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申请/专利权人：江苏特智智能装备股份有限公司

摘要：一种输出纹波抑制电路拓扑结构及其控制方法，涉及电力电子变换技术领域。包括电源电路以及连接在电源电路输出端的输出电路，其特征在于：所述开关电源还包括滤波器、第一控制环路、第二控制环路，所述滤波器连接在电源电路与输出电路之间，所述第一控制环路的输入端与输出电路连接、输出端与滤波器连接，第一控制环路用于采集输出电路的电压、并与设定值进行比较，得到的误差值作为基准来控制滤波器的稳定值；用于采集滤波器两端的电压做为基准，并与设定值进行比较控制电源电路的输出电压。本发明通过对开关电源的输出增加一级滤波电路，并对滤波电路件进行均流，通过两级控制环路，实现对输出电压的稳定控制和纹波的抑制。

主权项：1.一种输出纹波抑制电路拓扑结构的控制方法，包括电源电路以及连接在电源电路输出端的输出电路，其特征在于：开关电源还包括滤波器、第一控制环路、第二控制环路，所述滤波器连接在电源电路与输出电路之间，所述第一控制环路的输入端与输出电路连接、输出端与滤波器连接，第一控制环路用于采集输出电路的电压、并与设定值进行比较，得到的误差值作为基准来控制滤波器的稳定值；用于采集滤波器两端的电压做为基准，并与设定值进行比较控制电源电路的输出电压；所述电源电路包括变压器T，变压器T的输入端连接有全桥电路，变压器T的输出端连接有整流桥，整流桥的输出端连接有滤波电路；所述全桥电路由四个MOS管或IGBT模块连接组成，所述整流桥由四个二极管连接组成，所述滤波电路包括电感L和电容C，电感L的一端与在整流桥输出端的正极连接，电感L的另一端连接电容C的正极端，电容C的负极端连接整流桥输出端的负极；所述滤波器包括驱动用三极管Q以及两个输出功率用三极管Q1、Q2，驱动用三极管Q、输出功率用三极管Q1、Q2的集电极c相互并接、并标记为A点，A点与电容C的正极端连接，驱动用三极管Q1的发射极e串接有电阻R10，三极管Q2的发射极e串接有电阻R11，电阻R10、R11的另一端相互并接、并标记为B点，所述驱动用三极管Q的集电极c与A点连接，驱动用三极管Q的发射极e分别与输出功率用三极管Q1、Q2的基极b连接；所述第二控制环路包括霍尔电压传感器、模数转换器、MCU控制器、占空比调节电路、驱动电路，所述霍尔电压传感器的信号采集端连接滤波器的A点和B点，霍尔电压传感器的信号输出端通过模数转换器连接MCU控制器，MCU控制器的输出端连接有占空比调节电路，占空比调节电路的输出端通过驱动电路连接全桥电路的四个MOS管或IGBT模块的控制端；所述输出电路包括负载R，负载R的一端连接滤波器的B点、另一端连接电容C的负极、并标记为G点，G点接地；工作时，第一控制环路首先对滤波器的B点的电压UB进行采样，第一控制环路为积分控制电路，当输出电压UB降低时候，驱动用三极管Q的基极b电位下降，驱动用三极管Q的基极b电流下降，输出功率用三极管Q1、Q2的基极b电流下降，由于电阻R7的存在，使得驱动用三极管Q、输出功率用三极管Q1、Q2处于放大工作区，则输出功率用三极管Q1、Q2两端电压UAB下降；电源电路的控制采样为UAB，当UAB下降，则会进入第二控制环路，第二控制环路通过霍尔电压传感器对UAB电压隔离采样，将采样信号送至模数转换器，将模拟信号转换为数字信号，得到数字信号送至MCU控制器，MCU控制器进行运算得到占空比信号再通过占空比调节电路控制占空比上调，提高电源电路的输出电压，因为滤波器的A点与输出电路的G点之间的电压UAG=UB+UAB，输出功率用三极管Q1、Q2两端电压UAB下降，则输出电压UB上升，维持输出电压在目标值。

全文数据：一种输出纹波抑制电路拓扑结构的开关电源技术领域本发明涉及电力电子变换技术领域，具体为一种输出纹波抑制电路拓扑结构的开关电源。背景技术目前开关电源以其体积小，效率高在各种工业领域得到广泛的应用，但在一些高精度高精密应用场合，开关电源的输出纹波较高使其应用得到限制，常规的工频线性整流电源纹波低，但设备体积大效率低不具备开关电源的优点，所以需要一种低输出纹波的开关电源来弥补其应用。发明内容本发明的目的是提供一种输出纹波抑制电路拓扑结构的开关电源，通过对开关电源的输出增加一级滤波拓扑，在原有传统的LC滤波的基础上对开关电源的输出进行了二次滤波，降低输出纹波，并通过两级控制实现了对电源的精准稳压滤波控制。实现上述目的的技术方案是：一种输出纹波抑制电路拓扑结构的开关电源，包括电源电路以及连接在电源电路输出端的输出电路，其特征在于：所述开关电源还包括滤波器、第一控制环路、第二控制环路，所述滤波器连接在电源电路与输出电路之间，所述第一控制环路的输入端与输出电路连接、输出端与滤波器连接，第一控制环路用于采集输出电路的电压、并与设定值进行比较，得到的误差值作为基准来控制滤波器的稳定值；用于采集滤波器两端的电压做为基准，并与设定值进行比较控制电源电路的输出电压。进一步地，所述电源电路包括变压器T，变压器T的输入端连接有全桥电路，变压器T的输出端连接有整流桥，整流桥的输出端连接有滤波电路。进一步地，所述全桥电路由四个MOS管或IGBT模块连接组成，所述整流桥由四个二极管连接组成，所述滤波电路包括电感L和电容C，电感L的一端与在整流桥输出端的正极连接，电感L的另一端连接电容C的正极端，电容C的负极端连接整流桥输出端的负极。进一步地，所述滤波器包括驱动用三极管Q以及多个输出功率用三级管Q1...Qn，驱动用三级管Q以及输出功率用三级管Q1...Qn的集电极c相互并接、并标记为A点，A点与电容C的正极端连接，输出功率用三级管Q1...Qn的发射极e分别串接有电阻R10，电阻R10的另一端相互并接、并标记为B点，所述驱动用三极管Q的集电极c与A点连接，驱动用三级管Q的发射极e分别与输出功率用三极管Q1...Qn的基极b连接。进一步地，所述输出电路包括负载R，负载R的一端连接滤波器的B点、另一端连接电容C的负极、并标记为G点，G点接地。进一步地，所述三极管Q2的发射极e串接的电阻R阻值相等。进一步地，所述第一控制环路包括电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、电容C1、C2、运算放大器U1、二极管D10，所述R1的一端连接滤波器的B点，R1的另一端连接电阻R2，电阻R2的另一端接地，电阻R4的一端连接在电阻R1和R2之间、另一端连接运算放大器U1B的反相输入端，所述运算放大器U1B的反相输入端还连接有电阻R3，电阻R3的另一端用于输入基准电压，电阻R5的一端连接连接运算放大器U1B的同相输入端、另一端接地，电容C1并联在运算放大器U1B的反相输入端和输出端之间；运算放大器U1B的输出端连接二极管D10的负极，二极管D10的正极连接电阻R7，电阻R7的另一端连接滤波器的驱动用三极管Q的基极b，所述电阻R6的一端连接12V的直流电源、另一端连接二极管D10的正极，电容C2的一端连接二级管D10的正极、另一端接地。进一步地，所述第二控制环路包括霍尔电压传感器、模数转换器、MCU控制器、占空比调节电路、驱动电路，所述霍尔电压传感器的信号采集端连接滤波器的A点和B点，霍尔电压传感器的信号输出端通过模数转换器连接MCU控制器，MCU控制器的输出端连接有占空比调节电路，占空比调节电路的输出端通过驱动电路连接全桥电路的四个MOS管或IGBT模块的控制端。本发明的有益效果：本发明通过对开关电源的输出增加一级滤波电路，并对滤波电路件进行均流，通过两级控制环路，实现对输出电压的稳定控制和纹波的抑制。本发明的三极管Q2的发射极e串接的电阻R阻值相等，实现了三极管Q2的均流和均压。附图说明图1为本发明的原理框图；图2为本发明的电路图。具体实施方式如图1、2所述，本发明包括电源电路1、滤波器2、输出电路3、第一控制环路4、第二控制环路5，滤波器1连接在电源电路1与输出电路3之间。电源电路1包括变压器T，变压器T的输入端连接有全桥电路6，全桥电路6的输入端连接输入电源Uin，变压器T的输出端连接有整流桥7，整流桥7的输出端连接有滤波电路8。全桥电路6包括第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3及第四开关S4，第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3及第四开关S4可以采用MOS管或IGBT模块，输入电源Uin的正极与第一开关S1的一端和第三开关S3的一端均相连,第一开关S1的另一端与第二开关S2的一端相连，第三开关S3的另一端与第四开关S4的一端均相连，第二开关S2的另一端和第四开关S4的另一端均与输入电源Uin的负极连接；整流桥7包括电容D1、D2、D3、D4，电容D1、D3的负极端相连，电容D1的正极端连接电容D2，电容D3的正极端连接电容D4，电容D2、电容D4正极端相互连接；滤波电路8包括电感L和电容C，电感L的一端与在整流桥输出端的正极连接，电感L的另一端连接电容C的正极端，电容C的负极端连接整流桥7输出端的负极。变压器T一次绕组的一端连接在第一开关S1、第二开关S2之间、另一端连接在第三开关S3及第四开关S4之间，变压器T二次绕组的一端连接在电容D1、D2之间、另一端连接在电容D3、D4之间。滤波器2包括驱动用三极管Q以及多个输出功率用三级管Q1...Qn，本实施例设置有两个分别为Q1、Q2,驱动用三极管Q、输出功率用三级管Q1...Qn的集电极c相互并接、并标记为A点，A点与电容C的正极端连接，驱动用三极管Q1的发射极e串接有电阻R10，三极管Q2的发射极e串接有电阻R11，电阻R10、R11的另一端相互并接、并标记为B点，所述驱动用三极管Q的集电极c与A点连接，驱动用三级管Q的发射极e分别与输出功率用三极管Q1、Q2的基极b连接。输出电路3包括负载R，负载R的一端连接滤波器的B点、另一端连接电容C的负极、并标记为G点，G点接地。第一控制环路4包括电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、电容C1、C2、运算放大器U1、二极管D10，R1的一端连接滤波器的B点，R1的另一端连接电阻R2，电阻R2的另一端接地，电阻R4的一端连接在电阻R1和R2之间、另一端连接运算放大器U1B的反相输入端，所述运算放大器U1B的反相输入端还连接有电阻R3，电阻R3的另一端用于输入基准电压，电阻R5的一端连接运算放大器U1B的同相输入端、另一端接地，电容C1并联在运算放大器U1B的反相输入端和输出端之间；运算放大器U1B的输出端连接二极管D10的负极，二极管D10的正极连接电阻R7，电阻R7的另一端连接滤波器的驱动用三极管Q的基极b，所述电阻R6的一端连接12V的直流电源、另一端连接二极管D10的正极，电容C2的一端连接二级管D10的正极、另一端接地。第二控制环路5包括霍尔电压传感器5.1、模数转换器5.2、MCU控制器5.3、占空比调节电路5.4、用于驱动第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3及第四开关S4的驱动电路5.5，霍尔电压传感器5.1的信号采集端连接滤波器2的A点和B点，霍尔电压传感器5.1的信号输出端通过模数转换器5.2连接MCU控制器5.3，MCU控制器5.3的输出端连接有占空比调节电路5.4，占空比调节电路5.4的输出端通过驱动电路连接全桥电路6的四个MOS管或IGBT模块的控制端。本发明的工作原理：第一控制环路4首先对滤波器2的B点的电压UB进行采样，第一控制环路4为积分控制电路，当输出电压UB降低时候，驱动用三极管Q的基极b电位下降，三极管Q的基极b电流下降，输出功率用三极管Q1、Q2的基极b电流下降，由于电阻R7的存在，使得驱动用三极管Q、输出功率用三极管Q1、Q2处于放大工作区，则输出功率用三极管Q1、Q2两端电压（计为UAB）下降。电源电路1的控制采样为UAB，当UAB下降，则会进入第二控制环路5，第二控制环路5通过霍尔电压传感器5.1对UAB电压隔离采样，将采样信号送至模数转换器5.2，将模拟信号转换为数字信号，得到数字信号送至MCU控制器5.3，MCU控制器5.3采用型号为TMS320F28335的芯片，MCU控制器5.3进行运算得到占空比信号再通过占空比调节电路5.4控制占空比上调，提高电源电路1的输出电压，因为滤波器2的A点与输出电路3的G点之间的电压（计为UAG）UAG=UB+UAB，输出功率用三极管Q1、Q2两端电压UAB下降，则输出电压UB上升，维持输出电压在目标值。当输出电压UB上升时候，其分析亦然，第一控制环路4与第二控制环路5实现了电路的两级稳定控制。如果没有滤波器2，则滤波器2的B点电压波形与A点的电压波形是一致的，只能通滤波电路8进行一次滤波，增加滤波器2，通过第一控制环路4对输出电压UB波形进行采用，得到驱动用三极管Q基极b的控制电压，电容C2对驱动用三极管Q的基极b的电压进行滤波，此时输出功率用三级管Q1、Q2的基极b电压跟随驱动用三极管Q的基极b的电压波形，输出功率用三级管Q1、Q2基极b的电压波形决定了滤波器2的B点电压波形，B点电压波形也是输出波形，对输出电压进行了二次滤波。电阻R10和R11设定为两个阻值相同的电阻，因为Q1与R10串联，Q2与R11串联，其串联后两端的电压相等，即为UAB，又因为输出功率用三级管Q1、Q2的基极b的电压相等，则流过电阻R10，R11的电流是相等的，则输出功率用三级管Q1、Q2两端的电压是相等的，电阻R10，R11的存在保证了输出功率用三级管Q1、Q2的两端电压相等和电流相等。电阻R7与驱动用三极管Q串联对驱动用三极管Q的基极电流进行放大，驱动用三极管Q发射极与输出功率用三级管Q1、Q2的基极相连，提供足够的电流确保输出功率用三级管Q1与Q2处于放大区。输出功率用三级管Q1、Q2与电阻R11、R12分别串联后并联，提供更大电流，本发明采用输出功率用三级管并联的个数不定，根据输出电流情况增加并联个数。

权利要求：1.一种输出纹波抑制电路拓扑结构的开关电源，包括电源电路以及连接在电源电路输出端的输出电路，其特征在于：所述开关电源还包括滤波器、第一控制环路、第二控制环路，所述滤波器连接在电源电路与输出电路之间，所述第一控制环路的输入端与输出电路连接、输出端与滤波器连接，第一控制环路用于采集输出电路的电压、并与设定值进行比较，得到的误差值作为基准来控制滤波器的稳定值；用于采集滤波器两端的电压做为基准，并与设定值进行比较控制电源电路的输出电压。2.根据权利要求1所述的一种输出纹波抑制电路拓扑结构的开关电源，其特征在于：所述电源电路包括变压器T，变压器T的输入端连接有全桥电路，变压器T的输出端连接有整流桥，整流桥的输出端连接有滤波电路。3.根据权利要求2所述的一种输出纹波抑制电路拓扑结构的开关电源，其特征在于：所述全桥电路由四个MOS管或IGBT模块连接组成，所述整流桥由四个二极管连接组成，所述滤波电路包括电感L和电容C，电感L的一端与在整流桥输出端的正极连接，电感L的另一端连接电容C的正极端，电容C的负极端连接整流桥输出端的负极。4.根据权利要求3所述的一种输出纹波抑制电路拓扑结构的开关电源，其特征在于：所述滤波器包括驱动用三极管Q以及多个输出功率用三级管Q1...Qn，驱动用三级管Q以及输出功率用三级管Q1...Qn的集电极c相互并接、并标记为A点，A点与电容C的正极端连接，输出功率用三级管Q1...Qn的发射极e分别串接有电阻R10，电阻R10的另一端相互并接、并标记为B点，所述驱动用三极管Q的集电极c与A点连接，驱动用三级管Q的发射极e分别与输出功率用三极管Q1...Qn的基极b连接。5.根据权利要求4所述的一种输出纹波抑制电路拓扑结构的开关电源，其特征在于：所述输出电路包括负载R，负载R的一端连接滤波器的B点、另一端连接电容C的负极、并标记为G点，G点接地。6.根据权利要求4所述的一种输出纹波抑制电路拓扑结构的开关电源，其特征在于：所述三极管Q2的发射极e串接的电阻R阻值相等。7.根据权利要求4所述的一种输出纹波抑制电路拓扑结构的开关电源，其特征在于：所述第一控制环路包括电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、电容C1、C2、运算放大器U1、二极管D10，所述R1的一端连接滤波器的B点，R1的另一端连接电阻R2，电阻R2的另一端接地，电阻R4的一端连接在电阻R1和R2之间、另一端连接运算放大器U1B的反相输入端，所述运算放大器U1B的反相输入端还连接有电阻R3，电阻R3的另一端用于输入基准电压，电阻R5的一端连接连接运算放大器U1B的同相输入端、另一端接地，电容C1并联在运算放大器U1B的反相输入端和输出端之间；运算放大器U1B的输出端连接二极管D10的负极，二极管D10的正极连接电阻R7，电阻R7的另一端连接滤波器的驱动用三极管Q的基极b，所述电阻R6的一端连接12V的直流电源、另一端连接二极管D10的正极，电容C2的一端连接二级管D10的正极、另一端接地。8.根据权利要求4所述的一种输出纹波抑制电路拓扑结构的开关电源，其特征在于：所述第二控制环路包括霍尔电压传感器、模数转换器、MCU控制器、占空比调节电路、驱动电路，所述霍尔电压传感器的信号采集端连接滤波器的A点和B点，霍尔电压传感器的信号输出端通过模数转换器连接MCU控制器，MCU控制器的输出端连接有占空比调节电路，占空比调节电路的输出端通过驱动电路连接全桥电路的四个MOS管或IGBT模块的控制端。

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