用于隔離型電源的一次側(cè)調(diào)節(jié)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明揭示一種DC-DC轉(zhuǎn)換器，其包含一次側(cè)感測(cè)電路，所述一次側(cè)感測(cè)電路基于從所述DC-DC轉(zhuǎn)換器的二次繞組到所述DC-DC轉(zhuǎn)換器的一次繞組的反射電流而檢測(cè)所述DC-DC轉(zhuǎn)換器的負(fù)載電流。一次側(cè)二極管模擬從所述DC-DC轉(zhuǎn)換器的所述二次繞組驅(qū)動(dòng)的二次側(cè)二極管的效應(yīng)。輸出校正電路基于來(lái)自所述一次側(cè)感測(cè)電路和所述一次側(cè)二極管的反饋來(lái)控制到所述DC-DC轉(zhuǎn)換器的所述一次繞組的開(kāi)關(guān)波形。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于隔離型電源的一次側(cè)調(diào)節(jié)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電子電路，且具體來(lái)說(shuō)涉及電源電路。
【背景技術(shù)】
[0002]用于電子儀表、工業(yè)控制、馬達(dá)驅(qū)動(dòng)和醫(yī)療應(yīng)用中的許多低功率隔離型電源(例如)使用開(kāi)環(huán)電源來(lái)對(duì)二次側(cè)上的電路供電。開(kāi)環(huán)電源的輸出一股未經(jīng)調(diào)節(jié)且不具有軟啟動(dòng)來(lái)最小化涌入電流。然而，這些問(wèn)題可通過(guò)調(diào)節(jié)電源的一次側(cè)來(lái)避免?，F(xiàn)有技術(shù)圖1展示此類(lèi)隔離型電源100的簡(jiǎn)化示意圖。電源100為反激式轉(zhuǎn)換器的變體，且由半橋式功率級(jí)SI及S2、變壓器Tl、一次側(cè)電容器Cr、二極管Dl和輸出電容器Co組成。
[0003]盡管圖1中所示的電源100提供與開(kāi)環(huán)系統(tǒng)相比更好的調(diào)節(jié)，但所述調(diào)節(jié)仍可通過(guò)使用如現(xiàn)有技術(shù)圖2中所示的光耦合器210來(lái)感測(cè)二次側(cè)處的輸出改變或使用二次側(cè)處的線性調(diào)節(jié)器(未圖示)來(lái)再進(jìn)一步調(diào)節(jié)輸出(如下文論述)而得以改進(jìn)。
[0004]在隔離型開(kāi)關(guān)電源中，光耦合器210廣泛用以在反饋環(huán)路中提供隔離。使用光耦合器的缺點(diǎn)之一在于其低帶寬，然而，其中所述電源的帶寬由于在電源的控制環(huán)路增益中引入額外的極而減小。使用光耦合器的另一缺點(diǎn)在于電流傳輸比(CTR)的大的單元間變化。將CTR或耦合效率定義為光隔離器晶體管集電極電流與二極管電流的比率。CTR的高變化對(duì)電源的控制環(huán)路設(shè)計(jì)強(qiáng)加了約束，且致使環(huán)路的補(bǔ)償更困難。另外，光耦合器在高溫下不再可靠，且因此對(duì)于太空、軍事和一些工業(yè)應(yīng)用并非是優(yōu)選的。
[0005]代替光耦合器，還可利用線性調(diào)節(jié)器來(lái)將輸出向下調(diào)節(jié)到所要的輸出電壓電平。此策略幫助避免了與光耦合器相關(guān)聯(lián)的帶寬、過(guò)程變化和可靠性問(wèn)題。盡管可用線性調(diào)節(jié)器緊密地調(diào)節(jié)輸出，但其還導(dǎo)致主要?dú)w因于調(diào)節(jié)器的導(dǎo)通元件上的功率耗散的效率損失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在一個(gè)實(shí)例中，DC-DC轉(zhuǎn)換器包含一次側(cè)感測(cè)電路，所述一次側(cè)感測(cè)電路基于從所述DC-DC轉(zhuǎn)換器的二次繞組到所述DC-DC轉(zhuǎn)換器的一次繞組的反射電流而檢測(cè)所述DC-DC轉(zhuǎn)換器的負(fù)載電流。一次側(cè)二極管模擬從所述DC-DC轉(zhuǎn)換器的所述二次繞組驅(qū)動(dòng)的二次側(cè)二極管的效應(yīng)。輸出校正電路基于來(lái)自所述一次側(cè)感測(cè)電路和所述一次側(cè)二極管的反饋來(lái)控制到所述DC-DC轉(zhuǎn)換器的所述一次繞組的開(kāi)關(guān)波形。
[0007]在另一實(shí)例中，DC-DC轉(zhuǎn)換器包含一次側(cè)感測(cè)電路，所述一次側(cè)感測(cè)電路基于從所述DC-DC轉(zhuǎn)換器的二次繞組到所述DC-DC轉(zhuǎn)換器的一次繞組的反射電流而檢測(cè)所述DC-DC轉(zhuǎn)換器的負(fù)載電流。此包含電流源以驅(qū)動(dòng)一次側(cè)二極管，其中所述一次側(cè)二極管模擬從所述DC-DC轉(zhuǎn)換器的所述二次繞組驅(qū)動(dòng)的二次側(cè)二極管的效應(yīng)。輸出校正電路基于來(lái)自所述一次側(cè)感測(cè)電路和所述一次側(cè)二極管的反饋來(lái)控制到所述DC-DC轉(zhuǎn)換器的所述一次繞組的開(kāi)關(guān)波形。
[0008]在另一實(shí)例中，一種設(shè)備包含一次側(cè)感測(cè)電路，其用以基于從DC-DC轉(zhuǎn)換器的二次繞組到所述DC-DC轉(zhuǎn)換器的一次繞組的反射電流而檢測(cè)所述DC-DC轉(zhuǎn)換器的負(fù)載電流；此包含電流源以驅(qū)動(dòng)一次側(cè)二極管，其中所述一次側(cè)二極管模擬從所述DC-DC轉(zhuǎn)換器的所述二次繞組驅(qū)動(dòng)的二次側(cè)二極管的效應(yīng)。所述設(shè)備還可包含輸出校正電路，其用以基于來(lái)自所述一次側(cè)感測(cè)電路和所述一次側(cè)二極管的反饋來(lái)控制到所述DC-DC轉(zhuǎn)換器的所述一次繞組的開(kāi)關(guān)波形，其中所述輸出校正電路根據(jù)平均負(fù)載電流的函數(shù)來(lái)控制所述一次側(cè)二極管上的電壓。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1說(shuō)明現(xiàn)有技術(shù)DC-DC轉(zhuǎn)換器電路的實(shí)例。
[0010]圖2說(shuō)明使用從二次到一次的光耦合器反饋的現(xiàn)有技術(shù)DC / DC轉(zhuǎn)換器電路的實(shí)例。
[0011]圖3說(shuō)明使用用于DC-DC轉(zhuǎn)換器的一次側(cè)調(diào)節(jié)的DC-DC轉(zhuǎn)換器的實(shí)例。
[0012]圖4說(shuō)明可被用來(lái)補(bǔ)償轉(zhuǎn)換器中的二次二極管效應(yīng)的實(shí)例DC-DC轉(zhuǎn)換器二極管模型電路。
[0013]圖5說(shuō)明為圖3中所描繪的通用轉(zhuǎn)換器的實(shí)例的DC-DC轉(zhuǎn)換器電路。
[0014]圖6說(shuō)明圖5中所描繪的DC-DC轉(zhuǎn)換器輸出校正電路的實(shí)例。
[0015]圖7說(shuō)明基于圖6中所描繪的輸出校正電路的取樣的平均電流計(jì)算的實(shí)例DC-DC轉(zhuǎn)換器波形。
【具體實(shí)施方式】
[0016]圖3說(shuō)明使用用于DC-DC轉(zhuǎn)換器的一次側(cè)調(diào)節(jié)的實(shí)例DC-DC轉(zhuǎn)換器300。如本文使用，術(shù)語(yǔ)DC-DC轉(zhuǎn)換器用以指示將輸入DC電壓(展示為VIN DC)變換為其輸出處的后續(xù)DC電壓(例如，相同或不同的)且展示為VOUT DC。在一個(gè)實(shí)例中，DC-DC轉(zhuǎn)換器300可在DC輸入電壓VIN DC與DC輸出電壓VOUT DC之間以升壓電壓配置來(lái)配置(例如，所產(chǎn)生的輸出電壓高于輸入電壓)。在另一實(shí)例中，DC輸入電壓與DC輸出電壓之間的降壓電壓配置是可能的(例如，所產(chǎn)生的輸出電壓低于輸入電壓)。在另一配置中，提供隔離配置，其中DC輸入電壓實(shí)質(zhì)上與DC輸出電壓相同，而例如經(jīng)由如下文將說(shuō)明和描述的變壓器來(lái)在轉(zhuǎn)換器的輸入電壓與輸出電壓之間提供又一形式的隔離。DC-DC轉(zhuǎn)換器300的其它配置還可包含阻抗匹配配置，其中DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出阻抗不同于DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗。
[0017]DC-DC轉(zhuǎn)換器300通過(guò)經(jīng)由變壓器304而間接感測(cè)轉(zhuǎn)換器的負(fù)載條件來(lái)提供負(fù)載調(diào)節(jié)。負(fù)載條件可根據(jù)變壓器304的轉(zhuǎn)換器二次繞組310來(lái)被監(jiān)視，所述負(fù)載條件從二次反射到轉(zhuǎn)換器一次繞組320。此類(lèi)負(fù)載條件可包含可經(jīng)由監(jiān)視轉(zhuǎn)換器一次繞組320的一次側(cè)感測(cè)電路330而感測(cè)到的電壓和/或電流。通過(guò)使用所反射條件的間接感測(cè)，沒(méi)有來(lái)自二次側(cè)的直接反饋被轉(zhuǎn)換器300監(jiān)視到，此改進(jìn)了轉(zhuǎn)換器300的穩(wěn)定性且降低了電路復(fù)雜性(例如，消除了從二次到一次的光耦合器反饋)。
[0018]一次側(cè)感測(cè)電路330基于從DC-DC轉(zhuǎn)換器的二次繞組310到DC-DC轉(zhuǎn)換器的一次繞組320的反射電流而檢測(cè)所述DC-DC轉(zhuǎn)換器的負(fù)載電流。可使用一次側(cè)二極管340來(lái)模擬二次側(cè)二極管350的效應(yīng)，所述二次側(cè)二極管350由DC-DC轉(zhuǎn)換器300的二次繞組310驅(qū)動(dòng)且產(chǎn)生輸出電壓VOUT DC。此類(lèi)模擬可顧及歸因于二次二極管350的損失，且因此可影響負(fù)載調(diào)節(jié)。輸出校正電路360基于來(lái)自一次側(cè)感測(cè)電路330和一次側(cè)二極管340的反饋來(lái)控制到DC-DC轉(zhuǎn)換器的一次繞組320的開(kāi)關(guān)波形。如圖所示，輸出校正電路360控制將開(kāi)關(guān)波形施加到轉(zhuǎn)換器一次繞組320的開(kāi)關(guān)電路370。如本文所使用，二極管為通用術(shù)語(yǔ)。因此，可使用作為二極管而操作的任何類(lèi)型的半導(dǎo)體或裝置(例如，經(jīng)配置為二極管、真空管等的晶體管)。
[0019]如上文所述，DC-DC轉(zhuǎn)換器300調(diào)節(jié)變壓器304的二次側(cè)而無(wú)需感測(cè)輸出電壓VOUTDC，但代替地基于負(fù)載要求而執(zhí)行一次側(cè)輸出電壓校正。這可通過(guò)感測(cè)遞送到一次側(cè)電容器(；(未圖示但連接到一次繞組)的電流且調(diào)整所述電容器上的電壓 ' 使得二次二極管350上的電壓降可被求反而實(shí)現(xiàn)。對(duì)于此操作，存在多種考慮因素。這些考慮因素包含確定一次側(cè)處的負(fù)載電流比二次側(cè)處的負(fù)載電流大N倍，其中N是變壓器304的匝數(shù)比。因此，使用參數(shù)N來(lái)合適地配置系統(tǒng)300。
[0020]合適負(fù)載調(diào)節(jié)的另一考慮因素是二次側(cè)二極管350上的電壓降的考慮因素。由于變壓器304的二次側(cè)未由DC-DC轉(zhuǎn)換器300直接感測(cè)，所以二次二極管350上的電壓降不能被準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)。然而，這可通過(guò)將類(lèi)似作用的二極管(例如二極管340)放置在一次側(cè)以重新產(chǎn)生二次二極管350的1-V特性且基于所感測(cè)的一次側(cè)負(fù)載電流來(lái)克服。接著可通過(guò)將類(lèi)似二極管340放置在變壓器304的一次側(cè)上且設(shè)置各種系統(tǒng)參數(shù)以顧及變壓器304的匝數(shù)比來(lái)配置DC-DC轉(zhuǎn)換器300。
[0021]上述輸出校正方法可通過(guò)針對(duì)給定負(fù)載電流而通過(guò)使用此電流的小部分來(lái)產(chǎn)生二極管350的電壓降來(lái)實(shí)施。這由于耗散與二次二極管350相同的功率量通常不實(shí)際而被考慮。假設(shè)變壓器304匝數(shù)比在此實(shí)例中為一，且負(fù)載電流k可在一次側(cè)被感測(cè)到。如果將所感測(cè)負(fù)載電流/ k (其中k為感測(cè)比)施加到一次二極管340 (在方程式中稱(chēng)作D2),那么電壓降Vd2變?yōu)槿缦?
【權(quán)利要求】
1.一種DC-DC轉(zhuǎn)換器，其包括: 一次側(cè)感測(cè)電路，其用以基于從所述DC-DC轉(zhuǎn)換器的二次繞組到所述DC-DC轉(zhuǎn)換器的一次繞組的反射電流而檢測(cè)所述DC-DC轉(zhuǎn)換器的負(fù)載電流； 一次側(cè)二極管，其用以模擬從所述DC-DC轉(zhuǎn)換器的所述二次繞組驅(qū)動(dòng)的二次側(cè)二極管的效應(yīng)；以及 輸出校正電路，其用以基于來(lái)自所述一次側(cè)感測(cè)電路和所述一次側(cè)二極管的反饋來(lái)控制到所述DC-DC轉(zhuǎn)換器的所述一次繞組的開(kāi)關(guān)波形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器，其進(jìn)一步包括開(kāi)關(guān)電路以產(chǎn)生所述開(kāi)關(guān)波形且驅(qū)動(dòng)所述DC-DC轉(zhuǎn)換器的所述一次繞組。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器，其進(jìn)一步包括一次側(cè)電流源以驅(qū)動(dòng)所述一次側(cè)二極管，其中所述一次側(cè)電流源提供基于負(fù)載電流的部分的電流，所述負(fù)載電流通過(guò)所述一次繞組和所述二次繞組所界定的匝數(shù)比而按比例減少。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器，其中所述一次二極管與電阻器和所述一次側(cè)電流源串聯(lián)以調(diào)整所述一次側(cè)二極管上的電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器，其進(jìn)一步包括與所述一次側(cè)二極管并聯(lián)的第二電流源以進(jìn)一步調(diào)整所述一次側(cè)二極管上的所述電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器，其進(jìn)一步包括與所述一次側(cè)二極管并聯(lián)的第二二極管以進(jìn)一步調(diào)整所述一次側(cè)二極管上的所述電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所`述的DC-DC轉(zhuǎn)換器，其中所述一次側(cè)電流源使用描述二極管的理想特性的理想因數(shù)η來(lái)調(diào)整所述一次側(cè)二極管上的所述電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器，其中所述一次側(cè)電流源使用描述二極管的溫度特性的熱因數(shù)VT來(lái)調(diào)整所述一次側(cè)二極管上的所述電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器，其中所述輸出校正電路使用峰值電流控制來(lái)調(diào)節(jié)所述DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器，其中所述輸出校正電路使用平均電流控制來(lái)調(diào)節(jié)所述DC-DC轉(zhuǎn)換器的所述輸出電壓。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器，其中所述輸出校正電路感測(cè)來(lái)自所述一次繞組的電壓，且將所述經(jīng)感測(cè)電壓轉(zhuǎn)換為補(bǔ)償電流用于所述DC-DC轉(zhuǎn)換器中的開(kāi)關(guān)電路，從而調(diào)整所述一次側(cè)二極管上的所述電壓。
12.—種DC-DC轉(zhuǎn)換器，其包括: 一次側(cè)感測(cè)電路，其基于從所述DC-DC轉(zhuǎn)換器的二次繞組到所述DC-DC轉(zhuǎn)換器的一次繞組的反射電流而檢測(cè)所述DC-DC轉(zhuǎn)換器的負(fù)載電流； 電流源，其用以驅(qū)動(dòng)一次側(cè)二極管，其中所述一次側(cè)二極管模擬從所述DC-DC轉(zhuǎn)換器的所述二次繞組驅(qū)動(dòng)的二次側(cè)二極管的效應(yīng)；以及 輸出校正電路，其用以基于來(lái)自所述一次側(cè)感測(cè)電路和所述一次側(cè)二極管的反饋來(lái)控制到所述DC-DC轉(zhuǎn)換器的所述一次繞組的開(kāi)關(guān)波形。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器，其中所述一次二極管與電阻器和所述電流源串聯(lián)以調(diào)整所述一次側(cè)二極管上的電壓。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器，其進(jìn)一步包括與所述一次側(cè)二極管并聯(lián)的第二電流源以進(jìn)一步調(diào)整所述一次側(cè)二極管上的所述電壓。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器，其進(jìn)一步包括與所述一次側(cè)二極管并聯(lián)的第二二極管以進(jìn)一步調(diào)整所述一次側(cè)二極管上的所述電壓。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器，其進(jìn)一步包括斜率補(bǔ)償電路以調(diào)整所述一次側(cè)二極管上的所述電壓。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器，其進(jìn)一步包括開(kāi)關(guān)電路以產(chǎn)生所述DC-DC轉(zhuǎn)換器中的所述開(kāi)關(guān)波形。
18.—種設(shè)備,其包括: 一次側(cè)感測(cè)電路，其基于從DC-DC轉(zhuǎn)換器的二次繞組到所述DC-DC轉(zhuǎn)換器的一次繞組的反射電流而檢測(cè)所述DC-DC轉(zhuǎn)換器的負(fù)載電流； 電流源，其用以驅(qū)動(dòng)一次側(cè)二極管，其中所述一次側(cè)二極管模擬從所述DC-DC轉(zhuǎn)換器的所述二次繞組驅(qū)動(dòng)的二次側(cè)二極管的效應(yīng)；以及 輸出校正電路，其用以基于來(lái)自所述一次側(cè)感測(cè)電路和所述一次側(cè)二極管的反饋來(lái)控制到所述DC-DC轉(zhuǎn)換器的所述一次繞組的開(kāi)關(guān)波形，其中所述輸出校正電路根據(jù)平均負(fù)載電流的函數(shù)來(lái)控制所述一次側(cè)二極管上的電壓。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包括與所述一次側(cè)二極管并聯(lián)的第二電流源以調(diào)整所述一次側(cè)二極管上的所述電壓。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包括與所述一次側(cè)二極管并聯(lián)的第二二極管以調(diào)整所述一次側(cè)二極管上的所`述電壓。
【文檔編號(hào)】H02M3/00GK103780079SQ201310503152
【公開(kāi)日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2013年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月23日
【發(fā)明者】埃爾汗·奧扎萊夫林, 戴維·丹尼爾斯, 盧圖利·E·戴克 申請(qǐng)人:德州儀器公司