专利名称：具有电流调节的正激变换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种正激变换器(Durchflusswandler)，其包括变压器、初级侧功率开关和次级侧平滑扼流装置，其中与功率开关串联地设置有电流测量元件。此外本发明涉及所述正激变换器的控制方法。
背景技术：
已知用于正激变换器的不同的调节电路和调节方法。准确的、但开销大的电流调节提供进行次级侧的电流测量。在此，例如测量流过平滑扼流装置的电流并且将其与参考值进行比较。然后，例如借助于光耦合器将调节器偏差传输给初级侧的控制电路。用于初级侧限制的可能性是调节类型“电流模式(current mode)”。通常，在此电压调节器的调节偏差用作下级开关电流调节的额定值。如果流过功率开关的电流超过额定值，则断开该功率开关。通过限制额定值，在最简单的情形中借助于齐纳二极管限制额定值，最大开关电流受到限制。开关电流乘以变压器的变压比基本上与输出电流成比例。因此，正激变换器的输出端上的电流也是受限制的。这样的调节的准确度受到不同影响的损害。例如，开关电流被次级侧的平滑扼流装置上的纹波电流以及变压器的磁化电流叠加。由此，理想的矩形电流变化过程变为梯形的变化过程。同样地，开关电流的测量信号与所谓的“斜坡补偿”叠加，以便获得稳定的调节特性。但由此加强了电流变化过程的梯形形状。如果开关电流的实际值超过预给定的额定值，则向开关施加断开信号。开关操作需要一定的时间(通常几百纳秒)，在该时间期间开关电流继续升高。该效应也导致调节不准确性。调节的另一可能性在于，在所谓的“电压模式(voltage mode)”中运行正激变换器。在此情形中，开关电流的实际值仅仅用于电流限制。与“电流模式”运行相比，无需斜坡补偿，但是其被保留以用于降低调节准确度的其他影响。
发明内容
本发明所基于的任务在于，针对开始部分所述类型的正激变换器说明一种相对于现有技术的改进方案。根据本发明，该任务通过根据权利要求1的装置和根据权利要求9的控制方法解决。在此，在电流测量元件上下降的测量电压可连接到第一电容器上，从而第一电容器上的电容器电压模拟流过平滑扼流装置的电流。第一电容器在功率开关断开的时刻存储最后流过的电流的电流实际值作为电容器电压。如果次级侧的平滑扼流装置具有高电感， 则在截止阶段期间流过平滑扼流装置的电流的减小是可忽略的，从而得出与电容器电压的充分的成比例性。
根据本发明的控制方法提出在导通阶段测量电压连接到第一电容器上并且在截止阶段开始时第一电容器与测量电压分离，从而施加在第一电容器上的电容器电压模拟流过次级侧的扼流装置的电流。根据本发明的解决方案与次级侧的电流测量相比明显成本更有利，因为省去了与所属的低偏置运算放大器连接的次级侧的电流量电阻。与根据已知的“电流模式”原理或“电压模式”原理的运行相比，得出显著更高的准确度和相对于输出电流成比例性的优点。消除了通过平滑扼流装置传输的纹波电流的影响，因为电流调节器具有I调节器的特性并且由此引起对电流求取平均值。此外，斜坡补偿的影响同样如开关延迟的影响那样不是很重要。在平滑扼流装置具有较低电感时，有利的是，在第一电容器上耦合有放电电路。在截止阶段期间，第一电容器通过放电电路放电。这由于放电电路的适当规格与流过次级侧的平滑扼流装置的电流的减小成比例地进行。在本发明的一个有利实施方式中，变压器具有封闭的磁芯。由于缺少气隙，磁化电流的影响变得可忽略地小。一个简单的实施方式提出，电流测量元件被构造为分流电阻。此外有利的是，第一电容器可通过与功率开关同步的开关装置与电流测量元件并联。由此几乎同时通断功率开关和开关装置，从而在流过平滑扼流装置的电流与电容器电压之间存在比例性的高准确度。在此有利的是，开关装置由两个小信号晶体管的串联电路形成并且开关装置利用功率开关的延迟的控制信号来控制。在此，如此设置晶体管，使得寄生二极管的阳极或者寄生二极管的阴极彼此连接。因此，当两个晶体管断开时不会有电流流动。第一电容器在晶体管断开时仅仅耦合到放电电路上。功率开关通常比用于小测量信号的电路装置具有更高的开关延迟。因此有利的是，功率开关的控制信号通过延迟电路输送给开关装置。以此方式简单地使开关同步，即使开关延迟不同。 此外有利的是，第一电容器上的电容器电压输送给电流调节器。于是，控制方法有利地如此构造，使得为了正激变换器的电流调节，借助于电流调节器比较第一电容器上的电容器电压与参考电压。在具有低次级侧平滑电感的正激变换器的有利的控制方法中，在截止阶段期间， 存储在第一电容器中的能量通过放电装置以如下方式进行释放施加在第一电容器上的电容器电压的变化过程模拟流过次级侧扼流装置的电流的变化过程。一种改进的控制方法提出，在功率开关断开之前，使第一电容器与测量电压分离。 因此确保第一电容器在功率开关的断开过程之后不会通过分流电阻开始放电。
以下以示例性的方式参考附图阐述本发明。在示意图中示出 图1电路结构
图2信号变化过程。
具体实施例方式图1中的示例性电路结构包括变压器T，该变压器T具有初级侧绕组和次级侧绕组。绕组具有相同的绕组方向。初级侧绕组通过构造为功率晶体管的功率开关Vl连接到输入电压Ue上。在输入电压Ue上连接有用于缓冲或电压平滑的输入电容器C3。与功率开关Vl串联地设置有构造为分流电阻的电流测量元件R|ffi。次级侧绕组以第一端部通过第一二极管Dl通到输出电压Ua的连接端子上。次级侧绕组的第二端部通过平滑扼流装置L通到次级侧的地电位M上。在此，作为空载路径，第二二极管D2从次级侧绕组的第二端部通到输出电压Ua的连接端子上。与电流测量元件1^ 并联地连接有用于模拟流过平滑扼流装置L的次级侧电流k 的电路。在此，电流测量元件RtffiS置在功率开关Vl与初级侧参考电位GND之间。功率开关Vl与电流测量元件R^m的连接通过开关装置与第一电容器Cl的第一连接端子连接。第一电容器Cl的第二连接端子连接到初级侧的参考电位GND上。与第一电容器Cl并联地设置有放电电路。该放电电路用于模拟在次级侧的平滑电感L较低时次级侧电流k的降低并且在最简单的情形中以第一电阻Rl实现。所述开关装置包括两个串联设置的小信号晶体管V2、V3，其被构造为N沟道激励场效应晶体管(FET)。这些小信号晶体管V2、V3的寄生二极管的阳极彼此连接，从而当两个小信号晶体管V2、V3断开时在每个方向上阻止电流。功率开关Vl的栅极连接端子通过延迟电路与小信号晶体管V2、V3的栅极连接端子连接。在此，延迟电路包括设置在功率开关Vl的栅极连接端子与小信号晶体管V2、V3的栅极连接端子之间的第二电阻R2。从小信号晶体管V2、V3的栅极连接端子起，具有第三二极管D3的并联路径通到功率开关Vl的栅极连接端子。此外，第二电容器C2连接在小信号晶体管V2、V3的栅极连接端子与初级侧参考电位GND之间。借助于所述延迟电路延迟一短的时间间隔地将输送给功率开关Vl的开关信号输送给小信号晶体管V2、V3。以此方式，考虑了功率开关Vl的相对于小信号晶体管较长的开关延迟，从而基本上同步地接通和断开所述三个开关VI、V2、V3。参考图2描述工作原理。图2示出正激变换器的信号变化过程。具体地，在时间 t上示出了次级侧绕组上的电压Us、流过平滑扼流装置L的电流k和第一电容器Cl上的电
压 ^115具有周期持续时间T的开关周期开始于导通阶段tein。在导通阶段tein开始时，接通功率开关Vi并且升高的电流流过初级侧绕组。变压器T的磁芯中的磁通量升高并且在次级侧绕组中感应出电压Us，该电压us相应于输入电压Ue乘以变压器T的变压比U。与功率开关Vl同时地接通开关装置的开关V2、V3。因此，测量电压、即在电流测量元件R^m上由于初级侧电流而产生的电压降传输到第一电容器Cl上。导通阶段tein结束并且截止阶段taus随着功率开关Vl的断开开始。开关装置的开关V2、V3与功率开关Vl同步地断开。在此有利的是，开关装置的开关V2、V3比功率开关Vl 略微更早地断开。因此阻止了在断开功率开关Vl之后第一电容器Cl通过电流测量元件R Iffi放空。随着截止阶段taus开始，在第一电容器Cl上施加最大电容器电SUamax，该最大电容器电压与最后在初级侧流过的电流和流过平滑扼流装置L的最大电流成比例。一旦第一电容器Cl与测量电压分离，就开始通过放电电路R2放电。在此如此选择放电电路R2的规格，使得电容器电压与流过平滑扼流装置L的、减小的电流k成比例地减小。电容器电压Ua输送给电流调节器，其中进行与参考电压的比较。电流调节器具有 I调节器部分，由此平均流过平滑扼流装置L的纹波电流。因此纹波电流不影响电流调节。随着新的导通阶段tein的开始，流过平滑扼流装置L的电流k和电容器电压Ua分别达到最小值、in、Ucifflin并且开始新的开关循环。
权利要求
1.一种正激变换器，包括变压器(T)、初级侧的功率开关(Vl)和次级侧的平滑扼流装置(L)，其中与功率开关(Vl)串联地设置有电流测量元件(R|ffi)，其特征在于，在所述电流测量元件(Rtffi)上下降的测量电压能连接到第一电容器(Cl)上，从而所述第一电容器(Cl) 上的电容器电压()模拟流过所述平滑扼流装置(L)的电流(iJ。
2.根据权利要求1所述的正激变换器，其特征在于，在所述第一电容器(Cl)上耦合有放电电路(R1)。
3.根据权利要求1或2所述的正激变换器，其特征在于，所述变压器(T)具有封闭的磁 芯
4.根据权利要求1至3之一所述的正激变换器，其特征在于，所述电流测量元件(R^m) 被构造为分流电阻。
5.根据权利要求1至4之一所述的正激变换器，其特征在于，所述第一电容器(Cl)能通过与所述功率开关(Vl)同步的开关装置与所述电流测量元件(Rfffi)并联。
6.根据权利要求5所述的正激变换器，其特征在于，所述开关装置由两个小信号晶体管(V2，V3)的串联电路形成，并且所述开关装置利用所述功率开关(Vl)的延迟的控制信号来控制。
7.根据权利要求5或6所述的正激变换器，其特征在于，所述功率开关(Vl)的控制信号通过延迟电路(C2，R2，D3)输送给所述开关装置。
8.根据权利要求1至7之一所述的正激变换器，其特征在于，所述第一电容器(Cl)上的电容器电压(ucl)输送给电流调节器。
9.一种根据权利要求1至8之一所述的正激变换器的控制方法，其特征在于，在导通阶段(tein)期间所述测量电压连接到所述第一电容器(Cl)上，并且在截止阶段(taus)开始时所述第一电容器(Cl)与所述测量电压分离，从而施加在所述第一电容器(Cl)上的电容器电压(Ua)模拟流过次级侧的扼流装置(L)的电流(^。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，在截止阶段(taus)期间，存储在所述第一电容器(Cl)中的能量通过放电电路(Rl)以如下方式释放施加在所述第一电容器 (Cl)上的电容器电压(Ua)的变化过程模拟流过所述次级侧的扼流装置(L)的电流(^的变化过程。
11.根据权利要求9或10所述的控制方法，其特征在于，在所述功率开关(Vl)断开之前，所述第一电容器(Cl)与所述测量电压分离。
12.根据权利要求9至11之一所述的控制方法，其特征在于，为了所述正激变换器的电流调节，借助于电容调节器比较所述第一电容器(Cl)上的电容器电压(ua)与参考电压。
全文摘要
本发明涉及一种正激变换器，包括变压器(T)、初级侧的功率开关(V1)和次级侧的平滑扼流装置(L)，其中与功率开关(V1)串联地设置有电流测量元件(R分流)。在此，在所述电流测量元件(R分流)上下降的测量电压可连接到第一电容器(C1)上，从而所述第一电容器(C1)上的电容器电压(uC1)模拟流过所述平滑扼流装置(L)的电流(iL)。
文档编号H02M3/335GK102349225SQ201080011256
公开日2012年2月8日 申请日期2010年2月9日 优先权日2009年3月10日
发明者魏因梅尔 H. 申请人:西门子公司