1中示出了多路输出电源模块的电路结构示意图。所述多路输出电源模块包括输入模块、第一电源输出模块和第二电源输出模块，所述第一和第二电源输出模块分别通过变压器与输入模块连接。该多路输出电源模块例如可以采用反激拓扑的电源电路，主拓扑采用双管反激，副边共4路输出绕组，其中2路为输出供电绕组，有着稳压稳流的供电要求；1路为给电源驱动模块(本实施例中例如为原边控制芯片UC2844)供电的辅助供电绕组；最后1路为接成正激的备用供电绕组。第一电源输出模块例如为16V输出，第二电源输出模块例如为220V输出。
所述电源控制模块包括第一电源输出控制模块和第二电源输出控制模块，所述第一和第二电源输出控制模块分别对应连接第一和第二电源输出模块，用于根据第一和第二电源输出模块的输出信号生成控制信号。图2中示出了第一电源输出控制模块的电路结构示意图，以及该第一电源输出控制模块连接至电源驱动模块的电路结构示意图。其中，第一电源输出控制模块包括电流采样单元、电流控制单元、电压采样单元、电压控制单元、以及控制信号输出单元。所述电流采样单元和电压采样单元分别连接第一电源输出模块，用于采样第一电源输出模块的输出电流和输出电压；所述电流控制单元接收所采样的输出电流，当输出电流超出第一电流阈值时，输出电流控制信号；所述电压控制单元接收所采样的输出电压，当输出电压超出第一电压阈值时，输出电压控制信号；所述控制信号输出单元接收所述电流控制信号和电压控制信号，并将所接收的电流控制信号和电压控制信号输出至电源驱动模块。所述电源驱动模块连接第一电源输出控制模块，用于根据所述控制信号生成驱动信号对输入模块进行驱动。所述电流采样单元包括第一电阻；所述电流控制单元包括第一稳压管DZ19；所述第一电阻的一端连接第一电源输出模块的负端16VGND，另一端与第一稳压管DZ19的阳极连接，所述第一稳压管DZ19的阴极连接控制信号输出单元。所述电压采样单元包括第二电阻R231、第三电阻R235和第四电阻R239；所述电压控制单元包括第二稳压管DZ18；所述第二至第四电阻R231、R235和R239串联连接至第一电源输出模块的正负端之间，所述第二和第三电阻R231、R235的连接点接至所述第二稳压管DZ18的控制极，所述第二稳压管DZ18的阴极连接控制信号输出单元。所述控制信号输出单元包括光耦CNY2；所述光耦CNY2的输入端连接电流控制单元和电压控制单元的输出，输出端连接电源驱动模块。具体来说，以输出16V绕组为例，第一电阻为输出电流采样电阻，其采样电压为Vo(Vo＜0)，16V电源输出建立之后，通过DZ7所示的TL431芯片，产生稳定的2.5V基准电压。2.5V基准再通过电阻R234，R236，R238，来对2.5V-Vo的电压进行分压，以达到R236，R238，等于2.5V(此时R234的电压等于-Vo)来触发DZ19所示的TL431芯片动作，从而引起光耦CNY2原边动作，产生控制信号，作用在UC2844的COMP端口来进行环路调节实现稳流控制。设置好R234的阻值和Vo的门限值，以及采样电阻第一电阻的阻值，即可实现高精度恒流控制。电阻R231，R235,R239对输出16V进行分压，使得R239两端的电压为2.5V，来触发DZ18所示的TL431芯片动作，从而引起光耦CNY2原边动作，产生控制信号，作用在电源驱动模块的控制芯片U4UC2844的COMP端口来进行环路调节实现稳流控制。电压和电流控制信号并联共同通过光耦CNY2来传递控制信号，可实现电压电流环的自动切换。设置好R231、R235、R239的分压比例，即可实现高精度恒压控制。
图3中示出了第二电源输出控制模块的电路结构示意图，第二电源输出控制模块包括电压采样单元和电压输出控制单元，所述电压采样单元连接第二电源输出模块，用于采样第二电源输出模块的输出电压并反馈至电压输出控制单元；所述电压输出控制单元用于根据所反馈的电压对输出电压进行控制。所述电压采样单元包括第五电阻R179；所述电压输出控制单元包括第一开关管Q8和第三稳压管DZ9；所述第一开关Q8的控制极与第三稳压管DZ9的阴极连接，源极分别连接第三稳压管DZ9的阳极和第五电阻R179的一端；所述第一开关管Q8的漏极连接第二电源输出模块的输入端，所述第五电阻R179的另一端连接第二电源输出模块的输出端。第二电源输出控制模块采用了线性稳压限流控制方法对输出电压进行控制，以下进行详细说明，如图3所示，第二电源输出模块连接变压器的输出绕组经二极管整流后输出直流电压，该电压先通过电阻R121和电阻R131以及电阻R125，R134，R126，R179，R122，再经过滤波电感L1，到输出电容E1建立回路，R126两端的电压达到和超过12V时，触发稳压管DZ9反向击穿稳压，同时为Q8提供稳定的驱动电压，使Q8导通，该直流电压直接通过电阻R121，R131，Q8，R179，R122，输出至220V输出电容E1。其中电阻R121，R131，为限流电阻，可采用50-100Ω的2W电阻，R179，R122为电流采样电阻，电阻值同样很小，具体阻值可以根据限流值的大小来确定，例如10mA，则取1,25V/0.01A＝125Ω(其中1.25V为TL431系列新品提供的基准)。Q8导通后，即可建立稳定的输出电压，绕组的输出恒流功能通过R179，R122的采样，达到1.25V时触发DZ10(例如为1.25V稳压型)动作，使DZ9两端的电压降低，从而降低Q8的驱动电压，增大Q8的电阻，降低输出电流，维持输出处于恒流状态，电阻R179两端的电压达到0.7V以上时可触发Q16导通，短路Q8的驱动电压，从而达到关闭Q8，以关闭输出电压的目的。R125，R134为阻值较大的电阻，用于提供驱动开关所需的最小电流，一般取值例如为10kΩ，不能提供足够的输出供电电流。电路的稳压同样是通过电阻R127，R139，R147和R150分压，使R150的电压达到2.5V，触发DZ12动作，从而使直流电压能通过R140，R141，R144，R148，DZ12构成回路，使得R148电压达到Q12的驱动门限，使Q12导通，从而使得Q8的驱动门级通过R138，Q12和DZ11进行电压泄放，从而使Q8得驱动电压低于导通要求，关闭Q8，从而实现稳压输出。DZ10和DZ11采用相同的20V稳压管，以保护DZ12的电压不会超过36V损坏。从而把DZ12(例如可以采用TL431芯片)的稳压控制范围从2.5V-36V以内的输入扩展到支持36V以上的高压输入上进行线性稳压应用。
所述过压保护模块连接所述电源控制模块，用于在电源控制模块的控制信号过压时关闭多路输出电源的输出。所述过压保护模块包括采样信号输入单元、锁存单元和保护信号输出单元；所述采样信号输入单元用于接收电源驱动模块的采样信号；所述锁存单元接收采样信号输入单元的输出，并在采样信号过压时输出锁存信号；所述保护信号输出单元在接收到锁存信号时输出保护信号以关闭电源驱动模块。所述锁存单元包括第二开关管Q28、第三开关管Q29、第六电阻R246和第七电阻R247；所述第二开关管Q28的栅极通过第六电阻R246与第三开关管Q29的集电极连接，第三开关管Q29的栅极通过第七电阻R247与第二开关管Q28的集电极连接。图4中示出了过压保护模块的电路结构示意图，以下结合图4进行详细说明。图4中的CS信号是原边电流检测信号，结合图2，该信号连接至电源驱动电路芯片U4 UC2844的保护脚CSR，但因为在驱动电路软启动过程中，电路带容性负载，(储能电容电没有充满)近似一个短路状态，为了避免误保护，RC时间常数会取得比较大，保护动作一般比较慢，并且该电路是通过多级RC电路，同样是用来提供过流检测信号的，因为CS要通过二极管D45，间接提高了保护电压的门槛，一般的过流信号是无法触发改电路工作的，只有短路时，CS电压特别高的时候才会触发此电路，用于短路快速保护。正常驱动信号的CS1保护动作电平是1V，图4中的CS信号如果要起到作用，首先需要使得三极管Q29导通，则需要经过3个二极管，从而把CS的保护门限提高到了2.1V以上，R248和C52，C51构成的RC时间常数特别短，信号检测速度快，但一般的过流信号无法达到2.1V，只有短路时才有可能到达2.1V以上，此时三极管Q29导通，Q29和Q28构成了一个信号锁存器，一旦Q29导通会造成Q28导通，Q28导通后会维持Q29导通，这样就会产生一个锁存的低电平信号使Q27导通把CS1拉高到VREF电平，产生故障信号，关闭驱动，因为关闭驱动，电路不再工作，副边的原边辅助电源供电反馈绕组也失去电压，芯片UC2844会失电，进而VREF也会失电，触发电路就会完成复位，整套电源电路重新回到初始上电的软启动工作状态，由此，当电路在输出短路的时候会降低短路输出时间，减小短路损耗，维持电源长时间的短路输出不损坏。
综上所述，本发明涉及一种多路输出隔离电源电路，该电路综合了正激和反激电路，能在电源主输出短路情况下实现短路信号的可靠判断与传递；多路输出分别采用线性稳压稳流和隔离反馈闭环稳压稳流，电源非主输出绕组也能自主恒流恒压控制及短路过流保护；该电源电路以反激电源拓扑为核心构架，增加正激输出绕组，当反激输出电路正常时，正激绕组输出稳压限流，并作为备用电源保持空载或轻载运行；当反激输出电路短路时，可自动为保护电路的供电，把故障信号可靠的传输至原边绕组，在短路保护的情况下，原边以极低的占空比运行时也能保障足够的电压输出，保障了故障检测电路电源的可靠性，并且正激绕组输出电流极小，反激电路可直接对磁通进行复位，不需要复位电路；该电源电路的反激多路输出中以大功率输出为主输出进行反馈电路设计，通过闭环调节实现主输出回路的稳压稳流功能，其他输出回路通过以稳压管为基准的模拟电路实现稳压、稳流及输出过流保护控制。保证每一路均能实现稳压、稳流及输出过流保护功能，可实现5-220VDC的各个输出电压等级的输出。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (8)
1.一种多路输出隔离电源电路，其特征在于，包括：多路输出电源模块、电源驱动模块、电源控制模块、以及过压保护模块；其中，
所述多路输出电源模块包括输入模块、第一电源输出模块和第二电源输出模块，所述第一和第二电源输出模块分别通过变压器与输入模块连接；
所述电源控制模块包括第一电源输出控制模块和第二电源输出控制模块，所述第一和第二电源输出控制模块分别对应连接第一和第二电源输出模块，用于根据第一和第二电源输出模块的输出信号生成控制信号；
所述电源驱动模块连接第一电源输出控制模块，用于根据所述控制信号生成驱动信号对输入模块进行驱动；
所述过压保护模块连接所述电源控制模块，用于在电源控制模块的控制信号过压时关闭多路输出电源的输出；
所述第二电源输出控制模块包括电压采样单元和电压输出控制单元；其中，
所述电压采样单元连接第二电源输出模块，用于采样第二电源输出模块的输出电压并反馈至电压输出控制单元；
所述电压输出控制单元用于根据所反馈的电压对输出电压进行控制；
所述电压采样单元包括第五电阻；所述电压输出控制单元包括第一开关管和第三稳压管；
所述第一开关管的控制极与第三稳压管的阴极连接，源极分别连接第三稳压管的阳极和第五电阻的一端；
所述第一开关管的漏极连接第二电源输出模块的输入端，所述第五电阻的另一端连接第二电源输出模块的输出端。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一电源输出控制模块包括电流采样单元、电流控制单元、电压采样单元、以及电压控制单元；其中，
所述电流采样单元和电压采样单元分别连接第一电源输出模块，用于采样第一电源输出模块的输出电流和输出电压；
所述电流控制单元接收所采样的输出电流，当输出电流超出第一电流阈值时，输出电流控制信号；
所述电压控制单元接收所采样的输出电压，当输出电压超出第一电压阈值时，输出电压控制信号。
3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述第一电源输出控制模块还包括控制信号输出单元；
所述控制信号输出单元接收所述电流控制信号和电压控制信号，并将所接收的电流控制信号和电压控制信号输出至电源驱动模块。
4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述电流采样单元包括第一电阻；所述电流控制单元包括第一稳压管；
所述第一电阻的一端连接第一电源输出模块的负端，另一端与第一稳压管的阳极连接，所述第一稳压管的阴极连接控制信号输出单元。
5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述电压采样单元包括第二电阻、第三电阻和第四电阻；所述电压控制单元包括第二稳压管；
所述第二至第四电阻串联连接至第一电源输出模块的正负端之间，所述第二和第三电阻的连接点接至所述第二稳压管的控制极，所述第二稳压管的阴极连接控制信号输出单元。
6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述控制信号输出单元包括光耦；
所述光耦的输入端连接电流控制单元和电压控制单元的输出，输出端连接电源驱动模块。
7.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述过压保护模块包括采样信号输入单元、锁存单元和保护信号输出单元；
所述采样信号输入单元用于接收电源驱动模块的采样信号；
所述锁存单元接收采样信号输入单元的输出，并在采样信号过压时输出锁存信号；
所述保护信号输出单元在接收到锁存信号时输出保护信号以关闭电源驱动模块。
8.根据权利要求7所述的电路，其特征在于，所述锁存单元包括第二开关管、第三开关管、第六电阻和第七电阻；
所述第二开关管的栅极通过第六电阻与第三开关管的集电极连接，第三开关管的栅极通过第七电阻与第二开关管的集电极连接。
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Citations (5)
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2021
- 2021-09-23 CN CN202111113907.5A patent/CN113839562B/zh active Active
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