适应宽范围电压并能调节增益的开关电源反馈电路的制作方法

1.本实用新型涉及电源技术领域，具体地说是一种适应宽范围电压并能调节增益的开关电源反馈电路。


背景技术：

2.在开关电源设计中，为了稳定输出电压，通常需要控制电路将电源输出电压测量后经过与基准电压比较从而产生误差信号，误差信号经过处理后控制功率回路工作状态从而稳定输出电压。
3.由于电源输出在次级电路，输出电压需要被反馈电路测量并与基准电压比较后产生控制信号传送给功率回路进而控制功率回路对输出电压进行调节。由于功率回路位于初级电路，初级电路与次级电路没有电气连接关系，反馈电路产生的控制信号需要使用隔离元件将其传送至初级电路才能完成对功率回路的控制。
4.控制信号传送至初级电路有多种方案，在成本要求严格，可靠性没有特殊要求的条件下，使用光电耦合器是最简单有效的方案。
5.典型的光电耦合器反馈应用电路如图1所示：
6.u1为电压基准产生与误差信号放大元件，典型型号为tl431，具有相同功能的元件还有其他型号不再列举，电阻rfb1、rfb2将电源输出电压分压后传送至u1反馈信号输入端。u1将反馈电压与内部基准比较后产生控制信号电流i2。阻抗网络z（一般阻抗网络是由电阻、电容无源器件通过互联组成的一个2端口网络，或根据不同应用改变其内部电路）将电流i2的一部分反馈至误差信号输入端，用于产生反馈网络频率特性，使环路稳定，剩余部分i1传送至光电耦合器发光二极管。光电耦合器内部的发光二极管opt1a将次级电路产生的控制信号电流i1转换成光信号传送至初级电路光电耦合器内部的光电接收管opt1b，再次转换为电流后控制功率回路工作。
7.一些场合，如llc型功率回路电源变换器，当被设计成宽输入电压范围时，振荡频率可以在很宽范围内变化以适应大幅度输入电压变化带来的影响，这类功率回路的控制增益较高，只要控制电流i1发生微小变化，输出电压vo就会受到明显影响，这就要求i1在输出电压变化时，保持很小范围内变化，这需要使用较大阻值的r1才能实现，由于u1正常工作需要一定电流，而u1所需的电流会流过r1使其产生一定压降，为了使u1在光耦电流i1最大情况下保持足够工作电压，r1的阻值就不能继续增大，这时需要对电路进行改进从而实现不增大r1的情况下能够降低输出电压变化对光耦电流i1变化量的影响。
8.上述电路在输出电压较高的电源使用时也存在一定限制，通常u1可承受最高约36v电压，若电源电压高于36v，则不能将图1电路直接接入电源，否则u1在某些情况下会被超过其最大允许电压而损坏，这时需要对电路进行改进，在不明显增加复杂性的情况下使u1能够适应高输出电压电路稳定工作。
9.图2为图1的交流等效电路，可以看出电路增益由反馈网络z、反馈电阻rfb、电阻r1共同设定。光电耦合器反馈电流i1’= vfb’*（1+μ）/r1，此时即使反馈网络放大倍数μ=z/rfb
=0，光电耦合器电流i1’也仍会受到反馈电压vfb’影响产生反馈电流i1’（发光二极管内阻=0）,此时i1’=vfb’/r1。而r1的取值有限制，太大则不能为u1提供足够电流，使得反馈电压vfb’对反馈电流i1’不能调整至很小数值。


技术实现要素：

10.本实用新型的目的就是提供一种适应宽范围电压并能调节增益的开关电源反馈电路，以解决现有技术中电压使用范围较窄和无法大范围调节增益的问题。
11.本实用新型是这样实现的：一种适应宽范围电压并能调节增益的开关电源反馈电路，包括设置在初级电路与次级电路的光电耦合器，连接电源负极和参考地的节点b，以及连接电源正极的节点a；其特征是，所述节点a的一路串联接连接电阻rs、电阻rser和稳压二极管zener后与所述节点b连接，电阻rser连接稳压二极管zener的负极；所述节点a的另一路串联连接电阻rfb1和电阻rfb2后与所述节点b连接；
12.在电阻rfb1和电阻rfb2之间的节点d上连接有阻抗网络z，所述阻抗网络z的一路连接电阻r2和光电耦合器内部发光二极管opt1a的并联电路、电阻r1后，连接在电阻rs和电阻rser之间的节点c上，所述光电耦合器内部发光二极管opt1a阴极与所述阻抗网络z连接；所述阻抗网络z的另一路与误差放大器u1的输出端连接，所述误差放大器u1的接地端与所述节点b连接，所述误差放大器的输入端与所述节点d连接。
13.进一步地，本实用新型可以按如下技术方案实现：
14.所述误差放大器u1为集成电路tl431。
15.所述阻抗网络z为电阻rz2和电容c1串联后与电容c2并联所得到的2端口网络。
16.所述光电耦合器的内部光电接收管opt1b设置在初级电路上。
17.本实用新型通过加入的稳压二极管zener限制误差放大器u1的工作电压，使电路可适应约36~100v的较宽的工作电压范围，而无需增加辅助绕组、三端稳压器等成本较高的器件。本实用新型成本较低，仅增加电阻rs、电阻rser和稳压二极管zener，便可大幅提高电路电压的适应性，所增加的元器件成本不足1元。
18.本实用新型将电路增益设定与r1阻值选择关联性解除，使误差放大器u1得到的工作电压不受增益设定的限制，电路增益由阻抗网络z、电阻rfb1、电阻rfb2和电阻rser设定，当电阻rser取值为0时，只由阻抗网络z、电阻rfb1和电阻rfb2设定，又由于阻抗网络z可在0~∞之间选择，使电路增益可设定于任意数值。通过调节电阻rser或阻抗网络z的参数配合完成任意增益设定，而无需顾及误差放大器u1的工作电流限制，参数调整容易。必要时可将电源流经电阻r1支路产生的反馈系数μ2=rser/（rs+rser）调整至0（使rser=0即可），实现阻抗网络z对反馈传递函数进行任意设定。
附图说明
19.图1是现有技术中的开关电源反馈电路。
20.图2是图1的等效电路。
21.图3是本实用新型的开关电源反馈电路。
22.图4是图3的等效电路。
23.图5是本实用新型阻抗网络z的电路图。
具体实施方式
24.下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作列举性说明。
25.如图3所示，本实用新型的适应宽范围电压并能调节增益的开关电源反馈电路，包括设置在初级电路与次级电路上的光电耦合器opt1，连接电源负极和参考地的节点b，以及连接电源正极的节点a。
26.节点a的一路串联接连接电阻rs、电阻rser和稳压二极管zener后与节点b连接，电阻rser连接稳压二极管zener的负极。节点a的另一路串联接连接电阻rfb1和电阻rfb2后与节点b连接。在电阻rfb1和电阻rfb2之间的节点d上连接有阻抗网络z，阻抗网络z的一路连接电阻r2和光电耦合器内部发光二极管opt1a的并联电路、电阻r1后，连接在电阻rs和电阻rser之间的节点c上，光电耦合器内部发光二极管opt1a阴极与阻抗网络z连接。
27.阻抗网络z的另一路与误差放大器u1的输出端连接，误差放大器u1的接地端与节点b连接，误差放大器的输入端与节点d连接。
28.其中，电阻rs为限流电阻，用于给稳压二极管zener、电阻rser和误差放大器u1提供电流，并限制电流大小。
29.电阻rser为总反馈系数调节电阻，与电阻rs和电阻r1配合，调节电路总增益。
30.稳压二极管zener用于调整误差放大器u1工作电压范围，通过设置合适的电压，使误差放大器u1工作在合理的电压区间。
31.电阻rfb1和电阻rfb2为电压衰减网络，用于将输出电压分压产生所需的反馈电压，输入误差放大器u1的输入端（控制端），与内部基准电压比较，产生控制信号使输出电压稳定。
32.如图5所示，本实用新型的阻抗网络z可采用电阻rz2和电容c1串联后与电容c2并联所得到的2端口网络。阻抗网络z用于设置误差放大器的幅频特性与相频特性、增益，形成开环增益曲线。还可以根据不同电源选用不同构造的阻抗网络z。
33.光电耦合器设置有内部的发光二极管opt1a和内部的光电接收管opt1b。光电耦合器内部的发光二极管opt1a位于次级电路（反馈电路），负责将次级电路（反馈电路）产生的控制电流转换为发光强度传送至初级电路的光电耦合器opt1的光电接收管opt1b，进而控制初级电路对输出电压进行控制。
34.光电耦合器内部的光电接收管opt1b位于初级电路，负责将次级电路（反馈电路）产生的发光强度再次转换为电流，从而对初级电路进行控制。
35.本实用新型采用的误差放大器u1为集成电路tl431，也可根据需要采用其他具有误差放大器功能的元件，不限于此型号。
36.电阻r2是发光二极管opt1a的静态电流调节电阻，由于发光二极管opt1a工作时电压近似恒定，调节电阻r2使电流ib大于误差放大器u1所需的最小工作电流，可消除误差放大器u1工作电流流经光电耦合器产生静态电流对初级电路产生的直流偏置影响。
37.如图3所示，反馈电压vfb从节点a接入，并经过电阻rfb1和电阻rfb2分压后传送至误差放大器u1，同时反馈电压vfb也通过电阻r1对误差放大器u1提供电源，误差放大器u1通过电阻rfb1与电阻rfb2分压后的数值，与内部电压比较后控制误差放大器u1的输出端的电压vb，进而控制光发光二极管opt1a的电流，再传递至光电接收管opt1b。由于光电接收管opt1b设置在初级电路上，所以光电接收管opt1b的电流就可以控制初级电路向次级电路传
递的能量，实现对输出电压的闭环控制。
38.图4是图3的等效电路，如图4所示，电阻r1用于将阻抗网络z产生的控制电压交流成分vb’、电源电压产生的交流成分vc’转换为控制电流交流成分i1’。
39.从图3和图4可以看出，可以看出电路增益由电阻r1、requ=rs//rser、μ1= z/rfb、μ2=rser/（rs+rser）共同设定。设定部分相比图2的电路中多出了requ=rs//rser、μ2=rser/（rs+rser）两部分。而图3的光电耦合器内部发光二极管opt1a的电流i1’=vfb’*(μ1+μ2)/(requ+r1),只要调节μ1或μ2数值就可设定交流增益，当电阻rser=0时，μ2=rser/（rs+rser）=0，此时光电耦合器内部发光二极管opt1a的电流i1’=vfb’*μ1/r1，不需要增加电阻r1数值，即可通过调节μ1数值设定反馈电压vfb’对光电耦合器内部发光二极管opt1a的电流i1’的影响从而设定交流增益，交流增益则可依靠μ1=z/rfb在0~∞间任意设定。