自振荡控制电路电压转换器制造技术

本发明专利技术涉及一种电压转换器具有和用来削平电源电压的一个开关（６）串联的初级绕组（５）并具有和电容器（Ｃ２）连接以提供低直流电压的次级绕组（７）的变压器（４）；和控制开关电压调节器的自振荡控制电路（３０）包括用于检测变压器辅助绕组（８）去磁结束的装置（１７），以关闭开关调节器；还有开关电压调节器和用于检测开关电压调节器接通状态下的电流，当电流达到设定值时，使开关断开的装置和根据辅助绕组端上电压改变设定值的装置（２０）。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及低压开关模式的电源型电压转换器领域。本专利技术更具体地涉及隔离电源，即输入电压(例如交流供电系统)和稳压的直流输出电压之间没有公共点的电源。利用具有和开关连接的初级绕组以及和二极管及提供输出电压的电容器连接的次级绕组的变压器达到隔离目的。本专利技术更具体地涉及所谓的自振荡转换器，其中的开关用频率调制控制，与常规的用脉冲宽度调制控制开关的转换器不同。附图说明图1所示为本专利技术适用的常规开关模式类型电源的例子。两个输入端P，N接收交流电压Vac，例如市电电压。电压Vac利用例如二极管桥1进行全波整流。桥1的交流输入端连接到端子P和N上。桥1的整流输出端2，3提供的电压通常由连接在端2，3之间的电容器C1进行平滑处理。端2和3形成实际开关模式电源的输入端。图1中的转换器是所谓的‘回扫’转换器，其中带有反相位点的变压器4的初级绕组5和开关6串联在端2和3之间。绕组5的相位点连接到开关6的一端，绕组的另一端连接到端子2上。变压器4的次级绕组7连接到跨接在提供直流输出电压VOUT的端8，9的电容器C2上。绕组7的相位点由二极管D2连接到端8，二极管D2的阳极连接到端子8。绕组7的另一端连接到端子9。当开关6闭合时，绕组7的相位点在负电位。二极管D2便阻断，电流积聚在初级绕组5。当开关6断开时，绕组5和7的相位点均变为正。二极管D2向前偏置。然后电容器C2充电，同时电功率传输到次级绕组7。开关6是由电路10(CTRL)控制，使得开关6周期性地断开或者闭合。在自振荡转换器中，将开关6接通时流过该开关的电流与参考值比较，使得开关6断开。为此，通常采用检测器11(例如一个电阻)和开关6串联，它的测量结果提供给电路10。为了接通开关6，监视变压器4中辅助绕组8的去磁情况。辅助绕组8和次级绕组7有直接相位关系。相应地，作为第一个近似，检测绕组8去磁结束对应于检测绕组7去磁结束。绕组8的相位点连接到电路10的输入端，而绕组的另一端接地3。为了检测去磁结束，利用电路10监视次级绕组8上的电压。当电压降低到预定的电压阈值以下时，认为去磁结束。然后，开关6闭合。必须要记住的是因为初级绕组和辅助绕组的相位点是反的，在去磁阶段以后(当开关6闭合)，辅助绕组8上的电压是负的。通常，辅助绕组8也用来向控制电路10提供地区电源电压。为此，地区电源电容器C3跨接在电路10的电源端上。电容器的正极通过二极管D3连接到绕组8的相位点，二极管D3的阳极连接到相位点。电容器C3的另一极接地3。图2所示为电压转换器的自振荡控制电路10的常规实例。开关6通常由金属氧化物半导体晶体(MOS)管组成，晶体管的漏极连接到初级绕组5，它的源极通过电阻R11接地3。电阻R11的功能是作为电流到电压转换器，用于电路10的第一比较器13输入端。比较器13的功能是将开关6的电流与提供给比较器13另一端的参考电压VRI进行比较。比较器13的参考电压VRI是根据所希望的输出电压VOUT和根据初级绕组和次级绕组间的变比而选定的。电压VRI决定了转换器的功率，它正比于晶体管4的电感值，并正比于开关6闭合时初级绕组5中电流的平方。比较器13的输出送到RS多谐振荡器15或类似的振荡器的复位输入(R)，RS多谐振荡器15的非倒相Q输出给开关6提供控制信号。振荡器的Q输出通常通过驱动器16加在晶体管6的栅极上。振荡器15的定位输入S连接到具有检测辅助绕组8的去磁结束功能的第二比较器17的输出上。比较器17的输入从元件18接收电压参考VRV。对应于认为去磁已经结束的电压阈值选择VRV的值。理想上，电压VRV为零。比较器17的另一个输入通过二极管D4连接到绕组8的相位点，二极管D4的阳极连接到该相位点。连接比较器13和17以后(比较器13的正输入连接到端12，比较器17的负输入端连接到二极管D4)，当开关6中的电流乘以电阻R11超过电压VRI值时，比较器13切换到高，当辅助绕组8上电压(忽略二极管D4的电压降)低于电压VRV时，比较器17切换到低。一旦比较器13或者17中有一个输出为低状态，该状态保持振荡器15提供低输出电平的优先权。它使得开关6断开，从而开始去磁。一旦去磁开始，比较器13的输出切换为高，开关6被打开。当比较器17检测到去磁结束，它的输出切换为高。振荡器15的两个输入为高，它的非反向Q输出也切换为高。这便接通开关6。这样的操作不断循环。可以看出开关6接通循环的频率是可变的，开关动作的边缘直接由比较器13和17所执行的检测引起。这便是为什么这一电路称作为自振荡电路。由于只有在去磁以后开关6才接通，这样的转换器仅运行在所谓的‘间断’模式，与每一个开关周期去磁不一定完成的‘连续’运行模式转换器相反。在图2中仅示出开关模式转换器的其他元件的一部分。连接地区电源线路12和端2的电阻R1在图中示出。电阻R1的功能是在系统开始时能够对电容器C3充电，以向电路10供电。为了说明如何用电容器C3上的电压向电路10供电，全部元件(参考电压14和18，比较器13和17，振荡器15和驱动器16)均示出，它们的相应电源端连接到端子12和3上。与脉冲宽度调制(PWM)中开关模式电源的运行比较，自振荡电路的优点是成本低。特别是它不需要提供振荡器，来产生可调制脉冲宽度的锯齿波信号。振荡器15的输入可以连接到触发电路上。进一步，根据比较器17的响应性，可以在它的输出提供一个延时元件。然后，通过增加检测阈值VRV和通过延时输出信号来补偿低响应性。带自振荡控制电路的转换器是已知的，它允许调节输出电压。然而，这类转换器1利用了变压器次级绕组的电压测量，相应地，用电隔离元件将测量值送到控制电路。这样就显著地增加了成本，也是这类转换器经常损坏的缺点。因此，带自振荡控制电路的转换器常规上不能够与输出电压VOUT的调节兼容，虽然保持有成本低的优点。本专利技术的目的在于提供一种新型的带有自振荡控制电路的开关模式电源型转换器，它允许调节输出电压，却不需要在变压器次级绕组和控制电路之间采用电隔离元件。本专利技术的更具体目的是提供尊重常规RS振荡器或类似物自振荡转换器结构的解决办法。本专利技术另一目的是提供一种与防止转换器次级绕组短路的保护兼容的解决方案，也不使用电隔离元件。本专利技术进一步目的是提供一种集成控制电路的解决方案。为了达到以上目的，本专利技术提供的电压转换器包括具有和用来削平电源电压的一个与开关串联的初级绕组、具有和电容器连接以提供低直流电压的次级绕组的变压器，和该开关的自振荡控制电路。该控制电路包括用于检测变压器辅助绕组去磁结束的装置；用于检测开关接通状态下的电流，当它达到参考点时便使开关断开的装置；和根据辅助绕组上的电压改变参考点的装置。根据本专利技术的一个实施例，该转换器包括当辅助绕组上的电压离开预定值范围时缩短开关导通时间的装置。根据本专利技术的一个实施例，当辅助绕组上的电压超出所述范围值时，所述参考点便降低。根据本专利技术的一个实施例，该转换器包括在转换器提供的电压还没有达到最小值的启动阶段禁用使参考点变化的装置。根据本专利技术的一个实施例，该转换器包括一个可变电压发生器，对第一比较器的一个输入提供参考点，第一比较器的另一个输入接受作为该开关上电流函数的电压，其输出使该开关断开。根据本专利技术的一个实施例，该可变电压发生器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电压转换器包括：具有和用于削平电源电压的一个开关（６）串联的初级绕组（５）并具有和电容器（Ｃ２）连接以提供低直流电压（Ｖ↓［ＯＵＴ］）的次级绕组（７）的一个变压器（４）；一个该开关（６）的自振荡控制电路（３０），包括：用于检 测变压器辅助绕组（８）去磁结束以闭合开关的装置（１７），和用于检测开关接通状态下的电流，当它达到参考点时便使开关断开的装置；其特征在于：它进一步包括根据辅助绕组（８）上的电压（Ｖ↓［ＡＵＸ］）改变参考点的装置（２０），和当辅助绕 组（８）上的电压离开预定值范围时缩短开关（６）导通时间的部件（１３，２０）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：伊果宾保德，
申请(专利权)人：ST微电子公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]