功率转换器制造技术

一种包括变压器（ＴＲ１）的隔离式功率转换器，变压器以在副边侧的所反映原边电压相对地具有正电位的方式设置，所述转换器包括设置成使第二晶体管（Ｔ２）与副边绕组上的电压相关地导通的求导网（Ｃ１，Ｒ１），第二晶体管的源极连接到副边绕组的负极端，第三晶体管（Ｔ３）的漏极还连接到副边绕组的正极端，第二电容器（Ｃ２）和第二电阻器（Ｒ２）连接在第三晶体管（Ｔ３）的栅极与源极之间，第三电阻器（Ｒ３）连接在第二电阻器（Ｒ２）与第二晶体管（Ｔ２）的漏极之间，第三电容器（Ｃ３）连接在第二晶体管（Ｔ２）和第三晶体管（Ｔ３）的源极之间以在第三电容器（Ｃ３）的一个端子提供第一输出电压（Ｕｃｃ）并在第三电容器（Ｃ３）的另一个端子提供第二输出电压（Ｕｆｆ）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及功率转换器，具体来说，涉及具有设置在其副边(secondary)侧的控 制电路的功率转换器。
技术介绍
例如单调启动、短路后恢复、负载瞬时性能的不断增加的动态要求允许重新划分 许多现代绝缘式(insulated)功率转换器的控制结构。以前，构造该设计的正常方式是 将控制电路设置在原边(primary)侧，并且仅传送来自在副边侧的电压控制系统的误差信 号。满足上述要求的最有效方式是将控制电路设置在副边侧，在那里可更有效地监测输出 电压。设置在副边侧的数字控制和数字接口的引入将使得使用这种副边侧控制甚至更合乎 逻辑。这种副边侧控制的一个问题在于，必须从原边侧给这时设置在副边侧的控制电路 提供偏置。为此，必须双方准确监测输入电压，因为输入电压的监测能力往往是数字控制器 内的要求，并且该信号用于控制主转换器。还必须以高动态带宽监测输入电压，使转换器能 够处理输入电压瞬变(电压模式前馈)。往往从小辅助转换器给控制电路提供偏置，小辅助转换器又称作偏置调节器，往 往是回授(flyback)类型，它给控制电路以及同步mosfet和主开关mosfet提供偏置。一种生成与输入电压对应的信号的方法是通过对辅助转换器或实际功率链中的 正向脉冲进行峰值整流并且将这个信息存储在电容器中而将它从偏置电源得出。如果原边 电压增加，则电容器逐个周期地被充电，并且将准确地反映(mirror)原边电压。如果原边 电压减小，则不存在使电容器放电到经变换电压的放电通路。因此，电容器经由电阻器或电 流源放电，并且正确电压通过电容器每个周期的充电来实现。这导致因每个周期从电容器 的大放电引起的高纹波的高动态性能与要求电容器在每个周期仅轻微放电的准确度之间 的折衷。上文使用峰值整流的解决方案的缺点在于，很难使对高动态性能的要求与高准确 度匹配。当输入电压增加时，该解决方案将始终能够具有高动态带宽，但是带宽将受到副边 电压的最大可接受电压纹波限制，因为电容器在开关周期之间的耗尽本身将表示为所反映 电压上的纹波。整流器件的正向电压降还将影响所测量电压的准确度。另一种成本更高的方法是使用线性光耦合器。输入电压信号由运算放大器测量， 并且转换成用于驱动线性光耦合器的电流。这个电流然后在副边侧被转换成电压。光耦合 器方式的一个缺点在于，要求横跨绝缘势垒的一个额外组件。另外，这种解决方案成本比较 高，并且还将具有老化的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种上文所定义的功率转换器，它具有供输入到控制电路的 至原边侧的输入电压的更准确指示。本专利技术涉及包括变压器的隔离式功率转换器，变压器具有包括向其施加原边电压 的原边绕组的原边侧、包括设置成反映原边电压并且提供输出电压的副边绕组的副边侧 以及原边侧与副边侧之间的绝缘势垒，并以副边侧的所反映原边电压相对地具有正电位 的方式设置。转换器包括设置成使第二晶体管与副边绕组上的电压相关地导通的求导网 (derivating net)，第二晶体管的源极连接到副边绕组的负极端，第三晶体管的漏极还连 接到副边绕组的正极端，第二电容器和第二电阻器连接在第三晶体管的栅极与源极之间， 第三电阻器连接在第二电阻器与第二晶体管的漏极之间，第三电容器设置成在其端子中之 一上提供参考电压。优选地，求导网设置成在变压器电压的上升沿期间使第二晶体管导通。本专利技术的概念是与上述峰值整流方案很类似的解决方案，但增加了信息存储器件 电容器，它可在每一个开关周期被充电和放电。这通过使电容器能够经由能够进行双向能 量转移的例如MOSFET的器件的放电来实现。这极大降低所反映电压上的纹波，并且还在存 储器件将被放电时提高动态性能。本专利技术的主要优点在于，它使用现有技术以及仅使用几个低成本组件来创建原边 电压的高准确的静态和动态所反映信号。该解决方案除了已经存在的变压器之外不需要横跨绝缘势垒的组件，这会是高密 度解决方案的主要有益效果。如果经过准确选择，则组件Cl、Rl将作为变压器电压的缓冲 器(sniAber)，因而将那个功能集成在系统中。整流元件优选地是二极管，它通过其阴极连接到副边绕组的正极端。在一个实施例中，求导网包括连接在副边绕组的正极端与第二晶体管的栅极之间 的第一电容器以及连接在第二晶体管的栅极与副边绕组的负极端之间的第一电阻器。转换器优选地包括偏移补偿电路，用于去除第二电压输出的偏移。在一个实施例 中，偏移补偿电路包括第一双极晶体管，第四晶体管的基极连接到第一输出电压，第四晶体 管的发射极通过第四电阻器连接到第二输出电压，以及第四晶体管的集电极通过第五电阻 器连接到地，在第四晶体管的集电极上提供参考地电平。这是一种简单廉价的解决方案；但 是，它引入误差，这表示它在所有应用领域可能不是充分精确的。备选地，偏移补偿电路包括差分放大器，差分放大器的非反相输入通过第六电阻 器连接到第二电压输出并且通过第七电阻器连接到地，差分放大器的反相输入通过第九电 阻器连接到第一电压输出，以及第八电阻器从反相输入连接到差分放大器的输出，差分放 大器的输出提供参考地电压。这是比上文更为复杂的解决方案，但提供精确参考地电压。齐纳二极管可设置在第二和/或第三晶体管的栅极与源极之间，以便限制相应晶 体管上的电压。这将增加可由相应晶体管并因此由转换器处理的输入电压范围。附图说明下面通过示例方式并参照附图更详细地描述本专利技术，附图中图1示出由在副边侧的控制电路所控制的功率转换器。图加和图2b根据本专利技术的第一和第二实施例示出包括输入电压监测电路的两个 不同功率转换器。图3示出可用于补偿偏移输出电压的电流发生器。图4示出可如何使用差分放大器来补偿偏移输出电压。图5是现有技术解决方案的简化框图。图6a_6d示出在副边侧随电压在四个不同点的时间的变化。图7a-图7c分别根据本专利技术和现有技术解决方案示出输入电压和在能量存储器 件上的电压。具体实施例方式图1示出由在副边侧的控制电路所控制的功率转换器。功率转换器包括由在原边 侧的多个开关元件Si、S2、S3、S4所控制的主变压器Ml。这些开关元件由原边侧驱动器单 元3控制。在副边侧，两个整流元件R1、R2连接到副边绕组的相对端。整流元件R1、R2由 副边侧驱动器单元5控制。使用电感器Ll和电容器Cl以本领域常见方式在副边绕组的中 心抽头与整流元件之一之间抽取输出电压。控制单元1通过第二变压器M2连接到原边侧驱动器单元并且连接到副边侧驱动 器单元5。控制单元1还在副边侧的输出连接于电感器Ll与电容器Cl之间。提供辅助转换器7以给控制电路1提供偏置。辅助转换器7连接到原边侧驱动器 单元3、副边侧驱动器单元5和控制单元1。本专利技术涉及这个辅助转换器7的实施例，下面 将对其进行论述。图加是根据本专利技术实施例的包括输入电压监测电路的功率转换器的电路图。图 加示出回授转换器，但此概念可用于其中实际输入电压在绝缘势垒上经过线性变换的任何 转换器。如本领域常见的，功率转换器包括变压器TR1，它具有带原边绕组的原边侧和带副 边绕组的副边侧，原边侧与副边侧之间具有绝缘势垒。电压源Vin设置成向原边绕组提供输入电压。采取MOSFET形式的开关元件Tl设 置在电压源与原边绕组的一端之间，以便控制变压器的功能。变压器TRl将回授能量变换 到副边侧。在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括变压器（ＴＲ１）的隔离式功率转换器，所述变压器（ＴＲ１）具有包括向其施加原边电压的原边绕组的原边侧、包括设置成反映所述原边电压并且提供输出电压（Ｖｃｃ）的副边绕组的副边侧以及所述原边侧与副边侧之间的绝缘势垒，并且以在所述副边侧的所反映原边电压相对地具有正电位的方式设置，　　所述转换器特征在于，它包括设置成使第二晶体管（Ｔ２）与所述副边绕组上的电压相关地导通的求导网（Ｃ１，Ｒ１），所述第二晶体管的源极连接到所述副边绕组的负极端，第三晶体管（Ｔ３）的漏极还连接到所述副边绕组的正极端，第二电容器（Ｃ２）和第二电阻器（Ｒ２）连接在所述第三晶体管（Ｔ３）的栅极与源极之间，第三电阻器（Ｒ３）连接在所述第二电阻器（Ｒ２）与所述第二晶体管（Ｔ２）的漏极之间，第三电容器（Ｃ３）连接在所述第二晶体管（Ｔ２）和第三晶体管（Ｔ３）的源极之间以便在所述第三电容器（Ｃ３）的一个端子提供第一输出电压（Ｕｃｃ）并在所述第三电容器（Ｃ３）的另一端子提供第二输出电压（Ｕｆｆ）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：M阿佩尔伯格，
申请(专利权)人：爱立信电话股份有限公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]