一种低交叉调整率的两路输出电源

1.本实用新型涉及一种低交叉调整率的两路输出电源，属于开关电源技术领域。

背景技术：

2.在工业控制、消费者、医疗电子、移动通信等领域，开关电源由于其效率高、体积小、成本低而得到广泛的应用。随着物联网的发展，我们的电子设备越来越信息化、智能化和复杂化。这就意味着我们的电源越来越复杂，由于不同的系统和模块需要不同电平的电源，在一个物联网设备里面就需要多路电源给系统供电。传统的电源解决方案是一个模块设计一个独立的开关电源供电，组成多输出电源系统。这样的电源虽然有可靠性强、电源精度高的优点，但是其成本高、体积大、重量大的缺点也非常明显。同时其开发周期长，也不利于产品的快速上市。
3.如今，市场对于电源的需求越来越趋向于小型化、轻型化、高效率和低成本。
4.所以对于多路输出的电源系统，往往采用隔离式的开关电源，特别的，在150w 以下的电源系统往往采用的反激式的开关电源拓扑。多输出隔离式的开关电源每增加一路输出只需要增加一个高频变压器绕组、后级的整流二极管和lc滤波电路，这样组成的多输出电源系统成本迅速降低、体积也大大减小。然而基于增加绕组而设计的多输出电源系统也存在很多的问题，其中最主要的问题就是交叉调整率的问题。由于隔离式的多路输出电源往往只对主输出回路进行闭环反馈控制，当负载变化时，辅输出回路只能通过变压器的匝比进行稳压控制，得不到精确地反馈控制，导致辅输出回路的电压发生变动，这就是多输出隔离式变换器交叉调整率的问题。
5.如果多输出隔离式变换器的绕组是理想的，同时电路不存在损耗，那么输出电压将会简单的与各自的输出电压成比例，并且一个输出的闭环调节就可以使所有的输出得到完美调节。然而在实践中，理想的变压器和器件是不存在的，实际的情况更复杂，往往会出现交叉调整率的问题。多输出隔离式电源的辅回路由于开环的原因，受到其他回路负载的变化，导致本回路的电压的波动，达不到系统对于电源的要求，影响系统性能，甚至导致系统不能正常工作。所以对于多输出隔离式开关电源系统来说，解决交叉调整率问题是非常迫切的。

技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种低交叉调整率的两路输出电源，根据输出电流的大小动态调整两路输出的取样比例，从而达到降低交叉调整率的目的。
7.为达到上述目的，本实用新型是采用下述技术方案实现的：
8.第一方面，本实用新型提供了一种低交叉调整率的两路输出电源，包括输入滤波整流电路、两路输出flyback电路、取样比例调整电路和控制电路，其中：
9.所述输入滤波整流电路的输入端输入交流市电，输出端输出整流得到的直流电压
至两路输出flyback电路；
10.所述两路输出flyback电路将所述直流电压作为输入，输出降压后得到两路输出电压vo1和vo2至取样比例调整电路；
11.所述取样比例调整电路包括运算放大器u1a和第一比较器，所述运算放大器u1a采样两路输出flyback电路的两条输出线路上的电流io1和io2，输出至第一比较器的正向输入端和反相输入端，所述第一比较器输出反馈信号至控制电路；
12.所述控制电路根据所述反馈信号输出控制信号至两路输出flyback电路，动态调整两路输出电压的取样比例。
13.进一步的，所述两路输出flyback电路的输出端设有保护电路，所述两路输出flyback电路与输入滤波整流电路之间设有保护开关，所述保护电路的控制端输出控制信号至保护开关，控制保护开关的导通与关闭。
14.进一步的，所述保护电路包括继电器、第二比较器和开关管，所述继电器的两端分别连接到保护开关两侧的接口，所述第二比较器与两路输出flyback 电路相连接，且所述第二比较器通过开关管与继电器相连。
15.进一步的，所述保护电路上还设有蜂鸣器，用于在保护开关断开时提供警报。
16.进一步的，所述两路输出flyback电路包括开关管q1、变压器t1、二极管 d5、二极管d6、电容c5、电容c6、电容c7、电容c8、负载r1以及负载r2，所述开关管q1的输入端连接输入滤波整流电路的电压信号输出端，所述开关管 q1的输出单连接变压器t1的输入端，所述变压器t1设有第一输出端和第二输出端，所述第一输出端的输出信号经过二极管d6、电容c6、电容c8后输出至负载r2，所述第二输出端的输出信号经过二极管d5、电容c5、电容c7、以及负载r1后传输至控制电路。
17.进一步的，所述取样比例调整电路还包括电阻r3、电阻r4、运算放大器u1b、控制芯片、mos管q2、mos管q3、运算放大器u1c、电阻r7以及电阻r8，所述电阻r3、电阻r4的输入端与两路输出flyback电路的两个输出端连接，所述电阻r3、电阻r4的输出端与运算放大器u1a的输入端相连，所述运算放大器u1a 的输出端与所述运算放大器u1b的通向输入端相连，所述运算放大器u1b的输出端与所述控制芯片的2号引脚相连，所述控制芯片的5号引脚与mos管q2的输入端相连，所述控制芯片的7号引脚与mos管q3的输入端相连，所述mos管 q2、mos管q3并联后与所述运算放大器u1c的反向输入端相连，所述电阻r7、电阻r8串联后与所述运算放大器u1c的通向输入端相连，且所述电阻r7接地，所述运算放大器u1c的输出端与控制电路的输入端相连。
18.进一步的，所述输入滤波整流电路包括电感线圈l1、电感线圈l2、励磁线圈lf1、电容c1、电容c2、电容c3、电容c4、放电电阻r1a、放电电阻r1b、放电电阻r2a、放电电阻r2b、电阻rl以及四只相同的整流二极管d1～d 4，所述电感线圈l1、电感线圈l2的输入端分别与交流市电连接，所述放电电阻 r1a、放电电阻r1b分别并联在所述电感线圈l1、电感线圈l2上，所述电容c1 与所述电感线圈l1、电感线圈l2串联，放电电阻r2a、放电电阻r2b串联后与所述电容c1并联，所述电容c2与所述放电电阻r2a、放电电阻r2b并联，所述励磁线圈lf1的输入端分别与所述电感线圈l1、电感线圈l2的输出端连接，所述电容c3、电容c4串联后与所述励磁线圈lf1并联，所述四只相同的整流二极管d1～d 4首尾相连接成电桥形式，所述励磁线圈lf1的两个输出端分别与整流二极管d3以及整流二极管d4的输入端连接，所述电阻rl
与整流二极管 d 1～d 4并联，所述整流二极管d3以及整流二极管d4的输出端与两路输出 flyback电路的输入端连接。
19.进一步的，所述取样比例调整电路中的控制芯片采用的是eg2104芯片。
20.进一步的，所述控制电路采用的芯片为ld5535芯片。
21.进一步的，还包括辅助电源电路，所述辅助电源电路分别输出供电电压至 ld5535芯片和eg2104芯片。
22.与现有技术相比，本实用新型所达到的有益效果：
23.1、该电源的输出端具有emi电磁滤波功能，可抑制输入噪声、降低干扰、提高输入电压的质量。
24.2、该两路输出电源，可根据输出电流的大小，动态调整两路输出电压的取样比例，可使得该电源在整个工作过程中都具有较低的交叉调整率。
25.3、该电源的两路输出均带有过压过流输出保护电路，具有较高的安全性。
附图说明
26.图1是本实用新型实施例提供的flyback两路输出电路方案图；
27.图2是本实用新型实施例提供的输入滤波调整电路图；
28.图3是本实用新型实施例提供的flyback两路输出电路图；
29.图4是本实用新型实施例提供的取样比例调整电路图；
30.图5是本实用新型实施例提供的辅助电源电路图；
31.图6是本实用新型实施例提供的输出过压过流保护电路图。
具体实施方式
32.下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
33.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
34.实施例1
35.本实施例介绍一种低交叉调整率的两路输出电源，本电源基本构成包含以下电路：采用输入滤波调整电路、多路输出flyback电路和取样比例调整电路，并在此基础上加入了一些必要的硬件电路。具体电路包含如下部分：
36.1、输入滤波调整电路：前级采用输入滤波调整调整电路，主要将市电交流电压作为输入通过滤波电路抑制磁噪声及杂波信号，并通过整流电路得到较为纯净的直流电压。
37.2、flyback两路输出电路：电路后级采用的是flyback电路，主要是将前级的直流电输出作为输入降压得到两路输出电压，控制回路采用的芯片为 ld5535。
38.3、取样比例调整电路：该电路将两路的输出电流io1和io2作为采样信号，将上述采样信号经过减法运算后，与三角载波进行比较，并将比较后所得到的脉冲信号送入芯片
eg2104，芯片输出控制mos管q2和q3的导通状态，最终可达到输出电流动态调整采样比例的效果，从而降低交叉调整率。
39.4、辅助电源电路：辅助绕组w2和w3通过与变压器一次侧w1的耦合产生两路辅助电源电压。主要为控制电路中的电源芯片ld5535、eg2104以及其他电路提供所需的+15v和+5v供电电压，以便于电路稳定的运行。
40.5、输出过压过流保护电路：通过采样输出电压vo1和vo2、输出电流io1 和io2来判断是否触发了电路过压保护或输出过流保护，逻辑运算电路可输出对应的控制信号，最终通过控制开关管q5的开通与关断来实现对电路的保护和报警作用。
41.如图1至图6所示，整体的电路工作过程大致如下：市电经过输入滤波整流电路得到直流电压vin。直流电压vin一方面作为辅助电源的输入端，产生两路辅助电源电压，主要为控制电路中的电源芯片ld5535、eg2104以及其他电路提供所需的15v和5v供电电压，以便于电路稳定的运行。另一方面，直流电压 vin作为反激变换器的输入端，电路正常工作后可得到两路输出电压vo1和vo2。取样比例调整电路采样电流io1和io2分别送入比较器的正向输入端和反相输入端，经过电路的运算和比较后可实现根据输出电流的大小，动态调整两路输出电压的取样比例，从而降低电源的交叉调整率。
42.输入滤波整流电路工作原理如下：220v的交流输入经过由滤波整流电路产生直流电压vin，滤波电路由l1、l2、lf1、c1、c2、c3、c4、r1a、r1b、r2a、 r2b组成，共模滤波器lf1、c3、c4组成，主要滤除在两边功率线路与地之间产生的噪声。共模滤波器中的“变压器”的绕组是同相的。但是流过绕组的交流电流是反相的。结果是两股相反反向的电流在磁芯中产生的共模交流磁通相互抵消。此电路中l1、l2、c1构成了差模滤波电路，同时在滤波电感和电容两端并联了放电电阻r1a、r1b、r2a、r2b，以改善瞬态性能。在此设计中选择用全桥整流电路，桥式整流电路由d1～d 4为四只相同的整流二极管，接成电桥形式。利用二极管的导引作用，使在负半周时也能把次级输出引向负载。具体接法如图所示，从图中可以看到，在正半周时由d1、d3导引电流自上而下通过 rl，负半周时由d2、d4导引电流也是自上而下通过rl，从而实现了全波整流，得到干净的直流电压vin。
43.flyback两路输出电路工作原理如下：开关管q1导通时，输入电压vin流入变压器t1，此时变压器可以等效为一个电感，此时流过一次侧的电流线性上升。由于变压器t1是反激式变压器，一次侧和二次侧的同名端反相放置，所以二次侧的下端电压高于上端电压，二极管d5和d6关断，变压器处于充电状态，电容c7和c8给负载供电。当开关管q1关断时，由于电磁感应的作用，变压器绕组电压反相，二极管d5和d6导通，存储在变压器t1中的能量传递到二次侧，向c7和c8充电，同时向负载r1和r2供电。
44.取样比例调整电路工作原理如下：输入电流io1和io2分别经过电阻r3和 r4接到u1a的正向输入端和反向输入端，两个采样电流信号通过运算放大器u1a 构成的减法电路运算后，连接到比较器u1b的同向输入端，与反相输入端的三角载波信号进行比较，并将比较结果送入控制芯片eg2104的2号引脚，2号引脚in控制输出mos管的导通状态。当in为低电平时，芯片5号引脚则输出高电平、芯片的7号引脚ho为低电平，此时mos管q2导通、mos管q3截止；输出电压vo2流入u1c的反向输入端，从而参与输出电压的调节。反之，当in为高电平时，芯片5号引脚则输出高低电平、芯片的7号引脚ho为高电平，此时 mos管q2截止、mos管q3导通；输出电压vo1流入u1c的反向输入端，从而参与输出电压的调节。5v电压经过r7和r8分
压接入u1c的正向输入，与输出电压vo1或者vo2比较，得到的反馈信号送入ld5535控制环路，从而调节反激变换器的输出电压。
45.输出过压过流保护电路工作原理如下：保护电路的继电器两端分别连接到母线电压vbus+和直流输入电压vin+，当两路输出电压或输出电流超过设定值时，将通过保护电路断开常闭继电器ry1以达到保护电路的目的，同时蜂鸣声进行报警。输出电压vo1经过电阻r14和r15分压后，送入比较器u2a的同相端，基准24v电压经电阻r18、r19、r20分压后得到基准电压va连接到比较器u2a的反向端，经过电阻r21产生信号m，io1经过r16和r17分压后接到比较器u2b的同相端，基准24v电压经电阻r18、r19、r20分压后得到基准信号 vb连接到比较器u2b的反向端,经过电阻r22得到信号n，信号m和n分别连接或门or1，输出信号vm送入或门or3输入端；输出电压vo2经过电阻r23和r24 分压后送入比较器u2c的同相端，基准12v电压经电阻r27、r28、r29分压得到的基准电压vc连接到比较器u2c的反向端，经过电阻r30产生信号p，io2 经过r25和r26分压后接到比较器u2d的同相端，基准12v电压经电阻r27、r28、 r29分压得到基准信号vd连接到比较器u2d的反向端,经过电阻r31得到信号q，信号p和q分别连接或门or2，输出信号vn送入或门or3输入端；只要满足任意一路输出电流电压超过额定值，开关管q5导通，从而使得继电器控制信号vz 控制vbus+和vin+两端断开，同时蜂鸣器buzzer响起，实现保护电路的功能。
46.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。

技术特征：

1.一种低交叉调整率的两路输出电源，其特征在于，包括输入滤波整流电路、两路输出flyback电路、取样比例调整电路和控制电路，其中：所述输入滤波整流电路的输入端输入交流市电，输出端输出整流得到的直流电压至两路输出flyback电路；所述两路输出flyback电路将所述直流电压作为输入，输出降压后得到两路输出电压vo1和vo2至取样比例调整电路；所述取样比例调整电路包括运算放大器u1a和第一比较器，所述运算放大器u1a采样两路输出flyback电路的两条输出线路上的电流io1和io2，输出至第一比较器的正向输入端和反相输入端，所述第一比较器输出反馈信号至控制电路；所述控制电路根据所述反馈信号输出控制信号至两路输出flyback电路，动态调整两路输出电压的取样比例。2.根据权利要求1所述的低交叉调整率的两路输出电源，其特征在于，所述两路输出flyback电路的输出端设有保护电路，所述两路输出flyback电路与输入滤波整流电路之间设有保护开关，所述保护电路的控制端输出控制信号至保护开关，控制保护开关的导通与关闭。3.根据权利要求2所述的低交叉调整率的两路输出电源，其特征在于，所述保护电路包括继电器、第二比较器和开关管，所述继电器的两端分别连接到保护开关两侧的接口，所述第二比较器与两路输出flyback电路相连接，且所述第二比较器通过开关管与继电器相连。4.根据权利要求3所述的低交叉调整率的两路输出电源，其特征在于，所述保护电路上还设有蜂鸣器，用于在保护开关断开时提供警报。5.根据权利要求1所述的低交叉调整率的两路输出电源，其特征在于，所述两路输出flyback电路包括开关管q1、变压器t1、二极管d5、二极管d6、电容c5、电容c6、电容c7、电容c8、负载r1以及负载r2，所述开关管q1的输入端连接输入滤波整流电路的电压信号输出端，所述开关管q1的输出单连接变压器t1的输入端，所述变压器t1设有第一输出端和第二输出端，所述第一输出端的输出信号经过二极管d6、电容c6、电容c8后输出至负载r2，所述第二输出端的输出信号经过二极管d5、电容c5、电容c7、以及负载r1后传输至控制电路。6.根据权利要求1所述的低交叉调整率的两路输出电源，其特征在于，所述取样比例调整电路还包括电阻r3、电阻r4、运算放大器u1b、控制芯片、mos管q2、mos管q3、运算放大器u1c、电阻r7以及电阻r8，所述电阻r3、电阻r4的输入端与两路输出flyback电路的两个输出端连接，所述电阻r3、电阻r4的输出端与运算放大器u1a的输入端相连，所述运算放大器u1a的输出端与所述运算放大器u1b的通向输入端相连，所述运算放大器u1b的输出端与所述控制芯片的2号引脚相连，所述控制芯片的5号引脚与mos管q2的输入端相连，所述控制芯片的7号引脚与mos管q3的输入端相连，所述mos管q2、mos管q3并联后与所述运算放大器u1c的反向输入端相连，所述电阻r7、电阻r8串联后与所述运算放大器u1c的通向输入端相连，且所述电阻r7接地，所述运算放大器u1c的输出端与控制电路的输入端相连。7.根据权利要求1所述的低交叉调整率的两路输出电源，其特征在于，所述输入滤波整流电路包括电感线圈l1、电感线圈l2、励磁线圈lf1、电容c1、电容c2、电容c3、电容c4、放电电阻r1a、放电电阻r1b、放电电阻r2a、放电电阻r2b、电阻rl以及四只相同的整流二极管d1～d 4，所述电感线圈l1、电感线圈l2的输入端分别与交流市电连接，所述放电电阻r1a、放
电电阻r1b分别并联在所述电感线圈l1、电感线圈l2上，所述电容c1与所述电感线圈l1、电感线圈l2串联，放电电阻r2a、放电电阻r2b串联后与所述电容c1并联，所述电容c2与所述放电电阻r2a、放电电阻r2b并联，所述励磁线圈lf1的输入端分别与所述电感线圈l1、电感线圈l2的输出端连接，所述电容c3、电容c4串联后与所述励磁线圈lf1并联，所述四只相同的整流二极管d1～d 4首尾相连接成电桥形式，所述励磁线圈lf1的两个输出端分别与整流二极管d3以及整流二极管d4的输入端连接，所述电阻rl与整流二极管d1～d 4并联，所述整流二极管d3以及整流二极管d4的输出端与两路输出flyback电路的输入端连接。8.根据权利要求1所述的低交叉调整率的两路输出电源，其特征在于，所述取样比例调整电路中的控制芯片采用的是eg2104芯片。9.根据权利要求8所述的低交叉调整率的两路输出电源，其特征在于，所述控制电路采用的芯片为ld5535芯片。10.根据权利要求9所述的低交叉调整率的两路输出电源，其特征在于，还包括辅助电源电路，所述辅助电源电路分别输出供电电压至ld5535芯片和eg2104芯片。

技术总结

本实用新型公开了一种低交叉调整率的两路输出电源，包括输入滤波整流电路、两路输出Flyback电路、取样比例调整电路和控制电路，其中：所述输入滤波整流电路的输入端输入交流市电，输出端输出整流得到的直流电压至两路输出Flyback电路；所述两路输出Flyback电路将所述直流电压作为输入，输出降压后得到两路输出电压Vo1和Vo2至取样比例调整电路；所述取样比例调整电路包括运算放大器U1A和比较器，所述比较器输出反馈信号至控制电路；所述控制电路根据所述反馈信号输出控制信号至两路输出Flyback电路，动态调整两路输出电压的取样比例，本实用新型根据输出电流的大小动态调整两路输出的取样比例，从而达到降低交叉调整率的目的。目的。目的。

技术研发人员：

赵君 毛鹏 王艳杰 许鑫

受保护的技术使用者：

南京信息工程大学

技术研发日：

2022.11.02

技术公布日：

2023/2/20