CN111555623B - 一种电源变换器及电源系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电源变换器及电源系统，其中电源变换器设置有原边绕组、第一副边绕组和第二副边绕组的松耦合主功率变压器，原边绕组分别与第一副边绕组、第二副边绕组分开绕制，第一副边绕组和第二副边绕组紧密绕制；另外通过原边绕组电路接收控制信号将外部输入电源输入至主功率变压器，设置第一副边绕组电路与第一副边绕组连接，以第一副边绕组电路的输出端为第一电源的输出端，设置第二副边绕组电路与第二副边绕组连接，以第二副边绕组电路的输出端为第二电源的输出端；解决相关技术中高压隔离电源功率密度低、成本高且绝缘防护不可靠的技术问题，提供一种功率密度高且高压绝缘防护可靠的电源变换器。

Description

一种电源变换器及电源系统

技术领域

本发明涉及高压隔离电源技术领域，尤其是涉及一种电源变换器及电源系统。

背景技术

高压隔离电源广泛应用于工业、宇航军工等领域中，为使高压隔离电源能够充分发挥其性能且不影响应用系统中其他器件的功能，高压绝缘防护是高压隔离电源设计时需要解决的技术问题。

目前，高压隔离电源在地面应用时，主要通过浸泡在绝缘油中来实现有效的绝缘和散热，但是这种方式导致了设备的体积或重量大、功率密度低，并且限制了设备的应用场合。而高压隔离电源在宇航环境中应用时，主要通过喷涂、灌封、屏蔽等方式将高压部分（元器件、焊点、导线等）与低压部分、机壳进行绝缘隔离，这种方式使得设备的功率密度低、成本高，且对工艺和检验要求非常高。

因此，如何对高压隔离电源进行改进以克服上述技术问题，成为本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

本发明旨在至少解决相关技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种功率密度高且高压绝缘防护可靠的电源变换器。

第一方面，本发明的一个实施例提供了一种电源变换器，其包括：

主功率变压器，所述主功率变压器为松耦合变压器，所述主功率变压器包括原边绕组、第一副边绕组和第二副边绕组，所述原边绕组分别与所述第一副边绕组、所述第二副边绕组分开绕制，所述第一副边绕组和所述第二副边绕组紧密绕制；

原边绕组电路，所述原边绕组电路包括控制接口，所述原边绕组电路的一端与外部输入电源连接，所述原边绕组电路的另一端与所述原边绕组连接，所述控制接口用于接收控制信号，以将所述外部输入电源输入至所述主功率变压器；

第一副边绕组电路，所述第一副边绕组电路的输入端与所述第一副边绕组连接，所述第一副边绕组电路的输出端为第一电源的输出端；

第二副边绕组电路，所述第二副边绕组电路的输入端与所述第二副边绕组连接，所述第二副边绕组电路的输出端为第二电源的输出端。

本发明实施例的电源变换器至少具有如下有益效果：

本发明实施例中一种电源变换器，其通过设置有包括原边绕组、第一副边绕组和第二副边绕组的松耦合主功率变压器，其中，原边绕组分别与第一副边绕组、第二副边绕组分开绕制，第一副边绕组和第二副边绕组紧密绕制；另外通过原边绕组电路接收控制信号将外部输入电源输入至主功率变压器，再通过设置第一副边绕组电路与第一副边绕组连接后，以第一副边绕组电路的输出端为第一电源的输出端，通过设置第二副边绕组电路与第二副边绕组连接后，以第二副边绕组电路的输出端为第二电源的输出端；解决了相关技术中高压隔离电源功率密度低、成本高且绝缘防护不可靠的技术问题，提供了一种功率密度高且高压绝缘防护可靠的电源变换器。

根据本发明的另一些实施例的电源变换器，所述第一电源包括空心阴极供电电源的点火电源和触持电源，所述第二电源包括空心阴极供电电源的加热电源。

根据本发明的另一些实施例的电源变换器，所述控制信号包括变频控制信号或PWM占空比控制信号。

根据本发明的另一些实施例的电源变换器，所述电源变换器还包括：

隔离反馈控制电路，所述隔离反馈控制电路的一端分别与所述第一副边绕组、所述第二副边绕组连接，以分别获取所述第一副边绕组的电流、所述第二副边绕组的电流；

所述隔离反馈控制电路的另一端与所述控制接口连接，以根据所述第一副边绕组的电流、所述第二副边绕组的电流输出所述变频控制信号或PWM占空比控制信号至所述原边绕组电路。

根据本发明的另一些实施例的电源变换器，所述隔离反馈控制电路包括电流互感器、闭环控制电路和驱动控制模块；

所述电流互感器用于获取所述第一副边绕组的电流或所述第二副边绕组的电流，所述电流互感器的输出端与所述闭环控制电路的输入端连接，所述闭环控制电路的输出端与所述驱动控制模块的输入端连接，所述驱动控制模块的输出端与所述控制接口连接。

根据本发明的另一些实施例的电源变换器，所述第一副边绕组电路包括：

第一整流滤波电路，所述第一整流滤波电路与所述第一副边绕组连接；

点火开关控制电路，所述点火开关控制电路与所述第一整流滤波电路连接，所述点火开关控制电路的输出端为所述点火电源和所述触持电源的电源输出端；

所述第二副边绕组电路包括：

第二整流滤波电路，所述第二整流滤波电路与所述第二副边绕组连接；

加热开关控制电路，所述加热开关控制电路与所述第二整流滤波电路连接，所述加第二整流滤波电路的输出端为所述加热电源的输出端；

所述加热开关控制电路还与所述点火开关控制电路的输出端连接，以根据所述点火开关控制电路的输出端的电压信息控制所述加热开关控制电路的工作状态。

根据本发明的另一些实施例的电源变换器，所述点火开关控制电路还与所述第二整流滤波电路的输出端连接。

根据本发明的另一些实施例的电源变换器，所述点火开关控制电路包括：

点火控制指令发送模块，用于发送点火控制指令；

点火开关电路，用于接收所述点火控制指令，并根据所述点火控制指令控制所述点火开关电路的导通或关闭；

采样比较电路，所述采样比较电路用于获取所述点火开关电路的电流信息，并根据所述电流信息输出调节信号至所述点火控制指令发送模块，从而控制所述点火开关电路的工作状态。

根据本发明的另一些实施例的电源变换器，所述加热开关控制电路包括：

采样延时控制电路，用于获取所述点火开关控制电路的输出端的电压信息，并延时预设时间后根据所述电压信息输出加热开关控制信号；

加热开关电路，用于接收所述加热开关控制信号，以根据所述加热开关控制信号调整工作状态；

检测开关电路，所述检测开关电路的一端与所述点火开关电路的输出端连接，所述检测开关电路的另一端与所述加热开关电路连接，以根据所述点火开关电路的输出端的电压信息控制所述加热开关电路的工作状态。

根据本发明的另一些实施例的电源变换器，所述点火控制指令发送模块包括：

点火脉冲指令发送单元，用于发出所述点火控制指令；

磁脉冲变压器，用于接收所述点火控制指令并进行电磁信号转换；

信号处理装置，用于接收经过电磁信号转换的所述点火控制指令，并输出电信号控制指令；

触发器，用于接收所述电信号控制指令以控制所述点火开关电路的导通或关闭。

根据本发明的另一些实施例的电源变换器，所述采样比较电路包括：

采样电阻，所述采样电阻用于获取所述点火开关电路的采样电流；

第一比较电路，所述第一比较电路的一端与所述采样电阻连接，所述第一比较电路的另一端与所述触发器连接，以根据所述采样电流控制所述触发器的工作状态。

根据本发明的另一些实施例的电源变换器，所述采样延时控制电路包括：

采样分压电路，用于获取所述点火开关控制电路的输出端的电压信息；

第二比较电路，所述第二比较电路的一端与所述采样分压电路连接，所述第二比较电路的输出端输出所述加热开关控制信号；

延时输出电路，所述延时输出电路的一端与所述第二比较电路的输出端连接，所述延时输出电路的另一端与所述加热开关电路连接，以将所述加热开关控制信号延时所述预设时间后输出至所述加热开关电路。

第二方面，本发明的一个实施例提供了一种电源系统，其包括所述的电源变换器。

附图说明

图1是本发明实施例一种电源变换器的第一实施例电路结构示意图；

图2是本发明实施例一种电源变换器的第二实施例电路结构示意图；

图3是本发明实施例一种电源变换器的第三实施例电路结构示意图；

图4是本发明实施例一种电源变换器中原边绕组电路、第一副边绕组电路、第二副边绕组电路的一具体实施例电路原理图；

图5是本发明实施例一种电源变换器中隔离反馈控制电路具有电流互感器、闭环控制电路、驱动控制模块的一具体实施例电路原理图；

图6是本发明实施例中隔离反馈控制电路中检测开关电路的一具体实施例电路结构示意图；

图7是本发明实施例中点火开关控制电路、加热开关控制电路的一具体实施例电路原理图。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，如果涉及到“若干”，其含义是一个以上，如果涉及到“多个”，其含义是两个以上，如果涉及到“大于”、“小于”、“超过”，均应理解为不包括本数，如果涉及到“以上”、“以下”、“以内”，均应理解为包括本数。如果涉及到“第一”、“第二”、“第三”等，应当理解为用于区分技术特征，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

参照图1，在本发明实施例中，电源变换器包括主功率变压器100、原边绕组电路200、第一副边绕组电路300和第二副边绕组电路400。其中，主功率变压器100包括原边绕组110、第一副边绕组120和第二副边绕组130，原边绕组110分别和第一副边绕组120、第二副边绕组130分开绕制，第一副边绕组120和第二副边绕组130紧密绕制，原边绕组电路200与原边绕组110连接，原边绕组电路200中设置有控制接口210，控制接口210用于接收控制信号以控制原边绕组电路200将外部输入电源Vin输入至主功率变压器100。第一副边绕组电路300的输入端与第一副边绕组120连接，以接收第一副边绕组120输出的电能，第一副边绕组电路300的输出端为点火电源的电源输出端和触持电源的电源输出端。第二副边绕组电路400的输入端与第二副边绕组130连接，以接收第二副边绕组130输出的电能，第二副边绕组电路400的输出端为加热电源的输出端。本实施例中，通过采用松耦合变压器使得原副边绕组存在物理上的隔离，即使得低压侧原边绕组110分别与高压侧第一副边绕组120、高压侧第二副边绕组130存在物理上的隔离，为高压绝缘防护提供了更大的间距。

另外，在一些实施例中，控制信号为变频控制信号或PWM占空比控制信号来控制原边绕组电路200的工作，从而提高主功率变压器100的转换效率，将第一副边绕组电路300的输出端作为点火电源和触持电源的电源输出端，将第二副边绕组电路400的输出端作为加热电源的输出端，有效提高了空心阴极供电电源（即包括点火电源、触持电源和加热电源的电源）的功率密度；解决了相关技术中空心阴极供电电源的功率密度低、成本高且绝缘防护不可靠的技术问题。

参照图2，在一些实施例中，电源变换器还包括隔离反馈控制电路500。隔离反馈控制电路500的一端分别与第一副边绕组120、第二副边绕组130连接，以获取第一副边绕组120、第二副边绕组130的电流。由于第一副边绕组120与第一副边绕组电路300为串联的连接关系，因此，第一副边绕组120的电流与第一副边绕组电路300的输出端电流相等，同理，第二副边绕组130的电流与第二副边绕组电路400的输出端电流相等。隔离反馈控制电路500的另一端与原边绕组电路200的控制接口210连接，隔离反馈控制电路500根据获取的第一副边绕组120、第二副边绕组130的电流输出变频控制信号或PWM占空比控制信号控制原边绕组电路200的工作。

具体的，在一些实施例中，隔离反馈控制电路500包括电流互感器、闭环控制电路和驱动控制模块。其中，电流互感器用于获取第一副边绕组120的引出线、第二副边绕组130的引出线的电流信息，电路互感器的输出端与闭环控制电路连接，闭环控制电路与驱动控制模块连接，驱动控制模块的输出端与原边绕组电路200的控制接口连接，以输出变频控制信号或PWM占空比控制信号控制原边绕组电路200的工作。本实施例中，第一副边绕组电路的输出端为第一电源的输出端，第一电源包括点火电源和触持电源，第二电源包括加热电源。本实施例中，第一电源的输出端与触持极连接，第二电源的输出端与加热丝连接，在点火成功前，触持极呈现高阻状态，因此电流互感器获取的电流相当于第二副边绕组130的电流，通过在闭环控制电路中设置有电流调节基准，可对第二副边绕组130的电流（即第二副边绕组电路400的电流）进行闭环调节。当点火成功后，与第一副边绕组电路300的输出端连接的触持极阻抗变低，第二副边绕组电路400的输出关闭，此时，电流互感器获取的电流相当于第一副边绕组120的电流（也就是第一副边绕组电路300的输出端的电流），从而实现了电源变换器在点火成功前后由对加热电源的电流闭环调节自动转变为对点火电源和触持电源的电流闭环调节。本实施例中，通过采用电流互感器获取第一副边绕组120的引出线、第二副边绕组130的引出线的电流，实现了电流互感器与第一副边绕组120、第二副边绕组130的物理隔离，有效避免了主功率变压器100原副边绕组间的高电压差对加热电流、点火电流/触持电流闭环控制环路带来的高压难防护问题。

参照图3，在一些实施例中，第一副边绕组电路300包括：第一整流滤波电路320和点火开关控控制电路330；第二副边绕组电路400包括第二整流滤波电路420和加热开关控制电路430。其中，第一整流滤波电路320与第一副边绕组120连接，以将第一副边绕组120输出的电能进行整流滤波，点火开关控制电路330与第一整流滤波电路320连接，点火开关控制电路330的输出端为点火电源和触持电源的输出端，点火开关控制电路330根据点火控制指令从而控制点火开关控制电路330的输出。第二整流滤波420与第二副边绕组130连接，以将第二副边绕组130输出的电能进行整流滤波，加热开关控制电路430与第二整流滤波电路420连接，加热开关控制电路430的输出端为加热电源的输出端，加热开关控制电路430还与点火开关控制电路330的输出端连接，用于获取点火开关控制电路的输出端的电压信息，并根据该电压信息控制加热开关控制电路430的工作状态。在本实施例中，点火成功前，与点火开关控制电路330的输出端相连的触持极呈现高阻状态，加热开关控制电路持续输出对与之连接的空心阴极的加热丝进行加热，点火成功后，点火开关控制电路330的输出端的电压信息下降，当该电压信息小于预设的电压阈值时，加热开关控制电路430关闭输出，以防止空心阴极因过热而导致损坏或使用寿命减短。

在一些实施例中，点火开关控制电路330中设置有点火变压器，由于点火变压器在点火过程中需要输出脉冲高压电压以实现点火，因此点火变压器的原边绕组和副边绕组需要进行紧耦合，如果此时点火变压器的原边绕组从主功率变压器100的原边绕组110取电，则会导致高压绝缘防护难以实现的问题。本实施例中通过将点火开关控制电路330与第二整流滤波电路420的输出端连接，以获取点火开关控制电路的输入电源，则可以解决点火开关控制电路中点火变压器从主功率变压器100的原边绕组110取点产生的高压绝缘防护难以实现的问题。

在一些实施例中，点火开关控制电路330包括点火控制指令发送模块、点火开关电路和采样比较电路；其中，点火控制指令发送模块与点火开关电路连接，点火控制指令发送模块发送点火控制指令至点火开关电路，点火开关电路接收到点火控制指令后导通，使得电源变换器进行点火功能。本实施例中，点火开关电路中包括有点火变压器，采样比较电路用于获取点火变压器中原边绕组的电流信息，将该电流信息与实现点火功能预设的电压对应的电流进行对比后，输出调节信号至点火控制指令发送模块，点火控制指令发送模块根据接收的调节信号控制点火开关电路的工作状态。通过设置有采样比较电路，可以保证点火变压器的副边绕组输出到触持极的脉冲点火电压的幅值和宽度都能保持恒定。

在一些实施例中，点火控制指令发送模块包括：点火脉冲指令发送单元、磁脉冲变压器、信号处理装置和触发器；采样比较电路包括采样电阻和第一比较电路。点火脉冲指令发送单元、磁脉冲变压器、信号处理装置和触发器依次连接，点火脉冲指令发送单元发出点火控制指令至磁脉冲变压器后，磁脉冲变压器将点火控制指令进行电磁转换后输出至信号处理装置，信号处理装置根据接收的点火控制指令输出电信号控制指令至触发器，触发器根据该电信号控制指令控制点火开关电路的导通或关闭。本实施例中，采样电阻用于获取点火开关电路中点火变压器的原边绕组的电流信息，并与第一比较电路中预设的电压对应的电流进行对比后，输出调节信号至触发器，触发器根据该调节信号控制点火开关电路的导通或关闭。

在一些实施例中，加热开关控制电路430包括采样延时控制电路、加热开关电路和检测开关电路；其中，采样延时控制电路与点火开关控制电路的输出端连接（即相当于点火变压器的副边绕组，也相当于点火电源的输出端及触持电源的电源输出端），用于获取该输出端的电压信息，并延时预设时间后根据该电压信息输出加热开关控制信号。加热开关电路与采样延时控制电路连接，用于接收加热开关控制信号，以调整加热开关电路的工作状态。检测开关电路的一端与点火开关电路连接，以获得点火开关电路的输出端的电压信息，检测开关电路的另一端与加热开关电路连接，检测开关电路根据获得的点火开关电路的输出端的电压信息控制加热开关电路的工作状态。本实施例中，通过设置有采样延时控制电路，在延时预设时间后才输出加热开关控制信号至加热开关电路，避免了点火瞬间与点火开关控制连接的触持极间电压震荡引起加热开关电路的反复导通关闭，且当触持极发生灭弧动作时，采样延时控制电路使得加热开关电路导通，继续对与加热开关电路输出端连接的空心阴极的加热丝进行加热，等待下一次点火。另外，通过设置有检测开关电路检测点火开关电路的输出端的电压信息，当点火成功后，点火开关电路的输出端的电压下降（点火成功后，触持极阻抗降低，电压下降），当检测开关电路获得的点火开关电路的输出端的电压信息低于预设的电压阈值是，检测开关电路控制加热开关电路关闭输出，以防止空心阴极因过热而导致损坏或使用寿命减短。

在一些实施例中，采样延时控制电路包括：依次连接的采样分压电路、第二比较电路、延时输出电路；其中，采样分压电路的一端与点火开关控制电路的输出端连接，以获取点火开关控制电路的输出端的电压信息并传输至第二比较电路，第二较电路将接收的该电压信息与预设的加热电压门限值进行对比，并输出加热开关控制信号至延时输出电路，延时输出电路的输出端与加热开关电路连接，在延时预设时间后，将加热开关控制信号输出至加热电路，从而避免了点火瞬间与点火开关控制电路连接的触持极间电压震荡引起加热开关电路的反复导通关闭。

以下结合一些具体实施例的电路图对本发明申请的电源变换器进行说明，需要说明的是，本发明的实现不局限于以下的具体电路结构，电路中器件的简单替换、增加或删减而不改变本发明实现的基本原理均属于本发明的保护范围。

参照图4，在一些实施例中，主功率变压器T1包括原边绕组N1、第一副边绕组N2和第二副边绕组N3，主功率变压器T1为松耦合变压器，即原边绕组N1分别和第一副边绕组N2、第二副边绕组N3分开绕制，第一副边绕组N2和第二副边绕组N3紧密绕制；原边绕组电路包括第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第一电感Lr、第二电感Lm、第三电感Lk和第一电容Cr，第三电感Lk为主功率变压器T1的等效漏感，此处在电路图中将其示意，实际应用中并未存在第三电感Lk，各个器件的具体连接关系可参考图4，其中，第一MOS管Q1的栅极和第二MOS管Q2的栅极为原边绕组电路的控制接口，用于接收变频控制信号或PWM占空比控制信号将外部输入电源Vin输入至主功率变压器T1。第一副边绕组电路包括第一整流滤波电路和点火开关控制电路，其中，第一整流滤波电路包括全桥整流电流电路（即由二极管D1至二极管D4组成）和第一滤波电容C1，点火开关控制电路包括二极管D9、点火变压器T2和第三MOS管Q3，点火变压器T2的副边绕组M2的一端为点火电源和触持电源的电源输出端（即Ignitor_Keeper_out），第三MOS管Q3接收点火控制指令后导通使得点火变压器T2的副边绕组输出脉冲高压电压进行点火动作。第二副边绕组电路包括第二整流滤波电路和加热开关控制电路，其中，第二整流滤波电路包括全桥整流电路（即由二极管D5至二极管D8组成）和第二滤波电容C2，加热开关控制电路包括第四MOS管Q4，第二滤波电容C2的正电压端为加热电源的电源输出端（即Heater_out），第四MOS管Q4的导通或关闭受控于点火变压器T2副边绕组M2输出的点火触持电压Vik，点火成功前，点火触持电压Vik高，第四MOS管Q4导通，点火成功后，点火触持电压Vik低，第四MOS管Q4关闭。本实施例中，为了保证点火变压器T2的原边绕组M1的储能足以转化为点火变压器T2的副边绕组M2的脉冲高压电压输出，点火变压器T2必须为紧耦合变压器，通过将点火变压器T2的原边绕组M1与第二滤波电容C2的正电压端连接，以获取点火电源，可以避免点火变压器T2从主功率变压器T1的原边绕组N1取电带来高压难防护问题。本实施例中，二极管D9用于防止第三MOS管Q3在导通时，点火变压器T2的副边绕组M2与触持极连接的一端产生负电压。通过采用松耦合变压器的主功率变压器T1使得原副边绕组存在物理上的隔离，即使得低压侧原边绕组N1分别与高压侧第一副边绕组N2、高压侧第二副边绕组N3存在物理上的隔离，为高压绝缘防护提供了更大的空间。其中，需要说明的是，本实施例中所指的高压侧与低压侧为相对概念，用于表明变压器两侧的电压存在较大电压差，而不是对变压器两侧的电压值做具体的限定。再通过采用变频控制信号或PWM占空比控制信号来控制原边绕组电路的工作，从而提高主功率变压器T1的转换效率，最后将第一副边绕组电路的输出端作为点火电源和触持电源的电源输出端，将第二副边绕组电路的输出端作为加热电源的输出端，有效提高了空心阴极电源变换器的功率密度；解决了相关技术中高压隔离电源功率密度低、成本高且绝缘防护不可靠的技术问题。

参照图5，本实施例中隔离反馈控制电路包括电流互感器CT1、闭环控制电路和驱动控制模块U1。本实施例中，闭环控制电路包括电流传感器U3、电阻R3、电阻R4、电容C5、电容C6、运算放大器U4。其中，电流传感器U3与电流互感器CT1连接以获取第一副边绕组N2或第二副边绕组N3的电流，电流传感器U3串接电阻R3后与运算放大器U4的反相输入端连接，运算放大器U4的正向输入端与电流调节基准Iset连接，运算放大器U4将第一副边绕组N2或第二副边绕组N3的电流与电流调节基准Iset进行闭环调节后输出调节信号至驱动控制模块U1，驱动控制模块输出变频控制信号或PWM占空比控制信号至原边绕组电路中的第一MOS管的栅极和第二MOS管的栅极，控制两个MOS管的导通或关闭，从而实现对点火触持电流（点火变压器T2的副边绕组M2的输出电流）和加热电流的调节，通过上述闭环控制方式，使得空心阴极电源变换器在空心阴极点火前后，由对加热电流的闭环调节自动转变为对点火触持电流的闭环调节。

参照图7，本实施例中，点火控制指令发送模块包括：点火脉冲指令发送单元U5、磁脉冲变压器T3、信号处理装置U6、触发器U7；点火开关电路包括点火变压器T2和第三MOS管Q3；采样比较电路包括采样电阻Rs和比较器U8；采样延时控制电路包括电阻R6、电阻R7、比较器U9、延时器U10，其中采样分压电路包括电阻R6和电阻R7，第二比较电路包括比较器U9，延时输出电路包括延时器U10；加热开关电路包括第四MOS管Q4；检测开关电路（参照图6）包括点火状态检测器U2，点火状态检测器U2的一端与点火变压器T2的副边绕组M2的一端（即Ignitor_Keeper_out）连接，点火状态检测器U2根据获得的电压信息控制第四MOS管Q4的导通状态，从而控制加热电源的输出：当点火成功后，与点火变压器T2的副边绕组M2连接的触持极阻抗变低，点火状态检测器U2获取到点火变压器T2的副边绕组M2输出的电压信息小于预设电压阈值后，控制第二MOS管Q4关闭，加热电源停止工作。电阻R2、电阻R3为从加热电源（即第二滤波电容C2的正电压端）取电后，为第三MOS管Q3提供驱动电压；电阻R4和电阻R5为从加热电源（即第二滤波电容C2的正电压端）取电后，为第四MOS管Q4提供驱动电压；稳压二极管D11和稳压二极管D12均起到稳压作用。本实施例中，在点火脉冲指令发送单元U5发送点火控制指令前，与点火变压器T2的副边绕组M2一端连接的空心阴极的触持极呈现出高阻状态，电阻R6和电阻R7组成分压电路对点火电源和触持电源的输出电压进行分压后输入比较器U9的反相输入端，比较器U9的同相输入端与预设峰值电源电压Vref1连接，此时电阻R7的分压大于预设峰值电源电压Vref1，比较器输出加热控制信号经延时器U10延时预设时间后输出加热控制信号使得第四MOS管Q4导通，第二滤波电容C2输出电能为空心阴极的加热丝进行加热。当在点火脉冲指令发送单元U5发送点火控制指令后，磁脉冲变压器T3将点火控制指令进行电磁转换后输入至信号处理装置U6，信号处理装置将接收的点火控制指令进行信号处理后输出电信号控制指令至触发器U7，触发器U7根据接收的电信号控制指令控制第三MOS管Q3导通一段时间后，此时点火变压器T2的副边绕组M2输出脉冲高压电压进行点火，点火成功后，与点火变压器T2的副边绕组M2连接的触持极阻抗降低，电阻R6和电阻R7对点火电源和触持电源的输出电压的分压变小，在延时器U10延时预设时间后控制第四MOS管Q4关闭，不再对空心阴极的加热丝进行加热，防止第四MOS管Q4持续导通导致过热进而损坏器件或降低器件使用寿命。本实施例中，电阻Rs用于采集流经点火变压器T2的原边绕组M1的电流后，输入比较器U8的反相输入端，比较器U8的同相输入端中连接有对应于满足点火电流的预设电压Vref2，当采集点火变压器T2的原边绕组M1的电流满足预设电压Vref2对应的点火电流时，说明点火储能足够，可以进行点火动作，则此时输出控制信号至触发器U7，触发器U7控制第三MOS管Q3关闭，此时流经原边绕组M1的能量通过副边绕组M2续流，在点火电源和触持电源的输出端输出脉冲高压进行点火。该点火控制方式在每次点火控制指令发送后，通过峰值电流检测的方式保证流经点火变压器T2的原边绕组M1的峰值电流ΔIM1恒定，从而不管加热开关控制电路输出电压的大小，在第三MOS管Q3关闭时通过点火变压器T2耦合到触持极的脉冲点火电压的幅值和宽度均能保持恒定。

此外，本发明的一个实施例还提供了一种电源系统，该电源系统包括上述任一实施例中的电源变换器。在电源系统中设置有该电源变换器解决相关技术中高压隔离电源系统功率密度低、成本高且绝缘防护不可靠的技术问题，提供一种功率密度高且高压绝缘防护可靠的电源系统。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (12)

1.一种电源变换器，其特征在于，包括：

主功率变压器，所述主功率变压器为松耦合变压器，所述主功率变压器包括原边绕组、第一副边绕组和第二副边绕组，所述原边绕组分别与所述第一副边绕组、所述第二副边绕组分开绕制，所述第一副边绕组和所述第二副边绕组紧密绕制；

原边绕组电路，所述原边绕组电路包括控制接口，所述原边绕组电路的一端与外部输入电源连接，所述原边绕组电路的另一端与所述原边绕组连接，所述控制接口用于接收控制信号，以将所述外部输入电源输入至所述主功率变压器；

第一副边绕组电路，所述第一副边绕组电路的输入端与所述第一副边绕组连接，所述第一副边绕组电路的输出端为第一电源的输出端；

第二副边绕组电路，所述第二副边绕组电路的输入端与所述第二副边绕组连接，所述第二副边绕组电路的输出端为第二电源的输出端；

所述第一副边绕组电路包括：

第一整流滤波电路，所述第一整流滤波电路与所述第一副边绕组连接；

点火开关控制电路，所述点火开关控制电路与所述第一整流滤波电路连接，所述点火开关控制电路的输出端为所述第一电源的输出端；

所述第二副边绕组电路包括：

第二整流滤波电路，所述第二整流滤波电路与所述第二副边绕组连接；

加热开关控制电路，所述加热开关控制电路与所述第二整流滤波电路连接，所述第二整流滤波电路的输出端为所述第二电源的输出端；

所述加热开关控制电路还与所述点火开关控制电路的输出端连接，以根据所述点火开关控制电路的输出端的电压信息控制所述加热开关控制电路的工作状态。

2.根据权利要求1所述的电源变换器，其特征在于，所述第一电源包括空心阴极供电电源的点火电源和触持电源，所述第二电源包括空心阴极供电电源的加热电源。

3.根据权利要求1或2所述的电源变换器，其特征在于，所述控制信号包括变频控制信号或PWM占空比控制信号。

4.根据权利要求3所述的电源变换器，其特征在于，所述电源变换器还包括：

隔离反馈控制电路，所述隔离反馈控制电路的一端分别与所述第一副边绕组、所述第二副边绕组连接，以分别获取所述第一副边绕组的电流、所述第二副边绕组的电流；

所述隔离反馈控制电路的另一端与所述控制接口连接，以根据所述第一副边绕组的电流、所述第二副边绕组的电流输出所述变频控制信号或PWM占空比控制信号至所述原边绕组电路。

5.根据权利要求4所述的电源变换器，其特征在于，所述隔离反馈控制电路包括电流互感器、闭环控制电路和驱动控制模块；

所述电流互感器用于获取所述第一副边绕组的电流或所述第二副边绕组的电流，所述电流互感器的输出端与所述闭环控制电路的输入端连接，所述闭环控制电路的输出端与所述驱动控制模块的输入端连接，所述驱动控制模块的输出端与所述控制接口连接。

6.根据权利要求5所述的电源变换器，其特征在于，所述点火开关控制电路还与所述第二整流滤波电路的输出端连接。

7.根据权利要求6所述的电源变换器，其特征在于，所述点火开关控制电路包括：

点火控制指令发送模块，用于发送点火控制指令；

点火开关电路，用于接收所述点火控制指令，并根据所述点火控制指令控制所述点火开关电路的导通或关闭；

采样比较电路，所述采样比较电路用于获取所述点火开关电路的电流信息，并根据所述电流信息输出调节信号至所述点火控制指令发送模块，从而控制所述点火开关电路的工作状态。

8.根据权利要求7所述的电源变换器，其特征在于，所述加热开关控制电路包括：

采样延时控制电路，用于获取所述点火开关控制电路的输出端的电压信息，并延时预设时间后根据所述电压信息输出加热开关控制信号；

加热开关电路，用于接收所述加热开关控制信号，以根据所述加热开关控制信号调整工作状态；

检测开关电路，所述检测开关电路的一端与所述点火开关电路的输出端连接，所述检测开关电路的另一端与所述加热开关电路连接，以根据所述点火开关电路的输出端的电压信息控制所述加热开关电路的工作状态。

9.根据权利要求7所述的电源变换器，其特征在于，所述点火控制指令发送模块包括：

点火脉冲指令发送单元，用于发出所述点火控制指令；

磁脉冲变压器，用于接收所述点火控制指令并进行电磁信号转换；

信号处理装置，用于接收经过电磁信号转换的所述点火控制指令，并输出电信号控制指令；

触发器，用于接收所述电信号控制指令以控制所述点火开关电路的导通或关闭。

10.根据权利要求9所述的电源变换器，其特征在于，所述采样比较电路包括：

采样电阻，所述采样电阻用于获取所述点火开关电路的采样电流；

第一比较电路，所述第一比较电路的一端与所述采样电阻连接，所述第一比较电路的另一端与所述触发器连接，以根据所述采样电流控制所述触发器的工作状态。

11.根据权利要求8所述的电源变换器，其特征在于，所述采样延时控制电路包括：

采样分压电路，用于获取所述点火开关控制电路的输出端的电压信息；

第二比较电路，所述第二比较电路的一端与所述采样分压电路连接，所述第二比较电路的输出端输出所述加热开关控制信号；

延时输出电路，所述延时输出电路的一端与所述第二比较电路的输出端连接，所述延时输出电路的另一端与所述加热开关电路连接，以将所述加热开关控制信号延时所述预设时间后输出至所述加热开关电路。

12.一种电源系统，其特征在于，所述电源系统包括如权利要求1至权利要求11任一项所述的电源变换器。

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