專利名稱：可寬范圍動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電源架構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力電子領(lǐng)域，特別涉及一種調(diào)節(jié)電源架構(gòu)。
背景技術(shù)：
在通訊、通信以及其它領(lǐng)域的產(chǎn)品廣泛的用到電源，要求電源輸出電壓 根據(jù)負(fù)載變化或其它要求可寬范圍且快速動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)變化。如功放電源要求輸
出電壓在約16V 31V之間，且可快速動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)變化。為了滿足這種輸出電壓 可寬范圍快速動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)變化，現(xiàn)有技術(shù)通過(guò)對(duì)多路主輸入電壓的快速切換后 疊加上校正電壓來(lái)達(dá)到要求。
附圖1為現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施例的可寬范圍快速動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)輸出電壓的電源架構(gòu)。 如圖1所示，多路輸入電壓Vinl、 Vin2 、 Vin3、 Vin4….VinM通過(guò)可切換 主電壓電路11切換選擇后輸入到頻率響應(yīng)帶寬非常高的變壓器T13次級(jí)側(cè)繞 組T132的一端，可切換主電壓電路11受輸出電壓變化信號(hào)控制。為了進(jìn)一 步增強(qiáng)輸出電壓變化的精度和響應(yīng)帶寬，另一個(gè)校正電壓12輸入到設(shè)計(jì)復(fù)雜 的高帶寬變壓器初級(jí)繞組T131的一端，然后通過(guò)此變壓器耦合到變壓器次級(jí) 側(cè)繞組T132與通過(guò)可切換主電壓電路11選擇輸入的主電壓疊加后經(jīng)變壓器 次級(jí)側(cè)繞組T132的另一端輸出，由此獲得用戶需要的寬范圍快速動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)輸 出電壓Vout。
現(xiàn)有技術(shù)的輸出電壓的調(diào)節(jié)主要是通過(guò)對(duì)多路主輸入電壓的進(jìn)行切換， 這樣在輸出電壓調(diào)節(jié)范圍較寬時(shí)，為了快速調(diào)節(jié)且提高輸出電壓調(diào)節(jié)精度， 就需要較多路的主輸入電壓源，這樣大大增加了電源的成本、體積和設(shè)計(jì)復(fù) 雜度。同時(shí)為了進(jìn)一步提高輸出電壓調(diào)節(jié)精度，現(xiàn)有技術(shù)必須增加校正電壓 源輸入，且校正電壓源需要通過(guò)頻率響應(yīng)帶寬很高的變壓器耦合到主輸入電 壓，這樣進(jìn)一步增加了電源的成本、體積和設(shè)計(jì)復(fù)雜度，降低了電源的效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種成本低、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、功率密 度高的可寬范圍高效動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電源架構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)輸出電壓可寬范圍快速動(dòng) 態(tài)的調(diào)節(jié)變化。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所提供的可寬范圍高效動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電源架構(gòu) 的實(shí)施例是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一種可寬范圍動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電源架構(gòu)，其中，該電源架構(gòu)包括
隔離信號(hào)傳輸單元，向非隔離高頻開(kāi)關(guān)降壓DC/DC變換單元傳輸輸出電 壓的第一反饋調(diào)節(jié)信號(hào)；
非隔離高頻開(kāi)關(guān)降壓DC/DC變換單元，將輸入直流電壓降壓轉(zhuǎn)換，同時(shí) 根據(jù)所述第一反饋調(diào)節(jié)信號(hào)進(jìn)行預(yù)調(diào)節(jié)后輸出到開(kāi)環(huán)隔離DC/DC變換單元；
開(kāi)環(huán)隔離DC/DC變換單元，隔離轉(zhuǎn)換其接收的所述非隔離高頻開(kāi)關(guān)降壓 DC/DC變換單元輸出的直流電壓，并輸出直流電壓。
上述技術(shù)方案具有如下有益效果可寬范圍快速動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)輸出電壓先通 過(guò)高效簡(jiǎn)單的非隔離高頻開(kāi)關(guān)降壓DC/DC變換單元在整定自身輸出電壓的同 時(shí)根據(jù)調(diào)節(jié)信號(hào)進(jìn)行預(yù)調(diào)節(jié)，此預(yù)調(diào)節(jié)后的中間電壓再經(jīng)高效簡(jiǎn)單的開(kāi)環(huán)隔 離DC/DC變換單元進(jìn)行高效隔離，避免了現(xiàn)有技術(shù)中需要采用多個(gè)電壓輸入 源進(jìn)行切換造成的電源功率密度低，設(shè)計(jì)復(fù)雜，成本高等缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了可寬 范圍快速動(dòng)態(tài)的輸出電壓的調(diào)節(jié)。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中電源的電路架構(gòu)；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例的可寬范圍動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的電源架構(gòu)示意圖3為本發(fā)明實(shí)施例的可寬范圍動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的電源架構(gòu)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的 示意圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的單相降壓DC/DC變換單元的電路拓樸原理
圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的多相降壓DC/DC變換單元的電路拓樸原理
圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的推挽隔離DC/DC變換單元(副邊倍壓整流) 的電路拓樸原理圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的推挽隔離DC/DC變換單元(副邊倍流整流)的
電路拓樸原理圖8為本發(fā)明實(shí)施例提供的半橋隔離DC/DC變換單元(副邊倍壓整流) 的電路拓樸原理圖9為本發(fā)明實(shí)施例提供的半橋隔離DC/DC變換單元(副邊倍流整流) 電路拓樸原理圖10為本發(fā)明實(shí)施例提供的全橋隔離DC/DC變換單元(副邊倍壓整流) 的電路拓樸原理圖11為本發(fā)明實(shí)施例提供的全橋隔離DC/DC變換單元(副邊倍流整流) 的電路拓樸原理圖12為本發(fā)明實(shí)施例提供的模擬PWM控制器的電路示意圖13為本發(fā)明實(shí)施例提供的反饋補(bǔ)償電路示意圖14為本發(fā)明實(shí)施例提供的數(shù)字PWM控制器的電路示意圖15為本發(fā)明實(shí)施例提供的推挽功率放大電路原理圖16為本發(fā)明實(shí)施例提供的非隔離線性DC/DC變換單元的電路示意圖17為本發(fā)明實(shí)施例提供的中間母線電壓調(diào)節(jié)示意圖18為本發(fā)明實(shí)施例提供的輸出電壓調(diào)節(jié)示意圖19為本發(fā)明實(shí)施例提供的信號(hào)示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明核心思想是輸入的寬范圍直流電壓先經(jīng)過(guò)高效簡(jiǎn)單的非隔離高 頻開(kāi)關(guān)降壓DC/DC變換單元降壓穩(wěn)壓成合適的中間母線電壓VI,該中間母 線電壓VI再經(jīng)后級(jí)工作在由固定占空比的功率開(kāi)關(guān)管所構(gòu)成的高效簡(jiǎn)單的 開(kāi)環(huán)隔離DC/DC變換單元將中間母線電壓VI轉(zhuǎn)換成輸出電壓V。同時(shí)，非 隔離高頻開(kāi)關(guān)降壓DC/DC變換單元接收來(lái)自用戶的輸出電壓的第一反饋調(diào) 節(jié)信號(hào)可隨時(shí)寬范圍快速動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)其輸出的中間母線電壓VI,由于開(kāi)環(huán)隔離 DC/DC變換單元工作在開(kāi)環(huán)狀態(tài)，其輸出電壓隨中間母線電壓VI寬范圍快 速變化而變化。
下面結(jié)合附圖詳細(xì)介紹本發(fā)明實(shí)施例、優(yōu)選實(shí)施例。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例的可寬范圍動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的電源架構(gòu)示意圖，參照該圖，
該電源架構(gòu)包括非隔離高頻開(kāi)關(guān)降壓DC/DC變換單元21、開(kāi)環(huán)隔離DC/DC 變換單元22和隔離信號(hào)傳輸單元23。
輸入的寬范圍直流電壓先經(jīng)過(guò)高效簡(jiǎn)單的非隔離高頻開(kāi)關(guān)降壓DC/DC 變換單元21降壓穩(wěn)壓成合適的中間母線電壓VI,該中間母線電壓V1再經(jīng)后 級(jí)工作在由固定占空比的功率開(kāi)關(guān)管所構(gòu)成的高效簡(jiǎn)單的開(kāi)環(huán)隔離DC/DC變 換單元22將中間母線電壓VI變換成輸出電壓V。同時(shí)，非隔離高頻開(kāi)關(guān)降 壓DC/DC變換單元21通過(guò)隔離信號(hào)傳輸單元23接收來(lái)自用戶的輸出電壓V 第 一反饋調(diào)節(jié)信號(hào)，該輸出電壓第 一反饋調(diào)節(jié)信號(hào)使隔離高頻開(kāi)關(guān)降壓 DC/DC單元21隨時(shí)、寬范圍、快速、動(dòng)態(tài)的調(diào)節(jié)其輸出的中間母線電壓VI。 由于開(kāi)環(huán)隔離DC/DC變換單元22工作在開(kāi)環(huán)狀態(tài)，其輸出電壓V隨中間母 線電壓VI寬范圍快速變化而變化。
為了進(jìn)一步快速調(diào)節(jié)輸出電壓，在附圖2的架構(gòu)基礎(chǔ)上增加高帶寬非隔 離DC/DC變換單元30,從而構(gòu)成本發(fā)明實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的電源架 構(gòu)
如圖3所示，該圖為本發(fā)明實(shí)施例的可寬范圍動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的電源架構(gòu)一個(gè) 優(yōu)選實(shí)施例的示意圖。該實(shí)施例的架構(gòu)包括非隔離高頻開(kāi)關(guān)降壓DC/DC變 換單元21、開(kāi)環(huán)隔離DC/DC變換單元22、隔離信號(hào)傳輸單元23和在附圖2 的電路架構(gòu)上新增的高帶寬非隔離DC/DC變換單元30。
在該實(shí)施例中，高帶寬非隔離DC/DC變換單元30在受到更高頻率的輸 出電壓第二反饋調(diào)節(jié)信號(hào)的調(diào)節(jié)下，對(duì)中間母線電壓V2進(jìn)一步快速精確調(diào) 節(jié)，從而獲得用戶需要的輸出電壓。
對(duì)于附圖2和附圖3的實(shí)施例提供的可寬范圍動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的電源架構(gòu)中的 前級(jí)非隔離高頻開(kāi)關(guān)降壓DC/DC變換單元21為高效的非隔離高頻開(kāi)關(guān)降壓 DC/DC變換單元，該非隔離高頻開(kāi)關(guān)降壓DC/DC變換單元21可以為如附圖 4所示的單相非隔離高頻開(kāi)關(guān)降壓DC/DC變換單元，也可以為如附圖5所示 的多相非隔離高頻開(kāi)關(guān)降壓DC/DC變換單元。
下面結(jié)合附圖詳細(xì)介紹單相非隔離高頻開(kāi)關(guān)降壓DC/DC變換單元和多相
非隔離高頻開(kāi)關(guān)降壓DC/DC變換單元。
圖4為單相非隔離高頻開(kāi)關(guān)降壓DC/DC變換單元的電路拓樸。在圖4所 示單相非隔離高頻開(kāi)關(guān)降壓DC/DC變換單元的電路拓樸中，包括電感L41， 非隔離高頻開(kāi)關(guān)降壓DC/DC變換單元的功率MOS管Q41, Q42,其導(dǎo)通和 截止由PWM控制器產(chǎn)生的占空比可調(diào)PWM脈沖控制，電容C41, PWM控 制器給出的占空比可調(diào)PWM脈沖信號(hào)P41和P42。輸入直流電壓由于Q41 的導(dǎo)通截止轉(zhuǎn)換成方波電壓，此電壓經(jīng)電感L41和C41整流濾波后轉(zhuǎn)換為直 流l命出電壓。
該單相非隔離高頻開(kāi)關(guān)降壓DC/DC變換單元基本的工作原理在PWM 脈沖P41和P42控制下，當(dāng)Q41導(dǎo)通而Q42截止時(shí)，^T入電壓加到電感L41 上，電流流過(guò)電感L41,在電容C41端獲得輸出電壓，當(dāng)Q41截止而Q42導(dǎo) 通時(shí)，由于電感L41的線圈中的/F茲場(chǎng)作用下，流過(guò)電感的電流方向不變，在 電容C41端仍獲得同Q41導(dǎo)通時(shí)同極性的輸出電壓。
圖5為多相非隔離高頻開(kāi)關(guān)降壓DC/DC變換單元的電路拓樸。在圖5所 示多相非隔離高頻開(kāi)關(guān)降壓DC/DC變換單元的電路拓樸中，包括電感L52，
L52......L5N,多相非隔離高頻開(kāi)關(guān)降壓DC/DC變換單元的功率MOSFET管
Q511, Q521, Q512, Q522......Q51N,Q52N,其導(dǎo)通和截止由PWM控制器產(chǎn)
生的占空比可調(diào)的PWM脈沖控制，電容C51, PWM控制器給出的占空比可 調(diào)PWM脈沖信號(hào)P511、 P521、 P512、 P522 .....P51N 、 P52N。輸入直流電
壓由于Q511， Q512， ......Q51N的導(dǎo)通截止轉(zhuǎn)換成方波電壓，此電壓經(jīng)電感
L51, L52......L5N和電容C51整流濾波后轉(zhuǎn)換為直流輸出電壓。其中每一相
DC/DC變換的基本工作原理如上述單相非隔離高頻開(kāi)關(guān)降壓DC/DC變換單 元。
在圖2和圖3所示的輸出可寬范圍動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的電源架構(gòu)框圖中，開(kāi)環(huán)隔 離DC/DC變換單元22可采用當(dāng)前現(xiàn)有技術(shù)使用的任何一種隔離DC/DC變換 電路拓樸設(shè)計(jì)而成。但為了提高其后級(jí)隔離DC/DC變換單元的功率密度和效 率，優(yōu)先選用如圖6、圖7、圖8、圖9、圖10、圖11所示的推^t、半橋、全 橋這幾種隔離DC/DC變換電路拓樸中的一種設(shè)計(jì)而成。不管采用何種隔離 DC/DC變換電路拓樸，其電路中的功率開(kāi)關(guān)管均工作在固定占空比條件。
圖6為推挽隔離DC/DC變換單元的電路拓樸(副邊倍壓整流)，參見(jiàn)該 圖，該電路包括電容C6， MOS管Q61、 Q62、 Q63、 Q64，變壓器T6,電 感L6,脈沖P61和P62為PWM控制器給出的占空比固定的PWM脈沖。Q61, Q62的導(dǎo)通截止受PWM控制器給出的占空比固定的PWM脈沖P61、 P62控 制，通過(guò)Q61、 Q62這兩個(gè)MOS管的導(dǎo)通截止，4巴直流輸入電壓轉(zhuǎn)換成方波 交流電壓；T6是隔離變壓器，主要起功率轉(zhuǎn)換和電氣隔離作用；Q63、 Q64 是副邊同步整流MOS管，其導(dǎo)通截止可以通過(guò)T6上的輔助驅(qū)動(dòng)繞組控制， 也可以通過(guò)來(lái)自外部的PWM脈沖控制，實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)實(shí)際功率大小，也可 以用二極管替代。L6、 C6對(duì)T6副邊繞組輸出的方波交流電壓整流濾波，由 此獲得直流輸出電壓。
圖7為推挽隔離DC/DC變換單元的電路拓樸(副邊倍流整流)，參見(jiàn)該 圖，該電路包括電容C7， MOS管Q71、 Q72、 Q73、 Q74,變壓器T7,電 感L71 、 L72,脈沖P71和P72為PWM控制器給出的占空比固定的PWM脈 沖d Q71 、 Q72的導(dǎo)通截止受PWM控制器給出的占空比固定的PWM脈沖 P71、 P72控制，通過(guò)Q71、 Q72這兩個(gè)MOS管的導(dǎo)通截止，4巴直流輸入電 壓轉(zhuǎn)換成方波交流電壓；T7是隔離變壓器，主要起功率轉(zhuǎn)換和電氣隔離作用； Q73、 Q74是副邊同步整流MOS管，其導(dǎo)通截止可以通過(guò)T7上的輔助驅(qū)動(dòng) 繞組控制，也可以通過(guò)來(lái)自外部的PWM脈沖控制，實(shí)際應(yīng)用中;^艮據(jù)實(shí)際功率 大小，也可以用二極管替代。L71、 L72、 C7對(duì)T7副邊繞組輸出的方波交流 電壓整流濾波，由此獲得直流輸出電壓。
圖8為半橋隔離DC/DC變換電路拓樸(副邊倍壓整流)，參見(jiàn)該圖，該 電路包括電容C81、 C82、 C83, MOS管Q81、 Q82、 Q83、 Q84,電感L8， 變壓器T8,脈沖P81和P82為PWM控制器給出的占空比固定的PWM脈沖。 Q81、 Q82和C81、 C82構(gòu)成半橋電路拓樸原邊兩橋臂，Q81、 Q82的導(dǎo)通截 止受PWM控制器給出的占空比固定的PWM脈沖P81、 P82控制，通過(guò)Q81、 Q82這兩個(gè)MOS管的導(dǎo)通截止，把直流輸入電壓轉(zhuǎn)換成方波交流電壓；T8 是隔離變壓器，主要起功率轉(zhuǎn)換和電氣隔離作用；Q83、 Q84是副邊同步整流 MOS管，其導(dǎo)通截止可以通過(guò)T8上的輔助驅(qū)動(dòng)繞組控制，也可以通過(guò)來(lái)自 外部的PWM脈沖控制，實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)實(shí)際功率大小，也可以用二極管替代。 L8、 C83對(duì)T8副邊繞組輸出的方波交流電壓整流濾波，由此獲得直流輸出電
壓。
圖9為半橋隔離DC/DC變換電路拓樸(副邊倍流整流)，參照該圖，該 電路包括電容C91、 C92、 C93, MOS管Q91、 Q92、 Q93、 Q94,變壓器 T9,電感L91 、L92,脈沖P91和P92為PWM控制器給出的占空比固定的PWM 脈沖。Q91、 Q92和C91、 C92構(gòu)成半橋電路拓樸原邊兩橋臂，Q91、 Q92的 導(dǎo)通截止受PWM控制器給出的占空比固定的PWM脈沖P91、 P92控制，通 過(guò)Q91、 Q92這幾個(gè)MOS管的導(dǎo)通截止，4巴直流輸入電壓轉(zhuǎn)換成方波交流電 壓；T9是隔離變壓器，主要起功率轉(zhuǎn)換和電氣隔離作用；Q93、 Q94是副邊 同步整流MOS管，其導(dǎo)通截止可以通過(guò)T9上的輔助驅(qū)動(dòng)繞組控制，也可以 通過(guò)來(lái)自外部的PWM脈沖控制，實(shí)際應(yīng)用中^4居實(shí)際功率大小，也可以用二 極管替代。L91 、 L92 、 C93對(duì)T9副邊繞組輸出的方波交流電壓整流濾波，由 此獲得直流輸出電壓。
圖10為全橋隔離DC/DC變換電路拓樸(副邊倍壓整流)，參照該圖，該 電路包括MOS管Q101、 Q102、 Q103、 Q104、 Q105、 Q106，變壓器T10, 電感LIO,電容CIO，脈沖PIOI、 P102、 P103、 P104為PWM控制器給出的 占空比固定的PWM脈沖。QlOl、 Q102、 Q103、 Q104這四個(gè)MOS管構(gòu)成全 橋電路拓樸原邊兩橋臂，他們的導(dǎo)通截止受PWM控制器給出的占空比固定的 PWM脈沖PIOI、 P102、 P103、 P104控制，通過(guò)QIOI、 Q102、 Q103、 Q104 這四個(gè)MOS管的導(dǎo)通截止，把直流輸入電壓轉(zhuǎn)換成方波交流電壓；T10是隔 離變壓器，主要起功率轉(zhuǎn)換和電氣隔離作用；Q105、 Q106是副邊同步整流 MOS管，其導(dǎo)通截止可以通過(guò)T10上的驅(qū)動(dòng)繞組控制，也可以通過(guò)來(lái)自外部 的PWM脈沖控制，實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)實(shí)際功率大小，也可以用二極管替代。 LIO、 C10對(duì)T10副邊繞組輸出的方波交流電壓整流濾波，由此獲得直流輸出 電壓。
圖11為全橋隔離DC/DC變換電路拓樸(副邊倍流整流)，參照該圖，該 電路包括MOS管Qlll、 Q112、 Q113、 Q114、 Q115、 Q116,變壓器Tll, 電感Llll、 L112,電容Cll,脈沖Plll、 P112、 P113、 P114為PWM控制器 給出的占空比固定的PWM脈沖。Qlll、 Q112、 Q113、 Q114這四個(gè)MOS管 構(gòu)成全橋電路拓樸原邊兩橋臂，他們的導(dǎo)通截止受PWM控制器給出的占空比 固定的PWM脈沖Plll、 P112、 P113、 P114控制,通過(guò)Qlll、 Q112、 Q113、
Q114這幾個(gè)MOS管的導(dǎo)通截止，把直流輸入電壓轉(zhuǎn)換成方波交流電壓；Tll 是隔離變壓器，主要起功率轉(zhuǎn)換和電氣隔離作用；Q115、 Q116是副邊同步整 流MOS管，其導(dǎo)通截止可以通過(guò)Tll上的輔助驅(qū)動(dòng)繞組控制，也可以通過(guò)來(lái) 自外部的PWM脈沖控制，實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)實(shí)際功率大小，也可以用二極管替 代。Llll、 L112、 Cll對(duì)Tll副邊繞組輸出的方波交流電壓整流濾波，由此 獲得直流輸出電壓。
在附圖2和附圖3中本發(fā)明實(shí)施例提供的輸出可寬范圍動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電源架
構(gòu)框圖中，非隔離高頻開(kāi)關(guān)降壓DC/DC變換單元21和高帶寬非隔離DC/DC 變換單元30使用的PWM控制器均可采用如圖12所示基本模擬PWM控制器 或如圖14所示基本數(shù)字PWM控制器。非隔離高頻開(kāi)關(guān)降壓DC/DC變換單 元所使用的PWM控制器在整定自身輸出電壓的同時(shí)接受經(jīng)隔離信號(hào)傳輸單 元23傳輸過(guò)來(lái)的輸出電壓第一反饋調(diào)節(jié)信號(hào)對(duì)自身的輸出電壓進(jìn)行寬范圍預(yù) 調(diào)節(jié)。
參照?qǐng)D12,該基本模擬PWM控制器120包括運(yùn)算放大器U2，比較器 Ul及振蕩器1。 ZouTi為輸出電壓；Zin、 ZFB為輸入和反饋網(wǎng)絡(luò)；輸入電壓 與參考電壓VREF比較的差值經(jīng)運(yùn)算放大器U2和Zin、 zfb輸入和反饋網(wǎng)絡(luò) 處理后獲得誤差電壓Ue， Ue再與振蕩器發(fā)生的鋸齒三角波Ml相比較經(jīng)U2 處理后獲得PWM脈沖P121。圖13為U2和Zin、 Zfb輸入和反饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的 一個(gè)常用的2極點(diǎn)2零點(diǎn)反饋補(bǔ)償基本示意圖。參照該圖，Zin包括電阻R133 、 R131和電容C133, ZFB包括電容C131、 C132和電阻R134，也可以采用電源 設(shè)計(jì)運(yùn)用中其他的反饋補(bǔ)償。
參照?qǐng)D14,該基本的數(shù)字PWM控制器140包括模數(shù)轉(zhuǎn)換單元142, PI或PID運(yùn)算處理單元143， DPWM(數(shù)字脈沖寬度調(diào)制器)單元144。輸出 模擬電壓VouT被比例分壓處理單元141比例分壓處理后，輸送到數(shù)字PWM 控制器140內(nèi)部的模數(shù)轉(zhuǎn)換單元142，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換成的數(shù)字信號(hào)送到PI(比例 積分)或PID (比例積分微分)單元143運(yùn)算處理后產(chǎn)生PWM脈沖占空比信 息，隨后該占空比信息被送到DPWM (數(shù)字脈沖寬度調(diào)制器)單元144,經(jīng) DPWM單元144產(chǎn)生輸出PWM脈沖P141。
在圖3所示本發(fā)明實(shí)施例提供的輸出可寬范圍動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的電源架構(gòu)框圖
中，PWM控制器輸出的PWM控制信號(hào)可根據(jù)實(shí)際需要經(jīng)過(guò)分離功率放大
電路或集成功率放大電路IC進(jìn)行功率放大以增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)MOS管導(dǎo)通截止能力， 圖15為一簡(jiǎn)單的分離功率放大電路，實(shí)際使用的電路可能會(huì)比該電路復(fù)雜且 電路設(shè)計(jì)有可能不同。該電路包括NPN三極管Q151, PNP三極管Q152, Q151、 Q152構(gòu)成推4免放大電路。
在圖3所示本發(fā)明實(shí)施例的輸出可寬范圍動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電源架構(gòu)框圖中，高 帶寬非隔離DC/DC變換單元30可優(yōu)先采用非隔離線性DC/DC變換單元，其 電路架構(gòu)框圖如圖16所示。參照?qǐng)D16, Q161為功率MOS管(根據(jù)實(shí)際應(yīng)用 也可以是功率晶體管)，R161、 R162為電阻，U4為比較誤差放大器。Q161 功率MOS管作為調(diào)整元件串接于輸入電壓與輸出電壓之間，通過(guò)改變調(diào)整 Q161兩端的電壓降可以調(diào)整輸出電壓的大小。基準(zhǔn)參考電壓用來(lái)產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn) 定的參考電壓vref3，取樣網(wǎng)絡(luò)Wl是由電阻R161、 R162構(gòu)成的分壓網(wǎng)絡(luò)， 它的的功能是對(duì)輸出電壓Uoi進(jìn)行取樣，然后與基準(zhǔn)電壓vref3進(jìn)行比較， 比較誤差放大器U4將比較的結(jié)果放大后，作為調(diào)整元件Q161的控制信號(hào)， 以控制調(diào)整Q161兩端的電壓降。從而使輸出電壓穩(wěn)定在由參考電壓Vref3和 取樣網(wǎng)絡(luò)Wl電阻R161、 R162參數(shù)決定的某一值。其計(jì)算公式如下
U01=(l+Rl6l/Rl62)* vref3
同時(shí)，在圖3所示本發(fā)明的輸出可寬范圍動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電源架構(gòu)框圖中，由 于輸入電壓經(jīng)前級(jí)非隔離高頻開(kāi)關(guān)降壓DC/DC變換單元21轉(zhuǎn)換后，又經(jīng)后 級(jí)開(kāi)環(huán)隔離DC/DC變換單元22轉(zhuǎn)換成較低的中間母線電壓V2,由于在非隔 離高頻開(kāi)關(guān)降壓DC/DC變換單元21的電路設(shè)計(jì)中，其功率開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)損耗 一般與開(kāi)關(guān)頻率和輸入電壓的乘積成正比，在一定的開(kāi)關(guān)損耗之下，輸入電 壓減小，開(kāi)關(guān)頻率可以提高。因此圖3中高帶寬非隔離DC/DC變換單元30 如當(dāng)采用圖4所示的單相高頻開(kāi)關(guān)降壓DC/DC變換單元或圖5所示的多相高 頻開(kāi)關(guān)降壓DC/DC變換單元時(shí)，由于輸入此部分DC/DC變換單元的輸入電 壓低，功率開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)頻率可以大大提高，因此此部分DC/DC變換單元的 響應(yīng)帶寬也可以大大提高，因此圖3中高帶寬非隔離DC/DC變換單元30也 可以采用圖4所示的單相高頻開(kāi)關(guān)降壓DC/DC變換單元或圖5所示的多相高 頻開(kāi)關(guān)降壓DC/DC變換單元。
在圖3所示本發(fā)明的輸出可寬范圍動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電源架構(gòu)框圖中，第一級(jí)非
隔離高頻開(kāi)關(guān)降壓DC/DC變換單元21的輸出中間母線電壓VI的寬范圍調(diào) 節(jié)是通過(guò)把輸出電壓第一反饋調(diào)節(jié)信號(hào)經(jīng)隔離信號(hào)傳輸單元從用戶端傳輸?shù)?第一級(jí)非隔離高頻開(kāi)關(guān)降壓DC/DC變換單元21后經(jīng)相應(yīng)電路處理后的電壓 Va疊加到PWM控制部分的基準(zhǔn)參考電壓VREF上，通過(guò)改變PWM控制部 分的基準(zhǔn)參考電壓輸入，達(dá)到使中間母線電壓VI寬范圍動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的目的。電 壓調(diào)節(jié)基本原理如圖17所示。
參照?qǐng)D17, PWM控制器一方面接受由R171、 R173構(gòu)成的取樣網(wǎng)絡(luò)ZiN3 檢測(cè)中間母線電壓VI的信息，用于整定中間母線電壓VI,同時(shí)通過(guò)把中間 母線電壓VI調(diào)節(jié)電壓Va疊加到參考電壓Vref4上后，通過(guò)改變PWM控制 器的參考電壓輸入大小達(dá)到寬范圍動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)降壓DC/DC變換單元21的輸出 中間母線電壓VI,其VI的一般計(jì)算表達(dá)公式可如下所示
Vl=(l+Rl7l/Rl72)* ( VREF4 + Va)
在圖3所示本發(fā)明實(shí)施例的輸出可寬范圍動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電源架構(gòu)框圖中，后 級(jí)高帶寬非隔離DC/DC變換單元30的輸出電壓V的寬范圍調(diào)節(jié)是通過(guò)把輸 出電壓第二反饋調(diào)節(jié)信號(hào)經(jīng)相應(yīng)電路處理后的電壓Vb疊加到比較誤差放大器 U6部分的基準(zhǔn)參考電壓Vrefs上，通過(guò)改變比較誤差放大器U6部分的基準(zhǔn) 參考電壓輸入，達(dá)到使輸出電壓V寬范圍動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的目的。電壓調(diào)節(jié)基本原 理如圖18所示，參照該圖，比較誤差放大器U6 —方面接受由R181、 R182 構(gòu)成的取樣網(wǎng)絡(luò)W2檢測(cè)輸出電壓V的信息，用于整定輸出電壓，同時(shí)通過(guò) 把輸出電壓Uo2調(diào)節(jié)電壓Vb疊加到參考電壓VREF5上后通過(guò)改變比較誤差放 大器U6的參考電壓輸入大小達(dá)到寬范圍動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)高帶寬非隔離DC/DC變換 單元30的輸出電壓V,其V的一般計(jì)算表達(dá)公式可如下所示
V=(l+Rl8l/Rl82)* ( VREF5 + Vb)
在圖3所示本發(fā)明實(shí)施例的輸出可寬范圍動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電源架構(gòu)框圖中，第 一級(jí)的非隔離高頻開(kāi)關(guān)降壓DC/DC變換單元21的輸出中間母線電壓VI的 寬范圍第一反饋調(diào)節(jié)信號(hào)192和后級(jí)的高帶寬非隔離DC/DC變換單元30的 輸出電壓V的寬范圍第二反饋調(diào)節(jié)信號(hào)191可通過(guò)用戶的信號(hào)經(jīng)一定的電路 提取出，信號(hào)示意參見(jiàn)圖19。
虛線是經(jīng)一定的電路處理后提取出的第一反饋調(diào)節(jié)信號(hào)192包絡(luò)，用于控制第 一級(jí)非隔離BUCK DC/DC變換的輸出中間母線電壓VI寬范圍調(diào)節(jié)， 實(shí)線是用于控制后級(jí)高帶寬非隔離DC/DC變換的輸出電壓V的寬范圍第二反 饋調(diào)節(jié)信號(hào)191。實(shí)際應(yīng)用中可與此圖不同，但原理相近。
上述圖2和圖3所示本發(fā)明實(shí)施例的輸出可寬范圍動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電源架構(gòu)框 圖中，隔離信號(hào)傳輸單元可采用光藕或隔離變壓器等元器件構(gòu)成。
本發(fā)明實(shí)施例提供的可寬范圍動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電源工作原理和優(yōu)點(diǎn)是輸出電 壓先通過(guò)高效簡(jiǎn)單的降壓DC/DC變換根據(jù)第一反饋調(diào)節(jié)信號(hào)進(jìn)行預(yù)調(diào)節(jié)，此 預(yù)調(diào)節(jié)后的中間電壓再經(jīng)高效簡(jiǎn)單的開(kāi)環(huán)隔離DC/DC變換進(jìn)行高效隔離，避 免了現(xiàn)有技術(shù)中需要采用多個(gè)電壓輸入源進(jìn)行切換造成的電源功率密度低， 設(shè)計(jì)復(fù)雜，成本高等缺點(diǎn)。同時(shí)進(jìn)一步的高帶寬動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)單元直接串接 回路中，避免了現(xiàn)有技術(shù)中需要采用復(fù)雜的高帶寬變壓器，進(jìn)一步降低了電 源的成本，提高了電源的功率密度，降低了電源的設(shè)計(jì)難度，提高了電源的 可靠性。
以上對(duì)本發(fā)明實(shí)施例所提供的 一種可寬范圍動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電源架構(gòu)進(jìn)行了詳 細(xì)介紹，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的思想，在具體實(shí) 施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說(shuō)明書實(shí)施例的內(nèi)容不 應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1、一種可寬范圍動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電源架構(gòu)，其特征在于，所述的電源架構(gòu)包括:隔離信號(hào)傳輸單元，向非隔離高頻開(kāi)關(guān)降壓DC/DC變換單元傳輸輸出電壓的第一反饋調(diào)節(jié)信號(hào)；非隔離高頻開(kāi)關(guān)降壓DC/DC變換單元，將輸入直流電壓進(jìn)行降壓轉(zhuǎn)換，同時(shí)輸出電壓由所述第一反饋調(diào)節(jié)信號(hào)進(jìn)行預(yù)調(diào)節(jié)后輸出到開(kāi)環(huán)隔離DC/DC變換單元；開(kāi)環(huán)隔離DC/DC變換單元，隔離轉(zhuǎn)換其接收的所述非隔離高頻開(kāi)關(guān)降壓DC/DC變換單元輸出的直流電壓，并輸出直流電壓。
2、 如權(quán)利要求1所述的可寬范圍動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電源架構(gòu)，其特征在于，所述的電源架構(gòu)還包括高帶寬非隔離DC/DC變換單元，連接在所述開(kāi)環(huán)隔離DC/DC變換單元 之后，接收開(kāi)環(huán)隔離DC/DC變換單元的輸出電壓，并根據(jù)輸出電壓第二反々貴 調(diào)節(jié)信號(hào)對(duì)開(kāi)環(huán)隔離DC/DC變換單元的輸出電壓調(diào)節(jié)，輸出電壓。
3、 如權(quán)利要求2所述的可寬范圍動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電源架構(gòu)，其特征在于，所述 的高帶寬非隔離DC/DC變換單元為非隔離線性DC/DC變換電路。
4、 如權(quán)利要求2所述的可寬范圍動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電源架構(gòu)，其特征在于，所述 的高帶寬非隔離DC/DC變換單元為單相高頻開(kāi)關(guān)降壓DC/DC變換單元或多 相高頻開(kāi)關(guān)降壓DC/DC變換單元。
5、 如權(quán)利要求1所述的可寬范圍動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電源架構(gòu)，其特征在于，所述 的非隔離高頻開(kāi)關(guān)降壓DC/DC變換單元為單相非隔離高頻開(kāi)關(guān)降壓DC/DC 變換單元或多相非隔離高頻開(kāi)關(guān)降壓DC/DC變換單元。
6、 如權(quán)利要求1所述的可寬范圍動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電源架構(gòu)，其特征在于，所述 的開(kāi)環(huán)隔離DC/DC變換單元為推4免隔離DC/DC變換單元、半橋隔離DC/DC 變換單元或全橋隔離DC/DC變換單元。
7、 如權(quán)利要求1至5任何一項(xiàng)所述的可寬范圍動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電源架構(gòu)，其特征在于，所述的任何DC/DC變換單元中的包含有PWM控制器，所述的PWM 控制器為模擬PWM控制器或數(shù)字PWM控制器。
8、如權(quán)利要求7所述的可寬范圍動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電源架構(gòu)，其特征在于，非隔 離高頻開(kāi)關(guān)降壓DC/DC變換單元所使用的PWM控制器在整定自身輸出電壓 的同時(shí)接受經(jīng)所述隔離信號(hào)傳輸單元傳輸過(guò)來(lái)的輸出電壓第一反饋調(diào)節(jié)信號(hào) 對(duì)自身的輸出電壓進(jìn)行寬范圍預(yù)調(diào)節(jié)。
9、如權(quán)利要求l、 6或8所述的可寬范圍動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電源架構(gòu)，其特征在于， 所述的開(kāi)環(huán)隔離DC/DC變換單元包括功率開(kāi)關(guān)管，所述的功率開(kāi)關(guān)管受占空 比固定的PWM脈沖控制，所述的開(kāi)環(huán)隔離DC/DC變換單元工作在開(kāi)環(huán)狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明涉及電力電子領(lǐng)域，本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)了一種可寬范圍動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電源架構(gòu)，其中，該電源架構(gòu)包括非隔離高頻開(kāi)關(guān)降壓DC/DC變換單元，在整定自身輸出電壓的同時(shí)，根據(jù)第一反饋調(diào)節(jié)信號(hào)進(jìn)行預(yù)調(diào)節(jié)后輸出到開(kāi)環(huán)隔離變換單元；開(kāi)環(huán)隔離DC/DC變換單元，接收所述非隔離高頻開(kāi)關(guān)降壓DC/DC變換單元輸出的直流電壓，進(jìn)行高效隔離轉(zhuǎn)換，并輸出直流電壓；隔離信號(hào)傳輸單元，向所述非隔離高頻開(kāi)關(guān)降壓DC/DC變換單元傳輸輸出電壓第一反饋調(diào)節(jié)信號(hào)。本發(fā)明實(shí)施例提供的可寬范圍動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電源架構(gòu)成本低、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、功率密度高、可靠性高的寬范圍高效動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電源架構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)輸出電壓可寬范圍快速動(dòng)態(tài)的調(diào)節(jié)變化。
文檔編號(hào)H02M3/315GK101378233SQ200710147629
公開(kāi)日2009年3月4日 申請(qǐng)日期2007年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月31日
發(fā)明者葉燕霞 申請(qǐng)人:葉燕霞