CN113949279A - 一种隔离型均流母线的均流电路及电源电路 - Google Patents

一种隔离型均流母线的均流电路及电源电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种隔离型均流母线的均流电路及电源电路,均流电路包括电流采样隔离放大电路、第二隔离电路、均流控制处理电路,均流控制处理电路分别与第二隔离电路、电流采样隔离放大电路连接,第二隔离电路用于在输出功率地与均流电路地之间隔离,均流控制处理电路用于进行均流控制处理,以输出均流信号,电流采样隔离放大电路用于采样电流信号并进行放大,同时与采样地隔离。电源电路包括均流电路,用于在多开关电源并联使用时进行多电源之间的均流。本申请通过在均流电路的采样端与采样地隔离,在输出端与控制地隔离,保证了均流电路的独立性,避免了电路之间的相互影响,提高了均流精度。

Description

一种隔离型均流母线的均流电路及电源电路
技术领域
本发明涉及开关电源技术领域,尤其是涉及一种隔离型均流母线的均流电路及电源电路。
背景技术
目前,在开关电源并联使用中通过采样电流用于对输出电流进行均流控制,采样电流一种是在开关电源的初级进行采样,一种是在开关电源的次级进行采样,对采样电流经过一系列电路处理后,控制开关电源的功率器件的占空比,从而实现并联应用中每个电源输出电流的控制。
现有技术中,无论是在初级采样,还是在次级采样,均流控制电路都未与功率地做隔离处理。
具体地,如图1、2所示,其中图1中在次级采样电流,图2中是在初级采样电流。
图1中,在次级采样电流,均流电路与次级是同一个地,虽然与初级进行了隔离,但并没有与次级进行隔离,因而也就没有与功率隔离变换电路进行隔离。
图2中,在初级采样电流,均流电路与初级是同一个地,虽然进行了二次隔离,但二次隔离都是将初级的高压与均流电路的低压进行了隔离,但并没有与初级进行隔离,因而也就没有与功率隔离变换电路进行隔离。
这种情况下,均流母线(share)的地与功率地,无法做到隔离,当负载不同时,功率回路在功率地网络上会产生线损,影响均流精度;多机并联使用时,输出功率地可能干扰均流电路正常工作,导致工作异常。
因此,消除功率隔离电路对均流母线产生的影响,提高均流精度,是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种隔离型均流母线的均流电路及电源电路,在采样电流端,将采样端地与均流电路的地隔离,在均流电路输出端,将均流电路的地与PWM控制的地隔离,让均流电路、初级电路、次级电路分别成为各自独立的电路,相互之间的地互不相关,避免了因为同一地对均流电路的影响,提高均流精度。
第一方面,本发明的上述发明目的通过以下技术方案得以实现:
一种隔离型均流母线的均流电路,包括电流采样隔离放大电路、第二隔离电路、均流控制处理电路,均流控制处理电路分别与第二隔离电路、电流采样隔离放大电路连接,第二隔离电路用于在输出功率地或输入功率地与均流电路地之间隔离,均流控制处理电路用于进行均流控制处理,以输出均流信号,电流采样隔离放大电路用于采样电流信号并进行放大,同时与采样地隔离。
本发明进一步设置为:电流采样隔离放大电路包括依次连接的电流采样电路与隔离放大电路,电流采样电路用于采样电流信号,隔离放大电路用于对采样电流进行放大,并对采样端地与均流控制处理电路的地进行隔离,电流采样电路采用第一电源,隔离放大电路的输入连接第一电源,其输出采用均流控制处理的第二电源。
本发明进一步设置为:隔离放大电路包括隔离放大IC电路。
本发明进一步设置为:第二隔离电路包括光电隔离芯片;其输入端连接均流控制处理的输出端,其输出端用于连接电压采样电路,电压采样电路采用第三电源。
本发明进一步设置为:均流控制处理电路包括依次连接的差分放大电路、电压跟随及偏置电路、环路控制电路,差分放大电路用于对放大后的采样电流进行差分放大,电压跟随及偏置电路用于对差分放大后的采样电流信号进行电流电压转换,将电流信号转换为电压信号,并输出均流信号,环路控制电路用于对电压跟随及偏置电路的输入信号和输出信号进行环路控制,其输出端与第二隔离电路的输入端连接,通过第二隔离电路实现均流地与输出功率地或输入功率地的隔离。
本发明进一步设置为:差分放大电路包括第一运算放大器,其二个输入端分别连接电流采样隔离放大电路的二个输出端,第一运算放大器的输出端经过分压后,输出给电压跟随及偏置电路。
本发明进一步设置为:电压跟随及偏置电路包括第二运算放大器,其正输入端连接差分放大电路的输出,经过第二运算放大器的跟随,输出均流信号。
本发明进一步设置为:环路控制电路包括第三运算放大器,其负输入端通过第十一电阻连接电压跟随及偏置电路的正输入端,其正输入端通过第十二电阻连接电压跟随及偏置电路的输出端,第三运算放大器的输出端经过第三电阻和第一电容的串联组合后,连接到负输入端,其负输入端通过第四电阻接设定电压值端,设定电压值由第三电源通过分压得到,第三运算放大器的输出端经过分压后连接到第二隔离电路的输入端。
第二方面,本发明的上述发明目的通过以下技术方案得以实现:
一种具有隔离型均流电路的电源电路,包括电流采样隔离放大电路、均流控制处理电路、输出电压采样电路、输出电压反馈环路、第一隔离电路、第二隔离电路、PWM控制电路、功率隔离变换电路,功率隔离变换电路的初级连接电源输入端,次级连接电源输出端,在电源输出端的负输出线上串联采样电阻,电流采样隔离放大电路连接采样电阻的两端,进行电流采样,电流采样隔离放大电路的输出连接均流控制处理电路的输入,均流控制处理电路的第一输出端用于输出均流信号,第二端连接到第二隔离电路的输入端,第二隔离电路的输出端连接到输出电压采样电路,输出电压反馈环路分别与输出电压采样电路、第一隔离电路连接, PWM控制电路分别与第一隔离电路、功率隔离变换电路连接,用于根据第一隔离电路的输出,输出PWM信号,控制功率隔离变换电路的输出。
第三方面,本发明的上述发明目的通过以下技术方案得以实现:
一种具有隔离型均流电路的电源电路,包括电流采样隔离放大电路、均流控制处理电路、输出电压采样电路、输出电压反馈环路、第一隔离电路、第二隔离电路、PWM控制电路、功率隔离变换电路,功率隔离变换电路的初级连接电源输入端,次级连接电源输出端,在电源输入端的负输入线上串联采样电阻,电流采样隔离放大电路连接采样电阻的两端,进行电流采样,电流采样隔离放大电路的输出连接均流控制处理电路的输入,均流控制处理电路的第一输出端用于输出均流信号,第二端连接到第二隔离电路的输入端,第二隔离电路的输出端连接到输出电压采样电路,输出电压反馈环路分别与输出电压采样电路、第一隔离电路连接, PWM控制电路分别与第一隔离电路、功率隔离变换电路连接,用于根据第一隔离电路的输出,输出PWM信号,控制功率隔离变换电路的输出。
与现有技术相比,本申请的有益技术效果为:
1.本申请通过在均流电路的采样端与采样地隔离,在输出端与控制地隔离,保证了均流电路的独立性,避免了电路之间的相互影响,提高了均流精度;
2.进一步地,本申请通过在均流采样端采用隔离放大IC,实现了采样端地与均流电路的隔离,保证了无论采样电流在什么位置,都能够实现均流电路与采样端地的隔离;
3.进一步地,本申请通过在均流采样端采用光电隔离,将经过均流电路处理的信号反馈到次级电压采样,再经过次级环路控制,既达到实现均流的目的,也实现均流母线负端(share-)与原边功率地(VI-)、副边功率地SGND的双隔离,均流电路不受功率回路电流变化及噪声干扰。
附图说明
图1是现有技术次级采样的均流电路结构示意图;
图2是现有技术初级采样的均流电路结构示意图;
图3是本申请的一个具体实施例的均流电路结构示意图;
图4是本申请的一个具体实施例的均流电路示意图;
图5是本申请的一个具体实施例的均流电路在次级采样的开关电源结构示意图;
图6是本申请的一个具体实施例的电压环路等电路示意图;
图7是本申请的一个具体实施例的均流电路在初级采样的开关电源结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
具体实施例一
本申请的一种隔离型均流母线的均流电路,如图3所示,包括电流采样隔离放大电路、第二隔离电路、均流控制处理电路,均流控制处理电路分别与第二隔离电路、电流采样隔离放大电路连接,电流采样隔离放大电路用于采样电流信号并进行放大,同时与采样地隔离;均流控制处理电路用于对放大后的采样电流信号进行均流控制处理,以输出均流信号,第二隔离电路用于在输出功率地与均流电路地之间隔离,将均流信号传输到后续处理电路中。
其中,采样地表示采样电流所在电路的地。
如图4所示,电流采样隔离放大电路包括电流隔离放大IC,电流隔离放大IC的输入侧连接采样电流的采样端,与采样电流所处电路共地,输出侧连接均流控制处理电路,与均流控制处理电路共地,输出侧输出放大后的采样电流信号,均流控制处理电路对放大后的采样电流信号进行处理,输出均流信号,第二隔离电路对均流信号进行隔离,以与后续输出电压电路不共地。
均流控制处理电路包括依次连接的差分放大电路、电压跟随及偏置电路、均流环路控制电路,差分放大电路对放大后的采样电流信号进行差分放大,电压跟随及偏置电路对差分放大电路的输出信号进行电流电压转换,将电流信号转换为电压信号,并进行电压跟随和偏置,并输出均流信号。均流环路控制电路的输入端分别连接电压跟随及偏置电路的输入端与输出端,其输出端与第二隔离电路的输入端连接,通过第二隔离电路实现均流地与输出功率地的隔离,用于对电压跟随及偏置电路的输入信号和输出信号进行环路控制,根据电压跟随及偏置电路的输入信号与输出信号的变化,控制第二隔离电路输入侧流过的电流大小,从而输出相应的电压信号。
电流采样电路对电阻Rsense1两端的电压进行采样,输入到电流隔离放大IC U3输入侧的INP/INN端。
电流隔离放大IC的输入侧采用第一电源VCC1,第一电源的地为GND1,电流隔离放大IC的输出侧采用第二电源VCC2,第二电源VCC2的地为均流电路的地GND2。
电流隔离放大IC对采样电流进行第一次放大,并进行电源地隔离。其输出侧的输出信号输入差分放大电路的二个输入端,差分放大电路包括第一运算放大器U1,电流隔离放大IC的输出端OUTP端通过第二电阻R2连接到第一运算放大器U1的正输入端,输出端OUTN端通过第五电阻R5连接到第一运算放大器U1的负输入端;第四电阻R4一端与负输入端连接,另一端与第一运算放大器U1的输出端连接,经过差分放大电路的差分放大,得到第二次放大,通过第三电阻R3与第七电阻R7的串联分压后,输出给电压跟随及偏置电路的输入端,第七电阻R7的二端并联第四电容C4,用于对输出信号进行滤波,第七电阻R7的另一端连接均流电路地GND2。
电压跟随及偏置电路包括第二运算放大器U2A,第二运算放大器U2A的正输入端连接第三电阻R3与第七电阻R7的串联点,其负输入端连接第九电阻R9的一端,其输出端连接第一二极管D1的正端,二极管D1的负端与第九电阻R9的另一端连接后,连接均流母线的正端,均流母线的负端是均流电路地GND2。在均流母线的正端与均流母线的负端之间并联第二二极管D2/第八电阻R8/第五电容C5。
均流环路控制电路包括第三运算放大器U2B,第三运算放大器U2B的正输入端连接第十二电阻R12的一端、第十一电容C11的一端,第十二电阻R12的另一端连接第一二极管D1的负端,即均流母线的正端。第十一电容C11的另一端接均流电路地GND2。第三运算放大器U2B的负输入端连接第十一电阻R11的一端、第十八电阻R18的一端,第十一电阻R11的另一端连接第二运算放大器U2A的正输入端。第十八电阻R18的另一端连接第二十一电阻R21的一端、第二十二电阻R22的一端、第十电容C10的一端,第二十一电阻R21的另一端接第三电源VCC3的正端,第二十二电阻R22的另一端、第十电容C10的另一端接地GND2。
第三运算放大器U2B的负输入端与输出端之间连接有第十九电阻R19与第八电容C8的串联组合,用于形成环路电流。
第三运算放大器U2B的输出端连接第十五电阻R15的一端,第十五电阻R15的另一端连接第九电容C9的一端、第二十电阻R20的一端、光耦U5输入侧的一个输入端,第九电容C9的另一端、第二十电阻R20的另一端、光耦U5输入侧的一个输出端同时连接均流电路地GND2。
第二隔离电路包括光耦U5,其输入侧连接均流环路控制电路的输入,其输出侧连接输出电压采样电路。
具体实施例二
本申请的一种具有隔离型均流电路的电源电路,如图5所示,包括电流采样隔离放大电路、均流控制处理电路、输出电压采样电路、输出电压反馈环路、第一隔离电路、第二隔离电路、PWM控制电路、功率隔离变换电路,功率隔离变换电路的初级连接电源输入端,次级连接电源输出端,在电源输出端的负输出线上串联采样电阻,电流采样隔离放大电路连接采样电阻的两端,进行电流采样,电流采样隔离放大电路的输出连接均流控制处理电路的输入,均流控制处理电路的第一输出端用于输出均流信号,第二端连接到第二隔离电路的输入端,第二隔离电路的输出端连接到输出电压采样电路,输出电压反馈环路分别与输出电压采样电路、第一隔离电路连接, PWM控制电路分别与第一隔离电路、功率隔离变换电路连接,用于根据第一隔离电路的输出,输出PWM信号,控制功率隔离变换电路的输出。
如图6所示,输出电路采样电路包括第十四电阻R14与第二十四电阻R24的串联电阻组合,第十四电阻R14的一端输出采样电压,第二十四电阻R24的另一端接信号地SGND,第十四电阻R14与第二十四电阻R24的串联点通过第十七电阻R17连接光耦U5输出侧的输入端,光耦U5输出侧的输出端接信号地SGND。
电压环路反馈电路包括第六运算放大器U6,第六运算放大器U6的负输入端通过第十六电阻R16连接第十七电阻R17的一端、第十四电阻R14与第二十四电阻R24的串联点,其正输入端连接设定电压Verf的设定点,第六运算放大器U6的负输入端与输出端之间连接第十三电阻R13、第七电容C7的串联组合。第六运算放大器U6的输出端连接第一隔离电路U4输入侧的输出端,第一隔离电路U4输入侧的输入端通过第二十五电阻R25接电源VDD。第一隔离电路U4输出侧连接PWM控制电路IC。
具体实施例三
本申请的一种具有隔离型均流电路的电源电路,如图7所示,包括电流采样隔离放大电路、均流控制处理电路、输出电压采样电路、输出电压反馈环路、第一隔离电路、第二隔离电路、PWM控制电路、功率隔离变换电路,功率隔离变换电路的初级连接电源输入端,次级连接电源输出端,在电源输入端的负输入线上串联采样电阻,电流采样隔离放大电路连接采样电阻的两端,进行电流采样,电流采样隔离放大电路的输出连接均流控制处理电路的输入,均流控制处理电路的第一输出端用于输出均流信号,第二端连接到第二隔离电路的输入端,第二隔离电路的输出端连接到输出电压采样电路,输出电压反馈环路分别与输出电压采样电路、第一隔离电路连接, PWM控制电路分别与第一隔离电路、功率隔离变换电路连接,用于根据第一隔离电路的输出,输出PWM信号,控制功率隔离变换电路的输出。
本实施例的实施原理为:电流采样隔离放大电路采样初级或次级的电流,经过隔离放大后,经过差分放大电路的第二次放大再分压后,输入电压跟随及偏置电路,进行电压跟随及偏置,输出均流信号,再经过均流环路控制电路,输入到第二隔离电路进行隔离,第二隔离电路根据输入侧输入电流控制输出侧输出电流的大小,输出电压采样电路根据第二隔离电路输出侧电流大小进行改变,而输出电压采样电路输出电压的变化,在电压环路反馈电路的负输入端产生电压变化,经过电压环路反馈电路的电容C7/电阻R13,引出第一隔离电路U4输入侧电流的变化,从而控制第一隔离电路U4输出侧输出电流的变化,对PWM输出信号进行控制。
在二个或更多个开关电源并联使用时,如果其中第一个开关电源的输出电流比较大,第二个开关电源的输出电源比较小,由于并联的关系,均流母线上的电流会抬高第二个开关电源中均流环路控制电路正输入端的电压,经过均流环路控制电路的环路放大,增加第二隔离电路输入侧的输入电流,从而增加输出电压采样电路的电压,达到提高第二个开关电源输出电流的目的,使二个或多个并联使用的开关电源输出电流相当。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例,并非依此限制本发明的保护范围,故:凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化,均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种隔离型均流母线的均流电路,其特征在于:包括电流采样隔离放大电路、第二隔离电路、均流控制处理电路,均流控制处理电路分别与第二隔离电路、电流采样隔离放大电路连接,第二隔离电路用于在输出功率地或输入功率地与均流电路地之间隔离,均流控制处理电路用于进行均流控制处理,以输出均流信号,电流采样隔离放大电路用于采样电流信号并进行放大,同时与采样地隔离。
2.根据权利要求1所述隔离型均流母线的均流电路,其特征在于:电流采样隔离放大电路包括依次连接的电流采样电路与隔离放大电路,电流采样电路用于采样电流信号,隔离放大电路用于对采样电流进行放大,并对采样端地与均流控制处理电路的地进行隔离,电流采样电路采用第一电源,隔离放大电路的输入连接第一电源,其输出采用均流控制处理的第二电源。
3.根据权利要求1所述隔离型均流母线的均流电路,其特征在于:隔离放大电路包括隔离放大IC电路。
4.根据权利要求1所述隔离型均流母线的均流电路,其特征在于:第二隔离电路包括光电隔离芯片;其输入端连接均流控制处理的输出端,其输出端用于连接电压采样电路,电压采样电路采用第三电源。
5.根据权利要求1所述隔离型均流母线的均流电路,其特征在于:均流控制处理电路包括依次连接的差分放大电路、电压跟随及偏置电路、环路控制电路,差分放大电路用于对放大后的采样电流进行差分放大,电压跟随及偏置电路用于对差分放大后的采样电流信号进行电流电压转换,将电流信号转换为电压信号,并输出均流信号,环路控制电路用于对电压跟随及偏置电路的输入信号和输出信号进行环路控制,其输出端与第二隔离电路的输入端连接,通过第二隔离电路实现均流地与输出功率地或输入功率地的隔离。
6.根据权利要求5所述隔离型均流母线的均流电路,其特征在于:差分放大电路包括第一运算放大器,其二个输入端分别连接电流采样隔离放大电路的二个输出端,第一运算放大器的输出端经过分压后,输出给电压跟随及偏置电路。
7.根据权利要求5所述隔离型均流母线的均流电路,其特征在于:电压跟随及偏置电路包括第二运算放大器,其正输入端连接差分放大电路的输出,经过第二运算放大器的跟随,输出均流信号。
8.根据权利要求5所述隔离型均流母线的均流电路,其特征在于:环路控制电路包括第三运算放大器,其负输入端通过第十一电阻连接电压跟随及偏置电路的正输入端,其正输入端通过第十二电阻连接电压跟随及偏置电路的输出端,第三运算放大器的输出端经过第三电阻和第一电容的串联组合后,连接到负输入端,其负输入端通过第四电阻接设定电压值端,设定电压值由第三电源通过分压得到,第三运算放大器的输出端经过分压后连接到第二隔离电路的输入端。
9.一种具有隔离型均流电路的电源电路,其特征在于:包括电流采样隔离放大电路、均流控制处理电路、输出电压采样电路、输出电压反馈环路、第一隔离电路、第二隔离电路、PWM控制电路、功率隔离变换电路,功率隔离变换电路的初级连接电源输入端,次级连接电源输出端,在电源输出端的负输出线上串联采样电阻,电流采样隔离放大电路连接采样电阻的两端,进行电流采样,电流采样隔离放大电路的输出连接均流控制处理电路的输入,均流控制处理电路的第一输出端用于输出均流信号,第二端连接到第二隔离电路的输入端,第二隔离电路的输出端连接到输出电压采样电路,输出电压反馈环路分别与输出电压采样电路、第一隔离电路连接, PWM控制电路分别与第一隔离电路、功率隔离变换电路连接,用于根据第一隔离电路的输出,输出PWM信号,控制功率隔离变换电路的输出。
10.一种具有隔离型均流电路的电源电路,其特征在于:包括电流采样隔离放大电路、均流控制处理电路、输出电压采样电路、输出电压反馈环路、第一隔离电路、第二隔离电路、PWM控制电路、功率隔离变换电路,功率隔离变换电路的初级连接电源输入端,次级连接电源输出端,在电源输入端的负输入线上串联采样电阻,电流采样隔离放大电路连接采样电阻的两端,进行电流采样,电流采样隔离放大电路的输出连接均流控制处理电路的输入,均流控制处理电路的第一输出端用于输出均流信号,第二端连接到第二隔离电路的输入端,第二隔离电路的输出端连接到输出电压采样电路,输出电压反馈环路分别与输出电压采样电路、第一隔离电路连接, PWM控制电路分别与第一隔离电路、功率隔离变换电路连接,用于根据第一隔离电路的输出,输出PWM信号,控制功率隔离变换电路的输出。
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