CN101997422B - 一种正激变换器电压误差反馈磁隔离方法及磁隔离电路 - Google Patents

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Abstract

一种正激变换器电压误差反馈磁隔离方法及磁隔离电路，所述的电路包括整流电路(2)、隔离磁环L1、三极管Q1和三端稳压器形成的输出电压误差信号电路(3)，正激变换器副边整流输出端与电阻R1串联后接三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极接隔离磁环L1原边的一端，隔离磁环L1原边的另一端接正激变换器输出电压端，隔离磁环L1副边接整流电路(2)，整流电路(2)接正激变换器的控制端，隔离磁环L1的去磁绕组边一端接正激变换器输出电压端，另一端接二极管D2的阴极，二极管D2的阳极接正激变换器输出地，三极管Q1的发射极接输出电压误差信号电路(3)输出端，正激变换器输出电压端为输出电压误差信号电路(3)输入端。

Description

一种正激变换器电压误差反馈磁隔离方法及磁隔离电路
技术领域
本发明涉及一种电压误差反馈磁隔离电路及隔离方法，可作为要求磁隔离并且稳定度高的所有航天星、船等型号和地面二次电源。
背景技术
电压误差反馈磁隔离电路具有高稳定度的关键是将副边输出电压的误差信号通过磁隔离环磁隔离后送到原边，参与电源的控制。现有的磁隔离电源有的采用主变压器绕组反馈的方式控制输出电压，由于变压器绕组电压与输出电压之间存在整流二极管、滤波电感和负载不同等差异，造成输出电压稳定度不高，另外有些磁隔离电源采用专用芯片加PWM芯片的方式实现磁隔离，需要专门的辅助电源给其供电和芯片的外围元器件使其正常工作，故现有的磁隔离电源存在稳定度不高或电路复杂成本高，成本高，并且元器件不易获得的缺点。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种正激变换器电压误差反馈磁隔离方法及磁隔离电路，采用该方法实现的电路稳定度高、电路简单，成本低，元器件易获得。
本发明的技术解决方案是：一种正激变换器电压误差磁隔离方法，步骤如下：
(1)采集正激变换器副边整流后形成的方波及输出电压；
(2)将上述输出电压转换为输出电压误差信号；
(3)利用步骤(1)所述的方波信号使隔离磁环的原边绕组上形成带有输出电压误差信号的方波；
(4)隔离磁环将输出电压误差信号的方波耦合到副边，并通过整流形成带有输出电压误差信号的直流信号；
(5)将直流信号送到正激变换器的控制端。
所述的隔离磁环为在高磁导率的磁环上并绕3个绕组，并保证在一个周期内，磁环不饱和。
所述的高磁导率大于等于2000。
正激变换器电压误差磁隔离电路，包括整流电路、隔离磁环L1、三极管Q1和三端稳压器形成的输出电压误差信号电路，正激变换器副边整流输出端与电阻R1串联后接三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极接隔离磁环L1原边的一端，隔离磁环L1原边的另一端接正激变换器输出电压端，隔离磁环L1副边接整流电路，整流电路接正激变换器的控制端，隔离磁环L1的去磁绕组边一端接正激变换器输出电压端，另一端接二极管D2的阴极，二极管D2的阳极接正激变换器输出地，三极管Q1的发射极接输出电压误差信号电路输出端，正激变换器输出电压端为输出电压误差信号电路输入端。
还包括电阻R6，电阻R6并联在三极管Q1的发射极与基极之间。
所述的隔离磁环L1为在高磁导率的磁环上并绕3个绕组，并保证在一个周期内，磁环不饱和。
所述的输出电压误差信号电路包括三端稳压器Q2、电容C2、电阻R2、R3、R4、R5，三端稳压器Q2的阴极作为输出电压误差信号电路输出端，电阻R3、R5串联接在正激变换器输出电压端与输出地之间，三端稳压器Q2的参考端接在电阻R3、R5之间，电阻R4和电容C2串联后接在三端稳压器Q2的阴极和三端稳压器Q2的参考端，三端稳压器Q2的阳极接正激变换器输出地，电阻R2串联在正激变换器输出电压端和三端稳压器Q2的阴极。
本发明与现有技术相比有益效果为：
(1)本发明将正激变换器输出电压转换成输出电压误差信号，利用主变压器副边整流输出端的脉宽信号控制三极管的开关，使隔离磁环的原边产生带有输出电压误差信号的方波，通过隔离磁环的耦合作用使其副边产生带有输出电压误差信号的的方波，将该方波整流后形成直流信号用以正激变换器的控制，达到精确控制输出电压的目的。与传统变压器绕组反馈相比，提高了输出电压的稳定度；与采用专用芯片加PWM芯片的方式相比，电路简单、成本低、元器件易获得。
(2)本发明充分利用正激变换器主变压器副边整流输出端低电平为0的方波信号，控制三极管的开关，使隔离磁环的原边产生带有输出电压误差信号的方波，与传统做法采用外加电路产生方波信号相比，电路实现简单并且可靠性高。
(3)本发明将正激变换器输出电压采样后与三端稳压管内部的基准电压进行比较得到输出电压误差信号，作为磁隔离的传输信号，该信号通过信号传输路径中的隔离磁环、三极管、整流二极管，输出到正激变换器的控制端，通过正激变换器的主电路形成负反馈，进而削除了信号传输路径中的隔离磁环、三极管、整流二极管参数变化对输出电压的影响，与传统直接用输出电压作为磁隔离的传输信号相比，输出电压的稳定度更高。
(4)本发明充分考虑到隔离磁环的体积，原边到副边信号传输质量和满足在一个周期内，磁环不饱和的要求，经过大量试验确定采用高磁导率的磁环，磁导率一般要求不小于2000。隔离磁环的去磁绕组在三极管关断期间将隔离磁环的励磁电流下降到0，使磁环不饱和，保证隔离磁环原副边信号传输质量，3个绕组并绕保证信号耦合质量。
附图说明
图1为本发明方法流程图；
图2为本发明电路图。
具体实施方式
如图1所示，一种正激变换器电压误差磁隔离方法，步骤如下：
(1)采集正激变换器副边整流后形成的方波及输出电压；
(2)将上述输出电压转换为输出电压误差信号；
(3)利用步骤(1)所述的方波信号使隔离磁环的原边绕组上形成带有输出电压误差信号的方波；
(4)隔离磁环将输出电压误差信号的方波耦合到副边，并通过整流形成带有输出电压误差信号的直流信号；
(5)将直流信号送到正激变换器的控制端。通过该直流信号可以精确控制正激变换器的输出电压，达到开关电源原副边隔离并且精确控制输出电压的目的。
下面详细介绍实现上述方法的一种电路，如图2中黑框所示，黑框外为正激变换器主电路、PWM产生及驱动电路，1为正激变换器主电压器副边整流输出端，该点为正激变换器副边整流后形成的方波，方波波形低电平为0。本发明电路包括整流电路2、隔离磁环L1、三极管Q1和三端稳压器形成的输出电压误差信号电路3，正激变换器副边整流输出端与电阻R1串联后接三极管O1的基极，三极管Q1的集电极接隔离磁环L1原边的一端，隔离磁环L1原边的另一端接正激变换器输出电压端，隔离磁环L1副边接整流电路2，整流电路2接正激变换器的控制端，隔离磁环L1的去磁绕组边一端接正激变换器输出电压端，另一端接二极管D2的阴极，二极管D2的阳极接正激变换器输出地，三极管Q1的发射极接输出电压误差信号电路3输出端，正激变换器输出电压端为输出电压误差信号电路3输入端。为了使三极管Q1开通时工作在浅饱和状态，本发明在三极管Q1的发射极与基极之间并联电阻R6，其阻值确定主要通过试验下满足三极管由开通到关断期间无三极管的去饱和时间或去饱和时间较小。
上述的隔离磁环L1为在高磁导率的磁环上并绕3个绕组，1、2为原边绕组，3、4为副边绕组，5、6为去磁绕组，并保证在一个周期内，磁环不饱和。考虑隔离磁环的体积，原边到副边信号传输质量等要求，经过大量试验确定采用高磁导率的磁环，磁导率一般要求不小于2000。3个绕组匝数一样，由于匝数太多会造成隔离磁环饱和和信号传输延迟，匝数太少会造成原边到副边信号传输质量不高，所以可以采用电磁感应定律选取相应的匝数保证隔离磁环不饱和，并且使隔离磁环的匝数越大越好。
上述整流电路2由电容C1、二极管D1组成，隔离磁环L1的副边绕组3端接二极管D1的阳极，二极管D1的阴极接电容C1的一端后作为整流电路2的输出，电容C1的另一端接隔离磁环L1的副边绕组4端后接正激变换器原边地。
上述的输出电压误差信号电路3包括三端稳压器Q2、电容C2、电阻R2、R3、R4、R5，三端稳压器Q2的阴极作为输出电压误差信号电路3输出端，输出电压误差信号电路3在图2所示的A点产生带有输出电压误差信号的直流电平；电阻R3、R5串联接在正激变换器输出电压端与输出地之间，三端稳压器Q2的参考端接在电阻R3、R5之间，电阻R4和电容C2串联后接在三端稳压器Q2的阴极和三端稳压器Q2的参考端，三端稳压器Q2的阳极接正激变换器输出地，电阻R2串联在正激变换器输出电压端和三端稳压器Q2的阴极。上述三端稳压器Q2可以采用TL431型号。电阻R3、R5对输出电压Vo进行分压，使电阻R3、R5之间的电压为三端稳压器Q2内部的参考电压。
当然输出电压误差信号电路3还有很多实现形式，只要能够将正激变换器输出电压转换成输出电压误差信号即可，例如，可以在电阻R3两端并联一个电容，目的是更快反映输出电压误差信号；还可以在电阻R4与电容C2的两端并联一个电容，使输出电压误差信号电路3输出更稳定。
按照上述描述实现的电路，经测试其输出电压的稳定度可以达到0.5％以下。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims (6)

1.一种正激变换器电压误差反馈磁隔离方法，其特征在于步骤如下：
(1)采集正激变换器副边整流后形成的方波及输出电压；
(2)将上述输出电压转换为输出电压误差信号；该步骤通过输出电压误差信号电路实现，所述的输出电压误差信号电路包括三端稳压器Q2、电容C2、电阻R2、R3、R4、R5，三端稳压器Q2的阴极作为输出电压误差信号电路输出端，电阻R3、R5串联接在正激变换器输出电压端与输出地之间，三端稳压器Q2的参考端接在电阻R3、R5之间，电阻R4和电容C2串联后接在三端稳压器Q2的阴极和三端稳压器Q2的参考端之间，三端稳压器Q2的阳极接正激变换器输出地，电阻R2串联在正激变换器输出电压端和三端稳压器Q2的阴极之间；
(3)利用步骤(1)所述的方波信号使隔离磁环的原边绕组上形成带有输出电压误差信号的方波；
(4)隔离磁环将输出电压误差信号的方波耦合到副边，并通过整流形成带有输出电压误差信号的直流信号；
(5)将直流信号送到正激变换器的控制端。
2.根据权利要求1所述的电压误差反馈磁隔离方法，其特征在于：所述的隔离磁环为在高磁导率的磁环上并绕3个绕组，并保证在一个周期内，磁环不饱和。
3.根据权利要求2所述的电压误差反馈磁隔离方法，其特征在于：所述的高磁导率大于等于2000。
4.正激变换器电压误差反馈磁隔离电路，其特征在于：包括整流电路(2)、隔离磁环L1、三极管Q1和三端稳压器形成的输出电压误差信号电路(3)，正激变换器副边整流输出端与电阻R1串联后接三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极接隔离磁环L1原边的一端，隔离磁环L1原边的另一端接正激变换器输出电压端，隔离磁环L1副边接整流电路(2)，整流电路(2)接正激变换器的控制端，隔离磁环L1的去磁绕组边一端接正激变换器输出电压端，另一端接二极管D2的阴极，二极管D2的阳极接正激变换器输出地，三极管Q1的发射极接输出电压误差信号电路(3)输出端，正激变换器输出电压端为输出电压误差信号电路(3)输入端；所述的输出电压误差信号电路(3)包括三端稳压器Q2、电容C2、电阻R2、R3、R4、R5，三端稳压器Q2的阴极作为输出电压误差信号电路(3)输出端，电阻R3、R5串联接在正激变换器输出电压端与输出地之间，三端稳压器Q2的参考端接在电阻R3、R5之间，电阻R4和电容C2串联后接在三端稳压器Q2的阴极和三端稳压器Q2的参考端之间，三端稳压器Q2的阳极接正激变换器输出地，电阻R2串联在正激变换器输出电压端和三端稳压器Q2的阴极之间。
5.根据权利要求4所述的电压误差反馈磁隔离电路，其特征在于：还包括电阻R6，电阻R6并联在三极管Q1的发射极与基极之间。
6.根据权利要求4或5所述的电压误差反馈磁隔离电路，其特征在于：所述的隔离磁环L1为在高磁导率的磁环上并绕3个绕组，并保证在一个周期内，磁环不饱和。
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