CN101212183B - 一种半定向调节电路 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种半定向调节电路，用于对信号源的至少一路辅路输出信号进行调节，半定向调节电路包括一互感器，互感器包括至少两组绕组，在信号源的输出主路上串联互感器的第一绕组，在需要进行信号调节的至少一输出辅路上串联互感器的至少另一绕组；采用本发明提供的半定向调节电路技术，调压幅值可以较大，又不增加损耗，有利于电源效率的提高，同时可靠性也得到提高；半定向补偿能量可以通过主路调占空比来控制，不受具体的辅路输出偏高量或偏低量限制；能实现对所有辅路输出偏低的情况下进行整体补偿；调压幅度可直接量化计算，且不受占空比影响；调压成本低，性价比较高；还可改善相关输出路的电磁兼容特性。

Description

一种半定向调节电路

技术领域

本发明涉及基本电子电路技术领域，特别涉及一种半定向调节电路。

背景技术

目前，业界应用的多路输出电源中，由于变压器匝数只能取整数匝及其它因素的存在，特别是变压器匝数取整(对于少数特殊应用的变压器可能可以取半匝，但取半匝的变压器对磁芯的气隙模式、绕组的分布、或绕组引出线方式就有特殊要求，会增加变压器的绕制成本)，变压器的各输出绕组具体匝数一般都进行四舍五入的取整，且各绕组取整的入与舍可能不一致，各辅路绕组取整的电压匝数比与主路的取整的电压匝数比也可能不一致。使得各绕组的设计输出电压就会与各路额定的电压有差异，可能偏高或偏低，这样对各路输出的稳压精度要求就大为提高，一般情况下变压器副边每匝对应的电压可能是零点几伏到几伏不等。相同条件下，功率越大对应各绕组的匝数就越少，每匝对应的电压就越高，目前业界中小功率多路输出电源上，在考虑综合性价比前提下，一般变压器副边每匝对应的电压为0.5V到2V伏左右。对于目前器件对电源的电压精度要求越来越高，而工作电流相对越来越稳定的应用环境下，这种情况是十分不利的。

针对上述情况提出过一种电感调压技术，在输出滤波前加一能量迟滞电路，通过减小本路输出的能量来减小本路输出电压，其减小的能量通过变压器自动补偿到各路输出中(包括带反馈的主路输出中)。

这种电感调压技术的具体电路见附图1，在输出滤波前加一能量迟滞电路实现的新型电感调压技术是指在输出整流滤波前加一电感，这个电感是单一电感，与其它绕组所加电感是相互独立的，它利用的是电源输出整流滤波前的电压和电流是高频变化而电感上的电流是不能突变的，当电流上升时，电感上就会产生一个反电动势，这上反电动势方向与本路输出对应变压器绕组上从原边耦合来的电压方向相反，从而抵消了本路变压器绕组部分输出电压，使部分能量不能送到输出端，本路输出电压因而下降，达到调压目的.同时由于这部分能量通过变压器转送到了其它各绕组，包括主路，但由于能量较小，主路占空比只能轻微调节或不调节，这样，其它路输出电路均有小幅上升这种调压技术虽然具有无损耗、简单、可靠、低成本等优点，但依然存在以下不足：

1、当某路输出采用这种电感调压技术，其减小的能量补偿到其余各路输出中去，包括本来输出偏高但稳压精度未超标的其它输出路，这就可能导致这些输出路的输出电压稳压精度因而超标；

2、当某路输出采用这种电感调压技术，其减小的能量补偿到其余各路输出中去，包括带反馈的主路输出，当主路输出电压受到一定影响时，必然会引起占空比的调节，因此，这种调压技术对输出偏低的输出路补偿有限；

3、当某路输出采用这种电感调压技术，其它输出路得到的补偿是与变压器有关，基本上固定的，无法进行按需补偿。

发明内容

本发明目的在于，提供一种半定向调节电路，以实现对包括电源在内的多种信号源多路输出信号的调节。

本发明提出一种半定向调节电路，用于对信号源的至少一路辅路输出信号进行调节，半定向调节电路包括一互感器，互感器包括至少两绕组，在信号源的输出主路上串联互感器的第一绕组，在需要进行信号调节的至少一输出辅路上串联互感器的至少另一绕组。所述主路和至少一路输出辅路的信号均从互感器的第一绕组和至少另一绕组的同名端流入或流出，使第一绕组和至少另一绕组在互感器中产生的磁通方向相同。调节至少一输出辅路串联的互感器绕组的匝数，使至少一路辅路输出信号偏强时，半定向调节电路使至少一路输出辅路信号减弱，其余未接互感器绕组的输出辅路信号增强；当所有辅路输出信号均偏强时，半定向调节电路使所有辅路输出信号均减弱。调节至少一输出辅路串联的互感器绕组的匝数，使至少一路辅路输出偏弱时，半定向调节电路使至少一路输出辅路信号增强，其余未接互感器绕组的输出辅路信号增强；当所有辅路输出信号均偏弱时，半定向调节电路使所有辅路输出信号均增强。上述信号源包括电源、脉冲信号源或其他信号源。

半定向调节电路包括滤波电容，信号源的至少一信号输出端串接互感器至少一绕组后与滤波电容的一端连接，滤波电容的另一端与至少一信号输出端的另一极连接。还包括至少一整流二极管，整流二极管串接在需要进行信号调节的至少一信号输出端与互感器至少一绕组的一端之间，或串接在至少一信号输出端与滤波电容之间，或串接在互感器至少一绕组的一端与滤波电容之间。半定向调节电路中的互感器为电感器、变压器、其它磁耦合器件或其它信号耦合器件。通过互感器将输出辅路的信号变化传送到输出主路，通过输出主路对占空比的调节，调节辅路信号。半定向调节电路应用于包括降压式、升压式、升降压式、反激式、正激式、半桥式、全桥式、推挽式在内的多种信号源拓扑中。

采用本发明提供的半定向调节电路技术，调压幅值可以较大，又不增加损耗，有利于电源效率的提高，同时可靠性也得到提高；半定向补偿能量可以通过主路调占空比来控制，不受具体的辅路输出偏高量或偏低量限制；能实现对所有辅路输出偏低的情况下进行整体补偿；调压幅度可直接量化计算，且不受占空比影响；调压成本低，性价比较高；还可改善相关输出路的电磁兼容特性。

附图说明

图1是本发明现有技术的电路示意图；

图2是本发明第一实施例的电路示意图；

图3-1是本发明第一实施例在一输出辅路上的调压效果示意图；

图3-2是本发明第一实施例在另一输出辅路上的调压效果示意图；

图4是本发明第二实施例的电路示意图；

图5是本发明第三实施例的电路示意图；

图6是本发明第四实施例的电路示意图；

图7是本发明第五实施例的电路示意图；

图8是本发明第六实施例的电路示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

参照图2示出本发明的第一实施例，本实施例是对一个四路输出的反激式多路电源进行调节，该信号源有一路辅路输出电压较其额定值偏高。

如图2所示，输出辅路Vo2电压偏高，输出辅路Vo3、Vo4路电压偏低，现在我们在Vo2路与带主反馈的输出主路Vo1间整流滤波前加一两绕组互感器，两绕组分别串联在两个输出回路中，两绕组电流均从互感器同名端流入。互感器L1串在Vo1路的绕组假定为L1a，匝数为Na，L1a上的电压为VL1a；互感器L1串在Vo2路的绕组假定为L1b，匝数为Nb，L1b上的电压为VL1b；L1互感器的磁芯的电感系数为AL。互感器两绕组间为全耦合即互感系数

$M=\sqrt{L1a\×L1b}.$

D为原边开关管导通占空比，为方便说明，在下面计算中我们忽略了二极管正向导通压降，主变压器对应原边绕组合匝数为NP，对应副边各绕组匝数相应为NS1、NS2、NS3、NS4，VIN为变压器原边输入直流电压。下面对两路的输出电压进行分析。

对应图3-1和图3-2，对未加互感器调压之前两路的输出电压分别为：

Vo1old＝(ULs1-VD1)(1-Ds)＝ULs1*(1-Ds)

Vo2old＝(ULs2-VD2)(1-Ds)＝ULs2*(1-Ds)

对加互感器调压之后假设主反馈输出路开环，则两路的输出电压分别为：

$\mathrm{VL}1a=L1a\frac{\mathrm{dILs}1}{\mathrm{dt}}+\frac{M\×\mathrm{dILs}2}{\mathrm{dt}}=\mathrm{AL}\×{\mathrm{Na}}^2\frac{\mathrm{dILs}1}{\mathrm{dt}}+\frac{\mathrm{AL}\×\mathrm{Nb}\×\mathrm{Na}\×\mathrm{dILs}2}{\mathrm{dt}}$

$\mathrm{VL}1b=L1b\frac{\mathrm{dILs}2}{\mathrm{dt}}+\frac{M\×\mathrm{dILs}1}{\mathrm{dt}}=\mathrm{AL}\×{\mathrm{Nb}}^2\frac{\mathrm{dILs}2}{\mathrm{dt}}+\frac{\mathrm{AL}\×\mathrm{Nb}\×\mathrm{Na}\×\mathrm{dILs}1}{\mathrm{dt}}$

${\mathrm{Vo}1}^{\′}=(\mathrm{ULs}1-\mathrm{VL}1a)(1-\mathrm{Ds})$

$=(\mathrm{ULs}1-\mathrm{AL}\×{\mathrm{Na}}^2\frac{\mathrm{dILs}1}{\mathrm{dt}}-\mathrm{AL}\×\mathrm{Na}\×\mathrm{Nb}\×\frac{\mathrm{dILs}3}{\mathrm{dt}})(1-\mathrm{Ds})$

$\≈\mathrm{ULs}1(1-\mathrm{Ds})-\mathrm{AL}\×\mathrm{Na}(\mathrm{Nb}\×\mathrm{\ΔILs}2+\mathrm{Na}\×\mathrm{\ΔILs}1)$

${\mathrm{Vo}2}^{\′}=(\mathrm{ULs}2-\mathrm{VL}1b)(1-\mathrm{Ds})$

$=(\mathrm{ULs}2-\mathrm{AL}\×{\mathrm{Nb}}^2\frac{\mathrm{dILs}2}{\mathrm{dt}}-\mathrm{AL}\×\mathrm{Na}\×\mathrm{Nb}\×\frac{\mathrm{dILs}1}{\mathrm{dt}})(1-\mathrm{Ds})$

$\≈\mathrm{ULs}2(1-\mathrm{Ds})-\mathrm{AL}\×\mathrm{Nb}(\mathrm{Na}\×\mathrm{\ΔILs}1+\mathrm{Nb}\×\mathrm{\ΔILs}2)$

从上面公式中可知，开环时对于Vo1、Vo2路中输出，输出电压均下降，Vo1路输出电压下降量为AL*Na(Nb*ΔIls2+Na*ΔIls1)。而正常工作时主反馈输出路Vo1是闭环的，为保持本路输出电压的稳定，当主路电压下降时，通过反馈环调节原边开关管的导通占空比。

加互感器前对应原占空比时Vo1的输出电压要与加互感器后对应新占空比的Vo1的输出电压要相等，则有：

Vo1″＝ULs1(1-Dn)-AL×Na(Nb×ΔILs2+Na×ΔILs1)

     ＝Vo1＝ULs1(1-Ds)

对应于反激式拓扑，有：

$\mathrm{ULsi}=\frac{\mathrm{NS}1\×\mathrm{VIN}\×D}{\mathrm{NP}\×(1-D)}$

式中Ulsi表示第I路输出对应变压器绕组两端的耦合电压。

可得出新占空比为：

$\mathrm{Dn}=\mathrm{Ds}+\frac{\mathrm{NP}\×\mathrm{AL}\×\mathrm{Na}(\mathrm{Nb}\×\mathrm{\ΔILs}2+\mathrm{Na}\×\mathrm{\ΔILs}1)}{\mathrm{NS}1\×\mathrm{VIN}}$

对应新占空比，除Vo1输出电压不变外，其余各路输出的电压分别为：

${\mathrm{Vo}2}^{\′\′}=\mathrm{Vo}2+\frac{(\mathrm{NS}2\×\mathrm{Na}-\mathrm{NS}1\×\mathrm{Nb})\×\mathrm{AL}(\mathrm{Nb}\×\mathrm{\ΔILs}2+\mathrm{Na}\×\mathrm{\ΔILs}1)}{\mathrm{NS}1}$

${\mathrm{Vo}3}^{\′\′}=\mathrm{Vo}3+\frac{\mathrm{NS}3\×\mathrm{AL}\×\mathrm{Na}(\mathrm{Nb}\×\mathrm{\ΔILs}2+\mathrm{Na}\×\mathrm{\ΔILs}1)}{\mathrm{NS}1}$

${\mathrm{Vo}4}^{\′\′}=\mathrm{Vo}4+\frac{\mathrm{NS}4\×\mathrm{AL}\×\mathrm{Na}(\mathrm{Nb}\×\mathrm{\ΔILs}2+\mathrm{Na}\×\mathrm{\ΔILs}1)}{\mathrm{NS}1}$

从上式可知，Vo3、Vo4路输出电压上升，即得到了补偿。而Vo2输出电压与Vo2和Vo1对应的变压器绕组匝数和所加互感器绕组匝数有关，即NS2*Na＜NS1*Nb时就可达Vo2路输出电压下降，这样就达到了对Vo2路输出电压定向调节的目的。也就是按照

来设计所串接的互感器绕组匝数就可实现上述半定向调压目的，由于NS1与NS2是确定的，故此条件是可实现的。

同样，对于所有输出辅路电压都较额定值偏低的情况下，只要采用本发明技术在其中一路辅路输出串联加入的互感器匝数与本路输出对应变压器绕组匝数之比大于在主路输出串联加入的互感器绕组匝数与主路对应变压器绕组匝数之比时(如第二路与第一路间加互感器调压要满足

即可)，则能实现所有输出电压均上调的目的，相当于上面Vo2”的式中，NS2*Na-NS1*Nb为正，Vo2”的电压是大于未加入互感器前的电压Vo2的。

本发明也可用于输出全部偏高的情况下，将各输出绕组整流滤波前各串联加入一互感器的一个绕组，各输出回路电流方向均从相应互感器绕组的同名端流出，就可实现所有辅路输出电压下降的目的。

本发明提供的半定向调压方式可用于输出辅路信号全部偏强、全部偏弱，或部分偏强部分偏弱的情况，通过控制所加互感器的匝比来实现信号加强、减弱或部分加强部分减弱。

第一实施例是本发明在一路辅路输出电压偏高，其它多路辅路电压偏低情况下的反激式拓扑半定向调节电路。在第一实施例基础上可以进行多种变化，产生其他具体实施例。

本实施例提供的调压电路中，多路输出电源的输出主路Vo1和输出辅路Vo2可以分别包括滤波电容C1和滤波电容C2，滤波电容C1和滤波电容C2的两端分别连接输出辅路的两极之间，互感器L1的绕组L1a和绕组L1b分别连接在滤波电容C1和滤波电容C2之前。

本实施例可以包括整流二极管D1和整流二极管D2，整流二极管D1和整流二极管D2串接在输出辅路上。针对不同具体情况，本实施例提供的调压电路电路可以进行多种变形，产生多种变形电路。

图4、图5和图6分别示出第二、第三和第四实施例，第一、二、三、四实施例之间的区别主要在于互感器LI、整流二极管D1和/或整流二极管D2串联的位置不同，其原理和等效电路是一样的，都可实现对辅路输出的升/降压调压。根据实际情况，还可以不使用滤波电容和/或整流二极管。

上述第一、二、三、四实施例提出的调压方案可同时用于三路输出或更多路输出间的调压。

图7示出本发明的第五实施例，是本发明应用在正激式拓扑中，包含多路输出辅路，其中一路辅路输出偏高，其余辅路输出偏低情况下的半定向调节电路。如图7所示D2、D3、Dm是整流二极管，D1、D4、Dn是副边各相应绕组续流二极管，D5是原消磁绕组防反二极管。其余电路中二极管均为整流二极管。

图8示出本发明的第六实施例，是本发明应用在桥式拓扑中，一路辅路输出偏高，其余辅路输出偏低情况下的半定向调节电路。

本发明的应用范围是辅路输出电压偏低，或虽有电压偏高的输出路但能量不足以补偿输出电压偏低的部分输出路的情况，利用的原理是通过一互感器将辅路电压变化情况传送到输出主路，通过主路对占空比的调节，达到相应调压的目的。本发明对串联了互感器绕组的辅路电压进行调节，调节效果可升可降，对未串联互感器绕组的其它辅路输出的电压是只能起上升作用，故称为一种半定向调压技术。

本发明提出的电压补偿原理与变压器的原理不同。在本领域现有技术中，变压器主要功能是传输能量，当在电源变压器副边整流滤波之前加电感会引起输出电压下降，降低变压器传输能量的效率；同时由于正常情况下由于磁芯特性的一致性在生产制造时较难控制，造成漏感的一致性较差，这就使输出电压一致性不好。特别是反激式拓扑，输出绕组因变压器磁芯加了气隙而电感量较小，在整流滤波前加电感相当于间接增加副边绕组的漏感，当漏感量较大时会使输出电压不稳定，因此在正常生产制造时都会尽量控制变压器的漏感量，以防止影响输出。而本发明却正是利用漏感对输出的影响，同时利用互感器的感应原理，将一输出绕组间的信息传递到另一绕组，使其相互影响，通过控制互感器间的匝比，使各输出所受影响中有利的部分被放大利用，不利的部分进行抵消或削弱，变不利为有利。

对于上述第二、三、四、五、六实施例电路的具体调压效果可以参考第一实施例中的计算方法进行计算，具体是哪路或哪两路输出电压上升，哪路或哪两路输出电压下降，要根据各路输出的综合效果进行计算设计。

上述各种半定向调压实施例根据实际情况都可以选用滤波电容和/或整流二极管，也可不使用滤波电容和/或整流二极管，整流二极管可灵活排布在互感器的绕组之前、之后、或输出电路的另一极上；滤波电容应排布在互感器的绕组之后。本发明采用的互感器可以是电感器、变压器、其它磁耦合器件或其它信号耦合器件如压电陶瓷变压器等。

上述各种半定向调压实施例同样可以应用于其它拓扑形式的多路输出电源中，如降压式(BUCK)、升压式(BOOST)、升降压式、正激式、半桥式、全桥式等各种可应用于多路输出电源的拓扑中，对应的变形电路与反激式类似，在此不一一列出。

本发明不仅仅局限于对电源的输出电压进行调节，利用本发明技术还可对多种脉冲信号源的输出信号进行调节，使多路输出信号增强、减弱或不变，原理同上述各实施例。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效电路变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种半定向调节电路，用于对信号源的至少一路输出辅路信号进行调节，其特征在于，

所述半定向调节电路包括一互感器，所述互感器包括至少两绕组，在所述信号源的输出主路上串联所述互感器的第一绕组，在所述需要进行信号调节的至少一输出辅路上串联所述互感器的至少另一绕组；

所述主路和至少一路输出辅路的信号均从所述互感器的第一绕组和至少另一绕组的同名端流入或流出，使第一绕组和至少另一绕组在所述互感器中产生的磁通方向相同；以及

调节所述至少一输出辅路串联的互感器绕组与主路串联的互感器绕组的匝数比，

使所述至少一路输出辅路在输出信号偏强时，所述半定向调节电路使所述至少一路输出辅路信号减弱，其余未接互感器绕组的输出辅路信号增强，

并且所有输出辅路信号在均偏强时，所述半定向调节电路使所述所有输出辅路信号均减弱。

2.一种半定向调节电路，用于对信号源的至少一路输出辅路信号进行调节，其特征在于，

所述半定向调节电路包括一互感器，所述互感器包括至少两绕组，在所述信号源的输出主路上串联所述互感器的第一绕组，在所述需要进行信号调节的至少一输出辅路上串联所述互感器的至少另一绕组；

所述主路和至少一路输出辅路的信号均从所述互感器的第一绕组和至少另一绕组的同名端流入或流出，使第一绕组和至少另一绕组在所述互感器中产生的磁通方向相同；以及

调节所述至少一输出辅路串联的互感器绕组与主路串联的互感器绕组的匝数比，使所述至少一路输出辅路偏弱时，所述半定向调节电路使至少一路输出辅路信号增强，其余未接互感器绕组的输出辅路信号减弱；并且使得所有输出辅路信号在均偏弱时，所述半定向调节电路使所述所有输出辅路信号均增强。

3.根据权利要求1或2所述的一种半定向调节电路，其特征在于，所述信号源包括电源、脉冲信号源或其他信号源。

4.根据权利要求3所述的一种半定向调节电路，其特征在于，所述半定向调节电路包括滤波电容，所述信号源的至少一信号输出端串接所述互感器至少一绕组后与所述滤波电容的一端连接，所述滤波电容的另一端与所述至少一信号输出端的另一极连接。

5.根据权利要求4所述的一种半定向调节电路，其特征在于，还包括至少一整流二极管，所述整流二极管串接在所述需要进行信号调节的至少一信号输出端与所述互感器至少一绕组的一端之间，或串接在所述至少一信号输出端与所述滤波电容之间，或串接在互感器至少一绕组的一端与所述滤波电容之间。

6.根据权利要求1或2所述的一种半定向调节电路，其特征在于，所述互感器为电感器、变压器、其它磁耦合器件或其它信号耦合器件。

7.根据权利要求1或2所述的一种半定向调节电路，其特征在于，通过所述输出主路的闭环反馈，改变原边开关管的占空比，进而调节输出辅路信号。

8.根据权利要求1或2所述的一种半定向调节电路，其特征在于，所述半定向调节电路应用于包括降压式、升压式、升降压式、反激式、正激式、半桥式、全桥式、推挽式在内的多种信号源拓扑中。

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