CN112467992A - 一种磁隔离反馈电源变换电路 - Google Patents

一种磁隔离反馈电源变换电路 Download PDF

Info

Publication number
CN112467992A
CN112467992A CN202011382343.0A CN202011382343A CN112467992A CN 112467992 A CN112467992 A CN 112467992A CN 202011382343 A CN202011382343 A CN 202011382343A CN 112467992 A CN112467992 A CN 112467992A
Authority
CN
China
Prior art keywords
circuit
input
power
output
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202011382343.0A
Other languages
English (en)
Inventor
王令岩
李春宇
李旭阳
赵絮
岳长路
胡骢
徐秀华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Research Institute of Precise Mechatronic Controls
Original Assignee
Beijing Research Institute of Precise Mechatronic Controls
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Research Institute of Precise Mechatronic Controls filed Critical Beijing Research Institute of Precise Mechatronic Controls
Priority to CN202011382343.0A priority Critical patent/CN112467992A/zh
Publication of CN112467992A publication Critical patent/CN112467992A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33507Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters
    • H02M3/33523Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters with galvanic isolation between input and output of both the power stage and the feedback loop
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F19/00Fixed transformers or mutual inductances of the signal type
    • H01F19/04Transformers or mutual inductances suitable for handling frequencies considerably beyond the audio range
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/30Fastening or clamping coils, windings, or parts thereof together; Fastening or mounting coils or windings on core, casing, or other support
    • H01F27/306Fastening or mounting coils or windings on core, casing or other support

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

本发明公开了一种磁隔离反馈电源变换电路,包括:PWM主控制器、高频变压器、输入/输出功率电路、上电启动电路、输入/输出驱动控制电路;输入功率电路对输入的直流电压进行滤波和初级斩波处理后经由高频变压器耦合至输出功率电路,并通过输出功率电路进行次级斩波处理后经由电源变换器输出端输出;上电启动电路为PWM主控制器提供上电启动能量;输出驱动控制电路和输入驱动控制电分别对输出功率电路中的次级斩波电路和输入功率电路中的初级斩波电路进行控制,增强来源于PWM主控制器的驱动和抗高频干扰能力。本发明可满足应用在空间等特殊场合下的大电流高频磁隔离电源变换器对电源性能和电源可靠性的特殊需求。

Description

一种磁隔离反馈电源变换电路
技术领域
本发明属于电力电子技术领域,尤其涉及一种磁隔离反馈电源变换电路。
背景技术
光耦隔离反馈在工业应用中最为广泛,但受限于光耦固有的发光二极管及光敏器件的老化问题,其使用寿命、可靠性远远不如磁反馈,其使用寿命、可靠性远远不如磁隔离反馈。在一些特殊场合(如航天、航空电源)必须采用磁反馈技术。
常用磁反馈是利用高频开关量驱动反馈磁反馈变压器,通过变压器的把副边的采样量变换到原边进行闭环控制。现有方案主要以IR、VPT、及TI的UC1901系列芯片为主,这些技术各有优缺点。其磁反馈电路是主控制单元在输入侧,控制输入电压的斩波,并通过驱动芯片将输入侧驱动信号变换至输出侧以实现输出侧功率电路的斩波电路的整流控制功能,通过磁反馈芯片高速采集输出电压信号并磁隔离式斩波调频解码控制后传输至输入侧的主控制单元进行闭环反馈控制。但存在磁反馈没有光耦反馈线性传输比好,电源变换器电压调整率和输出动态性能相比较差的问题。
目前现有的磁隔离反馈的应用中,有将隔离电源的副边反馈信号进行斩波控制之后,再有磁隔离变压器传送至隔离电源的输入侧控制,如TI经典的UC1901芯片。该技术中磁隔离变压器实际上承担的工作将副边的反馈信号功率变换到原边,变压器较大且连续传送和解调方波信号,频率受限、功耗也相对较大。国内电源公司多是在这个基础上进行方波传递和解调的创新发明,例如深圳市航天新源科技有限公司提出的一种新型磁反馈电路结构,其是提出通过磁隔离反馈三元将误差信号耦合到原边、通过控制高频CLK信号给保持电容充放电,高频信号控制开关管通断控制实现对输出电压信号的采集方式;而中电43所提出利用辅助电源和二极管和阻容元器件实现信号控制解析,但其控制频率不高。
相比最新美国电力集成公司(PI)公布的CN201410085973专利采用副边的跨周期调制(PSM),根据输出电压与基准的比较结果选择是否向原边发送功率开关脉冲控制信号,并在原边PWM控制器选择限流点控制功率管的开通脉宽,从而大大减小了磁隔离变压器体积,降低了功耗,此外该技术已将主副边芯片和磁隔离变压器集成一个密闭封装,提高了电源功率密度。然而该技术采用的跨周期调制虽然动态性能优越,但是稳态性能缺不够好,存在较大的低频纹波,且其负载调整率也不够好,这是由于跨周期调制导致的。
发明内容
本发明的技术解决问题:克服现有技术的不足,提供一种磁隔离反馈电源变换电路,可满足应用在空间等特殊场合下的大电流高频磁隔离电源变换器对电源性能和电源可靠性的特殊需求。
为了解决上述技术问题,本发明公开了一种磁隔离反馈电源变换电路,包括:PWM主控制器、高频变压器、输入功率电路、输出功率电路、上电启动电路、输入驱动控制电路和输出驱动控制电路;其中,输入功率电路和输出功率电路通过高频变压器连接,PWM主控制器通过输入驱动控制电路和输出驱动控制电路分别与输入功率电路和连接输出功率电路连接;
输入功率电路对由电源变换器输入端输入的直流电压进行滤波和初级斩波处理后,经由高频变压器耦合至输出功率电路,并通过输出功率电路进行次级斩波处理后经由电源变换器输出端输出;上电启动电路与PWM主控制器连接,用于为PWM主控制器提供上电启动能量;输出驱动控制电路,用于在PWM主控制器上电工作后,接替上电启动电路为PWM主控制器的持续工作提供能量,以降低上电启动电路的发热损耗,提高可靠性,以及对输出功率电路进行功率控制,增强来源于PWM主控制器的驱动和抗高频干扰能力;输入驱动控制电路,用于在PWM主控制器的控制下,对输入功率电路进行功率控制,调节电源变换器占空比大小,增强来源于PWM主控制器的驱动和抗高频干扰能力。
在上述磁隔离反馈电源变换电路中,高频变压器为平面无变压器骨架结构,包括:输入侧线圈绕组和输出侧线圈绕组;其中,输入侧线圈绕组,包括:输入侧线圈和输入侧辅助线圈;输出侧线圈绕组,包括:输出侧线圈和输出侧辅助线圈;
输入侧线圈和输出侧线圈采用铜皮绕制,输入侧辅助线圈和输出侧辅助线圈采用多股导线绕制;
输入侧辅助线圈紧贴输入侧线圈设置,输出侧辅助线圈紧贴输出侧线圈设置;
输入侧线圈绕组和输出侧线圈绕组的绕制方式为:先绕制输入侧辅助线圈,再绕制输入侧线圈,再绕制输出侧线圈,最后绕制输出侧辅助线圈,以确保输入能量最大程度耦合到输出侧线圈绕组能量端,以提高耦合效率。
在上述磁隔离反馈电源变换电路中,输入功率电路,包括:LC滤波电路和初级斩波电路;其中,由电源变换器输入端输入的直流电压经LC滤波电路滤波处理后,经由高频变压器输入侧线圈传递至初级斩波电路,通过初级斩波电路进行初级斩波处理后,再经由高频变压器输入侧线圈耦合至高频变压器输出侧线圈,进而传递至输出功率电路;其中,初级斩波电路的开通占空比通过输出驱动控制电路进行调节控制。
在上述磁隔离反馈电源变换电路中,输出功率电路,包括:次级斩波电路和LC滤波储能电路;其中,次级斩波电路对经由高频变压器输入侧线圈耦合至高频变压器输出侧线圈的电压进行次级斩波处理,通过调节次级斩波电路的开关状态,实现对耦合到高频变压器输出侧电压的整流续流处理,得到整流电压;LC滤波储能电路将次级斩波电路输出的整流电压平滑送至电源变换器输出端,并经由电源变换器输出端输出。
在上述磁隔离反馈电源变换电路中,输出功率电路,还包括:滤波环电感;其中,滤波环电感串联接入LC滤波储能电路或外贴在LC滤波储能电路走线外侧,实现对整流电压的平滑处理;滤波环电感为:根据不同工作频率和扰动频率,选择相应的软磁铁氧体材质材料制备得到。
在上述磁隔离反馈电源变换电路中,上电启动电路,包括:输入启动电路、定频控制电路、启振变压器和输出整流电路;
输入启动电路、定频控制电路、启振变压器和输出整流电路依次连接;
输入启动电路的输入端与LC滤波电路连接,用于接收经由LC滤波电路滤波处理后的直流电压,将经由LC滤波电路滤波处理后的直流电压转换降低为固定电压;
定频控制电路,用于在输入启动电路输出的固定电压控制下,输出频率固定占空比固定的驱动电平信号;
启振变压器,用于将频率固定占空比固定的驱动电平信号传递给输出整流电路;以及,通过改变启振变压器匝比,实现对频率固定占空比固定的驱动电平信号的信号值的调节;其中,启振变压器输出的频率固定占空比固定的驱动电平信号为方波信号;
输出整流电路,用于将方波信号转换为固定的电平信号,将转换后的固定的电平信号提供给PWM主控制器,为PWM主控制器提供上电启动能量;同时,将转换后的固定的电平信号为输入辅助电源电路提供冗余备份功能;其中,转换后的固定的电平信号低于输入辅助电源电路的输出电压,当输入辅助电源电路的输出电压异常时,将转换后的固定的电平信号提供给输入功率电路、输入驱动控制电路和输出驱动控制电路,为输入功率电路、输入驱动控制电路和输出驱动控制电路提供工作能量,保证电路继续工作。
在上述磁隔离反馈电源变换电路中,输出驱动控制电路,包括:输出辅助电源、同步整流电路、电压采样电路和电压误差比较电路;
输出辅助电源一端与高频变压器输出侧辅助线圈连接,用于将经由高频变压器输出侧线圈耦合到输出侧辅助线圈的电压转换成辅助电源电平信号,将辅助电源电平信号供给PWM主控制器,接替上电启动电路为PWM主控制器的持续工作提供能量,同时为同步整流电路提供能量,增强同步整流电路的驱动能力和抗高频干扰能力;
同步整流电路,用于接收PWM主控制器输出的输出功率电路驱动控制信号,根据输出功率电路驱动控制信号实现对次级斩波电路的开通占空比的调节;
电压采样电路与LC滤波储能电路连接,用于对LC滤波储能电路输出的整流电压进行实时采样,得到电压采样值;
电压误差比较电路,用于将由电压采样电路采样得到的电压采样值与目标参考电压值进行比较,将比较结果输出至PWM主控制器,以便PWM主控制器根据比较结果实现对输入功率电路的控制;
其中,同步整流电路在根据输出功率电路驱动控制信号实现对次级斩波电路的控制时,包括:
若电源变换器的拓扑结构为正激类电源拓扑结构,则对输出功率电路驱动控制信号进行驱动能力扩容和抗扰整形处理后,发送至次级斩波电路,实现对次级斩波电路的开关占空比大小控制,最终实现对次级斩波电路的控制;
若电源变换器的拓扑结构为反激类拓扑结构,则对输出功率电路驱动控制信号进行电状态信号转换和驱动能力扩容以及抗扰整形处理后,发送至次级斩波电路,实现对次级斩波电路的开关占空比大小控制,最终实现对次级斩波电路的控制。
在上述磁隔离反馈电源变换电路中,PWM主控制器根据在比较结果实现对输入功率电路的控制时,包括:
若比较结果为电压采样值低于目标参考电压值,则生成第一输入功率电路驱动控制信号,由输入驱动控制电路根据第一输入功率电路驱动控制信号增加初级斩波电路的开通时间,提高占空比大小;
若比较结果为电压采样值高于目标参考电压值,则生成第二输入功率电路驱动控制信号,由输入驱动控制电路根据第二输入功率电路驱动控制信号减少初级斩波电路的开通时间,降低占空比大小。
在上述磁隔离反馈电源变换电路中,PWM主控制器、电压采样电路和电压误差比较电路均设置在都在磁隔离反馈电源变换电路输出侧,可直接将电压采样电路和电压误差比较电路生成的信号送入PWM主控制器,不需要隔离转换电路,采样频率快,采样控制精度高。
在上述磁隔离反馈电源变换电路中,输入驱动控制电路,包括:输入辅助电源、驱动变压器和高频扰动驱动电路;
驱动变压器,用于接收PWM主控制器输出的第一输入功率电路驱动控制信号或第二输入功率电路驱动控制信号,将第一输入功率电路驱动控制信号或第二输入功率电路驱动控制信号变比转换为要求的输入侧驱动电平信号;
高频扰动驱动电路,用于对输入侧驱动电平信号进行抗扰性和驱动能力扩容处理,将处理后的信号送入初级斩波电路,实现对初级斩波电路的开通时间的控制;
输入辅助电源,用于为输入驱动控制电路提供驱动能量,实现对第一输入功率电路驱动控制信号或第二输入功率电路驱动控制信号的驱动能力的扩充,达到对高压大电流驱动要求;其中,输入启动电路转换的固定电压作为输入辅助电源的备份。
本发明具有以下优点:
(1)本发明公开了一种磁隔离反馈电源变换电路,采用电源PWM控制器输出副边侧控制设计方法,实现了隔离式电源变换器输出电压采样共地高速采集,解决了输出电压通过磁反馈芯片线性度差、控制精度低的问题。
(2)本发明公开了一种磁隔离反馈电源变换电路,采用通过输出侧实现电源控制器电压采集闭环控制策略,降低了磁反馈电源传递函数的复杂性,提高了磁反馈电源环路稳定性和闭环高速响应特性。
(3)本发明公开了一种磁隔离反馈电源变换电路,通过输入侧定频控制和固定占空比起振变压器小型化设计结构,实现为输出侧PWM控制器提供启动、启振供电能力,解决了PWM控制器在副边侧工作初始能源提供的问题。
(4)本发明公开了一种磁隔离反馈电源变换电路,采用主备电压差式供电方式的设计方法,实现为原副边侧辅助供电冗余备份,并通过变压器辅助线圈提供供电实现强驱动电流低功率设计。
(5)本发明公开了一种磁隔离反馈电源变换电路,采用磁隔离反馈电源变换电路中PWM主控制器和电压采样电路和电压误差比较电路都在磁隔离反馈变换器输出侧,可直接将电压采样电路和电压误差比较电路生成的信号送入PWM主控制器,省去了对输出状态信号采集转换的隔离转换电路,并实现采样频率快,采样控制精度高。
(6)本发明公开了一种磁隔离反馈电源变换电路,在性能指标上具有显著的提高,且基础技术较成熟,易实现。
附图说明
图1是本发明实施例中一种磁隔离反馈电源变换电路的结构框图;
图2是本发明实施例中一种磁隔离反馈电源变换电路的结构详图;
图3是本发明实施例中一种高频变压器的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。
如图1,在本实施例中,该磁隔离反馈电源变换电路,包括:PWM主控制器、高频变压器、输入功率电路、输出功率电路、上电启动电路、输入驱动控制电路和输出驱动控制电路。其中,输入功率电路和输出功率电路通过高频变压器连接,PWM主控制器通过输入驱动控制电路和输出驱动控制电路分别与输入功率电路和连接输出功率电路连接。
该磁隔离反馈电源变换电路的工作原理如下:输入功率电路对由电源变换器输入端输入的直流电压进行滤波和初级斩波处理后,经由高频变压器耦合至输出功率电路,并通过输出功率电路进行次级斩波处理后经由电源变换器输出端输出;上电启动电路与PWM主控制器连接,用于为PWM主控制器提供上电启动能量;输出驱动控制电路,用于在PWM主控制器上电工作后,接替上电启动电路为PWM主控制器的持续工作提供能量,以降低上电启动电路的发热损耗,提高可靠性,以及对输出功率电路进行功率控制,增强来源于PWM主控制器的驱动和抗高频干扰能力;输入驱动控制电路,用于在PWM主控制器的控制下,对输入功率电路进行功率控制,调节电源变换器占空比大小,增强来源于PWM主控制器的驱动和抗高频干扰能力。
高频变压器
如图3,在本实施例中,高频变压器为平面无变压器骨架结构,具体可以包括:输入侧线圈绕组和输出侧线圈绕组。其中,输入侧线圈绕组,包括:输入侧线圈和输入侧辅助线圈;输出侧线圈绕组,包括:输出侧线圈和输出侧辅助线圈。
优选的,输入侧线圈和输出侧线圈采用铜皮绕制,输入侧辅助线圈和输出侧辅助线圈采用多股导线绕制。输入侧辅助线圈紧贴输入侧线圈设置,输出侧辅助线圈紧贴输出侧线圈设置。
进一步的,输入侧线圈绕组和输出侧线圈绕组的绕制方式为:先绕制输入侧辅助线圈,再绕制输入侧线圈,再绕制输出侧线圈,最后绕制输出侧辅助线圈,以确保输入能量最大程度耦合到输出侧线圈绕组能量端,以提高耦合效率。
输入功率电路
如图2,输入功率电路具体可以包括:LC滤波电路和初级斩波电路。其中,由电源变换器输入端输入的直流电压经LC滤波电路滤波处理后,经由高频变压器输入侧线圈传递至初级斩波电路,通过初级斩波电路进行初级斩波处理后,再经由高频变压器输入侧线圈耦合至高频变压器输出侧线圈,进而传递至输出功率电路。其中,初级斩波电路的开通占空比通过输出驱动控制电路进行调节控制。
输出功率电路
如图2,输出功率电路具体可以包括:次级斩波电路和LC滤波储能电路。其中,次级斩波电路对经由高频变压器输入侧线圈耦合至高频变压器输出侧线圈的电压进行次级斩波处理,通过调节次级斩波电路的开关状态,实现对耦合到高频变压器输出侧电压的整流续流处理,得到整流电压;LC滤波储能电路将次级斩波电路输出的整流电压平滑送至电源变换器输出端,并经由电源变换器输出端输出。
此外,该输出功率电路还包括:滤波环电感。其中,滤波环电感串联接入LC滤波储能电路或外贴在LC滤波储能电路走线外侧,实现对整流电压的平滑处理;滤波环电感为:根据不同工作频率和扰动频率,选择相应的软磁铁氧体材质材料制备得到。
上电启动电路
如图2,上电启动电路具体可以包括:输入启动电路、定频控制电路、启振变压器和输出整流电路。其中,输入启动电路、定频控制电路、启振变压器和输出整流电路依次连接。输入启动电路的输入端与LC滤波电路连接,用于接收经由LC滤波电路滤波处理后的直流电压,将经由LC滤波电路滤波处理后的直流电压转换降低为固定电压。定频控制电路,用于在输入启动电路输出的固定电压控制下,输出频率固定占空比固定的驱动电平信号;以及,通过改变启振变压器匝比,实现对频率固定占空比固定的驱动电平信号的信号值的调节;其中,启振变压器输出的频率固定占空比固定的驱动电平信号为方波信号。启振变压器,用于将频率固定占空比固定的驱动电平信号传递给输出整流电路。输出整流电路,用于将方波信号转换为固定的电平信号,将转换后的固定的电平信号提供给PWM主控制器,为PWM主控制器提供上电启动能量;同时,将转换后的固定的电平信号为输入辅助电源电路提供冗余备份功能;其中,转换后的固定的电平信号低于输入辅助电源电路的输出电压,当输入辅助电源电路的输出电压异常时,将转换后的固定的电平信号提供给输入功率电路、输入驱动控制电路和输出驱动控制电路,为输入功率电路、输入驱动控制电路和输出驱动控制电路提供工作能量,保证电路继续工作。
输出驱动控制电路
如图2,输出驱动控制电路具体可以包括:输出辅助电源、同步整流电路、电压采样电路和电压误差比较电路。其中,输出辅助电源一端与高频变压器输出侧辅助线圈连接,用于将经由高频变压器输出侧线圈耦合到输出侧辅助线圈的电压转换成辅助电源电平信号,将辅助电源电平信号供给PWM主控制器,接替上电启动电路为PWM主控制器的持续工作提供能量,,同时为同步整流电路提供能量,增强同步整流电路的驱动能力和抗高频干扰能力。同步整流电路,用于接收PWM主控制器输出的输出功率电路驱动控制信号,根据输出功率电路驱动控制信号实现对次级斩波电路的开通占空比的调节。电压采样电路与LC滤波储能电路连接,用于对LC滤波储能电路输出的整流电压进行实时采样,得到电压采样值。电压误差比较电路,用于将由电压采样电路采样得到的电压采样值与目标参考电压值进行比较,将比较结果输出至PWM主控制器,以便PWM主控制器根据比较结果实现对输入功率电路的控制。
优选的,同步整流电路在根据输出功率电路驱动控制信号实现对次级斩波电路的控制时,包括:若电源变换器的拓扑结构为正激类电源拓扑结构,则对输出功率电路驱动控制信号进行驱动能力扩容和抗扰整形处理后,发送至次级斩波电路,实现对次级斩波电路的开关占空比大小控制,最终实现对次级斩波电路的控制;若电源变换器的拓扑结构为反激类拓扑结构,则对输出功率电路驱动控制信号进行电状态信号转换和驱动能力扩容以及抗扰整形处理后,发送至次级斩波电路,实现对次级斩波电路的开关占空比大小控制,最终实现对次级斩波电路的控制。
优选的,PWM主控制器根据在比较结果实现对输入功率电路的控制时,包括:若比较结果为电压采样值低于目标参考电压值,则生成第一输入功率电路驱动控制信号,由输入驱动控制电路根据第一输入功率电路驱动控制信号增加初级斩波电路的开通时间,提高占空比大小。若比较结果为电压采样值高于目标参考电压值,则生成第二输入功率电路驱动控制信号,由输入驱动控制电路根据第二输入功率电路驱动控制信号减少初级斩波电路的开通时间,降低占空比大小。
在本实施例中,PWM主控制器、电压采样电路和电压误差比较电路均设置在都在磁隔离反馈电源变换电路输出侧,可直接将电压采样电路和电压误差比较电路生成的信号送入PWM主控制器,不需要隔离转换电路,采样频率快,采样控制精度高。
输入驱动控制电路
如图2,输入驱动控制电路具体可以包括:输入辅助电源、驱动变压器和高频扰动驱动电路。其中,驱动变压器,用于接收PWM主控制器输出的第一输入功率电路驱动控制信号或第二输入功率电路驱动控制信号,将第一输入功率电路驱动控制信号或第二输入功率电路驱动控制信号变比转换为要求的输入侧驱动电平信号。高频扰动驱动电路,用于对输入侧驱动电平信号进行抗扰性和驱动能力扩容处理,将处理后的信号送入初级斩波电路,实现对初级斩波电路的开通时间的控制。输入辅助电源,用于为输入驱动控制电路提供驱动能量,实现对第一输入功率电路驱动控制信号或第二输入功率电路驱动控制信号的驱动能力的扩充,达到对高压大电流驱动要求;其中,输入启动电路转换的固定电压作为输入辅助电源的备份。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上,但其并不是用来限定本发明,任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内,都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改,因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰,均属于本发明技术方案的保护范围。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种磁隔离反馈电源变换电路,其特征在于,包括:PWM主控制器、高频变压器、输入功率电路、输出功率电路、上电启动电路、输入驱动控制电路和输出驱动控制电路;其中,输入功率电路和输出功率电路通过高频变压器连接,PWM主控制器通过输入驱动控制电路和输出驱动控制电路分别与输入功率电路和连接输出功率电路连接;
输入功率电路对由电源变换器输入端输入的直流电压进行滤波和初级斩波处理后,经由高频变压器耦合至输出功率电路,并通过输出功率电路进行次级斩波处理后经由电源变换器输出端输出;上电启动电路与PWM主控制器连接,用于为PWM主控制器提供上电启动能量;输出驱动控制电路,用于在PWM主控制器上电工作后,接替上电启动电路为PWM主控制器的持续工作提供能量,以降低上电启动电路的发热损耗,提高可靠性,以及对输出功率电路进行功率控制,增强来源于PWM主控制器的驱动和抗高频干扰能力;输入驱动控制电路,用于在PWM主控制器的控制下,对输入功率电路进行功率控制,调节电源变换器占空比大小,增强来源于PWM主控制器的驱动和抗高频干扰能力。
2.根据权利要求1所述的磁隔离反馈电源变换电路,其特征在于,高频变压器为平面无变压器骨架结构,包括:输入侧线圈绕组和输出侧线圈绕组;其中,输入侧线圈绕组,包括:输入侧线圈和输入侧辅助线圈;输出侧线圈绕组,包括:输出侧线圈和输出侧辅助线圈;
输入侧线圈和输出侧线圈采用铜皮绕制,输入侧辅助线圈和输出侧辅助线圈采用多股导线绕制;
输入侧辅助线圈紧贴输入侧线圈设置,输出侧辅助线圈紧贴输出侧线圈设置;
输入侧线圈绕组和输出侧线圈绕组的绕制方式为:先绕制输入侧辅助线圈,再绕制输入侧线圈,再绕制输出侧线圈,最后绕制输出侧辅助线圈,以确保输入能量最大程度耦合到输出侧线圈绕组能量端,以提高耦合效率。
3.根据权利要求2所述的磁隔离反馈电源变换电路,其特征在于,输入功率电路,包括:LC滤波电路和初级斩波电路;其中,由电源变换器输入端输入的直流电压经LC滤波电路滤波处理后,经由高频变压器输入侧线圈传递至初级斩波电路,通过初级斩波电路进行初级斩波处理后,再经由高频变压器输入侧线圈耦合至高频变压器输出侧线圈,进而传递至输出功率电路;其中,初级斩波电路的开通占空比通过输出驱动控制电路进行调节控制。
4.根据权利要求3所述的磁隔离反馈电源变换电路,其特征在于,输出功率电路,包括:次级斩波电路和LC滤波储能电路;其中,次级斩波电路对经由高频变压器输入侧线圈耦合至高频变压器输出侧线圈的电压进行次级斩波处理,通过调节次级斩波电路的开关状态,实现对耦合到高频变压器输出侧电压的整流续流处理,得到整流电压;LC滤波储能电路将次级斩波电路输出的整流电压平滑送至电源变换器输出端,并经由电源变换器输出端输出。
5.根据权利要求4所述的磁隔离反馈电源变换电路,其特征在于,输出功率电路,还包括:滤波环电感;其中,滤波环电感串联接入LC滤波储能电路或外贴在LC滤波储能电路走线外侧,实现对整流电压的平滑处理;滤波环电感为:根据不同工作频率和扰动频率,选择相应的软磁铁氧体材质材料制备得到。
6.根据权利要求4所述的磁隔离反馈电源变换电路,其特征在于,上电启动电路,包括:输入启动电路、定频控制电路、启振变压器和输出整流电路;
输入启动电路、定频控制电路、启振变压器和输出整流电路依次连接;
输入启动电路的输入端与LC滤波电路连接,用于接收经由LC滤波电路滤波处理后的直流电压,将经由LC滤波电路滤波处理后的直流电压转换降低为固定电压;
定频控制电路,用于在输入启动电路输出的固定电压控制下,输出频率固定占空比固定的驱动电平信号;
启振变压器,用于将频率固定占空比固定的驱动电平信号传递给输出整流电路;以及,通过改变启振变压器匝比,实现对频率固定占空比固定的驱动电平信号的信号值的调节;其中,启振变压器输出的频率固定占空比固定的驱动电平信号为方波信号;
输出整流电路,用于将方波信号转换为固定的电平信号,将转换后的固定的电平信号提供给PWM主控制器,为PWM主控制器提供上电启动能量;同时,将转换后的固定的电平信号为输入辅助电源电路提供冗余备份功能;其中,转换后的固定的电平信号低于输入辅助电源电路的输出电压,当输入辅助电源电路的输出电压异常时,将转换后的固定的电平信号提供给输入功率电路、输入驱动控制电路和输出驱动控制电路,为输入功率电路、输入驱动控制电路和输出驱动控制电路提供工作能量,保证电路继续工作。
7.根据权利要求6所述的磁隔离反馈电源变换电路,其特征在于,输出驱动控制电路,包括:输出辅助电源、同步整流电路、电压采样电路和电压误差比较电路;
输出辅助电源一端与高频变压器输出侧辅助线圈连接,用于将经由高频变压器输出侧线圈耦合到输出侧辅助线圈的电压转换成辅助电源电平信号,将辅助电源电平信号供给PWM主控制器,接替上电启动电路为PWM主控制器的持续工作提供能量,同时为同步整流电路提供能量,增强同步整流电路的驱动能力和抗高频干扰能力;
同步整流电路,用于接收PWM主控制器输出的输出功率电路驱动控制信号,根据输出功率电路驱动控制信号实现对次级斩波电路的开通占空比的调节;
电压采样电路与LC滤波储能电路连接,用于对LC滤波储能电路输出的整流电压进行实时采样,得到电压采样值;
电压误差比较电路,用于将由电压采样电路采样得到的电压采样值与目标参考电压值进行比较,将比较结果输出至PWM主控制器,以便PWM主控制器根据比较结果实现对输入功率电路的控制;
其中,同步整流电路在根据输出功率电路驱动控制信号实现对次级斩波电路的控制时,包括:
若电源变换器的拓扑结构为正激类电源拓扑结构,则对输出功率电路驱动控制信号进行驱动能力扩容和抗扰整形处理后,发送至次级斩波电路,实现对次级斩波电路的开关占空比大小控制,最终实现对次级斩波电路的控制;
若电源变换器的拓扑结构为反激类拓扑结构,则对输出功率电路驱动控制信号进行电状态信号转换和驱动能力扩容以及抗扰整形处理后,发送至次级斩波电路,实现对次级斩波电路的开关占空比大小控制,最终实现对次级斩波电路的控制。
8.根据权利要求7所述的磁隔离反馈电源变换电路,其特征在于,PWM主控制器根据在比较结果实现对输入功率电路的控制时,包括:
若比较结果为电压采样值低于目标参考电压值,则生成第一输入功率电路驱动控制信号,由输入驱动控制电路根据第一输入功率电路驱动控制信号增加初级斩波电路的开通时间,提高占空比大小;
若比较结果为电压采样值高于目标参考电压值,则生成第二输入功率电路驱动控制信号,由输入驱动控制电路根据第二输入功率电路驱动控制信号减少初级斩波电路的开通时间,降低占空比大小。
9.根据权利要求7所述的磁隔离反馈电源变换电路,其特征在于,PWM主控制器、电压采样电路和电压误差比较电路均设置在都在磁隔离反馈电源变换电路输出侧,可直接将电压采样电路和电压误差比较电路生成的信号送入PWM主控制器,不需要隔离转换电路,采样频率快,采样控制精度高。
10.根据权利要求7所述的磁隔离反馈电源变换电路,其特征在于,输入驱动控制电路,包括:输入辅助电源、驱动变压器和高频扰动驱动电路;
驱动变压器,用于接收PWM主控制器输出的第一输入功率电路驱动控制信号或第二输入功率电路驱动控制信号,将第一输入功率电路驱动控制信号或第二输入功率电路驱动控制信号变比转换为要求的输入侧驱动电平信号;
高频扰动驱动电路,用于对输入侧驱动电平信号进行抗扰性和驱动能力扩容处理,将处理后的信号送入初级斩波电路,实现对初级斩波电路的开通时间的控制;
输入辅助电源,用于为输入驱动控制电路提供驱动能量,实现对第一输入功率电路驱动控制信号或第二输入功率电路驱动控制信号的驱动能力的扩充,达到对高压大电流驱动要求;其中,输入启动电路转换的固定电压作为输入辅助电源的备份。
CN202011382343.0A 2020-11-30 2020-11-30 一种磁隔离反馈电源变换电路 Pending CN112467992A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011382343.0A CN112467992A (zh) 2020-11-30 2020-11-30 一种磁隔离反馈电源变换电路

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011382343.0A CN112467992A (zh) 2020-11-30 2020-11-30 一种磁隔离反馈电源变换电路

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112467992A true CN112467992A (zh) 2021-03-09

Family

ID=74806013

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011382343.0A Pending CN112467992A (zh) 2020-11-30 2020-11-30 一种磁隔离反馈电源变换电路

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112467992A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112968425A (zh) * 2021-04-30 2021-06-15 重庆斯微奇电子技术有限公司 一种开关电源次级短路保护电路
CN113643882A (zh) * 2021-06-30 2021-11-12 北京精密机电控制设备研究所 一种耐高温自供电式宽禁带功率器件驱动控制电路

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102047542A (zh) * 2008-03-27 2011-05-04 保尔王有限公司 用于为功率变换器提供初始偏置和启用信号的方法和设备
CN102342007A (zh) * 2009-01-19 2012-02-01 伟创力国际美国公司 用于功率转换器的控制器
US20170033698A1 (en) * 2015-07-31 2017-02-02 Texas Instruments Incorporated Flyback converter with secondary side regulation
CN110073584A (zh) * 2017-01-12 2019-07-30 戴泺格半导体股份有限公司 混合次级侧调节
CN111917300A (zh) * 2020-09-17 2020-11-10 中国电子科技集团公司第四十三研究所 一种次级控制隔离型dc/dc变换器电路拓扑结构
CN212695907U (zh) * 2020-07-23 2021-03-12 中国电子科技集团公司第四十三研究所 一种包含同步整流时序传递的双向磁隔离反馈电路

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102047542A (zh) * 2008-03-27 2011-05-04 保尔王有限公司 用于为功率变换器提供初始偏置和启用信号的方法和设备
CN102342007A (zh) * 2009-01-19 2012-02-01 伟创力国际美国公司 用于功率转换器的控制器
US20170033698A1 (en) * 2015-07-31 2017-02-02 Texas Instruments Incorporated Flyback converter with secondary side regulation
CN110073584A (zh) * 2017-01-12 2019-07-30 戴泺格半导体股份有限公司 混合次级侧调节
CN212695907U (zh) * 2020-07-23 2021-03-12 中国电子科技集团公司第四十三研究所 一种包含同步整流时序传递的双向磁隔离反馈电路
CN111917300A (zh) * 2020-09-17 2020-11-10 中国电子科技集团公司第四十三研究所 一种次级控制隔离型dc/dc变换器电路拓扑结构

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112968425A (zh) * 2021-04-30 2021-06-15 重庆斯微奇电子技术有限公司 一种开关电源次级短路保护电路
CN112968425B (zh) * 2021-04-30 2023-02-21 重庆斯微奇电子技术有限公司 一种开关电源次级短路保护电路
CN113643882A (zh) * 2021-06-30 2021-11-12 北京精密机电控制设备研究所 一种耐高温自供电式宽禁带功率器件驱动控制电路

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN202282743U (zh) 一种谐振变换器控制装置
JP4844674B2 (ja) スイッチング電源装置
CN109687720B (zh) 一种宽输入电压范围谐振型变换装置及其控制方法
CN111030462B (zh) 一种有源钳位反激变换器及控制方法
CN201054545Y (zh) 中功率多路输出薄型开关电源
CN112467992A (zh) 一种磁隔离反馈电源变换电路
CN202978737U (zh) 一种宽输入电压范围反激电路
CN101232753B (zh) 一种电磁炉准谐振软开关高频变换器
CN109302078B (zh) 基于同步整流模式的dc-dc开关电源
CN203482094U (zh) 一种高效的电源转换装置
CN103441690B (zh) 高频交流侧串联实现紧调整输出的组合变流器的控制方法
CN209805684U (zh) 一种自激驱动的电源电路
CN211184343U (zh) 一种led驱动器
CN209963957U (zh) 一种定频谐振式直流变换装置
CN211151627U (zh) 一种基于llc拓扑结构的无线供电电路
CN108879982B (zh) 双稳态原边恒流磁感应耦合无线充电装置及其使用方法
CN115441746A (zh) 一种宽输入范围内输出电压可调节的直流变换器拓扑结构
CN114649955A (zh) 一种具有输出电压调节能力的直流变换器拓扑结构
CN108695995B (zh) 一种高效率谐振型无线电能传输系统
CN108054923B (zh) 一种拓扑组合型多谐振元件谐振软开关直流变换器
CN218449869U (zh) 一种llc谐振变换器调控装置
CN113765414B (zh) 一种宽输出acdc变换电路及控制方法
CN217522746U (zh) 一种多路输出列车控制电源电路
CN115864859B (zh) 一种新型pwm控制软开关半桥dc-dc变换器
CN115208206B (zh) 一种CLLC谐振电路与Buck-Boost电路组合的三端口双向DC-DC变换器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210309

RJ01 Rejection of invention patent application after publication