CN102255483A - 隔离式电源转换器的一次侧回授系统的温度补偿电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种隔离式电源转换器的一次侧回授系统的温度补偿电路及方法，利用与输出二极管具有相同温度特性的补偿二极管随着温度改变的顺向偏压调整辅助线圈的感应电压，以抵消该输出二极管随着温度改变的顺向偏压造成的输出电压的变化。

Description

隔离式电源转换器的一次侧回授系统的温度补偿电路及方法

技术领域

本发明涉及一种电源转换器，特别是关于一种电源转换器的一次侧回授系统的温度补偿电路及方法。

背景技术

隔离式电源转换器需要回授系统反映输出信息给控制器。二次侧回授系统使用稳压器(shunt regulator TL431)、光耦合器以及外围的电阻与电容等零件，需要较高的成本。一次侧回授系统是直接侦测辅助线圈的电压信号当作二次侧输出的回授信号，因此可以降低成本，但是二次侧的温度效应可能造成输出电压产生误差。如图1所示，二次侧线圈的匝数和感应电压分别为Ns及Vs，因此辅助线圈Naux的感应电压

$\mathrm{Vaux}=\mathrm{Vs}\·\frac{\mathrm{Naux}}{\mathrm{Ns}},$ [公式1]

其被分压器电阻Rfb1及Rfb2分压为回授电压Vdetect给控制器10，控制器10参考回授电压Vdetect控制一次侧线圈Np的串联开关SW，以稳定输出电压Vo。然而输出端Vo与二次侧线圈Ns之间有整流用的输出二极管D1，其顺向偏压Vd1与温度有关，所以输出电压

Vo＝Vs-Vd1(T)，                    [公式2]

其中T表示温度，会因为温度的不同而有差异。当系统操作在高温与低温的环境下，顺向偏压Vd1因为温度不同而造成的差异无法反映在回授电压Vdetect中，因此输出电压Vo会随着温度而变化，其大小可能超出设定的规格范围。

发明内容

本发明的目的在于提出一种一次侧回授系统的温度补偿电路及方法，以解决隔离式电源转换器因为环境温度而产生输出电压不同的问题。

根据本发明，一种隔离式电源转换器的一次侧回授系统的温度补偿电路，包含回授电路连接该隔离式电源转换器的辅助线圈，从该辅助线圈的感应电压产生回授电压在回授端，以及补偿二极管连接于该辅助线圈与该回授端之间，或该回授端与接地端之间。该补偿二极管和该隔离式电源转换器的输出二极管具有相同的温度特性，因此因为该补偿二极管随着温度改变的顺向偏压调整该感应电压，而抵消该输出二极管随着温度改变的顺向偏压造成的输出电压的变化。

根据本发明，一种隔离式电源转换器的一次侧回授系统的温度补偿方法，包含从该隔离式电源转换器的辅助线圈产生的感应电压产生回授电压，以及因应温度的改变而调整该感应电压，以抵消该隔离式电源转换器的输出二极管随着温度改变的顺向偏压造成的输出电压的变化。该方法是利用与该输出二极管具有相同温度特性的补偿二极管随着温度改变的顺向偏压来调整该感应电压。

附图说明

图1是现有的一次侧回授系统；

图2是根据本发明的实施例；

图3是从图1的电源转换器测得的输出电压对输出电流的曲线图；以及

图4是从图2的电源转换器测得的输出电压对输出电流的曲线图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细描述。

图2是根据本发明的实施例。回授电路使用电阻分压器将辅助线圈Naux的感应电压Vaux分压而在回授端Vdetect产生回授电压Vdetect，该电阻分压器包含电阻Rfb2连接于辅助线圈Naux与回授端Vdetect之间，以及电阻Rfb1连接于回授端Vdetect与接地端之间。补偿二极管D2连接于辅助线圈Naux及回授端Vdetect之间，较佳者，其具有和输出二极管D1相同的温度特性，例如两二极管D1和D2的顺向偏压Vd1和Vd2均具有负温度系数，例如每上升1℃，Vd1和Vd2各自下降2mV。

从公式2可知，在高温环境下，由于Vd1下降使得输出电压Vo上升，但是补偿二极管D2的顺向偏压Vd2也因为高温而下降，辅助线圈Naux为了要保持回授电压Vdetect不变，因此感应电压Vaux将下降，使得Vs依匝数比等比例同步降低，如公式1所示，因而抵消输出二极管D1的顺向偏压Vd1受温度影响造成的输出电压Vo的变动。在低温环境下则是与前述相反的情形，同样可达到温度补偿的效果。

如图2所示，该偏压电路包含电阻Rx与补偿二极管D2串联于辅助线圈Naux及回授端Vdetect之间，以及电阻Ry连接于回授端Vdetect及接地端之间。电阻Rx和Ry的电阻值可以从电阻Rfb1、Rfb2的电阻值以及线圈匝数Ns、Naux计算出来。以Vdetect＝2.5V为例，从温度补偿电路可知

$\frac{\mathrm{Vaux}-\mathrm{Vd}2\left(T\right)-2.5}{\mathrm{Rx}}+\frac{\mathrm{Vaux}-2.5}{\mathrm{Rfb}2}=2.5\·\frac{\mathrm{Rfb}1+\mathrm{Ry}}{\mathrm{Rfb}1\·\mathrm{Ry}},$ [公式3]

将公式1与公式2代入公式3得到

$\frac{1}{\mathrm{Rx}}\×\left\{\right[Vo+\mathrm{Vd}1\left(T\right)]\·\frac{\mathrm{Naux}}{\mathrm{Ns}}-\mathrm{Vd}2\left(T\right)-2.5\}$

$+\frac{1}{\mathrm{Rfb}2}\×\left\{\right[\mathrm{Vo}+\mathrm{Vd}1\left(T\right)]\·\frac{\mathrm{Naux}}{\mathrm{Ns}}-2.5\}=2.5\·\frac{\mathrm{Rfb}1+\mathrm{Ry}}{\mathrm{Rfb}1\·\mathrm{Ry}},$ [公式4]

将公式4对温度T偏微分得到

$\frac{1}{\mathrm{Rx}}\×\{\frac{\mathrm{Naux}}{\mathrm{Ns}}\×[\frac{\∂}{\∂T}\·\mathrm{Vd}1\left(T\right)]-[\frac{\∂}{\∂T}\·\mathrm{Vd}2\left(T\right)\left]\right\}$

$+\frac{1}{\mathrm{Rfb}2}\×\frac{\mathrm{Naux}}{\mathrm{Ns}}\×[\frac{\∂}{\∂T}\·\mathrm{Vd}1\left(T\right)]=0.$ [公式5]

因为二极管D1及D2具有相同的温度特性，例如将

代入公式5，因而得到

$\mathrm{Rx}=\mathrm{Rfb}2\×(\frac{\mathrm{Ns}}{\mathrm{Naux}}-1),$ [公式6]

再将Rx代入公式3就可以得到Ry。

在不同的实施例中，也可以修改图2的偏压电路只包含电阻Rx，而不含电阻Ry，因此公式3修改为

$\frac{\mathrm{Vaux}-\mathrm{Vd}2\left(T\right)-2.5}{\mathrm{Rx}}+\frac{\mathrm{Vaux}-2.5}{\mathrm{Rfb}2}=\frac{2.5}{\mathrm{Rfb}1},$ [公式7]

经过如同上述的推导过程，也会得到公式6的结果。

在不同的实施例中，也可以将补偿二极管D2改为连接于回授端Vdetect及接地端之间，并配合修改其偏压电路。

图3是从图1的电源转换器测得的在85V宽电压交流输入且温度分别为50、-10及25摄氏度的条件下输出电压Vo对输出电流Io的曲线图，图4是从图2的电源转换器测得的在85V宽电压交流输入且温度分别为50、-10及25摄氏度的条件下输出电压Vo对输出电流Io的曲线图。比较图3和图4的曲线可知，在高低温测试下，经过温度补偿的电源转换器能够改善因环境温度造成的输出电压Vo的差异。

以上，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims (17)

1.一种隔离式电源转换器的一次侧回授系统的温度补偿电路，该电源转换器含有二次侧线圈连接输出二极管以提供输出电压，以及辅助线圈产生感应电压，该输出二极管具有第一顺向偏压随着温度改变，其特征在于，该温度补偿电路包含：

回授电路连接该辅助线圈，从该感应电压产生回授电压在回授端；以及

补偿二极管连接于该辅助线圈与该回授端之间，或该回授端与接地端之间，其具有第二顺向偏压随着温度改变。

2.如权利要求1所述的隔离式电源转换器的一次侧回授系统的温度补偿电路，其特征在于，该补偿二极管和该输出二极管具有相同的温度特性。

3.如权利要求1所述的隔离式电源转换器的一次侧回授系统的温度补偿电路，其特征在于，该第一及第二顺向偏压具有相同的温度系数。

4.如权利要求1所述的隔离式电源转换器的一次侧回授系统的温度补偿电路，其特征在于，该补偿二极管包含一般二极管。

5.如权利要求1所述的隔离式电源转换器的一次侧回授系统的温度补偿电路，更包含偏压电路连接该补偿二极管，以提供其偏压电流。

6.如权利要求5所述的隔离式电源转换器的一次侧回授系统的温度补偿电路，其特征在于，该偏压电路包含电阻与该补偿二极管串联于该辅助线圈及该回授端之间。

7.如权利要求5所述的隔离式电源转换器的一次侧回授系统的温度补偿电路，其特征在于，该偏压电路包含：

第一电阻与该补偿二极管串联于该辅助线圈及该回授端之间；以及

第二电阻连接于该回授端与该接地端之间。

8.如权利要求1所述的隔离式电源转换器的一次侧回授系统的温度补偿电路，其特征在于，该回授电路包含：

第一电阻连接于该辅助线圈与该回授端之间；以及

第二电阻连接于该回授端与接地端之间。

9.如权利要求8所述的温度补偿电路，其特征在于，更包含第三电阻与该补偿二极管串联于该辅助线圈及该回授端之间。

10.如权利要求9所述的隔离式电源转换器的一次侧回授系统的温度补偿电路，其特征在于，该第三电阻的电阻值由该第一电阻的电阻值以及该二次侧线圈对该辅助线圈的匝数比决定。

11.如权利要求8所述的隔离式电源转换器的一次侧回授系统的温度补偿电路，其特征在于，更包含：

第三电阻与该补偿二极管串联于该辅助线圈及该回授端之间；以及

第四电阻连接于该回授端与接地端之间。

12.如权利要求11所述的隔离式电源转换器的一次侧回授系统的温度补偿电路，其特征在于，该第三电阻的电阻值由该第一电阻的电阻值以及该二次侧线圈对该辅助线圈的匝数比决定。

13.一种隔离式电源转换器的一次侧回授系统的温度补偿方法，该电源转换器含有二次侧线圈连接输出二极管以提供输出电压，以及辅助线圈产生感应电压，其特征在于，该温度补偿方法包含：

从该感应电压产生回授电压；以及

因应温度的改变而调整该感应电压。

14.如权利要求13所述的隔离式电源转换器的一次侧回授系统的温度补偿方法，其特征在于，该从该感应电压产生回授电压的步骤包含将该感应电压分压而产生该回授电压。

15.如权利要求13所述的隔离式电源转换器的一次侧回授系统的温度补偿方法，其特征在于，该因应温度的改变而调整该感应电压的步骤包含根据该输出二极管的顺向偏压对温度的特性调整该感应电压。

16.如权利要求13所述的隔离式电源转换器的一次侧回授系统的温度补偿方法，其特征在于，该因应温度的改变而调整该感应电压的步骤包含以维持该回授电压不变而调整该感应电压。

17.如权利要求13所述的隔离式电源转换器的一次侧回授系统的温度补偿方法，其特征在于，该因应温度的改变而调整该感应电压的步骤包含：

以补偿二极管随着温度而改变其顺向偏压；以及

因应该顺向偏压的改变而调整该感应电压；

其中，该补偿二极管和该输出二极管具有相同的温度特性。

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