一種數(shù)字電源輸出信號采樣電路的制作方法
【專利摘要】數(shù)字電源輸出信號采樣電路，包括的離散化單元的組成為：運算放大器U1的輸入負極串聯(lián)電阻R1后連接輸出電壓Vo+，運算放大器U1的輸入正極串聯(lián)鉗位二極管Z1后接地，U1的輸入正極連接鉗位二極管Z1的正極，U1的輸入正極串聯(lián)鉗位二極管Z1和電阻R2后連接運算放大器U1的輸入負極，鉗位二極管Z1的負極連接電阻R2；比較器U2的輸入正極串聯(lián)鉗位二極管Z2后接地，比較器U3的輸入負極串聯(lián)鉗位二極管Z3后接地，比較器U2的輸入負極和比較器U3的輸入正極分別連接運算放大器U1的信號輸出端。采樣信號信息量小，簡化主控數(shù)字芯片，通過成熟的運算放大器比較電路完成簡單的邏輯或加減運算即可實現(xiàn)反饋控制，有利芯片的選型和降低成本。
【專利說明】
一種數(shù)字電源輸出信號采樣電路
技術領域
[0001] 本實用新型涉及一種傳輸電路，特別是涉及一種通過介質(zhì)隔離的傳輸電路。
【背景技術】
[0002] 數(shù)字控制模塊電源分為隔離式和非隔離（如圖1所示)兩種，隔離式按照主控芯片 設置的位置，又可分為主控芯片放置在原邊的隔離式電源（如圖3所示）與主控芯片放置在 副邊的隔離式電源(如圖2所示）。
[0003] 對于非隔離式數(shù)字模塊電源與主控芯片放置在副邊的隔離式模塊電源，均是采用 傳統(tǒng)數(shù)字PID進行閉環(huán)控制;對于主控芯片放置在原邊的隔離式模塊電源，如圖3,由于傳統(tǒng) 的PID控制方法，建立在對控制目標采樣的基礎上，所以，該結構需要線性光耦或直流磁隔 離將輸出電壓信息反饋至原邊，實現(xiàn)對輸出電壓的采樣。這樣，不僅環(huán)路中增加了比例和滯 后環(huán)節(jié)，并且增加了電源的成本和電源體積。
[0004] 傳統(tǒng)的PID控制，其算法包括位置式和增量式兩種。
[0005] 位置型離散表達式為：
[0006]
(I)
[0007] 增量型離散表達式為：
[0008]
C2)
[0009] u(n) =u(n-l)+ Δ u(n) (3)
[0010] 主控數(shù)字芯片需要大量的時間完成對控制目標的采樣，然后數(shù)字濾波，再進行乘 除運算，邏輯判斷等等，更需要不斷調(diào)試配置PID參數(shù)，才能完成穩(wěn)定的閉環(huán)控制。因此，在 工程應用中若要實現(xiàn)傳統(tǒng)PID控制，需要采用運算速度快，精度高的芯片，大大增加了成本， 限制了其應用范圍。
[0011] 對于主控芯片放置在原邊的隔離式模塊電源，由于傳統(tǒng)的PID控制方法，建立在 對控制目標采樣的基礎上，需將輸出電壓或電流信號真實值從副邊傳遞到原邊的主控芯 片，這樣的傳遞難度大、成本高。 【實用新型內(nèi)容】
[0012] 本實用新型的目的是提供一種數(shù)字電源輸出信號采樣電路，解決無法快速獲得穩(wěn) 定的采樣信號的技術問題。
[0013] 本實用新型的數(shù)字電源輸出信號采樣電路，包括離散化單元，所述離散化單元包 括電阻Rl、電阻R2、鉗位二極管Zl、鉗位二極管Z2、鉗位二極管Z3、運算放大器Ul、比較器U2 和比較器U3;
[0014]運算放大器Ul的輸入負極串聯(lián)電阻Rl后連接輸出電壓Vo+，運算放大器Ul的輸入 正極串聯(lián)鉗位二極管Zl后接地，Ul的輸入正極連接鉗位二極管Zl的正極，Ul的輸入正極串 聯(lián)鉗位二極管Zl和電阻R2后連接運算放大器Ul的輸入負極，鉗位二極管Zl的負極連接電阻 R2；
[0015]比較器U2的輸入正極串聯(lián)鉗位二極管Z2后接地，比較器U3的輸入負極串聯(lián)鉗位二 極管Z3后接地，比較器U2的輸入負極和比較器U3的輸入正極分別連接運算放大器Ul的信號 輸出端。
[0016]還包括兩個光耦，一個光耦的主邊回路與電阻R3串聯(lián)，串接在比較器U2的信號輸 出端與主邊的參考電壓VCCS之間，副邊回路與電阻R5串聯(lián)，串接在副邊的參考電壓VCC與接 地點之間；另一個光耦的主邊回路與電阻R4串聯(lián)，串接在比較器U3的信號輸出端與主邊的 參考電壓VCCS之間，副邊回路與電阻R6串聯(lián)，串接在副邊的參考電壓VCC與接地點之間。 [0017]通過隔離網(wǎng)絡形成原邊和副邊的數(shù)字模塊電源中，在副邊串聯(lián)的開關網(wǎng)絡和濾波 網(wǎng)絡的輸出端串聯(lián)離散化單元，離散化單元的離散信號輸出端與邏輯電路的輸入端連接， 邏輯電路的一個輸出端連接副邊的開關網(wǎng)絡的反饋信號接入端，邏輯電路的另一個輸出端 通過隔離驅(qū)動網(wǎng)絡連接原邊的開關網(wǎng)絡的反饋信號接入端。
[0018]通過隔離網(wǎng)絡形成原邊和副邊的數(shù)字模塊電源中，在副邊串聯(lián)的開關網(wǎng)絡和濾波 網(wǎng)絡的輸出端串聯(lián)離散化單元，離散化單元的離散信號輸出端通過光耦連接邏輯電路的輸 入端，邏輯電路的一個輸出端連接原邊的開關網(wǎng)絡的反饋信號接入端，邏輯電路的另一個 輸出端通過隔離驅(qū)動網(wǎng)絡連接副邊的開關網(wǎng)絡的反饋信號接入端。
[0019] 本實用新型的數(shù)字電源輸出信號采樣電路，可以通過硬件對輸出信號進行采樣及 離散化處理，處理后的信號不僅便于主控數(shù)字芯片通過簡單的邏輯或加減運算即可實現(xiàn) 反饋控制，更是便于隔離傳遞。采樣信號信息量小，簡化主控數(shù)字芯片，通過成熟的運算放 大器比較電路完成簡單的邏輯或加減運算即可實現(xiàn)反饋控制，有利芯片的選型和降低成 本。使得處理后的信號為邏輯信號，便于傳遞。特別是有利于主控芯片放置在原邊的隔離式 模塊電源的反饋信號傳遞。
【附圖說明】
[0020] 圖1為現(xiàn)有技術中非隔離式數(shù)字控制模塊電源的結構示意圖；
[0021] 圖2為現(xiàn)有技術中主控芯片放置在副邊的隔離式數(shù)字控制模塊電源的結構示意 圖；
[0022] 圖3為現(xiàn)有技術中主控芯片放置在原邊的隔離式數(shù)字控制模塊電源的結構示意 圖；
[0023] 圖4為本實用新型數(shù)字電源輸出信號采樣電路與非隔離式數(shù)字控制模塊電源結合 的結構示意圖；
[0024] 圖5為本實用新型數(shù)字電源輸出信號采樣電路與主控芯片放置在副邊的隔離式數(shù) 字控制模塊電源結合的結構示意圖；
[0025] 圖6為本實用新型數(shù)字電源輸出信號采樣電路與主控芯片放置在原邊的隔離式數(shù) 字控制模塊電源結合的結構示意圖；
[0026] 圖7為本實用新型數(shù)字電源輸出信號采樣電路(的離散化單元)的結構示意圖；
[0027] 圖8為本實用新型數(shù)字電源輸出信號采樣電路與主控芯片放置在原邊的隔離式數(shù) 字控制模塊電源結合的一種間隔傳輸信號電路的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0028] 下面結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】進行詳細說明。
[0029]如圖4所示，本實施例包括離散化單元和邏輯電路，離散化單元串接濾波網(wǎng)絡的輸 出端，離散化單元的離散信號輸出端與邏輯電路的輸入端連接，邏輯電路的輸出端連接開 關網(wǎng)絡的反饋信號接入端。
[0030] 如圖5所示，本實施例通過隔離網(wǎng)絡形成原邊和副邊的數(shù)字模塊電源中包括兩個 開關網(wǎng)絡，在副邊串聯(lián)的開關網(wǎng)絡和濾波網(wǎng)絡的輸出端串聯(lián)離散化單元，離散化單元的離 散信號輸出端與邏輯電路的輸入端連接，邏輯電路的一個輸出端連接副邊的開關網(wǎng)絡的反 饋信號接入端，邏輯電路的另一個輸出端通過隔離驅(qū)動網(wǎng)絡連接原邊的開關網(wǎng)絡的反饋信 號接入端。
[0031] 如圖6所示，本實施例通過隔離網(wǎng)絡形成原邊和副邊的數(shù)字模塊電源中包括兩個 開關網(wǎng)絡，在副邊串聯(lián)的開關網(wǎng)絡和濾波網(wǎng)絡的輸出端串聯(lián)離散化單元，離散化單元的離 散信號輸出端通過光耦連接邏輯電路的輸入端，邏輯電路的一個輸出端連接原邊的開關網(wǎng) 絡的反饋信號接入端，邏輯電路的另一個輸出端通過隔離驅(qū)動網(wǎng)絡連接副邊的開關網(wǎng)絡的 反饋信號接入端。
[0032]隔離網(wǎng)絡為主次繞組或隔離變壓器。離散化單元為模數(shù)轉(zhuǎn)換電路或A/D芯片。PID 電路、與非門形成的邏輯電路或成熟的數(shù)字邏輯芯片。
[0033]如圖7所示，具體的離散化單元，包括電阻R1、電阻R 2、鉗位二極管Z1、鉗位二極管 Z2、鉗位二極管Z3、運算放大器U1、比較器U2和比較器U3;
[0034]運算放大器Ul的輸入負極串聯(lián)電阻Rl后連接輸出電壓Vo+，運算放大器Ul的輸入 正極串聯(lián)鉗位二極管Zl后接地，Ul的輸入正極連接鉗位二極管Zl的正極，Ul的輸入正極串 聯(lián)鉗位二極管Zl和電阻R2后連接運算放大器Ul的輸入負極，鉗位二極管Zl的負極連接電阻 R2后接地；
[0035]比較器U2的輸入正極串聯(lián)鉗位二極管Z2后接地，比較器U3的輸入負極串聯(lián)鉗位二 極管Z3后接地，比較器U2的輸入負極和比較器U3的輸入正極分別連接運算放大器Ul的信號 輸出端。
[0036] 鉗位二極管Zl、鉗位二極管Z2、鉗位二極管Z3電位作為電壓基準源。
[0037] 利用本實施例的離散化單元的工作過程如下：
[0038]通過離散化單元獲得輸出電壓與基準的誤差信號，并進行放大處理，獲得誤差信 號，通過大器Ul，放大K倍，得到C點電壓Vc;
[0039] 采用硬件電路，對Vc進行離散數(shù)字化處理。本文中將Vc離散成兩位二進制數(shù)據(jù)結 果，兩位二進制數(shù)可以描述四種不同的狀態(tài)，該方式邏輯判斷最為簡單，易于執(zhí)行。
[0040] Vc分別與￥^€2，￥^€3比較，通過比較器1]2，1]3，轉(zhuǎn)化為包含輸出電壓信號的高低 電平信號。設輸出設定電壓為Vset，輸出設定電壓上限為Vset_high，輸出設定電壓下限為 Vset_low，設定輸出電壓上下限與\^6€2，'\^^€3滿足以下關系：
[0041] Vset_low<Vset<Vset_high (6)
[0042] Vref3<Vref2 (7)
[0043] 當輸出電壓Vo〈Vset_low時，Vc>Vref 2，A點為低電平，B點為高電平，需要通過調(diào)節(jié) 提高輸出電壓;可推出當輸出電壓Vo>VSet_high時，Vc〈Vref3，A點為高電平，B點為低電平； 通過調(diào)節(jié)降低輸出電壓；當Vset_low〈Vo〈 Vset_high時，A點為高電平，13點為高電平，不需 要調(diào)節(jié)。通過以上方式，實現(xiàn)了包含輸出電壓信息的離散高低電平，請見表1。
[0044] 表 1
[0046] 如圖8所示，在上述離散化單元的光耦連接，包括兩個光耦，一個光耦的主邊回路 與電阻R3串聯(lián)，串接在比較器U2的信號輸出端與主邊的參考電壓VCCS之間，副邊回路與電 阻R5串聯(lián)，串接在副邊的參考電壓VCC與接地點之間；另一個光耦的主邊回路與電阻R4串 聯(lián)，串接在比較器U3的信號輸出端與主邊的參考電壓VCCS之間，副邊回路與電阻R6串聯(lián)，串 接在副邊的參考電壓VCC與接地點之間。
[0047] 對于隔離式電源，數(shù)字控制芯片在原邊的結構，通過普通光耦將高低電平傳遞到 原邊可實現(xiàn)閉環(huán)控制。
[0048] 離散化的數(shù)字量輸入主控1C，經(jīng)過邏輯判斷后，進行簡單加減運算與邏輯判斷，輸 出PWM控制信號，完成閉環(huán)控制。若主控芯片接收到離散結果'10'，則通過簡單的加減算法 減小占空比，至接收到離散結果' 1Γ后結束調(diào)整;若主控芯片接收到離散結果'01'，則增加 占空比，至接收到離散結果'11'后結束調(diào)整。
[0049]本實施例的數(shù)字電源輸出信號采樣電路獲得的信號信息量小，主控IC僅需要進行 邏輯判斷與加減運算，大大縮短其采樣、濾波、計算與邏輯判斷的時間，實現(xiàn)高效性，并能夠 提尚閉環(huán)控制的穩(wěn)定性。
[0050] 該方法不僅適用于非隔離數(shù)字電源，尤其解決了隔離數(shù)字電源難以實現(xiàn)輸出信號 線性反饋至原邊主控IC的難題，使得隔離數(shù)字電實現(xiàn)簡單有效的閉環(huán)控制。
[0051] 以上所述，僅為本實用新型較佳的【具體實施方式】，但本實用新型的保護范圍并不 局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到 的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護范圍應該 以權利要求書的保護范圍為準。
【主權項】
1. 一種數(shù)字電源輸出信號采樣電路，包括離散化單元，其特征在于:所述離散化單元包 括電阻Rl、電阻R2、鉗位二極管Zl、鉗位二極管Z2、鉗位二極管Z3、運算放大器Ul、比較器U2 和比較器U3; 運算放大器Ul的輸入負極串聯(lián)電阻Rl后連接輸出電壓Vo+，運算放大器Ul的輸入正極 串聯(lián)鉗位二極管Zl后接地，Ul的輸入正極連接鉗位二極管Zl的正極，Ul的輸入正極串聯(lián)鉗 位二極管Zl和電阻R2后連接運算放大器Ul的輸入負極，鉗位二極管Zl的負極連接電阻R2; 比較器U2的輸入正極串聯(lián)鉗位二極管Z2后接地，比較器U3的輸入負極串聯(lián)鉗位二極管 Z3后接地，比較器U2的輸入負極和比較器U3的輸入正極分別連接運算放大器Ul的信號輸出 端。2. 如權利要求1所述的數(shù)字電源輸出信號采樣電路，其特征在于:還包括兩個光耦，一 個光耦的主邊回路與電阻R3串聯(lián)，串接在比較器U2的信號輸出端與主邊的參考電壓VCCS之 間，副邊回路與電阻R5串聯(lián)，串接在副邊的參考電壓VCC與接地點之間；另一個光耦的主邊 回路與電阻R4串聯(lián)，串接在比較器U3的信號輸出端與主邊的參考電壓VCCS之間，副邊回路 與電阻R6串聯(lián)，串接在副邊的參考電壓VCC與接地點之間。3. 如權利要求1所述的數(shù)字電源輸出信號采樣電路，其特征在于:通過隔離網(wǎng)絡形成原 邊和副邊的數(shù)字模塊電源中，在副邊串聯(lián)的開關網(wǎng)絡和濾波網(wǎng)絡的輸出端串聯(lián)離散化單 元，離散化單元的離散信號輸出端與邏輯電路的輸入端連接，邏輯電路的一個輸出端連接 副邊的開關網(wǎng)絡的反饋信號接入端，邏輯電路的另一個輸出端通過隔離驅(qū)動網(wǎng)絡連接原邊 的開關網(wǎng)絡的反饋信號接入端。4. 如權利要求2所述的數(shù)字電源輸出信號采樣電路，其特征在于:通過隔離網(wǎng)絡形成原 邊和副邊的數(shù)字模塊電源中，在副邊串聯(lián)的開關網(wǎng)絡和濾波網(wǎng)絡的輸出端串聯(lián)離散化單 元，離散化單元的離散信號輸出端通過光耦連接邏輯電路的輸入端，邏輯電路的一個輸出 端連接原邊的開關網(wǎng)絡的反饋信號接入端，邏輯電路的另一個輸出端通過隔離驅(qū)動網(wǎng)絡連 接副邊的開關網(wǎng)絡的反饋信號接入端。
【文檔編號】G05B11/42GK205539997SQ201620210969
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年3月18日
【發(fā)明人】王寧, 程海平, 徐鑫
【申請人】深圳市陸巡天下科技有限公司