CN216625588U

CN216625588U - 一种电压控制型dcdc变换器电路拓扑

Info

Publication number: CN216625588U
Application number: CN202123007743.6U
Authority: CN
Inventors: 刘心漪; 梁寰宇; 邹扬; 林彬超; 田丽丽; 刘佳慧; 郝克鹏; 张石磊
Original assignee: CETC 43 Research Institute
Current assignee: CETC 43 Research Institute
Priority date: 2021-11-30
Filing date: 2021-11-30
Publication date: 2022-05-27
Anticipated expiration: 2031-11-30

Abstract

本实用新型公开了开关电源领域的一种电压控制型DCDC变换器电路拓扑，包括主要由变压器、输出滤波电路构成的主功率电路，主功率电路的输入端连接PWM控制器，还包括串接在PWM控制器的COMP端与主功率电路的输出端之间的隔离补偿单元。本实用新型采用了隔离放大器，内部集成基准源，与输出信号比较产生误差信号，调节开关管的导通与关断，对输出电压进行校正，具有更快的环路响应和更佳的瞬态响应。

Description

一种电压控制型DCDC变换器电路拓扑

技术领域

本实用新型涉及开关电源领域，具体是一种电压控制型DCDC变换器电路拓扑。

背景技术

随着现代电子设备系统功能、载荷的增加，高压大电流等DC/DC变换器的广泛应用，对DC/DC变换器的输出精度和响应速度提出了更高的要求。反馈回路的性能决定了开关电源的输出精度和响应速度，

隔离型DC/DC变换器作用是通过开关电源中的控制电路实现对功率转换，将输入电压转换为电子系统所需的不同输出电压、电流，同时输入侧与输出侧相互隔离的功率电路。功率电路部分隔离由功率变压器实现，控制电路部分隔离通常由脉冲变压器、数字隔离器、光电耦合器等实现。

目前常用的隔离反馈方案是采用TL431配合光耦的方案，光耦实现了原边和副边的电气隔离，TL431提供误差放大和基准电压。反馈误差信号通过隔离电路传递至初级侧，实现闭环控制。目前光耦与TL431相配合的技术方案至少存在以下技术问题：

1、在与其他具有芯片的电路配合使用时，整体电路环路响应速度相对较慢；

2、光耦的温漂比较大，不够稳定，随时间的变化光耦的寿命降低，使用时性能会逐渐变差；

3、TL431的基准电压为2.5V，则电路的输出电压需要大于2.5V，电压调节范围不够大；

4、TL431与光耦为单独地两个器件，使用时不够集成，功率密度相对较低。

针对上述问题，申请人对其进行改进。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种电压控制型DCDC变换器电路拓扑，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种电压控制型DCDC变换器电路拓扑，包括主要由变压器、输出滤波电路构成的主功率电路，所述主功率电路的输入端连接PWM控制器，还包括串接在PWM控制器的COMP端与主功率电路的输出端之间的隔离补偿单元；

所述隔离补偿单元包括电阻R1～R4、电容C1～C3以及隔离放大器，所述电阻R1、R2串接在所述主功率电路的输出端与次级地之间，所述电阻R4与电容C3串接在电阻R1的两端，电阻R1、R2的公共端第一路连接所述隔离放大器的IN-端，第二路通过电容C2连接隔离放大器的COMP端，第三路通过串接的电阻R3、电容法C1连接所述隔离放大器的COMP端，所述隔离放大器的IN+端与其VREF端连接；所述隔离放大器的Iout端连接所述PWM控制器的COMP端。

在一些实施例中，所述隔离放大器的型号为XGA3190。

在一些实施例中，所述隔离放大器通过放大器与型号为XGA1311的隔离器替代。

在一些实施例中，所述PWM控制器的输入端还连接有输入滤波电路。

在一些实施例中，所述PWM控制器的型号为ZHM5035C或SG1800或UEC1843。

有益效果：本实用新型至少具有如下优点：

1、相对于现有技术具有更快的环路响应和更佳的瞬态响应；

2、相对于光耦，隔离放大器的性能更稳定，易于持续使用；

3、隔离放大器内部集成基准源，输出电压不受2.5V的限制，具有更大的调节范围；

4、采用了隔离放大器，内部集成基准源与隔离器，提升了功率密度。

附图说明

图1为本实用新型的原理框图；

图2为本实用新型采用隔离补偿单元的主功率电路框图；

图3为本实用新型的环路补偿示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见图1，一种电压控制型DCDC变换器电路拓扑，包括输入滤波电路、主功率电路、PWM控制器，输入滤波电路连接在PWM控制器的输入端，主功率电路主要由变压器、输出滤波电路、初级功率开关管、次级功率开关管构成，输出滤波电路包括滤波电容C及滤波电感L，连接在变压器次级抽头处。

如图2所示，在一些实施例中，主功率电路构成的为半桥式电路，PWM控制器的型号可以为苏州锴威特半导体股份有限公司生产的ZHM5035C。变压器的初级侧连接有两个初级功率开关管而次级侧连接有两个次级功率开关管。在其他的一些实施例中，PWM控制器的型号还可选为长沙韶光半导体有限公司生产的SG1800、UEC1843等，此时主功率电路可配置为正激或反激电路等。

以半桥式DCDC变换器为例，对于主功率变压器而言，输入电压Vin、输出电流Io(或负载电阻R)以及环境温度Tc是扰动量。如假定Resr是输出电容C的等效串联电阻，N是隔离变压器初次级绕组匝数比，Vramp是PWM控制器斜坡信号的幅值。主功率电路和PWM控制器环节的传递函数为：

主功率电路产生的双重极点频率为：

主功率电路输出电容C的等效串联电阻Resr产生的高频零点为：

主功率电路和PWM控制器构成的未加入补偿电路的环节在谐振频率ωo处有双重极点，产生180°相位延迟，而环路的负反馈在低频时会自带180°相位延迟，此时，环路总的相位延迟可能达到360°。

DCDC变换器电路拓扑还包括串接在PWM控制器的COMP端与主功率电路的输出端之间的隔离补偿单元，隔离补偿单元包括依次连接的隔离电路、补偿电路以及取样电路，取样电路连接在主功率电路的输出端，对输出电压分压采样。

隔离电路包括隔离放大器，补偿电路包括电阻R3、R4、电容C1、C2、C3，取样电路包括电阻R1、R2。电阻R1、R2串接在主功率电路的输出端与次级地之间，对输出电压Vo分压采样，电阻R4与电容C3串接在电阻R1的两端，电阻R1、R2的公共端第一路连接隔离放大器的IN-端，第二路通过电容C2连接隔离放大器的COMP端，第三路通过串接的电阻R3、电容法C1连接隔离放大器的COMP端，隔离放大器的IN+端与其REFout端连接；隔离放大器的Iout端连接PWM控制器的COMP端。

在一些优选的实施例中，隔离放大器可选为北京中天星控科技开发有限公司生产的XGA3190，集成度高，将DCDC变换器的工作频率提升到了M级，较大程度地缩小了DCDC变换器的体积，能够提升功率功率密度，相对于现有技术具有更快的环路响应、更佳的瞬态响应以及更稳定的性能，且输出电压调节范围大。

在其他的实施例中，隔离放大器还可通过放大器与北京中天星控科技开发有限公司生产的型号为XGA1311的隔离器替代，相对于现有技术，集成度没有改变，但是同样具有更快的环路响应与瞬态响应，性能稳定并且具有更宽的电压调节范围。

隔离放大器内部输出侧的运算放大器N1’和补偿电路产生1个主极点、2个普通极点、2个零点，用于补偿电压控制隔离型主功率电路环节产生的双重极点和高频零点。将2个零点配置在谐振频率ωo处，用来抵消双重极点的作用，将2个普通极点配置在主功率电路中输出电容C的等效串联电阻Resr带来的零点处，抑制高频信号的干扰。

当诸如输入电压VIN、负载电流Io、环境温度变化而导致输出电压Vo变化时，取样电路对输出电压Vo进行分压采样并与隔离放大器内部的基准电压VREF比较，比较获得的误差信号通过TX模块调制成PWM信号，并通过隔离栅传送至左侧，实现了隔离放大器内部原边和副边的隔离。左侧的RX模块对PWM信号进行解码，将恢复成电压信号的调制信号转换为电流信号输出到PWM控制。Iout电流流入PWM控制器的COMP引脚，PWM控制器内部通过一个镜像电流源映射到内部产生映射电流，映射电流再通过PWM控制器内部的参考电压VREF与上拉电阻产生误差信号，从而与比较器进行比较产生PWM占空比信号，PWM控制器通过控制主功率电路的开关管的导通时间，使输出电压Vo稳定。

本实用新型经过隔离补偿单元电路的隔离补偿，提高了采用隔离放大器的电压控制型半桥式隔离型DC/DC变换器系统的稳定性、准确性和快速性。

虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

故以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用来限定本申请的实施范围；即凡依本申请的权利要求范围所做的各种等同变换，均为本申请权利要求的保护范围。

Claims

1.一种电压控制型DCDC变换器电路拓扑，包括主要由变压器、输出滤波电路构成的主功率电路，所述主功率电路的输入端连接PWM控制器，其特征在于，还包括串接在PWM控制器的COMP端与主功率电路的输出端之间的隔离补偿单元；

所述隔离补偿单元包括电阻R1～R4、电容C1～C3以及隔离放大器，所述电阻R1、R2串接在所述主功率电路的输出端与次级地之间，所述电阻R4与电容C3串接在电阻R1的两端，电阻R1、R2的公共端第一路连接所述隔离放大器的IN-端，第二路通过电容C2连接隔离放大器的COMP端，第三路通过串接的电阻R3、电容C1连接所述隔离放大器的COMP端，所述隔离放大器的IN+端与其VREF端连接；所述隔离放大器的Iout端连接所述PWM控制器的COMP端。

2.根据权利要求1所述的一种电压控制型DCDC变换器电路拓扑，其特征在于，所述隔离放大器的型号为XGA3190。

3.根据权利要求1或2所述的一种电压控制型DCDC变换器电路拓扑，其特征在于，所述隔离放大器通过放大器与型号为XGA1311的隔离器替代。

4.根据权利要求1所述的一种电压控制型DCDC变换器电路拓扑，其特征在于，所述PWM控制器的输入端还连接有输入滤波电路。

5.根据权利要求1所述的一种电压控制型DCDC变换器电路拓扑，其特征在于，所述PWM控制器的型号为ZHM5035C或SG1800或UEC1843。