一种隔离式双路输出DC-DC电源及工控设备

技术领域

本发明涉及DC-DC电源领域，尤其涉及一种隔离式双路输出DC-DC电源及工控设备。

背景技术

在给工控设备供电时，为了避免工控设备的电源发生相互串扰，以及满足安全性能要求，现有的工控设备供电电源一般都会使用到隔离电源，隔离式DC-DC电源便是一种常见的工控设备供电电源。

隔离式DC-DC电源，又称之为隔离直流转直流变换器，具有简单的电路结构，而且能够隔离电压的输出，避免输出的电压发生串扰，适合于作为小功率的供电电源以及各种直流电源适配器。

现有的隔离式DC-DC电源主要包括输入滤波电容、使能分压电阻、DC-DC主电路、输出滤波电容、电压反馈电阻以及隔离整流电路。在需要向外界输出电压时，现有隔离式DC-DC电源的隔离整流电路出现短路时，DC-DC主电路无法正常工作，而且隔离后的两个输出电压也会因DC-DC主电路负载变化受到影响，容易隔离后的该两个输出电压也容易产生相互串扰。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术提供一种隔离式双路输出DC-DC电源。该隔离式双路输出DC-DC电源可以有效地避免隔离后的两个输出电压发生相互串扰的情况，提高隔离式双路输出DC-DC电源的输出电压的稳定性。

本发明所要解决的第二个技术问题是针对上述现有技术提供一种应用有上述隔离式双路输出DC-DC电源的工控设备。

本发明解决第一个技术问题所采用的技术方案为：一种隔离式双路输出DC-DC电源，包括：

输入滤波电容，具有第一输入电容和第二输入电容；

使能分压电阻，具有第一电阻和第二电阻，第一电阻的第一端分别连接第一输入电容的第一端和第二输入电容的第一端，第一电阻的第二端连接第二电阻的第一端，第一输入电容的第二端、第二输入电容的第二端以及第二电阻的第二端分别连接接地端；

DC-DC主电路，具有芯片、第三电阻、第三电容和第一电感，芯片的连接第二电阻的第一端，第三电阻的第一端分别连接芯片和第一电感的输入侧，第三电阻的第二端连接第三电容的第一端，第三电容的第二端连接芯片；

输出滤波电容，具有第四电容和第五电容，第四电容的第一端和第五电容的第一端分别连接接地端；

电压反馈电阻，具有第四电阻和第五电阻，第四电阻的第一端分别连接芯片和第五电阻的第一端，第五电阻的第二端连接接地端，第四电阻的第二端分别连接第四电容的第二端和第五电容的第二端；

以及，隔离整流电路，具有整流二极管、第六电阻、第六电容和第七电容，整流二极管的正极连接第一电感的输出侧，整流二极管的负极分别连接第六电容的第一端、第七电容的第一端以及第六电阻的第一端，第六电容的第二端、第七电容的第二端以及第六电阻的第二端分别连接接地端；

其特征在于，还包括去耦合器件，该去耦合器件与DC-DC主电路中的第一电感连接。

作为耦合器件在隔离式双路输出DC-DC电源中的一种设置方式，改进地，在所述隔离式双路输出DC-DC电源中，所述去耦合器件连接第一电感的输入侧，且该去耦合器件的另一端分别连接第四电容的第二端和第五电容的第二端。

作为耦合器件在隔离式双路输出DC-DC电源中的另外一种设置方式，改进地，在所述隔离式双路输出DC-DC电源中，所述去耦合器件连接第一电感的输出侧，且该去耦合器件的另一端连接整流二极管的正极。

进一步地，在所述隔离式双路输出DC-DC电源中，所述去耦合器件为感性器件。例如，此处的所述电感为贴片电感或绕线电感或工字电感。

当然，根据实际的需要，在所述隔离式双路输出DC-DC电源中，所述去耦合器件还可以采用阻性器件。

本发明解决第二个技术问题所采用的技术方案为：工控设备，其特征在于，应用任一项所述的隔离式双路输出DC-DC电源进行供电。

与现有技术相比，本发明的优点在于：该发明通过在现有隔离式双路输出DC-DC电源电路基础上增加去耦合器件，并且将该去耦合器件与DC-DC主电路中起到变压器效果的第一电感连接，从而在DC-DC主电路中的第一电感因其输出的一路隔离回路电压重载或短路呈现漏感时，利用该去耦合器件补充一定量级的漏感，确保该DC-DC电源电路所输出的电压稳定，避免DC-DC电源的两路输出电压发生相互串扰的情况。

附图说明

图1为本发明实施例一中的隔离式双路输出DC-DC电源的电路示意图；

图2为本发明实施例二中的隔离式双路输出DC-DC电源的电路示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例一

如图1所示，本实施例提供的隔离式双路输出DC-DC电源，包括输入滤波电容、使能分压电阻、DC-DC主电路、输出滤波电容、电压反馈电阻、隔离整流电路和去耦合器件。其中：

输入滤波电容，具有第一输入电容C1和第二输入电容C2，第一输入电容C1和第二输入电容C2所形成的输入滤波电容用于提供该DC-DC电源工作时输入瞬间大电流及旁路隔离DC-DC电源工作时产生的高频噪声；

使能分压电阻，具有第一电阻R1和第二电阻R2，第一电阻R1的第一端分别连接第一输入电容C1的第一端和第二输入电容C2的第一端，第一电阻R1的第二端连接第二电阻R2的第一端，第一输入电容C1的第二端、第二输入电容C2的第二端以及第二电阻R2的第二端分别连接接地端GND；第一电阻R1和第二电阻R2一起形成使能分压电阻，用于设置该DC-DC电源输入电压工作阀值，当输入电压达到一定电压值时，该DC-DC电源开始工作；

DC-DC主电路，具有芯片N1、第三电阻R3、第三电容C3和第一电感L1，芯片N1的连接第二电阻R2的第一端，第三电阻R3的第一端分别连接芯片N1和第一电感L1的输入侧，第三电阻R3的第二端连接第三电容C3的第一端，第三电容C3的第二端连接芯片N1；其中，此处的第一电感L1实际上就是一个变压器；由芯片N1、第三电阻R3、第三电容C3和第一电感L1组成隔离式双路输出DC-DC电源电路的核心部分，芯片N1提供高频调制脉宽信号驱动第一电感L1，通过第一电感L1存储释放能量，第一电感L1提供两路输出电压，这两路输出电压分别是主回路电压M_5V和隔离回路电压F_5V；

输出滤波电容，具有第四电容C4和第五电容C5，第四电容C4的第一端和第五电容C5的第一端分别连接接地端GND；第四电容C4和第五电容C5组成输出滤波电容，用于滤除输出电压纹波，为后端提供稳定且纹波小的直流电压；

电压反馈电阻，具有第四电阻R4和第五电阻R5，第四电阻R4的第一端分别连接芯片N1和第五电阻R5的第一端，第五电阻R5的第二端连接接地端GND，第四电阻R4的第二端分别连接第四电容C4的第二端和第五电容C5的第二端；第四电阻R4和第五电阻R5一起形成电压反馈电阻，将其输出电压信号完成采样，将采样信号反馈至芯片N1，用于调节芯片N1的工作状态，稳定输出设定电压，通过调整电阻比例达到输出电压可调效果；

隔离整流电路，具有整流二极管VD1、第六电阻R6、第六电容C6和第七电容C7，整流二极管VD1的正极连接第一电感L1的输出侧，整流二极管VD1的负极分别连接第六电容C6的第一端、第七电容C7的第一端以及第六电阻R6的第一端，第六电容C6的第二端、第七电容C7的第二端以及第六电阻R6的第二端分别连接接地端F_GND；整流二极管VD1、第六电阻R6、第六电容C6和第七电容C7一起组成次级整流输出电路，该隔离整流电路将第一电感L1存储的能量转换为隔离直流电压输出，供给隔离负载使用；

去耦合器件连接第一电感L1的输入侧，且该去耦合器件的另一端分别连接第四电容C4的第二端和第五电容C5的第二端。在该实施例中，此处的去耦合器件采用电感L2，此处的电感L2可以根据需要选用贴片电感或绕线电感或工字电感。

在该实施例的隔离式双路输出DC-DC电源工作时，通过使用起到隔离作用的第一电感L1储存及转换能量，当隔离回路电压F_5V重载或短路时，第一电感L1的引脚2和引脚3的副边感量减小或呈现短路状态，此时在第一电感L1的引脚1～引脚4原边测试电感即为漏感，漏感的感量处于一个低值水平，DC-DC主电路的芯片N1工作时，电感量即为第一电感L1的低漏感，峰值电流偏大。此时，作为去耦合器件的电感L2会额外补充一定量级的漏感，即便第一电感L1的引脚2和引脚3副边短路时，芯片N1工作时的电感量为第一电感L1的低漏感和电感L2的电感量之和，工作条件下的感量值有所增加，因此避免了电感的峰值电流急剧上升的问题。

在该隔离式双路输出DC-DC电源中，通过使用第一电感L1储存及转换能量，主回路电压M_5V是反馈回路，因此第一电感L1中存储及转换能量的大小完全取决于该反馈回路。当DC-DC主电路电压M_5V重载时，芯片N1的脉宽调大，第一电感L1中存储及转换能量变多，因此隔离回路电压F_5V也随着升高。当主回路电压M_5V轻载时，芯片N1的脉宽调小，第一电感L1中存储及转换能量变少，因此隔离回路电压F_5V也随着降低。此时，电感L2作用是削弱第一电感L1的能量存储及释放。当主回路电压M_5V重载时，芯片N1的脉宽调大，由于电感L2增加了第一电感L1的漏感情况，第一电感L1耦合到隔离回路的能量将变少，因此隔离回路电压F_5V升高情况不再明显。反之亦然。因此，通过设置此处的该去耦合器件(即电感L2)削弱了主回路电压M_5V和隔离回路电压F_5V之间相互串扰的情况。

具体地，实现避免两路输出电压之间的相互串扰详细过程描述如下：

当非隔离输出回路M_5V出现重载状态时，反馈电压检测M_5V，此时DCDC增加占空比以满足重载功率需求，此时耦合变压器L1电流上升。隔离输出回路F_5V耦合在同一个耦合变压器L1上，但隔离输出回路F_5V负载较轻，隔离输出回路F_5V电压将飘高。优化电路增加第一电感L2与耦合变压器L1串联，意味着额外增加耦合变压器L1漏感，降低隔离输出回路F_5V与非隔离输出回路M_5V耦合程度，因此隔离输出回路F_5V不再飘高。

当隔离输出回路F_5V出现短路状态时，耦合变压器L1电流急剧上升，非隔离输出回路M_5V检测到电流急剧上升，触发DCDC进入保护功能，DCDC停止工作，导致非隔离输出回路M_5V受影响。优化电路增加第一电感L2与耦合变压器L1串联，当隔离输出回路F_5V出现短路时，第一电感L2阻碍耦合变压器L1电流急剧上升，因此避免了非隔离输出回路M_5V出现短路状态。

综上所述，通过增加第一电感L2可避免两路输出电压之间的相互串扰现象。

另外，根据实际的情况需要，还可以采用阻性器件作为该实施例中的去耦合器件。

不仅如此，该实施例还提供了一种工控设备，该工控设备应用上述的隔离式双路输出DC-DC电源进行供电。

实施例二

如图2所示，本实施例提供的隔离式双路输出DC-DC电源，包括输入滤波电容、使能分压电阻、DC-DC主电路、输出滤波电容、电压反馈电阻、隔离整流电路和去耦合器件；其中，与实施例一中的不同之处在于，该实施例中的去耦合器件连接第一电感L1的输出侧，且该去耦合器件的另一端连接整流二极管VD1的正极。

尽管以上详细地描述了本发明的优选实施例，但是应该清楚地理解，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。