CN107276402A - 反激式电源变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种反激式电源变换器，包含：滤波网络、电缆再补偿装置及输出功率调节装置，滤波网络输出补偿电平；电缆再补偿装置电性连接于滤波网络，当输入电缆再补偿装置的补偿电平低时对所偿电平进行再补偿；输出功率调节装置电性连接于反激式电源变换器的FB反馈端，输出功率调节装置根据接收FB反馈端输出的线电压从而选择输出不同的峰值电流比较电平进而调节反激式电源变换器的输出功率。

Description

反激式电源变换器
技术领域
本发明涉及一种反激式电源变换器，具体地说，涉及一种具备电缆再补偿及输出功率调节功能的反激式电源变换器。
背景技术
在充电器、适配器之类的电源应用中，负载电流会有很大的变化。当充电器刚充电时，输出满载电流，在电池的充电过程中，充电器输出电流不断降低，电池充满后，充电器输出电流几乎为零。由于电源输出电缆线上存在一定的阻抗，当输出满载电流时，电缆线会产生一个较大的压降，引起输出电压下降；而当输出电流几乎为零时，电缆线压降很低，输出电压又会升高。为了补偿由于输出电流的变化引起的输出电压的变化，一般需要在电源变换器中增加电缆线补偿功能，使电缆线前的输出电压与输出电流成正比变化，控制电缆线后的输出电压保持稳定。
同时为提高电源变换器的响应速度和工作稳定性，原边调整电源变换器多采用脉冲频率调制(PFM)控制方法以工作在非连续工作模式(DCM)，脉冲频率调制方法的原理是当负载电流减小时，电源变换器的工作频率也在降低。但采用脉冲频率调制方法又会产生另一个问题，负载电流逐渐变小时，工作频率也在不断降低，当工作频率低到音频范围内时，变压器会产生音频噪声。为了抑制音频噪声的出现，需控制工作频率不降低到音频范围内，当输出电流降低到工作频率接近音频范围时，电源变换器开始切换峰值电流控制电平，使工作频率重新跳变到与满载电流相当的数值，这样就抑制了音频噪声的出现。
采用音频噪声抑制功能后，一般电缆补偿输出电流/输出电压曲线见图3，这样又出现了一个新的问题。充电器在充电过程中，输出电流逐渐下降，当下降到1/N Ioutmax以下时，输出电压会下降很快，若使用的充电电池电压较高，可能会导致电池充不满的现象发生。
在一些AC-DC电源变换器应用中，有采用从线电压上直接串联电阻，通过电阻分压检测线电压的大小来实现线电压欠压保护特性，即brown in/out特性，当线电压大于某电压值后，电源变换器开始启动，当线电压低于某电压值后，电源变换器则停止工作。这些应用方案存在以下问题，一是串联电阻采样线电压，需要用到高压电阻，导致应用成本高；二是当线电压过高时，电源变换器立即停止工作，线电压应用范围受到限制。
因此，急需开发一种克服上述缺陷的反激式电源变换器。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种反激式电源变换器，其中，包含：
滤波网络，输出补偿电平；
电缆再补偿装置，电性连接于所述滤波网络，当输入所述电缆再补偿装置的所述补偿电平低时对所述补偿电平进行再补偿；及
输出功率调节装置，电性连接于所述反激式电源变换器的FB反馈端，所述输出功率调节装置根据接收所述FB反馈端输出的线电压从而选择输出不同的峰值电流比较电平进而调节所述反激式电源变换器的输出功率。
上述的反激式电源变换器，其中，所述电缆再补偿装置包含：
缓冲放大器；
电缆补偿比例控制单元，电性连接于所述可变增益缓冲放大器；
电压/电流转换器，电性连接于所述电缆补偿比例控制单元；
其中，所述补偿电平通过缓冲放大器放大后输入至电缆补偿比例控制单元后对所述反激式电源变换器进行一次补偿；同时所述电压/电流转换器接收所述补偿电平获得补偿电流输出至所述电缆补偿比例控制单元，对所述反激式电源变换器进行再补偿。
上述的反激式电源变换器，其中，所述电缆再补偿装置还包含第一开关单元，电性连接于所述电缆补偿比例控制单元及所述电压/电流转换器，所述第一开关单元接收并根据所述补偿电平动作。
上述的反激式电源变换器，其中，所述电缆再补偿装置还包含FB反馈电位，电性连接于所述电缆补偿比例控制单元。
上述的反激式电源变换器，其中，所述缓冲放大器为可变增益缓冲放大器。
上述的反激式电源变换器，其中，所述可变增益缓冲放大器至少包含两种放大倍数，且所述两种放大倍数由同一控制信号控制。
上述的反激式电源变换器，其中，所述输出功率调节装置包含：
控制电平产生单元，接收所述反激式电源变换器的线电压后输出第一控制电平及第二控制电平；
滞回控制单元，电性连接于所述控制电平产生单元，所述滞回控制单元对所述第一控制电平、所述第二控制电平与基准电位进行比较；
比较电平提供单元，提供至少两个峰值电流比较电平；
第二开关单元，电性连接于所述滞回控制单元及所述比较电平输出单元，所述滞回控制单元根据所述第一控制电平、所述第二控制电平与基准电位进行比较后控制所述第二开关单元选择输出所述至少两个峰值电流比较电平的其中之一。
上述的反激式电源变换器，其中，控制电平产生单元包含：
线电压检测模块，接收所述线电压后输出与所述线电压成比例的电流；
转换模块，电性连接于所述线电压检测模块及所述滞回控制单元，所述转换模块接收所述电流后输出所述第一控制电平及所述第二控制电平。
上述的反激式电源变换器，其中，当所述第一控制电平大于所述基准电位时所述第二开关单元选择输出所述至少两个峰值电流比较电平的其中之一，或，当所述第二控制电平小于所述基准电位时所述第二开关单元选择输出所述至少两个峰值电流比较电平的其中之另一。
上述的反激式电源变换器，其中，当所述第二开关单元接收音频抑制控制信号后选择输出所述至少两个峰值电流比较电平的其中之再一。
本发明的反激式电源变换器针对于现有技术其功效在于，通过本发明的反激式电源实现当线电压大于某电压值，电源变换器降低输出电流，切换成低输出功率模式；当线电压低于某电压值后，电源变换器恢复正常的峰值电流控制电平，退出低输出功率模式，重新进入正常输出功率模式。
附图说明
图1为本发明反激式电源变换器的电缆再补偿装置的示意图；
图2为本发明反激式电源变换器的输出功率调节装置的示意图；
图3为本发明反激式电源变换器的示意图；
图4为具备电缆再补偿装置及不具备电缆再补偿装置的输出电流/输出电压曲线图。
其中，附图标记：
11：电缆再补偿装置
111：可变增益缓冲放大器
112：电压/电流转换器
113：电缆补偿比例控制单元
114：第一开关单元
115：FB反馈电位
112：FB检测器
12：输出功率调节装置
121：控制电平产生单元
122：滞回控制单元
123：第二开关单元
124：比较电平提供单元
具体实施方式
兹有关本发明的详细内容及技术说明，现以一较佳实施例来作进一步说明，但不应被解释为本发明实施的限制。
请参见图1-3，图1为本发明反激式电源变换器的电缆再补偿装置的示意图，图2为本发明反激式电源变换器的输出功率调节装置的示意图，图3为本发明反激式电源变换器的示意图。参见图3反激式电源变换器通常包括初级绕组、与变换器的输出电压相关联的次级绕组、以及反映次级绕组相关输出电压的辅助绕组。对于原边调整变换器，通常通过检测紧密耦合次级绕组的辅助绕组的电压来感测输出电压，调整次级侧输出电压；同样地，当开关管导通时，辅助绕组也可反映线电压的大小，本发明则利用此特性检测线电压的大小并实现控制输出功率。如图1-3所示，本发明的反激式电源变换器包含滤波网络、电缆再补偿装置11及输出功率调节装置12；滤波网络输出补偿电平Vcom；电缆再补偿装置11电性连接于滤波网络，当输入电缆再补偿装置11的补偿电平Vcom低时对补偿电平Vcom进行再补偿；输出功率调节装置12电性连接于反激式电源变换器的FB反馈端，输出功率调节装置12根据接收FB反馈端输出的线电压从而选择输出不同的峰值电流比较电平进而调节反激式电源变换器的输出功率。
进一步地，电缆再补偿装置11包含可变增益缓冲放大器111、电压/电流转换器112、电缆补偿比例控制单元113、第一开关单元114及FB反馈电位115；可变增益缓冲放大器111电性连接于滤波网络，可变增益缓冲放大器111至少包含两种放大倍数，且两种放大倍数由同一控制信号控制；电缆补偿比例控制单元113电性连接于可变增益缓冲放大器111；电压/电流转换器112电性连接于电缆补偿比例控制单元113及滤波网络；第一开关单元114电性连接于电缆补偿比例控制单元113、电压/电流转换器112及滤波网络；FB反馈电位115电性连接于电缆补偿比例控制单元113。其中，可变增益缓冲放大器111接收滤波网络输出的补偿电平Vcom放大后输出电平Vc至电缆补偿比例控制单元113，电平Vc在电缆补偿比例控制单元113内，即一次补偿，相对FB反馈电位115提供的反馈电位Vfb产生比例控制电平Vp，通过比例控制电平Vp控制关断控制逻辑单元，一次补偿；同时，补偿电平Vcom又进入电压/电流转换器112，转换为补偿电流；当补偿电平Vcom增加到某一电平值时，第一开关单元114打开，补偿电流进入电缆补偿比例控制单元113，即再次补偿，对电缆补偿比例进行再补偿；当补偿电平Vcom继续增加到另一电平值时，第一开关单元114关闭，停止进行再补偿。请参考图4，图4为电缆补偿曲线图，其中S1为本发明的电缆补偿曲线，S2为现有技术的电缆补偿曲线，本发明的电缆补偿曲线在充电电流值减小到Ix时，输出电压从Vout2提高到Vout3，这就保证了当充电电池即将充满、充电电流逐步下降时，与不具有电缆再补偿装置的反激式电源变换器相比，输出电压提高了电压值，确保充电器能充满充电电池。其中，本实施例中为可变增益缓冲放大器111，但本发明并不以此为限。
再进一步地，输出功率调节装置12包含：控制电平产生单元121、滞回控制单元122、第二开关单元123、比较电平提供单元124；控制电平产生单元121电性连接于反激式电源变换器的FB反馈端，接收反激式电源变换器的线电压后输出第一控制电平VH及第二控制电平VL；滞回控制单元122电性连接于控制电平产生单元121，滞回控制单元122对第一控制电平VH、第二控制电平VL与基准电位进行比较；比较电平提供单元124提供三个峰值电流比较电平V1、V2、V3，其中V1为低功率峰值电流比较电平，V2为基准功率峰值电流比较电平，V3为高功率峰值电流比较电平；第二开关单元123电性连接于滞回控制单元122及比较电平输出单元124，第二开关单元123包含两个切换开K1、K2；其中，当第一控制电平VH大于基准电位后，滞回控制单元122控制第二开关单元123中的切换开关K1动作，选择低功率峰值电流比较电平V1输出；当第二控制电平VL低于基准电位时，控制切换开关K1动作，切换到基准峰值电流比较电平V2输出；第二开关单元123还接收音频抑制控制信号，第二开关单元123根据音频抑制控制信号控制切换开关K2动作选择是否输出低峰值电流比较电平V3。
更进一步地，控制电平产生单元121包含线电压检测模块1211及转换模块1212；线电压检测模块1211性连接于反激式电源变换器的FB反馈端，线电压检测模块1211接收线电压后输出与线电压成比例的电流；转换模块1212电性连接于线电压检测模块1211及滞回控制单元122，转换模块122接收改与线电压成比例的电流后输出第一控制电平VH及第二控制电平VL，其中在本实施例中转换模块122为一电流/电压转换器，但本发明并不以此为限。
以下结合图3，具体说明本发明反激式电源变换器的工作过程，
消磁时间占空比的脉冲进入滤波网络后，输出与负载电流大小成比例的补偿电平Vcom；它进入可变增益缓冲放大器111放大后形成电平Vc输出至电缆补偿比例控制单元113内完成一次补偿，相对反馈电位Vfb产生一比例控制电平Vp，通过比例控制电平Vp去控制关控制逻辑单元，与此同时补偿电平Vcom又进入电压/电流转换器112，转换为补偿电流；当补偿电平Vcom增加到某一电平值时，第一开关单元114打开，补偿电流进入电缆补偿比例控制单元113，即再次补偿，对电缆补偿比例进行再补偿；当补偿电平Vcom继续增加到另一电平值时，第一开关单元114关闭，停止进行再补偿。当可变增益缓冲放大器111输出电平Vc由小变大到大于比较基准电平后，比较器翻转，产生音频抑制控制信号，一方面控制可变增益放大器111改变增益，另一方面可去控制其他单元。
由于变压器的初级绕组与次级绕组、辅助绕组反向，当开关管Q1导通期间，初级绕组上的线电压在辅助绕组上产生了反向比例电压，并通过分压电阻R1、R2进入FB反馈端；FB反馈端连接控制电平产生单元121，输出与输入电流成比例的第一控制电平VH和第二控制电平VL。
当第一控制电平VH大于基准电位后，滞回控制单元122控制第二开关单元123中的切换开关K1动作，选择低功率峰值电流比较电平V1输出；当第二控制电平VL低于基准电位时，控制切换开关K1动作，切换到基准峰值电流比较电平V2输出，通过切换不同的峰值电流比较电平，从而调整输出功率；第二开关单元123还接收音频抑制控制信号，第二开关单元123根据音频抑制控制信号控制切换开关K2动作选择是否输出低峰值电流比较电平V3，值得注意的是如果当比较器的峰值电流检测值大于峰值电流控制电平V3时，比较器则关断开关管Q1，实现功率控制。
当峰值电流比较电平降低时，可控制反激式电源变换器输出功率等比例降低；当峰值电流比较电平恢复基准值后，反激式电源变换器输出也恢复原输出功率。
上述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种反激式电源变换器，其特征在于，包含：
滤波网络，输出补偿电平；
电缆再补偿装置，电性连接于所述滤波网络，当输入所述电缆再补偿装置的所述补偿电平低时对所述补偿电平进行再补偿；及
输出功率调节装置，电性连接于所述反激式电源变换器的FB反馈端，所述输出功率调节装置根据接收所述FB反馈端输出的线电压从而选择输出不同的峰值电流比较电平进而调节所述反激式电源变换器的输出功率。
2.如权利要求1所述的反激式电源变换器，其特征在于，所述电缆再补偿装置包含：
缓冲放大器；
电缆补偿比例控制单元，电性连接于所述可变增益缓冲放大器；
电压/电流转换器，电性连接于所述电缆补偿比例控制单元；
其中，所述补偿电平通过缓冲放大器放大后输入至电缆补偿比例控制单元后对所述反激式电源变换器进行一次补偿；同时所述电压/电流转换器接收所述补偿电平获得补偿电流输出至所述电缆补偿比例控制单元，对所述反激式电源变换器进行再补偿。
3.如权利要求2所述的反激式电源变换器，其特征在于，所述电缆再补偿装置还包含第一开关单元，电性连接于所述电缆补偿比例控制单元及所述电压/电流转换器，所述第一开关单元接收并根据所述补偿电平动作。
4.如权利要求2所述的反激式电源变换器，其特征在于，所述电缆再补偿装置还包含FB反馈电位，电性连接于所述电缆补偿比例控制单元。
5.如权利要求2所述的反激式电源变换器，其特征在于，所述缓冲放大器为可变增益缓冲放大器。
6.如权利要求5所述的反激式电源变换器，其特征在于，所述可变增益缓冲放大器至少包含两种放大倍数，且所述两种放大倍数由同一控制信号控制。
7.如权利要求1-6所述的反激式电源变换器，其特征在于，所述输出功率调节装置包含：
控制电平产生单元，接收所述反激式电源变换器的线电压后输出第一控制电平及第二控制电平；
滞回控制单元，电性连接于所述控制电平产生单元，所述滞回控制单元对所述第一控制电平、所述第二控制电平与基准电位进行比较；
比较电平提供单元，提供至少两个所述峰值电流比较电平；
第二开关单元，电性连接于所述滞回控制单元及所述比较电平输出单元，所述滞回控制单元根据所述第一控制电平、所述第二控制电平与基准电位进行比较后控制所述第二开关单元选择输出至少两个所述峰值电流比较电平的其中之一。
8.如权利要求7所述的反激式电源变换器，其特征在于，控制电平产生单元包含：
线电压检测模块，接收所述线电压后输出与所述线电压成比例的电流；
转换模块，电性连接于所述线电压检测模块及所述滞回控制单元，所述转换模块接收所述电流后输出所述第一控制电平及所述第二控制电平。
9.如权利要求7所述的反激式电源变换器，其特征在于，当所述第一控制电平大于所述基准电位时所述第二开关单元选择输出至少两个所述峰值电流比较电平的其中之一，或，当所述第二控制电平小于所述基准电位时所述第二开关单元选择输出至少两个所述峰值电流比较电平的其中之另一。
10.如权利要求9所述的反激式电源变换器，其特征在于，当所述第二开关单元接收音频抑制控制信号后选择输出至少两个所述峰值电流比较电平的其中之再一。
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