开环隔离电源及开环隔离电源芯片的制作方法

    技术2025-01-07  54


    本说明书涉及隔离型开关电源,尤其是涉及一种开环隔离电源及开环隔离电源芯片。


    背景技术:

    1、隔离型开关电源(以下简称隔离电源)广泛应用于工业环境中,以保证系统安全和可靠性。

    2、如图1所示,常见隔离电源主要由开关驱动电路、功率变压器、整流电路和反馈环路(pwm控制电路和数字隔离器)组成。为稳定输出电压,隔离电源一般采用闭环反馈电路,即:采样输出电压并生成开关控制信号(pwm),通过调节pwm的占空比调节输出电压值,当输出电压下降时控制pwm信号的占空比增大,当输出电压上升时,控制pwm信号的占空比减小。但是这种闭环反馈隔离电源的最大缺点是结构复杂。

    3、而现有技术的无反馈型的隔离电源虽然电路结构简单,但是没有对输出的维稳控制,当输入变化时输出也随之变化;例如,当输入电源电压增大时输出也随之增大,当输入电源电压减小时输出也随之减小,从而导致无反馈型的隔离电源的输出电压稳定性较差。

    4、因此,如何提高隔离电源的输出电压稳定性并简化其电路结构,已成为隔离电源领域亟待解决的技术问题。


    技术实现思路

    1、本说明书实施例的目的在于提供一种开环隔离电源及开环隔离电源芯片,以提高隔离电源的输出电压稳定性并简化其电路结构。

    2、为达到上述目的,一方面,本说明书实施例提供了一种开环隔离电源,包括依次连接的pwm生成电路、开关驱动电路、功率变压器和整流电路;

    3、所述pwm生成电路用于采样输入电源电压,并根据所述输入电源电压的变化生成用以调节所述开关驱动电路的导通时间的pwm信号,以稳定所述开环隔离电源的输出;

    4、所述开关驱动电路用于向所述功率变压器的原边线圈提供电能;

    5、所述功率变压器用于将所述原边线圈的电能隔离耦合传输至副边线圈;

    6、所述整流电路用于将所述副边线圈输出的周期性电压变换为直流电压。

    7、在本说明书一些实施例中,所述pwm生成电路包括参考电压产生电路、三角波产生电路和比较器;

    8、所述比较器的同向输入端与所述参考电压产生电路的输出端连接,以接收所述参考电压产生电路输出的固定参考电压;

    9、所述比较器的反向输入端与所述三角波产生电路的输出端连接,以接收所述三角波产生电路输出的随所述输入电源电压变化的三角波电压;

    10、所述比较器用于比较所述三角波电压与所述固定参考电压的电压值,并基于比较结果调整自身输出的pwm信号的占空比,以调节所述开关驱动电路的导通时间。

    11、在本说明书一些实施例中,所述pwm生成电路包括参考电压产生电路、三角波产生电路和比较器;

    12、所述比较器的同向输入端与所述参考电压产生电路的输出端连接,以接收所述参考电压产生电路输出的随所述输入电源电压变化的可变参考电压;

    13、所述比较器的反向输入端与所述三角波产生电路的输出端连接,以接收所述三角波产生电路输出的三角波电压;

    14、所述比较器用于比较所述三角波电压与所述可变参考电压的电压值,并基于比较结果调整自身输出的pwm信号的占空比,以调节所述开关驱动电路的导通时间。

    15、在本说明书一些实施例中,所述三角波产生电路包括第一电流源单元、第二电流源单元、第一电流镜、第二电流镜和储能电容;

    16、所述第一电流源单元用于为所述第一电流镜提供第一基准电流;所述第一基准电流随输入电源电压的增大而减小,或随输入电源电压的减小而增大,所述储能电容的充电时间与所述第一基准电流成反比;

    17、所述第二电流源单元用于为所述第二电流镜提供第二基准电流;所述第二基准电流随输入电源电压的增大而增大,或随输入电源电压的减小而减小,所述储能电容的放电时间与所述第二基准电流成反比;

    18、所述第一电流镜用于基于所述第一基准电流产生充电电流,以对所述储能电容充电;

    19、所述第二电流镜用于基于所述第二基准电流产生放电电流,以对所述储能电容放电;

    20、所述第一电流镜在充电阶段导通,当所述储能电容充电至电容电压值高于所述参考电压产生电路的上限参考电压值时,所述第一电流镜截止,所述第二电流镜导通,所述比较器的输出端发生电平翻转;

    21、所述第二电流镜在放电阶段导通,当所述储能电容放电至电容电压值低于所述参考电压产生电路的下限参考电压值时,所述第二电流镜截止,所述第一电流镜导通,所述比较器的输出端发生电平翻转。

    22、在本说明书一些实施例中,所述第一电流源单元包括第一电流源和第二电流源;所述第一电流镜包括第一mos管和第二mos管;

    23、所述第一电流源的输入端、所述第一mos管的源极、所述第二mos管的源极分别接入输入电源电压;所述第一mos管的栅极和所述第二mos管的栅极连接;所述第一电流源的输出端、所述第二电流源的输入端、所述第一mos管的栅极与所述第一mos管的漏极连接,所述第二电流源的输出端接地,所述第二mos管的漏极输出充电电流;

    24、所述第一电流源的第一输出电流与所述输入电源电压成正比,所述第二电流源的第二输出电流为定值,所述第二输出电流减去所述第一输出电流形成所述第一基准电流。

    25、在本说明书一些实施例中,所述第二电流源单元包括第三电流源和第四电流源;所述第二电流镜包括第三mos管和第四mos管;

    26、所述第三电流源的输入端、所述第四电流源的输入端分别接入输入电源电压;所述第三mos管的栅极和所述第四mos管的栅极连接;所述第三mos管栅极、所述第三电流源的输出端、所述第四电流源的输出端分别与所述第三mos管的漏极连接;所述第三mos管的源极和所述第四mos管的源极接地;所述第四mos管的漏极输入放电电流;

    27、所述第三电流源的第三输出电流与所述输入电源电压成正比,所述第四电流源的第四输出电流为定值,所述第三输出电流加上所述第四输出电流形成所述第二基准电流。

    28、在本说明书一些实施例中,所述开环隔离电源还包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关,所述第一开关串接于所述第四mos管的漏极,所述第二开关串接于所述第二mos管的漏极;

    29、所述参考电压产生电路具有下限参考电压输出端和上限参考电压输出端;所述下限参考电压输出端与所述比较器的同向输入端连接,所述上限参考电压输出端与所述比较器的同向输入端连接;所述第三开关串接于所述下限参考电压输出端,所述第四开关串接于所述上限参考电压输出端;

    30、所述比较器的输出端设置有依次串联的第一反相器、第二反相器和第三反相器;

    31、所述第一反相器的输出端输出用于同步控制所述第一开关和所述第三开关的第一控制信号,当所述第一控制信号为高电平时,所述第一开关和所述第三开关同步闭合,所述第二电流镜导通;

    32、所述第二反相器的输出端输出用于同步控制所述第二开关和所述第四开关的第二控制信号,当所述第二控制信号为高电平时,所述第二开关和所述第四开关同步闭合,所述第一电流镜导通;

    33、所述第三反相器的输出端输出pwm信号。

    34、在本说明书一些实施例中,所述参考电压产生电路包括第三电流源单元、第三电流镜和下拉电阻;

    35、所述第三电流源单元用于为所述第三电流镜提供第三基准电流;

    36、所述下拉电阻用于为所述第三电流镜的输出端提供电流输出通道;

    37、所述第三电流镜用于基于所述第三基准电流产生流经所述下拉电阻的输出电流,以使所述下拉电阻产生参考电压;

    38、所述第三基准电流随着输入电源电压的增大而减小,或随着输入电源电压的减小而增大,所述下拉电阻产生的参考电压与所述第三基准电流成正比;

    39、当三角波电压值高于参考电压值时,所述比较器的输出端发生电平翻转;当三角波电压值低于参考电压值时,所述比较器的输出端发生电平翻转。

    40、在本说明书一些实施例中,所述第三电流源单元包括第五电流源和第六电流源;所述第三电流镜包括第五mos管和第六mos管;

    41、所述第五电流源的输入端、所述第五mos管的源极、所述第六mos管的源极分别接入输入电源电压;所述第五mos管的栅极和所述第六mos管的栅极连接;所述第五mos管的栅极、所述第五电流源的输出端、所述第六电流源的输入端分别与所述第五mos管的漏极连接,所述第六电流源的输出端接地,所述第六mos管的漏极分别与所述下拉电阻的一端、所述比较器的同向输入端连接,所述下拉电阻的另一端接地;

    42、所述第五电流源的第五输出电流与所述输入电源电压成正比,所述第六电流源的第六输出电流为定值,所述第六输出电流减去所述第五输出电流形成所述第三基准电流。

    43、另一方面,本说明书实施例还提供了一种开环隔离电源芯片,所述芯片上形成上述的开环隔离电源。

    44、由以上本说明书实施例提供的技术方案可见,与闭环隔离电源相比,本说明书实施例的开环隔离电源中,可以利用pwm生成电路采样输入电源电压,并根据输入电源电压的变化生成用以调节开关驱动电路的导通时间的pwm信号,以稳定开环隔离电源的输出;而无需像闭环隔离电源那样引入结构复杂的反馈控制电路,从而简化了隔离电源的电路结构;不仅如此,与无反馈型的隔离电源相比,本说明书实施例的开环隔离电源的输出稳定,从而也提高了隔离电源的输出电压稳定性。


    技术特征:

    1.一种开环隔离电源,其特征在于,包括依次连接的pwm生成电路、开关驱动电路、功率变压器和整流电路;

    2.如权利要求1所述的开环隔离电源,其特征在于,所述pwm生成电路包括参考电压产生电路、三角波产生电路和比较器;

    3.如权利要求1所述的开环隔离电源,其特征在于,所述pwm生成电路包括参考电压产生电路、三角波产生电路和比较器;

    4.如权利要求2所述的开环隔离电源,其特征在于,所述三角波产生电路包括第一电流源单元、第二电流源单元、第一电流镜、第二电流镜和储能电容;

    5.如权利要求4所述的开环隔离电源,其特征在于,所述第一电流源单元包括第一电流源和第二电流源;所述第一电流镜包括第一mos管和第二mos管;

    6.如权利要求5所述的开环隔离电源,其特征在于,所述第二电流源单元包括第三电流源和第四电流源;所述第二电流镜包括第三mos管和第四mos管;

    7.如权利要求6所述的开环隔离电源,其特征在于,所述开环隔离电源还包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关,所述第一开关串接于所述第四mos管的漏极,所述第二开关串接于所述第二mos管的漏极;

    8.如权利要求3所述的开环隔离电源,其特征在于,所述参考电压产生电路包括第三电流源单元、第三电流镜和下拉电阻;

    9.如权利要求8所述的开环隔离电源,其特征在于,所述第三电流源单元包括第五电流源和第六电流源;所述第三电流镜包括第五mos管和第六mos管;

    10.一种开环隔离电源芯片,其特征在于,所述芯片上形成权利要求1-9任意一项所述的开环隔离电源。


    技术总结
    本说明书涉及隔离型开关电源技术领域,提供了一种开环隔离电源及开环隔离电源芯片,该开环隔离电源包括依次连接的PWM生成电路、开关驱动电路、功率变压器和整流电路;所述PWM生成电路用于采样输入电源电压,并根据所述输入电源电压的变化生成用以调节所述开关驱动电路的导通时间的PWM信号,以稳定所述开环隔离电源的输出;所述开关驱动电路用于向所述功率变压器的原边线圈提供电能;所述功率变压器用于将所述原边线圈的电能隔离耦合传输至副边线圈;所述整流电路用于将所述副边线圈输出的周期性电压变换为直流电压。本说明书实施例可以提高隔离电源的输出电压稳定性并简化其电路结构。

    技术研发人员:杨靖,马春宇
    受保护的技术使用者:北京中科格励微科技有限公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/10/24
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