隔離式變換器及應(yīng)用其的開關(guān)電源的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及隔離式變換器及應(yīng)用所述隔離式變換器的開關(guān)電源，所述隔離式變換器包括變壓器、功率開關(guān)、偏置電壓產(chǎn)生電路、開關(guān)控制電路、電流采樣電路、電壓反饋電路和副邊整流電路；變壓器包括原邊繞組和副邊繞組；功率開關(guān)和電流采樣電路串聯(lián)連接在輸入電壓源與原邊繞組的第一端之間，原邊繞組的第二端與接地點(diǎn)連接；電壓反饋電路連接在原邊繞組的第一端和第二端之間；偏置電壓產(chǎn)生電路與輸入電壓源連接；所述開關(guān)控制電路用于根據(jù)電流檢測(cè)信號(hào)和電壓反饋信號(hào)輸出開關(guān)控制信號(hào)；所述開關(guān)控制電路和所述偏置電壓產(chǎn)生電路的電路接地端與所述原邊繞組的第一端連接。本發(fā)明可以在省去輔助繞組的前提下仍然實(shí)現(xiàn)隔離式變換器的原邊控制。
【專利說明】隔離式變換器及應(yīng)用其的開關(guān)電源
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)，具體涉及一種不需要輔助繞組的隔離式變換器及應(yīng)用該隔離式變換器的開關(guān)電源。
【背景技術(shù)】
[0002]隔離式變換器被廣泛應(yīng)用于各種離線供電系統(tǒng)中。隔離式變換器通常包括原邊側(cè)電路和副邊側(cè)電路，兩者通過具有原邊繞組和副邊繞組的變壓器隔離。
[0003]隔離式變換器通過功率開關(guān)控制流過原邊繞組的電流，從而實(shí)現(xiàn)在副邊側(cè)電路輸出恒定的電壓和/或恒定的電流。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)功率開關(guān)的控制，需要獲得輸出電壓或者相關(guān)電路參量的反饋值。在現(xiàn)有技術(shù)中，隔離式變換器采用在變壓器中增加輔助繞組來獲取反饋參量。但是，輔助繞組的繞制工藝較為復(fù)雜，會(huì)增加隔離式變換器的生產(chǎn)成本和制作難度，而且，由于輔助繞組具有較大的體積，因此使用輔助繞組的隔離式變換器電路需要占用較大的電路板面積，使得電路板體積增大。同時(shí)，輔助繞組的引入可能會(huì)造成電路內(nèi)部的電磁干擾。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明提出一種隔離式變換器及應(yīng)用其的開關(guān)電源，以在省去輔助繞組的前提下仍然實(shí)現(xiàn)對(duì)隔離式變換器的原邊控制。
[0005]第一方面，提供一種隔離式變換器，包括變壓器、功率開關(guān)、偏置電壓產(chǎn)生電路、開關(guān)控制電路、電流采樣電路、電壓反饋電路和副邊整流電路；所述變壓器包括原邊繞組和副邊繞組；所述副邊整流電路與所述副邊繞組連接；
[0006]所述功率開關(guān)和所述電流采樣電路串聯(lián)連接在輸入電壓源與所述原邊繞組的第一端之間，所述原邊繞組的第二端與接地點(diǎn)連接；所述電流采樣電路采樣流過所述功率開關(guān)的電流以輸出電流檢測(cè)信號(hào)；
[0007]所述電壓反饋電路連接在所述原邊繞組的第一端和第二端之間，用于根據(jù)所述原邊繞組兩端的電壓以輸出電壓反饋信號(hào)；
[0008]所述偏置電壓產(chǎn)生電路與所述輸入電壓源連接，用于為所述開關(guān)控制電路提供偏置電壓；
[0009]所述開關(guān)控制電路用于根據(jù)所述電流檢測(cè)信號(hào)和所述電壓反饋信號(hào)輸出開關(guān)控制信號(hào)；
[0010]所述開關(guān)控制電路和所述偏置電壓產(chǎn)生電路的電路接地端與所述原邊繞組的第
一端連接。
[0011]優(yōu)選地，所述電流采樣電路連接在所述功率開關(guān)的第二端與所述原邊繞組的第一端之間。
[0012]優(yōu)選地，所述電流采樣電路包括電流采樣電阻，所述電流采樣電阻與所述功率開關(guān)連接的公共端輸出所述電流檢測(cè)信號(hào)。[0013]優(yōu)選地，所述電流采樣電路連接在輸入電壓源和所述功率開關(guān)的第一端之間，所述功率開關(guān)的第二端與所述原邊繞組的第一端連接。
[0014]優(yōu)選地，所述電流采樣電路包括電流采樣電阻，所述電流采樣電阻的壓降作為所述電流檢測(cè)信號(hào)。
[0015]優(yōu)選地，所述偏置電壓產(chǎn)生電路包括偏置電容和充電控制電路，所述偏置電容連接在偏置電壓輸出端和偏置電壓產(chǎn)生電路的電路接地端之間；所述充電控制電路連接在所述偏置電壓輸出端和所述輸入電壓源之間。
[0016]優(yōu)選地，所述偏置電壓產(chǎn)生電路還包括啟動(dòng)電阻，所述啟動(dòng)電阻連接在輸入電壓源與所述偏置電壓輸出端之間。
[0017]優(yōu)選地，所述偏置電壓產(chǎn)生電路和所述開關(guān)控制電路被集成為具有內(nèi)部供電功能的開關(guān)控制集成電路；或者
[0018]所述偏置電壓產(chǎn)生電路、所述開關(guān)控制電路和所述功率開關(guān)被集成為具有內(nèi)部供電功能的開關(guān)控制集成電路。
[0019]優(yōu)選地，所述充電控制電路和所述開關(guān)控制電路被集成為具有內(nèi)部供電功能的開關(guān)控制集成電路；或者
[0020]所述充電控制電路、所述開關(guān)控制電路和所述功率開關(guān)被集成為具有內(nèi)部供電功能的開關(guān)控制集成電路。
[0021]第二方面，提供一種開關(guān)電源，包括整流橋和如上所述的隔離式變換器。
[0022]本發(fā)明通過將功率開關(guān)和原邊繞組的位置進(jìn)行互換，并根據(jù)原邊繞組兩端的電壓實(shí)現(xiàn)輸出電壓反饋檢測(cè)以及副邊電流過零檢測(cè)，由此，可以在變壓器中省去輔助繞組，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝，降低了生產(chǎn)成本，同時(shí)減小了電路的體積，提高了電路的電磁兼容性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]通過以下參照附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的描述，本發(fā)明的上述以及其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將更為清楚，在附圖中:
[0024]圖1是現(xiàn)有的使用輔助繞組實(shí)現(xiàn)反饋的隔離式變換器的電路示意圖；
[0025]圖2A是本發(fā)明第一實(shí)施例的隔離式變換器的電路示意圖；
[0026]圖2B是本發(fā)明第一實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)選方案的電路不意圖；
[0027]圖3A是現(xiàn)有的隔離式變換器中偏置電壓產(chǎn)生電路與原邊側(cè)電路的電路連接關(guān)系的不意圖；
[0028]圖3B是圖3A所示電路以及本發(fā)明第一實(shí)施例可采用的偏置電壓產(chǎn)生電路的電路示意圖；
[0029]圖4是本發(fā)明第一實(shí)施例的開關(guān)控制電路的電路示意圖；
[0030]圖5A-?是本發(fā)明第一實(shí)施例中采用集成電路構(gòu)建的隔離式變換器的電路示意圖；
[0031]圖6是本發(fā)明第二實(shí)施例的隔離式變換器的電路示意圖；
[0032]圖7是本發(fā)明的開關(guān)電源的電路示意圖。
【具體實(shí)施方式】[0033]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。雖然本發(fā)明是結(jié)合以下的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行描述的，但是本發(fā)明并不僅僅限于這些實(shí)施例。在下文對(duì)本發(fā)明的細(xì)節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細(xì)節(jié)部分。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說沒有這些細(xì)節(jié)部分的描述也可以完全理解本發(fā)明。為了避免混淆本發(fā)明的實(shí)質(zhì)，公知的方法、過程、流程、元件和電路并沒有詳細(xì)敘述。
[0034]此外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在此提供的附圖都是為了說明的目的，并且附圖不一定是按比例繪制的。
[0035]同時(shí)，應(yīng)當(dāng)理解，“電路”是指由至少一個(gè)元件或子電路通過電氣連接或電磁連接構(gòu)成的導(dǎo)電回路。當(dāng)稱元件或電路“連接到”另一元件或稱元件或電路“連接在”兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間時(shí)，它可以是直接耦接或連接到另一元件或者可以存在中間元件，元件之間的連接可以是物理上的、邏輯上的、或者其結(jié)合。相反，當(dāng)稱元件“直接耦接到”或“直接連接到”另一元件時(shí)，意味著兩者不存在中間元件。除非上下文明確要求，否則整個(gè)說明書和權(quán)利要求書中的“包括”、“包含”等類似詞語(yǔ)應(yīng)當(dāng)解釋為包含的含義而不是排他或窮舉的含義；也就是說，是“包括但不限于”的含義。
[0036]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。此外，在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上。
[0037]本發(fā)明可以被應(yīng)用于任何隔離式變換器，在以下的詳細(xì)描述中，僅以反激式變換器(fIybackconverter)為例解釋本發(fā)明的具體工作原理。
[0038]圖1是現(xiàn)有的使用輔助繞組實(shí)現(xiàn)反饋的隔離式變換器的電路示意圖。如圖1所示，隔離式變換器10包括變壓器T、功率開關(guān)S、開關(guān)控制電路11、電壓反饋電路12、副邊整流電路13和供電電路14以及電流采樣電阻Rsm。變壓器T包括原邊繞組LI以及與其耦合的副邊繞組L2和輔助繞組L3 ;副邊整流電路13與副邊繞組L2連接，用于對(duì)副邊繞組L2兩端電壓進(jìn)行整流以輸出恒定的電壓。副邊整流電路13包括副邊整流二極管Dl和副邊輸出電容Cl。其中，供電電路14與輔助繞組L3連接，通過對(duì)輔助繞組L3兩端的電壓進(jìn)行整流以輸出穩(wěn)定的偏置電壓為開關(guān)控制電路11供電。開關(guān)控制電路11包括偏置電壓輸入端Vb、電流檢測(cè)信號(hào)輸入端SEN、反饋電壓輸入端FB、信號(hào)接地端GND和開關(guān)控制信號(hào)輸出端DRV，供電電路14的輸出端連接到偏置電壓輸入端Vb。電流采樣電阻Rsm將流過功率開關(guān)的電流轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，其遠(yuǎn)離接地點(diǎn)的一端與開關(guān)控制電路11的電流檢測(cè)信號(hào)輸入端SEN連接。電壓反饋電路12為連接在輔助繞組L3兩端的分壓電路，其將輔助繞組L3兩端的電壓分壓后輸入到開關(guān)控制電路11的反饋電壓輸入端FB。通常來說，開關(guān)控制電路11為集成電路，隔離式變換器10的其他部分采用分立元件構(gòu)建為所述集成電路的外圍電路。
[0039]由于輔助繞組的繞制工藝較為復(fù)雜，會(huì)增加隔離式變換器的生產(chǎn)成本和制作難度，而且，具有較大體積的輔助繞組會(huì)增大電路板體積，同時(shí)，輔助繞組的引入還可能會(huì)造成電路內(nèi)部的電磁干擾。雖然目前部分開關(guān)控制集成電路中集成了偏置電壓產(chǎn)生電路，不需要利用輔助繞組L3來為開關(guān)控制電路11供電。但是，獲取反饋電壓還需要依靠輔助繞組L3，因此，仍然需要在現(xiàn)有技術(shù)的電路中保留輔助繞組。
[0040]圖2A是本發(fā)明第一實(shí)施例的隔離式變換器的電路示意圖。如圖2A所示，隔離式變換器20包括變壓器Tl、功率開關(guān)S1、偏置電壓產(chǎn)生電路21、開關(guān)控制電路22、電流采樣電路23、電壓反饋電路24和副邊整流電路25。變壓器Tl只包括相互耦合的原邊繞組LI和副邊繞組L2，去掉了輔助繞組。副邊整流電路25與副邊繞組L2連接。
[0041]功率開關(guān)SI和電流采樣電路23串聯(lián)連接在輸入電壓源Vin與原邊繞組LI的第一端之間。原邊繞組LI的第二端與接地點(diǎn)連接。電流采樣電路23采樣流過功率開關(guān)SI的電流以輸出電流檢測(cè)信號(hào)VSEN。
[0042]在本實(shí)施例中，功率開關(guān)SI可以是任何可控半導(dǎo)體開關(guān)器件，例如金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)等。在功率開關(guān)SI選用MOSFET時(shí)，功率開關(guān)SI的第一端可以是其漏極端、第二端可以是其源極端。
[0043]電壓反饋電路24連接在原邊繞組LI的第一端和第二端之間，用于根據(jù)原邊繞組LI兩端的電壓以輸出電壓反饋信號(hào)。
[0044]優(yōu)選地，如圖2B所示，本實(shí)施例的隔離式變換器還可以包括連接在所述原邊繞組兩端的RCD吸收電路，其用于吸收原邊繞組的漏感能量，以防止原邊的功率開關(guān)承受較大的反向尖峰電壓。RCD吸收電路包括吸收二極管D2、吸收電阻Rl和吸收電容C2。
[0045]吸收二極管D2連接在原邊繞組LI的第一端和RCD吸收電路的中間端之間，吸收電阻Rl和吸收電容C2并聯(lián)連接在RCD吸收電路的中間端和原邊繞組LI的第二端之間。
[0046]當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，上述電路并非必須的，同時(shí)，其結(jié)構(gòu)也并非唯一，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要選擇是否在隔離式變換器中采用RCD吸收電路，并進(jìn)而選擇其結(jié)構(gòu)和參數(shù)。
[0047]電流采樣電路23和電壓反饋電路24的輸出端分別連接到開關(guān)控制電路22的電流檢測(cè)信號(hào)輸入端SEN和反饋電壓輸入端FB。
[0048]偏置電壓產(chǎn)生電路21與輸入電壓源Vin連接，用于生成偏置電壓，為開關(guān)控制電路22供電。
[0049]優(yōu)選地，如圖2B所示，偏置電壓產(chǎn)生電路21包括偏置電容Cb以及與偏置電容連接的充電控制電路211，偏置電容Cb連接在偏置電壓輸出端和偏置電壓產(chǎn)生電路的電路接地端之間；偏置電壓產(chǎn)生電路的電路接地端與原邊繞組LI的第一端連接。充電控制電路211連接在偏置電壓輸出端和輸入電壓源之間。充電控制電路211控制直流母線電壓(也即輸入電壓源)對(duì)偏置電容Cb充電，在偏置電壓輸出端產(chǎn)生可以供開關(guān)控制電路22工作的偏置電壓Vb。
[0050]更優(yōu)選地，如圖2B所示，偏置電壓產(chǎn)生電路21還可以包括啟動(dòng)電阻Rst。偏置電容Cb可以通過啟動(dòng)電阻Rst連接至直流母線(也即輸入電壓源)，在需要啟動(dòng)開關(guān)控制電路時(shí)，直流母線的電能通過啟動(dòng)電阻Rst對(duì)偏置電容Cb充電，從而得到供開關(guān)控制電路22工作的偏置電壓Vb。
[0051]在本實(shí)施例中，如圖2A所示，功率開關(guān)SI的第一端與輸入電壓源連接，電流采樣電路23連接在功率開關(guān)SI的第二端與原邊繞組LI的第一端之間。
[0052]開關(guān)控制電路22包括電路接地端GND，電路接地端GND與原邊繞組LI的第一端連接。
[0053]開關(guān)控制電路22的開關(guān)控制信號(hào)輸出端DRV連接到功率開關(guān)SI的控制端，開關(guān)控制電路22用于根據(jù)電流檢測(cè)信號(hào)和電壓反饋信號(hào)輸出開關(guān)控制信號(hào)Q。開關(guān)控制信號(hào)Q用于控制功率開關(guān)SI的導(dǎo)通和關(guān)斷，從而控制繞組的電流變化，進(jìn)而控制隔離式變換器的副邊側(cè)電路輸出恒定電壓和/或電流。
[0054]優(yōu)選地，電流采樣電路23包括電流采樣電阻Rsm，電流采樣電阻Rsm與功率開關(guān)SI連接的公共端輸出所述電流檢測(cè)信號(hào)。當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，電流采樣電路23也可以通過其它形式的電流檢測(cè)電路來實(shí)現(xiàn)，例如電流互感器。
[0055]電壓反饋電路24連接在原邊繞組LI的兩端之間，用于輸出反饋電壓。
[0056]優(yōu)選地，電壓反饋電路24為連接在原邊繞組LI的第一端和第二端之間的分壓電路。
[0057]本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解，本實(shí)施例的偏置電壓產(chǎn)生電路21可以采用任何現(xiàn)有的無(wú)需輔助繞組的偏置電壓產(chǎn)生電路。
[0058]以下結(jié)合圖3A和圖3B說明現(xiàn)有的偏置電壓產(chǎn)生電路可以直接應(yīng)用于本實(shí)施例的隔離式變換器的原理。
[0059]圖3A是現(xiàn)有的隔離式變換器中偏置電壓產(chǎn)生電路與原邊側(cè)電路的電路連接關(guān)系的示意圖。如圖3A所示，偏置電壓產(chǎn)生電路21的能量輸入端Vc通常連接到原邊側(cè)電路的功率開關(guān)的第一端，也即功率開關(guān)與原邊繞組的連接點(diǎn)。
[0060]具體地，偏置電壓產(chǎn)生電路21包括充電控制電路211和偏置電容C；。其中，充電控制電路211分別連接偏置電容Cb和能量輸入端Ne,由能量輸入端Vc提供電能以向偏置電容Cb充電。
[0061]對(duì)于圖3B所示的偏置電壓產(chǎn)生電路，當(dāng)功率開關(guān)SI導(dǎo)通時(shí)，充電控制電路211進(jìn)行放電動(dòng)作；當(dāng)功率開關(guān)SI關(guān)斷時(shí)，充電控制電路211對(duì)偏置電容Cb進(jìn)行充電以提供偏置電壓Vb。偏置電容Cb —端連接到充電控制電路211，另一端連接到偏置電壓產(chǎn)生電路的電路接地端。優(yōu)選地，偏置電容Cb可以通過一啟動(dòng)電阻Rst連接至直流母線(也即輸入電壓源)，在隔離式變換器需要開始工作時(shí)，直流母線的電能通過啟動(dòng)電阻Rst對(duì)偏置電容Cb充電，為開關(guān)控制電路22提供偏置電壓Vb，從而啟動(dòng)開關(guān)控制電路22。當(dāng)偏置電容Cb上的電壓大于欠壓鎖定閾值時(shí)，開關(guān)控制電路22結(jié)束欠壓鎖定狀態(tài)而進(jìn)入正常工作狀態(tài)。
[0062]如圖3B所示，充電控制電路211可以包括儲(chǔ)能電路、放電支路和充電支路；其中儲(chǔ)能電路的一端連接能量輸入端V。(在本實(shí)施例中，能量輸入端與功率開關(guān)SI的第一端連接)，另一端分別連接放電支路和充電支路。當(dāng)功率開關(guān)Si導(dǎo)通時(shí)，儲(chǔ)能電路通過放電支路進(jìn)行放電；當(dāng)功率開關(guān)Si關(guān)斷時(shí)，儲(chǔ)能電路通過充電支路對(duì)偏置電容Cb充電；偏置電容Cb的兩端電壓即所述偏置電壓vb。在本實(shí)施例中，能量輸入端V。連接到輸入電壓源Vin(也即直流母線)。
[0063]放電支路包括放電二極管D3 ;充電支路包括充電二極管D4 ;儲(chǔ)能電路可以包括儲(chǔ)能電容C3，其一端連接至功率開關(guān)SI的第一端(以MOSFET為例，功率開關(guān)的第一端為MOSFET的漏極)，另一端分別連接到放電二極管D3的陰極和充電二極管D4的陽(yáng)極；放電二極管D3的陽(yáng)極連接至偏置電壓產(chǎn)生電路的電路接地端，以構(gòu)成儲(chǔ)能電容C3的放電回路；充電二極管D4的陰極連接至啟動(dòng)電阻Rst和偏置電容Cb的公共連接點(diǎn)，用以保證電能由所儲(chǔ)能電容C3向偏置電容Cb單向傳輸。
[0064]圖3A所示的偏置電壓產(chǎn)生電路可以不需要輔助繞組而直接產(chǎn)生偏置電壓，從而可以和開關(guān)控制電路集成在一起，形成具有內(nèi)部供電功能的集成電路芯片。由此，根據(jù)圖3A和圖3B可知，在現(xiàn)有的隔離式變換器中，偏置電壓產(chǎn)生電路21利用功率開關(guān)和電流采樣電路組成的串聯(lián)電路上的電壓降來產(chǎn)生偏置電壓vb。
[0065]如圖2A和圖2B所示，在本實(shí)施例的隔離式變換器中，由于偏置電壓產(chǎn)生電路21的電路接地端連接到原邊繞組的第一端，所以該電路接地端是浮地狀態(tài)。由此，在本實(shí)施例中，偏置電壓產(chǎn)生電路21實(shí)際上連接在輸入電壓源和原邊繞組的第一端之間，其仍然是利用功率開關(guān)和電流采樣電路組成的串聯(lián)電路上的電壓降來產(chǎn)生偏置電壓Vb，而且，開關(guān)控制電路22的電路接地端也連接到原邊繞組的第一端。因此，圖3B所示的偏置電壓產(chǎn)生電路可以直接應(yīng)用于本實(shí)施例。
[0066]根據(jù)以上分析，本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解，偏置電壓產(chǎn)生電路并不限于上述電路結(jié)構(gòu)，任何可以集成在電路芯片中的基于原邊側(cè)功率開關(guān)和電流采樣電路的電壓來產(chǎn)生偏置電壓的偏置電壓產(chǎn)生電路均可以應(yīng)用于本實(shí)施例。
[0067]對(duì)于開關(guān)控制電路22，典型地，如圖4所示，其可以包括開關(guān)頻率控制電路221、峰值電流控制電路222和邏輯電路223。其中，開關(guān)頻率控制電路221根據(jù)反饋信號(hào)輸出開關(guān)頻率控制信號(hào)，峰值電流控制電路222根據(jù)電流檢測(cè)信號(hào)輸出峰值電流控制信號(hào)。邏輯電路223根據(jù)開關(guān)頻率控制信號(hào)和峰值電流控制信號(hào)輸出開關(guān)控制信號(hào)。
[0068]對(duì)于本實(shí)施例而言，由于電流采樣電路23輸出的是與流過功率開關(guān)電流對(duì)應(yīng)的電流檢測(cè)信號(hào)，電壓反饋電路24反饋的原邊繞組兩端的電壓與現(xiàn)有的通過輔助繞組獲得的繞組兩端電壓為正比關(guān)系，因此，通過調(diào)整電流采樣電路23和電壓反饋電路24的參數(shù)，使得輸入到開關(guān)控制電路22中的電流檢測(cè)信號(hào)與電壓反饋信號(hào)能時(shí)刻表征現(xiàn)有的隔離式變換器的運(yùn)行狀態(tài)。因此，與偏置電壓產(chǎn)生電路類似，無(wú)需對(duì)現(xiàn)有的開關(guān)控制電路進(jìn)行改變即可將其應(yīng)用于本實(shí)施例的隔離變換器。
[0069]同時(shí)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，開關(guān)控制電路22并不僅限于上述結(jié)構(gòu)，任何利用電壓反饋信號(hào)和電流檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行原邊控制的開關(guān)控制電路均可以應(yīng)用于本實(shí)施例。
[0070]本實(shí)施例通過將功率開關(guān)和原邊繞組的位置進(jìn)行互換，并根據(jù)原邊繞組兩端的電壓實(shí)現(xiàn)輸出電壓反饋檢測(cè)以及副邊電流過零檢測(cè)，由此，可以在電路中省去輔助繞組，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝，降低了生產(chǎn)成本，同時(shí)減小了電路的體積，提高了電路的電磁兼容性能。
[0071]如上所述，在本實(shí)施例中，偏置電壓產(chǎn)生電路21和開關(guān)控制電路22以及功率開關(guān)均可以采用任何已有的、適于以集成電路形式制造的結(jié)構(gòu)。因此，本實(shí)施例的隔離式變換器電路可以利用現(xiàn)有的隔離式變換器的控制芯片來構(gòu)建，也即，利用集成有偏置電壓產(chǎn)生電路和開關(guān)控制電路的集成電路構(gòu)建本實(shí)施例的隔離式變換器，或者，利用集成有偏置電壓產(chǎn)生電路、所述開關(guān)控制電路和所述功率開關(guān)的集成電路構(gòu)建本實(shí)施例的隔離式變換器，其分別如圖5A和圖5B所示。
[0072]在圖5A中，集成有偏置電壓產(chǎn)生電路和開關(guān)控制電路的集成電路ICl至少包括開關(guān)控制信號(hào)輸出管腳DRV、能量輸入管腳Vc、反饋電壓輸入管腳FB、電流檢測(cè)信號(hào)輸入管腳SEN和芯片接地管腳GND。開關(guān)控制信號(hào)輸出管腳DRV連接到功率開關(guān)SI的控制端；能量輸入管腳Vc連接到直流母線，也即，輸入電壓源；反饋電壓輸入管腳FB與電壓反饋電路的輸出端連接；電流檢測(cè)信號(hào)輸入管腳SEN與電流采樣電路的輸出端連接；芯片接地管腳GND與原邊繞組的第一端連接。其中，能量輸入管腳Vc對(duì)應(yīng)于集成電路ICl內(nèi)部偏置電壓產(chǎn)生電路的能量輸入端，為偏置電壓產(chǎn)生電路提供能量。
[0073]在圖5B中，集成有偏置電壓產(chǎn)生電路和開關(guān)控制電路以及功率開關(guān)的集成電路IC2包括功率開關(guān)輸入管腳P1、功率開關(guān)輸出管腳P2、能量輸入管腳Vc、反饋電壓輸入管腳FB、電流檢測(cè)信號(hào)輸入管腳SEN和芯片接地管腳GND。在這類集成電路內(nèi)部，電流檢測(cè)信號(hào)輸入管腳SEN通常與功率開關(guān)的第二端連接，或者某些集成電路將功率開關(guān)的第二端與電流檢測(cè)信號(hào)輸入端封裝為一個(gè)管腳?；诖祟惣呻娐反罱ǖ母綦x式變換器如圖5B所示，功率開關(guān)輸入管腳Pl與輸入電壓源連接。能量輸入管腳Vc連接到直流母線，也即，輸入電壓源；反饋電壓輸入管腳FB與電壓反饋電路的輸出端連接；電流檢測(cè)信號(hào)輸入管腳SEN與電流采樣電路的輸出端連接；芯片接地管腳GND與原邊繞組的第一端連接；電流采樣電路連接在功率開關(guān)輸出管腳P2和原邊繞組的第一端之間。在電流采樣電路為電流采樣電阻時(shí)，電流采樣電阻連接在功率開關(guān)輸出管腳P2和原邊繞組的第一端之間，功率開關(guān)輸出管腳P2與電流檢測(cè)信號(hào)輸入管腳SEN相互連接，或者IC2采用將兩者封裝為同一個(gè)管腳的形式的集成電路。
[0074]同時(shí)，在本實(shí)施例中，偏置電壓產(chǎn)生電路中的偏置電容Cb或優(yōu)選的啟動(dòng)電阻Rst在某些情況下需要根據(jù)所搭建的電路不同而進(jìn)行調(diào)整，因此，可以將其通過集成電路外部的分立器件構(gòu)建，而偏置電壓產(chǎn)生電路的充電控制電路211集成于集成電路內(nèi)從而提高控制集成電路的適用性。
[0075]在此前提下，本實(shí)施例的隔離式變換器可以利用現(xiàn)有的用于對(duì)隔離式變換器的功率級(jí)電路進(jìn)行控制的、具有內(nèi)部供電功能的控制集成電路來構(gòu)建，也即，利用集成有充電控制電路和開關(guān)控制電路的集成電路構(gòu)建本實(shí)施例的隔離式變換器，或者，利用集成有充電控制電路、開關(guān)控制電路和功率開關(guān)的集成電路構(gòu)建本實(shí)施例的隔離式變換器，其分別如圖5C和圖所示。
[0076]在圖5C中，集成有充電控制電路和開關(guān)控制電路的集成電路IC3至少包括開關(guān)控制信號(hào)輸出管腳DRV、能量輸入管腳Vc、偏置電壓管腳Vb、反饋電壓輸入管腳FB、電流檢測(cè)信號(hào)輸入管腳SEN和芯片接地管腳GND。開關(guān)控制信號(hào)輸出管腳DRV連接到功率開關(guān)的控制端；偏置電壓管腳\連接到啟動(dòng)電阻Rst和偏置電容Cb相互連接的公共端；能量輸入管腳Vc連接到直流母線(也即輸入電壓源)；反饋電壓輸入管腳FB與電壓反饋電路的輸出端連接；電流檢測(cè)信號(hào)輸入管腳SEN與電流采樣電路的輸出端連接；芯片接地管腳GND與原邊繞組的第一端連接。其中，偏置電壓管腳Vb對(duì)應(yīng)于充電控制電路的偏置電壓輸出端，其連接到偏置電容。
[0077]在圖中，集成有充電控制電路、開關(guān)控制電路以及功率開關(guān)的集成電路IC4對(duì)外包括功率開關(guān)輸入管腳P1、功率開關(guān)輸出管腳P2、偏置電壓管腳Vb、反饋電壓輸入管腳FB、電流檢測(cè)信號(hào)輸入管腳SEN和芯片接地管腳GND。在這類集成電路內(nèi)部，電流檢測(cè)信號(hào)輸入管腳SEN通常與功率開關(guān)的第二端連接，或者某些集成電路將功率開關(guān)的第二端與電流檢測(cè)信號(hào)輸入端封裝為一個(gè)管腳，同時(shí)，由于功率開關(guān)集成在內(nèi)部，集成電路內(nèi)的充電控制電路的能量輸入端通常在集成電路內(nèi)與功率開關(guān)的第一端連接，因此，此類集成電路一般不設(shè)置專門的能量輸入管腳?；诖祟惣呻娐反罱ǖ母綦x式變換器如圖所示，功率開關(guān)輸入管腳Pl與輸入電壓源連接。偏置電壓管腳Vb與偏置電容Cb—端連接。反饋電壓輸入管腳FB與電壓反饋電路的輸出端連接；電流檢測(cè)信號(hào)輸入管腳SEN與電流采樣電路的輸出端連接；芯片接地管腳GND與原邊繞組的第一端連接；電流采樣電路連接在功率開關(guān)輸出管腳P2和原邊繞組的第一端之間。在電流采樣電路為電流采樣電阻時(shí)，電流采樣電阻連接在功率開關(guān)輸出管腳P2和原邊繞組的第一端之間，功率開關(guān)輸出管腳P2與電流檢測(cè)信號(hào)輸入管腳SEN相互連接，或者IC4采用將兩者封裝為同一個(gè)管腳的形式的集成電路。
[0078]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，圖5A-?的電路中，集成電路IC1-1C4分別集成了圖2A所示電路中不同的電路部分，從而體現(xiàn)出不同的集成電路封裝形式，但是，圖5A-5D的電路與圖2A所示電路結(jié)構(gòu)相同。
[0079]根據(jù)本實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)，可以利用已有隔離式變換器的控制集成電路構(gòu)建隔離式變換器，無(wú)需對(duì)現(xiàn)有集成電路進(jìn)行改變即可在電路中省去輔助繞組。
[0080]圖6是本發(fā)明第二實(shí)施例的隔離式變換器的電路示意圖。在圖6中，相同的部件用相同的附圖標(biāo)記標(biāo)識(shí)。如圖6所示，隔離式變換器60包括變壓器Tl、功率開關(guān)S1、偏置電壓產(chǎn)生電路21、開關(guān)控制電路22、電流采樣電路23、電壓反饋電路24和副邊整流電路25。變壓器Tl只包括相互耦合的原邊繞組LI和副邊繞組L2，去掉了輔助繞組。副邊整流電路25與副邊繞組L2連接。
[0081]功率開關(guān)SI和電流采樣電路23串聯(lián)連接在輸入電壓源Vin與原邊繞組LI的第一端之間。原邊繞組LI的第二端與接地點(diǎn)連接。電流采樣電路23采樣流過功率開關(guān)的電流以輸出電流檢測(cè)信號(hào)。
[0082]在本實(shí)施例中，功率開關(guān)SI可以是任何可控半導(dǎo)體開關(guān)器件，例如金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)等。在功率開關(guān)SI選用MOSFET時(shí)，功率開關(guān)SI的第一端可以是其漏極端、第二端可以是其源極端。
[0083]電壓反饋電路24連接在原邊繞組LI的第一端和第二端之間，用于根據(jù)原邊繞組LI兩端的電壓以輸出電壓反饋信號(hào)。
[0084]電流采樣電路23和電壓反饋電路24的輸出端分別連接到開關(guān)控制電路22的電流檢測(cè)信號(hào)輸入端SEN和反饋電壓輸入端FB。
[0085]偏置電壓產(chǎn)生電路21與輸入電壓源連接，用于生成穩(wěn)定的偏置電壓，為所述開關(guān)控制電路22供電。
[0086]優(yōu)選地，偏置電壓產(chǎn)生電路21包括偏置電容Cb以及與偏置電容連接的充電控制電路211，充電控制電路211與輸入電壓源連接，利用直流母線的能量對(duì)偏置電容Cb充電，提供偏置電壓。
[0087]更優(yōu)選地，偏置電容可以通過一啟動(dòng)電阻Rst連接至直流母線(也即輸入電壓源)，在隔離式變換器需要開始工作時(shí)，直流母線的電能通過啟動(dòng)電阻Rst對(duì)偏置電容Cb充電，以給開關(guān)控制電路22提供偏置電壓Vb，從而啟動(dòng)開關(guān)控制電路22。
[0088]與第一實(shí)施例不同，在本實(shí)施例中，電流采樣電路23連接在輸入電壓源和功率開關(guān)SI的第一端之間，功率開關(guān)的第二端與所述原邊繞組的第一端連接。電流采樣電路23采樣流過功率開關(guān)SI的電流以生成電流檢測(cè)信號(hào)來反饋給開關(guān)控制電路22。
[0089]優(yōu)選地，電流采樣電路23包括連接在輸入電壓源和功率開關(guān)SI的第一端之間的電流采樣電阻Rsen，并且，電流采樣電路23輸出與電流采樣電阻Rsen的壓降成正比的信號(hào)作為電流檢測(cè)信號(hào)。
[0090]開關(guān)控制電路22包括電路接地端，其電路接地端與原邊繞組的第一端連接。
[0091]開關(guān)控制電路22的開關(guān)控制信號(hào)輸出端DRV連接到功率開關(guān)SI的控制端，開關(guān)控制電路22用于根據(jù)電流檢測(cè)信號(hào)和電壓反饋信號(hào)輸出開關(guān)控制信號(hào)Q。開關(guān)控制信號(hào)Q用于控制功率開關(guān)Si的導(dǎo)通和關(guān)斷，以使得隔離式變換器輸出恒定電壓和/或電流。
[0092]電壓反饋電路24連接在原邊繞組LI的兩端之間，用于輸出反饋電壓。
[0093]優(yōu)選地，電壓反饋電路24為連接在原邊繞組LI的第一端和第二端之間的分壓電路。
[0094]與第一實(shí)施例類似，由于偏置電壓產(chǎn)生電路21的電路接地端連接到原邊繞組的第一端，由此，偏置電壓產(chǎn)生電路21實(shí)際上連接在輸入電壓源和原邊繞組的第一端之間，其仍然是利用功率開關(guān)和電流采樣電路組成的串聯(lián)電路上的電壓降來產(chǎn)生偏置電壓Vb。因此，無(wú)需對(duì)現(xiàn)有偏置電壓產(chǎn)生電路進(jìn)行改變即可將其應(yīng)用于本實(shí)施例。由此，偏置電壓產(chǎn)生電路21可以采用任何現(xiàn)有的無(wú)需輔助繞組的偏置電壓產(chǎn)生電路。例如，采用如圖3B所示的偏置電壓產(chǎn)生電路，偏置電壓產(chǎn)生電路的工作原理在此不再贅述。
[0095]同時(shí)，對(duì)于本實(shí)施例而言，由于電流采樣電路23輸出的是與流過功率開關(guān)電流對(duì)應(yīng)的電流檢測(cè)信號(hào)，而電壓反饋電路24反饋原邊繞組兩端的電壓與現(xiàn)有的通過輔助繞組獲得的繞組兩端電壓為正比關(guān)系，因此，通過調(diào)整電流采樣電路23和電壓反饋電路24的參數(shù)，使得輸入到開關(guān)控制電路22中的電流檢測(cè)信號(hào)與電壓反饋信號(hào)時(shí)刻表征現(xiàn)有的隔離式變換器的運(yùn)行狀態(tài)。因此，與偏置電壓產(chǎn)生電路類似，無(wú)需對(duì)現(xiàn)有的開關(guān)控制電路進(jìn)行改變即可將其應(yīng)用于本實(shí)施例的隔離式變換器。
[0096]在此前提下，本實(shí)施例的隔離式變換器可以利用現(xiàn)有的用于對(duì)隔離式變換器的功率級(jí)電路進(jìn)行控制的、具有內(nèi)部供電功能的控制集成電路來構(gòu)建，也即，利用集成有偏置電壓產(chǎn)生電路和開關(guān)控制電路的集成電路構(gòu)建本實(shí)施例的隔離式變換器，或者，利用集成有偏置電壓產(chǎn)生電路、開關(guān)控制電路和功率開關(guān)的集成電路構(gòu)建本實(shí)施例的隔離式變換器，或者利用集成有充電控制電路和開關(guān)控制電路的集成電路構(gòu)建本實(shí)施例的隔離式變換器，或者，利用集成有充電控制電路、開關(guān)控制電路和功率開關(guān)的集成電路構(gòu)建本實(shí)施例的隔離式變換器。
[0097]本實(shí)施例通過將功率開關(guān)和原邊繞組的位置進(jìn)行互換，并根據(jù)原邊繞組兩端的電壓實(shí)現(xiàn)輸出電壓反饋檢測(cè)以及副邊電流過零檢測(cè)，由此，可以在電路中省去輔助繞組，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝，降低了生產(chǎn)成本，同時(shí)減小了電路的體積，提高了電路的電磁兼容性能。
[0098]如圖7所示，第一實(shí)施例和第二實(shí)施例所述的隔離式變換器可以用于構(gòu)成具有交直流變換功能的開關(guān)電源70。開關(guān)電源70包括整流橋71以及如第一實(shí)施例或第二實(shí)施例所述的隔離式變換器72。
[0099]圖7中的開關(guān)電源采用了無(wú)輔助繞組的隔離式變換器，因此，其生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，電路體積小，具有較好的電磁兼容性能。
[0100]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，本發(fā)明可以有各種改動(dòng)和變化。凡在本發(fā)明的精神和原理之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種隔離式變換器，包括變壓器、功率開關(guān)、偏置電壓產(chǎn)生電路、開關(guān)控制電路、電流采樣電路、電壓反饋電路和副邊整流電路；所述變壓器包括原邊繞組和副邊繞組；所述副邊整流電路與所述副邊繞組連接； 所述功率開關(guān)和所述電流采樣電路串聯(lián)連接在輸入電壓源與所述原邊繞組的第一端之間，所述原邊繞組的第二端與接地點(diǎn)連接；所述電流采樣電路采樣流過所述功率開關(guān)的電流以輸出電流檢測(cè)信號(hào)； 所述電壓反饋電路連接在所述原邊繞組的第一端和第二端之間，用于根據(jù)所述原邊繞組兩端的電壓以輸出電壓反饋信號(hào)； 所述偏置電壓產(chǎn)生電路與所述輸入電壓源連接，用于為所述開關(guān)控制電路提供偏置電壓； 所述開關(guān)控制電路用于根據(jù)所述電流檢測(cè)信號(hào)和所述電壓反饋信號(hào)輸出開關(guān)控制信號(hào); 所述開關(guān)控制電路和所述偏置電壓產(chǎn)生電路的電路接地端與所述原邊繞組的第一端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔離式變換器，其特征在于，所述功率開關(guān)的第一端與所述輸入電壓源連接，所述電流采樣電路連接在所述功率開關(guān)的第二端與所述原邊繞組的第一端之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的隔離式變換器，其特征在于，所述電流采樣電路包括電流采樣電阻，所述電流采樣電阻與所述功率開關(guān)連接的公共端輸出所述電流檢測(cè)信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔離式變換器，其特征在于，所述電流采樣電路連接在輸入電壓源和所述功率開關(guān)的第一端之間，所述功率開關(guān)的第二端與所述原邊繞組的第一端連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的隔離式變換器，其特征在于，所述電流采樣電路包括電流采樣電阻，所述電流采樣電阻的壓降作為所述電流檢測(cè)信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔離式變換器，其特征在于，所述偏置電壓產(chǎn)生電路包括偏置電容和充電控制電路，所述偏置電容連接在偏置電壓輸出端和偏置電壓產(chǎn)生電路的電路接地端之間；所述充電控制電路連接在所述偏置電壓輸出端和所述輸入電壓源之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的隔離式變換器，其特征在于，所述偏置電壓產(chǎn)生電路還包括啟動(dòng)電阻，所述啟動(dòng)電阻連接在輸入電壓源與所述偏置電壓輸出端之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔離式變換器，其特征在于，所述偏置電壓產(chǎn)生電路和所述開關(guān)控制電路被集成為具有內(nèi)部供電功能的開關(guān)控制集成電路；或者 所述偏置電壓產(chǎn)生電路、所述開關(guān)控制電路和所述功率開關(guān)被集成為具有內(nèi)部供電功能的開關(guān)控制集成電路。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的隔離式變換器，其特征在于，所述充電控制電路和所述開關(guān)控制電路被集成為具有內(nèi)部供電功能的開關(guān)控制集成電路；或者 所述充電控制電路、所述開關(guān)控制電路和所述功率開關(guān)被集成為具有內(nèi)部供電功能的開關(guān)控制集成電路。
10.一種開關(guān)電源，包括整流橋和如權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的隔離式變換器。
【文檔編號(hào)】H02M3/28GK103715897SQ201410024218
【公開日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2014年1月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月20日
【發(fā)明者】黃秋凱, 胡志亮, 李新磊 申請(qǐng)人:矽力杰半導(dǎo)體技術(shù)(杭州)有限公司