专利名称：具有多输出的直流/直流变换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及DC/DC变换器领域，更具体地说，涉及能够输送多个输出 电压的变换器。
背景技术：
DC/DC变换器的使用在所有类型的工业中众所周知。众多包括变压器 以提供隔离的变换器根据它们的配置而输送比输送给变压器初级的DC电压 更高(升压变换器)或更低(降压变换器)的单一输出电压。不过，输送多 输出电压的变换器是已知的。例如，美国专利No. 5 541 828描述了一种变
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发明内容
因此本发明提供一种DC/DC变换器，该DC/DC变换器能够克服这种比 例并且还可以调节除主输出电压之外输送的多输出电压。
这些目的通过下面的DC/DC变换器来实现，该DC/DC变换器包括
变压器，具有初级绕组Np以及至少第一次级绕组Nsl和第二次级 绕组Ns2;
. 将所述第一次级绕组连接至主输出Vp的主输出路径，所述主输出 路径包括同步整流器电路、第一电感器Ll和第一电容器Cl;
将DC电源电压Ve连接至所述初级绕组的输入路径，所述输入^各径 包括开关电路，所述开关电路由第一脉宽调制器PWM1控制，以通过开关 所述初级绕组中的电流来调节所述主输出电压；
4. 将所述第二次级绕组连接至辅助输出Va的辅助输出路径，所述辅助 输出路径包括具有控制开关M5、续流开关M6、整流器开关M3、第二电感 器L2和第二电容器C2的辅助整流器电路；
. 第二脉宽调制器PWM2，连接至所述控制开关M5和所述续流开关 M6以控制所述开关的导通间隔，以便独立于所述主输出而对所述辅助输出 进行调节，所述整流器开关M3与所述主路径的同步整流器电路被同步控制。
这样，利用这种合并了由主路径的控制信号控制的辅助路径所延迟的同 步整流器的特定配置，就可以获得高于或是低于输入电压的任意输出电压。 这种简单性还可以使该连接的重量和体积实现大幅度的减小，从而使其更容 易在航空应用中使用。
有利的是，控制所述开关电路的所述第一脉宽调制器(PWM1)或者被 连接至所述变压器的初级，或者被连接至所述变压器的次级然后通过隔离器 电路与所述开关电路隔离。
根据所设计的实施例，所述同步整流器是自定时的，并且包括控制开关 Ml和续流开关M2,所述控制开关Ml的栅极连接至所述第一次级绕组的第 一端，所述续流开关M2的栅极连接至所述第一次级绕组的第二端，或者， 所述同步整流器的时序控制很简单，可以包括两个开关Ml和M2,所述开 关Ml与所述第一次级绕组的第一绕组部分Nsla串联连接，所述开关M2 与所述第一次级绕组的第二绕组部分Nslb串联连接，所述第一绕组部分和 第二绕组部分具有一个共有端，所述两个开关中每个开关的栅极从所述第一 脉宽调制器PWM1进行控制，并且所述第二次级绕组由具有一个共有端的 第一绕组部分Ns2a和第二绕组部分Ns2b构成，所述第二次级绕组的这两个 绕组部分的另外两端连接至两个整流器开关M3和M4，所述整流器开关M3 和M4与与所述第 一 同步整流器电路被并行且同步控制。
优选地，所述开关是金属氧化物硅场效应晶体管(MOSFET)。
本发明的特征和优点从以下通过非限制性标记并且参照附图进行的描 述而变得更加清晰，在附图中
图1示出根据本发明的具有多输出电压的DC/DC变换器的第 一实施例；
图1A示出图1的变形，其中^v次级控制初级的开关电i 各；
图2是示出在图1的变换器中可获得的各种信号的时序图3示出根据本发明的具有多输出电压的DC/DC变换器的第二实施例；
图3A示出图3的变体，其中从次级控制初级的开关电路；
图4是示出在图3的变换器中可获得的各种信号的时序图。
具体实施例方式
图1示出本发明的多输出电压DC/DC变换器的第一实施例。 以已知方式，变换器包括具有初级绕组Np的变压器10，初级绕组Np 从DC电压Ve通过被第 一脉宽调制器(PWMl )控制的开关电3各12以传统 方式馈电，第一脉宽调制器(PWM1 )以在闭环中运行，以调节来自变换器 的、通过隔离器电路12接收的主输出电压Vp。在第一电容器C1的端子处 可获得该主电压，其中第一电容器Cl的一端通过第一电感器Ll连接至变 压器的第一次级绕组Nsl的一端，第一电容器Cl的另一端形成接地端子， 并通过控制开关M1连接至第一次级绕组的另一端。续流(free-whed)开关 M2连接在电容器Cl的另一端与次级绕组的一端之间。优选地，这两个开 关是MOSFET晶体管，并且它们被连接成自定时同步整流器，开关Ml的 栅极连接至次级绕组的一端，并且开关M2的^f册极连接至次级绕组的另 一端。 在图1A的变形中，开关电路12由第一脉宽调制器(PWM1 )控制，现 在PWM1连接至变压器10的次级，并且开关电路12与PWM1被传统的隔 离器电路16隔离。
在本发明中，变换器还跨过第二电容器C2的端子输送辅助输出电压 Va，第二电容器C2的一端连接至电容器Cl的形成接地端子的另一端，并
6且第二电容器C2的另一端连接至第二电感器L2的一端，第二电感器L2的 另一端通过控制开关M5连接至第二次级绕组Ns2的一端。第二次级绕组 Ns2的另 一端通过整流器开关M3连接至接地端子，并且续流开关M6连接 在所述接地端子与电感器L2的第二端之间。优选地，开关M3、 M5和M6 是MOSFET晶体管，开关M3的栅极连接至开关Ml的斥册极，从而使这两个 开关被完全同步地并行控制，开关M5和M6的栅极由通过延迟的同步整流 来对辅助输出电压Va进行闭环调节的第二脉宽调制器PWM2控制(同步后 调节)。M3的自同步控制并不从其整流的路径中获取，而是从主路径中获 取。因此，M3的控制连接至信号RECM而不是信号RECS (如在利用M3 连接至的绕组的传统同步结构中)的事实使得卸载自定时同步整流器的控制 很简单。由于整流器M5和M6的寄生电容在M3的控制下并联连接，具有 使同步整流不工作的效应，因此承载信号RECM的点仅仅连接至电感器， 而不连接至整流器M5和M6的寄生电容。
以下参照图2的时序图来描述图1的变换器的操作，图2中，信号RECM 是开关Ml的栅极处的信号，也是在滤波之前主路径的输出信号，信号RECS 是在第二次级绕组Ns2的一端处的信号，信号Ph是在滤波之前的辅助输出 信号，M2是开关M2的栅极处的信号，并且M5和M6是分别控制开关M5 和M6的栅极的信号。
首先应该观察到的是，不管第一调制器PWM1连接至变压器的初级(图 1 )还是连接至变压器的次级(图1A),主输出信号Vp均由第 一调制器PWM1 以传统方式调节，该第 一调制器输送被调节为将主输出电压维持在期望电平 的占空比。
辅助电压Va由第二调制器PWM2调节，第二调制器PWM2根据图2 的时序图来控制开关M5和M6。从开关M5向上游输送的电压RECS大于 辅助电压Va，正比于从对主输出电压进行滤波的单元L1C1向上游输送的电 压RECM，且在应用以下 ^式时依赖于Nsl和Ns2之间的变压比 (transformation ratio ):RECS = [Nsl/Ns2]*RECM
在传递主电压的能量阶段期间，开关M3与开关M1受到相同的控制， 并且开关M5被第二调制器PWM2控制。比4支而言，在同一主电压的续流 阶段期间，开关M3被截止，与开关M1—样，因此不会由于M5和M6的 内部二极管而出现交叉传导。由于M3通过绕组Ns2进行自定时，因此M5 和M6的寄生电容使M3在变压器电压反转期间(在从初级向次级传递能量 的阶段结束时)维持传导。然后在次级中累积的能量直接(且没有限制)再 注入初级。另外，通过执行单波整流，M3使M5能够成为仅单路的开关， 从而使变换器更加易于设计。
图3中示出本发明的多输出电压DC/DC变换器的第二实施例。图3A 中示出该实施例的变形。
在该实施例中，主输出电压Vp不再由自定时同步整流器调节，而是由 被简单控制的同步整流器，第一脉宽调制器(PWM1 )调节，第一脉宽调制 器(PWM1)用于提供对变换器的主输出电压Vp的闭环调节，并且既能够 控制开关电路12,又能够通过隔离器电路16从变压器10的初级(图3)或 次级(图3A)控制用于控制开关Ml和M2的电路18。如前所述并且已知， 从一端通过第一电感器Ll连接至变压器的第一次级绕组的第一部分Nsla 的一端且另一端形成接地端子的第一电容器Cl的端子处获得可主电压，该 接地端子通过控制开关Ml连接至第一次级绕组的所述第一部分的另一端。 然而，在该实施例中，续流开关M2串联连接在接地端子和第一次级绕组的 第二部分Nslb的一端之间，第一次级绕组的第二部分Nslb的另一端连接 至第一次级绕组的第一部分Nsla的连接至电感器Ll的一端。优选地，两个 开关为栅极被第一调制器PWM1控制的MOSFET晶体管，如上所述。
根据本发明，变换器输送跨过第二电容器C2的端子两端的辅助输出电 压Va，第二电容器C2的一端连接至电容器Cl的构成接地端子的另一端， 并且第二电容器C2的另一端连接至第二电压器L2的一端，第二电压器L2 的另一端通过控制开关M5连接至第二次级绕组的第一部分Ns2a。正如以上所述的实施例中，第二次级绕组的该第二部分的另一端通过整流器开关M3
连接至接地端子，并且续流开关M6连接在所述接端子与电感器L2的第二 端之间。在该实施例中，还提供另一整流器开关M4,其串联连接在接地端 子和第二次级绕组的第二部分Ns2b的一端之间，第二次级绕组的第二部分 Ns2b的另 一端连接至所述第二次级绕组的第 一部分Ns2a的连接至控制开关 M5的一端。
优选地，开关M3、 M4、 M5和M6是MOSFET晶体管，开关M3的栅 级连4妻至开关Ml的4册才及，开关M4的栅极连冲娄至开关M2的栅纟及，并且开 关M5和M6的栅极由第二调制器PWM2控制，第二调制器PWM2在以上 所述的实施例中用于调节辅助输出电压V a 。
图3的变换器的操作可以从图4的时序图中推出，图4的时序图复制以 上参照图2所描述的信号。
在tl时H，电压RECM为正，开关M1导通，并且开关M3也由相同 的信号控制。开关M2和M4截止。在t2期间，RECM等于0,开关M2导 通，并且开关M4也由相同的信号控制。在t3期间，RECM为负，开关M2 和M4导通，并且开关Ml和M3截止。正如以上所述的实施例中，开关 M5和M6由第二调制器PWM2控制，并且正如以上所述的实施例中，从开 关M5向上游输送的电压RECS也正比于乂人对主输出电压进行滤波的单元 L1C1向上游输送的电压RECM,并且在应用同一公式时依赖于Nsl和Ns2 之间的变压比
RECS = [Nsl/Ns2〗*RECM 因此，使用本发明，可以根据变压器的次级的臣数和同步后调节环路的 设定点电压来输送比初级的电压更高或更低电平的任何输出电压。
权利要求
1、一种DC/DC变换器，包括·变压器(10)，具有初级绕组Np以及至少第一次级绕组Ns1和第二次级绕组Ns2；·将所述第一次级绕组连接至主输出Vp的主输出路径，所述主输出路径包括同步整流器电路、第一电感器L1和第一电容器C1；·将DC电源电压Ve连接至所述初级绕组的输入路径，所述输入路径包括由第一脉宽调制器PWM1控制以通过开关所述初级绕组中的电流来调节所述主输出电压的开关电路(12)；·将所述第二次级绕组连接至辅助输出Va的辅助输出路径，所述辅助输出路径包括具有控制开关M5、续流开关M6、整流器开关M3、第二电感器L2和第二电容器C2的辅助整流器电路；·第二脉宽调制器PWM2，连接至所述控制开关M5和所述续流开关M6以控制这些开关的传导间隔，以便独立于所述主输出而调节所述辅助输出，所述整流器开关M3与所述主路径的同步整流器电路被同步控制。
2、 根据权利要求1所述的DC/DC变换器，其特征在于，控制所述开关电路的第一脉宽调制器(PWM1)被连接至所述变压器的初级。
3、 根据权利要求1所述的DC/DC变换器，其特征在于，控制所述开关电路的第一脉宽调制器(PWM1)被连接至所述变压器的次级，并且通过隔离器电路(16)与所述开关电路隔离。
4、 根据权利要求1所述的DC/DC变换器，其特征在于，所述同步整流器是自定时的，并且所述同步整流器包括控制开关Ml和续流开关M2，所述控制开关Ml的栅极连接至第一次级绕组的第一端，所述续流开关M2的栅极连接至所述第 一次级绕组的第二端。
5、 根据权利要求1所述的DC/DC变换器，其特征在于，所述同步整流器电路具有两个开关Ml和M2，所述开关Ml和M2分别与所述第一次级绕组的第一绕组部分Nsla和第二绕组部分Nslb串联连接，所述第一绕组部分Nsla和所述第二绕组部分Nslb具有一个共有端，所述两个开关中每个开关的栅极由所述第一脉宽调制器PWM1控制，并且所述第二次级绕组由具有一个共有端的第一绕组部分Ns2a和第二绕组部分Ns2b构成，所述第二次级绕组的第一绕组部分Ns2a和第二绕组部分Ns2b的另外两端连接至两个整流器开关M3和M4,所述整流器开关M3和M4与所述第一同步整流器电路^皮并行且同步控制。
6、根据权利要求1至5中任一项所述的DC/DC变换器，其特征在于，开关(Ml至M6)是MOSFET晶体管。
全文摘要
一种DC/DC变换器，包括变压器(10)，具有初级绕组Np以及至少第一次级绕组Ns1和第二次级绕组Ns2；将第一次级绕组连接至主输出Vp且包括同步整流器电路、第一电感器L1和第一电容器的主输出通道；和将DC电源电压Ve连接至初级绕组且包括由第一脉宽调制器PWM1控制以通过开关初级绕组中的电流来调节主输出电压的开关电路(12)的输入通道。提供了将第二次级绕组连接至辅助输出Va的辅助输出通道，包括具有控制开关M5、续流开关M6、整流器开关M3、第二电感器L2和第二电容器C2的辅助整流器电路；和第二脉宽调制器PWM2，连接至控制M5和续流开关M6以控制这些开关的传导间隔，以便独立于主输出而调节辅助输出，整流器开关M3与主通道的同步整流器电路被同步控制。
文档编号H02M3/335GK101467342SQ200780021761
公开日2009年6月24日 申请日期2007年6月8日 优先权日2006年6月14日
发明者蒂埃里·巴普蒂斯特, 赛巴斯蒂安·迪普雷 申请人:3W电源控股有限公司