[发明专利]带有纹波采集电路的开关电源装置及其抑制输出纹波方法

说明书

技术领域

本发明涉及开关电源领域，尤其涉及一种减小电源输出纹波小的开关电源。

背景技术

开关电源因其能体积小、效率高、功率密度大等特点，广泛应用于航天、航空、船舶、工业控制等领域。其工作原理是控制电路通过输出电压的反馈与基准电压作比较，通过比较结果对开关器件导通/关闭时间的控制，从而达到输出电压稳定。

因开关电源的基本原理，其输出电流包含有电流纹波，通过所加的输出电容，电容中包含一定量的等效串联电阻(ESR(Equivalent Series Resistance)),可将电流纹波，转换为输出电压纹波，因此，一定量的等效串联电阻，对传统开关电源是必不可少的，与现在数字领域要求纹波电压越来越小相冲突。

因此，本发明提供了一种减小开关电源输出纹波大小的电路，在不改变开关电源的稳定型的基础上，可减小开关电源输出电压纹波电压，或在输出纹波一定的前提下，缩小输出电容的大小，减小开关电源体积的一种电路。

发明内容

本发明在原电压反馈开关电源的基础上增加一条反馈回路，通过两条反馈的结果相叠加后与基准电压进行比较，来控制开关器件的导通时间或开关周，可用于解决在原开关电源纹波的基础上进一步减小输出电压纹波或要求原开关电源输出电压纹波一定的情况下，进一步减小输出电容的大小，从而缩小输出电容的体积，达到减小输出开关电源尺寸的目的。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：带有纹波采集电路的开关电源装置，包括开关电源以及与其连接的纹波采集电路；

开关电源，用于DC/DC直流电压转换，将输出带有纹波的直流电压信号输入至纹波采集电路，并将纹波采集电路的输出电压进行处理，使开关电源输出的纹波电压比无纹波采集电路连接时输出的纹波电压小，或者在纹波大小设定的前提下使用的输出电容比无纹波采集电路连接时的输出电容小；

纹波采集电路，用于将开关电源输出直流电压信号中的纹波提取出来，输至开关电源的电压反馈端，与开关电源的电压反馈电路一起影响开关电源的纹波或输出电容大小。

所述纹波采集电路包括电压跟随器以及与其连接的直流偏置电路；电压跟随器的正向输入端通过电容C2与开关电源的输出端Vout连接，还通过直流偏置电路与外部电源连接；电压跟随器的反向输入端与电压跟随器的输出端连接；电压跟随器的输出端通过电容C4与开关电源的电压反馈端Pb连接；

所述直流偏置电路包括电阻R2和电阻R3；电压跟随器的正向输入端通过R2与外部电源连接、还通过R3接地。

所述开关电源的输出端Vout与电容C2之间连有限流电阻R1。

所述电压跟随器的正向输入端通过电阻R4与电阻R2连接。

所述电阻R3并联有滤波电容C3。

所述电压跟随器的输出端与反向输入端的结点与电容C4之间连有电阻R5。

所述开关电源为BUCK降压型开关电源或者具有电压反馈的DC/DC电源模块。

带有纹波采集电路的开关电源装置抑制输出纹波方法，包括以下步骤：

开关电源输出带有纹波的直流电压信号至纹波采集电路，并反馈至开关电源内部的第1电压比较器；

纹波采集电路将开关电源输出端的纹波电压进行采集，滤除开关电源输出的直流电压部分，然后将采集后的纹波电压与纹波采集电路内部的直流偏置电压进行叠加，通过电压跟随器，然后对直流偏置部分进行滤除，得到非直流的纹波反馈电压；

开关电源电压反馈端Fb采集的电压反馈和纹波采集电路输出的纹波电压叠加后，经开关电源的第1电压比较器将叠加的电压与基准电压进行比较；比较结果经第2电压比较器与三角波进行比较，输出与三角波相同频率的PWM信号波形；PWM信号波形通过驱动器驱动开关器件的导通与关断，抑制输出纹波电压。

所述纹波采集电路执行以下步骤：

当开关电源的输出端Vout产生纹波或突变时，通过电阻R1对电容C2进行从放电，电容C2与电阻R4相连的部分产生电压变化，从而叠加到由电阻R2、R3分压后产生的直流偏压；

该直流偏压经电压跟随器后，电压跟随器的输出电压跟随电压跟随器正相输入端电压，电压跟随器的输出电压经电阻R5对电容C4进行充放电，C4去除直流电压得到纹波反馈电压，并反馈到开关电源第1电压比较器的输入端。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.本发明在不改变原电源模块设计的前提下，可减小电源模块输出纹波的大小。

2.本发明在要求相同输出纹波大小的前提下，可减小原电源模块输出电容的大小。