用于隔离型电源的一次侧调节的制作方法
【专利摘要】本发明揭示一种DC-DC转换器，其包含一次侧感测电路，所述一次侧感测电路基于从所述DC-DC转换器的二次绕组到所述DC-DC转换器的一次绕组的反射电流而检测所述DC-DC转换器的负载电流。一次侧二极管模拟从所述DC-DC转换器的所述二次绕组驱动的二次侧二极管的效应。输出校正电路基于来自所述一次侧感测电路和所述一次侧二极管的反馈来控制到所述DC-DC转换器的所述一次绕组的开关波形。
【专利说明】用于隔离型电源的一次侧调节
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及电子电路，且具体来说涉及电源电路。
【背景技术】
[0002]用于电子仪表、工业控制、马达驱动和医疗应用中的许多低功率隔离型电源(例如)使用开环电源来对二次侧上的电路供电。开环电源的输出一股未经调节且不具有软启动来最小化涌入电流。然而，这些问题可通过调节电源的一次侧来避免。现有技术图1展示此类隔离型电源100的简化示意图。电源100为反激式转换器的变体，且由半桥式功率级SI及S2、变压器Tl、一次侧电容器Cr、二极管Dl和输出电容器Co组成。
[0003]尽管图1中所示的电源100提供与开环系统相比更好的调节，但所述调节仍可通过使用如现有技术图2中所示的光耦合器210来感测二次侧处的输出改变或使用二次侧处的线性调节器(未图示)来再进一步调节输出(如下文论述)而得以改进。
[0004]在隔离型开关电源中，光耦合器210广泛用以在反馈环路中提供隔离。使用光耦合器的缺点之一在于其低带宽，然而，其中所述电源的带宽由于在电源的控制环路增益中引入额外的极而减小。使用光耦合器的另一缺点在于电流传输比(CTR)的大的单元间变化。将CTR或耦合效率定义为光隔离器晶体管集电极电流与二极管电流的比率。CTR的高变化对电源的控制环路设计强加了约束，且致使环路的补偿更困难。另外，光耦合器在高温下不再可靠，且因此对于太空、军事和一些工业应用并非是优选的。
[0005]代替光耦合器，还可利用线性调节器来将输出向下调节到所要的输出电压电平。此策略帮助避免了与光耦合器相关联的带宽、过程变化和可靠性问题。尽管可用线性调节器紧密地调节输出，但其还导致主要归因于调节器的导通元件上的功率耗散的效率损失。
【发明内容】
[0006]在一个实例中，DC-DC转换器包含一次侧感测电路，所述一次侧感测电路基于从所述DC-DC转换器的二次绕组到所述DC-DC转换器的一次绕组的反射电流而检测所述DC-DC转换器的负载电流。一次侧二极管模拟从所述DC-DC转换器的所述二次绕组驱动的二次侧二极管的效应。输出校正电路基于来自所述一次侧感测电路和所述一次侧二极管的反馈来控制到所述DC-DC转换器的所述一次绕组的开关波形。
[0007]在另一实例中，DC-DC转换器包含一次侧感测电路，所述一次侧感测电路基于从所述DC-DC转换器的二次绕组到所述DC-DC转换器的一次绕组的反射电流而检测所述DC-DC转换器的负载电流。此包含电流源以驱动一次侧二极管，其中所述一次侧二极管模拟从所述DC-DC转换器的所述二次绕组驱动的二次侧二极管的效应。输出校正电路基于来自所述一次侧感测电路和所述一次侧二极管的反馈来控制到所述DC-DC转换器的所述一次绕组的开关波形。
[0008]在另一实例中，一种设备包含一次侧感测电路，其用以基于从DC-DC转换器的二次绕组到所述DC-DC转换器的一次绕组的反射电流而检测所述DC-DC转换器的负载电流；此包含电流源以驱动一次侧二极管，其中所述一次侧二极管模拟从所述DC-DC转换器的所述二次绕组驱动的二次侧二极管的效应。所述设备还可包含输出校正电路，其用以基于来自所述一次侧感测电路和所述一次侧二极管的反馈来控制到所述DC-DC转换器的所述一次绕组的开关波形，其中所述输出校正电路根据平均负载电流的函数来控制所述一次侧二极管上的电压。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1说明现有技术DC-DC转换器电路的实例。
[0010]图2说明使用从二次到一次的光耦合器反馈的现有技术DC / DC转换器电路的实例。
[0011]图3说明使用用于DC-DC转换器的一次侧调节的DC-DC转换器的实例。
[0012]图4说明可被用来补偿转换器中的二次二极管效应的实例DC-DC转换器二极管模型电路。
[0013]图5说明为图3中所描绘的通用转换器的实例的DC-DC转换器电路。
[0014]图6说明图5中所描绘的DC-DC转换器输出校正电路的实例。
[0015]图7说明基于图6中所描绘的输出校正电路的取样的平均电流计算的实例DC-DC转换器波形。
【具体实施方式】
[0016]图3说明使用用于DC-DC转换器的一次侧调节的实例DC-DC转换器300。如本文使用，术语DC-DC转换器用以指示将输入DC电压(展示为VIN DC)变换为其输出处的后续DC电压(例如，相同或不同的)且展示为VOUT DC。在一个实例中，DC-DC转换器300可在DC输入电压VIN DC与DC输出电压VOUT DC之间以升压电压配置来配置(例如，所产生的输出电压高于输入电压)。在另一实例中，DC输入电压与DC输出电压之间的降压电压配置是可能的(例如，所产生的输出电压低于输入电压)。在另一配置中，提供隔离配置，其中DC输入电压实质上与DC输出电压相同，而例如经由如下文将说明和描述的变压器来在转换器的输入电压与输出电压之间提供又一形式的隔离。DC-DC转换器300的其它配置还可包含阻抗匹配配置，其中DC-DC转换器的输出阻抗不同于DC-DC转换器的输入阻抗。
[0017]DC-DC转换器300通过经由变压器304而间接感测转换器的负载条件来提供负载调节。负载条件可根据变压器304的转换器二次绕组310来被监视，所述负载条件从二次反射到转换器一次绕组320。此类负载条件可包含可经由监视转换器一次绕组320的一次侧感测电路330而感测到的电压和/或电流。通过使用所反射条件的间接感测，没有来自二次侧的直接反馈被转换器300监视到，此改进了转换器300的稳定性且降低了电路复杂性(例如，消除了从二次到一次的光耦合器反馈)。
[0018]一次侧感测电路330基于从DC-DC转换器的二次绕组310到DC-DC转换器的一次绕组320的反射电流而检测所述DC-DC转换器的负载电流。可使用一次侧二极管340来模拟二次侧二极管350的效应，所述二次侧二极管350由DC-DC转换器300的二次绕组310驱动且产生输出电压VOUT DC。此类模拟可顾及归因于二次二极管350的损失，且因此可影响负载调节。输出校正电路360基于来自一次侧感测电路330和一次侧二极管340的反馈来控制到DC-DC转换器的一次绕组320的开关波形。如图所示，输出校正电路360控制将开关波形施加到转换器一次绕组320的开关电路370。如本文所使用，二极管为通用术语。因此，可使用作为二极管而操作的任何类型的半导体或装置(例如，经配置为二极管、真空管等的晶体管)。
[0019]如上文所述，DC-DC转换器300调节变压器304的二次侧而无需感测输出电压VOUTDC，但代替地基于负载要求而执行一次侧输出电压校正。这可通过感测递送到一次侧电容器(；(未图示但连接到一次绕组)的电流且调整所述电容器上的电压 ' 使得二次二极管350上的电压降可被求反而实现。对于此操作，存在多种考虑因素。这些考虑因素包含确定一次侧处的负载电流比二次侧处的负载电流大N倍，其中N是变压器304的匝数比。因此，使用参数N来合适地配置系统300。
[0020]合适负载调节的另一考虑因素是二次侧二极管350上的电压降的考虑因素。由于变压器304的二次侧未由DC-DC转换器300直接感测，所以二次二极管350上的电压降不能被准确地预测。然而，这可通过将类似作用的二极管(例如二极管340)放置在一次侧以重新产生二次二极管350的1-V特性且基于所感测的一次侧负载电流来克服。接着可通过将类似二极管340放置在变压器304的一次侧上且设置各种系统参数以顾及变压器304的匝数比来配置DC-DC转换器300。
[0021]上述输出校正方法可通过针对给定负载电流而通过使用此电流的小部分来产生二极管350的电压降来实施。这由于耗散与二次二极管350相同的功率量通常不实际而被考虑。假设变压器304匝数比在此实例中为一，且负载电流k可在一次侧被感测到。如果将所感测负载电流/ k (其中k为感测比)施加到一次二极管340 (在方程式中称作D2),那么电压降Vd2变为如下:
【权利要求】
1.一种DC-DC转换器，其包括: 一次侧感测电路，其用以基于从所述DC-DC转换器的二次绕组到所述DC-DC转换器的一次绕组的反射电流而检测所述DC-DC转换器的负载电流； 一次侧二极管，其用以模拟从所述DC-DC转换器的所述二次绕组驱动的二次侧二极管的效应；以及 输出校正电路，其用以基于来自所述一次侧感测电路和所述一次侧二极管的反馈来控制到所述DC-DC转换器的所述一次绕组的开关波形。
2.根据权利要求1所述的DC-DC转换器，其进一步包括开关电路以产生所述开关波形且驱动所述DC-DC转换器的所述一次绕组。
3.根据权利要求1所述的DC-DC转换器，其进一步包括一次侧电流源以驱动所述一次侧二极管，其中所述一次侧电流源提供基于负载电流的部分的电流，所述负载电流通过所述一次绕组和所述二次绕组所界定的匝数比而按比例减少。
4.根据权利要求3所述的DC-DC转换器，其中所述一次二极管与电阻器和所述一次侧电流源串联以调整所述一次侧二极管上的电压。
5.根据权利要求4所述的DC-DC转换器，其进一步包括与所述一次侧二极管并联的第二电流源以进一步调整所述一次侧二极管上的所述电压。
6.根据权利要求4所述的DC-DC转换器，其进一步包括与所述一次侧二极管并联的第二二极管以进一步调整所述一次侧二极管上的所述电压。
7.根据权利要求4所`述的DC-DC转换器，其中所述一次侧电流源使用描述二极管的理想特性的理想因数η来调整所述一次侧二极管上的所述电压。
8.根据权利要求7所述的DC-DC转换器，其中所述一次侧电流源使用描述二极管的温度特性的热因数VT来调整所述一次侧二极管上的所述电压。
9.根据权利要求1所述的DC-DC转换器，其中所述输出校正电路使用峰值电流控制来调节所述DC-DC转换器的输出电压。
10.根据权利要求1所述的DC-DC转换器，其中所述输出校正电路使用平均电流控制来调节所述DC-DC转换器的所述输出电压。
11.根据权利要求9所述的DC-DC转换器，其中所述输出校正电路感测来自所述一次绕组的电压，且将所述经感测电压转换为补偿电流用于所述DC-DC转换器中的开关电路，从而调整所述一次侧二极管上的所述电压。
12.—种DC-DC转换器，其包括: 一次侧感测电路，其基于从所述DC-DC转换器的二次绕组到所述DC-DC转换器的一次绕组的反射电流而检测所述DC-DC转换器的负载电流； 电流源，其用以驱动一次侧二极管，其中所述一次侧二极管模拟从所述DC-DC转换器的所述二次绕组驱动的二次侧二极管的效应；以及 输出校正电路，其用以基于来自所述一次侧感测电路和所述一次侧二极管的反馈来控制到所述DC-DC转换器的所述一次绕组的开关波形。
13.根据权利要求12所述的DC-DC转换器，其中所述一次二极管与电阻器和所述电流源串联以调整所述一次侧二极管上的电压。
14.根据权利要求13所述的DC-DC转换器，其进一步包括与所述一次侧二极管并联的第二电流源以进一步调整所述一次侧二极管上的所述电压。
15.根据权利要求13所述的DC-DC转换器，其进一步包括与所述一次侧二极管并联的第二二极管以进一步调整所述一次侧二极管上的所述电压。
16.根据权利要求13所述的DC-DC转换器，其进一步包括斜率补偿电路以调整所述一次侧二极管上的所述电压。
17.根据权利要求12所述的DC-DC转换器，其进一步包括开关电路以产生所述DC-DC转换器中的所述开关波形。
18.—种设备,其包括: 一次侧感测电路，其基于从DC-DC转换器的二次绕组到所述DC-DC转换器的一次绕组的反射电流而检测所述DC-DC转换器的负载电流； 电流源，其用以驱动一次侧二极管，其中所述一次侧二极管模拟从所述DC-DC转换器的所述二次绕组驱动的二次侧二极管的效应；以及 输出校正电路，其用以基于来自所述一次侧感测电路和所述一次侧二极管的反馈来控制到所述DC-DC转换器的所述一次绕组的开关波形，其中所述输出校正电路根据平均负载电流的函数来控制所述一次侧二极管上的电压。
19.根据权利要求18所述的设备，其进一步包括与所述一次侧二极管并联的第二电流源以调整所述一次侧二极管上的所述电压。
20.根据权利要求18所述的设备，其进一步包括与所述一次侧二极管并联的第二二极管以调整所述一次侧二极管上的所`述电压。
【文档编号】H02M3/00GK103780079SQ201310503152
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年10月23日 优先权日:2012年10月23日
【发明者】埃尔汗·奥扎莱夫林, 戴维·丹尼尔斯, 卢图利·E·戴克 申请人:德州仪器公司