[发明专利]一种开关电源隔离远采电路及其设计方法

说明书

本发明实施例提供一种开关电源隔离远采电路及其设计方法，包括：依次相连的电源PID电路、隔离电路、整定电路；所述整定电路包括：依次串联的电阻R4、电阻R5、电阻R6，电阻R7，电阻R8和电阻R9分别与电阻R7并联；电阻R6和电阻R7的连接点处连接电阻R11；负载的输出正端与整定电路的正端相连，负载的输出负端与整定电路的负端相连。本发明设计开关电源远采电路能够使得隔离放大器的输入电压VP相对V.S‑的电压值为：VP＝VIN*(R7//R8//R9)/(R4+R5+R6+R7//R8//R9)，VP的电压值与开关电源输出导线上的电压降无关，采样端采样电压经过信号整定电路后的电压值均可以真实的反应负载的输出电压变化，可以不失真的采集到负载端电压，电源的动态特性能得到提升。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种开关电源隔离远采电路及其设计方法。

背景技术

在某些应用场合，开关电源与用电设备之间距离较远，导线长度较长，导线电阻R_导线较大，负载工作电流较大时会在电源与负载之间的导线上产生比较大的电压压降，导致负载端的供电电压下降太多不能满足工作需求，此时，需要抬高开关电源的输出电压才可以满足负载端的供电需求，不过负载工作电流变小后，负载端的输入电压变高有可能影响负载工作，这种情况下就需要使用开关电源的远采功能：实时根据输出电流变化调整电源的输出电压确保负载的输出电压稳定。开关电源的远采端采样功能是开关电源的一个基本功能，现有技术是通过采样负载端的电压值，经过分压后将电压信号传递至PID控制电路，从而控制开关电源抬升本地输出电压，补偿正负输出母线上的线路压降，如图1所示。这种技术很难应对在电源远采状态下发生负载突变产生的电压波动。该技术方案的理论最大补偿电压可以达到差分放大电路的供电电压。

参见图2是本发明最接近的开关电源远采电路，V.S+为采样输入正，V.S-为采样输入负；R1、R2、L1、L2为输出正、负线的等效电阻和电感，GND为电源控制地、V+为电源控制电路供电正、该电路工作时“输出-”与控制地“GND”需要短接。该电路工作方式：开关电源通过远采线采样负载端电压，电压进行分压后形成电压VP，VP电压信号进入差分放大电路后生成与GND共地的单端电压信号Vo.PID，开关电源PID调节环路根据电压信号Vo.PID进行调节从而调整开关电源的输出电压。该电路在“超长距离(100米以上)且补偿电压超过20V以上的远采”的工况下工作时，输出负载线R1、R2上的压降均超过10V，此时，VP相对于控制地(GND)的电压值为VP＝R2*Io+Vo*R4/(R3+R4)，此时VP信号电压幅值已经远超差分放大电路的供电电压V+(12V)，差分放大电路已经不能正常工作，开关电源的远超功能失效。

该技术方案的理论最大补偿电压可以达到差分放大电路的供电电压(V+)-0.7V，实际使用远端补偿电压通常不超过5V。该电路的动态特性较差：当负载电流Io由满载到空载切换时，由于输出线缆长度等效电感的存在，对于100米电缆输出，电缆的等效电感量理论值已经大于0.1uH，负载切换时会在负载端产生很高的电压尖峰，此电压尖峰及其谐波会通过采样线传导到差分放大电路，进而影响电源的正常工作。当电源输出线长达几百米时电源输出线的等效电感已经很大，当负载电流出现大动态时，电感会产生很大电压尖峰，此电压尖峰可以通过远采线传导到控制地GND，从而影响电源的正常工作和动态特性。此外无论输出线、采样线长线引出后都会引入不同频段的干扰信号，同样会影响电源的正常工作。已有方案仅适用于采样距离短，且线路补偿电压较小时。一旦采样线长度变长或者补偿电压变高会引入很高的共模电压干扰导致PID控制环路工作异常。

发明内容

为了能够实现长距离的线路补偿，本发明提供一种开关电源隔离远采电路，该电路方案对采样信号分压后的反馈电压先进行隔离处理，再传送给PID控制环路，能够有效降低采样线变长、补偿电压变大后产生的共模电压以及干扰信号对控制环路的影响，可以不失真的采集到负载端电压，并进行补偿，电源的动态特性能得到提升。补偿电压可以提高到输出电压的30％，提高了远采工况下电源的动态特性。其具体技术方案如下：