一种可调基准宽范围输出电源程控电路和方法与流程

1.本发明涉及程控电源技术领域，具体为一种可调基准宽范围输出电源程控电路和方法。


背景技术：

2.在多电器应用场合，或者电压时变系统中，供电电源大多采用以下两种方式，其中一种是多电源供电，但会存在负载不均衡、误操作风险、维护成本高等隐患，另外一种方式是单电源通过外接电阻器实现输出电压调节，但是对于已安装封闭的电源供电系统设备内，并不利于调节，且输出精度低，不易控制，灵活性相比较差。


技术实现要素：

3.针对上述问题，本发明提供了一种可调基准宽范围输出电源程控电路和方法，其可实现输出电压程控可调，具有较高的可靠性和灵活性。
4.本发明采用如下技术方案，一种可调基准宽范围输出电源程控电路，其包括boost升压稳压模块、反激式开关模块、采样比较模块、控制模块；
5.其中，boost升压稳压模块，用于将电源输入电压升压至恒定直流电压；
6.采样比较模块，与所述反激式开关模块、控制模块均相连接，用于获取反激输出电压和参考电压信号，并进行比较，将比较结果反馈至所述反激式开关模块；
7.反激式开关模块，与所述boost升压稳压模块连接，用于实现电隔离，并将所述boost升压稳压模块输出的电压反激输出至所述采样比较模块，以及根据比较结果调节pwm占空比；
8.控制模块，用于给定参考电压信号，并将参考电压信号输出至所述采样比较模块。
9.进一步地，其还包括：
10.输入滤波及稳压模块，与所述boost升压稳压模块连接，用于对电源输入电压进行滤波稳压；
11.隔离模块，连接于所述反激式开关模块、采样比较模块之间，用于将所述采样比较模块输出的信号光耦隔离后输出至所述反激式开关模块；
12.进一步地，所述采样比较模块包括：
13.电压采样单元，与所述反激式开关模块连接，用于对所述反激式开关模块输出的反激输出电压进行采样；
14.误差比较单元，与所述电压采样单元、隔离模块、控制模块均相连接，用于将反激输出电压与所述控制模块输出的参考电压进行比较，随后将比较结果输出至所述隔离模块；
15.进一步地，所述输入滤波及稳压模块包括电阻r1、电容c1、c2、稳压管dz1、三极管q1，所述电阻r1、电容c1、c2的一端与所述三极管q1的集电极均相连后接于电源输入电压端+vin，所述电容c1、c2的另一端均接地，所述电阻r1的另一端与所述稳压管dz1的负极、三极
管q1的基极均相连接，所述稳压管dz1的正极接地；
16.进一步地，所述boost升压稳压模块包括电感l1、二极管d1、电容c3、c4、mos管q2、电源管理芯片ic1，所述电源管理芯片ic1采用型号lm5022芯片；所述电感l1的一端与所述三极管q1的集电极连接，所述三极管q1的发射极与所述mos管q2的栅极均接于所述电源管理芯片ic1，所述mos管q2的源极接地，所述mos管q2的漏极与所述电感l1的另一端、二极管d1的正极均相连接，所述二极管d1的负极与所述电容c3、c4的一端均相连接，所述电容c3、c4的另一端均接地；
17.进一步地，所述反激式开关模块包括电源管理芯片ic2、mos管q3、变压器b1、二极管d2、d3、电容c5～c8，所述电源管理芯片ic2采用型号lm5032芯片；所述mos管q3的栅极接于所述电源管理芯片ic2，所述mos管q3的源极接地，所述变压器b1的1脚与所述二极管d1的负极连接，所述变压器b1的2脚与所述mos管q3的漏极连接，所述变压器b1的3脚与所述二极管d2的正极连接，所述变压器b1的5脚与所述二极管d3的正极连接，所述二极管d2的负极与所述电容c5、c6的一端均相连接，所述变压器b1的4脚与所述电容c5、c6的另一端均相连接，所述二极管d3的负极与所述电容c7、c8的一端均相连接，所述变压器b1的6脚与所述电容c7、c8的另一端均相连接；
18.进一步地，所述隔离模块包括电阻r2、r3、r4、电容c9、光耦u1；所述电阻r2的一端与所述光耦u1的集电极相连后接于所述电源管理芯片ic2，所述电阻r2的另一端与所述电容c9的一端连接，所述电容c9的另一端与所述光耦u1的发射极相连后接地，所述光耦u1的正极与所述电阻r3、r4的一端均相连接，所述电阻r3的另一端与所述二极管d3的负极连接，所述光耦u1的负极与所述电阻r4的另一端连接；
19.进一步地，所述误差比较单元包括电阻r5、电容c10、c11、比较器u2；所述电压采样单元包括电阻r6、r7；所述电阻r6的一端与所述二极管d2的负极、变压器b1的6脚均相连接，所述电容c10的一端与所述电阻r5的一端、比较器u2的1脚均相连后接于所述光耦u1的负极，所述电阻r5的另一端与所述电容c11的一端连接，所述电阻r6的另一端与所述电阻r7的一端、电容c10、电容c11的另一端、比较器u2的4脚均相连接；
20.进一步地，所述控制模块包括电阻r8、r9、r10、稳压管dz2、放大器u3、电容c12、控制器mcu，所述电阻r8的一端接于所述控制器mcu，所述电阻r8的另一端与所述电阻r9的一端、稳压管dz2的负极、放大器u3的3脚均相连接，所述放大器u3的1脚与放大器u3的4脚、电阻r10的一端均相连接，所述电阻r10的另一端与所述电容c12的一端、比较器u2的3脚均相连接，所述电阻r9的另一端与所述电阻r7、电容c12的另一端、稳压管dz2的正极、控制器mcu均相连后接于所述变压器b1的4脚；
21.本发明还提出了一种可调基准宽范围输出电源程控方法，包括以下步骤：
22.s1、将电源输入电压进行boost升压至恒定直流电压；
23.s2、将恒定直流电压进行反激输出，随后将反激输出电压与控制器mcu给定的参考电压信号进行比较；
24.s3、当反激输出电压大于参考电压，光耦u1发光增强，通过反激式开关模块的反馈网络调小电源管理芯片ic2的pwm占空比，使得反激输出电压减小至设定值；
25.当反激输出电压小于参考电压，光耦u1发光减弱，通过反激式开关模块的反馈网络调大电源管理芯片ic2的pwm占空比，使得反激输出电压升高至设定值。
26.本发明的有益效果是，电源输入电压输至boost升压稳压模块，将boost升压稳压模块输出的稳定电压经过反激输出后，与设定的参考电压比较，根据比较结果调节反激式开关模块的pwm占空比，可使得电源输出达到预设的恒定值，形成闭环控制，保持输出电压的动态平衡，从而可程控实现输出电压的连续可调，灵活性高，可靠性好，具有较好的使用价值。
附图说明
27.图1是本发明的结构框图；
28.图2是本发明的电路原理图。
具体实施方式
29.参见图1、图2所示，本发明一种可调基准宽范围输出电源程控电路，其包括boost升压稳压模块、反激式开关模块、采样比较模块、控制模块；
30.其中，boost升压稳压模块，用于将电源输入电压升压至恒定直流电压；
31.采样比较模块，与反激式开关模块、控制模块均相连接，用于获取反激输出电压和参考电压信号，并进行比较，将比较结果反馈至反激式开关模块；
32.反激式开关模块，与boost升压稳压模块连接，用于实现电隔离，并将boost升压稳压模块输出的电压反激输出至采样比较模块，以及根据比较结果调节pwm占空比；
33.控制模块，用于给定参考电压信号，并将参考电压信号输出至采样比较模块。
34.其还包括：输入滤波及稳压模块，与boost升压稳压模块连接，用于对电源输入电压进行滤波稳压；
35.隔离模块，连接于反激式开关模块、采样比较模块之间，用于将采样比较模块输出的信号光耦隔离后输出至反激式开关模块。
36.采样比较模块包括：电压采样单元，与反激式开关模块连接，用于对反激式开关模块输出的反激输出电压进行采样；
37.误差比较单元，与电压采样单元、隔离模块、控制模块均相连接，用于将反激输出电压与控制模块输出的参考电压进行比较，随后将比较结果输出至隔离模块。
38.输入滤波及稳压模块包括电阻r1、电容c1、c2、稳压管dz1、三极管q1，电阻r1、电容c1、c2的一端与三极管q1的集电极均相连后接于电源输入电压端+vin，电容c1、c2的另一端均接地，电阻r1的另一端与稳压管dz1的负极、三极管q1的基极均相连接，稳压管dz1的正极接地，三极管q1的发射极接电源vcc；其中，电容c1、c2为输入滤波电容，电阻r1、稳压管dz1、三极管q1构成线性稳压电路，电源vcc为12v。
39.boost升压稳压模块中，由电源管理芯片ic1进行稳压控制，将电源输入+vin(18v～36v)升压至48v恒定直流电压；boost升压稳压模块包括电感l1、二极管d1、电容c3、c4、mos管q2、电源管理芯片ic1，电源管理芯片ic1采用型号lm5022芯片；电感l1的一端与三极管q1的集电极连接，三极管q1的发射极与mos管q2的栅极均接于电源管理芯片ic1，mos管q2的源极接地，mos管q2的漏极与电感l1的另一端、二极管d1的正极均相连接，二极管d1的负极与电容c3、c4的一端均相连接，电容c3、c4的另一端均接地；其中，电容c3、c4为滤波电容。
40.反激式开关模块包括电源管理芯片ic2、mos管q3、变压器b1、二极管d2、d3、电容c5
～c8，电源管理芯片ic2采用型号lm5032芯片；mos管q3的栅极接于电源管理芯片ic2，mos管q3的源极接地，变压器b1的1脚与二极管d1的负极连接，变压器b1的2脚与mos管q3的漏极连接，变压器b1的3脚与二极管d2的正极连接，变压器b1的5脚与二极管d3的正极连接，二极管d2的负极与电容c5、c6的一端均相连接，变压器b1的4脚与电容c5、c6的另一端均相连接，二极管d3的负极与电容c7、c8的一端均相连接，变压器b1的6脚与电容c7、c8的另一端均相连接；其中，由电源管理芯片ic2控制，将boost输出电压48v作为输入，经过反激式开关模块后输出预设的直流电压+vout，变压器b1输出电压vdd(5vdc)为后级运算电路(u2、u3)供电。
41.隔离模块包括电阻r2、r3、r4、电容c9、光耦u1；电阻r2的一端与光耦u1的集电极相连后接于电源管理芯片ic2，电阻r2的另一端与电容c9的一端连接，电容c9的另一端与光耦u1的发射极相连后接地，光耦u1的正极与电阻r3、r4的一端均相连接，电阻r3的另一端与二极管d3的负极连接，光耦u1的负极与电阻r4的另一端连接；其中，电阻r3为光耦u1供电电压vdd限流电阻，电阻r4为光耦分流电阻，电阻r2、电容c9为光耦输出至电源管理芯片ic2补偿端补偿配置元件。
42.误差比较单元包括电阻r5、电容c10、c11、比较器u2；电压采样单元包括电阻r6、r7；电阻r6的一端与二极管d2的负极、变压器b1的6脚均相连接，电容c10的一端与电阻r5的一端、比较器u2的1脚均相连后接于光耦u1的负极，电阻r5的另一端与电容c11的一端连接，电阻r6的另一端与电阻r7的一端、电容c10、电容c11的另一端、比较器u2的4脚均相连接；其中，通过电阻r6、r7进行电压采样，并将采样值经过比较器u2、光耦u1反馈给电源管理芯片ic2，形成隔离负反馈，使得输出电压+vout为稳定的电压值。
43.控制模块包括电阻r8、r9、r10、稳压管dz2、放大器u3、电容c12、控制器mcu，电阻r8的一端接于控制器mcu，电阻r8的另一端与电阻r9的一端、稳压管dz2的负极、放大器u3的3脚均相连接，放大器u3的1脚与放大器u3的4脚、电阻r10的一端均相连接，电阻r10的另一端与电容c12的一端、比较器u2的3脚均相连接，电阻r9的另一端与电阻r7、电容c12的另一端、稳压管dz2的正极、控制器mcu均相连后接于变压器b1的4脚。
44.通过控制器mcu设定参考电压值，电阻r8、r9为分压电阻，放大器u3起到电压跟随作用，电阻r10、电容c12为阻抗匹配设定元件，控制器mcu输出设定值，经分压跟随后作为比较器u2的参考电压值，通过控制器mcu改变设定值，即改变采样比较模块参考值，参考电压值改变，使得输出电压+vout改变，从而实现了本发明的调节基准宽范围输出程控电源的设计。
45.本发明还提出了一种可调基准宽范围输出电源程控方法，包括以下步骤：
46.s1、将电源输入电压进行boost升压至恒定直流电压；
47.s2、将恒定直流电压进行反激输出，随后将反激输出电压与控制器mcu给定的参考电压信号进行比较；
48.s3、当反激输出电压大于参考电压，光耦u1发光增强，通过反激式开关模块的反馈网络调小电源管理芯片ic2的pwm占空比，使得反激输出电压减小至设定值；
49.当反激输出电压小于参考电压，光耦u1发光减弱，通过反激式开关模块的反馈网络调大电源管理芯片ic2的pwm占空比，使得反激输出电压升高至设定值，从而保持输出电压的动态平衡。
50.本发明中，电源输入电压输入到boost升压稳压模块，将boost升压稳压模块输出
的稳定电压经过反激式开关模块后输出，反激式开关模块起到输入输出级电气隔离作用，随后对输出电压采样，采样值与控制器mcu设定的参考电压比较，接着根据比较值，通过反激式开关模块的反馈网络调节电源管理芯片ic2的pwm占空比，使得电源输出达到预设的恒定值，形成闭环控制，控制灵活且输出精度高，本发明可实现超宽范围可调输出，输出可调范围5v～60v(12倍压)。
51.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
52.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

技术特征：
1.一种可调基准宽范围输出电源程控电路，其特征在于，其包括boost升压稳压模块、反激式开关模块、采样比较模块、控制模块；其中，boost升压稳压模块，用于将电源输入电压升压至恒定直流电压；采样比较模块，与所述反激式开关模块、控制模块均相连接，用于获取反激输出电压和参考电压信号，并进行比较，将比较结果反馈至所述反激式开关模块；反激式开关模块，与所述boost升压稳压模块连接，用于实现电隔离，并将所述boost升压稳压模块输出的电压反激输出至所述采样比较模块，以及根据比较结果调节pwm占空比；控制模块，用于给定参考电压信号，并将参考电压信号输出至所述采样比较模块。2.根据权利要求1所述的一种可调基准宽范围输出电源程控电路，其特征在于，其还包括：输入滤波及稳压模块，与所述boost升压稳压模块连接，用于对电源输入电压进行滤波稳压；隔离模块，连接于所述反激式开关模块、采样比较模块之间，用于将所述采样比较模块输出的信号光耦隔离后输出至所述反激式开关模块。3.根据权利要求2所述的一种可调基准宽范围输出电源程控电路，其特征在于，所述采样比较模块包括：电压采样单元，与所述反激式开关模块连接，用于对所述反激式开关模块输出的反激输出电压进行采样；误差比较单元，与所述电压采样单元、隔离模块、控制模块均相连接，用于将反激输出电压与所述控制模块输出的参考电压进行比较，随后将比较结果输出至所述隔离模块。4.根据权利要求3所述的一种可调基准宽范围输出电源程控电路，其特征在于，所述输入滤波及稳压模块包括电阻r1、电容c1、c2、稳压管dz1、三极管q1，所述电阻r1、电容c1、c2的一端与所述三极管q1的集电极均相连后接于电源输入电压端+vin，所述电容c1、c2的另一端均接地，所述电阻r1的另一端与所述稳压管dz1的负极、三极管q1的基极均相连接，所述稳压管dz1的正极接地。5.根据权利要求4所述的一种可调基准宽范围输出电源程控电路，其特征在于，所述boost升压稳压模块包括电感l1、二极管d1、电容c3、c4、mos管q2、电源管理芯片ic1，所述电源管理芯片ic1采用型号lm5022芯片；所述电感l1的一端与所述三极管q1的集电极连接，所述三极管q1的发射极与所述mos管q2的栅极均接于所述电源管理芯片ic1，所述mos管q2的源极接地，所述mos管q2的漏极与所述电感l1的另一端、二极管d1的正极均相连接，所述二极管d1的负极与所述电容c3、c4的一端均相连接，所述电容c3、c4的另一端均接地。6.根据权利要求5所述的一种可调基准宽范围输出电源程控电路，其特征在于，所述反激式开关模块包括电源管理芯片ic2、mos管q3、变压器b1、二极管d2、d3、电容c5～c8，所述电源管理芯片ic2采用型号lm5032芯片；所述mos管q3的栅极接于所述电源管理芯片ic2，所述mos管q3的源极接地，所述变压器b1的1脚与所述二极管d1的负极连接，所述变压器b1的2脚与所述mos管q3的漏极连接，所述变压器b1的3脚与所述二极管d2的正极连接，所述变压器b1的5脚与所述二极管d3的正极连接，所述二极管d2的负极与所述电容c5、c6的一端均相连接，所述变压器b1的4脚与所述电容c5、c6的另一端均相连接，所述二极管d3的负极与所述电容c7、c8的一端均相连接，所述变压器b1的6脚与所述电容c7、c8的另一端均相连接。
7.根据权利要求6所述的一种可调基准宽范围输出电源程控电路，其特征在于，所述隔离模块包括电阻r2、r3、r4、电容c9、光耦u1；所述电阻r2的一端与所述光耦u1的集电极相连后接于所述电源管理芯片ic2，所述电阻r2的另一端与所述电容c9的一端连接，所述电容c9的另一端与所述光耦u1的发射极相连后接地，所述光耦u1的正极与所述电阻r3、r4的一端均相连接，所述电阻r3的另一端与所述二极管d3的负极连接，所述光耦u1的负极与所述电阻r4的另一端连接。8.根据权利要求7所述的一种可调基准宽范围输出电源程控电路，其特征在于，所述误差比较单元包括电阻r5、电容c10、c11、比较器u2；所述电压采样单元包括电阻r6、r7；所述电阻r6的一端与所述二极管d2的负极、变压器b1的6脚均相连接，所述电容c10的一端与所述电阻r5的一端、比较器u2的1脚均相连后接于所述光耦u1的负极，所述电阻r5的另一端与所述电容c11的一端连接，所述电阻r6的另一端与所述电阻r7的一端、电容c10、电容c11的另一端、比较器u2的4脚均相连接。9.根据权利要求8所述的一种可调基准宽范围输出电源程控电路，其特征在于，所述控制模块包括电阻r8、r9、r10、稳压管dz2、放大器u3、电容c12、控制器mcu，所述电阻r8的一端接于所述控制器mcu，所述电阻r8的另一端与所述电阻r9的一端、稳压管dz2的负极、放大器u3的3脚均相连接，所述放大器u3的1脚与放大器u3的4脚、电阻r10的一端均相连接，所述电阻r10的另一端与所述电容c12的一端、比较器u2的3脚均相连接，所述电阻r9的另一端与所述电阻r7、电容c12的另一端、稳压管dz2的正极、控制器mcu均相连后接于所述变压器b1的4脚。10.一种可调基准宽范围输出电源程控方法，其特征在于：采用如权利要求1～9任一所述的一种可调基准宽范围输出电源程控电路，所述方法包括以下步骤：s1、将电源输入电压进行boost升压至恒定直流电压；s2、将恒定直流电压进行反激输出，随后将反激输出电压与控制器mcu给定的参考电压信号进行比较；s3、当反激输出电压大于参考电压，光耦u1发光增强，通过反激式开关模块的反馈网络调小电源管理芯片ic2的pwm占空比，使得反激输出电压减小至设定值；当反激输出电压小于参考电压，光耦u1发光减弱，通过反激式开关模块的反馈网络调大电源管理芯片ic2的pwm占空比，使得反激输出电压升高至设定值。

技术总结
本发明提供了一种可调基准宽范围输出电源程控电路和方法，其可实现输出电压程控可调，具有较高的可靠性和灵活性；其包括BOOST升压稳压模块，用于将电源输入电压升压至恒定直流电压；采样比较模块，与所述反激式开关模块、控制模块均相连接，用于获取反激输出电压和参考电压信号，并进行比较，将比较结果反馈至所述反激式开关模块；反激式开关模块，与所述BOOST升压稳压模块连接，用于实现电隔离，并将所述BOOST升压稳压模块输出的电压反激输出至所述采样比较模块，以及根据比较结果调节PWM占空比；控制模块，用于给定参考电压信号，并将参考电压信号输出至所述采样比较模块。参考电压信号输出至所述采样比较模块。参考电压信号输出至所述采样比较模块。


技术研发人员：冯旭彪 李敏 边庆花 康建伟 胡毓涛 成玮
受保护的技术使用者：天水七四九电子有限公司
技术研发日：2023.06.07
技术公布日：2023/8/31