專利名稱：一種長壽命低電磁干擾穩(wěn)壓電源變換器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電源變換器，特別是涉及一種長壽命低電磁干擾穩(wěn)壓電源變 換器。
背景技術：
壓電陶瓷變壓器以其突出的性能優(yōu)勢已經開始越來越多地應用在開關電源 領域，而目前較為常見的一種方式是將諧振半橋電路應用在壓電陶瓷變壓器電源 變換器中，其電路結構如圖l所示，包括1)諧振半橋電路，有兩個串接開關 管Q1、 Q2組成；2)壓電陶瓷變壓器由壓電陶瓷變壓器組成；3)整流電路部 分主要由整流電路、電容C1、負載電阻Rbad及采樣電阻Rsense卜Rse,2組成； 4)負反饋電路部分主要由一個參考電壓源及補償電路部分組成；5) PFM (頻 率調節(jié)模式)控制電路部分；6)隔離驅動電路部分包括驅動變壓器或驅動光 耦。該電路的工作原理主要是利用變壓器和諧振電感對于不同的頻率有著不同的 輸出增益從而達到恒壓輸出。輸出電壓與設定電壓的差值通過負反饋環(huán)路來影響 PFM，從而改變電路的工作頻率，達到逐步縮小輸出電壓與設定電壓的差值，最 終實現(xiàn)恒定電壓輸出的目的。
雖然該電路可以實現(xiàn)軟開關、效率較高、控制也不復雜，但其也存在一些缺 點必須是變頻率控制才能實現(xiàn)電壓的穩(wěn)定輸出從而導致很多與頻率變化相關的 問題如EMI的測試及整改，而且需要在壓電陶瓷變壓器原邊串聯(lián)一個諧振電感 用以在比較寬的頻率范圍實現(xiàn)軟開關。而諧振電感的存在無疑將會增大變換器的 體積、提高成本、增大損耗，如果能去掉諧振電感而能保證電路還能夠有相同的 功能將是十分有意義的。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的提供一種可以去掉諧振電感的情況下，實現(xiàn)長壽命低電磁干擾 的穩(wěn)壓電源變換器。
本發(fā)明通過以下的技術方案來實現(xiàn) 一種長壽命低電磁干擾穩(wěn)壓電源變換 器，包括諧振半橋電路、壓電陶瓷變壓器、整流輸出電路、負反饋電路、隔離驅 動電路，其特征在于還包括定頻率驅動電路、PWM控制電路定頻率驅動電路連接于諧振半橋電路和隔離驅動電路之間；PWM控制電路連接于負反饋電路與隔離 驅動電路之間；上述諧振半橋電路的輸出連接到上述壓電陶瓷變壓器的輸入端， 上述壓電陶瓷變壓器經整流電路輸出；上述電源變換器的輸出反饋采樣電壓經所 述負反饋電路連接所述PWM控制電路；所述PWM控制電路的PWM輸出控制 所述隔離驅動電路的驅動占空比，所述隔離驅動電路來驅動設在所述定頻率驅動 電路的導通或截止，從而讓所述定頻率驅動電路控制的諧振半橋電路處于間歇工 作的模式，間歇工作的時間比率取決于所述隔離驅動電路的驅動占空比。
本發(fā)明所述定頻率驅動電路包括定頻率定脈寬驅動芯片，第三開關管；所 述第三開關管的柵極連接于所述隔離驅動電路的輸出端；所述第三開關管的漏 極和源極串接于諧振半橋電路的電源主回路中，所述第三開關管的源極和所述 定頻率驅動芯片的工作電源參考端接諧振半橋電路的電源主回路的負極；定頻
率驅動芯片的兩個輸出端對應連接諧振半橋電路的兩個輸入端。
另外上述第三開關管的漏極串接于所述定頻率驅動芯片的工作電源參考 端，或者定頻率驅動芯片的使能端，或者定頻率驅動芯片的同步端，也可以 實施本發(fā)明技術方案。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下特點
1、 去掉了傳統(tǒng)電路中的諧振電感，減小變換器的體積，且仍然能夠實現(xiàn)軟 開關功能。傳統(tǒng)的諧振電感上的鐵損和銅損都是不可忽視的，因此通過 去掉諧振電感也可以提高變換器的效率；
2、 實現(xiàn)高頻和低頻疊加控制的穩(wěn)定電壓輸出軟開關電源變換器，應用 PWM控制方案較PFM控制方案更成熟穩(wěn)定，電路可靠性更高；
3、 電路的頻率恒定，對比傳統(tǒng)的調整頻率方案在EMI的調試上要方便很 多，因為只需要調整對應頻率點的情況，而不需要對整個頻率段進行評 估。


圖1為現(xiàn)有技術的原理圖2為本發(fā)明原理框圖3為本發(fā)明實施方式一的原理圖4為本發(fā)明實施方式二的原理圖；圖5為本發(fā)明實施方式三的原理圖； 圖6為本發(fā)明實施方式四的原理具體實施例方式
如圖2所示，主要包括以下幾個組成部分1)定頻率驅動電路部分主要 由定頻率驅動芯片或者固定頻率及占空比的方波發(fā)生器、開關管Q3組成；2) 諧振半橋電路，有兩個開關管Q1、 Q2組成；3)壓電陶瓷變壓器由壓電陶瓷
變壓器組成；4)整流電路部分主要由整流電路、電容C1、負載電阻Rload及 采樣電阻Rsensel、 Rsense2組成；4)負反饋電路部分主要由一個參考電壓源 及補償電路部分組成；5)PWM控制電路部分(通用的PWM芯片如UC3843等)； 6)隔離驅動電路部分采用驅動變壓器或驅動光耦。定頻率驅動電路連接于諧 振半橋電路和隔離驅動電路之間；PWM控制電路連接于負反饋電路與隔離驅動電 路之間；上述諧振半橋電路的輸出連接到上述壓電陶瓷變壓器的輸入端，上述壓 電陶瓷變壓器經整流電路輸出；上述電源變換器的輸出反饋采樣電壓經所述負反 饋電路連接所述PWM控制電路。
PWM控制電路控制驅動定頻率驅動電路發(fā)出兩個方波驅動信號，信號頻率 和脈寬都是固定的，且其頻率高于PWM控制電路的頻率幾倍到幾十倍以上。電
源變換器輸出電壓經過采樣電阻R^W、 Rsense2進入負反饋電路，從而影響PWM
控制電路，使其對PWM輸出的信號占空比進行調制，并通過驅動變壓器或者驅
動光耦的隔離驅動電路去驅動，驅動占空比的大小最終決定了輸出電壓的高低， 因此可以通過控制占空比來穩(wěn)定輸出電壓。而更高頻率的固定頻率驅動電路與壓 電陶瓷變壓器其本身的固有諧振頻率相匹配(即工作頻率略高于壓電變壓器的固 有頻率)。同時，由于壓電變壓器的內部等效參數(shù)可以根據需要在材料和燒結工
藝上進行控制，而與之匹配的電路固定頻率也可以通過修改電路參數(shù)進行人為設 定，因此這種可通過人為設定的匹配關系可以在電路中省掉額外的諧振電感，只
要利用壓電陶瓷變壓器內部等效電路中的的寄生電感L (如圖3所示)，即可實 現(xiàn)軟開關功能。
本發(fā)明的具體實施方式
一電路原理圖如圖3所示，諧振半橋電路中的兩個開 關管Ql、 Q2互相串聯(lián)，開關管Ql的源極連接開關管Q2的漏極，開關管Ql的漏極接電源正極，開關管Q2的源極接電源負極，定頻率驅動電路包括定頻率 定脈寬驅動芯片和第三開關管Q3;第三開關管Q3的柵極連接于隔離驅動電路的 輸出端；第三開關管Q3的漏極和源極串接于諧振半橋電路的電源主回路中，第 三開關管Q3的源極和定頻率驅動芯片的工作電源參考端接諧振半橋電路的電源 主回路的負極；定頻率驅動芯片的兩個輸出端對應連接諧振半橋電路的兩個中的 兩個開關管Q1、 Q2柵極。
輸出電壓經過采樣電阻Rsensel、 R，se2分壓后得到適應于PWM控制芯片的
電壓信號，PWM控制芯片采用現(xiàn)有常用的集成了負反饋控制的芯片，利用采樣 電壓信號來控制PWM的脈寬；脈寬信號經過隔離驅動變壓器去驅動開關管Q3， 當開關管Q3導通時，定頻率定脈寬驅動芯片IC控制的諧振半橋電路可以正常 工作，給后級提供能量；當開關管Q3截止時，諧振半橋電路停止工作，無法向 后級傳遞能量。因此可以通過控制PWM的脈寬、即控制諧振半橋電路工作與停 止的時間比例來達到控制輸出電壓的目的。
如圖4所示本發(fā)明的具體實施方式
二電路原理圖，其主要工作原理與圖3 一致，不同之處在于控制諧振半橋電路間歇工作的方法不是通過開關管Q3切斷 主回路，而是通過開關管Q3切斷定頻率驅動電路控制芯片的供電回路。上述第 三開關管Q3的柵極連接于所述隔離驅動電路的輸出端；第三開關管Q3的漏極 串接于定頻率驅動芯片的工作電源參考端，第三開關管Q3的源極接諧振半橋電 路的電源主回路的負極；當?shù)谌_關管Q3導通時，定頻率驅動電路可以正常工 作，向后級提供能量；當?shù)谌_關管Q3截止時，則定頻率驅動電路無法向后級 傳遞能量。因此可以通過控制PWM的脈寬、及第三開關管Q3的驅動占空比來 達到控制及穩(wěn)定輸出電壓的目的。該種實施方式與實施方式一相比，同樣可通過 第三開關管Q3的導通截止來達到使間歇工作的目的，并且在此實施例中，因為 第三開關管Q3未接在主功率回路中，因此電源效率會更高。
另外，第三開關管Q3還可以放置在輸入的正端，如Vcc的頂端。但是這種 方案中的定頻率驅動芯片的緩啟動功能如果在正常工作時動作，將會影響到電路 的輸出紋波大小。因此需要合理設計緩啟動電路的參數(shù)，使得在副邊頻率相對應 的時間常數(shù)等級下緩啟動電路不會復位重新啟動。也就是說在這種應用場合下， 緩啟動電路只在電路重新啟動情況下起作用，而在正常工作時并不動作。如圖5所示本發(fā)明的具體實施方式
三電路原理圖，其主要工作原理與圖3 一致，此種電路是一種實用性很強的實施方案，但是此方案需要原邊的定頻率驅 動芯片有一個使能端，即可將第三開關管Q3接驅動芯片的使能端，從而通過第 三開關管Q3的導通與截止作用控制的定頻率驅動芯片驅動信號輸出；上述第三 開關管Q3的柵極連接于所述隔離驅動電路的輸出端；第三開關管Q3源極和所 述定頻率驅動芯片的工作電源參考端接諧振半橋電路的電源主回路的負極，第三 開關管Q3的漏極接驅動芯片的使能端。具體地，當?shù)谌_關管Q3截止，使得 該定頻率驅動芯片使能端懸空，則定頻率驅動芯片正常輸出驅動信號到第一、二 開關管Q1和Q2;而當?shù)谌_關管Q3導通，使定頻率驅動芯片能端接地，則不 輸出對第一、二開關管Q1和Q2的驅動信號。
由于此方案中第三開關管Q3也沒有接在主功率回路中，因此電路效率相較 于實施方式一而言更高；而且定頻率驅動芯片的緩啟動功能可以正常工作，而不 影響輸出電壓紋波。因此此種實施例相對較優(yōu)于前兩種實施方式，在定頻率驅動 芯片有使能端的情形下，推薦使用此種方案。
如圖6所示本發(fā)明的具體實施方式
四電路原理圖，其與實施方式三(圖5) 中的電路基本一致，不同的只是第三開關管Q3的漏極接驅動芯片的使能端變?yōu)?同步端，從而整個電路的工作模式都發(fā)生改變。以上的幾種實施例都是建立在兩 個基礎上，首先，原邊的定頻率驅動電路的工作頻率大于PWM控制電路的頻率， 而且一半選擇大于10倍以上；其次，定頻率驅動電路的脈寬接近50%，這樣才 能在輸出端去掉續(xù)流電感。而圖6中電路工作原理是在定頻率驅動電路沒有同 步信號時，驅動信號固定在某一個占空比，而一旦PWM控制芯片開始工作，驅 動開關管Q3后，定頻率驅動芯片將跟隨同步端的脈寬，從而使電路工作在調制 脈寬的模式下。
本發(fā)明的實施方式不限于此，根據本發(fā)明的上述內容，按照本領域的普通技 術知識和慣用手段，在不脫離本發(fā)明上述基本技術思想前提下，本發(fā)明還可以做 出其它多種形式的等效修改、替換或變更，均可實現(xiàn)本發(fā)明目的。
權利要求
1、一種長壽命低電磁干擾穩(wěn)壓電源變換器，包括諧振半橋電路、壓電陶瓷變壓器、整流輸出電路、負反饋電路、隔離驅動電路，其特征在于還包括定頻率驅動電路、PWM控制電路；定頻率驅動電路連接于諧振半橋電路和隔離驅動電路之間；PWM控制電路連接于負反饋電路與隔離驅動電路之間；上述諧振半橋電路的輸出連接到上述壓電陶瓷變壓器的輸入端，上述壓電陶瓷變壓器經整流電路輸出；上述電源變換器的輸出反饋采樣電壓經所述負反饋電路連接所述PWM控制電路；所述PWM控制電路的PWM輸出控制所述隔離驅動電路的驅動占空比，所述隔離驅動電路來驅動設在所述定頻率驅動電路的導通或截止，從而讓所述定頻率驅動電路控制的諧振半橋電路處于間歇工作的模式，間歇工作的時間比率取決于所述隔離驅動電路的驅動占空比。
2、 根據權利要求1所述的穩(wěn)壓電源變換器，其特征在于所述定頻率驅動電路 包括定頻率定脈寬驅動芯片，第三開關管；所述第三開關管的柵極連接于 所述隔離驅動電路的輸出端；所述第三開關管的漏極和源極串接于諧振半 橋電路的電源主回路中，所述第三開關管的源極和所述定頻率驅動芯片的 工作電源參考端接諧振半橋電路的電源主回路的負極；定頻率驅動芯片的 兩個輸出端對應連接諧振半橋電路的兩個輸入端。
3、 根據權利要求1所述的穩(wěn)壓電源變換器，其特征在于所述定頻率驅動電路 包括定頻率定脈寬驅動芯片，第三開關管；所述第三開關管的柵極連接于 所述隔離驅動電路的輸出端；所述第三開關管的漏極串接于所述定頻率驅 動芯片的工作電源參考端，所述第三開關管的源極接諧振半橋電路的電源 主回路的負極；定頻率驅動芯片的兩個輸出端對應連接諧振半橋電路的兩 個輸入端。
4、 根據權利要求1所述的穩(wěn)壓電源變換器，其特征在于所述定頻率驅動電路 包括定頻率定脈寬驅動芯片，第三開關管；所述第三開關管的柵極連接于 所述隔離驅動電路的輸出端；所述第三開關管的漏極連接于所述定頻率驅 動芯片的使能端，所述第三開關管的源極和所述定頻率驅動芯片的工作電 源參考端接諧振半橋電路的電源主回路的負極；定頻率驅動電路的兩個輸 出端對應連接諧振半橋電路的兩個輸入端。
5、 根據權利要求1所述的穩(wěn)壓電源變換器，其特征在于所述定頻率驅動電路包括定頻率定脈寬驅動芯片，第三開關管；所述第三開關管的柵極連接于 所述隔離驅動電路的輸出端；所述第三開關管的漏極連接于所述定頻率驅 動芯片的同步端，所述第三開關管的源極和所述定頻率驅動芯片的工作電 源參考端接諧振半橋電路的電源主回路的負極；定頻率驅動電路的兩個輸 出端對應連接諧振半橋電路的兩個輸入端。
全文摘要
本發(fā)明公開一種長壽命低電磁干擾穩(wěn)壓電源變換器，包括諧振半橋電路、壓電陶瓷變壓器、整流輸出電路、負反饋電路、隔離驅動電路，其特征在于還包括定頻率驅動電路、PWM控制電路；定頻率驅動電路連接于諧振半橋電路和隔離驅動電路之間；PWM控制電路連接于負反饋電路與隔離驅動電路之間；上述諧振半橋電路的輸出連接到上述壓電陶瓷變壓器的輸入端，上述壓電陶瓷變壓器經整流電路輸出；上述電源變換器的輸出反饋采樣電壓經所述負反饋電路連接所述PWM控制電路；所述PWM控制電路的PWM輸出控制所述隔離驅動電路的驅動占空比，所述隔離驅動電路來驅動設在所述定頻率驅動電路的導通或截止，從而讓所述定頻率驅動電路控制的諧振半橋電路處于間歇工作的模式，間歇工作的時間比率取決于所述隔離驅動電路的驅動占空比。
文檔編號H02M3/28GK101630914SQ200910042128
公開日2010年1月20日 申請日期2009年8月26日 優(yōu)先權日2009年8月26日
發(fā)明者張紅軍, 黃江劍, 晟 龔 申請人:廣州金升陽科技有限公司