专利名称：一种开关电源中动态磁平衡调整电路及开关电源的制作方法
技术领域：
本发明涉及磁平衡调整技术领域，特别涉及一种开关电源中动态磁平衡调整电路
及开关电源。
背景技术：
开关电源具有体积小，效率高以及电流大的优点，因此被广泛应用于手机充电器 和笔记本电脑适配器等场合。 开关电源的逆变电路中均会产生偏磁，下面简单介绍下偏磁现象产生的原因。参 见图l，该图为现有技术中解决偏磁的调整电路。其中，四个开关管IGBT1、IGBT2、IGBT3和 IGBT分别位于四个桥臂上，并且每个开关管反向并联一个二极管。 由于全桥逆变电路中的四个开关管导通的时间不一致，这样磁滞不能完全抵消， 导致变压器中有直流分量。当直流分量积累到一定程度时，会造成变压器的铁心饱和。
目前，解决偏磁的方法是在变压器的初级绕组上串联一个电容C。当全桥逆变电路 工作时，电容C上下交叉的开关管闭合。此时，电路中产生的偏磁可以通过电容C来解决， 因为电容C有隔直作用。 虽然这种方法简单易行，但是还存在缺点。在几个开关周期中，电容C能起到很好 的隔直抗偏磁的作用，但是从全桥逆变电路长期的工作来看，用这种方法抗偏磁并不彻底。 因为电容C可以把变压器中多余的直流分量进行分配，但是每次分配并不是完全均衡的， 所以它很难消除长期的直流电荷的累积。当直流电荷累积到一定程度，会产生新的磁通不 平衡，造成变压器的铁心饱和。这时逆变电路就会损坏，这也正是开关电源有一个固有的损 坏概率的主要原因。
发明内容
本发明要解决的技术问题是一种开关电源中动态磁平衡调整电路及开关电源，能 够有效调整偏磁，提高工作可靠性。 本发明提供一种开关电源中动态磁平衡调整电路，应用于半桥逆变电路中，包括 第一采样单元、第二采样单元、比较单元和控制单元； 所述第一采样单元，用于采集半桥逆变电路的上下桥臂的中点电压，将该中点电 压发送至所述比较单元； 所述第二采样单元，用于采集整流后电压的中点值，将该中点值发送至所述比较 单元； 比较单元，用于将所述中点电压和中点值进行比较，并将比较结果发送给所述控 制单元； 所述控制单元，当所述比较结果为所述中点电压大于所述中点值时，用于减小驱 动上桥臂开关管的脉冲的占空比，直到所述中点电压等于所述中点值；当所述比较结果为 所述中点电压小于所述中点值时，用于减小驱动下桥臂开关管的脉冲的占空比，直到所述中点电压等于所述中点值。 优选地，所述比较单元包括第一电压比较器、第二电压比较器和第三电压比较 器； 所述中点电压输入所述第一电压比较器的负输入端，所述中点值输入所述第一电 压比较器的正输入端； 所述第一电压比较器的输出端连接所述第二电压比较器的负输入端；所述第二电 压比较器的正输入端连接参考电压；所述第二电压比较器的输出端通过电阻连接所述控制 单元的第一输入端； 所述第二电压比较器的输出端连接所述第三电压比较器的负输入端；所述第三电 压比较器的正输入端连接所述参考电压；所述第三电压比较器的输出端通过电阻连接所述 控制单元的第二输入端。 优选地，所述控制单元包括主控芯片和整形驱动芯片； 所述主控芯片的第一输出端和所述控制单元的第一输入端信号叠加以后输入所 述整形驱动芯片的第一输入端； 所述主控芯片的第二输出端和所述控制单元的第二输入端信号叠加以后输入所 述整形驱动芯片的第二输入端； 所述整形驱动芯片的第一输出端信号作为驱动上桥臂开关管的脉冲； 所述整形驱动芯片的第二输出端信号作为驱动下桥臂开关管的脉冲。 优选地，所述第一采样单元包括容值相同的第一桥臂电容和第二桥臂电容，所述
第一桥臂电容和第二桥臂电容串联后与所述半桥逆变电路的上下桥臂并联； 所述中点电压为所述第一桥臂电容和第二桥臂电容的公共端的电压。 优选地，所述第二采样单元包括阻值相同的第一电阻和第二电阻，所述第一电阻
和第二电阻串联后与所述半桥逆变电路的上下桥臂并联； 所述中点值为所述第一电阻和第二电阻的公共端的电压。 本发明还提供一种开关电源中动态磁平衡调整电路，应用于全桥逆变电路中，包 括第一采样单元、第二采样单元、比较单元和控制单元； 所述第一采样单元，用于采集全桥逆变电路中隔直电容两端的电容电压，将该电 容电压发送至所述比较单元； 所述第二采样单元，用于采集整流后电压的中点值，将该中点值发送至所述比较 单元； 比较单元，用于将所述电容电压和中点值进行比较，并将比较结果发送给所述控 制单元； 所述控制单元，当所述比较结果为所述电容电压大于所述中点值时，用于减小驱 动右上开关管和左下开关管的脉冲的占空比，直到所述电容电压等于所述中点值；当所述 比较结果为所述电容电压小于所述中点值时，用于减小驱动左上开关管和右下开关管的脉 冲的占空比，直到所述电容电压等于所述中点值。 优选地，所述比较单元包括第一电压比较器、第二电压比较器和第三电压比较 器； 所述电容电压输入所述第一电压比较器的负输入端，所述中点值输入所述第一电压比较器的正输入端； 所述第一电压比较器的输出端连接所述第二电压比较器的负输入端；所述第二电 压比较器的正输入端连接参考电压；所述第二电压比较器的输出端通过电阻连接所述控制 单元的第一输入端； 所述第二电压比较器的输出端连接所述第三电压比较器的负输入端；所述第三电 压比较器的正输入端连接所述参考电压；所述第三电压比较器的输出端通过电阻连接所述 控制单元的第二输入端。 优选地，所述控制单元包括主控芯片和整形驱动芯片； 所述主控芯片的第一输出端和所述控制单元的第一输入端信号叠加以后输入所 述整形驱动芯片的第一输入端； 所述主控芯片的第二输出端和所述控制单元的第二输入端信号叠加以后输入所 述整形驱动芯片的第二输入端； 所述整形驱动芯片的第一输出端信号作为驱动右上开关管和左下开关管的脉 冲； 所述整形驱动芯片的第二输出端信号作为驱动左上开关管和右下开关管的脉冲。
优选地，所述第二采样单元包括阻值相同的第一电阻和第二电阻，所述第一电阻 和第二电阻串联后与所述上下桥臂并联； 所述中点值为所述第一电阻和第二电阻的公共端的电压。 本发明实施例还提供一种开关电源，包括以上所述的动态磁平衡调整电路。 与现有技术相比，本发明具有以下优点 本实施例提供的动态磁平衡调整电路采集半桥逆变电路的上下桥臂的中点电压 和整流后电压的中点值，将这两个电压进行比较后作为控制信号，控制驱动上下桥臂上开 关管的脉冲的占空比，从而有效控制桥臂中点电压的不平衡。由于采样单元能够实时采集 电压信号，因此，控制单元能够及时地根据采样的结果进行不平衡的调整。
图1是现有技术中解决偏磁的调整电路； 图2是本发明提供的动态磁平衡调整电路实施例一示意图；
图3是本发明提供的动态磁平衡调整电路实施例一对应的电路图。
具体实施例方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明 的具体实施方式
做详细的说明。 参见图2，该图为本发明提供的动态磁平衡调整电路实施例一示意图。 本实施例提供的动态磁平衡调整电路，应用于半桥逆变电路中，包括第一采样单
元201、第二采样单元202、比较单元203和控制单元204。 所述第一采样单元201，用于采集半桥逆变电路的上下桥臂的中点电压，将该中点 电压发送至所述比较单元203。 所述第二采样单元202，用于采集整流后电压的中点值，将该中点值发送至所述比
6较单元203。 比较单元203，用于将所述中点电压和中点值进行比较，并将比较结果发送给所述 控制单元204。 所述控制单元204，当所述比较结果为所述中点电压大于所述中点值时，用于减小 驱动上桥臂开关管的脉冲的占空比，直到所述中点电压等于所述中点值；当所述比较结果 为所述中点电压小于所述中点值时，用于减小驱动下桥臂开关管的脉冲的占空比，直到所 述中点电压等于所述中点值。 变压器出现偏磁现象是由于逆变电路的桥臂中点电压的不平衡。当桥臂中点电压
平衡时，变压器初级绕组的两端就不会产生直流压差，线路中也不会出现直流偏流。 本实施例提供的动态磁平衡调整电路采集半桥逆变电路的上下桥臂的中点电压
和整流后电压的中点值，将这两个电压进行比较后作为控制信号，控制驱动上下桥臂上开
关管的脉冲的占空比，从而有效控制桥臂中点电压的不平衡。由于采样单元能够实时采集
电压信号，因此，控制单元能够及时地根据采样的结果进行不平衡的调整。 下面结合具体的电路图来介绍。 参见图3，该图为本发明提供的动态磁平衡调整电路实施例一对应的电路图。
所述比较单元包括第一电压比较器N1ALM324、第二电压比较器N1CLM324和第三 电压比较器N1DLM324。 所述中点电压输入所述第一电压比较器N1ALM324的负输入端，所述中点值输入 所述第一电压比较器N1ALM324的正输入端。 所述第一电压比较器N1ALM324的输出端连接所述第二电压比较器N1CLM324的负 输入端；所述第二电压比较器N1CLM324的正输入端连接参考电压VREF ;所述第二电压比较 器N1CLM324的输出端通过电阻连接所述控制单元的第一输入端B。 所述第二电压比较器N1CLM324的输出端连接所述第三电压比较器N1DLM324的负
输入端；所述第三电压比较器N1DLM324的正输入端连接所述参考电压VREF ;所述第三电压
比较器N1DLM324的输出端通过电阻连接所述控制单元的第二输入端A。 需要说明的是，第二电压比较器N1CLM324和第三电压比较器N1DLM324的参考电
压大小相同。 第一电压比较器的作用是进行加法运算，将采样的两个电压的差值放大，如果上 下桥臂的电压平衡，那么第一电压比较器的输出值将不会使第二电压比较器和第三电压比 较器输出高电平或低电平。 第二电压比较器和第三电压比较器的功能是一样的，但是当上下桥臂的电压不平 衡时，这两个电压比较器输出的电平是相反的。从图3中可以看出，它们作用是当输出低电 平时会加速电容C9或Cll放电。 所述控制单元包括主控芯片N3UC3825和整形驱动芯片IR2213。 所述主控芯片N3UC3825的第一输出端OUTB和所述控制单元的第一输入端B的信
号叠加以后输入所述整形驱动芯片的第一输入端HIN。 所述主控芯片N3UC3825的第二输出端OUTA和所述控制单元的第二输入端A的信 号叠加以后输入所述整形驱动芯片的第二输入端LIN。 所述整形驱动芯片IR2213的第一输出端信号DrvB作为驱动上桥臂开关管的脉冲。 所述整形驱动芯片IR2213的第二输出端信号DrvA作为驱动下桥臂开关管的脉 冲。 所述第一采样单元包括容值相同的第一桥臂电容C1和第二桥臂电容C2，所述第 一桥臂电容CI和第二桥臂电容C2串联后与所述上下桥臂并联(图中未示出)。
所述中点电压为所述第一桥臂电容C1和第二桥臂电容C2的公共端的电压。
所述第二采样单元包括阻值相同的第一电阻Rl和第二电阻R2，所述第一电阻Rl 和第二电阻2串联后与所述上下桥臂并联。 需要说明的是，第二采样单元可以根据需要选择电阻的个数，只要保证采样的电
压是整流后的电压的中点值即可。例如，可以选择四个电阻，上边两个和下边两个。 所述中点值为所述第一电阻R1和第二电阻R2的公共端的电压。 当上下桥臂出现电压不平衡时会出现两种情况，一种是桥臂的中点电压大于整流
后的中点值；另一种是桥臂的中点电压小于整流后的中点值。 下面结合电路分别介绍以上两种情况。 第一种情况，当桥臂的中点电压大于整流后的中点值时，即HVDCSIG3 > HVDCM，第 一电压比较器N1ALM324的1脚输出高电平，第二电压比较器N1CLM324的8脚输出低电平， 第三电压比较器N1DLM324的14脚输出高电平。 第二电压比较器N1CLM324的8脚输出低电平时，会使驱动脉冲0UTB的宽度拉窄， OUTB用来驱动上桥臂的开关管，这样驱动上桥臂的开关管的脉冲的占空比就会减小，第二 桥臂电容C2的充电时间减少，第一桥臂电容C1上的电压将下降。经过几个开关周期后，使 得HVDCSIG3的电压值下降，直到调整到和HVDCM的大小一样。 第二种情况，当桥臂的中点电压小于整流后的中点值时，即HVDCSIG3 < HVDCM，第 一电压比较器N1ALM324的1脚输出低电平，第二电压比较器N1CLM324的8脚输出高电平， 第三电压比较器N1DLM324的14脚输出低电平。 第三电压比较器N1DLM324的14脚输出低电平时，会使驱动脉冲0UTA的宽度拉 窄，OUTA用来驱动下桥臂的开关管，这样驱动下桥臂的开关管的脉冲的占空比就会减小，第 一桥臂电容C1的充电时间减少，第二桥臂电容C2上的电压将上升。经过几个开关周期后， 使得HVDCSIG3的电压值会升到和HVDCM的大小一样。 需要说明的是，以上实施例提供的动态磁平衡调整电路是针对半桥逆变电路的，
本发明实施例还提供一种动态磁平衡调整电路是针对全桥逆变电路的。 与半桥逆变电路的动态磁平衡调整电路不同的是第一采样单元采样的电压不同。
由于全桥逆变电路有上下左右四个桥臂，每个桥臂上有一个开关管，分别称为左上开关管、
左下开关管、右上开关管和右下开关管。因此，驱动脉冲是驱动上下交叉的两个开关管。 下面对应用于全桥逆变电路中的动态磁平衡调整电路进行详细介绍，包括第一
采样单元、第二采样单元、比较单元和控制单元。 所述第一采样单元，用于采集全桥逆变电路中隔直电容两端的电容电压，将该电 容电压发送至所述比较单元。 所述第二采样单元，用于采集整流后电压的中点值，将该中点值发送至所述比较 单元。
比较单元，用于将所述电容电压和中点值进行比较，并将比较结果发送给所述控 制单元。 所述控制单元，当所述比较结果为所述电容电压大于所述中点值时，用于减小驱 动右上开关管和左下开关管的脉冲的占空比，直到所述电容电压等于所述中点值；当所述 比较结果为所述电容电压小于所述中点值时，用于减小驱动左上开关管和右下开关管的脉 冲的占空比，直到所述电容电压等于所述中点值。 需要说明的是，应用于全桥逆变电路中的动态磁平衡调整电路与应用于半桥逆变 电路中的除了第一采样单元采样的电压位置和最终脉冲驱动的开关管不一样以外，其他均 相同，具体的电路可以参见对图3的描述，在此不再赘述。 全桥逆变电路与半桥逆变电路有区别还有，所述整形驱动芯片的第一输出端信号 作为驱动右上开关管和左下开关管的脉冲；所述整形驱动芯片的第二输出端信号作为驱动 左上开关管和右下开关管的脉冲。 本发明还提供一种开关电源，包括以上实施例所述的动态磁平衡调整电路，具体 可以根据逆变电路是全桥逆变电路还是半桥逆变电路来选择相应的动态磁平衡调整电路。
需要说明的是，本发明实施例提供的开关电源不具体限定整流电路采用的具体形 式，例如可以为全波整流、半波整流等。 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽 然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人 员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明 技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离 本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同 变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
权利要求
一种开关电源中动态磁平衡调整电路，应用于半桥逆变电路中，其特征在于，包括第一采样单元、第二采样单元、比较单元和控制单元；所述第一采样单元，用于采集半桥逆变电路的上下桥臂的中点电压，将该中点电压发送至所述比较单元；所述第二采样单元，用于采集整流后电压的中点值，将该中点值发送至所述比较单元；比较单元，用于将所述中点电压和中点值进行比较，并将比较结果发送给所述控制单元；所述控制单元，当所述比较结果为所述中点电压大于所述中点值时，用于减小驱动上桥臂开关管的脉冲的占空比，直到所述中点电压等于所述中点值；当所述比较结果为所述中点电压小于所述中点值时，用于减小驱动下桥臂开关管的脉冲的占空比，直到所述中点电压等于所述中点值。
2. 根据权利要求1所述的开关电源中动态磁平衡调整电路，其特征在于，所述比较单 元包括第一电压比较器、第二电压比较器和第三电压比较器；所述中点电压输入所述第一电压比较器的负输入端，所述中点值输入所述第一电压比 较器的正输入端；所述第一电压比较器的输出端连接所述第二电压比较器的负输入端；所述第二电压比 较器的正输入端连接参考电压；所述第二电压比较器的输出端通过电阻连接所述控制单元 的第一输入端；所述第二电压比较器的输出端连接所述第三电压比较器的负输入端；所述第三电压比 较器的正输入端连接所述参考电压；所述第三电压比较器的输出端通过电阻连接所述控制 单元的第二输入端。
3. 根据权利要求2所述的开关电源中动态磁平衡调整电路，其特征在于，所述控制单 元包括主控芯片和整形驱动芯片；所述主控芯片的第一输出端和所述控制单元的第一输入端信号叠加以后输入所述整 形驱动芯片的第一输入端；所述主控芯片的第二输出端和所述控制单元的第二输入端信号叠加以后输入所述整 形驱动芯片的第二输入端；所述整形驱动芯片的第一输出端信号作为驱动上桥臂开关管的脉冲；所述整形驱动芯片的第二输出端信号作为驱动下桥臂开关管的脉冲。
4. 根据权利要求1至3任一项所述的开关电源中动态磁平衡调整电路，其特征在于，所 述第一采样单元包括容值相同的第一桥臂电容和第二桥臂电容，所述第一桥臂电容和第二 桥臂电容串联后与所述半桥逆变电路的上下桥臂并联；所述中点电压为所述第一桥臂电容和第二桥臂电容的公共端的电压。
5. 根据权利要求1至3任一项所述的开关电源中动态磁平衡调整电路，其特征在于，所 述第二采样单元包括阻值相同的第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和第二电阻串联后与 所述半桥逆变电路的上下桥臂并联；所述中点值为所述第一电阻和第二电阻的公共端的电压。
6. —种开关电源中动态磁平衡调整电路，应用于全桥逆变电路中，其特征在于，包括第一采样单元、第二采样单元、比较单元和控制单元；所述第一采样单元，用于采集全桥逆变电路中隔直电容两端的电容电压，将该电容电 压发送至所述比较单元；所述第二采样单元，用于采集整流后电压的中点值，将该中点值发送至所述比较单元；比较单元，用于将所述电容电压和中点值进行比较，并将比较结果发送给所述控制单元；所述控制单元，当所述比较结果为所述电容电压大于所述中点值时，用于减小驱动右 上开关管和左下开关管的脉冲的占空比，直到所述电容电压等于所述中点值；当所述比较 结果为所述电容电压小于所述中点值时，用于减小驱动左上开关管和右下开关管的脉冲的 占空比，直到所述电容电压等于所述中点值。
7. 根据权利要求6所述的开关电源中动态磁平衡调整电路，其特征在于，所述比较单 元包括第一电压比较器、第二电压比较器和第三电压比较器；所述电容电压输入所述第一 电压比较器的负输入端，所述中点值输入所述第一 电压比 较器的正输入端；所述第一电压比较器的输出端连接所述第二电压比较器的负输入端；所述第二电压比 较器的正输入端连接参考电压；所述第二电压比较器的输出端通过电阻连接所述控制单元 的第一输入端；所述第二电压比较器的输出端连接所述第三电压比较器的负输入端；所述第三电压比 较器的正输入端连接所述参考电压；所述第三电压比较器的输出端通过电阻连接所述控制 单元的第二输入端。
8. 根据权利要求7所述的开关电源中动态磁平衡调整电路，其特征在于，所述控制单 元包括主控芯片和整形驱动芯片；所述主控芯片的第一输出端和所述控制单元的第一输入端信号叠加以后输入所述整 形驱动芯片的第一输入端；所述主控芯片的第二输出端和所述控制单元的第二输入端信号叠加以后输入所述整 形驱动芯片的第二输入端；所述整形驱动芯片的第一输出端信号作为驱动右上开关管和左下开关管的脉冲；所述整形驱动芯片的第二输出端信号作为驱动左上开关管和右下开关管的脉冲。
9. 根据权利要求6至8任一项所述的开关电源中动态磁平衡调整电路，其特征在于，所 述第二采样单元包括阻值相同的第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和第二电阻串联后与 所述上下桥臂并联；所述中点值为所述第一电阻和第二电阻的公共端的电压。
10. —种开关电源，其特征在于，包括如权利要求l-9任一项所述的动态磁平衡调整电路。
全文摘要
本发明提供一种开关电源中动态磁平衡调整电路及开关电源。调整电路应用于半桥逆变电路中，包括第一采样单元，用于采集半桥逆变电路的上下桥臂的中点电压，将该中点电压发送至比较单元；第二采样单元，用于采集整流后电压的中点值，将该中点值发送至比较单元；比较单元，用于将中点电压和中点值进行比较，并将比较结果发送给控制单元；控制单元，当比较结果为中点电压大于中点值时，用于减小驱动上桥臂开关管的脉冲的占空比，直到中点电压等于中点值；当比较结果为中点电压小于中点值时，用于减小驱动下桥臂开关管的脉冲的占空比，直到中点电压等于中点值。能够有效调整偏磁，提高工作可靠性。
文档编号H02M7/48GK101771360SQ20101011916
公开日2010年7月7日 申请日期2010年3月5日 优先权日2010年3月5日
发明者于小冬, 徐曙东 申请人:北京嘉昌机电设备制造有限公司