CN100574075C - 具有故障安全特性的电源变换器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有故障安全特性的电源变换器，包括：微分电路，用于接收低频输入脉冲，经放大后发送到低频隔离变压器；低频整流与滤波电路，接收低频隔离变压器发送来的信号，经整流和滤波后给高频多谐振荡电路供电，该高频多谐振荡电路将低频信号转变为高频信号，高频信号经放大后发送到高频隔离变压器；高频整流与滤波电路，接收高频隔离变压器发送的信号，经整流和滤波后输出。由于高频振荡器的电源由低频脉冲提供，所以整个电路是故障安全的，即使其中任何器件损坏，都不会导致错误输出电源。
Description
技术领域
本发明涉及小功率的直流-直流变换器，特别涉及一种具有故障安全特性的电源变换器。
背景技术
为满足故障安全的关键要求，即任何内部器件损坏不会导致电源输出驱动电流，小功率直流-直流变换器的电路不能设计成单稳触发器控制外部电源开关的方式，因为在单稳触发器损坏时有可能输出一直使能，进而造成外部电源开关一直为闭合，这种情况不允许发生。
如图1所示，现有技术中，当电路输入端有脉冲输入时，两个晶体管进行推挽输出，经变压器及桥式整流后输出为直流。当输入不是脉冲时(可能为-15V，0V或悬空)，变压器原边不会有交流电流通过，输出端不会有电压输出。同理，当电路内任何器件损坏，在输入无脉冲条件下，变压器原边不会有交流电流通过，输出端无电压输出。
但是，这种电路的主要问题在于由于输入脉冲频率低造成变压器体积过大，从而使变换器的整体体积偏大，并且输入电源需要±15VDC双电源供电。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种具有故障安全特性的电源变换器，当输出使能信号不存在时输出端不会有输出电压。
技术方案如下：
具有故障安全特性的电源变换器包括：
微分电路，用于接收低频输入脉冲，经放大后发送到低频隔离变压器；
低频整流与滤波电路，接收低频隔离变压器发送来的信号，经整流和滤波后给高频多谐振荡电路供电，所述高频多谐振荡电路的电源由所述低频整流与滤波电路输出的信号提供，所述高频多谐振荡电路将所述低频整流与滤波电路输出的信号转变为高频信号，所述高频信号经放大后发送到高频隔离变压器；
高频整流与滤波电路，接收高频隔离变压器发送的信号，经整流和滤波后输出。
优选的，所述低频隔离变压器包括第四隔离变压器和第五隔离变压器，所述高频隔离变压器包括第六隔离变压器，微分电路包括第三微分电路和第四微分电路，低频输入脉冲包括第一低频输入脉冲和第二低频输入脉冲，其中，
第三微分电路，用于接收第一低频输入脉冲，所述第一低频输入脉冲经微分放大后发送到第四MOS开关管，然后发送到第四隔离变压器，经第四整流与滤波电路整流和滤波后向第二高频多谐振荡电路供电，第三微分电路和第四MOS开关管由外电源供电；
第四微分电路，用于接收第二低频输入脉冲，第二低频输入脉冲经微分放大后发送到第五MOS开关管，然后发送到第五隔离变压器，经第五整流与滤波电路整流和滤波后向第二高频多谐振荡电路供电，第四微分电路和第五MOS开关管由外电源供电；
所述第二高频多谐振荡电路当第四整流与滤波电路和第五整流与滤波电路都有输出时进行振荡，向第二放大电路发送高频信号；
第二放大电路，接收所述第二高频多谐振荡电路的高频信号，经放大后发送到第六MOS开关管，所述第二放大电路和第六MOS开关管由外电源供电；
第六隔离变压器，接收第六MOS开关管的信号，经过第六整流与滤波电路整流和滤波后发送到第二稳压电路作为输出。
优选的，所述第二稳压电路发送的信号经第二短路保护电路输出。
优选的，所述低频隔离变压器包括第一隔离变压器和第二隔离变压器，所述高频隔离变压器包括第三隔离变压器，微分电路包括第一微分电路和第二微分电路，低频输入脉冲包括第一低频输入脉冲和第二低频输入脉冲，其中，
第一微分电路，接收第一低频输入脉冲，经微分放大后发送到第一MOS开关管，第一微分电路和第一MOS开关管由外电源供电；
第一隔离变压器，接收第一MOS开关管的信号，经变压后发送到第一整流与滤波电路进行滤波和整流；
第二微分电路，接收第二低频输入脉冲，经微分放大后发送到第二MOS开关管，第二微分电路和第二MOS开关管通过第一整流与滤波电路供电；
第二隔离变压器，将第二MOS开关管发送来的信号进行变压并发送到第二整流与滤波电路进行整流和滤波后，向第一高频多谐振荡电路供电；
第一高频多谐振荡电路，接收第二整流与滤波电路进行整流和滤波后的信号，转变为高频信号后发送；
第一放大电路，接收第一高频多谐振荡电路发送的信号，经放大后发送到第三MOS开关管，所述第一放大电路和第三MOS开关管由外电源供电；
第三隔离变压器，接收第三MOS开关管的信号，经变压后发送到第三整流与滤波电路，经整流和滤波后发送到第一稳压电路作为输出。
优选的，所述第一稳压电路发送的信号经第一短路保护电路输出。
本发明的电源变换器中，由于高频振荡器的电源由低频脉冲提供，所以整个电路是故障安全的，即使其中任何器件损坏，都不会导致错误输出电源。另外，由于采用低频率的脉冲信号作为一个振荡电路的电源或触发条件，生成一个高频的开关信号来控制高频开关管，再由该高频开关管来控制高频变压器，因此减小了变换器的体积。
当输入端有脉冲输入时，进行推挽输出，经变压器及整流后输出为直流。当输入不是脉冲时(可能为-15V，0V或悬空)，变压器原边不会有交流电流通过，输出端不会有电压输出。同理，当电路内任何器件损坏，在输入无脉冲条件下，变压器原边不会有交流电流通过，输出端无电压输出。
附图说明
图1现有技术中的受微控制器控制的故障安全DC-DC电源原理图；
图2是本发明优选实施例之一的电路原理图；
图3是本发明优选实施例之二的电路原理图。
具体实施方式
具有故障安全特性的电源变换器中，微分电路接收低频输入脉冲，经微分放大后发送到低频隔离变压器；低频整流与滤波电路，接收低频隔离变压器发送来的信号，经整流和滤波后发送到高频多谐振荡电路转换为高频信号，该高频信号经放大后发送到高频隔离变压器；高频整流与滤波电路，接收高频隔离变压器发送的信号，经整流和滤波后形成输出电源。
下面参照附图对本发明的优选实施例作详细描述。
优选实施例之一
如图2所示，第一隔离变压器和第二隔离变压器为低频隔离变压器，第三隔离变压器为高频隔离变压器，低频输入脉冲包括第一低频输入脉冲和第二低频输入脉冲，低频整流与滤波电路包括第一整流与滤波电路和第二整流与滤波电路，第三整流与滤波电路为高频整流与滤波电路。
第一微分电路和第一MOS开关管由外电源供电，第一微分电路接收第一低频输入脉冲，经微分放大后发送到第一MOS开关管。第一MOS开关管判断输入的第一低频输入脉冲是否符合触发条件，如果符合触发条件则将该第一低频输入脉冲发送到第一隔离变压器。第一隔离变压器接收第一MOS开关管发送来的第一低频输入脉冲，经变压后发送到第一整流与滤波电路进行滤波和整流，滤波和整流后的输出信号作为第二微分电路和第二MOS开关管的电源。
第二微分电路接收第二低频输入脉冲，经微分放大后发送到第二MOS开关管，第二MOS开关管判断输入的第二低频输入脉冲是否符合触发条件，如果符合触发条件则将该第二低频输入脉冲发送到第二隔离变压器。第二微分电路和第二MOS开关管通过第一整流与滤波电路供电和触发。
第二隔离变压器将第二MOS开关管发送来的信号进行变压并发送到第二整流与滤波电路进行整流和滤波，整流和滤波后的信号向第一高频多谐振荡电路供电。第一高频多谐振荡电路接收到第二整流与滤波电路发送的信号后，将输入信号转变为高频信号后发送到第一放大电路。第一放大电路接收到第一高频多谐振荡电路发送的信号后，经放大后发送到第三MOS开关管。第一放大电路和第三MOS开关管由外电源供电。
第三隔离变压器为高频隔离变压器，接收到第三MOS开关管的信号后，变压发送到第三整流与滤波电路，经整流和滤波后发送到第一稳压电路，进而经第一短路保护电路输出，形成输出电源。本优选实施例中，第一短路保护电路输出的是25V的直流电源。
优选实施例之二
如图3所示第四隔离变压器和第五隔离变压器为低频隔离变压器，第六隔离变压器为高频隔离变压器，微分电路包括第三微分电路和第四微分电路，低频输入脉冲包括第一低频输入脉冲和第二低频输入脉冲。
第三微分电路用于接收第一低频输入脉冲，第一低频输入脉冲经微分放大后发送到第四MOS开关管，然后发送到第四隔离变压器，第三微分电路和第四MOS开关管由外电源供电。
第四微分电路用于接收第二低频输入脉冲，第二低频输入脉冲经微分放大后发送到第五MOS开关管，然后发送到第五隔离变压器，第四微分电路和第五MOS开关管由外电源供电。
第四整流与滤波电路接收第四隔离变压器的信号，将输入信号整流和滤波后发送到第二高频多谐振荡电路，向第二高频多谐振荡电路供电。第五整流与滤波电路，接收第五隔离变压器的信号，将输入信号经整流和滤波后发送到第二高频多谐振荡电路，向第二高频多谐振荡电路供电。第二高频多谐振荡电路当第四整流与滤波电路和第五整流与滤波电路都有输出时进行振荡，将低频信号转换成高频信号。
第二放大电路接收第二高频多谐振荡电路的信号，经放大后发送到第六MOS开关管，第二放大电路和第六MOS开关管由外电源供电。第六隔离变压器接收第六MOS开关管的信号，经过第六整流与滤波电路整流和滤波后发送到第二稳压电路，进而经第二短路保护电路形成输出电源。本优选实施例中，输出电源是25V的直流电源。
图2和图3所示的优选实施例中，低频变压器得到一个功率很小的电源，给后级的高频多谐振荡电路供电，该高频振荡电路发出一个占空比固定的高频脉冲，控制后面的高频变压器，本电路无需PWM控制器，开环控制。由于高频振荡电路的电源由低频脉冲提供，所以整个电路是故障安全的，即其中任何器件损坏，都不会导致错误输出25V。
Claims (5)
1、一种具有故障安全特性的电源变换器，其特征在于，包括：
微分电路，用于接收低频输入脉冲，经放大后发送到低频隔离变压器；
低频整流与滤波电路，接收低频隔离变压器发送来的信号，经整流和滤波后给高频多谐振荡电路供电，所述高频多谐振荡电路的电源由所述低频整流与滤波电路输出的信号提供，所述高频多谐振荡电路将所述低频整流与滤波电路输出的信号转变为高频信号，所述高频信号经放大后发送到高频隔离变压器；
高频整流与滤波电路，接收高频隔离变压器发送的信号，经整流和滤波后输出。
2、根据权利要求1所述的具有故障安全特性的电源变换器，其特征在于，所述低频隔离变压器包括第四隔离变压器和第五隔离变压器，所述高频隔离变压器包括第六隔离变压器，微分电路包括第三微分电路和第四微分电路，低频输入脉冲包括第一低频输入脉冲和第二低频输入脉冲，其中，
第三微分电路，用于接收第一低频输入脉冲，所述第一低频输入脉冲经微分放大后发送到第四MOS开关管，然后发送到第四隔离变压器，经第四整流与滤波电路整流和滤波后向第二高频多谐振荡电路供电，所述第三微分电路和第四MOS开关管由外电源供电；
第四微分电路，用于接收第二低频输入脉冲，第二低频输入脉冲经微分放大后发送到第五MOS开关管，然后发送到第五隔离变压器，经第五整流与滤波电路整流和滤波后向第二高频多谐振荡电路供电，第四微分电路和第五MOS开关管由外电源供电；
所述第二高频多谐振荡电路当第四整流与滤波电路和第五整流与滤波电路都有输出时进行振荡，向第二放大电路发送高频信号；
第二放大电路，接收所述第二高频多谐振荡电路的高频信号，经放大后发送到第六MOS开关管，所述第二放大电路和第六MOS开关管由外电源供电；
第六隔离变压器，接收所述第六MOS开关管的信号，经过第六整流与滤波电路整流和滤波后发送到第二稳压电路作为输出。
3、根据权利要求2所述的具有故障安全特性的电源变换器，其特征在于，所述第二稳压电路发送的信号经第二短路保护电路输出。
4、根据权利要求1所述的具有故障安全特性的电源变换器，其特征在于，所述低频隔离变压器包括第一隔离变压器和第二隔离变压器，所述高频隔离变压器包括第三隔离变压器，微分电路包括第一微分电路和第二微分电路，低频输入脉冲包括第一低频输入脉冲和第二低频输入脉冲，其中，
第一微分电路，接收第一低频输入脉冲，经微分放大后发送到第一MOS开关管，第一微分电路和第一MOS开关管由外电源供电；
第一隔离变压器，接收第一MOS开关管的信号，经变压后发送到第一整流与滤波电路进行滤波和整流；
第二微分电路，接收第二低频输入脉冲，经微分放大后发送到第二MOS开关管，第二微分电路和第二MOS开关管通过第一整流与滤波电路供电；
第二隔离变压器，将第二MOS开关管发送来的信号进行变压并发送到第二整流与滤波电路进行整流和滤波后，向第一高频多谐振荡电路供电；
第一高频多谐振荡电路，接收第二整流与滤波电路进行整流和滤波后的信号，转变为高频信号后发送；
第一放大电路，接收第一高频多谐振荡电路发送的信号，经放大后发送到第三MOS开关管，所述第一放大电路和第三MOS开关管由外电源供电；
第三隔离变压器，接收第三MOS开关管的信号，经变压后发送到第三整流与滤波电路，经整流和滤波后发送到第一稳压电路作为输出。
5、根据权利要求4所述的具有故障安全特性的电源变换器，其特征在于，所述第一稳压电路发送的信号经第一短路保护电路输出。
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