CN101847935A - 一种直流到直流变换器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种直流到直流变换器，包括：输入部，和通过主变压器耦合于所述输入端的输出部；所述输出部包括：第一可控开关和第二可控开关，及，与所述第二可控开关并联的整流输出单元；所述输入部包括：与所述主变压器的初级绕组的一端耦合的第三可控开关，和与所述主变压器的初级绕组并联的磁复位；以及，控制信号产生单元；还包括：信号隔离传输单元，用于将所述控制信号产生单元输出的信号，分别转换为两路互补的信号；负向截取单元，用于分别过滤掉所述信号隔离传输单元输出的两路互补的信号的负向值，以分别控制所述第一可控开关和第二可控开关的控制端。

Description

一种直流到直流变换器

技术领域

本发明涉及一种直流到直流(DC-DC)变换器。

背景技术

现在，随着计算机、通信技术的发展，低压大电流开关电源越来越成为一个重要的市场需求。而效率问题始终是开关电源发展的一个主旋律。由于能大大提高直流到直流变换器的效率，并且由于不存在由肖特基势垒电压而造成的死区电压，同步整流技术的出现也越来越多的获得了应用。

如图8所示，例如中国专利ZL00815448，为一种现有的同步整流外部驱动设计方案的实施例。以下将结合图9，其各点的电压，来进一步表述其工作过程。

首先，PWM控制器产生的是单一的正向脉动信号，通过隔离耦合电容C1x加在隔离驱动变压器Tsx的初级绕组的两端。由于该隔离驱动变压器Ts的次级绕组的公共端接地，在其次级绕组的同名端A端及异名端B端上将分别产生一对互补的、具有一定负值的双向脉动信号。请参见图9，该双向脉动信号的幅值会随着占空比的变化而变化，根据变压器磁平衡原理，当占空比越大，该双向脉动信号的正向电压幅值越小，而其负向电压幅值越大。以下将对电压的情况作进一步说明。

假设该隔离驱动变压器Tsx的匝比为1∶1，当占空比由30％跳跃到60％时，其次级绕组的同名端A端及异名端B端电压幅值的变化情况如下。同名端A的正向电压幅值为VA+，。同名端A的负向电压幅值为VA-；异名端B的正向电压幅值为VB+，异名端B的负向电压幅值为VB-。

占空比为30％时：VA+*30％＝VA-*70％→(VCC-VA-)*30％＝VA-*70％，由以上公式可推导出VA-＝VCC*30％，VA+＝VCC*70％；

占空比为60％时：VA+*60％＝VA-*40％→(VCC-VA-)*60％＝VA-*70％，由以上公式可推导出VA-＝VCC*60％，VA+＝VCC*40％；

通过以上实例可以说明，当占空比越大，则VA-越大，而VA+越小，也就是说当占空比大到一定程度时由于输出同步整流管的驱动电压VA+过小，导致输出同步整流管不导通或导通电阻Ron较大，这样将严重制约隔离DC-DC变换器的效率。

对此，在某些运用场合为了增大输出同步整流管的驱动能力，往往在次级绕组的同名端及异名端加入某些驱动芯片，将次级绕组的同名端及异名端的驱动波形进行整形处理作为输出同步整流电路的驱动信号。而且一般来说，驱动芯片正常工作时不允许出现较大幅值的负压，否则工作时间长了容易导致驱动IC损坏，从而极大的降低了产品工作的可靠性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了进一步提高低压大电流开关电源的工作效率，并提高系统运行的可靠性。

对此，本发明提供一种直流到直流变换器，包括：输入部，和通过主变压器耦合于所述输入端的输出部；

所述输出部包括：依次耦合，并与所述主变压器的次级绕组形成闭环耦合的第一可控开关和第二可控开关，及，与所述第二可控开关并联的整流输出单元；

所述输入部包括：与所述主变压器的初级绕组的一端耦合的第三可控开关，和与所述主变压器的初级绕组并联的磁复位；以及，

控制信号产生单元，输出控制信号，以分别控制所述第一可控开关、第二可控开关和第三可控开关；

还包括：

信号隔离传输单元，用于将所述控制信号产生单元输出的信号，分别转换为两路互补的信号；

负向截取单元，用于分别过滤掉所述信号隔离传输单元输出的两路互补的信号的负向值，以分别控制所述第一可控开关和第二可控开关的控制端。

与现有技术相比，上述技术方案的优点在于：由于采用了负向截取单元，其驱动信号，即信号隔离传输单元输出的控制信号，其驱动电压不会随着占空比的变化而变化，解决了现有技术外驱动同步整流电路占空比增大驱动电压减小，同步整流管导通电阻增大，甚至不导通，影响隔离直流到直流变换器的效率的问题。另外，上述技术方案的驱动信号不存在负压，可以直接加入到驱动芯片的输入端，能够保证驱动芯片工作的可靠性。而且，上述技术方案的电路简单、成本低廉、可靠性高、适用性极广。

优选的，所述第一可控开关、第二可控开关和第三可控开关分别采用MOS管。

进一步的，所述的直流到直流变换器，其特征在于，还包括：

功率驱动单元，用于将所述负向截取单元输出的两路互补的信号进行功率放大，再分别传送到所述第一可控开关和第二可控开关的控制端。

优选的，所述负向截取单元包括：

第一截取二极管，其负极耦合于所述信号隔离传输单元输出的第一路信号，其正极耦合到地信号；以及，

第二截取二极管，其负极耦合于所述信号隔离传输单元输出的第二路信号，其正极耦合到地信号。

进一步的，所述负向截取单元还包括：

第一截取滤波电容，第一截取二极管的极通过该第一截取滤波电容耦合于所述信号隔离传输单元输出的第一路信号；

第一截取限流电阻，与所述第一截取二极管并联；

第二截取滤波电容，第二截取二极管的极通过该第二截取滤波电容耦合于所述信号隔离传输单元输出的第二路信号；以及，

第二截取限流电阻，与所述第二截取二极管并联。

优选的，所述信号隔离传输单元包括：隔离变压器；

所述控制信号产生单元输出的信号耦合到所述隔离变压器的初级线圈，所述隔离变压器的第一次级线圈和第二次级线圈分别输出两路互补的信号到所述负向截取单元。

进一步的，所述控制信号产生单元输出的信号通过一个隔离滤波电容耦合到所述隔离变压器的初级线圈。

优选的，所述的功率驱动单元包括：

第一反向放大器，其输入端耦合于所述负向截取单元输出的第一路信号，其输出端耦合于所述第一可控开关的控制端；以及，

第二反向放大器，其输入端耦合于所述负向截取单元输出的第二路信号，其输出端耦合于所述第二可控开关的控制端。

另一优选的，所述的功率驱动单元包括：包含第一P沟道MOS管、第一N沟道MOS管和第一死区电阻的第一反向功率驱动模块，和包含第二P沟道MOS管、第二N沟道MOS管和第二死区电阻的第二反向功率驱动模块；

所述第一P沟道MOS管与第一N沟道MOS管的栅极相互耦合，第一死区电阻的两端分别耦合于所述第一P沟道MOS管的漏极和所述第一N沟道MOS管的漏极；

所述第二P沟道MOS管与第二N沟道MOS管的栅极相互耦合，第二死区电阻的两端分别耦合于所述第二P沟道MOS管的漏极和所述第二N沟道MOS管的漏极。

优选的，所述控制信号产生单元采用PWM(Pulse-width modulation，脉宽调制)控制器。

附图说明

图1是本发明的直流到直流变换器一种实施例的结构示意图；

图2是本发明的直流到直流变换器另一种实施例的结构示意图；

图3是图2所示的实施例的各点电压波形；

图4是本发明的直流到直流变换器另一种实施例的结构示意图；

图5是图2所示实施例中信号隔离传输单元的结构示意图；

图6是图2所示的实施例中部分结构示意图；

图7是图4所示的实施例中功率驱动单元的结构示意图；

图8是现有技术中直流到直流变换器一种实施例的结构示意图；

图9是图8所示的实施例的各点电压波形。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明：

如图1所示，一种直流到直流变换器，包括：输入部，和通过主变压器T11耦合于所述输入端的输出部。

其中，所述输出部包括：依次耦合，并与所述主变压器的次级绕组形成闭环耦合的第一可控开关Q1和第二可控开关Q2，及，与所述第二可控开关Q2并联的整流输出单元。

所述输入部包括：与所述主变压器T11的初级绕组的一端耦合的第三可控开关Q3，和与所述主变压器T11的初级绕组并联的磁复位900；以及，采用PWM控制器400的控制信号产生单元。

PWM控制器400输出控制信号，以分别控制所述第一可控开关Q1、第二可控开关Q2和第三可控开关Q3。

直流到直流变换器还包括：用于将所述控制信号产生单元输出的信号，分别转换为两路互补的信号的信号隔离传输单元100，用于分别过滤掉所述信号隔离传输单元100输出的两路互补的信号的负向值，以分别控制所述第一可控开关Q1和第二可控开关Q2的控制端的负向截取单元200，以及，用于将所述负向截取单元输出的两路互补的信号进行功率放大，再分别传送到所述第一可控开关Q1和第二可控开关Q2的控制端的功率驱动单元300。

所述第一可控开关Q1、第二可控开关Q2和第三可控开关Q3分别采用MOS管。

所述整流输出单元包括，整流电感L0和整流电容C0。

如图2所示，图1所示实施例的一种更具体的结构示意图。

进一步结合图5和图6所示，所述负向截取单元200包括：第一截取二极管D1和第二截取二极管D2，以及，第一截取滤波电容C2X、第一截取限流电阻RX1、第二截取滤波电容C3X和第二截取限流电阻RX2。

进一步结合图6所示，所述信号隔离传输单100元包括：隔离变压器T1。

所述控制信号产生单元输出的信号耦合到所述隔离变压器T1的初级线圈，所述隔离变压器T1的第一次级线圈和第二次级线圈分别输出两路互补的信号到所述负向截取单元200。

所述功率驱动单元300包括：第一反向放大器U3和第二反向放大器U4。

如图3所示，图2所示的实施例各点的工作电压时序图。

如图4和图7所示的实施例中，与图2所示的实施例相比，其区别包括：所述功率驱动单元包括：包含第一P沟道MOS管Q11、第一N沟道MOS管Q12和第一死区电阻R13的第一反向功率驱动模块U3，和包含第二P沟道MOS管Q13、第二N沟道MOS管Q14和第二死区电阻R14的第二反向功率驱动模块U4。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种直流到直流变换器，包括：输入部，和通过主变压器耦合于所述输入端的输出部；

所述输出部包括：依次耦合，并与所述主变压器的次级绕组形成闭环耦合的第一可控开关和第二可控开关，及，与所述第二可控开关并联的整流输出单元；

所述输入部包括：与所述主变压器的初级绕组的一端耦合的第三可控开关，和与所述主变压器的初级绕组并联的磁复位；以及，

控制信号产生单元，输出控制信号，以分别控制所述第一可控开关、第二可控开关和第三可控开关；

其特征在于，还包括：

信号隔离传输单元，用于将所述控制信号产生单元输出的信号，分别转换为两路互补的信号；

负向截取单元，用于分别过滤掉所述信号隔离传输单元输出的两路互补的信号的负向值，以分别控制所述第一可控开关和第二可控开关的控制端。

2.如权利要求1所述的直流到直流变换器，其特征在于，所述第一可控开关、第二可控开关和第三可控开关分别采用MOS管。

3.如权利要求2所述的直流到直流变换器，其特征在于，还包括：

功率驱动单元，用于将所述负向截取单元输出的两路互补的信号进行功率放大，再分别传送到所述第一可控开关和第二可控开关的控制端。

4.如权利要求1、2或3所述的直流到直流变换器，其特征在于，所述负向截取单元包括：

第一截取二极管，其负极耦合于所述信号隔离传输单元输出的第一路信号，其正极耦合到地信号；以及，

第二截取二极管，其负极耦合于所述信号隔离传输单元输出的第二路信号，其正极耦合到地信号。

5.如权利要求4所述的直流到直流变换器，其特征在于，所述负向截取单元还包括：

第一截取滤波电容，第一截取二极管的极通过该第一截取滤波电容耦合于所述信号隔离传输单元输出的第一路信号；

第一截取限流电阻，与所述第一截取二极管并联；

第二截取滤波电容，第二截取二极管的极通过该第二截取滤波电容耦合于所述信号隔离传输单元输出的第二路信号；以及，

第二截取限流电阻，与所述第二截取二极管并联。

6.如权利要求1、2或3所述的直流到直流变换器，其特征在于，所述信号隔离传输单元包括：隔离变压器；

所述控制信号产生单元输出的信号耦合到所述隔离变压器的初级线圈，所述隔离变压器的第一次级线圈和第二次级线圈分别输出两路互补的信号到所述负向截取单元。

7.如权利要求8所述的直流到直流变换器，其特征在于，所述控制信号产生单元输出的信号通过一个隔离滤波电容耦合到所述隔离变压器的初级线圈。

8.如权利要求3所述的直流到直流变换器，其特征在于，所述功率驱动单元包括：

第一反向放大器，其输入端耦合于所述负向截取单元输出的第一路信号，其输出端耦合于所述第一可控开关的控制端；以及，

第二反向放大器，其输入端耦合于所述负向截取单元输出的第二路信号，其输出端耦合于所述第二可控开关的控制端。

9.如权利要求3所述的直流到直流变换器，其特征在于，所述功率驱动单元包括：包含第一P沟道MOS管、第一N沟道MOS管和第一死区电阻的第一反向功率驱动模块，和包含第二P沟道MOS管、第二N沟道MOS管和第二死区电阻的第二反向功率驱动模块；

所述第一P沟道MOS管与第一N沟道MOS管的栅极相互耦合，第一死区电阻的两端分别耦合于所述第一P沟道MOS管的漏极和所述第一N沟道MOS管的漏极；

所述第二P沟道MOS管与第二N沟道MOS管的栅极相互耦合，第二死区电阻的两端分别耦合于所述第二P沟道MOS管的漏极和所述第二N沟道MOS管的漏极。

10.如权利要求1所述的直流到直流变换器，其特征在于，所述控制信号产生单元采用PWM控制器。

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