CN112600393B - 一种负载相关性控制电路及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种负载相关性控制电路及方法，电路包括电流取样电路、信号放大电路、电流限制电路、电压限制电路、控制电路以及功率电路。通过功率电路，为主路电压提供假负载电流；通过电流取样电路，对主路的假负载电流进行取样，将电流信号转换为相应的电压信号；通过信号放大电路，对电流取样电路产生的电压信号进行放大，产生幅度较大的电压信号；通过电流限制电路，对假负载电流进行限制，以免假负载电流过大；通过电压限制电路，对副路电压进行限制，以免输出电压过高；通过控制电路，实现假负载电流的控制。本发明对于开关电源的交调性能、轻载动态性能等方面都有突破性的提高，提高了开关电源的输出电流范围和总体效率。
Description
技术领域
本发明涉及负载相关性控制领域，具体是一种采用可控假负载电流技术的负载相关性控制电路及方法。
背景技术
常规的负载相关性控制电路一般采用固定电阻方法，为主路电压提供假负载电流，控制开关电源的主路电压和副路电压的负载相关性，这种控制电路具有实现方便、结构简单的优点。但缺点是当主路电压的电流变化较大时，造成副路电压偏差很大，使得副路稳压电路功耗过大或无法稳压，甚至会造成开关电源损坏。当主路假负载太大时，还会带来功耗过大问题。显然这种常规的负载相关性控制电路无法满足开关电源的宽范围电流输出要求。因此，需要研究一种新型的负载相关性控制电路。
发明内容
针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种负载相关性控制电路及方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的效果，可广泛应用于各种AC/DC、DC/DC等开关电源中。
为了实现上述发明目的1，本发明采用如下技术方案：
一种负载相关性控制电路，包括电流取样电路、信号放大电路、电流限制电路、电压限制电路、控制电路以及功率电路，其中：
电流取样电路，包括第一电阻和第三电容；
信号放大电路，包括第二电阻、第三电阻、第四电阻和第一运算放大器B；
电流限制电路，包括第一运算放大器A、第十电阻、第十一电阻和第二晶体管；
电压限制电路，包括第二运算放大器A、第十二电阻、第十三电阻、第十六电阻、第十七电阻和第三晶体管；
控制电路，包括第二运算放大器B、第三电容以及第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻和第九电阻；
功率电路，包括第十四电阻、第十五电阻和第一MOS管。
优选地，电流取样电路中，第一电阻的一端和第三电容的一端组成公共端连接至信号放大电路中第二电阻的一端、功率电路中第十五电阻的一端和第一MOS管的源极，第一电阻的另一端和第三电容的另一端组成公共端接地；
优选地，信号放大电路中，第二电阻的另一端连接至第一运算放大器B的5脚；第三电阻的一端连接至控制电路中第五电阻的一端、第一运算放大器A的第3脚和电流限制电路中第一运算放大器B的第7脚，第三电阻的另一端连接至第四电阻的一端和第一运算放大器B的第6脚；第四电阻的另一端接地；
优选地，电流限制电路中，第一运算放大器A的2脚连接至电流限制基准Vr_Ilim,第8脚连接至电压源Vcc，第4脚接地，第1脚连接至第十电阻的一端；第十电阻的另一端连接至第二晶体管的基极；第二晶体管的集电极连接至第十一电阻的一端，第二晶体管的发射极接地；第十一电阻的另一端连接至第九电阻、第十三电阻和第十四电阻的一端；
优选地，电压限制电路中，第二运算放大器A的第2脚连接至副路最小电压基准Va_unr_min,第3脚连接至第十六电阻的一端和第十七电阻的一端，第8脚连接至电压源Vcc，第4脚接地，第1脚连接至第十二电阻的一端；第十二电阻的另一端连接至第三晶体管的基极；第十六电阻的另一端连接至副路电压前端，第十七电阻的另一端接地，第三晶体管的集电极连接至第十三电阻的一端，第三晶体管的发射极接地；
优选地，控制电路中，第二运算放大器B的第6脚连接至第五电阻和第六电阻的一端,第5脚连接至第七电阻和第八电阻的一端,第7脚连接至第三电容的一端、第八电阻的一端和第九电阻的另一端；第七电阻的另一端连接至副路电压的反馈点Va_unr_min；第六电阻和第三电容的另一端均接地；
优选地，功率电路中，第一MOS管栅极连接至第十四电阻的一端和第十五电阻的另一端，第一MOS管漏极连接至主路输出端Vo_master。
为了实现上述发明目的2，本发明采用如下技术方案：
先通过功率电路，为主路电压提供假负载电流；再通过电流取样电路，对主路的假负载电流进行取样，将电流信号转换为相应的电压信号；通过信号放大电路，对电流取样电路产生的电压信号进行放大，产生幅度较大的电压信号；通过电流限制电路，对假负载电流进行限制，以免假负载电流过大；通过电压限制电路，对副路电压进行限制，以免输出电压过高；最后通过控制电路，对副路电压和信号放大电路的输出电压进行比较控制，实现对假负载电流的控制。
优选地，主路输出电流范围宽达0～30A，在主路电流分别为0A、15A、30A时，副路的前端电压偏差≤1％。
本发明所带来的有益技术效果：
1、采用电流限制技术，对主路电压的假负载电流进行限制，以免假负载电流过大或失调；
2、采用电压限制技术，对副路电压进行限制，以免输出电压过高或失调；
3、采用可控假负载电流技术，提高了开关电源的主路电压和副路电压的交互调压性能，同时提高了开关电源轻载时的输出动态性能；
4、采用可控假负载电流技术，可以实现副路二次线性稳压电路的最小压差可控，提高了开关电源的总体效率。
附图说明
图1是本发明的一种负载相关性控制电路结构图；
图2是本发明的一种负载相关性控制电路框图；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明：
如图1所示，本发明的一种负载相关性控制电路结构图，主要包含电流取样电路、信号放大电路、电流限制电路、电压限制电路、控制电路、功率电路等部分。
对于电流取样电路，电流取样电路由电阻器R1和电容器C3构成。电阻器R1的一端和电容器C3的一端组成公共端连接至信号放大电路中电阻器R2的一端、功率电路中电阻器R15的一端和MOS管V1的源极，电阻器R1的另一端和电容器C3的另一端组成公共端接地。采用阻容电流取样方法，可有效防止瞬态电流对取样电路的冲击。
对于信号放大电路，信号放大电路由电阻器R2、电阻器R3、电阻器R4和运算放大器N1B构成。电阻器R2的另一端连接至运算放大器N1B的5脚；电阻器R3的一端连接至控制电路中电阻器R5的一端、运算放大器N1A的第3脚和电流限制电路中运算放大器N1B的第7脚，电阻器R3的另一端连接至电阻器R4的一端和运算放大器N1B的第6脚；第电阻器R4的另一端接地。其中，电阻器R3和电阻器R4决定信号放大电路的放大倍数。从图2中可以看出，由于运算放大器的输入电流几乎为零，在本发明电路中可以忽略；因此，N1A的5脚电压和6脚电压相等，7脚电压在R4上的分压即为6脚电压，该放大电路的放大倍数为(R3+R4)/R4。通过合理设计R3、R4的阻值，即可实现本发明电路的信号放大功能。
对于电流限制电路，电流限制电路由电阻器R10、电阻器R11、晶体管V2和运算放大器N1A构成，起到对主路电压的假负载电流的限制作用。其中，运算放大器N1A的2脚连接至电流限制基准Vr_Ilim,第8脚连接至电压源Vcc，第4脚接地，第1脚连接至电阻器R10的一端；电阻器R10的另一端连接至晶体管V2的基极；晶体管V2的集电极连接至电阻器R11的一端，晶体管V2的发射极接地；电阻器R11的另一端连接至电阻器R9、电阻器R13和电阻器R14的一端；
对于电压限制电路，电压限制电路由电阻器R12、电阻器R13、电阻器R16、电阻器R17、晶体管V3和运算放大器N2A构成，起到对副路电压的限制作用。运算放大器N2A的第2脚连接至副路最小电压基准Va_unr_min,第3脚连接至电阻器R16的一端和电阻器R17的一端，第8脚连接至电压源Vcc，第4脚接地，第1脚连接至电阻器R12的一端；电阻器R12的另一端连接至晶体管V3的基极；电阻器R16的另一端连接至副路电压前端，电阻器R17的另一端接地，晶体管V3的集电极连接至电阻器R13的一端，晶体管V3的发射极接地。
对于控制电路，控制电路由电阻器R5-R9、电容器C3和运算放大器N2B构成。其中，运算放大器N2B的第6脚连接至电阻器R5和电阻器R6的一端,第5脚连接至电阻器R7和电阻器R8一端,第7脚连接至电容器C3的一端、电阻器R8的一端和电阻器R9的另一端；电阻器R7的另一端连接至副路电压的反馈点Va_unr_min；电阻器R6和电容器C3的另一端均接地。通过对副路电压前端的最小电压和主路电压假负载电流信号的运算控制，实现主路电源假负载电流可控功能。其中，电阻器R5、R6和电阻器R7、R8采用对称设计，使得控制电路的运算简洁，便于控制电路设计。电容器C3起到积分作用，用于滤除其中的交流噪声。
对于功率电路，功率电路由电阻器R14、电阻器R15和MOS管V1构成。MOS管V1栅极连接至电阻器R14的一端和电阻器R15的另一端，MOS管V1漏极连接至主路输出端Vo_master。其中，MOS管V1采用功率MOS管，以能够提供主路电压所需要的假负载电流。
一种负载相关性控制方法，采用如上所示的一种负载相关性控制电路，如图2所示，先通过功率电路，为主路电压提供假负载电流；再通过电流取样电路，对主路的假负载电流进行取样，将电流信号转换为相应的电压信号；通过信号放大电路，对电流取样电路产生的电压信号进行放大，产生幅度较大的电压信号；通过电流限制电路，对假负载电流进行限制，以免假负载电流过大；通过电压限制电路，对副路电压进行限制，以免输出电压过高；最后通过控制电路，对副路电压和信号放大电路的输出电压进行比较控制，实现对假负载电流的控制。
基于本发明设计的一款负载相关性控制电路，其主路输出电流范围宽达0～30A。在主路电流分别为0A、15A、30A时，副路的前端电压偏差≤1％，有效解决了多路开关电源主路空载情况下的副路稳压问题。由于本发明的副路二次线性稳压电路的最小压差可控，大大提高了开关电源的总体效率。
综上所述，本发明对于开关电源的交调性能、轻载动态性能等方面都有突破性的提高，提高了开关电源的输出电流范围和总体效率。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种负载相关性控制电路，包括电流取样电路、信号放大电路、电流限制电路、电压限制电路、控制电路以及功率电路，其中：
电流取样电路，包括第一电阻和第三电容；
信号放大电路，包括第二电阻、第三电阻、第四电阻和第一运算放大器B；
电流限制电路，包括第一运算放大器A、第十电阻、第十一电阻和第二晶体管；
电压限制电路，包括第二运算放大器A、第十二电阻、第十三电阻、第十六电阻、第十七电阻和第三晶体管；
控制电路，包括第二运算放大器B、第三电容以及第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻和第九电阻；
功率电路，包括第十四电阻、第十五电阻和第一MOS管；
所述电流取样电路，第一电阻的一端和第三电容的一端组成公共端连接至信号放大电路中第二电阻的一端、功率电路中第十五电阻的一端和第一MOS管的源极，第一电阻的另一端和第三电容的另一端组成公共端接地；
所述信号放大电路中，第二电阻的另一端连接至第一运算放大器B的5脚；第三电阻的一端连接至控制电路中第五电阻的一端、第一运算放大器B的第7脚和电流限制电路中第一运算放大器A的第3脚，第三电阻的另一端连接至第四电阻的一端和第一运算放大器B的第6脚；第四电阻的另一端接地；
所述电流限制电路中，第一运算放大器A的2脚连接至电流限制基准Vr_Ilim,第8脚连接至电压源Vcc，第4脚接地，第1脚连接至第十电阻的一端；第十电阻的另一端连接至第二晶体管的基极；第二晶体管的集电极连接至第十一电阻的一端，第二晶体管的发射极接地；第十一电阻的另一端连接至第九电阻、第十三电阻和第十四电阻的一端；
所述电压限制电路中，第二运算放大器A的第2脚连接至副路最小电压基准Va_unr_min,第3脚连接至第十六电阻的一端和第十七电阻的一端，第8脚连接至电压源Vcc，第4脚接地，第1脚连接至第十二电阻的一端；第十二电阻的另一端连接至第三晶体管的基极；第十六电阻的另一端连接至副路电压前端，第十七电阻的另一端接地，第三晶体管的集电极连接至第十三电阻的一端，第三晶体管的发射极接地；
所述控制电路中，第二运算放大器B的第6脚连接至第五电阻和第六电阻的一端,第5脚连接至第七电阻和第八电阻的一端,第7脚连接至第三电容的一端、第八电阻的一端和第九电阻的另一端；第七电阻的另一端连接至副路最小电压基准Va_unr_min；第六电阻和第三电容的另一端均接地；
所述功率电路中，第一MOS管栅极连接至第十四电阻的一端和第十五电阻的另一端，第一MOS管漏极连接至主路输出端Vo_master。
2.一种负载相关性控制方法，其特征在于，采用权利要求1所述的一种负载相关性控制电路，先通过功率电路，为主路电压提供假负载电流；再通过电流取样电路，对主路的假负载电流进行取样，将电流信号转换为相应的电压信号；通过信号放大电路，对电流取样电路产生的电压信号进行放大，产生幅度较大的电压信号；通过电流限制电路，对假负载电流进行限制，以免假负载电流过大；通过电压限制电路，对副路电压进行限制，以免输出电压过高；最后通过控制电路，对副路电压和信号放大电路的输出电压进行比较控制，实现对假负载电流的控制。
3.根据权利要求2所述的一种负载相关性控制方法，其特征在于，主路输出电流范围宽达0～30A，在主路电流分别为0A、15A、30A时，副路的前端电压偏差≤1％。
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