輸入-輸出共地的高壓可調(diào)降壓電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種輸入?輸出共地的高壓可調(diào)降壓電路，高壓輸入端的高壓交流或高壓直流電經(jīng)過橋式整流、π型濾波后進入開關集成電路，后面接一個典型的BUCK降壓電路，穩(wěn)壓基準電路提供穩(wěn)壓基準電壓并導通光電隔離器，光電隔離器提供反饋電壓，高壓輸入和低壓輸出之間使用光電隔離器反饋隔離，減少了高壓側(cè)信號對低壓側(cè)信號的干擾。將高壓直流或交流電轉(zhuǎn)換為低壓直流電，通過改變滑動變阻器的阻值，得到不同的低壓直流電壓，可以廣泛應用于高壓開關降壓電路，特別是一些要求將市電轉(zhuǎn)換成直流低壓可調(diào)電源的儀器儀表設備中。
【專利說明】
輸入-輸出共地的高壓可調(diào)降壓電路
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及高壓開關降壓電路，具體是一種輸入-輸出共地的高壓可調(diào)降壓電路。
【背景技術】
[0002] 在高壓控制系統(tǒng)中，為了簡化控制，往往需要輸入-輸出共地的輔助電源為控制系 統(tǒng)供電。控制系統(tǒng)一般需要高壓降壓電路為系統(tǒng)提供低電壓直流供電。目前，將220AC市電 轉(zhuǎn)換成低壓直流的常規(guī)方法有線性變壓器隔離降壓、阻容降壓等方法。線性降壓通過變壓 器隔離降壓后整流濾波，然后輸出低壓直流電。變壓器作為核心器件，其選取是通過負載電 壓和功率完成的。線性降壓電源的缺點主要是受限于體積和成本。阻容降壓電源不僅克服 了線性變壓器電源成本昂貴和體積大的局限性，而且具有限流功能。電容作為阻容降壓電 源的核心器件，其選取是通過負載電流的大小和交流電的頻率來確定的。阻容降壓電源的 缺點主要是電路效率較低，無法用于大功率電路，且不適合容性和感性負載，特別是在動態(tài) 負載情況下，負載調(diào)整性能極差，只能在小功率恒定負載的條件下使用，適用范圍較窄。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了解決現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明提供一種輸入-輸出共地的高壓可調(diào)降壓 電路，該高壓可調(diào)降壓電路能夠?qū)⒏邏褐绷骰蚪涣麟娹D(zhuǎn)換為低壓直流電，通過改變滑動變 阻器的阻值，得到不同的低壓直流電壓，可以廣泛應用于高壓開關降壓電路，特別是一些要 求將市電轉(zhuǎn)換成直流低壓可調(diào)電源的儀器儀表設備中。
[0004] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：
[0005] 輸入-輸出共地的高壓可調(diào)降壓電路，包括橋式整流器D、3i型濾波器、開關電源芯 片、BUCK降壓電路和反饋電路；
[0006] 橋式整流器D的端口 1和端口 3與電源輸入端Vin相接，電源輸入端Vin可以為220AC 市電或者300V左右的直流電，橋式整流器D的端口4接地，橋式整流器D的端口2與π型濾波器 的輸入端相接，所述的π型濾波器是由電容C1、C2和電感L1組成的LC型濾波器，電容C1和電 容C2的一端接地，另一端分別與電感L1的兩端相接，π型濾波器的截止頻率為義=^^ 根據(jù)輸出電流的大小選擇電感L1的值，合適的電感和電容可以濾除信號中的噪聲，平滑輸 出信號P型濾波器的輸出端與開關電源芯片的Drain端相接，開關電源芯片內(nèi)部集成功率 開關管，具有較大的工作電壓范圍、固定的開關頻率和電流PWM控制模式，內(nèi)部含有過溫、過 流、過壓、欠壓等保護電路;開關電源芯片的Source端與BUCK降壓電路的輸入端相接，BUCK 降壓電路由二極管V2、電感L2和極性電容C4組成;BUCK降壓電路上還并聯(lián)有續(xù)流二極管VI， 開關電源芯片的Bypass端與Source端之間還連接有蓄能電容C3，當續(xù)流二極管VI續(xù)流導通 時，通過開關電源芯片內(nèi)部電流源為其充電，為開關電源芯片提供供電電壓；
[0007] 所述的反饋電路包括穩(wěn)壓基準電路和光電隔離器E，穩(wěn)壓基準電路由三端可調(diào)分 流穩(wěn)壓器TL431、電阻R4、電阻R5、滑動變阻器R6和電容C6組成，三端可調(diào)分流穩(wěn)壓器TL431 的1端分別與電容C6的一端和光電隔離器E的引腳2相接，光電隔離器E可以防止高壓側(cè)的信 號親合到輸出端，減少雜散噪聲干擾;電容C6的另一端與電阻R5的一端相接，電阻R5和電容 C6提供相位補償，防止放大電路自激；電阻R5的另一端同時與電阻R4和滑動變阻器R6相接， 電阻R4和滑動變阻器R6為穩(wěn)壓基準電路提供取樣電壓，通過調(diào)整滑動變阻器R6的阻值，改 變?nèi)颖?，獲得連續(xù)可調(diào)的取樣電壓;三端可調(diào)分流穩(wěn)壓器TL431的2端接地;三端可調(diào)分流 穩(wěn)壓器TL431的8端同時與電阻R4和滑動變阻器R6相接，電阻R4的另一端接地，滑動變阻器 R6的另一端同時與電阻R3的一端和光電隔離器的引腳2相接，電阻R3的另一端與輸出端口 Vout相接;光電隔離器E的引腳1同時與電阻R2的一端和電容C5的一端相接，電阻R2的另一 端和電容C5的另一端與BUCK降壓電路的輸出端相接，電阻R2為光電隔離器E提供偏置電流， 通過電容C5為反饋電路設置一個極點，可提高輸出的瞬態(tài)響應能力;光電隔離器E的引腳3 與開關電源芯片的Source端相接;光電隔離器E的引腳4與開關電源芯片的Fb端相接;光電 隔離器E的引腳1與引腳2之間連接有電阻R1。
[0008] 本發(fā)明的輸入-輸出共地的高壓可調(diào)降壓電路，將高壓側(cè)經(jīng)過橋式整流器D整流和 η型濾波器濾波，經(jīng)過開關集成電路（開關電源芯片），后接一個開關型的BUCK降壓電路， BUCK降壓電路的輸出端接反饋電路，利用三端可調(diào)分流穩(wěn)壓器TL431構建電路的閉環(huán)電壓 負反饋網(wǎng)絡，具有放大和調(diào)節(jié)輸出電流的功能，加上反饋電路后，可以影響整個電路的動態(tài) 品質(zhì)特性，采用滑動變阻器R6分壓，可以完成反饋電壓連續(xù)可調(diào)，改變開關集成電路的占空 比，進而控制低壓直流電壓輸出。
[0009] 本發(fā)明采用開關集成電路(開關電源芯片），后接BUCK降壓電路，光電隔離器E實現(xiàn) 反饋隔離控制，穩(wěn)壓基準電路進行輸出電壓采樣和誤差放大，不僅穩(wěn)壓精度高，而且可以通 過改變滑動變阻器R6的大小來獲得不同的輸出電壓。穩(wěn)壓基準電路閉環(huán)采樣輸出電壓，控 制光電隔離器E的導通程度，進而改變開關電源芯片的開關占空比，獲得穩(wěn)定的電壓輸出。
[0010] 本發(fā)明采用輸入-輸出共地的方法實現(xiàn)一次降壓就可以完成電壓轉(zhuǎn)換過程，電路 結構簡單，成本低，具有較高的穩(wěn)定性能，輸入電壓范圍寬，帶載能力強，源效應和負載效應 好，電源輸出不易受輸入電壓和負載波動影響；由于采用閉環(huán)電壓反饋，電路可以實現(xiàn)很高 的穩(wěn)壓精度;采用開關變換方式，在輸入輸出電壓差別較大的場合效率很高，應用面寬;使 用自供電的開關電源芯片實現(xiàn)電源輸出功能，由于開關電源芯片具有強大的多重保護功 能，可使電路具有極高的可靠性。
[0011] 本發(fā)明的有益效果是:結構簡單，價格低廉，通用器件比較多；實現(xiàn)了輸入高壓側(cè) 和輸出低壓側(cè)共地，通過調(diào)整反饋電壓，從而控制高壓側(cè)開關管的占空比，最終經(jīng)過一次降 壓就可以實現(xiàn)低壓側(cè)的調(diào)整輸出。光電隔離器E實現(xiàn)高壓側(cè)和反饋端的光電隔離，減少了高 壓側(cè)信號對輸出低壓側(cè)的噪聲干擾。精密可調(diào)穩(wěn)壓電路提供高精度的穩(wěn)壓基準，并且利用 滑動變阻器調(diào)節(jié)分壓電阻，實現(xiàn)反饋電壓連續(xù)可調(diào)，進而實現(xiàn)輸出電壓連續(xù)可調(diào)。本發(fā)明不 僅克服了線性變壓器降壓電路體積和成本上的缺陷，還克服了阻容降壓電路的負載恒定等 缺點，輸入-輸出共地、電壓反饋環(huán)路閉環(huán)控制和通過調(diào)節(jié)反饋電阻來改變輸出電壓是其突 出特點。
【附圖說明】
[0012] 圖1是本發(fā)明輸入-輸出共地的高壓可調(diào)降壓電路的原理框圖。
[0013] 圖2是本發(fā)明一實施例的輸入-輸出共地的高壓可調(diào)降壓電路的電路圖。
【具體實施方式】
[0014] 下面結合附圖，以功率型集成開關管MIP282為例對本發(fā)明的實施例作具體描述， 本實施例僅是對本發(fā)明作進一步解釋說明，不是對本發(fā)明的限制，選用其它類型的開關電 源芯片，例如TOPSwitch系列或VIPER22系列也可以實現(xiàn)本發(fā)明的技術效果，也應落入本發(fā) 明的保護范圍：
[0015] 輸入-輸出共地的高壓可調(diào)降壓電路，原理如圖1所示，高壓輸入端可以為220VAC 市電或者300V左右的直流電，經(jīng)過橋式整流、π型濾波后進入開關集成電路，后面接一個典 型的BUCK降壓電路，穩(wěn)壓基準電路提供穩(wěn)壓基準電壓并導通光電隔離器，光電隔離器提供 反饋電壓，高壓輸入和低壓輸出之間使用光電隔離器反饋隔離，減少了高壓側(cè)信號對低壓 側(cè)信號的干擾。
[0016] 輸入-輸出共地的高壓可調(diào)降壓電路，如圖2所示，包括橋式整流器D、jt型濾波器、 功率型集成開關管MIP282、BUCK降壓電路和反饋電路；
[0017] 橋式整流器D的端口 1和端口 3與電源輸入端Vin相接，電源輸入端Vin可以為 220VAC市電或者300V左右的直流電，橋式整流器D的端口4接地，橋式整流器D的端口2與π型 濾波器的輸入端相接，所述的η型濾波器是由電容C1、C2和電感L1組成的LC型濾波器，電容 C1和電容C2的一端接地，另一端分別與電感L1的兩端相接，π型濾波器的截止頻率為
根據(jù)輸出電流的大小選擇電感L1的值，合適的電感和電容可以濾除信號中的 噪聲，平滑輸出信號0型濾波器的輸出端與功率型集成開關管MIP282的5腳Drain端相接， 功率型集成開關管MIP282的有效引腳僅為4只（分別為第1腳Bypass，第2、3、7、8腳Source， 內(nèi)置高壓M0S管;第4腳電流Fb，內(nèi)部含有恒流源，內(nèi)置高壓M0S管，通過場效應管的DS極接到 分流支路;第5腳Drain，內(nèi)接漏極限制電路和反高壓場效應恒流源等），極大地簡化了本發(fā) 明的結構，功率型集成開關管MIP282內(nèi)部包含基準時鐘振蕩、RS觸發(fā)、開關管漏極電流限 制、再啟動電路以及過熱、過流、過壓、欠壓等保護電路，輸出電流為200mA，耐壓值700V，內(nèi) 部開關頻率為?^% = 44ΚΗζ，產(chǎn)生固定頻率的矩形波脈沖，控制開關管的通斷，最大占空比 MAXCD為71 % ;當輸出電壓超過額定值時，電流反饋電路的電流增大，開關管截止，直到輸出 電壓降至額定電壓以下，開關管重新受到固定脈沖頻率f〇 s?？刂疲ㄟ^開關管非周期性通斷 穩(wěn)定輸出電壓；當反饋電流低于250μΑ以下時，功率型集成開關管MIP282以固定頻率f。％完 成AC/DC轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生上升的輸出電壓；當電壓上升到一定值時，開關管截止，脈沖上升時間Tr 和下降時間Tf分別為100ns和4ns;功率型集成開關管MIP282的2、3、7、8腳Source后接BUCK 降壓電路，輸出電流比較大，需要接銅皮散熱，BUCK降壓電路由二極管V2、電感L2和極性電 容C4組成；BUCK降壓電路上還并聯(lián)有續(xù)流二極管VI，功率型集成開關管MIP282的第1腳 Bypass與2、3、7、8腳Source之間還連接有蓄能電容C3,當續(xù)流二極管VI續(xù)流導通時，通過功 率型集成開關管MIP282內(nèi)部電流源為其充電，為功率型集成開關管MIP282提供供電電壓， 由于電路的開關頻率較高，電容C3取0. lyF;
[0018] 所述的反饋電路包括穩(wěn)壓基準電路和光電隔離器E，穩(wěn)壓基準電路由三端可調(diào)分 流穩(wěn)壓器TL431、電阻R4、電阻R5、滑動變阻器R6和電容C6組成，三端可調(diào)分流穩(wěn)壓器TL431 具有良好的溫度穩(wěn)定性和較大的輸出電流、低動態(tài)輸出阻抗以及低輸出電壓噪聲，三端可 調(diào)分流穩(wěn)壓器TL431的1端分別與電容C6的一端和光電隔離器E的引腳2相接，光電隔離器E 可以防止高壓側(cè)的信號親合到輸出端，減少雜散噪聲干擾；電容C6的另一端與電阻R5的一 端相接，電阻R5和電容C6提供相位補償，防止放大電路自激；電阻R5的另一端同時與電阻R4 和滑動變阻器R6相接，電阻R4和滑動變阻器R6為穩(wěn)壓基準電路提供取樣電壓，通過調(diào)整滑 動變阻器R6的阻值，改變電壓取樣比，獲得連續(xù)可調(diào)的取樣電壓，選擇不同的取樣比，穩(wěn)壓 范圍可以做到從2.5V到36V連續(xù)可調(diào);三端可調(diào)分流穩(wěn)壓器TL431的2端接地;三端可調(diào)分流 穩(wěn)壓器TL431的8端同時與電阻R4和滑動變阻器R6相接，電阻R4的另一端接地，滑動變阻器 R6的另一端同時與電阻R3的一端和光電隔離器的引腳2相接，電阻R3的另一端與輸出端口 Vout相接;光電隔離器E的引腳1同時與電阻R2的一端和電容C5的一端相接，電阻R2的另一 端和電容C5的另一端與BUCK降壓電路的輸出端相接，電阻R2為光電隔離器E提供偏置電流， 通過電容C5為反饋電路設置一個極點，可提高輸出的瞬態(tài)響應能力;光電隔離器E的引腳3 與功率型集成開關管MIP282的2、3、7、8腳Source相接;光電隔離器E的引腳4與功率型集成 開關管MIP282的第4腳Fb相接;光電隔離器E的引腳1與引腳2之間連接有電阻R1。穩(wěn)壓基準 電路位于光電隔離器E的次級端，通過光電隔離器E反饋到初級端，通過改變功率型集成開 關管MIP282的占空比，達到控制輸出電壓的目的。
[0019] 本發(fā)明由于采用電壓負反饋和閉環(huán)控制電路，具有良好的輸出穩(wěn)定性，輸入電壓 范圍可以達到36V~380V，電路轉(zhuǎn)換效率達到89%，輸出穩(wěn)定精度達到1 %。本發(fā)明的開關電 源芯片還可以為TOPSwitch系列和VIPER22系列等。
[0020] 本發(fā)明的輸入-輸出共地的高壓可調(diào)降壓電路，解決了由高壓交流電轉(zhuǎn)換成低壓 直流電的問題，解決了變壓器線性降壓昂貴的成本和巨大的體積等問題，解決了阻容降壓 不適合動態(tài)負載，需要滿足恒定負載等一系列問題，更解決了高壓控制電路中的輸入-輸出 共地問題，靈活的電壓調(diào)節(jié)能力使得本發(fā)明能夠很好的應用于各種儀器儀表設備中，具有 一定的應用價值和市場開發(fā)前景。
【主權項】
1. 輸入-輸出共地的高壓可調(diào)降壓電路，其特征在于，包括橋式整流器D、JI型濾波器、開 關電源芯片、BUCK降壓電路和反饋電路； 橋式整流器D的端口 1和端口 3與電源輸入端Vin相接，橋式整流器D的端口 4接地，橋式 整流器D的端口 2與π型濾波器的輸入端相接，π型濾波器的輸出端與開關電源芯片的Drain 端相接，開關電源芯片的Source端與BUCK降壓電路的輸入端相接，BUCK降壓電路上還并聯(lián) 有續(xù)流二極管Vl，開關電源芯片的Bypass端與Source端之間還連接有蓄能電容C3; 所述的反饋電路包括穩(wěn)壓基準電路和光電隔離器E，穩(wěn)壓基準電路由三端可調(diào)分流穩(wěn) 壓器TL431、電阻R4、電阻R5、滑動變阻器R6和電容C6組成，三端可調(diào)分流穩(wěn)壓器TL431的1端 分別與電容C6的一端和光電隔離器E的引腳2相接，電容C6的另一端與電阻R5的一端相接， 電阻R5的另一端同時與電阻R4和滑動變阻器R6相接;三端可調(diào)分流穩(wěn)壓器TL431的2端接 地;三端可調(diào)分流穩(wěn)壓器TL431的8端同時與電阻R4和滑動變阻器R6相接，電阻R4的另一端 接地，滑動變阻器R6的另一端同時與電阻R3的一端和光電隔離器的引腳2相接，電阻R3的另 一端與輸出端口 Vout相接;光電隔離器E的引腳1同時與電阻R2的一端和電容C5的一端相 接，電阻R2的另一端和電容C5的另一端與BUCK降壓電路的輸出端相接;光電隔離器E的引腳 3與開關電源芯片的Source端相接;光電隔離器E的引腳4與開關電源芯片的Fb端相接;光電 隔離器E的引腳1與引腳2之間連接有電阻R1。2. 根據(jù)權利要求1所述的輸入-輸出共地的高壓可調(diào)降壓電路，其特征在于:所述的π型 濾波器為LC濾波器。3. 根據(jù)權利要求1所述的輸入-輸出共地的高壓可調(diào)降壓電路，其特征在于:所述的開 關電源芯片為MIP282、T0PSwitch系列或VIPER22系列。
【文檔編號】H02M3/156GK105932892SQ201610397666
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月31日
【發(fā)明人】呂士如, 李斌, 王文廷, 李雷, 張永坡, 王群, 汪定華, 王俊
【申請人】中國電子科技集團公司第四十研究所, 中國電子科技集團公司第四十一研究所