隔離式變換器及應用其的開關電源的製作方法
2023-04-23 09:43:16
隔離式變換器及應用其的開關電源的製作方法
【專利摘要】本發明涉及隔離式變換器及應用所述隔離式變換器的開關電源，所述隔離式變換器包括變壓器、功率開關、偏置電壓產生電路、開關控制電路、電流採樣電路、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；功率開關和電流採樣電路串聯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；偏置電壓產生電路與輸入電壓源連接；所述開關控制電路用於根據電流檢測信號和電壓反饋信號輸出開關控制信號；所述開關控制電路和所述偏置電壓產生電路的電路接地端與所述原邊繞組的第一端連接。本發明可以在省去輔助繞組的前提下仍然實現隔離式變換器的原邊控制。
【專利說明】隔離式變換器及應用其的開關電源
【技術領域】
[0001]本發明涉及電力電子技術，具體涉及一種不需要輔助繞組的隔離式變換器及應用該隔離式變換器的開關電源。
【背景技術】
[0002]隔離式變換器被廣泛應用於各種離線供電系統中。隔離式變換器通常包括原邊側電路和副邊側電路，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控制流過原邊繞組的電流，從而實現在副邊側電路輸出恆定的電壓和/或恆定的電流。為了實現對功率開關的控制，需要獲得輸出電壓或者相關電路參量的反饋值。在現有技術中，隔離式變換器採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複雜，會增加隔離式變換器的生產成本和製作難度，而且，由於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佔用較大的電路板面積，使得電路板體積增大。同時，輔助繞組的引入可能會造成電路內部的電磁幹擾。
【發明內容】
[0004]有鑑於此，本發明提出一種隔離式變換器及應用其的開關電源，以在省去輔助繞組的前提下仍然實現對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、偏置電壓產生電路、開關控制電路、電流採樣電路、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]所述功率開關和所述電流採樣電路串聯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連接；所述電流採樣電路採樣流過所述功率開關的電流以輸出電流檢測信號；
[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，用於根據所述原邊繞組兩端的電壓以輸出電壓反饋信號；
[0008]所述偏置電壓產生電路與所述輸入電壓源連接，用於為所述開關控制電路提供偏置電壓；
[0009]所述開關控制電路用於根據所述電流檢測信號和所述電壓反饋信號輸出開關控制信號；
[0010]所述開關控制電路和所述偏置電壓產生電路的電路接地端與所述原邊繞組的第
一端連接。
[0011]優選地，所述電流採樣電路連接在所述功率開關的第二端與所述原邊繞組的第一端之間。
[0012]優選地，所述電流採樣電路包括電流採樣電阻，所述電流採樣電阻與所述功率開關連接的公共端輸出所述電流檢測信號。[0013]優選地，所述電流採樣電路連接在輸入電壓源和所述功率開關的第一端之間，所述功率開關的第二端與所述原邊繞組的第一端連接。
[0014]優選地，所述電流採樣電路包括電流採樣電阻，所述電流採樣電阻的壓降作為所述電流檢測信號。
[0015]優選地，所述偏置電壓產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]優選地，所述偏置電壓產生電路還包括啟動電阻，所述啟動電阻連接在輸入電壓源與所述偏置電壓輸出端之間。
[0017]優選地，所述偏置電壓產生電路和所述開關控制電路被集成為具有內部供電功能的開關控制集成電路；或者
[0018]所述偏置電壓產生電路、所述開關控制電路和所述功率開關被集成為具有內部供電功能的開關控制集成電路。
[0019]優選地，所述充電控制電路和所述開關控制電路被集成為具有內部供電功能的開關控制集成電路；或者
[0020]所述充電控制電路、所述開關控制電路和所述功率開關被集成為具有內部供電功能的開關控制集成電路。
[0021]第二方面，提供一種開關電源，包括整流橋和如上所述的隔離式變換器。
[0022]本發明通過將功率開關和原邊繞組的位置進行互換，並根據原邊繞組兩端的電壓實現輸出電壓反饋檢測以及副邊電流過零檢測，由此，可以在變壓器中省去輔助繞組，簡化了生產工藝，降低了生產成本，同時減小了電路的體積，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本發明實施例的描述，本發明的上述以及其它目的、特徵和優點將更為清楚，在附圖中:
[0024]圖1是現有的使用輔助繞組實現反饋的隔離式變換器的電路示意圖；
[0025]圖2A是本發明第一實施例的隔離式變換器的電路示意圖；
[0026]圖2B是本發明第一實施例的一個優選方案的電路不意圖；
[0027]圖3A是現有的隔離式變換器中偏置電壓產生電路與原邊側電路的電路連接關係的不意圖；
[0028]圖3B是圖3A所示電路以及本發明第一實施例可採用的偏置電壓產生電路的電路示意圖；
[0029]圖4是本發明第一實施例的開關控制電路的電路示意圖；
[0030]圖5A-?是本發明第一實施例中採用集成電路構建的隔離式變換器的電路示意圖；
[0031]圖6是本發明第二實施例的隔離式變換器的電路示意圖；
[0032]圖7是本發明的開關電源的電路示意圖。
【具體實施方式】[0033]以下結合附圖對本發明的優選實施例進行詳細描述。雖然本發明是結合以下的優選實施例進行描述的，但是本發明並不僅僅限於這些實施例。在下文對本發明的細節描述中，詳盡描述了一些特定的細節部分。對本領域技術人員來說沒有這些細節部分的描述也可以完全理解本發明。為了避免混淆本發明的實質，公知的方法、過程、流程、元件和電路並沒有詳細敘述。
[0034]此外，本領域普通技術人員應當理解，在此提供的附圖都是為了說明的目的，並且附圖不一定是按比例繪製的。
[0035]同時，應當理解，「電路」是指由至少一個元件或子電路通過電氣連接或電磁連接構成的導電迴路。當稱元件或電路「連接到」另一元件或稱元件或電路「連接在」兩個節點之間時，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、或者其結合。相反，當稱元件「直接耦接到」或「直接連接到」另一元件時，意味著兩者不存在中間元件。除非上下文明確要求，否則整個說明書和權利要求書中的「包括」、「包含」等類似詞語應當解釋為包含的含義而不是排他或窮舉的含義；也就是說，是「包括但不限於」的含義。
[0036]在本發明的描述中，需要理解的是，術語「第一」、「第二」等僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。此外，在本發明的描述中，除非另有說明，「多個」的含義是兩個或兩個以上。
[0037]本發明可以被應用於任何隔離式變換器，在以下的詳細描述中，僅以反激式變換器(fIybackconverter)為例解釋本發明的具體工作原理。
[0038]圖1是現有的使用輔助繞組實現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S、開關控制電路11、電壓反饋電路12、副邊整流電路13和供電電路14以及電流採樣電阻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，用於對副邊繞組L2兩端電壓進行整流以輸出恆定的電壓。副邊整流電路13包括副邊整流二極體Dl和副邊輸出電容Cl。其中，供電電路14與輔助繞組L3連接，通過對輔助繞組L3兩端的電壓進行整流以輸出穩定的偏置電壓為開關控制電路11供電。開關控制電路11包括偏置電壓輸入端Vb、電流檢測信號輸入端SEN、反饋電壓輸入端FB、信號接地端GND和開關控制信號輸出端DRV，供電電路14的輸出端連接到偏置電壓輸入端Vb。電流採樣電阻Rsm將流過功率開關的電流轉換為電壓信號，其遠離接地點的一端與開關控制電路11的電流檢測信號輸入端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L3兩端的電壓分壓後輸入到開關控制電路11的反饋電壓輸入端FB。通常來說，開關控制電路11為集成電路，隔離式變換器10的其他部分採用分立元件構建為所述集成電路的外圍電路。
[0039]由於輔助繞組的繞制工藝較為複雜，會增加隔離式變換器的生產成本和製作難度，而且，具有較大體積的輔助繞組會增大電路板體積，同時，輔助繞組的引入還可能會造成電路內部的電磁幹擾。雖然目前部分開關控制集成電路中集成了偏置電壓產生電路，不需要利用輔助繞組L3來為開關控制電路11供電。但是，獲取反饋電壓還需要依靠輔助繞組L3，因此，仍然需要在現有技術的電路中保留輔助繞組。
[0040]圖2A是本發明第一實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S1、偏置電壓產生電路21、開關控制電路22、電流採樣電路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SI和電流採樣電路23串聯連接在輸入電壓源Vin與原邊繞組LI的第一端之間。原邊繞組LI的第二端與接地點連接。電流採樣電路23採樣流過功率開關SI的電流以輸出電流檢測信號VSEN。
[0042]在本實施例中，功率開關SI可以是任何可控半導體開關器件，例如金屬氧化物半導體場效應管(MOSFET)等。在功率開關SI選用MOSFET時，功率開關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，用於根據原邊繞組LI兩端的電壓以輸出電壓反饋信號。
[0044]優選地，如圖2B所示，本實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，其用於吸收原邊繞組的漏感能量，以防止原邊的功率開關承受較大的反向尖峰電壓。RCD吸收電路包括吸收二極體D2、吸收電阻Rl和吸收電容C2。
[0045]吸收二極體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並聯連接在RCD吸收電路的中間端和原邊繞組LI的第二端之間。
[0046]當然，本領域技術人員可以理解，上述電路並非必須的，同時，其結構也並非唯一，本領域技術人員可以根據實際需要選擇是否在隔離式變換器中採用RCD吸收電路，並進而選擇其結構和參數。
[0047]電流採樣電路23和電壓反饋電路24的輸出端分別連接到開關控制電路22的電流檢測信號輸入端SEN和反饋電壓輸入端FB。
[0048]偏置電壓產生電路21與輸入電壓源Vin連接，用於生成偏置電壓，為開關控制電路22供電。
[0049]優選地，如圖2B所示，偏置電壓產生電路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生電路的電路接地端之間；偏置電壓產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)對偏置電容Cb充電，在偏置電壓輸出端產生可以供開關控制電路22工作的偏置電壓Vb。
[0050]更優選地，如圖2B所示，偏置電壓產生電路21還可以包括啟動電阻Rst。偏置電容Cb可以通過啟動電阻Rst連接至直流母線(也即輸入電壓源)，在需要啟動開關控制電路時，直流母線的電能通過啟動電阻Rst對偏置電容Cb充電，從而得到供開關控制電路22工作的偏置電壓Vb。
[0051]在本實施例中，如圖2A所示，功率開關SI的第一端與輸入電壓源連接，電流採樣電路23連接在功率開關SI的第二端與原邊繞組LI的第一端之間。
[0052]開關控制電路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]開關控制電路22的開關控制信號輸出端DRV連接到功率開關SI的控制端，開關控制電路22用於根據電流檢測信號和電壓反饋信號輸出開關控制信號Q。開關控制信號Q用於控制功率開關SI的導通和關斷，從而控制繞組的電流變化，進而控制隔離式變換器的副邊側電路輸出恆定電壓和/或電流。
[0054]優選地，電流採樣電路23包括電流採樣電阻Rsm，電流採樣電阻Rsm與功率開關SI連接的公共端輸出所述電流檢測信號。當然，本領域技術人員可以理解，電流採樣電路23也可以通過其它形式的電流檢測電路來實現，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，用於輸出反饋電壓。
[0056]優選地，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]本領域技術人員容易理解，本實施例的偏置電壓產生電路21可以採用任何現有的無需輔助繞組的偏置電壓產生電路。
[0058]以下結合圖3A和圖3B說明現有的偏置電壓產生電路可以直接應用於本實施例的隔離式變換器的原理。
[0059]圖3A是現有的隔離式變換器中偏置電壓產生電路與原邊側電路的電路連接關係的示意圖。如圖3A所示，偏置電壓產生電路21的能量輸入端Vc通常連接到原邊側電路的功率開關的第一端，也即功率開關與原邊繞組的連接點。
[0060]具體地，偏置電壓產生電路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]對於圖3B所示的偏置電壓產生電路，當功率開關SI導通時，充電控制電路211進行放電動作；當功率開關SI關斷時，充電控制電路211對偏置電容Cb進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生電路的電路接地端。優選地，偏置電容Cb可以通過一啟動電阻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，直流母線的電能通過啟動電阻Rst對偏置電容Cb充電，為開關控制電路22提供偏置電壓Vb，從而啟動開關控制電路22。當偏置電容Cb上的電壓大於欠壓鎖定閾值時，開關控制電路22結束欠壓鎖定狀態而進入正常工作狀態。
[0062]如圖3B所示，充電控制電路211可以包括儲能電路、放電支路和充電支路；其中儲能電路的一端連接能量輸入端V。(在本實施例中，能量輸入端與功率開關SI的第一端連接)，另一端分別連接放電支路和充電支路。當功率開關Si導通時，儲能電路通過放電支路進行放電；當功率開關Si關斷時，儲能電路通過充電支路對偏置電容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體D3 ;充電支路包括充電二極體D4 ;儲能電路可以包括儲能電容C3，其一端連接至功率開關SI的第一端(以MOSFET為例，功率開關的第一端為MOSFET的漏極)，另一端分別連接到放電二極體D3的陰極和充電二極體D4的陽極；放電二極體D3的陽極連接至偏置電壓產生電路的電路接地端，以構成儲能電容C3的放電迴路；充電二極體D4的陰極連接至啟動電阻Rst和偏置電容Cb的公共連接點，用以保證電能由所儲能電容C3向偏置電容Cb單向傳輸。
[0064]圖3A所示的偏置電壓產生電路可以不需要輔助繞組而直接產生偏置電壓，從而可以和開關控制電路集成在一起，形成具有內部供電功能的集成電路晶片。由此，根據圖3A和圖3B可知，在現有的隔離式變換器中，偏置電壓產生電路21利用功率開關和電流採樣電路組成的串聯電路上的電壓降來產生偏置電壓vb。
[0065]如圖2A和圖2B所示，在本實施例的隔離式變換器中，由於偏置電壓產生電路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。由此，在本實施例中，偏置電壓產生電路21實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和電流採樣電路組成的串聯電路上的電壓降來產生偏置電壓Vb，而且，開關控制電路22的電路接地端也連接到原邊繞組的第一端。因此，圖3B所示的偏置電壓產生電路可以直接應用於本實施例。
[0066]根據以上分析，本領域技術人員容易理解，偏置電壓產生電路並不限於上述電路結構，任何可以集成在電路晶片中的基於原邊側功率開關和電流採樣電路的電壓來產生偏置電壓的偏置電壓產生電路均可以應用於本實施例。
[0067]對於開關控制電路22，典型地，如圖4所示，其可以包括開關頻率控制電路221、峰值電流控制電路222和邏輯電路223。其中，開關頻率控制電路221根據反饋信號輸出開關頻率控制信號，峰值電流控制電路222根據電流檢測信號輸出峰值電流控制信號。邏輯電路223根據開關頻率控制信號和峰值電流控制信號輸出開關控制信號。
[0068]對於本實施例而言，由於電流採樣電路23輸出的是與流過功率開關電流對應的電流檢測信號，電壓反饋電路24反饋的原邊繞組兩端的電壓與現有的通過輔助繞組獲得的繞組兩端電壓為正比關係，因此，通過調整電流採樣電路23和電壓反饋電路24的參數，使得輸入到開關控制電路22中的電流檢測信號與電壓反饋信號能時刻表徵現有的隔離式變換器的運行狀態。因此，與偏置電壓產生電路類似，無需對現有的開關控制電路進行改變即可將其應用於本實施例的隔離變換器。
[0069]同時，本領域技術人員可以理解，開關控制電路22並不僅限於上述結構，任何利用電壓反饋信號和電流檢測信號進行原邊控制的開關控制電路均可以應用於本實施例。
[0070]本實施例通過將功率開關和原邊繞組的位置進行互換，並根據原邊繞組兩端的電壓實現輸出電壓反饋檢測以及副邊電流過零檢測，由此，可以在電路中省去輔助繞組，簡化了生產工藝，降低了生產成本，同時減小了電路的體積，提高了電路的電磁兼容性能。
[0071]如上所述，在本實施例中，偏置電壓產生電路21和開關控制電路22以及功率開關均可以採用任何已有的、適於以集成電路形式製造的結構。因此，本實施例的隔離式變換器電路可以利用現有的隔離式變換器的控制晶片來構建，也即，利用集成有偏置電壓產生電路和開關控制電路的集成電路構建本實施例的隔離式變換器，或者，利用集成有偏置電壓產生電路、所述開關控制電路和所述功率開關的集成電路構建本實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，集成有偏置電壓產生電路和開關控制電路的集成電路ICl至少包括開關控制信號輸出管腳DRV、能量輸入管腳Vc、反饋電壓輸入管腳FB、電流檢測信號輸入管腳SEN和晶片接地管腳GND。開關控制信號輸出管腳DRV連接到功率開關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；電流檢測信號輸入管腳SEN與電流採樣電路的輸出端連接；晶片接地管腳GND與原邊繞組的第一端連接。其中，能量輸入管腳Vc對應於集成電路ICl內部偏置電壓產生電路的能量輸入端，為偏置電壓產生電路提供能量。
[0073]在圖5B中，集成有偏置電壓產生電路和開關控制電路以及功率開關的集成電路IC2包括功率開關輸入管腳P1、功率開關輸出管腳P2、能量輸入管腳Vc、反饋電壓輸入管腳FB、電流檢測信號輸入管腳SEN和晶片接地管腳GND。在這類集成電路內部，電流檢測信號輸入管腳SEN通常與功率開關的第二端連接，或者某些集成電路將功率開關的第二端與電流檢測信號輸入端封裝為一個管腳。基於此類集成電路搭建的隔離式變換器如圖5B所示，功率開關輸入管腳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；電流檢測信號輸入管腳SEN與電流採樣電路的輸出端連接；晶片接地管腳GND與原邊繞組的第一端連接；電流採樣電路連接在功率開關輸出管腳P2和原邊繞組的第一端之間。在電流採樣電路為電流採樣電阻時，電流採樣電阻連接在功率開關輸出管腳P2和原邊繞組的第一端之間，功率開關輸出管腳P2與電流檢測信號輸入管腳SEN相互連接，或者IC2採用將兩者封裝為同一個管腳的形式的集成電路。
[0074]同時，在本實施例中，偏置電壓產生電路中的偏置電容Cb或優選的啟動電阻Rst在某些情況下需要根據所搭建的電路不同而進行調整，因此，可以將其通過集成電路外部的分立器件構建，而偏置電壓產生電路的充電控制電路211集成於集成電路內從而提高控制集成電路的適用性。
[0075]在此前提下，本實施例的隔離式變換器可以利用現有的用於對隔離式變換器的功率級電路進行控制的、具有內部供電功能的控制集成電路來構建，也即，利用集成有充電控制電路和開關控制電路的集成電路構建本實施例的隔離式變換器，或者，利用集成有充電控制電路、開關控制電路和功率開關的集成電路構建本實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控制電路的集成電路IC3至少包括開關控制信號輸出管腳DRV、能量輸入管腳Vc、偏置電壓管腳Vb、反饋電壓輸入管腳FB、電流檢測信號輸入管腳SEN和晶片接地管腳GND。開關控制信號輸出管腳DRV連接到功率開關的控制端；偏置電壓管腳\連接到啟動電阻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；電流檢測信號輸入管腳SEN與電流採樣電路的輸出端連接；晶片接地管腳GND與原邊繞組的第一端連接。其中，偏置電壓管腳Vb對應於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、開關控制電路以及功率開關的集成電路IC4對外包括功率開關輸入管腳P1、功率開關輸出管腳P2、偏置電壓管腳Vb、反饋電壓輸入管腳FB、電流檢測信號輸入管腳SEN和晶片接地管腳GND。在這類集成電路內部，電流檢測信號輸入管腳SEN通常與功率開關的第二端連接，或者某些集成電路將功率開關的第二端與電流檢測信號輸入端封裝為一個管腳，同時，由於功率開關集成在內部，集成電路內的充電控制電路的能量輸入端通常在集成電路內與功率開關的第一端連接，因此，此類集成電路一般不設置專門的能量輸入管腳。基於此類集成電路搭建的隔離式變換器如圖所示，功率開關輸入管腳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；電流檢測信號輸入管腳SEN與電流採樣電路的輸出端連接；晶片接地管腳GND與原邊繞組的第一端連接；電流採樣電路連接在功率開關輸出管腳P2和原邊繞組的第一端之間。在電流採樣電路為電流採樣電阻時，電流採樣電阻連接在功率開關輸出管腳P2和原邊繞組的第一端之間，功率開關輸出管腳P2與電流檢測信號輸入管腳SEN相互連接，或者IC4採用將兩者封裝為同一個管腳的形式的集成電路。
[0078]本領域技術人員應當理解，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所示電路結構相同。
[0079]根據本實施例的電路結構，可以利用已有隔離式變換器的控制集成電路構建隔離式變換器，無需對現有集成電路進行改變即可在電路中省去輔助繞組。
[0080]圖6是本發明第二實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記標識。如圖6所示，隔離式變換器60包括變壓器Tl、功率開關S1、偏置電壓產生電路21、開關控制電路22、電流採樣電路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SI和電流採樣電路23串聯連接在輸入電壓源Vin與原邊繞組LI的第一端之間。原邊繞組LI的第二端與接地點連接。電流採樣電路23採樣流過功率開關的電流以輸出電流檢測信號。
[0082]在本實施例中，功率開關SI可以是任何可控半導體開關器件，例如金屬氧化物半導體場效應管(MOSFET)等。在功率開關SI選用MOSFET時，功率開關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，用於根據原邊繞組LI兩端的電壓以輸出電壓反饋信號。
[0084]電流採樣電路23和電壓反饋電路24的輸出端分別連接到開關控制電路22的電流檢測信號輸入端SEN和反饋電壓輸入端FB。
[0085]偏置電壓產生電路21與輸入電壓源連接，用於生成穩定的偏置電壓，為所述開關控制電路22供電。
[0086]優選地，偏置電壓產生電路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偏置電容Cb充電，提供偏置電壓。
[0087]更優選地，偏置電容可以通過一啟動電阻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，直流母線的電能通過啟動電阻Rst對偏置電容Cb充電，以給開關控制電路22提供偏置電壓Vb，從而啟動開關控制電路22。
[0088]與第一實施例不同，在本實施例中，電流採樣電路23連接在輸入電壓源和功率開關SI的第一端之間，功率開關的第二端與所述原邊繞組的第一端連接。電流採樣電路23採樣流過功率開關SI的電流以生成電流檢測信號來反饋給開關控制電路22。
[0089]優選地，電流採樣電路23包括連接在輸入電壓源和功率開關SI的第一端之間的電流採樣電阻Rsen，並且，電流採樣電路23輸出與電流採樣電阻Rsen的壓降成正比的信號作為電流檢測信號。
[0090]開關控制電路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]開關控制電路22的開關控制信號輸出端DRV連接到功率開關SI的控制端，開關控制電路22用於根據電流檢測信號和電壓反饋信號輸出開關控制信號Q。開關控制信號Q用於控制功率開關Si的導通和關斷，以使得隔離式變換器輸出恆定電壓和/或電流。
[0092]電壓反饋電路24連接在原邊繞組LI的兩端之間，用於輸出反饋電壓。
[0093]優選地，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]與第一實施例類似，由於偏置電壓產生電路21的電路接地端連接到原邊繞組的第一端，由此，偏置電壓產生電路21實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和電流採樣電路組成的串聯電路上的電壓降來產生偏置電壓Vb。因此，無需對現有偏置電壓產生電路進行改變即可將其應用於本實施例。由此，偏置電壓產生電路21可以採用任何現有的無需輔助繞組的偏置電壓產生電路。例如，採用如圖3B所示的偏置電壓產生電路，偏置電壓產生電路的工作原理在此不再贅述。
[0095]同時，對於本實施例而言，由於電流採樣電路23輸出的是與流過功率開關電流對應的電流檢測信號，而電壓反饋電路24反饋原邊繞組兩端的電壓與現有的通過輔助繞組獲得的繞組兩端電壓為正比關係，因此，通過調整電流採樣電路23和電壓反饋電路24的參數，使得輸入到開關控制電路22中的電流檢測信號與電壓反饋信號時刻表徵現有的隔離式變換器的運行狀態。因此，與偏置電壓產生電路類似，無需對現有的開關控制電路進行改變即可將其應用於本實施例的隔離式變換器。
[0096]在此前提下，本實施例的隔離式變換器可以利用現有的用於對隔離式變換器的功率級電路進行控制的、具有內部供電功能的控制集成電路來構建，也即，利用集成有偏置電壓產生電路和開關控制電路的集成電路構建本實施例的隔離式變換器，或者，利用集成有偏置電壓產生電路、開關控制電路和功率開關的集成電路構建本實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控制電路的集成電路構建本實施例的隔離式變換器，或者，利用集成有充電控制電路、開關控制電路和功率開關的集成電路構建本實施例的隔離式變換器。
[0097]本實施例通過將功率開關和原邊繞組的位置進行互換，並根據原邊繞組兩端的電壓實現輸出電壓反饋檢測以及副邊電流過零檢測，由此，可以在電路中省去輔助繞組，簡化了生產工藝，降低了生產成本，同時減小了電路的體積，提高了電路的電磁兼容性能。
[0098]如圖7所示，第一實施例和第二實施例所述的隔離式變換器可以用於構成具有交直流變換功能的開關電源70。開關電源70包括整流橋71以及如第一實施例或第二實施例所述的隔離式變換器72。
[0099]圖7中的開關電源採用了無輔助繞組的隔離式變換器，因此，其生產工藝簡單，生產成本低，電路體積小，具有較好的電磁兼容性能。
[0100]以上所述僅為本發明的優選實施例，並不用於限制本發明，對於本領域技術人員而言，本發明可以有各種改動和變化。凡在本發明的精神和原理之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種隔離式變換器，包括變壓器、功率開關、偏置電壓產生電路、開關控制電路、電流採樣電路、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； 所述功率開關和所述電流採樣電路串聯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連接；所述電流採樣電路採樣流過所述功率開關的電流以輸出電流檢測信號； 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，用於根據所述原邊繞組兩端的電壓以輸出電壓反饋信號； 所述偏置電壓產生電路與所述輸入電壓源連接，用於為所述開關控制電路提供偏置電壓； 所述開關控制電路用於根據所述電流檢測信號和所述電壓反饋信號輸出開關控制信號; 所述開關控制電路和所述偏置電壓產生電路的電路接地端與所述原邊繞組的第一端連接。
2.根據權利要求1所述的隔離式變換器，其特徵在於，所述功率開關的第一端與所述輸入電壓源連接，所述電流採樣電路連接在所述功率開關的第二端與所述原邊繞組的第一端之間。
3.根據權利要求2所述的隔離式變換器，其特徵在於，所述電流採樣電路包括電流採樣電阻，所述電流採樣電阻與所述功率開關連接的公共端輸出所述電流檢測信號。
4.根據權利要求1所述的隔離式變換器，其特徵在於，所述電流採樣電路連接在輸入電壓源和所述功率開關的第一端之間，所述功率開關的第二端與所述原邊繞組的第一端連接。
5.根據權利要求4所述的隔離式變換器，其特徵在於，所述電流採樣電路包括電流採樣電阻，所述電流採樣電阻的壓降作為所述電流檢測信號。
6.根據權利要求1所述的隔離式變換器，其特徵在於，所述偏置電壓產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.根據權利要求6所述的隔離式變換器，其特徵在於，所述偏置電壓產生電路還包括啟動電阻，所述啟動電阻連接在輸入電壓源與所述偏置電壓輸出端之間。
8.根據權利要求1所述的隔離式變換器，其特徵在於，所述偏置電壓產生電路和所述開關控制電路被集成為具有內部供電功能的開關控制集成電路；或者 所述偏置電壓產生電路、所述開關控制電路和所述功率開關被集成為具有內部供電功能的開關控制集成電路。
9.根據權利要求6所述的隔離式變換器，其特徵在於，所述充電控制電路和所述開關控制電路被集成為具有內部供電功能的開關控制集成電路；或者 所述充電控制電路、所述開關控制電路和所述功率開關被集成為具有內部供電功能的開關控制集成電路。
10.一種開關電源，包括整流橋和如權利要求1-9中任一項所述的隔離式變換器。
【文檔編號】H02M3/28GK103715897SQ201410024218
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2014年1月20日 優先權日:2014年1月20日
【發明者】黃秋凱, 胡志亮, 李新磊 申請人:矽力傑半導體技術(杭州)有限公司