一种隔离DC/DC变换器快速输入电压瞬态响应系统的制作方法

本实用新型涉及快速输入电压瞬态响应技术领域，具体为一种隔离DC/DC变换器快速输入电压瞬态响应系统。

背景技术：

电信设备常常会遭受诸如雷击、设备故障和电容器组开关切换等环境及其他电应力。这些事件会引起高达 100V且持续时间为 10 ms 的输入电压瞬变。各种电信标准，包括美国国家标准（ANSI T1.315-2001 规范）和电信业解决方案联盟（ATIS-0600315.2007 规范）在内，都指定了电信环境中所使用的 DC 供电型设备的运行方式。特别地，这些标准规定了当遭遇过压瞬变时所必需的运行方式。

当今顶尖的隔离式 DC/DC 转换器的设计目标一般是在所有的输入电压瞬变条件下实现低于 10% 的输出电压扰动。输出端上的大过冲有可能损坏下游设备，而大的输出电压下冲则会导致设备停机或复位。对于采用同步整流的隔离式 DC/DC 转换器而言，会产生一个大的反向电流，该电流将使电气组件承受过应力并增加系统噪声，因而干扰转换器的正常工作。

在DC/DC变换器输入端，极快的电压转换速率常常会导致输出电压扰动超过±10%。需要一种更为先进的控制方法以限制由输入电压瞬变引起的输出电压下冲和过冲幅值。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种隔离DC/DC变换器快速输入电压瞬态响应系统，采用数字信号控制电压前馈控制方式，从输入电压转换到电压信号采集、响应、处理达到纳秒级速度。数字信号控制模式更加灵活的应用于带有次级同步整流电路的半桥、全桥软开关或硬开关等各种DC/DC变换器电路拓扑。

为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：一种隔离DC/DC变换器快速输入电压瞬态响应系统，包括全桥硬开关电路、高频变压器、数字信号控制器和SR同步整流器；所述全桥硬开关电路的输出端通过导线与高频变压器的输入端电性连接，且高频变压器的输出端通过导线分别与数字信号控制器和SR同步整流器的输入端电性连接；所述数字信号控制器的输出端分别通过导线与全桥硬开关电路和SR同步整流器的输入端电性连接。

作为本实用新型的进一步优选技术方案，还包括斜坡生成电路，所述斜坡生成电路由高频变压器T1，分压电阻器R1、电阻器R2、电阻器R3，电容器C1，MOS管Q1和数字控制器U1组成。电阻器R1、电阻器R2、电阻器R3一端相连组成电阻网络，其中电阻器R1另一端接高频变压器TI次级绕组中心抽头，电阻器R2另一端接地，电阻器R3另一端接电容器C1正端、MOS管Q1漏极和数字控制器U1的EAP2端，MOS管Q1栅极接数字控制器DPWM3A端，电容器C1负极、MOS管Q1源极接地。

作为本实用新型的进一步优选技术方案，还包括输入电压检测及同步整流器接通/关断电路，所述输入电压检测及同步整流器接通/关断电路由二极管D1、二极管D2，电阻器R4、电阻器R5、电阻器R6，电容器C2、电容器C3和数字控制器U1组成。二极管D1阴极接数字控制器的3.3VD端，阳极接二极管D2阴极、电阻网络（电阻器R4、电阻器R5、电阻器R6）中心端以及电容器C2正端，二极管D2阳极、电阻器R5另一端、电容器负端均接地，电阻器R6另一端接电容器C3正端、数字控制器EAP1端，电容器C3负端接地。

有益效果

本实用新型提供了一种隔离DC/DC变换器快速输入电压瞬态响应系统。具备以下有益效果：

1、不需要TVS等吸能元器件，电路安全可靠。

2、对输入电压瞬变抑制效果明显。能够处理持续时间20ms的过冲和下冲电压，输出电压扰动低于3%。

3、响应速度快。能够在2μs内对输入电压的瞬变做出响应，关断SR。输入电压恢复正常后，SR迅速开通，进入正常工作状态。

本实用新型数字控制型隔离DC/DC变换器快速输入电压瞬态响应技术的有益效果是通过前馈电压采样和数字信号处理方式缩短电路的响应时间。电路结构简单，适用于大多数DC/DC变换器电路拓扑。

附图说明

图1为本实用新型原理框图；

图2为本实用新型斜坡生成电路原理图；

图3为本实用新型输入电压检测及同步整流器接通/关断电路原理图；

图中：1-全桥硬开关电路、2-高频变压器、3-数字信号控制器、4-SR同步整流器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，本实用新型提供一种技术方案：一种隔离DC/DC变换器快速输入电压瞬态响应系统，包括全桥硬开关电路1、高频变压器2、数字信号控制器3和SR同步整流器4；所述全桥硬开关电路1的输出端通过导线与高频变压器2的输入端电性连接，且高频变压器2的输出端通过导线分别与数字信号控制器3和SR同步整流器4的输入端电性连接；所述数字信号控制器3的输出端分别通过导线与全桥硬开关电路1和SR同步整流器4的输入端电性连接。

如图2所示，作为本实用新型的斜坡生成电路，以HSFB硬开关全桥电路拓扑为例：T1为高频变压器，当初级侧的一对主开关管开通时，反射在次级绕组上的输入电压通过电阻器R1和电阻器R3给电容器C1充电，这将持续到数字控制器内部的PCM比较器在EAP2引脚上的锯齿波电压超过DAC的输出主栅极驱动器的脉冲为止。DPWM3A是主栅极驱动器的一个互补信号，它由数字控制器产生。该控制器用于给电容器C1放电，放电周期为每半个开关周期一次，电阻器R2与电阻器R1形成电阻分压电路以限制EAP2引脚上的电压，保证任何条件下该电压值低于该引脚最高电压额定值。这样就为数字控制器提供了一组具有互补增益下的斜坡信号。

如图3所示，作为本实用新型的输入电压检测及同步整流器接通/关断电路，是以V_TAP端通过连接高频变压器初级绕组中心抽头以检测输入电压值，该电压值通过电阻器R4、电阻器R5分压降低电压后，再通过电容器C2、电阻器R6、电容器C3组成的“π”型网络进行限流和滤波形成采样信号，该信号通过数字控制器的EAP1端口与内部的DAC进行比较后形成数字信号并存储在ABS寄存器中，数字控制器内部的一对数字窗口比较器Digital Comparator0和Digital Comparator1分别被配置为检测欠压输入和输入电压恢复。当检测到一个低于输出电压保持门限的输入电压时，数字比较器Digital Comparator0将在几纳秒之内向DPWM模块发送一个故障信号，以迅速关断DMPM0B/1B（SR栅极驱动信号），避免反向电流对同步整流器SR的冲击损伤。当输入电压恢复时数字比较器Digital Comparator1触发一个快速固件中断，以使能SR栅极驱动器。起动一个预偏置启动历程以便输出电压能够在最短的时间里恢复。

本实用新型不局限于上述最佳实施方式，任何人在本实用新型的启示下得出的其他任何与本实用新型相同或相近似的产品，均落在本实用新型的保护范围之内。本实用新型中所述的HSFB硬开关全桥电路、SR同步整流电路与传统的电路一致。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。