CN101453169B

CN101453169B - 一种自激振荡启动输出端控制的反激变换器

Info

Publication number: CN101453169B
Application number: CN 200810219611
Authority: CN
Inventors: 尹向阳
Original assignee: Mornsun Guangzhou Science and Technology Ltd
Current assignee: Mornsun Guangzhou Science and Technology Ltd
Priority date: 2008-12-02
Filing date: 2008-12-02
Publication date: 2011-07-06
Anticipated expiration: 2028-12-02
Also published as: CN101453169A

Abstract

一种自激振荡启动输出端控制的反激变换器，包括：反激功率变换主电路、启动振荡电路、开断器件、PWM控制电路；启动振荡电路连接反激功率变换主电路中MOS主开关管栅极，开断器件连接于启动振荡电路的回路中，PWM控制电路输出两路信号，一路触发信号连接到开断器件的断开控制端，控制启动振荡电路的关断；一路PWM驱动信号连接到反激功率变换主电路中MOS主开关管栅极。本发明具有以下特点：不需要额外的辅助电源给PWM控制电路供电；很容易实现同步整流控制方式，也易于实现多种保护电路及并联均流等附加功能；控制环路的带宽没有受到限制，使得电路动态性能更好。

Description

一种自激振荡启动输出端控制的反激变换器

技术领域

本发明涉及一种反激变换器，特别涉及一种自激振荡启动输出端控制的反激变换器。

背景技术

目前业界有多种形式的自激振荡反激变换器(即RCC电路)，常用的RCC电路如图1所示，一般由主电流电路部分、启动振荡电路部分、负反馈控制电压电路部分和稳压输出电路部分组成。其中，启动振荡电路部分主要由三极管TR2、电阻R1、R2、R1、R2和电容C2、C3连接组成；负反馈控制电压回路部分由稳压器Adj、光耦OC1连接组成。

其具体工作原理是：当输入加上电压后，输入电压通过电阻R1、R2加在MOS管TR1的栅极，使MOS管TR1导通。MOS管导通后，由于漏极有电流流过，变压器T的初级绕组P1上产生上正下负的电压，经变压器T耦合至绕组P2上产生上负下正的感应电压，此电压通过由加速电容C1、电阻R2组成的正反馈回路，再加到MOS管TR1的栅极，使MOS管TR1栅极电压进一步增大，有利其快速饱和导通。

当MOS管TR1导通后，在电阻R4上引起压降，并通过电阻R3提供给TR2的基极注入电流，使三极管TR2导通。TR2的导通使MOS管栅极电压下降，MOS管关闭。

当TR1导通时变压器T储能，TR1关断时变压器T输出能量，能量再经二极管D1整流输出，实现能量的传递。输出的能量一路提供给负载，而另一路经稳压管Adj负反馈调整后，经光耦反馈回路反馈回输入，去控制三极管TR2基极上的电流，从而调节MOS管TR1、三极管TR2的通断时间，实现电路的反激过程。

目前常用的附边应用运放通过线性光耦反馈给原边的PWM芯片的反激电路如图2所示。

第一种方案的自激振荡反激变换器电路，即RCC电路结构简单，成本低廉，但是在相对较大功率且大规模生产时的产品可靠性存在一定问题，而且轻载时效率低；第二种方案由于有线性光耦的存在，使得控制环路的带宽受到限制，而且大大降低了产品的寿命和可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提出一种自激振荡启动输出端控制的反激变换器，不仅可以提高轻载效率，降低开关管的消耗；同时也可以使得控制环路的带宽不受限制，提高产品的动态性能。

为达到上述目的，本发明通过以下的技术措施来实现，一种自激振荡启动输出端控制的反激变换器，包括：

主要由MOS主开关管和主振荡变压器组成的反激功率变换主电路；

用于启动所述反激功率变换主电路的RCC电路中的启动振荡电路；

用于断开所述启动振荡电路工作的开断器件；

用于控制反激振荡的PWM控制电路；

启动振荡电路的输出连接反激功率变换主电路中MOS主开关管栅极，开断器件连接于启动振荡电路的主回路中，反激功率变换主电路输出提供接入PWM控制电路的工作电压，PWM控制电路输出两路信号，一路触发信号连接到开断器件的断开控制端，控制启动振荡电路的关断；一路PWM驱动信号连接到反激功率变换主电路中MOS主开关管栅极，利用占空比，控制MOS主开关管的开启和关断。

接通电源后，通过启动振荡电路提供给MOS主开关管的栅极一个电压，使主开关管导通。因主开关管的导通，主开关管漏极有电流流过，主振荡变压器原边储存能量，并且随着主开关管的导通，主开关管的漏极电流逐渐增大，即流过主振荡变压器原边的电流逐渐增大，主振荡变压器原边储存的能量增强。MOS主开关管断开后，原边绕组开路，副边绕组的感应电动势反向，并输出电压向负载和PWM控制电路提供电压。

PWM控制电路获得供电以后，将输出两个信号，其中一个信号通过控制开断器件去断开启动振荡电路，此后启动振荡电路不再参与电路的正常工作。因为原边应用启动振荡电路是以此实现从输入端取得能量用来启动整个变换器，当副边电压建立以后，将有输出端的电压作为芯片的供电电源，所以这时已经不再需要启动振荡电路工作了。PWM控制电路输出的另一个信号就是PWM脉冲，去控制主开关管的导通与关断。

本发明中反激功率变换主电路中的稳压输出电路的电压输出直接或经分压后接入PWM控制电路的工作电压输入端。

本发明中反激功率变换主电路中的主振荡变压器副边增设一个输出绕组，输出绕组两端的耦合输出电压经整流滤波后接入PWM控制电路的工作电压输入端。

本发明上述输出绕组两端的耦合输出电压经整流滤波后也接入开断器件的断开控制端，也可控制开断器件断开，停止启动振荡电路工作。

本发明的开断器件为继电器或还可以如可控硅等其他开关器件。

本发明PWM控制电路输出的PWM驱动信号经驱动电路后连接到反激功率变换主电路中MOS开关管栅极。

本发明PWM控制电路PWM驱动信号的输出端与所述驱动电路之间设有隔离变压器或光电耦合隔离器。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

1、不需要额外的辅助电源给PWM控制电路供电，避免了不必要的成本投入。可实现高性价比电源产品；

2、由于PWM控制电路处于反激功率变换主电路的输出回路上，很容易实现同步整流控制方式，也易于实现多种保护电路及并联均流等附加功能；

3、由于反馈控制没有用到线性光耦，控制环路的带宽(理论上)没有受到限制，使得电路动态性能更好；

4、可采用低空载功耗的PWM控制芯片，使本发明电路降低了空载损耗，控制灵活，实现了高性能、高可靠性电源。

附图说明

图1为现有技术反激变换器的电路原理图；

图2为现有技术中另一种技术方案的电路原理图

图3为本发明原理结构图；

图4为本发明实施例一的电路图；

图5为本发明实施例二的电路图；

图6为本发明实施例三的电路图；

图7为图6实施例中在启动振荡电路中可安置开断器件的节点示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明所述的输出端自供电控制的反激变换器进一步加以阐述。

图3所示一种输出端自供电控制反激变换器的原理结构图，包括反激功率变换主电路、用于启动反激功率变换主电路的RCC电路中的启动振荡电路、用于断开启动振荡电路工作的开断器件、用于控制反激振荡的PWM控制电路；反激功率变换主电路主要由MOS主开关管Q1和主振荡变压器TX1组成的；启动振荡电路的输出连接反激功率变换主电路中MOS主开关管栅极，开断器件连接于启动振荡电路的主回路中，反激功率变换主电路输出提供接入PWM控制电路的工作电压，PWM控制电路输出两路信号，一路触发信号连接到开断器件的断开控制端，控制启动振荡电路的关断；一路PWM驱动信号经隔离变压器、驱动电路后连接到反激功率变换主电路中MOS主开关管栅极，利用占空比，控制MOS主开关管的开启和关断。

如图4所示为本发明的具体实施例一的电路原理图，其中反激功率变换主电路主要由MOS主开关管Q1和主振荡变压器TX1组成，在变压器TX1初级绕组Np的两端并联RCD钳位吸收电路，RCD钳位吸收电路包括电阻R1先与电容C1并联后再与二极管D1串联；反激功率变换主电路的稳压输出由整流二极管D2，滤波电容C4，假负载电阻R9实现；变压器TX1次级绕组Ns2的异名端先与整流二极管D2串联后，再串联上滤波电容C4与负载电阻R9并联。

启动振荡电路采用现有常用RCC电路中的一种形式，主要包括启动电阻R2，三极管Q2，缓升电容C3，三极管基极电阻R4和R10，电流采样电阻R7和由吸收电容C2和电阻R3并联的RC吸收电路；启动电阻R2与主开关管Q1的栅极及三极管Q2的集电极连接在一起。反馈绕组Ns2的同名端通过开断器件继电器Relay的两个长闭触点串联电阻R5，再串联电容C5后反馈连接到主开关管Q1的栅极。主开关管Q1的源极通过电阻R7连接到地。三极管Q2基极与地之间连接着缓升电容C3，同时，电阻R10与电阻R7串联后和电容C3并联在一起。反馈绕组Ns2的另一端通过电阻R4与三极管Q2基极连接，同时还通过RC吸收电路与地连接。

PWM控制电路采用通用(型号为UC3843、NCP1200等等)的PWM芯片；在反激功率变换主电路稳压输出电压合适的情况下，PWM芯片的工作电源由反激功率变换主电路中的稳压输出直接提供。或者在输出电压不合适的情况下，可以经采样电阻分压后接入PWM控制电路的工作电压输入端。PWM芯片以输出电压为反馈信号，将输出两个信号，其中一个触发信号连接到开断器件继电器Relay的控制线圈，通过触发继电器Relay常闭触点断开，从而断开启动振荡电路的主回路。另一个信号就是PWM脉冲信号，通过隔离变压器TX2连接常用的驱动电路，通过隔离驱动电路去控制主开关管的导通与关断。

具体的工作过程如下：在开始的时候，开断器件继电器处于常闭状态。当有输入电压时，电压通过启动电阻R2给MOS管Q1的栅极和三极管Q2的集电极一个电压，使MOS管导通。MOS管导通后，变压器TX1初级绕组Np便有电流流过，使反馈绕组Ns2的同名端相应地感应到正电压。此时由于继电器闭合，Ns2两端的感应电压就通过电阻R5和电容C5到MOS管Q1的栅极，加速MOS管Q1的饱和导通。同时，由于MOS管Q1的导通，在电阻R7上引起压降，并通过电阻R10给三极管Q2的基极注入电流，又由于三极管Q2的集电极已经有电压，所以三极管Q2导通。三极管Q2的导通将MOS管Q1的栅极电压下拉，MOS管Q1关闭。由于在MOS管Q1饱和导通期间，变压器TX1次级绕组Ns2通过电阻R5给电容C5充电，所以此时，电容C5开始放电，电流通过电阻R4注入三极管Q2基极，增大了三极管Q2的基极电流，加速开关管Q1的关闭。

对于输出端，在开关管Q1导通的期间，变压器TX1原边绕组Np储存电量，由电容C4放电给负载供电。当开关管Q1关断后，变压器TX1原边绕组Np开路，变压器TX1副边绕组Ns1的感应电动势反向，并通过二极管D2释放能量，一方面给电容C4充电，一方面给负载和PWM芯片提供电压。

当输出端电压足够驱动PWM芯片时，PWM芯片开始工作。PWM芯片以反激功率变换主电路稳压输出电压作为其输入工作电源，PWM芯片开始工作，将输出两个电压信号，其中一个触发信号触发继电器Relay常闭触点断开，从而断开启动振荡电路的主回路，此后启动振荡电路不再参与主电路的正常工作。因为原边应用启动振荡电路是以此实现从输入端取得能量用来启动整个变换器，当副边电压建立以后，在输出电压合适的情况下直接取输出端的电压作为芯片的供电电源，也可经分压采样后提供，所以这时已经不再需要启动振荡电路工作了。PWM控制芯片输出的另一个信号就是PWM脉冲，通过隔离变压器TX2连接常用的驱动电路，以驱动电路去控制开关管的栅极电压的方式，通过输出电压反馈调节PWM脉冲信号的占空比，去控制主开关管的导通与关断时间。

如图5所示实施例与图4所示实施例基本相同，不同之处在于图4的实施例中，输出直接供电给PWM芯片，而在图5所示的实施例中，反激功率变换主电路中的主振荡变压器副边增设一个输出绕组Ns3，输出绕组两端的耦合输出电压经整流滤波后接入PWM芯片的工作电压输入端。副边控制PWM芯片的供电采用辅助绕组供电形式。

如图6所示实施例与图4所示实施例基本相同，不同之处在于图4的实施例中，控制原边启动振荡电路的开断是由PWM芯片输出一个触发信号去控制实现的，而在图6的实施例中，反激功率变换主电路中的主振荡变压器副边增设一个输出绕组Ns3，输出绕组两端的耦合输出电压经整流滤波后接入继电器的控制线圈，直接利用副边的输出来控制原边启动振荡电路的开断。在图6所示的实施例中，只要配合电路输出电压合理选择继电器的驱动电压，是可以实现和图3所示实施例同样功能的。对于启动振荡电路中断开的节点选择可以有多种情况，在图7中标记出A、B、C、D四个可安置开断器件的节点。无论将开断器件安置在哪一个节点位置，都实现控制原边启动振荡电路的开断。

上述实施例在副边PWM芯片控制原边的启动振荡电路断开的隔离控制中，例举的都是继电器形式，也可用其它的开关器件如可控硅、或者MOSFET和其它分立元件组成的组合开关电路等替换。触发驱动继电器常闭触点断开的形式也有多种，可以是利用PWM芯片的参考电压直接驱动，也可以增加一个常用驱动电路间接驱动。

同时，隔离变压器TX2还可用光电耦合器等隔离器件来替换，隔离变压器TX2连接驱动电路也可用多种常用的具有驱动功能的电路，但无论使用任何器件或者电路结构都可实现PWM芯片隔离控制主开关管Q1。

由于现有RCC电路有很多种形式的变化，以其它形式的RCC电路中的启动振荡电路部分也同样能实现本发明中启动的功能。

由于脉宽调制(PWM)的实现形式也有很多种，除常用的PWM芯片外，其他可实现脉宽调制的常用电路也可实现调节PWM脉冲信号的占空比，去控制主开关管的导通与关断时间。

因此，由本发明引申或变形的不同于以上实施例的其他实施方式，都将属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种自激振荡启动输出端控制的反激变换器，其特征在于包括：

用于启动所述反激功率变换主电路的启动振荡电路；

用于断开所述启动振荡电路工作的开断器件；

用于控制反激振荡的PWM控制电路；

启动振荡电路连接反激功率变换主电路中MOS主开关管栅极，开断器件连接于启动振荡电路的回路中，反激功率变换主电路输出提供接入PWM控制电路的工作电压，PWM控制电路输出两路信号，一路触发信号连接到开断器件的断开控制端，控制启动振荡电路的关断；一路PWM驱动信号连接到反激功率变换主电路中MOS主开关管栅极，利用占空比，控制MOS主开关管的开启和关断。

2.根据权利要求1所述的自激振荡启动输出端控制的反激变换器，其特征在于所述反激功率变换主电路中的稳压输出电路的电压输出直接或经分压后接入PWM控制电路的工作电压输入端。

3.根据权利要求1所述的自激振荡启动输出端控制的反激变换器，其特征在于所述反激功率变换主电路中的主振荡变压器副边增设一个输出绕组，输出绕组两端的耦合输出电压经整流滤波后接入PWM控制电路的工作电压输入端。

4.根据权利要求3所述的自激振荡启动输出端控制的反激变换器，其特征在于所述输出绕组两端的耦合输出电压经整流滤波后接入开断器件的断开控制端。

5.根据权利要求1或4所述的自激振荡启动输出端控制的反激变换器，其特征在于所述开断器件为继电器、可控硅或MOS场效应管。

6.根据权利要求1所述的自激振荡启动输出端控制的反激变换器，其特征在于所述PWM控制电路输出的PWM驱动信号经驱动电路后连接到反激功率变换主电路中MOS开关管栅极。

7.根据权利要求6所述的自激振荡启动输出端控制的反激变换器，其特征在于所述PWM控制电路PWM驱动信号的输出端与所述驱动电路之间设有隔离变压器或光电耦合隔离器。