推挽式电力转换器控制电路的制作方法

本申请涉及电气元件领域，具体而言，涉及一种推挽式电力转换器控制电路。

背景技术：

在医疗设备、通讯网络、电动汽车和机器人中，存在大量的信号隔离器和隔离式推挽式电力转换器控制电路，以保护用户与设备的安全。隔离式电力转换器因其可靠性高，抗干扰能力强被广泛地应用于各个领域。

在RS-232、RS-485、CAN等通信总线中通常使用隔离式电力转换器来保护系统免受瞬态高压冲击，并减少信号失真。在医疗设备中，为保证人身安全，也必须使用隔离式电力转换器。但是由于隔离式电力转换器的输出端与输入端之间有电气隔离，其控制方法通常比非隔离式电力转换器复杂。

隔离式电力转换器有多种类型，例如正激式转换器、反激式转换器、推挽式转换器，下面以反激式转换器为例，对现有技术中存在的问题进行说明。

请参见图1，图1示出了现有技术中的推挽式电力转换器控制电路。变压器X1将输入端与输出端进行了电气隔离，为精确控制输出电压，副边反馈发射电路获得输出电压，并使用光耦、变压器、隔离电容等元件来将输出电压的信息传回主边反馈接收电路，主边反馈接收电路与主边控制器连接，主边控制器通过控制第一开关管Q1来实现调节输出电压的目的。然而这样的控制方法增加了额外的隔离元器件，如光耦、变压器、隔离电容等，这些隔离元器件通常体积较大且昂贵，增加了电力转换器的体积和成本。

图2示出了现有技术中的另一种推挽式电力转换器控制电路。该现有技术在输出端增加一级电压转换器来实现精确控制输出电压。该电压转换器可以是线性调节器LR1，其工作原理是，放大器AMP1 根据采样后的输出电压VO2S与第一基准电压VREF1的差值来控制 Qs1的栅极，从而控制功率管Qs1的导通电阻。当VO2高于预设电压时，将Qs1的导通电阻调高，当VO2低于预设电压时，将Qs1的导通电阻调低，从而实现对输出电压的精确控制。整个电力转换器的效率是原反激式转换器效率与线性调节器LR1的乘积，而LR1的理论效率不高于VO2/VO1(VO2小于VO1)，因此导致电力转换器的效率降低。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请实施例提供了一种推挽式电力转换器控制电路。

本申请实施例提供了一种推挽式电力转换器控制电路，所述推挽式电力转换器控制电路包括：变压器、副边控制器、副边二极管、输出电容以及负载；所述变压器的副边线圈的两端之间依次串联有所述副边二极管、所述负载，所述输出电容与所述负载并联；所述副边控制器包括副边信号检测电路以及储能电容组，所述副边信号检测电路的输入端与副边电路任一处连接，所述副边信号检测电路的输出端与所述储能电容组的控制端连接，储能电容组有三端，分别与副边二极管与变压器的副边线圈的连接点、输出电压和副边地电位连接，其中，所述副边电路为与所述变压器的副边线圈连通的电路。

本申请实施例提供的推挽式电力转换器控制电路的有益效果为：

本申请实施例提供的推挽式电力转换器控制电路，所述推挽式电力转换器控制电路包括：变压器、变压器驱动器、副边控制器、第一副边二极管、第二副边二极管、输出电容以及负载；所述变压器的主边线圈的一端与所述变压器驱动器的一端连接，所述主边线圈的另一端与所述变压器驱动器的另一端连接；所述变压器的副边线圈的一端与所述第一副边二极管的正极连接，所述副边线圈的另一端与第二副边二极管的正极连接，所述第一副边二极管的负极以及第二副边二极管的负极均与输出电压连接，所述输出电容与负载并联于所述输出电压与地电位之间；所述副边控制器包括副边信号检测电路、第一储能电容组和第二储能电容组，所述副边信号检测电路的输入端与副边电路任一处连接，所述副边信号检测电路的输出端分别与所述第一储能电容组的控制端和第二储能电容组的控制端连接，所述第一储能电容组有三个储能端，第一储能端连接到第一副边二极管与变压器的副边线圈的连接点，第二储能端与输出电压连接，第三储能端与副边地电位连接。所述第二储能电容组有三个储能端，第四储能端连接到第二副边二极管与变压器的副边线圈的连接点，第五储能端与输出电压连接，第六储能端与副边地电位连接。其中，所述副边电路为与所述变压器的副边线圈连通的电路。本申请实施例提供副边信号检测电路来获得副边电路的电学信号，从而判断电力转换器的工作状态，并根据电力转换器的工作状态对第一储能电容组以及第二储能电容组的电容值大小进行相应的调整，从而对传输到输出端的能量进行控制。

为使本申请实施例所要实现的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中的推挽式电力转换器控制电路的电路图；

图2是现有技术中的推挽式电力转换器控制电路的另一种具体实施方式的电路图；

图3示出了本申请实施例提供的推挽式电力转换器控制电路的电路图；

图4示出了本申请第一实施例提供的推挽式电力转换器控制电路的电路图；

图5示出了本申请第一实施例提供的推挽式电力转换器控制电路的一种具体实施方式的电路图；

图6示出了本申请第二实施例提供的推挽式电力转换器控制电路的电路图；

图7示出了本申请第二实施例提供的推挽式电力转换器控制电路的一种具体实施方式的电路图；

图8示出了本申请实施例提供的推挽式电力转换器控制电路的工作波形图。

图标：变压器X1；变压器驱动器110；主边控制器111；副边控制器210；副边信号检测电路211；第一储能电容组212；第二储能电容组213；数字控制器220；第一副边二极管Ds1；第二副边二极管Ds2；输出电容Co；负载220。

具体实施方式

本申请实施例提供了如下的推挽式电力转换器控制电路，下面将结合附图，对本申请实施例中的推挽式电力转换器控制电路进行详细介绍。

实施例

具体请参见图3，图3示出了本申请实施例提供的推挽式电力转换器控制电路，所述推挽式电力转换器控制电路包括：变压器X1、变压器驱动器110、副边控制器210、第一副边二极管Ds1、第二副边二极管Ds2、输出电容Co以及负载220。

所述变压器X1的主边线圈的一端与所述变压器驱动器110的一端连接，所述主边线圈的另一端与所述变压器驱动器110的另一端连接。

所述主边线圈可以由第一子线圈L111和第二子线圈L112串联，所述第一子线圈L111的同名端与所述第二子线圈L112的异名端连接，所述第一子线圈L111的同名端与电源电压VDD1连接，所述第一子线圈L111的异名端与所述变压器驱动器110的一端连接，所述第二子线圈L112的异名端与所述电源电压VDD1连接，所述第二子线圈L112的同名端与所述变压器驱动器110的另一端连接。

所述变压器X1的副边线圈的一端与所述第一副边二极管Ds1的正极连接，所述副边线圈的另一端与第二副边二极管Ds2的正极连接。所述副边线圈由第三子线圈L221和第四子线圈L222串联，所述第三子线圈L221的同名端与所述第四子线圈L222的异名端连接，所述第三子线圈L221的同名端接副边地，所述第三子线圈L221的异名端与所述第一副边二极管Ds1的正极连接，所述第四子线圈 L222的异名端接副边地，所述第四子线圈L222的同名端与所述第二副边二极管Ds2的正极连接。所述第一副边二极管Ds1的负极以及第二副边二极管Ds2的负极均与输出电压连接，所述输出电容Co与负载220并联于所述输出电压与地电位之间。

所述副边控制器210包括副边信号检测电路211、第一储能电容组212和第二储能电容组213，所述副边信号检测电路211的输入端与副边电路任一处连接，所述副边信号检测电路的输出端分别与所述第一储能电容组212的控制端和第二储能电容组213的控制端连接，所述第一储能电容有三个储能端，分别为第一储能端、第二储能端和第三储能端，第一储能端连接到Ds1与变压器的副边线圈的连接点，第二储能端与输出电压VO1连接，第三储能端与副边地电位GND2 连接。所述第二储能电容组有三个储能端，分别为第四储能端、第五储能端和第六储能端，第四储能端连接到Ds2与变压器的副边线圈的连接点，第五储能端与VO1连接，第六储能端与GND2连接。其中，所述副边电路为与所述变压器X1的副边线圈连通的电路。

请参见图4，所述变压器驱动器110包括第一主边开关管Q1、第二主边开关管Q2、主边电容Cp和主边控制器111。

所述主边电容Cp与所述主边线圈并联；Q1的一端与L111异名端连接，Q1的另一端与主边地电位连接，Q2的一端与L112同名端连接，Q2的另一端与主边地电位连接，Q1和Q2具体可以是NMOS。 Cp连接于L111的异名端和L112的同名端之间，主边控制器111的一个输入端与L111异名端连接，主边控制器111的另一个输入端与 L112的同名端连接，主边控制器111的一个输出端与Q1的控制端连接，主边控制器111的另一个输出端与Q2的控制端连接。

请参见图4，所述副边信号检测电路包括第一采样电阻Rs1、第二采样电阻Rs2、比较器COMP1以及数字控制器220，所述第一采样电阻Rs1与所述第二采样电阻Rs2串联，且串联的所述第一采样电阻Rs1与第二采样电阻Rs2连接与VO1与GND2之间。

所述比较器COMP1的正极输入端连接于所述第一采样电阻Rs1 与第二采样电阻Rs2之间，其电压为VO1S，所述比较器COMP1的负极输入端与基准电压VREF1连接，所述比较器COMP1的输出端与所述数字控制器220的输入端连接，所述数字控制器220的输出端分别与所述第一储能电容组212的控制端和第二储能电容组213的控制端连接。

请参见图4，在本申请第一实施例提供的推挽式电力转换器控制电路中，所述第一储能电容组212包括第一电容元件Cs1，所述第一电容元件Cs1的控制端与所述副边信号检测电路的输出端连接，所述第一电容元件Cs1连接于所述第一副边二极管Ds1的正极与副边地电位之间；所述第二储能电容组213包括第二电容元件Cs2，所述第二电容元件Cs2的控制端与所述副边信号检测电路的输出端连接，所述第二电容元件Cs2连接于所述第二副边二极管Ds2的正极与副边地电位之间。

请参见图5，在第一实施例的一种具体实施方式中，所述第一电容元件Cs1包括多个第一电容器Cs1k(k＝1,2…N)以及多个第一开关 S1k(k＝1,2…N)，所述第一电容器Cs1k的数量与所述第一开关S1k的数量相同，所述多个第一电容器Cs1k中的每个均串联有相应的第一开关S1k，所述多个串联的第一电容器Cs1k与对应的第一开关S1k 均并联于所述第一副边二极管Ds1的正极与副边地电位之间，所述多个第一开关S1k的控制端均与所述副边信号检测电路的输出端连接。

所述第二电容元件Cs2包括多个第二电容器Cs2k(k＝1,2…N)以及多个第二开关S2k(k＝1,2…N)，所述第二电容器Cs2k的数量与所述第二开关S2k的数量相同，所述多个第二电容器Cs2k中的每个均串联有相应的第二开关S2k，所述多个串联的第二电容器Cs2k与对应的第二开关S2k均并联于所述第二副边二极管Ds2的正极与副边地电位之间，所述多个第二开关S2k的控制端均与所述副边信号检测电路的输出端连接。S1k与S2k的控制端连接在一起。

请参见图6，在本申请第二实施例提供的推挽式电力转换器控制电路中，所述第一储能电容组212包括第三电容元件Cs3，所述第三电容元件Cs3的控制端与所述副边信号检测电路的输出端连接，所述第三电容元件Cs3与所述第一副边二极管Ds1并联。

所述第二储能电容组213包括第四电容元件Cs4，所述第四电容元件Cs4的控制端与所述副边信号检测电路的输出端连接，所述第四电容元件Cs4与所述第一副边二极管Ds1并联。

请参见图7，在第二实施例的一种具体实施方式中，所述第三电容元件Cs3包括多个第三电容器Cs3k(k＝1,2…N)以及多个第三开关 S3k(k＝1,2…N)，所述第三电容器Cs3k的数量与所述第三开关S3k的数量相同，所述多个第三电容器Cs3k中的每个均串联有相应的第三开关S3k，所述多个串联的第三电容器Cs3k与对应的第三开关S3k 均与所述第一副边二极管Ds1并联，所述多个第三开关S3k的控制端均与所述副边信号检测电路的输出端连接。

所述第四电容元件包括多个第四电容器Cs4k(k＝1,2…N)以及多个第四开关S4k(k＝1,2…N)，所述第四电容器Cs4k的数量与所述第四开关S4k的数量相同，所述多个第四电容器Cs4k中的每个均串联有相应的第四开关S4k，所述多个串联的第四电容器Cs4k与对应的第四开关S4k均与所述第二副边二极管Ds2并联，所述多个第四开关 S4k的控制端均与所述副边信号检测电路的输出端连接。

本申请实施例提供的推挽式电力转换器控制电路的工作原理为：

副边信号检测电路来获得副边电路的电学信号，从而判断电力转换器的工作状态，并根据电力转换器的工作状态对储能电容组的电容值大小进行相应的调整，从而对传输到输出端的能量进行控制。本申请实施例可以在不使用额外光耦、信号变压器、隔离电容，也不降低电力转换器效率的情况下，实现对电力转换器输出电压的精准调节。

主边开关管Q1和Q2导通和关断交替进行，Q1和Q2的控制电压VG1和VG2是占空比0.5且相位相差180度的方波，当Q1导通时，Q2断开，主边线圈L11的电流上升，能量被储存到L111上。这时副边二极管Ds1断开，Ds2导通。

当Q1断开时，Ds1导通，存储在L111的能量传输到副边。L111 的漏感中的能量不会被传输到副边，为了让漏感中的能量不被耗散尽，L111的漏感与主边电容Cp谐振。传输到副边的能量分为两部分，一部分能量被储能电容组截留并存储，另一部分通过Ds1传输到输出端。副边信号检测电路会根据其所检测到的副边电学信号调节储能电容组截留的能量。当所检测到的副边电学信号低于预设电压时，储能电容组截留更少的能量，更多的能量会被传输到输出端；当所检测到的副边电学信号高于预设电压时，储能电容组截留更多的能量，更少的能量会被传输到输出端，通过控制传输到输出端的能量，就可以调节输出电压。

请参见图4，第一采样电阻Rs1、第二采样电阻Rs2构成输出电压的采样电路，对输出电压VO1进行采样得到VO1S。VO1S与第一基准电压VREF1通过比较器COMP1进行比较。COMP1输出调控电压VCCTRL并控制数字控制器220，数字控制器220耦合到第一电容元件Cs1和第二电容元件Cs2并控制Cs1和Cs2的大小。Cs1和 Cs2可以包含多个电容。输出电容Co对输出电压进行滤波。

当Cs1和Cs2较小时，工作波形如图8(a)所示。电力转换器一个工作周期分为4个阶段。t1时刻Q1刚刚导通，Q2刚刚断开，在t1至t2阶段，VD2电压上升，由于Cs2较小，VS2快速升高，直到VS2达到输出电压与Ds2导通电压之和。在t2时刻，Ds2开始导通。t2至t3为第二阶段，在该阶段中，能量通过Ds2被传输到输出端。Ds2电流降为0之后副边线圈L222的漏感与Cs2谐振。在t3时刻Q2导通，Q1断开。t3至t4为第三阶段，在此阶段，VD1电压上升，由于Cs1较小，VS1快速升高，直到VS1达到输出电压与Ds1 导通电压之和。在t4时刻，Ds1开始导通。t4至T为第四阶段，在该阶段中，能量通过Ds1被传输到输出端。

当Cs1和Cs2较大时，工作波形如图8(b)所示。在t1至t2 阶段，Q2关断，VD1电压升高，能量从主边传到副边，由于Cs2较大，需要较长的时间才能使VS2升高至输出电压与Ds1导通电压之和。在此过程中本应该通过Ds2传输到输出端的能量被Cs2截留，因此相较于Cs2较小的情况，更少的能量被传输到了输出端，输出电压更低。在t3至t4阶段情况类似，由于Cs1较大，本应该通过Ds1 传输到输出端的能量被Cs1截留，因此相较于Cs1较小的情况，更少的能量被传输到了输出端，输出电压更低。

当输出电压高于预设电压时，即VO1S高于VREF1时，比较器 COMP1输出的调控电压VCCTRL为高，导致Cs1和Cs2增大。Cs1 和Cs2截留更多的传输到输出端的能量，导致输出电压下降。同理，当输出电压低于预设电压时，即VO1S低于VREF1时，比较器COMP1 输出的调控电压VCCTRL为低，导致Cs1和Cs2减小。Cs1和Cs2 截留更少的传输到输出端的能量，导致输出电压上升。因此输出电压围绕着预设电压上下波动，利用输出电容Co的滤波作用，可以减小输出电压的纹波，得到精确而稳定的输出电压。

请参见图5，第一储能电容组212包括多个储能电容Cs1k (k＝1,2…N)的一端与Ds1正极连接，另一端与开关S1k(k＝1,2,…N)的一端连接，S1k(k＝1,2,…N)的另一端与GND2连接。第二储能电容组213包括多个储能电容Cs2k(k＝1,2…N)的一端与Ds2正极连接，另一端与开关S2k(k＝1,2,…N)的一端连接，S2k(k＝1,2,…N)的另一端与 GND2连接。具体地，S1k(k＝1,2,…N)和S2k(k＝1,2,…N)可以是MOS， S1k(k＝1,2,…N)和S2k(k＝1,2,…N)可以是NMOS。

数字控制器220根据比较器COMP1的比较结果控制 S1k(k＝1,2,…N)和S2k(k＝1,2,…N)的导通或关断，这样就可以调节实际接入电路的储能电容的大小。当输出电压高于预设电压，即VO1S 高于VREF1时，VCCTRL控制数字控制器220使更多的开关导通，增大储能电容的值，截留更多的能量来降低输出电压。当输出电压低于预设电压，即VO1S低于VREF1时，VCCTRL控制数字控制器220 使更多的开关关断，减小储能电容的值，截留更少的能量来增大输出电压。

本申请实施例提供的推挽式电力转换器控制电路，所述推挽式电力转换器控制电路包括：变压器、变压器驱动器、副边控制器、第一副边二极管、第二副边二极管、输出电容以及负载；所述变压器的主边线圈的一端与所述变压器驱动器的一端连接，所述主边线圈的另一端与所述变压器驱动器的另一端连接；所述变压器的副边线圈的一端与所述第一副边二极管的正极连接，所述副边线圈的另一端与第二副边二极管的正极连接，所述第一副边二极管的负极以及第二副边二极管的负极均与输出电压连接，所述输出电容与负载并联于所述输出电压与地电位之间；所述副边控制器包括副边信号检测电路、第一储能电容组和第二储能电容组，所述副边信号检测电路的输入端与副边电路任一处连接，所述副边信号检测电路的输出端分别与所述第一储能电容组的控制端和第二储能电容组的控制端连接，所述第一储能电容组有三个储能端，第一储能端连接到第一副边二极管与变压器的副边线圈的连接点，第二储能端与输出电压连接，第三储能端与副边地电位连接。所述第二储能电容组有三个储能端，第四储能端连接到第二副边二极管与变压器的副边线圈的连接点，第五储能端与输出电压连接，第六储能端与副边地电位连接。其中，所述副边电路为与所述变压器的副边线圈连通的电路。本申请实施例提供副边信号检测电路来获得副边电路的电学信号，从而判断电力转换器的工作状态，并根据电力转换器的工作状态对第一储能电容组以及第二储能电容组的电容值大小进行相应的调整，从而对传输到输出端的能量进行控制。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于装置类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备 (可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。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。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。