CN214045447U - 反激式功率变换器及其控制器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种反激式功率变换器及其控制器，包括变压器、控制器、功率开关、第一输出整流滤波电路以及电压反馈电路，其中：变压器，原边绕组的第一端接收直流输入电压，原边绕组的第二端与功率开关的第一端耦接；第一输出整流滤波电路连接在第一副边绕组的两端，对第一副边绕组两端的电压进行整流滤波产生第一输出电压；电压反馈电路，与第一输出整流滤波电路耦接，对第一输出电压进行采样获得反馈信号；控制器，其输入端与电压反馈电路的输出端耦接，其输出端与功率开关的控制端耦接，响应于反馈信号生成驱动信号并输出至功率开关的控制端，以控制功率开关导通与断开；功率开关，其第二端接地。上述方案能够简化反激式功率变换器的结构复杂度。

Description

反激式功率变换器及其控制器

技术领域

本实用新型涉及电源技术领域，尤其涉及一种反激式功率变换器及其控制器。

背景技术

功率变换器被广泛应用于各种电子应用场合，其中反激式功率变换器以其体积小、电路结构简单、成本低的优点，在小功率电源中被广泛应用。传统的反激式功率变换器包括整流滤波电路、变压器、功率开关、控制器、反馈控制电路、电流检测电路等部分，反馈控制电路通常由光耦合器、误差放大器、补偿网络等组成。

然而，反馈控制电路的结构通常较为复杂，元器件个数较多，反激式功率变换器的控制器的外围电路结构较为复杂，且成本较高。

实用新型内容

本实用新型解决的问题是如何减少反激式功率变换器的结构复杂度，降低成本。

为解决上述问题，本实用新型提供一种反激式功率变换器，包括：变压器、控制器、功率开关、第一输出整流滤波电路以及电压反馈电路，其中：所述变压器，包括原边绕组和第一副边绕组；所述原边绕组的第一端接收直流输入电压，所述原边绕组的第二端与所述功率开关的第一端耦接；第一输出整流滤波电路连接在所述第一副边绕组的两端，对所述第一副边绕组两端的电压进行整流滤波产生第一输出电压；所述电压反馈电路，与所述第一输出整流滤波电路耦接，对所述第一输出电压进行采样获得反馈信号；所述控制器，其输入端与所述电压反馈电路的输出端耦接，接收反馈信号；其输出端与所述功率开关的控制端耦接，响应于所述反馈信号生成驱动信号并输出至所述功率开关的控制端，以控制所述功率开关导通与断开；所述功率开关，其第二端接地。

可选的，所述控制器，包括：误差放大器、控制信号生成电路、驱动电路以及补偿网络，其中：所述误差放大器，其第一输入端输入参考电压，其第二输入端输入所述反馈信号，根据所述参考电压和所述反馈信号产生误差信号；所述补偿网络，其第一端与所述控制信号生成电路的第一输入端、所述误差放大器的输出端耦接，其第二端接地，根据所述误差信号生成所述补偿信号；所述控制信号生成电路，其第一输入端与所述误差放大器的输出端连接，接收所述补偿信号，响应于所述补偿信号生成所述控制信号；所述驱动电路，其输入端与所述控制信号生成电路的输出端连接，所述驱动电路的输出端与所述控制器的输出端耦接，根据所述控制信号生成所述驱动信号。

可选的，所述反激式功率变换器还包括：电流检测电路，其第一端与所述功率开关的第二端、所述控制信号生成电路的第二输入端耦接，其第二端接地，所述电流检测电路对流经所述功率开关的电流进行检测，获得表征输出电流大小的采样信号并输出至所述控制信号生成电路；所述控制信号生成电路，响应于所述采样信号与所述补偿信号之间的比较结果，输出所述控制信号。

可选的，所述电压反馈电路包括：第一电阻和第二电阻，其中：所述第一电阻，其第一端与所述电压反馈电路的输入端耦接，其第二端与所述电压反馈电路的输出端耦接；所述第二电阻，其第一端与所述电压反馈电路的输出端耦接，其第二端与地耦接。

可选的，所述反激式功率变换器还包括：输入整流滤波电路；所述输入整流滤波电路接收交流输入电压，对所述交流输入电压进行整流滤波产生直流输入电压并经由其输出端输出。

可选的，所述功率开关包括NMOS管；所述NMOS管，其漏极与所述功率开关的第一端耦接，其源极与所述功率开关的第二端耦接，其栅极与所述功率开关的控制端耦接。

可选的，所述原边绕组与所述第一副边绕组共地。

可选的，所述变压器还包括：第二副边绕组以及第二输出整流滤波电路，其中：所述第二输出整流滤波电路连接在所述第二副边绕组的两端，对所述第二副边绕组两端的电压进行整流滤波产生第二输出电压。

可选的，所述控制器与所述功率开关集成在同一芯片中。

本实用新型实施例还提供了一种用于反激式功率变换器的控制器，所述反激式功率变换器包括功率开关；所述控制器的输入端输入表征所述反激式功率变换器的输出电压大小的反馈信号，响应于所述反馈信号生成驱动信号并输出至所述功率开关的控制端，以控制所述功率开关的导通与断开；所述控制器包括：误差放大器、控制信号生成电路、驱动电路以及补偿网络，其中：所述误差放大器，其第一输入端输入参考电压，其第二输入端输入所述反馈信号，根据所述参考电压和所述反馈信号产生误差信号；所述补偿网络，其第一端与所述控制信号生成电路的第一输入端、所述误差放大器的输出端耦接，其第二端接地；所述控制信号生成电路，其第一输入端与所述误差放大器的输出端连接，接收所述补偿信号，响应于所述补偿信号生成所述控制信号；所述驱动电路，其输入端与所述控制信号生成电路的输出端连接，所述驱动电路的输出端与所述控制器的输出端耦接，根据所述控制信号生成所述驱动信号。

可选的，所述控制器，其第二输入端输入表征流经所述功率开关的电流大小的采样信号；所述控制信号生成电路接收所述采样信号，响应于所述采样信号与所述补偿信号之间的比较结果，输出所述控制信号。

可选的，所述控制器与所述功率开关集成在同一芯片中。

与现有技术相比，本实用新型的技术方案具有以下优点：

电压反馈电路从反激式功率变换器的输出端直接对输出电压进行采样并反馈至控制器，控制器根据反馈信号生成与之对应的控制信号并输出至功率开关，以控制功率开关的导通或断开。无需设置光耦合器等其他外围器件，从而可以减少反激式功率变换器中元器件的个数，节约了成本并减少了损耗，提高了系统效率。

进一步，控制器内置了误差放大器、控制信号生成电路、驱动电路以及补偿网络，将误差放大器、控制信号生成电路、驱动电路以及补偿网络等集成在一控制芯片内，能够减少控制芯片的外围器件的数量，节约了成本，减少了电路体积，有利于电路小型化的发展。

附图说明

图1是本实用新型实施例中的一种反激式功率变换器的结构示意图；

图2是本实用新型实施例中的另一种反激式功率变换器的结构示意图；

图3是本实用新型实施例中的又一种反激式功率变换器的结构示意图；

图4是现有的一种反激式功率变换器的结构示意图。

具体实施方式

参照图4，给出了现有的一种反激式功率变换器的结构示意图。图4中，交流输入电压Vac经过输入整流滤波电路401后，产生直流输入电压Vin。直流输入电压Vin输入至变压器402的原边绕组W1。控制器403包括与原边绕组W1串联连接的功率开关，控制器403通过反馈控制电路404获得输出端Vout的输出电压的反馈信号FB，与通过电流检测电路405获取的流经功率开关的电流检测信号CS进行比较，获得PWM控制信号，控制功率开关的导通和断开。

从图4中可知，反馈控制电路404包括误差放大器、光耦合器、补偿网络等，结构通常较为复杂，元器件个数较多，进而导致控制器403的外围电路较为复杂，反激式功率变换器的元器件个数较多，且成本较高。

在本实用新型实施例中，控制器通过有分压电阻组成的电压反馈电路从反激式功率变换器的输出端直接对输出电压直接进行采样，内置误差放大器、控制信号生成电路、驱动电路以及补偿网络，控制器根据电压反馈电路产生的反馈电压，生成与之对应的控制信号并输出至功率开关，以控制功率开关的导通或断开。无需设置光耦合器等外围器件，简化了控制器的外围电路以及反激式功率变换器的电路结构，从而可以减少反激式功率变换器中元器件的个数，节约了成本并减少了损耗，提高了系统效率。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。

参照图1，本实用新型实施例提供了一种反激式功率变换器。在本实用新型实施例中，反激式功率变换器包括：变压器102、控制器103、第一输出整流滤波电路104、功率开关105以及电压反馈电路106。

在具体实施中，变压器102包括原边绕组和第一副边绕组，变压器102的原边绕组的第一端(即原边绕组的异名端)接收直流输入电压Vin，变压器102的原边绕组的第二端(即原边绕组的同名端)与功率开关105的第一端耦接，第一输出整流滤波电路104并联连接在变压器102的第一副边绕组的两端，对所述第一副边绕组两端的电压进行整流滤波产生第一输出电压，变压器102的第一副边绕组的第二端(即第一副边绕组的同名端)接地。

在本实用新型实施例中，变压器102的原边绕组与第一副边绕组共地，无需设置光耦合器，原边绕组与第一副边绕组之间不用隔离。

在具体实施中，第一输出整流滤波电路104连接在变压器102的第一副边绕组的第一端和第二端之间，对变压器102的第一副边绕组两端的电压进行整流和滤波，得到第一输出电压，第一输出整流滤波电路104的输出端与反激式功率变换器的输出端VOUT1耦接。

电压反馈电路106的输入端与第一输出整流滤波电路104的输出端耦接，电压反馈电路106的输出端与控制器103的输入端耦接。电压反馈电路106可以对反激式功率变换器的第一输出电压进行采样，得到反馈信号VFB，并将反馈信号VFB输出至控制器103的输入端。

控制器103的输入端与电压反馈电路106的输出端耦接，控制器103的输出端与功率开关105的控制端耦接。控制器103根据电压反馈电路106的输出端的反馈信号VFB，生成控制信号并输出至功率开关105的控制端，以控制功率开关105导通或断开，进一步，实现反激式功率变换器的输出恒压控制，稳定输出电压。

功率开关105的第一端与变压器102的原边绕组的第二端耦接，功率开关105的第二端与地耦接，功率开关105的控制端与控制器103的输出端耦接，接收控制器103产生的控制信号。

在具体实施中，反激式功率变换器还可以包括输入整流滤波电路101。输入整流滤波电路101可以对输入的交流输入电压Vac进行整流滤波，得到直流输入电压Vin并输出。

在本实用新型实施例中，输入整流滤波电路101的输入端输入交流输入电压Vac，输入整流滤波电路101的正输出端与变压器102的原边绕组的第一端(即原边绕组的异名端)耦接。输入整流滤波电路101对输入的交流输入电压Vac进行整流、滤波等处理，得到与交流输入电压Vac对应的直流输入电压Vin，并将直流输入电压Vin输出至变压器102的原边绕组的第一端。

在具体实施中，控制器103包括误差放大器EA、控制信号生成电路、驱动电路以及补偿网络。控制器103可以为一能够实现上述电路对应功能的芯片。换而言之，误差放大器EA、控制信号生成电路、驱动电路以及补偿网络可以集成在同一芯片中。

在本实用新型实施例中，误差放大器EA的第一输入端输入参考电压VREF，误差放大器EA的第二输入端与电压反馈电路106的输出端耦接，接收反馈信号VFB，误差放大器EA的输出端与控制信号生成电路的第一输入端耦接。

误差放大器EA的第一输入端可以为误差放大器的“+”端，误差放大器EA的第二输入端可以为误差放大器的“-”端。误差放大器EA的第一输入端输入的是参考电压VREF，第二输入端输入的是电压反馈电路106输出的反馈信号VFB。误差放大器EA可以将参考电压VREF和反馈信号VFB的误差进行放大以得到误差信号。

补偿网络的第一端与控制信号生成电路的第一输入端、误差放大器EA的输出端耦接，补偿网络的第二端接地。误差信号在经过补偿网络后得到补偿信号，补偿信号输出至控制信号生成电路。通过设置补偿网络，可以提高系统环路的稳定性。

控制信号生成电路包括第一输入端，此时，补偿信号输入至至控制信号生成电路的第一输入端。控制信号生成电路的输出端与驱动电路的输入端耦接。控制信号生成电路在接收到补偿信号后，生成与补偿信号对应的控制信号，并经由其对应的输出端将控制信号输出至驱动电路。

驱动电路的输出端可以与功率开关105的控制端耦接。驱动电路对控制信号进行放大得到驱动信号，并将驱动信号输入至功率开关105的控制端，以控制功率开关105的导通或断开。

在具体实施中，功率开关105可以独立于控制器103设置。功率开关105的控制端的信号为高电平时，功率开关105导通；功率开关105的控制端的信号为低电平时，功率开关105断开。

在本实用新型实施例中，功率开关105可以包括NMOS管。NMOS管的漏极与功率开关105的第一端耦接，NMOS管的栅极与功率开关105的控制端耦接，NMOS管的源极与功率开关105的第二端耦接。

可以理解的是，功率开关105也可以包括其他能够实现开关功能的器件，并不仅限于上述的NMOS管。

在具体实施中，功率开关105也可以与控制器103集成在同一片控制芯片中。参照图2，给出了本实用新型实施例中的另一种反激式功率变换器。控制器103与功率开关105集成在同一控制芯片20中。

在具体实施中，如图2所示，反激式功率变换器还可以包括电流检测电路107，电流检测电路107用于对流经功率开关105的电流进行检测，获得表征输出电流大小的采样信号Vcs。

电流检测电路107的第一端与功率开关105的第二端、控制信号生成电路的第二输入端耦接，电流检测电路107的第二端接地。控制信号生成电路根据采样信号Vcs以及误差放大器输出的补偿信号，生成相应的控制信号并输出至驱动电路。

在本实用新型实施例中，电流检测电路107包括第四电阻R4。第四电阻R4的第一端与电流检测电路107的第一端耦接，第四电阻R4的第二端与电流检测电路107的第二端耦接。

在具体实施中，电压反馈电路106包括第一电阻R1和第二电阻R2。在本实用新型实施例中，第一电阻R1的第一端与电压反馈电路106的输入端耦接，第一电阻R1的第二端与电压反馈电路106的输出端耦接。第二电阻R2的第一端与电压反馈电路106的输出端耦接，第二电阻R2的第二端接地。

在本实用新型实施例中，输入整流滤波电路101包括整流电路以及第一滤波电容C1。在本实用新型实施例中，整流电路的输入端与输入整流滤波电路101的输入端耦接，对所述交流输入电压Vac进行整流，整流电路的正输出端与第一滤波电容C1的第一端和输入整流电路的正输出端耦接；整流电路的负输出端与第一滤波电容C1的第一端耦接，第一滤波电容C1的第二端接地。第一滤波电容C1对整流后的交流输入电压Vac进行滤波得到直流输入电压Vin。

在本实用新型实施例中，变压器102的原边绕组的匝数为W1，变压器102的第一副边绕组的匝数为W2，因此，变压器102的原边绕组的电压与变压器102的第一副边绕组的电压的比值等于W1/W2。

在本实用新型实施例中，第一输出整流滤波电路104包括：二级管D1、第二滤波电容C2以及第三滤波电容C3。

二级管D1的阳极与第一输出整流滤波电路的第一输入端耦接，二级管D1的阴极与第二滤波电容C2的第一端、第三滤波电容C3的第一端耦接。

第二滤波电容C2的第二端与变压器102的第一副边绕组的第二端以及地耦接，第三滤波电容C3的第二端与变压器102的第一副边绕组的第二端以及地耦接。

在具体实施中，反激式功率变换器还可以包括多路输出回路。参照图3，相比于图2，图3中提供的反激式功率变换器还包括第二副边绕组和第二输出整流滤波电路108，第二副边绕组的匝数为W3。第二输出整流滤波电路108的输出端与反激式功率变换器的第二输出端VOUT2耦接。第二输出整流滤波电路108连接在变压器102的第二副边绕组的第一端与第二端之间，对变压器102的第二副边绕组两端的电压进行整流和滤波，得到第二输出电压。

在本实用新型实施例中，第二输出整流滤波电路108的具体结构以及工作原理可以与第一输出整流滤波电路104相同，本实用新型实施例不做赘述。

图3中，变压器102包括原边绕组、第一副边绕组以及第二副边绕组，原边绕组的匝数为W1，第一副边绕组的匝数为W2，第二副边绕组的匝数为W3。

本实用新型实施例还提供了一种用于反激式功率变换器的控制器，反激式功率变换器包括功率开关；控制器的输入端输入表征反激式功率变换器的输出电压大小的反馈信号，响应于反馈信号生成驱动信号并输出至功率开关的控制端，以控制功率开关的导通与断开。

在本实用新型实施例中，控制器包括内置的误差放大器、控制信号生成电路、驱动电路以及补偿网络，其中：

误差放大器，其第一输入端输入参考电压，其第二输入端输入所述反馈信号，根据参考电压和反馈信号产生误差信号；

补偿网络，其第一端与控制信号生成电路的第一输入端、误差放大器的输出端耦接，其第二端接地，根据所述误差信号生成所述补偿信号；

控制信号生成电路，其第一输入端与误差放大器的输出端连接，接收补偿信号，响应于补偿信号生成控制信号；

驱动电路，其输入端与控制信号生成电路的输出端连接，驱动电路的输出端与控制器的输出端耦接，根据所述控制信号生成所述驱动信号。

在具体实施中，控制器的第二输入端输入表征流经功率开关的电流大小的采样信号；所述控制信号生成电路接收所述采样信号，响应于采样信号与补偿信号之间的比较结果，输出控制信号。

在具体实施中，所述控制器与所述功率开关集成在同一芯片中。

在本实用新型实施例中，控制器的具体结构及其工作原理可以参照上述实施例，此处不做赘述。

虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (12)

1.一种反激式功率变换器，其特征在于，包括：变压器、控制器、功率开关、第一输出整流滤波电路以及电压反馈电路，其中：

所述变压器，包括原边绕组和第一副边绕组，所述原边绕组的第一端接收直流输入电压，所述原边绕组的第二端与所述功率开关的第一端耦接；

第一输出整流滤波电路连接在所述第一副边绕组的两端，对所述第一副边绕组两端的电压进行整流滤波产生第一输出电压；

所述电压反馈电路，与所述第一输出整流滤波电路耦接，对所述第一输出电压进行采样获得反馈信号；

所述控制器，其输入端与所述电压反馈电路的输出端耦接，接收反馈信号；

其输出端与所述功率开关的控制端耦接，响应于所述反馈信号生成驱动信号并输出至所述功率开关的控制端，以控制所述功率开关导通与断开；

所述功率开关，其第二端接地。

2.如权利要求1所述的反激式功率变换器，其特征在于，所述控制器，包括：

误差放大器、控制信号生成电路、驱动电路以及补偿网络，其中：

所述误差放大器，其第一输入端输入参考电压，其第二输入端输入所述反馈信号，根据所述参考电压和所述反馈信号产生误差信号；

所述补偿网络，其第一端与所述控制信号生成电路的第一输入端、所述误差放大器的输出端耦接，其第二端接地，根据所述误差信号生成补偿信号；

所述控制信号生成电路，其第一输入端与所述误差放大器的输出端连接，接收所述补偿信号，响应于所述补偿信号生成所述控制信号；

所述驱动电路，其输入端与所述控制信号生成电路的输出端连接，所述驱动电路的输出端与所述控制器的输出端耦接，根据所述控制信号生成所述驱动信号。

3.如权利要求2所述的反激式功率变换器，其特征在于，还包括：电流检测电路，其第一端与所述功率开关的第二端、所述控制信号生成电路的第二输入端耦接，其第二端接地，所述电流检测电路对流经所述功率开关的电流进行检测，获得表征输出电流大小的采样信号并输出至所述控制信号生成电路；所述控制信号生成电路响应于所述采样信号与所述补偿信号之间的比较结果，输出所述控制信号。

4.如权利要求1所述的反激式功率变换器，其特征在于，所述电压反馈电路包括：第一电阻和第二电阻，其中：

所述第一电阻，其第一端与所述电压反馈电路的输入端耦接，其第二端与所述电压反馈电路的输出端耦接；

所述第二电阻，其第一端与所述电压反馈电路的输出端耦接，其第二端与地耦接。

5.如权利要求1所述的反激式功率变换器，其特征在于，还包括：输入整流滤波电路；所述输入整流滤波电路接收交流输入电压，对所述交流输入电压进行整流滤波产生直流输入电压并经由其输出端输出。

6.如权利要求1所述的反激式功率变换器，其特征在于，所述功率开关包括NMOS管；

所述NMOS管，其漏极与所述功率开关的第一端耦接，其源极与所述功率开关的第二端耦接，其栅极与所述功率开关的控制端耦接。

7.如权利要求1所述的反激式功率变换器，其特征在于，所述原边绕组与所述第一副边绕组共地。

8.如权利要求1所述的反激式功率变换器，其特征在于，所述变压器还包括：第二副边绕组以及第二输出整流滤波电路，其中：

所述第二输出整流滤波电路连接在所述第二副边绕组的两端，对所述第二副边绕组两端的电压进行整流滤波产生第二输出电压。

9.如权利要求1～8任一项所述的反激式功率变换器，其特征在于，所述控制器与所述功率开关集成在同一芯片中。

10.一种用于反激式功率变换器的控制器，所述反激式功率变换器包括功率开关；其特征在于，所述控制器的输入端输入表征所述反激式功率变换器的输出电压大小的反馈信号，响应于所述反馈信号生成驱动信号并输出至所述功率开关的控制端，以控制所述功率开关的导通与断开；所述控制器包括：误差放大器、控制信号生成电路、驱动电路以及补偿网络，其中：

所述误差放大器，其第一输入端输入参考电压，其第二输入端输入所述反馈信号，根据所述参考电压和所述反馈信号产生误差信号；

所述补偿网络，其第一端与所述控制信号生成电路的第一输入端、所述误差放大器的输出端耦接，其第二端接地，根据所述误差信号生成补偿信号；

所述控制信号生成电路，其第一输入端与所述误差放大器的输出端连接，接收所述补偿信号，响应于所述补偿信号生成所述控制信号；

所述驱动电路，其输入端与所述控制信号生成电路的输出端连接，所述驱动电路的输出端与所述控制器的输出端耦接，根据所述控制信号生成所述驱动信号。

11.如权利要求10所述的控制器，其特征在于，所述控制器，其第二输入端输入表征流经所述功率开关的电流大小的采样信号；所述控制信号生成电路接收所述采样信号，响应于所述采样信号与所述补偿信号之间的比较结果，输出所述控制信号。

12.如权利要求10或11所述的控制器，其特征在于，所述控制器与所述功率开关集成在同一芯片中。

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