CN2645335Y - 带有频率前馈补偿电路的pwm脉宽调制同步整流直流变换器 - Google Patents
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Abstract
一种带有频率前馈补偿电路的PWM脉宽调制同步整流直流变换器，涉及通讯设备用的直流变换器。其电路主要由功率变换电路、PWM控制器、电压反馈电路和电流反馈电路组成，功率变换电路由电源变压器连接由两个整流管构成的整流电路组成，电源变压器通过开关管，连接PWM控制器和电流反馈电路，电流反馈电路连接PWM控制器，电压输出端通过电压反馈电路连接PWM控制器，在电源变压器的电压输入端同PWM控制器之间连接有频率前馈补偿电阻(R2)。该直流变换器，通过使开关的工作频率跟随输入电压的变化而相对固定关断的时间，使变压器电压下降到零的时间缩短，解决了同步续流管的驱动问题，电路简单，而不需要增加其他补充驱动措施。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种通讯设备用的直流变换器。
背景技术
同步整流技术已经广泛使用在低压大电流的直流变换器中。由于低压功率MOSFET的导通压降远小于二极管的正向压降，因此采用同步整流可以大大提高效率。为了简便起见，一般将变压器的副边绕组直接驱动同步整流MOSFET，而同时使用PWM脉宽调制控制器去控制变压器电源电压，其PWM定频控制方式使用在谐振复位的单端电路中，一般都根据输入电压和输出电压的变化来调整占空比以实现对输出电压的稳定，而这时如果PWM控制器占空比较小时，就会出现续流的同步MOSFET导通不足的现象。由于在调整的过程中其开关频率是固定的，所以当输入电压提高时占空比较小，其关断周期变长，在电容谐振复位的正激电路中，出现变压器电压下降到零的现象，这时续流同步MOSFET由于没有驱动而被关断，体二极管的自导通而产生很大的功耗，因此造成很大的损耗，致使电路的工作效率大大下降。
这种输出使用同步整流电路的方案，出现同步续流管在变压器电压下降到零时缺乏驱动，其一般的解决方案都必须修改同步续流管的自驱动电路，或使用有源箝位方式替代谐振复位方式。
如图4所示，图4使用了有源箝位电路，使复位电压自适应到整个关断周期范围内，有效地解决了续流管的驱动问题，但电路比较复杂，而且存在暂态稳定性的问题。
如图5所示，图5使用了同步整流的自驱动方式，增加了隔离驱动电路，使其直接与开关信号保持一致。
如图6所示，图6使用了带电荷自保持的驱动电路解决续流管的驱动问题，此方法被很多普遍公司使用。但仍然要增加一个续流管的驱动电路。
这些方案都是利用外围驱动电路或续流管采取的补救措施，用以消除续流管驱动不足的问题，电路复杂。
实用新型内容
为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于，提供一种带有频率前馈补偿电路的PWM脉宽调制同步整流直流变换器，该直流变换器通过使开关的工作频率跟随输入电压的变化，在输入电压提高时，开关频率也随之提高，关断周期的时间随之缩短，在谐振复位的情况下，使变压器电压下降到零的时间缩短，解决了同步续流管的驱动问题，电路简单可靠，使现有的控制电路得以简化，而不需要增加其他补充驱动措施。
为了达到以上目的，本实用新型提供以下方案，一种带有频率前馈补偿电路的PWM脉宽调制同步整流直流变换器，其电路主要由功率变换电路、PWM控制器、电压反馈电路和电流反馈电路组成，功率变换电路由电源变压器并联连接由两个续流管构成的整流电路和电容电感构成的滤波电路组成，电源变压器的原边零端连接开关管(Q1)的漏极，开关管(Q1)的源极连接电流反馈电路，开关管(Q1)的栅极连接PWM控制器的驱动端(DRV)，电流反馈电路连接PWM控制器的(CS)端，功率变换电路的电压输出端，通过电压反馈电路连接PWM控制器的(FB)端，功率变换电路设置有谐振电容(C3)，在电源变压器的电压输入端(VIN)同PWM控制器的频率参数接口(CT)之间连接有频率前馈补偿电路。
该频率前馈补偿电路可以包括一个频率前馈补偿电阻(R2)，电阻(R2)连接在电源变压器的电压输入端(VIN)同PWM控制器的频率参数接口(CT)之间，频率参数接口(CT)通过电阻(R1)连接PWM控制器的基准端(VREF)，并通过电容(C1)接地。
所述频率前馈补偿电路可以是一个电压频率转换电路。
所述谐振电容(C3)可以并联连接在电源变压器(T1)的原边绕组两端。
所述谐振电容(C3)可以并联连接在电源变压器(T1)的付边绕组两端。
所述谐振电容(C3)可以并联连接在开关管(Q1)的漏极和源极之间。
所述变换器的整流滤波电路可以由整流管(Q2)、续流管(Q3)、电感(L1)、电容(C2)组成，整流管(Q2)的漏极连接变压器(T1)的副边零端和续流管(Q3)的栅极，整流管(Q2)的源极连接续流管(Q3)的源极，整流管(Q2)的栅极连接续流管(Q3)的漏极同时连接变压器(T1)的副边正极，电感(L1)和电容(C2)串联连接后连接在续流管(Q3)的源极和漏极之间。
所述变换器的整流滤波电路可以由整流管(Q2)、续流管(Q3)、电感(L1)、电容(C2)组成，整流管(Q2)的源极连接变压器(T1)的第一中间抽头，整流管(Q2)的栅极连接变压器(T1)的副边正端，续流管(Q3)的栅极连接变压器的零端，续流管(Q3)的源极连接变压器(T1)的第二中间抽头，续流管(Q3)的漏极连接整流管(Q2)的漏极，在续流管(Q3)的漏极与源极之间依次串联连接有电感(L1)和电容(C2)。
所述变换器的整流滤波电路可以由整流管(Q2)、整流管(Q3)、电感(L1a)、电感(L1b)以及电容(C2)组成，整流管(Q2)与整流管(Q3)的源极相连，整流管(Q2)的栅极连接变压器(T1)的副边正端，整流管(Q3)的栅极连接变压器(T1)的副边零端，电感(L1a)的一端连接在整流管(Q3)的漏极，电感(L1b)的一端在整流管(Q2)的漏极，电感(L1a)的另一端和电感(L1b)的另一端同时连接电压输出端(VO)，(VO)与整流管(Q2)、整流管(Q3)的源极之间连接有电容(C2)。
所述PWM控制器的型号是x84x族、x80x族、x8HC4x族的PWM控制器，型号为UC3843。
由本实用新型的技术方案可以看出，在PWM控制器同输入电源之间增加了频率前馈补偿电阻R2，将输入电压作为控制量引入PWM控制器的频率确定电路中，可以做到开关频率与输入电压呈一定比例关系，在输入电压提高时，开关频率也随之提高，关断周期的时间随之缩短，作为固定电容谐振复位正激电路来说，电容复位的谐振周期基本固定，因此变压器绕组电压下降到零的时间就相对缩短，从而消除了续流管驱动不足的问题，而不需在自驱动的基础上增加任何补充措施，电路结构简单，节约了产品成本，同时易于实现。
以下结合附图对本实用新型进行详细说明。
附图说明
图1为本实用新型直流变换器的电路图。
图2为本实用新型直流变换器的电路原理框图。
图3A为本实用新型可以应用的第一种功率变换电路。
图3B为本实用新型可以应用的第二种功率变换电路。
图3C为本实用新型可以应用的第三种功率变换电路。
图3D为本实用新型可以应用的第四种功率变换电路。
图3E为本实用新型可以应用的第五种功率变换电路。
图4为现有技术有源箝位电路的直流变换器电路原理图。
图5为现有技术隔离驱动电路的直流变换器电路原理图。
图6为现有技术带电荷自保持的驱动电路补偿方式的直流变换器电路原理图。
图7为现有技术的电容谐振复位正激直流变换器，关断周期出现平台的波形示意图。
图8为本实用新型的直流变换器，利用频率前馈补偿电路后，关断周期出现的平台消失波形示意图。
具体实施方式
如图1、图2所示，一种带有频率前馈补偿电路的PWM脉宽调制同步整流直流变换器，其电路主要由功率变换电路、PWM控制器、电压反馈电路和电流反馈电路组成，功率变换电路由电源变压器并联连接由两个整流管构成的整流电路和电容电感构成的滤波电路组成，电源变压器的原边零端连接开关管Q1的漏极，开关管Q1的源极连接电流反馈电路，开关管Q1的栅极连接PWM控制器的驱动端DRV，电流反馈电路连接PWM控制器的CS端，功率变换电路的电压输出端，通过电压反馈电路连接PWM控制器的FB端，功率变换电路设置有谐振电容C3，在电源变压器的电压输入端VIN同PWM控制器的频率参数接口CT之间连接有频率前馈补偿电路，
该频率前馈补偿电路包括一个频率前馈补偿电阻R2，电阻R2连接在电源变压器的电压输入端VIN同PWM控制器的频率参数接口CT之间，频率参数接口CT通过电阻R1连接PWM控制器的基准端VREF，并通过电容C1接地。
如图3A所示，图3A为本实用新型可以应用的第一种功率变换电路，其谐振电容C3并联连接在电源变压器T1的原边绕组两端，所述变换器的整流滤波电路由整流管Q2、续流管Q3、电感L1、电容C2组成，整流管Q2的漏极连接变压器T1的副边零端和续流管Q3的栅极，整流管Q2的源极连接续流管Q3的源极，整流管Q2的栅极连接续流管Q3的漏极同时连接变压器T1的副边正极，电感L1和电容C2串联连接后连接在续流管Q3的源极和漏极之间。
如图3B所示，图3B为本实用新型可以应用的第二种功率变换电路，其谐振电容C3并联连接在开关管Q1的漏极和源极之间。
如图3C所示，图3C为本实用新型可以应用的第三种功率变换电路，其谐振电容C3并联连接在电源变压器T1的付边绕组两端。
如图3D所示，图3D为本实用新型可以应用的第四种功率变换电路，其整流滤波电路由整流管Q2、续流管Q3、电感L1、电容C2组成，整流管Q2的源极连接变压器T1的第一中间抽头，整流管Q2的栅极连接变压器T1的副边正端，整流管Q3的栅极连接变压器的零端，整流管Q3的源极连接变压器T1的第二中间抽头，整流管Q3的漏极连接整流管Q2的漏极，在整流管Q3的漏极与源极之间依次串联连接有电感L1和电容C2。
如图3E所示，图3E为本实用新型可以应用的第五种功率变换电路，其整流滤波电路由整流管Q2、整流管Q3、电感L1a、电感L1b以及电容C2组成，整流管Q2与整流管Q3的源极相连，整流管Q2的栅极连接变压器T1的副边正端，整流管Q3的栅极连接变压器T1的副边零端，电感L1a的一端连接在整流管Q3的漏极，电感L1b的一端在整流管Q2的漏极，电感L1a的另一端和电感L1b的另一端同时连接电压输出端VO，VO与整流管Q2、整流管Q3的源极之间连接有电容C2。
其PWM控制器的型号是x84x(2，3，4，5)族、x80x族、x8HC4x族的PWM控制器，例如可以为UC3843。
其频率前馈补偿电路可以为一个电压频率转换电路。
以下对本实用新型的工作原理进行解释说明。
如图7所示，一般定频率的PWM控制器都是根据输入电压和输出电压的变化来调整占空比以实现对输出电压的稳定，在调整的过程中由于频率是固定的，所以当输入电压VIN提高时占空比较小，而关断周期toff′变长，在电容谐振复位的正激电路中出现变压器电压下降到零的现象，这时续流同步MOSFET由于没有驱动而被关断，二极管的自导通在tz′时间段内产生很大的功耗。
在本实用新型中，在PWM控制器同输入电源之间增加了频率前馈补偿电阻R2，将输入电压作为控制量引入PWM控制器的频率确定电路中，其开关频率与输入电压呈一定比例关系。在输入电压提高时，开关频率也随之提高，关断周期的时间随之缩短，作为固定电容谐振复位正激电路来说，电容复位的谐振周期基本固定，因为谐振周期主要与励磁电感和谐振电容相关，因此，变压器绕组电压下降到零的时间就相对缩短，解决了续流管驱动不足的问题。
如图8所示，本实用新型使用了频率前馈补偿电路后，开关频率与输入电压成简单比例关系，当VIN提高时，提高了工作频率，关断周期出现的平台消失，从而消除续流管驱动不足的问题，该频率反馈电路不需在自驱动的基础上增加任何补充措施，在PWM控制器的确定开关频率的参数接口CT，加了一个由电阻R2构成的频率前馈补偿电路，电路简单而适用。R2的一端接电源的输入VIN，另一端接PWM控制器的CT端，R2的阻值大小决定了频率电压补偿程度。
该频率前馈补偿电路还可以用电压频率转换电路代替，也可以根据不同的PWM控制器的频率接口特点采用其他频率补偿形式，只要在不脱离本实用新型的指导思想下作出的变化，都在保护范围之内。
Claims (10)
1.一种带有频率前馈补偿电路的PWM脉宽调制同步整流直流变换器，其电路主要由功率变换电路、PWM控制器、电压反馈电路和电流反馈电路组成，功率变换电路由电源变压器并联连接由两个整流管构成的整流电路和电容电感构成的滤波电路组成，电源变压器的原边零端连接开关管(Q1)的漏极，开关管(Q1)的源极连接电流反馈电路，开关管(Q1)的栅极连接PWM控制器的驱动端(DRV)，电流反馈电路连接PWM控制器的(CS)端，功率变换电路的电压输出端，通过电压反馈电路连接PWM控制器的(FB)端，功率变换电路设置有谐振电容(C3)，其特征在于：在电源变压器的电压输入端(VIN)同PWM控制器的频率参数接口(CT)之间连接有频率前馈补偿电路。
2.根据权利要求1所述的直流变换器，其特征在于：该频率前馈补偿电路包括一个频率前馈补偿电阻(R2)，电阻(R2)连接在电源变压器的电压输入端(VIN)同PWM控制器的频率参数接口(CT)之间，频率参数接口(CT)通过电阻(R1)连接PWM控制器的基准端(VREF)，并通过电容(C1)接地。
3.根据权利要求1所述的直流变换器，其特征在于：所述频率前馈补偿电路是一个电压频率转换电路。
4.根据权利要求1所述的直流变换器，其特征在于：所述谐振电容(C3)并联连接在电源变压器(T1)的原边绕组两端。
5.根据权利要求1所述的直流变换器，其特征在于：所述谐振电容(C3)并联连接在电源变压器(T1)的付边绕组两端。
6.根据权利要求1所述的直流变换器，其特征在于：所述谐振电容(C3)并联连接在开关管(Q1)的漏极和源极之间。
7.根据权利要求2或3所述的直流变换器，其特征在于：所述变换器的整流滤波电路由整流管(Q2)、续流管(Q3)、电感(L1)、电容(C2)组成，整流管(Q2)的漏极连接变压器(T1)的副边零端和续流管(Q3)的栅极，整流管(Q2)的源极连接续流管(Q3)的源极，整流管(Q2)的栅极连接续流管(Q3)的漏极同时连接变压器(T1)的副边正极，电感(L1)和电容(C2)串联连接后连接在续流管(Q3)的源极和漏极之间。
8.根据权利要求2或3所述的直流变换器，其特征在于：所述变换器的整流滤波电路由整流管(Q2)、续流管(Q3)、电感(L1)、电容(C2)组成，整流管(Q2)的源极连接变压器(T1)的第一中间抽头，整流管(Q2)的栅极连接变压器(T1)的副边正端，续流管(Q3)的栅极连接变压器的零端，续流管(Q3)的源极连接变压器(T1)的第二中间抽头，续流管(Q3)的漏极连接整流管(Q2)的漏极，在续流管(Q3)的漏极与源极之间依次串联连接有电感(L1)和电容(C2)。
9.根据权利要求2或3所述的直流变换器，其特征在于：所述变换器的整流滤波电路由整流管(Q2)、整流管(Q3)、电感(L1a)、电感(L1b)以及电容(C2)组成，整流管(Q2)与整流管(Q3)的源极相连，整流管(Q2)的栅极连接变压器(T1)的副边正端，整流管(Q3)的栅极连接变压器(T1)的副边零端，电感(L1a)的一端连接在整流管(Q3)的漏极，电感(L1b)的一端在整流管(Q2)的漏极，电感(L1a)的另一端和电感(L1b)的另一端同时连接电压输出端(VO)，(VO)与整流管(Q2)、整流管(Q3)的源极之间连接有电容(C2)。
10.根据权利要求1、2或3所述的直流变换器，其特征在于：所述PWM控制器的型号为x84x族、x80x族、x8HC4x族的PWM控制器，型号为UC3843。
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