用于开关电源变换器的磁耦隔离电路和开关电源变换器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种用于开关电源变换器的磁耦隔离电路和开关电源变换器，包括磁耦元件、磁耦发送模块和磁耦接收模块，该耦元件连接于磁耦发送模块和磁耦接收模块之间；磁耦发送模块耦合于所述开关电源变换器的副边，接收指示开关电源变换器副边欠压的第一欠压信号，并转换为驱动信号，驱动磁耦元件输出磁耦信号至磁耦接收模块，磁耦接收模块将磁耦信号和预设的参考信号进行比较，得到输出至开关电源变换器原边的第二欠压信号。本实用新型专利技术实施例的磁耦隔离电路不仅可以具有隔离和通讯的功能，而且空载待机功耗低、动态响应速度快。动态响应速度快。动态响应速度快。

【技术实现步骤摘要】
用于开关电源变换器的磁耦隔离电路和开关电源变换器


[0001]本技术涉及电子电路领域，尤其涉及一种用于开关电源变换器的磁耦隔离电路和开关电源变换器。

技术介绍

[0002]开关电源变换器又称交换式电源、开关电源，是一种高频化电能转换装置，是电源供应器的一种。开关电源变换器的输入一般为交流电源(例如市电)，其输出一般为需要直流电源的设备，例如手机，笔记本电脑等，开关电源变换器即用于实现两者之间电压及电流的转换。
[0003]在隔离型开关电源变换器中，开关电源变换器的原边与副边之间的隔离和通讯，通常采用光耦(Optical Coupler，OC)和可控精密稳压源(例如TL431芯片)实现，既可以保证原边和副边之间的隔离，又能有效的通讯。
[0004]其中，光耦是以光为媒介来传输电信号的器件，通常把发光器(例如红外线发光二极管)与受光器(例如光敏半导体管、光敏电阻等)封装在同一管壳内。当输入端加电信号时发光器发出光线，受光器接收光线之后就产生光电流，从输出端流出，从而实现了“电—光—电”控制，以光为媒介把输入端信号耦合到输出端的光电耦合器。光耦的优点是：信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。采用光耦进行隔离和通讯的交流(Alternating Current，AC)/直流(Direct Current，DC)开关电源变换器稳定可靠，可大规模应用于各类充电器和适配器等设备。
[0005]图1示出相关技术中采用光耦隔离的开关电源变换器的电路图，如图1所示，该电路用于将输入的交流电压(AC Input)转换为直流的输出电压(DC Vout)并提供给负载，该电路包括整流桥DB1、电容C1
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C3、变压器T1、二极管D2、电阻R1
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R4、可控精密稳压源U1(例如TL431芯片)、光耦U2、原边主控芯片U3。其中，电阻R1和电阻R2采样输出电压Vout得到采样电压U1_FB，并将采样电压U1_FB输入可控精密稳压源U1，与可控精密稳压源U1的内部基准电压进行运算(对误差放大)，转化为电流Iout_431输出到光耦U2；光耦U2接收可控精密稳压源U1输出的电流Iout_431，输出一个等比例的电流Iout_OC到原边主控芯片U3，达到隔离的作用；原边主控芯片U3的FB引脚通过电阻R4连接到内部电源Vdd，电阻R4的阻值可以设置为20kΩ左右，内部电源Vdd可以设置为5V。
[0006]然而，在采用光耦隔离的开关电源变换器中，空载待机功耗会比较大。如图1所示，当输出空载的时候，可控精密稳压源U1输出电流Iout_431达到最大值，输入到光耦U2的输入端，使光耦U2的输出电流Iout_OC达到最大值；也就是说，当输出没有负载的时候，光耦U2的输入和输出能量消耗均达到最大值。为了限制空载时光耦U2的消耗，会将光耦U2输入串联1k左右的电阻R3限流，限制输入电流到1mA左右，在典型电压5V时，功耗为5毫瓦；光耦U2输出端口接20k左右的负载电阻R4，将光耦U2输出限流至200微安左右以保证低功耗，在典型值12V时，功耗为2.4毫瓦；不计算效率的情况下，总计功耗是7.4毫瓦。
[0007]其次，在采用光耦隔离的开关电源变换器中，其带宽低，动态响应速度慢；当负载从空载切换为满载时，系统输出电压Vout迅速降低，可控精密稳压源U1将误差电压放大传输至光耦U2，光耦U2的输出(连接原边主控芯片U3的FB引脚)开始上升；由于光耦U2响应速度慢，在200微安的上拉电流时，经过几十到一百微秒，FB引脚电压达到工作电压(通常是1V左右)，原边主控芯片U3开始工作，而要想原边的峰值电流(Ipeak)达到90％，频率达到90％，就能带动满载的负载，要经过100多微秒，FB引脚才达到1.7V以上；在FB<1.7V的阶段，频率<30％，输出电压Vout主要由输出电容C3供电，导致输出电压Vout跌落大。
[0008]因此，在由光耦U2和可控精密稳压源U1(例如TL431芯片)组成的开关电源变换器中，存在空载待机功耗大，并且传输带宽也较低，动态响应速度慢，其电路性能仍有待提升。

技术实现思路

[0009]有鉴于此，本技术提供了一种用于开关电源变换器的磁耦隔离电路和开关电源变换器，用于解决光耦隔离的开关电源变换器中空载待机功耗大和动态响应速度慢等问题。
[0010]在一种可能的实现方式中，本技术提供了一种用于开关电源变换器的磁耦隔离电路，其特征在于，所述磁耦隔离电路包括磁耦元件、磁耦发送模块和磁耦接收模块，所述磁耦元件连接于所述磁耦发送模块和所述磁耦接收模块之间；其中，所述磁耦发送模块耦合于所述开关电源变换器的副边，接收指示所述开关电源变换器副边欠压的第一欠压信号，并转换为驱动信号，驱动所述磁耦元件输出磁耦信号至所述磁耦接收模块，所述磁耦接收模块将所述磁耦信号和预设的参考信号进行比较，得到输出至开关电源变换器原边的第二欠压信号。
[0011]在一种可能的实现方式中，所述磁耦元件包括第一线圈和第二线圈，所述磁耦发送模块包括前置驱动模块和功率管，所述功率管连接在所述前置驱动模块和所述磁耦元件之间；所述前置驱动模块接收具有第一占空比的第一欠压信号，并转换为具有第二占空比的前置驱动信号，所述前置驱动信号指示所述功率管开通，使所述功率管输出所述驱动信号至所述磁耦元件，其中，所述第一占空比大于所述第二占空比。
[0012]在一种可能的实现方式中，所述功率管为MOSFET器件，其中，所述功率管的栅极连接所述前置驱动模块，所述功率管的漏极连接高电平，所述功率管的源级连接所述磁耦元件的第一线圈的首端；或者，所述功率管的栅极连接所述前置驱动模块，所述功率管的漏级连接所述磁耦元件的第一线圈的末端，所述功率管的源极连接地。
[0013]在一种可能的实现方式中，所述磁耦元件包括第一线圈和第二线圈，所述磁耦接收模块包括第一电流源、第一电阻、第一电容、第一运算放大器；所述第一电阻的第一端连接所述磁耦元件的第二线圈的末端，所述第一电阻的第二端连接所述第一电流源、所述第一电容的第一端和所述第一运算放大器的第二输入端，所述第一电容的第二端和所述第一运算放大器的第一输入端连接地。
[0014]在一种可能的实现方式中，所述预设的参考信号的电压为所述第一电阻的阻值与所述第一电流源提供的第一电流的乘积的相反数。
[0015]在一种可能的实现方式中，所述磁耦元件包括第一线圈和第二线圈，所述磁耦接收模块包括第二电流源、第二电阻、第三电阻、第二电容、第二运算放大器；所述第二电阻的
第一端连接所述磁耦元件的第二线圈的首端，所述第二电阻的第二端连接所述第二电容的第一端和所述第二运算放大器的第一输入端，所述第二电容的第二端连接地，所述第二运算放大器的第二输入端连接所述第二电流源、所述第三电阻的第一端，所述第三电阻的第二端连接地。
[0016]在一种可能的实现方式中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于开关电源变换器的磁耦隔离电路，其特征在于，所述磁耦隔离电路包括磁耦元件、磁耦发送模块和磁耦接收模块，所述磁耦元件连接于所述磁耦发送模块和所述磁耦接收模块之间；其中，所述磁耦发送模块耦合于所述开关电源变换器的副边，接收指示所述开关电源变换器副边欠压的第一欠压信号，并转换为驱动信号，驱动所述磁耦元件输出磁耦信号至所述磁耦接收模块，所述磁耦接收模块将所述磁耦信号和预设的参考信号进行比较，得到输出至开关电源变换器原边的第二欠压信号。2.根据权利要求1所述的磁耦隔离电路，其特征在于，所述磁耦元件包括第一线圈和第二线圈，所述磁耦发送模块包括前置驱动模块和功率管，所述功率管连接在所述前置驱动模块和所述磁耦元件之间；所述前置驱动模块接收具有第一占空比的第一欠压信号，并转换为具有第二占空比的前置驱动信号，所述前置驱动信号指示所述功率管开通，使所述功率管输出所述驱动信号至所述磁耦元件，其中，所述第一占空比大于所述第二占空比。3.根据权利要求2所述的磁耦隔离电路，其特征在于，所述功率管为MOSFET器件，其中，所述功率管的栅极连接所述前置驱动模块，所述功率管的漏极连接高电平，所述功率管的源级连接所述磁耦元件的第一线圈的首端；或者，所述功率管的栅极连接所述前置驱动模块，所述功率管的漏级连接所述磁耦元件的第一线圈的末端，所述功率管的源极连接地。4.根据权利要求1所述的磁耦隔离电路，其特征在于，所述磁耦元件包括第一线圈和第二线圈，所述磁耦接收模块包括第一电流源、第一电阻、第一电容、第一运算放大器；所述第一电阻的第一端连接所述磁耦元件的第二线圈的末端，所述第一电阻的第二端连接所述第一电流源、所述第一电容的第一端和所述第一运算放大器的第二输入端，所述第一电容的第二端和所述第一运算放大器的第一输入端连接地。5.根据权利要求4所述的磁耦隔离电路，其特征在于，所述预设的参考信号的电压为所述第一电阻的阻值与所述第一电流源提供的第一电流的乘积的相反数。6.根据权利要求1所述的磁耦隔离电路，其特征在于，所述磁耦元件包括第一线圈和第二线圈，所述磁耦接收模块包括第二电流源、第二电阻、第三电阻、第二电容、...

【专利技术属性】
技术研发人员：阳玉才，朱建培，郑曰，李子健，康昊鹏，
申请(专利权)人：上海晶丰明源半导体股份有限公司，
类型：新型
国别省市：