一種降低電源變換器輸出紋波的控制電路的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種降低電源變換器輸出紋波的控制電路，所述輸出紋波控制電路連接至電源變換器的輸出端和次級(jí)輔助電源電路單元，包括第一比較器或運(yùn)算放大器、輸入電阻、增益調(diào)節(jié)電阻、積分電容和濾波電容，其中，輸入電阻連接在電源變換器的輸出端和第一比較器或運(yùn)算放大器的反相端之間，濾波電容連接在第一比較器或運(yùn)算放大器的同相端和次級(jí)輔助電源電路單元的負(fù)極之間，增益調(diào)節(jié)電阻和積分電容串聯(lián)連接在第一比較器或運(yùn)算放大器的反相端和輸出端之間。采用本發(fā)明的控制電路，能夠在不使用大容量濾波電容的情況下有效降低電源變換器的輸出紋波。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種降低電源變換器輸出紋波的控制電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電子電路的控制【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及電源變換器輸出紋波濾波技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，電源變換器在工業(yè)生產(chǎn)、日常生活用品、智能控制設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。通常，電源變換器的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，包括初級(jí)整流濾波開(kāi)關(guān)變換電路單元、變壓器單元、次級(jí)整流濾波電路單元，以將交流輸入轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷鬏敵?。為了輸出高質(zhì)量的直流電力，電源變換器從直流輸出端利用輸出電壓采樣單元和/或輸出電流采樣單元采集電壓和/或電流信號(hào)，經(jīng)過(guò)電壓比較電路和/或電流比較電路之后獲得采集到的電壓和/或電流信號(hào)與次級(jí)輔助電源電路單元的信號(hào)之間的誤差，通過(guò)光耦將該誤差傳輸給開(kāi)關(guān)電源控制電路單元，形成反饋以控制初級(jí)整流濾波開(kāi)關(guān)變換電路單元。
[0003]但是，經(jīng)過(guò)電壓比較電路和/或電流比較電路之后獲得的誤差信號(hào)容易出現(xiàn)紋波，由于初級(jí)整流濾波開(kāi)關(guān)變換電路單元根據(jù)該誤差信號(hào)工作，這樣電源變換器的開(kāi)關(guān)占空比也受到該電壓誤差信號(hào)和/或電流誤差信號(hào)的變化幅度的影響。這樣電源變換器為了滿(mǎn)足輸出紋波的指標(biāo)要求，需要在輸出端并聯(lián)大容量的電容，大容量的電容一般用電解電容比較常見(jiàn)。眾所周知，電解電容的壽命受電壓、紋波電流、溫度等因數(shù)的影響比較大，不利于提高電源變換器的功率密度和使用壽命，不利于降低電源變換器的成本，采用小容量電容才有可能達(dá)到以上目的，要使采用小容量電容又可滿(mǎn)足輸出紋波的指標(biāo)要求，必須研究有效可行的方法將電源變換器的輸出紋波抑制到最低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于實(shí)現(xiàn)避免使用大容量電容而有效降低電源變換器的輸出紋波的電路，以及利用該電路來(lái)構(gòu)建電源變換器。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0006]一種降低電源變換器輸出紋波的控制電路，所述輸出紋波控制電路連接至電源變換器的輸出端和次級(jí)輔助電源電路單元，包括第一比較器或運(yùn)算放大器、輸入電阻、增益調(diào)節(jié)電阻、積分電容和濾波電容，其中，輸入電阻連接在電源變換器的輸出端和第一比較器或運(yùn)算放大器的反相端之間，濾波電容連接在第一比較器或運(yùn)算放大器的同相端和次級(jí)輔助電源電路單元的負(fù)極之間，增益調(diào)節(jié)電阻和積分電容串聯(lián)連接在第一比較器或運(yùn)算放大器的反相端和輸出端之間。
[0007]其中所述輸入電阻的阻值大于增益調(diào)節(jié)電阻阻值。
[0008]另外，所述輸出紋波控制電路還包括二極管，所述二極管的陰極連接至第一比較器或運(yùn)算放大器的輸出端，所述二極管的陽(yáng)極連接至輸出紋波控制電路的輸出端。
[0009]另一方面，所述輸出紋波控制電路還包括限流電阻，所述限流電阻連接在第一比較器或運(yùn)算放大器的同相端和次級(jí)輔助電源電路單元的正極之間。
[0010]所述輸出紋波控制電路還包括前級(jí)調(diào)節(jié)電路，當(dāng)輸出紋波控制電路的輸入是幅度較小的電流信號(hào)或者輸入阻抗較高的電壓信號(hào)時(shí)，增強(qiáng)電流信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度或者增強(qiáng)電壓信號(hào)的負(fù)載能力。
[0011]其中，所述前級(jí)調(diào)節(jié)電路包括第二輸入電阻、第二增益調(diào)節(jié)電阻、第三增益調(diào)節(jié)電阻、第二比較器或運(yùn)算放大器和第二濾波電容，第二輸入電阻連接在電源變換器的輸出端和第二比較器或運(yùn)算放大器的同相端之間，第二增益調(diào)節(jié)電阻連接在第二比較器或運(yùn)算放大器的反相端和輸出端之間，第三增益調(diào)節(jié)電阻連接在第二比較器或運(yùn)算放大器的反相端和次級(jí)輔助電源電路單元的負(fù)極之間，第二濾波電容連接在第二比較器或運(yùn)算放大器的同相端和次級(jí)輔助電源電路單元的負(fù)極之間，第二比較器或運(yùn)算放大器的輸出端連接至輸入電阻。
[0012]一種電源變換器，包括初級(jí)整流濾波開(kāi)關(guān)變換電路單元、變壓器單元、次級(jí)整流濾波電路單元、輸出電壓采樣單元和/或輸出電流采樣單元、次級(jí)輔助電源電路單元、光耦和開(kāi)關(guān)電源控制電路單元，該電源變換器還包括上述輸出紋波控制電路，所述輸出紋波控制電路連接至輸出電壓采樣單元和/或輸出電流采樣單元、次級(jí)輔助電源電路單元和光耦，將輸出電壓采樣單元和/或輸出電流采樣單元采集到的電壓和/或電流信號(hào)與次級(jí)輔助電源電路單元的信號(hào)之間的誤差濾波控制后，通過(guò)光耦傳輸給所述開(kāi)關(guān)電源控制電路單元。
[0013]由于采用以上技術(shù)方案，本發(fā)明的電源變換器的輸出紋波控制電路對(duì)輸出電壓采樣單元和/或輸出電流采樣單元采集到的電壓和/或電流信號(hào)與次級(jí)輔助電源電路單元的信號(hào)的誤差進(jìn)行濾波控制，開(kāi)關(guān)電源控制電路單元根據(jù)濾波控制后的誤差信號(hào)控制初級(jí)整流濾波開(kāi)關(guān)變換電路單元，由此電源變換器的開(kāi)關(guān)占空比跟蹤變化幅度較小的誤差信號(hào)，亦即濾波控制后的信號(hào)，從而使得電源變換器輸出只需配備極小容量的濾波電容就可以使得電源變換器的輸出電壓博文或電流紋波衰減到很小的程度。
[0014]由于采用以上技術(shù)方案，本發(fā)明的電源變換器及其輸出紋波控制電路具有很高的適應(yīng)性，可應(yīng)用于多種類(lèi)型、多種工作模式的應(yīng)用場(chǎng)合中，實(shí)現(xiàn)用小容量、小體積的電容就可以達(dá)到低紋波的要求，同時(shí)具有體積小、成本低、功率密度高的優(yōu)點(diǎn)。
[0015]由于采用以上技術(shù)方案，本發(fā)明的電源變換器可以應(yīng)用長(zhǎng)壽命的薄膜電容、陶瓷電容，從而提高了電源變換器的使用壽命和可靠性。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是現(xiàn)有的電源變換器的結(jié)構(gòu)框圖。
[0017]圖2是根據(jù)本發(fā)明的電源變換器實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)框圖。
[0018]圖3是根據(jù)本發(fā)明的電源變換器輸出紋波控制電路的實(shí)施方式，輸出紋波控制電路與其他部件的電路接口的示意圖。
[0019]圖4是根據(jù)本發(fā)明的電源變換器實(shí)施方式的電源變換器輸出紋波控制電路的原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020]為了便于本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解，下面結(jié)合具體實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0021]在此公開(kāi)詳細(xì)的示范實(shí)施例。然而，此處公開(kāi)的具體結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)僅僅是為了描述示范實(shí)施例的目的。然而，可以在許多替換形式中實(shí)現(xiàn)示范實(shí)施例，并且不應(yīng)將其看作僅限于在此闡明的示范實(shí)施例。
[0022]然而，應(yīng)該理解，不旨在限于公開(kāi)的具體示范實(shí)施例，而是相反地，示范實(shí)施例將覆蓋落入本公開(kāi)的范圍內(nèi)的所有修改、等同物和替換物。遍及附圖的描述，相似的標(biāo)號(hào)涉及相似的元件。
[0023]應(yīng)該理解，雖然術(shù)語(yǔ)第一、第二等在此用作描述不同的元件，但是這些元件可以不被這些術(shù)語(yǔ)所限制。這些術(shù)語(yǔ)僅用于將一個(gè)元件與另一個(gè)元件區(qū)別開(kāi)。例如，第一元件可以被稱(chēng)為第二元件，類(lèi)似地，第二元件可以被稱(chēng)為第一元件而不背離示范實(shí)施例的范圍。如在此所用，術(shù)語(yǔ)“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的列出項(xiàng)的任意和所有組合。
[0024]應(yīng)該理解，當(dāng)元件被稱(chēng)為“連接”或“耦接”到另一元件時(shí)，它可以直接連接或耦接到其他元件，或者可以存在中間元件。相反，當(dāng)元件被稱(chēng)為“直接連接”或“直接耦接”到另一元件時(shí)，不存在中間元件。用來(lái)描述元件之間關(guān)系的其他詞語(yǔ)應(yīng)該按照相同的方式理解(例如，“之間”對(duì)“直接之間”、“相鄰”對(duì)“直接相鄰”等)。
[0025]如【背景技術(shù)】部分所述，圖1是現(xiàn)有的電源變換器的結(jié)構(gòu)圖。為了解決前述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用改進(jìn)的電源變換器的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。
[0026]在圖2所示的電源變換器中，也包括初級(jí)整流濾波開(kāi)關(guān)變換電路單元、變壓器單元、次級(jí)整流濾波電路單元、輸出電壓采樣單元和/或輸出電流采樣單元、次級(jí)輔助電源電路單元、光耦和開(kāi)關(guān)電源控制電路單元。但該電源變換器相對(duì)于現(xiàn)有的電源變換器的改進(jìn)是使用輸出紋波控制電路來(lái)對(duì)輸出電壓采樣單元和/或輸出電流采樣單元采集到的電壓和/或電流信號(hào)與次級(jí)輔助電源電路單元的信號(hào)之間的誤差進(jìn)行濾波控制，并將濾波控制后的誤差通過(guò)光耦傳輸給所述開(kāi)關(guān)電源控制電路單元。
[0027]因此，根據(jù)本發(fā)明的電源變換器輸出紋波控制電路的實(shí)施方式，輸出紋波控制電路與其他部件的電路接口如圖3所示，對(duì)外的接口包括連接電壓基準(zhǔn)Vref的電壓基準(zhǔn)端11、信號(hào)輸入端10、連接次級(jí)輔助電源電路單元的正極的輔助電壓正端8、連接次級(jí)輔助電源電路單元的負(fù)極的輔助電壓負(fù)端9以及濾波控制信號(hào)輸出端5。
[0028]結(jié)合圖2所示，信號(hào)輸入端10連接至輸出電壓采樣單元和/或輸出電流采樣單元，獲得直流輸出的電壓和/或電流信號(hào)。輔助電壓正端8和輔助電壓負(fù)端9分別連接至次級(jí)輔助電源電路單元的正負(fù)極。由此，輸出紋波控制電路來(lái)對(duì)輸出電壓采樣單元和/或輸出電流采樣單元采集到的電壓和/或電流信號(hào)與次級(jí)輔助電源電路單元的信號(hào)之間的誤差進(jìn)行濾波控制，并將濾波控制后的誤差通過(guò)濾波控制信號(hào)輸出端5傳輸至光耦。
[0029]以下結(jié)合【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】本發(fā)明實(shí)施方式中輸出紋波控制電路的工作方式。
[0030]圖4是根據(jù)本發(fā)明的電源變換器實(shí)施方式的電源變換器輸出紋波控制電路的原理圖。如圖4所示，所述輸出紋波控制電路包括第一比較器或運(yùn)算放大器1、輸入電阻2、增益調(diào)節(jié)電阻3、積分電容4和濾波電容7，輸入電阻2連接在電源變換器的輸出端5和第一比較器或運(yùn)算放大器的反相端之間，濾波電容7連接在第一比較器或運(yùn)算放大器的同相端和次級(jí)輔助電源電路單元的負(fù)極一輔助電壓負(fù)端9之間，增益調(diào)節(jié)電阻3和積分電容4串聯(lián)連接在第一比較器或運(yùn)算放大器的反相端和輸出端之間。特別地，輸入電阻2的阻值大于增益調(diào)節(jié)電阻3的阻值。
[0031]通過(guò)這樣的配置，第一比較器或運(yùn)算放大器I和輸入電阻2、增益調(diào)節(jié)電阻3、積分電容4可以構(gòu)成積分電路，而輸入電阻2的阻值要大于增益調(diào)節(jié)電阻3阻值，積分電容4的低頻容抗大，高頻容抗小，增益調(diào)節(jié)電阻3和積分電容4串聯(lián)電路的低頻等效阻抗高，而高頻等效阻抗低，使得從信號(hào)輸入端10傳輸來(lái)的輸出電壓和/或電流信號(hào)與基準(zhǔn)電壓的低頻誤差信號(hào)經(jīng)積分后平滑但信號(hào)幅度衰減很小，而頻率稍高一點(diǎn)的紋波信號(hào)則經(jīng)積分后信號(hào)幅度衰減很大而濾除，第一比較器或運(yùn)算放大器I輸出剩下的低頻誤差信號(hào)。
[0032]由于電源變換器的輸出紋波控制電路替換電源變換器原來(lái)的電壓比較電路和/或電流比較電路部分，輸出紋波控制電路的輸出連接光耦，將電源變換器的輸出紋波經(jīng)所述輸出紋波控制電路濾除后隔離反饋到電源變換器的開(kāi)關(guān)電源控制電路單元，調(diào)整開(kāi)關(guān)占空比，實(shí)現(xiàn)輸出紋波濾波的目的。
[0033]第一比較器或運(yùn)送放大器I的輸出還可以接二極管17，二極管17的陰極接至第一比較器和運(yùn)算放大器I的輸出，陽(yáng)極連接至濾波控制信號(hào)輸出端5。
[0034]當(dāng)?shù)谝槐容^器或運(yùn)算放大器I的輸出級(jí)電路是集電極開(kāi)路結(jié)構(gòu)，則二極管17可以不使用，比較器或運(yùn)算放大器I的輸出端直接連接濾波控制信號(hào)輸出端5。
[0035]另外，所述輸出紋波控制電路還包括限流電阻6，所述限流電阻6連接在第一比較器或運(yùn)算放大器I的同相端和輔助電壓正端8之間。
[0036]根據(jù)圖2可知，無(wú)論是電壓信號(hào)還是電流信號(hào)都可以使用本發(fā)明的輸出紋波控制電路，即輸出電壓采樣單元采集到的電壓信號(hào)和/或輸出電流采樣單元采集到的電流信號(hào)。當(dāng)輸出紋波控制電路的輸入是幅度較小的電流信號(hào)或輸入阻抗高的電壓信號(hào)時(shí)，輸出紋波控制電路還包括前級(jí)調(diào)節(jié)電路，增強(qiáng)電流信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度或電壓信號(hào)的驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能力。而當(dāng)輸出紋波控制電路的輸入是低內(nèi)阻電壓信號(hào)或者幅度較高的電流信號(hào)時(shí)，輸出紋波控制電路也可以不包括前級(jí)調(diào)節(jié)電路。
[0037]特別地，圖4中也示出了前級(jí)調(diào)節(jié)電路的原理圖。所述前級(jí)調(diào)節(jié)電路包括第二輸入電阻13、第二增益調(diào)節(jié)電阻15、第三增益調(diào)節(jié)電阻16、第二比較器或運(yùn)算放大器12和第二濾波電容14，第二輸入電阻13連接在電源變換器的輸出端，亦即信號(hào)輸入端10和第二比較器或運(yùn)算放大器12的同相端之間，第二增益調(diào)節(jié)電阻15連接在第二比較器或運(yùn)算放大器12的反相端和輸出端之間，第三增益調(diào)節(jié)電阻16連接在第二比較器或運(yùn)算放大器12的反相端和次級(jí)輔助電源電路單元的負(fù)極一輔助電壓負(fù)端9之間，第二濾波電容14連接在第二比較器或運(yùn)算放大器12的同相端和次級(jí)輔助電源電路單元的負(fù)極一輔助電壓負(fù)端9之間，第二比較器或運(yùn)算放大器12的輸出端連接至輸入電阻2。
[0038]需要說(shuō)明的是，上述實(shí)施方式僅為本發(fā)明較佳的實(shí)施方案，不能將其理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，在未脫離本發(fā)明構(gòu)思前提下，對(duì)本發(fā)明所做的任何微小變化與修飾均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種降低電源變換器輸出紋波的控制電路，該輸出紋波控制電路連接至電源變換器的輸出端和次級(jí)輔助電源電路單元，其特征在于，所述輸出紋波控制電路包括第一比較器或運(yùn)算放大器、輸入電阻、增益調(diào)節(jié)電阻、積分電容和濾波電容，輸入電阻連接在電源變換器的輸出端和第一比較器或運(yùn)算放大器的反相端之間，濾波電容連接在第一比較器或運(yùn)算放大器的同相端和次級(jí)輔助電源電路單元的負(fù)極之間，增益調(diào)節(jié)電阻和積分電容串聯(lián)連接在第一比較器或運(yùn)算放大器的反相端和輸出端之間。
2.權(quán)利要求1所述的電源變換器輸出紋波控制電路，其特征在于，所述輸入電阻的阻值大于增益調(diào)節(jié)電阻的阻值。
3.權(quán)利要求1所述的電源變換器輸出紋波控制電路，其特征在于，所述輸出紋波控制電路還包括二極管，所述二極管的陰極連接至第一比較器或運(yùn)算放大器的輸出端，所述二極管的陽(yáng)極連接至輸出紋波控制電路的輸出端。
4.權(quán)利要求1所述的電源變換器輸出紋波控制電路，其特征在于，所述輸出紋波控制電路還包括限流電阻，所述限流電阻連接在第一比較器或運(yùn)算放大器的同相端和次級(jí)輔助電源電路單元的正極之間。
5.權(quán)利要求1所述的電源變換器輸出紋波控制電路，其特征在于，所述輸出紋波控制電路還包括前級(jí)調(diào)節(jié)電路，當(dāng)輸出紋波控制電路的輸入是幅度較小的電流信號(hào)或者輸入阻抗較高的電壓信號(hào)時(shí)，增強(qiáng)電流信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度或者增強(qiáng)電壓信號(hào)的驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能力。
6.權(quán)利要求5所述的電源變換器輸出紋波控制電路，所述前級(jí)調(diào)節(jié)電路包括第二輸入電阻、第二增益調(diào)節(jié)電阻、第三增益調(diào)節(jié)電阻、第二比較器或運(yùn)算放大器和第二濾波電容，第二輸入電阻連接在電源變換器的輸出端和第二比較器或運(yùn)算放大器的同相端之間，第二增益調(diào)節(jié)電阻連接在第二比較器或運(yùn)算放大器的反相端和輸出端之間，第三增益調(diào)節(jié)電阻連接在第二比較器或運(yùn)算放大器的反相端和次級(jí)輔助電源電路單元的負(fù)極之間，第二濾波電容連接在第二比較器或運(yùn)算放大器的同相端和次級(jí)輔助電源電路單元的負(fù)極之間，第二比較器或運(yùn)算放大器的輸出端連接至輸入電阻。
7.一種電源變換器，包括初級(jí)整流濾波開(kāi)關(guān)變換電路單元、變壓器單元、次級(jí)整流濾波電路單元、輸出電壓采樣單元和/或輸出電流采樣單元、次級(jí)輔助電源電路單元、光耦和開(kāi)關(guān)電源控制電路單元，其特征在于該電源變換器還包括權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的輸出紋波控制電路，所述輸出紋波控制電路連接至輸出電壓采樣單元和/或輸出電流采樣單元、次級(jí)輔助電源電路單元和光耦，將輸出電壓采樣單元和/或輸出電流采樣單元采集到的電壓和/或電流信號(hào)與次級(jí)輔助電源電路單元的信號(hào)之間的誤差濾波控制后，通過(guò)光耦傳輸給所述開(kāi)關(guān)電源控制電路單元。
【文檔編號(hào)】H02M1/14GK104348344SQ201310329723
【公開(kāi)日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月1日
【發(fā)明者】朱昌亞, 湯能文, 洪光岱 申請(qǐng)人:惠州市錦湖實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司, 惠州錦湖電子有限公司, 天寶電子（惠州）有限公司