专利名称：一种长寿命低电磁干扰稳压电源变换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电源变换器，特别是涉及一种长寿命低电磁干扰稳压电源变 换器。
背景技术：
压电陶瓷变压器以其突出的性能优势已经开始越来越多地应用在开关电源 领域，而目前较为常见的一种方式是将谐振半桥电路应用在压电陶瓷变压器电源 变换器中，其电路结构如图l所示，包括1)谐振半桥电路，有两个串接开关 管Q1、 Q2组成；2)压电陶瓷变压器由压电陶瓷变压器组成；3)整流电路部 分主要由整流电路、电容C1、负载电阻Rbad及采样电阻Rsense卜Rse,2组成； 4)负反馈电路部分主要由一个参考电压源及补偿电路部分组成；5) PFM (频 率调节模式)控制电路部分；6)隔离驱动电路部分包括驱动变压器或驱动光 耦。该电路的工作原理主要是利用变压器和谐振电感对于不同的频率有着不同的 输出增益从而达到恒压输出。输出电压与设定电压的差值通过负反馈环路来影响 PFM，从而改变电路的工作频率，达到逐步縮小输出电压与设定电压的差值，最 终实现恒定电压输出的目的。
虽然该电路可以实现软开关、效率较高、控制也不复杂，但其也存在一些缺 点必须是变频率控制才能实现电压的稳定输出从而导致很多与频率变化相关的 问题如EMI的测试及整改，而且需要在压电陶瓷变压器原边串联一个谐振电感 用以在比较宽的频率范围实现软开关。而谐振电感的存在无疑将会增大变换器的 体积、提高成本、增大损耗，如果能去掉谐振电感而能保证电路还能够有相同的 功能将是十分有意义的。
发明内容
本发明的目的提供一种可以去掉谐振电感的情况下，实现长寿命低电磁干扰 的稳压电源变换器。
本发明通过以下的技术方案来实现 一种长寿命低电磁干扰稳压电源变换 器，包括谐振半桥电路、压电陶瓷变压器、整流输出电路、负反馈电路、隔离驱 动电路，其特征在于还包括定频率驱动电路、PWM控制电路定频率驱动电路连接于谐振半桥电路和隔离驱动电路之间；PWM控制电路连接于负反馈电路与隔离 驱动电路之间；上述谐振半桥电路的输出连接到上述压电陶瓷变压器的输入端， 上述压电陶瓷变压器经整流电路输出；上述电源变换器的输出反馈采样电压经所 述负反馈电路连接所述PWM控制电路；所述PWM控制电路的PWM输出控制 所述隔离驱动电路的驱动占空比，所述隔离驱动电路来驱动设在所述定频率驱动 电路的导通或截止，从而让所述定频率驱动电路控制的谐振半桥电路处于间歇工 作的模式，间歇工作的时间比率取决于所述隔离驱动电路的驱动占空比。
本发明所述定频率驱动电路包括定频率定脉宽驱动芯片，第三开关管；所 述第三开关管的栅极连接于所述隔离驱动电路的输出端；所述第三开关管的漏 极和源极串接于谐振半桥电路的电源主回路中，所述第三开关管的源极和所述 定频率驱动芯片的工作电源参考端接谐振半桥电路的电源主回路的负极；定频
率驱动芯片的两个输出端对应连接谐振半桥电路的两个输入端。
另外上述第三开关管的漏极串接于所述定频率驱动芯片的工作电源参考 端，或者定频率驱动芯片的使能端，或者定频率驱动芯片的同步端，也可以 实施本发明技术方案。
与现有技术相比，本发明具有以下特点
1、 去掉了传统电路中的谐振电感，减小变换器的体积，且仍然能够实现软 开关功能。传统的谐振电感上的铁损和铜损都是不可忽视的，因此通过 去掉谐振电感也可以提高变换器的效率；
2、 实现高频和低频叠加控制的稳定电压输出软开关电源变换器，应用 PWM控制方案较PFM控制方案更成熟稳定，电路可靠性更高；
3、 电路的频率恒定，对比传统的调整频率方案在EMI的调试上要方便很 多，因为只需要调整对应频率点的情况，而不需要对整个频率段进行评 估。
图1为现有技术的原理图2为本发明原理框图3为本发明实施方式一的原理图4为本发明实施方式二的原理图；图5为本发明实施方式三的原理图； 图6为本发明实施方式四的原理具体实施例方式
如图2所示，主要包括以下几个组成部分1)定频率驱动电路部分主要 由定频率驱动芯片或者固定频率及占空比的方波发生器、开关管Q3组成；2) 谐振半桥电路，有两个开关管Q1、 Q2组成；3)压电陶瓷变压器由压电陶瓷
变压器组成；4)整流电路部分主要由整流电路、电容C1、负载电阻Rload及 采样电阻Rsensel、 Rsense2组成；4)负反馈电路部分主要由一个参考电压源 及补偿电路部分组成；5)PWM控制电路部分(通用的PWM芯片如UC3843等)； 6)隔离驱动电路部分采用驱动变压器或驱动光耦。定频率驱动电路连接于谐 振半桥电路和隔离驱动电路之间；PWM控制电路连接于负反馈电路与隔离驱动电 路之间；上述谐振半桥电路的输出连接到上述压电陶瓷变压器的输入端，上述压 电陶瓷变压器经整流电路输出；上述电源变换器的输出反馈采样电压经所述负反 馈电路连接所述PWM控制电路。
PWM控制电路控制驱动定频率驱动电路发出两个方波驱动信号，信号频率 和脉宽都是固定的，且其频率高于PWM控制电路的频率几倍到几十倍以上。电
源变换器输出电压经过采样电阻R^W、 Rsense2进入负反馈电路，从而影响PWM
控制电路，使其对PWM输出的信号占空比进行调制，并通过驱动变压器或者驱
动光耦的隔离驱动电路去驱动，驱动占空比的大小最终决定了输出电压的高低， 因此可以通过控制占空比来稳定输出电压。而更高频率的固定频率驱动电路与压 电陶瓷变压器其本身的固有谐振频率相匹配(即工作频率略高于压电变压器的固 有频率)。同时，由于压电变压器的内部等效参数可以根据需要在材料和烧结工
艺上进行控制，而与之匹配的电路固定频率也可以通过修改电路参数进行人为设 定，因此这种可通过人为设定的匹配关系可以在电路中省掉额外的谐振电感，只
要利用压电陶瓷变压器内部等效电路中的的寄生电感L (如图3所示)，即可实 现软开关功能。
本发明的具体实施方式
一电路原理图如图3所示，谐振半桥电路中的两个开 关管Ql、 Q2互相串联，开关管Ql的源极连接开关管Q2的漏极，开关管Ql的漏极接电源正极，开关管Q2的源极接电源负极，定频率驱动电路包括定频率 定脉宽驱动芯片和第三开关管Q3;第三开关管Q3的栅极连接于隔离驱动电路的 输出端；第三开关管Q3的漏极和源极串接于谐振半桥电路的电源主回路中，第 三开关管Q3的源极和定频率驱动芯片的工作电源参考端接谐振半桥电路的电源 主回路的负极；定频率驱动芯片的两个输出端对应连接谐振半桥电路的两个中的 两个开关管Q1、 Q2栅极。
输出电压经过采样电阻Rsensel、 R，se2分压后得到适应于PWM控制芯片的
电压信号，PWM控制芯片采用现有常用的集成了负反馈控制的芯片，利用采样 电压信号来控制PWM的脉宽；脉宽信号经过隔离驱动变压器去驱动开关管Q3， 当开关管Q3导通时，定频率定脉宽驱动芯片IC控制的谐振半桥电路可以正常 工作，给后级提供能量；当开关管Q3截止时，谐振半桥电路停止工作，无法向 后级传递能量。因此可以通过控制PWM的脉宽、即控制谐振半桥电路工作与停 止的时间比例来达到控制输出电压的目的。
如图4所示本发明的具体实施方式
二电路原理图，其主要工作原理与图3 一致，不同之处在于控制谐振半桥电路间歇工作的方法不是通过开关管Q3切断 主回路，而是通过开关管Q3切断定频率驱动电路控制芯片的供电回路。上述第 三开关管Q3的栅极连接于所述隔离驱动电路的输出端；第三开关管Q3的漏极 串接于定频率驱动芯片的工作电源参考端，第三开关管Q3的源极接谐振半桥电 路的电源主回路的负极；当第三开关管Q3导通时，定频率驱动电路可以正常工 作，向后级提供能量；当第三开关管Q3截止时，则定频率驱动电路无法向后级 传递能量。因此可以通过控制PWM的脉宽、及第三开关管Q3的驱动占空比来 达到控制及稳定输出电压的目的。该种实施方式与实施方式一相比，同样可通过 第三开关管Q3的导通截止来达到使间歇工作的目的，并且在此实施例中，因为 第三开关管Q3未接在主功率回路中，因此电源效率会更高。
另外，第三开关管Q3还可以放置在输入的正端，如Vcc的顶端。但是这种 方案中的定频率驱动芯片的缓启动功能如果在正常工作时动作，将会影响到电路 的输出纹波大小。因此需要合理设计缓启动电路的参数，使得在副边频率相对应 的时间常数等级下缓启动电路不会复位重新启动。也就是说在这种应用场合下， 缓启动电路只在电路重新启动情况下起作用，而在正常工作时并不动作。如图5所示本发明的具体实施方式
三电路原理图，其主要工作原理与图3 一致，此种电路是一种实用性很强的实施方案，但是此方案需要原边的定频率驱 动芯片有一个使能端，即可将第三开关管Q3接驱动芯片的使能端，从而通过第 三开关管Q3的导通与截止作用控制的定频率驱动芯片驱动信号输出；上述第三 开关管Q3的栅极连接于所述隔离驱动电路的输出端；第三开关管Q3源极和所 述定频率驱动芯片的工作电源参考端接谐振半桥电路的电源主回路的负极，第三 开关管Q3的漏极接驱动芯片的使能端。具体地，当第三开关管Q3截止，使得 该定频率驱动芯片使能端悬空，则定频率驱动芯片正常输出驱动信号到第一、二 开关管Q1和Q2;而当第三开关管Q3导通，使定频率驱动芯片能端接地，则不 输出对第一、二开关管Q1和Q2的驱动信号。
由于此方案中第三开关管Q3也没有接在主功率回路中，因此电路效率相较 于实施方式一而言更高；而且定频率驱动芯片的缓启动功能可以正常工作，而不 影响输出电压纹波。因此此种实施例相对较优于前两种实施方式，在定频率驱动 芯片有使能端的情形下，推荐使用此种方案。
如图6所示本发明的具体实施方式
四电路原理图，其与实施方式三(图5) 中的电路基本一致，不同的只是第三开关管Q3的漏极接驱动芯片的使能端变为 同步端，从而整个电路的工作模式都发生改变。以上的几种实施例都是建立在两 个基础上，首先，原边的定频率驱动电路的工作频率大于PWM控制电路的频率， 而且一半选择大于10倍以上；其次，定频率驱动电路的脉宽接近50%，这样才 能在输出端去掉续流电感。而图6中电路工作原理是在定频率驱动电路没有同 步信号时，驱动信号固定在某一个占空比，而一旦PWM控制芯片开始工作，驱 动开关管Q3后，定频率驱动芯片将跟随同步端的脉宽，从而使电路工作在调制 脉宽的模式下。
本发明的实施方式不限于此，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技 术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做 出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均可实现本发明目的。
权利要求
1、一种长寿命低电磁干扰稳压电源变换器，包括谐振半桥电路、压电陶瓷变压器、整流输出电路、负反馈电路、隔离驱动电路，其特征在于还包括定频率驱动电路、PWM控制电路；定频率驱动电路连接于谐振半桥电路和隔离驱动电路之间；PWM控制电路连接于负反馈电路与隔离驱动电路之间；上述谐振半桥电路的输出连接到上述压电陶瓷变压器的输入端，上述压电陶瓷变压器经整流电路输出；上述电源变换器的输出反馈采样电压经所述负反馈电路连接所述PWM控制电路；所述PWM控制电路的PWM输出控制所述隔离驱动电路的驱动占空比，所述隔离驱动电路来驱动设在所述定频率驱动电路的导通或截止，从而让所述定频率驱动电路控制的谐振半桥电路处于间歇工作的模式，间歇工作的时间比率取决于所述隔离驱动电路的驱动占空比。
2、 根据权利要求1所述的稳压电源变换器，其特征在于所述定频率驱动电路 包括定频率定脉宽驱动芯片，第三开关管；所述第三开关管的栅极连接于 所述隔离驱动电路的输出端；所述第三开关管的漏极和源极串接于谐振半 桥电路的电源主回路中，所述第三开关管的源极和所述定频率驱动芯片的 工作电源参考端接谐振半桥电路的电源主回路的负极；定频率驱动芯片的 两个输出端对应连接谐振半桥电路的两个输入端。
3、 根据权利要求1所述的稳压电源变换器，其特征在于所述定频率驱动电路 包括定频率定脉宽驱动芯片，第三开关管；所述第三开关管的栅极连接于 所述隔离驱动电路的输出端；所述第三开关管的漏极串接于所述定频率驱 动芯片的工作电源参考端，所述第三开关管的源极接谐振半桥电路的电源 主回路的负极；定频率驱动芯片的两个输出端对应连接谐振半桥电路的两 个输入端。
4、 根据权利要求1所述的稳压电源变换器，其特征在于所述定频率驱动电路 包括定频率定脉宽驱动芯片，第三开关管；所述第三开关管的栅极连接于 所述隔离驱动电路的输出端；所述第三开关管的漏极连接于所述定频率驱 动芯片的使能端，所述第三开关管的源极和所述定频率驱动芯片的工作电 源参考端接谐振半桥电路的电源主回路的负极；定频率驱动电路的两个输 出端对应连接谐振半桥电路的两个输入端。
5、 根据权利要求1所述的稳压电源变换器，其特征在于所述定频率驱动电路包括定频率定脉宽驱动芯片，第三开关管；所述第三开关管的栅极连接于 所述隔离驱动电路的输出端；所述第三开关管的漏极连接于所述定频率驱 动芯片的同步端，所述第三开关管的源极和所述定频率驱动芯片的工作电 源参考端接谐振半桥电路的电源主回路的负极；定频率驱动电路的两个输 出端对应连接谐振半桥电路的两个输入端。
全文摘要
本发明公开一种长寿命低电磁干扰稳压电源变换器，包括谐振半桥电路、压电陶瓷变压器、整流输出电路、负反馈电路、隔离驱动电路，其特征在于还包括定频率驱动电路、PWM控制电路；定频率驱动电路连接于谐振半桥电路和隔离驱动电路之间；PWM控制电路连接于负反馈电路与隔离驱动电路之间；上述谐振半桥电路的输出连接到上述压电陶瓷变压器的输入端，上述压电陶瓷变压器经整流电路输出；上述电源变换器的输出反馈采样电压经所述负反馈电路连接所述PWM控制电路；所述PWM控制电路的PWM输出控制所述隔离驱动电路的驱动占空比，所述隔离驱动电路来驱动设在所述定频率驱动电路的导通或截止，从而让所述定频率驱动电路控制的谐振半桥电路处于间歇工作的模式，间歇工作的时间比率取决于所述隔离驱动电路的驱动占空比。
文档编号H02M3/28GK101630914SQ200910042128
公开日2010年1月20日 申请日期2009年8月26日 优先权日2009年8月26日
发明者张红军, 黄江剑, 晟 龚 申请人:广州金升阳科技有限公司