CN115877062A - 高隔离电压的副边采样电路及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高隔离电压的副边采样电路及装置，通过第一变压器、多谐振荡器及第二变压器构成高隔离电压的副边采样电路，第一变压器的原边绕组与供电端电性连接，第一变压器的副边绕组与多谐振荡器的输入端电性连接，多谐振荡器的输出端与第二变压器的副边绕组电性连接，第二变压器的原边绕组与PWM控制器电性连接。本技术方案在进行实施时，由于采用第二变压器作为隔离器件，其隔离电压可达1万伏，满足隔离电压高的需求，并且在此基础上能够降低多谐振荡器对副边采样电压的采样难度；同时，基于多谐振荡器的设置，副边的多揩振荡器反馈回来的采样电压能达到2V～60V，即能够支持采样的电源电压范围较宽，满足绝大多数的工程应用了，适用性强。

Description

高隔离电压的副边采样电路及装置

技术领域

本发明涉及电路控制技术领域，具体涉及高隔离电压的副边采样电路及装置。

背景技术

目前，在高压电源或功率器件驱动电路中，常常使用隔离电源，原副边需要较高的隔离电压，此时，对副边电压采样变得困难。市面上的隔离方案大多使用光耦、光纤、数字隔离等，其中，光耦有寿命限制，光纤体积大，数字隔离的隔离电压低。且现有的对副边电压采样不仅困难，往往范围也小，不适用于大多数的工程。

因此，现有技术有待于改善。

发明内容

本发明的主要目的在于提出一种高隔离电压的副边采样电路及装置，以至少解决相关技术中驱动电路所存在的副边电压采样困难的技术问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种高隔离电压的副边采样电路，所述副边采样电路包括第一变压器、多谐振荡器及第二变压器；所述第一变压器的原边绕组用于与供电端电性连接，所述第一变压器的副边绕组用于与所述多谐振荡器的输入端电性连接，所述多谐振荡器的输出端用于与所述第二变压器的副边绕组电性连接，所述第二变压器的原边绕组用于与所述PWM控制器电性连接。

本发明实施例的第二方面提供了一种电源控制装置，包括电源、PWM控制器和如第一方面的副边采样电路，所述电源的供电端与所述副边采样电路的输入端电性连接，所述PWM控制器与所述副边采样电路的输出端电性连接。

本发明的一种高隔离电压的副边采样电路及装置，通过第一变压器、多谐振荡器及第二变压器构成高隔离电压的副边采样电路，第一变压器的原边绕组用于与供电端电性连接，第一变压器的副边绕组用于与多谐振荡器的输入端电性连接，多谐振荡器的输出端用于与第二变压器的副边绕组电性连接，第二变压器的原边绕组用于与PWM控制器电性连接。通过本申请技术方案的实施，一方面，由于采用第二变压器作为隔离器件，其隔离电压可达1万伏，满足隔离电压高的需求，并且在此基础上能够降低多谐振荡器对副边采样电压的采样难度；另一方面，基于多谐振荡器的设置于第一变压器的副边绕组、第二变压器的副边绕组之间，基于采样电压可以由多谐振荡器内的三极管的特性决定，通常能做到2V～60V，也就是说副边的多揩振荡器反馈回来的采样电压能达到2V～60V，即能够支持采样的电源电压范围较宽，能够满足绝大多数的工程应用了，适用性强。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例中所提供的高隔离电压的副边采样电路的电路连接示意图；

图2为本发明一实施例中所提供的高隔离电压的副边采样电路的电路连接示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要注意的是，相关术语如“第一”、“第二”等可以用于描述各种组件，但是这些术语并不限制该组件。这些术语仅用于区分一个组件和另一组件。例如，不脱离本发明的范围，第一组件可以被称为第二组件，并且第二组件类似地也可以被称为第一组件。术语“和/或”是指相关项和描述项的任何一个或多个的组合。

请参阅图1，图1示出本发明实施例的高隔离电压的副边采样电路的电路连接示意图，其具体包括第一变压器T1、多谐振荡器10及第二变压器T2，第一变压器T1、多谐振荡器10及第二变压器T2依次连接；第一变压器T1的原边绕组用于与供电端电性连接，第一变压器T1的副边绕组用于与多谐振荡器10的输入端电性连接，多谐振荡器10的输出端用于与第二变压器T2的副边绕组电性连接，第二变压器T2的原边绕组用于与PWM控制器电性连接。

具体的，第一变压器T1是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，在本实施例中主要起到电压变换作用。其原边绕组(图1中T1左边一侧的绕组)用于与供电端(电源上的供电端)连接并接收供电端的供电电压，第一变压器T1的副边绕组(图1中T1右边一侧的绕组)用于输出第一工作电压。其中，当供电电压经过第一变压器T1时，会被转换成第一工作电压从第一变压器T1的副边绕组输出。

具体的，多谐振荡器10表示利用深度正反馈，通过阻容耦合使两个电子器件交替导通与截止，从而自激产生方波输出的振荡器。多谐振荡器10没有稳态，只有两个暂稳态(第一工作状态、第二工作状态)。在工作时，电路的状态在这两个暂稳态之间自动地交替变换，由此产生矩形波脉冲信号，常用作脉冲信号源及时序电路中的时钟信号。即其的输入端用于采集来自第一变压器T1的第一工作电压(采样电压)，多谐振荡器10的输出端用于输出第二工作电压；其中，当第一工作电压经过多谐振荡器10时，会被转换成第二工作电压从多谐振荡器10的输出端输出。

具体的，第二变压器T2同样为利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，但在本实施来中其主要起到的为隔离作用。第二变压器T2的副边绕组(图1中T2右边一侧的绕组)用于接收来自多谐振荡器10的第二工作电压，第二变压器的原边绕组用于输出第三工作电压至PWM控制器。

本技术方案在进行实施时，一方面，由于采用第二变压器T2作为隔离器件，其隔离电压可达1万伏，满足隔离电压高的需求，并且在此基础上能够降低多谐振荡器对副边采样电压的采样难度；另一方面，基于多谐振荡器10的设置于第一变压器T1的副边绕组、第二变压器T2的副边绕组之间，基于采样电压可以由多谐振荡器10内的三极管的特性决定，即可以通过对多谐振荡器10内的器件的配置进行选配，来实现各种不同大小的采样电压，通常能做到2V～60V，也就是说副边的多揩振荡器反馈回来的采样电压能达到2V～60V，即能够支持采样的电源电压范围较宽，能够满足绝大多数的工程应用了，适用性强。另外，与传统的使用光耦、光纤、数字隔离作为隔离方案相比，还具备低成本、器件少、寿命长、易于实现等优势。

请参阅图2，副边采样电路还包括第一整流滤波电路20，该第一整流滤波电路20电性连接于第一变压器T1的副边绕组与多谐振荡器10的输入端之间；其主要起到对来自第一变压器T1所输出的第一工作电压进行整流滤波作用。即当上述实施来中包含第一整流滤波电路20后，第一整流滤波电路20对自第一变压器T1所输出的第一工作电压进行整流滤波，得到第四工作电压，该第四工作电压会被传输至多谐振荡器10的输入端，由多谐振荡器10对其进行处理，将所得到的第二工作电压反馈至第二变压器T2的副边绕组。

其中，第一整流滤波电路20可以包含第一二极管D1及第三电容C3，该第一二极管D1的阳极与第一变压器T1的副边绕组的同名端电性连接，第一二极管D1的阴极同时与多谐振荡器10的输入端、第三电容C3的一端电性连接，第三电容C3的另一端接地。即通过第一二极管D1及第三电容C3组成第一整流滤波电路20，来对第一工作电压进行滤波处理。

在本实施例的一些具体实施方式中，多谐振荡器10包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1、第二电容C2、第一三极管Q1及第二三极管Q2。上述电子元器件之间的具体连接关系如下：第一电阻R1的一端同时与第二电阻R2的一端、第三电阻R3的一端、第四电阻R4的一端、第一整流滤波电路20电性连接，第一电阻R1的另一端同时与第一电容C1的一端、第一三极管Q1的集电极、第二变压器T2的副边绕组的同名端电性连接，第一三极管Q1的基极同时与第二电容C2的一端、第三电阻R3的另一端电性连接，第一三极管Q1的发射极接地，第一电容C1的另一端同时与第二电阻R2的另一端、第二三极管Q2电性连接，第二三极管Q2的集电极同时与第二电容C2的另一端、第四电阻R4的另一端、第二变压器T2的副边绕组的异名端电性连接，第二三极管Q2接地。

具体的，多谐振荡器10通过以上电子元器件配置，在进行实施时，其具备两种交互的工作状态：当多谐振荡器10处于第一工作状态时，第一三极管Q1进入导通状态，其集电极电压为Vce sat(Vce sat约为0V)，第一电容C1由流经第二电阻R2及Q1_CE的电流放电，由于第一电容C1提供反电压，使得第二三极管Q2进入截止状态，第二电容C2经由第四电阻R4及Q1_BE充电，输出电压为高(但因C2经由R4充电的缘故，较电源电压稍低)。此状态一直持续到第一电容C1放电完成。其中，第二工作电压等于第一工作电压与第一三极管的导通压降的差。

进一步，由于第二电阻R2提供基极偏置使得第二三极管Q2进入导通状态，多谐振荡器10进入状态二，即当多谐振荡器10处于第二工作状态时，第二三极管Q2进入导通状态，Q2的集电极电压(即是输出电压)由高电位变为Vce sat，由于第二电容C2提供反电压，使第一三极管Q1瞬间截止，Q1截止，使得Q1集电极电压上升到高电位，C1经由R1及Q2_BE充电，C1流经R3以及Q2_CE的电流放电，由于电容C2提供反电压，使得Q1截止。此状态一直持续到直到C2放电完毕，由于R3对Q1基极提供偏置电压，Q1导通，又导致多谐振荡器10进入状态一，也即多谐振荡器10在第一工作状态、第二工作状态中交互工作，第二工作电压等于第一工作电压与第二三极管的导通压降的差。

应当说明的是，由于第一三极管的导通延时时间不同于第二三极管的导通延时时间，则在多谐振荡器电路启动过程：当电路刚接上电源时，两个晶体管(Q1、Q2)都是截止状态。不过，当这两个晶体管的基极电压一起上升时，由于晶体管制造过程中不可能把每个晶体管的导通延时控制得一样，所以必然有其中一个晶体管先导通。于是此电路便进入其中一种状态，而且也保证可以持续振荡。

其中，多谐振荡器的振荡周期T＝1.4*R2*C2，第二电阻R2的电阻值等同于第三电阻R3的电阻值，第一电阻R1的电阻值等同于第四电阻R4的电阻值，第二电容C2的电容值等于第三电容C3的电容值，第二电阻R2的电阻值大于第一电阻R1的电阻值。由于器件的制造误差、温度对多谐振荡器振荡周期产生影响，但是这里振荡周期并不影响采样精度，只要Q1、Q2饱和导通，其输出电压约等于VCC(采样电压)-Vce sat。

在本实施的一些具体实施方式中，副边采样电路还包括第二整流滤波电路30，第二整流滤波电路电性连接于第二变压器T2的原边绕组与PWM控制器之间，其起到对来自第二变压器T2所输出的第三工作电压进行整流滤波处理。

其中，第二整流滤波电路30可以包括第二二极管D2及第四电容C4，第二二极管D2的阳极与第二变压器T2的原边绕组的同名端电性连接，第二二极管D2的阴极同时与第四电容C4的一端、PWM控制器电性连接，第四电容C4的另一端与PWM控制器电性连接。即通过第二二极管D2及第四电容C4组成的第二整流滤波电路30，对从第二变压器T2的原边绕组的同名端输出的第三工作电压进行整流滤波处理，将所得到第五工作电压反馈至PWM控制器，从而为PWM控制器提供较稳定的副边采样电压。

在本实施的一些具体实施方式中，副边采样电路还包括分压电路40，分压电路40电性连接于第二整流滤波电路30与PWM控制器之间，该分压电路40可以起到对于第五工作电压的分压处理作用，为后续PWM控制器提供保护作用，防止分压值超过后级电路供电。

在本实施的一些具体实施方式中，第一三极管为NPN型三极管，第二三极管为NPN型三极管，NPN型三极管是指由两块N型半导体中间夹着一块P型半导体所组成的三极管；也称为晶体三极管，可以说它是电子电路中最重要的器件。三极管是电子电路中最重要的器件，它最主要的功能是电流放大和开关作用，它可以把微弱的电信号变成一定强度的信号，当然这种转换仍然遵循能量守恒，它只是把电源的能量转换成信号的能量。

在本发明的实施例中，还提供了一种电源控制装置，其包括电源、PWM控制器和上述的副边采样电路，电源的供电端与副边采样电路的输入端电性连接，PWM控制器与副边采样电路的输出端电性连接。如此，通过副边采样电路的宽范围的采样电压，能够适配不同供电电压的电源，提高适配性。

与传统的采用光耦、光纤、数字隔离作为隔离器件的驱动电路相比，本技术方案由于采用第二变压器T2作为隔离器件，其隔离电压可达1万伏，满足隔离电压高的需求，并且在此基础上能够降低多谐振荡器对副边采样电压的采样难度；基于多谐振荡器10的设置于第一变压器T1的副边绕组、第二变压器T2的副边绕组之间，基于采样电压可以由多谐振荡器10内的三极管的特性决定，即可以通过对多谐振荡器10内的器件的配置进行选配，来实现各种不同大小的采样电压，通常能做到2V～60V，也就是说副边的多揩振荡器反馈回来的采样电压能达到2V～60V，即能够支持采样的电源电压范围较宽，能够满足绝大多数的工程应用了，适用性强。另外，与传统的使用光耦、光纤、数字隔离作为隔离方案相比，还具备低成本、器件少、寿命长、易于实现等优势。

需要说明的是，对于前述的各电路实施例，为了简便描述，故将其都表述为电路中各电子元器件的连接关系，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的电子元器件的型号的限制，因为依据本申请，某些电子元器件的型号可以根据实际需求、具体供电大小进行选择。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定都是本申请所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种高隔离电压的副边采样电路，其特征在于，所述副边采样电路包括第一变压器、多谐振荡器及第二变压器；

其中，所述第一变压器的原边绕组用于与供电端电性连接，所述第一变压器的副边绕组与所述多谐振荡器的输入端电性连接，所述多谐振荡器的输出端与所述第二变压器的副边绕组电性连接，所述第二变压器的原边绕组用于与PWM控制器电性连接。

2.如权利要求1所述高隔离电压的副边采样电路，其特征在于，所述副边采样电路还包括第一整流滤波电路；

所述第一整流滤波电路电性连接于所述第一变压器的副边绕组与所述多谐振荡器的输入端之间。

3.如权利要求2所述高隔离电压的副边采样电路，其特征在于，所述多谐振荡器包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容、第二电容、第一三极管及第二三极管；

所述第一电阻的一端同时与所述第二电阻的一端、所述第三电阻的一端、所述第四电阻的一端、所述第一整流滤波电路电性连接，所述第一电阻的另一端同时与所述第一电容的一端、第一三极管的集电极、所述第二变压器的副边绕组的同名端电性连接，所述第一三极管的基极同时与第二电容的一端、所述第三电阻的另一端电性连接，所述第一三极管的发射极接地，所述第一电容的另一端同时与所述第二电阻的另一端、所述第二三极管电性连接，所述第二三极管的集电极同时与所述第二电容的另一端、所述第四电阻的另一端、所述第二变压器的副边绕组的异名端电性连接，所述第二三极管接地。

4.如权利要求3所述高隔离电压的副边采样电路，其特征在于，所述第一三极管的导通延时时间不同于所述所述第二三极管的导通延时时间。

5.如权利要求3所述高隔离电压的副边采样电路，其特征在于，所述第二电阻的电阻值等同于所述第三电阻的电阻值，所述第一电阻的电阻值等同于所述第四电阻的电阻值，所述第二电容的电容值等于所述第三电容的电容值，所述第二电阻的电阻值大于所述第一电阻的电阻值。

6.如权利要求3所述高隔离电压的副边采样电路，其特征在于，

当所述多谐振荡器处于第一工作状态时，所述第一三极管进入导通状态，所述第二三极管进入截止状态，所述第二工作电压等于所述第一工作电压与所述第一三极管的导通压降的差；

当所述多谐振荡器处于第二工作状态时，所述第二型三极管进入导通状态，所述第一三极管进入截止状态，所述第二工作电压等于所述第一工作电压与所述第二三极管的导通压降的差。

7.如权利要求1所述高隔离电压的副边采样电路，其特征在于，所述副边采样电路还包括第二整流滤波电路；

所述第二整流滤波电路电性连接于所述第二变压器的原边绕组与所述PWM控制器之间。

8.如权利要求7所述高隔离电压的副边采样电路，其特征在于，所述副边采样电路还包括分压电路；

所述分压电路电性连接于所述第二整流滤波电路与所述PWM控制器之间。

9.如权利要求3所述高隔离电压的副边采样电路，其特征在于，所述第一三极管为NPN型三极管，所述第二三极管为NPN型三极管。

10.一种电源控制装置，其特征在于，包括电源、PWM控制器和如权利要求1至9中任一项所述副边采样电路，所述电源的供电端与所述副边采样电路的输入端电性连接，所述PWM控制器与所述副边采样电路的输出端电性连接。

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