专利名称：电源变换器的配置、控制和结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及电源变换器的配置、控制和结构。
电源变换器一般包括电源传输部件(例如变压器和开关)和控制电源传输部件运行以达到所要求的工作特性的控制电路。例如，在Vicor Corporation，Andover，MA出售的一些零电流开关(ZCS)变换器中(也可参见美国专利4，415，959、4，441，146和4，675，797，它们一并被作为对比文件)，电源传输部件是独立地安装在一块印刷电路板上的。
参照
图1，在一种简单的ZCS变换器中，主电源变压器10具有原边绕组12和副边绕组14，它们确定变换器的原边电路16和副边电路18。在一系列能量传输周期中，通过对从原边到副边传输的能量进行量化来实现电源变换。每个能量传输周期随着开关20的闭合而开始，而后又随着开关20的关断而结束，这时流过开关的电流基本为零。
控制电路22控制开关20的关断和闭合，从而能量传输的周期发生变化，使得变换器提供在所要求的电压下的输出电源。电压检测器24检测Vout，有关Vout的信息(即控制信息)反馈至控制电路部分，它使得原边开关闭合和关断。
将变换器的原边和副边相互隔离常常是非常重要的(例如出于安全的考虑)。因此，一般通过一个隔离装置(例如两个绕组是通过导磁铁芯耦合的变压器、光耦合器或与单独的光检测装置相邻的单独的光发射装置)来实现控制信息从副边向原边的传输，该隔离装置包括在控制电路中。
在构成变换器的过程中，控制电路一般是通过将独立的电子部件与电源变换部分安装在同一块电路板上形成的，或者在分开的子板上安装独立的电子部件，子板作为一个组件安装在主电源变换板上(参见9/21/92提交的、在此作为参考的美国专利申请，序号为07/947，937，“用于电路组件的电子部件”)。
Powercube公司和通用电器公司已经提供了模件构块(例如AC整流块、PWM变换块、控制组件块和输出整流块)，利用导线、电连接器或电路板上的引线将这些块连接在一起，可以组装成一个完整的开关电源。
总的来说，根据本发明的一个方面，其特征在于一种电源变换装置。具有电隔离绕组的一个变压器确定电源变换装置的原边和副边。一个开关将来自原边电源的电能经变压器传送给副边的负载。第一电路组件具有与一个端口电连接的原边电路，用于与输入电源相连。原边电路包括一个原边传送器，用于发送或接收控制电源变换装置操作的控制信息。第二电路组件具有与一个端口电连接的副边电路，用于与负载相连。副边电路包括一个副边传送器，用于发送或接收控制信息。第一和第二电路组件可以作为组件相互机械分离，并且相互电隔离，它们处于相对的位置，以便使原边和副边的传送器能够协同工作，传递控制信息。
本发明的实施例具有以下特征。传送器包括绕组，通过它们之间的电磁耦合来传递控制信息。有一个电路，通过调制载波来传递信息。耦合可以在没有联系绕组的导磁铁芯的情况下实现，或者也可以在有联系绕组的导磁铁芯的情况下实现。绕组在分开的电路板表面上形成。第一和第二电路组件分别被包围在机械分离的保护罩中，保护罩例如可以由绝缘的密封剂构成。两个组件的保护罩在各自的接合面相遇，并且在接合面实现耦合。电源变换部件可以作为组件安装在同一电路板上。
总的来说，根据本发明的另一方面，其特征在于一种控制电路装置。封装第一电路以形成第一分立的物理单元，连接第一电路使之对从封装在第二分立的物理单元中的第二电路接收的控制信息作出响应。这两个物理单元分别都有辅助部分，用于经电隔离的通路传递控制信息。
总的来说，根据本发明的第三方面，其特征在于一种，用于提供制造独特的电源变换器的控制电路的方法，其中独特的电源变换器全部都符合一个总体设计，并且不同的电源变换器具有不同的工作特性，这是通过在一个总体设计中采用不同的部件来实现的。提供不同种类的第一分立控制电路，也提供不同种类的第二分立控制电路。为了制造每个独特的电源变换器，选择不同种类的第一和第二控制电路，以便得到电源变换器的所要求的工作特性。按一定的排列方向将选择的不同种类的电路装入每个变换器中，使得在它们之间能够传送控制信息，以便得到所要求的工作特性。
总的来说，根据本发明的第四方面，其特征在于一种电源变换器。原边电路组件包括电源变换变压器的原边绕组。一个开关影响从原边组件的输入端口到原边绕组的耦合。原边控制电路关断和闭合该开关。副边电路组件包括电源变换变压器的副边绕组，以及接收用来决定何时关断和闭合开关的控制信息的控制电路。原边和副边电路组件作为不同的部件被封装，并相互接近，使得通过一个导磁铁芯在电源变压器的原边和副边绕组之间实现耦合，并使得在副边电路组件和原边电路组件之间能够传送控制信息。
总的来说，根据本发明的第五方面，其特征在于一种用于在电源变换器中的原边和副边电路之间传递控制信息的隔离装置。第一传送电路用控制信号对一个载波信号进行电子调制。第一和第二电隔离传送器在原边和副边电路之间发送和接收所述载波信号。第二传送电路对第二传送器传送的信号作出响应，产生一个对应于控制信息的电信号。
本发明的实施例具有以下特征。载波信号由一个高频电振荡信号构成。第一和第二传送器包括导电绕组。电子调制包括幅度调制。
总的来说，根据本发明的第六方面，其特征在于一种在电源变换器中的机电独立的原边和副边电路之间传递控制信息的方法。用控制信号调制一个载波信号，并且通过电隔离传送器在原边和副边之间耦合经调制的载波。然后检测和解调耦合的经调制的载波，以便再产生控制信息。
总的来说，根据本发明的第七方面，其特征在于一种采用共同的总体方案制造不同的电源变换电路的方法，其中原边电路部分和电源实现电连接，并与和负载实现电连接的副边电路部分相互作用，原边和副边电路部分包括传送器，用于经电隔离的耦合通路在原边和副边电路部分之间传送控制信息，每个电路在其原边电路部分呈现P种不同特性中之一种特性，在其副边电路部分呈现Q种不同特性中之一种特性，混合起来至少有P×Q种可能的不同的电路。该方法包括提供分别实现P个不同的原边电路部分的P个物理部件，提供分别实现Q个不同的副边电路部分的Q个物理部件，以及将P个物理部件和Q个物理部件结合在一起，形成具有P×Q种可能的不同特性的连续电路。
本发明的优点在于本配置能够在大约几千伏的高压下确保控制器的原边和副边之间的电隔离，同时能够实现磁耦合，并最大限度地减小电容耦合。
最终得到的控制电路和变换器非常紧凑，结构简单，制造费用低。可以采用较少量的不同种类的凸起部分来制造具有各种不同工作特性的变换器。
其它优点和特征从以下的描述和权利要求中可以看得非常清楚。
图1是零电流开关电源变换器的一般的电路图。
图2是电源变换器的控制器的立体图。
图3A至3E分别是控制器的端部、侧面、顶部、侧面和端部的视图(在某些情况下是剖视图)。
图4是控制器的两个凸起部分和一块电路板的分解视图。
图5是在两个凸起部分中的电路板部分的剖面图。
图6是封装两个凸起部分的顶视图。
图7是零电流开关变换器的电路图。
图8是图7的隔离装置的电路图。
图9是一组电源变换器的特性图。
图10A和10B是两个凸起部分的电阻值的图。
图11是电源变换器组件的分解视图。
图12是安装在电路板上的电源变换器的立体图。
图13A至13H分别是图11所示变换器的分解、立体、顶部、侧面、底部、侧面、端部和端部的视图。
图14A至14E分别是图12所示变换器的顶部、侧面、侧面、放大和放大的视图(在某些情况下是剖视图)。
图15A至15C是变压器绕组结构的示意图。
图16是图12所示电源变换器的一部分的剖视图。
图17A和17B是由导磁铁芯耦合的控制凸出部分的分解视图。
参照图2，ZCS电源变换器26包括控制电路28，它具有原边控制子组件(凸起部分)32和副边控制子组件(凸起部分)30，二者都与其它电源变换部件(未示出)一起安装在主电路板34上。虽然两个凸起部分安装在一起并通过磁耦合在它们之间传递信息，但是它们是相互电隔离的分立的物理部件(例如，在凸起部分之间不存在电连接)。
参照图3A至3E，通过副边绕组42和原边绕组40之间的磁耦合，控制信息从副边凸起部分30传递到原边凸起部分32。如图3C所示，两个绕组40和42分别形成在两块小电路板48和50的表面44和46上，每块小电路板分开地封装在绝缘材料中，形成两个凸起部分32和30。通过用常规的方法蚀刻一盎司铜箔在两块板的导电层上形成两个绕组。在所示实例中每个线圈有四匝。每个绕组的走线宽8密耳，相邻匝的间隔为7密耳。当采用常规的印刷电路板蚀刻技术时，匝的宽度和相邻匝之间的间隔可以做得尽可能地小。这最大限度地减小了绕组所需的表面积，同时降低了制造印刷电路板的成本。电路板封装在密封剂中，当两个凸起部分安装在一起时，其位置使得两个绕组隔开大约0.1″。不需要任何联系两个绕组的导磁铁芯;通过适当地安排绕组和电路板，可以经密封剂和两个凸起部分的任何气隙实现磁耦合。
以上述方式形成并隔开的一对绕组将导致一种“松耦合”变压器。这意味着由流入一个绕组的电流引起的磁通中只有一部分与另一个绕组交连。例如，图5表示由非导磁间隙102隔开的一对绕组40、42的剖面图。流入绕组42的时变电流可以产生磁力线104、106和108。只有一部分磁力线(例如108)与绕组40交连，并在另一个绕组中产生感应电压，而其余的磁力线(例如104和106)却不能产生感应电压。
在一个实例中，松耦合变压器的副边绕组42为8匝，原边绕组40为2匝(两个绕组都由一盎司铜蚀刻而成，绕线宽度为8密耳，相邻匝的间隔为7密耳)，两个绕组相隔0.1英寸，耦合系数的标称值为15%(即k＝0.15)，原边绕组和副边绕组的自感的标称值分别为360毫微亨和60毫微亨。
参照图3A至3E，其它电路部件也安装在两块电路板上，它们包括一块副边集成电路53和两块原边集成电路52、54。所有集成电路的上表面靠近封装凸起部分的密封剂的表面。这最大限度地减小了沿集成电路的上表面和围绕凸起部分的介质之间的通路的热阻。在原边电路板和副边电路板上还安装了分立元件的电阻和电容51(示于图3B和3D)以及分立部分33。
在原边电路板上的一个小的漏电感变压器66具有两个U形导磁铁芯块68、70，它们穿过板中的孔，形成一个闭合的导磁通路(图3C)。导磁通路交连一对绕组(未示出，但类似于绕组40、42)，这一对绕组围绕着孔，位于印刷电路板的另一面。变压器66是一个耦合机构，用于传送来自集成电路52的驱动主开关20的栅极的信号。这一电路结构的细节在序号为07/805，474的美国专利申请中有描述，该申请题为“采用漏电感变压器的高效浮置栅极驱动器电路”，于1991年12月11日提交，此处作为对比文件引用(以下称之为“栅极驱动器申请”)。
两排连接端子72、74分别作为电路板的伸出部分，在电路板的两面都有导线。
两个凸起部分的密封剂是环氧树脂材料(Novolak，可以从California的San Jose的Nitto Denko America得到)。
再看图4，凸起部分30、32的外壁具有配合的插头和插座80、82、84、86。插头的外边缘略大于插座的孔，当插头和插座配合时能使它们相互夹紧。一旦连接，通过将端子72和74插入并焊接在电路板34上的相应的两排孔88、90中，凸起部分便安装到了电路板34上。夹紧作用和端子与电路板的焊接作用二者的结合确保了很强的机械支撑力。
参照图6，在一种组装方式中，两块小的印刷电路板48、50是由桥110、112连接的。在电路板上形成引线和绕组以及安装分立元件之后，经过一次操作封装连接的电路板。密封套如图6中的实线所示，并对虚线所示的内部部分进行过模压(overmolding)。然后切除两个辅助组件(例如利用规定工艺)，以便去除桥。
参照图7，在电源变换器23的控制电路22的一个实例中，副边凸起部分30包括输出电压检测分压器24(在图3B所示的分立元件51中的两个电阻)。分压器24将电压信号送至误差放大器124(它是图3B集成电路的一部分)，与基准电压Vref1(也是电路50的一部分)进行比较。标以Trim的输入信号使Vref1的内部值通过外部施加的微调电压升高，以便改变变换器的输出电压的设定值。放大器124的输出是电流Iin，它被送至隔离装置122的副边121。经包括在隔离装置中的绕组40、42之间的磁耦合，副边121将有关电流Iin的信息传递给隔离装置122的原边120。
隔离装置的原边120是原边凸起部分32的一部分。原边120产生与Iin值成正比例变化的输出电流Iout。还连接了输入过压保护电路128(在序号为07/947，937的美国专利申请中有更详细的描述，该申请于1992年9月21日提交，此处作为对比文件引用)以便影响Iout(例如在输入过压的情况下切断电流)。在原边凸起部分还有电流/频率变换器126，它从隔离装置的原边接收Iout信息，并产生相应的频率信号，该频率信号被传送至零电流开关控制器130(ZCS控制器)。表示流入开关20的时变电流值的信号Isense通过电流传感器400也被送至零电流开关控制器。零电流开关控制器130利用频率信号和Isense的值在零电流的情况下使开关20闭合和关断，其速率与调整在由Vref1(或如果采用Trim，则是Trim输入电压)确定的设定点值的变换器的输出电压和分压器24的分压比一致。经漏电感变压器66(如栅极驱动器申请中所述)，ZCS控制器130将信号送至栅极驱动器电路301。栅极驱动器电路301在零电流的情况下使开关20闭合和关断(亦如栅极驱动器申请中所述)。ZCS控制器130还传送信号来控制复位开关134的闭合和关断(见美国专利4，441，146)。
原边接地端136和副边接地端138是独立的，电隔离的，并可以是相互浮动的。
隔离装置122接收来自副边凸起部分30中的误差放大器的控制信息Iin，并将它传送给原边凸起部分32中的电流/频率变换器126。误差信号Iin可以是一个模拟电流，其频率在直流到几百kHz的范围内。这样的信号是不容易在上述小的松耦合变压器的绕组(即副边绕组42为8匝，原边绕组40为2匝，每个绕组由一盎司铜箔构成，8密耳宽，相邻线匝间隔7密耳，两个绕组隔开0.1″)之间进行直接耦合的。然而，这样的变压器可用来传递更高频率的信号(例如几十MHz)。因此，在隔离装置122的一个实施例中，用Iin对一个高频载波信号进行幅度调制，并传送给绕组42。高频信号被耦合至绕组40，那里高频载波被检波器电路去除了。
参照图8，在隔离装置122的副边121中，绕组42是由AC反馈振荡器形式的隔离驱动电路144驱动的，其中振荡频率主要是由绕组42的自感(例如360 nH)加上电容器140的电容量(在本例中为20pF)与电路的寄生电容(例如3pF)之和确定的。在本例中，振荡器的工作频率大约为55MHz。绕组42上的振荡幅度随着输入电流信号Iin的幅度变化而变化。
由副边绕组42产生的磁场在原边绕组40中感应出一个电压。原边120的接地隔离检测器146传送输出电流Iout，该电流随着绕组40上所检测到的信号幅度的变化而变化。绕组40中感应的交流信号的电压幅度在峰值高达200毫伏的范围内变化，该信号被送至NPN晶体管Q5。当交流信号摆动到负值，Q5的发射极被拉到地电位以下，基极电流流入Q5。Q5是一个宽频带器件，其截止频率(ft)为几百MHz，因此它的集电极和基极电流将跟随被调制载波的幅度的负峰值。电容129和电阻127结合在一起，使得Q5的集电极电流的大部分高频载波分量经电容的低容抗流入地。电阻127中的电流流入一对晶体管Q6和Q7(连线成一个二极管)，它们形成了一种电流镜。流入Q6的电流在Q7和Q8的集电极中得到了镜像的反映。Q6、Q7和Q8是PNP器件，截止频率仅为几MHz，因此Q7和Q8中的集电极电流不响应流入Q6电流的高频载波分量。于是流入Q7和Q8集电极的电流的平均值正比于调幅信号的幅度，从而正比于Iin。该电流镜像地反映来自Q8的Iout。于是Iout跟随Iin。从Q7出来的镜像反映出的电流流入Q9(连线成一个二极管)，它与Q5是同种类型的器件。Q7集电极电流的幅度变化使得Q9上的电压发生变化，这有助于将Q5的基极电压保持在一个值上，该值确保Q5发射极的对地电压在几十毫伏的范围内。这样便提高了检测器的线性度和精确度。
幅度调制只是利用高频载波在绕组之间传递控制信息的一种方法。也可以采用其它调制技术，如频率调制。
参照图3C和7，集成电路52包括电流-频率变换器126、ZCS控制器130和过压保护电路。集成电路54包括复位开关134和二极管135，也可以包括用于驱动主开关20的栅极的栅极驱动器301。在图3C中可以看到集成电路54和复位电容133位于原边PCB48的一端，PCB48的长度超过副边PCB50的端部延伸。这样做的目的是因为与这些部件(例如54和133)有关的电压波形随着时间的变化，其电压值快速地上升和下降(例如，输入电源为直流400V，图7标以Vd的电压在大约20毫微秒的时间内一般就要上升和下降550V)。通过以所示方式设置部件，最大限度地减小了这些原边部件和副边PCS50之间耦合的寄生电容，并且最大限度地减小了与电压的大变化率有关的原边和副边之间的所不希望的噪声信号的杂散耦合。
具有两个电磁凸起部分30、32的一个好处来源于这样的事实，即在几乎所有的情况下，用于DC-DC变换器的原边(副边)电路的元件的值仅仅取决于原边(副边)函数的性能，并且可以在与副边(原边)函数性能无关的情况下进行选择。于是，例如当存在输入和输出电压性能(这些电压将加在DC-DC变换器上)的多种可能的组合时，每种组合一般将“分解成”一组其值仅为变换器输入电压的函数的原边部件，和一组其值仅为变换器输出电压的函数的副边部件。
作为一个例子，请参照图9和再次参照图7，这里表示了十八种不同的可能的变换器，它们可以作为输入电压(Vin)和输出电压(Vout)的组合。每六个不同的可能的输出电压需要R1和R2值的一个不同的组合(这两个电阻在图7中形成变换器副边电路的分压器24)。值的每种组合都与输出电压的一个特定值有关，而与输入电压的值无关。FET的击穿电压Vdmax，从而FET(在变换器的原边)的类型仅作为输入电压的函数来决定，而与输出电压无关。两个电阻R3和R4(在变换器原边电路的过压保护电路中)的值，如同在序列号为07/947，937的美国专利申请中所讨论的那样，也仅为Vdmax的函数(因此也为输入电压的函数)，而与输出电压无关。
参照图10A和10B，通过制备列于图10A的仅三种不同类型的原边凸起部分和列于图10B的六种不同类型的副边凸起部分(即总数为九种不同的凸起部分)，人们就可以形成列于图9中的全部十八种不同的电源变换器。不同的凸起部分的数目与可能的变换器的数目之比越小对获得更大数目不同的变换器越有利。例如，十种不同的原边凸起部分和十种不同的副边凸起部分(即总数仅为二十种不同的凸起部分)的各种组合将形成100种不同的电源变换器。
于是，通过将两种分开的控制电路凸起部分(即原边和副边)组装在一起，并且每个部件的值都代表给定的输入和输出电压，就可以用总数少得多的凸起部分制作非常大量的变换器。这使得能够用比N(即不同的电源变换器的数目)少许多(比如M)的不同的原边和副边凸起部分，并将凸起部分进行适当的组合以便为N个不同的变换器提供控制电路，制作具有不同的输入和输出特性的N个不同的电源变换器。由于凸起部分在机电方面与所做的选择无关，所以极大地简化了凸起部分的组装过程。
除输出电压设定点和输入过压设定点之外的变换器特性也使得变换器能够分别制作。例如，用于设定副边参数如输出“电流极限”值的部件的值，限流过载保护特性，以及输出过压保护极限都仅为所要求的一组副边特性(例如输出电压、输出电流)的函数，而与原边特性(例如输入电压)无关。同样，用于设定原边参数的部件的值，例如输入欠电压截止极限仅为所要求的一组原边特性(例如输入电压)的函数，而与变换器的副边特性(例如输出电压、输出电流)无关，控制电路在机电方面独立于原边，并且副边凸起部分(如上所述)特别合适，将电源传输部件装在例如设计功率较大的(如50W以上)的变换器中的凸起部分上是不实际的。类似于Vinciarelli的序列号为07/914，347的美国专利申请“组装电子部件”(此处引用作为对比文件)中所描述的一种变换器示于图11。变换器组件500是一种适用于变换50至150W的直流电源的变换器。在这种变换器中，电源传输部件(见图7)如变压器10、电容246、248和输出电感250相对于控制电路凸起部分30、32而言较大，所以不能作为凸起部分来组装。此外，由于二极管300、302和FET开关20较大，并需要散热，所以也不能包括在凸起部分中。
对功率较小的电源变换器而言(例如最大到50W)，电源传输部件与控制电路及其它电路相比尺寸相差不大，因此电源传输部件可以直接与原边和副边电路的其余部分装在同一块板上。参照图12和13A至H，变换器例如是由原边转换器部分202和副边转换器部分200构成的，可以将它们咬在一起。通过增加两个导磁铁芯210、212以及挤压成形的铝散热器208，一个非常紧凑的完整的电源变换器204就形成了。
参照图14A至14E，分界线224右边部分的板220、222与图3C所示的板50、48类似。分界线224的左边安装了附加的电源变换部件。一个关键的部件是电源变压器230，它包括分别形成在板222、220上的副边和原边绕组232、234，以及两个导磁铁芯210、212，它们位于两块板上的四个矩形孔236、238、240和242中。在图14A至14E中，每个绕组240和242绕在包围导磁铁芯的不同侧的孔的周围。然而如图15A至15C所示，可以用不同的方式绕制绕组，而且变压器的漏电感将随着绕组的排列变化。
在图15A中，绕组位于铁芯的同一侧;在图15B中，绕组位于铁芯的相对侧;在图15C中，绕组对位于铁芯的每一侧，因此原边绕组和副边绕组都由一串联的绕组对构成。总的来说，变压器的绕组绕在铁芯的同一侧(例如图15A)其漏电感比绕组绕在铁芯的相对侧小。
在图14A至14E中，电路板220、222是多层板(例如六层)，并且绕组由串联或并联(通过金属化孔)的子绕组构成，这些子绕组以一个在另一个上面的方式形成在多层板上。对图14所示的变换器而言，这样做可以非常经济地形成少到一匝(即每层一匝绕组，六层的所有绕组并联)多到四十二匝(即每层七匝绕组，六层的所有绕组串联)的绕组。原边绕组和副边绕组可以具有不同的匝数，以便确定变压器的不同的匝数比。
如图16所示，封装材料600围绕包围四个孔每一个的电路板602a至602d的边缘流动。这样便提供了绝缘，使得一块板上的导电引线604和另一块板上的导电引线606之间不至于通过铁芯形成导电通路。
就如同控制电路部件的值可以被“分解”的那样(例如各种原边和副边部件的值分别仅为所要求的原边和副边的工作特性的函数)，原边和副边的匝数也是可以“分解”计算的。这是由于利用变压器铁芯的“伏/秒”能力，原边和副边匝数分别和输入和输出电压有关。于是，对图12至14所示的整个电源变换器也能应用上述同样的分解方法，它将比较少的机电分离的原边和副边凸起部分结合在一起，组装成数量大许多的有用的变换器。
电源变换器的其它部件包括集成电路244，该集成电路包括两个二极管(例如图7中的300、302)、谐振电容246、输出滤波电容248和输出滤波扼流圈250。
电源变换器的所有部件的顶面都靠近凸起部分的密封剂模制的表面，以便最大限度地减小集成电路的顶面和散热套208之间的热阻。
变换器的端部触针可以由装在电路板上的分开的金属片构成。触针包括+和-输入触针290、292以及+、-输出和Trim触针294、296、298。
两个凸起部分(例如图2和11的30、32;图12和13A至H的200和202)机电独立的原因在于要用控制信息来调制频率较高的载波信号(例如大于10MHz)，而控制信息的信息带宽远远低于载波频率(例如一个带宽为几百KHz)。这样可以用一对小的、有效地进行电隔离的绕组(即作为松耦合变压器)在副边和原边之间传递信息，而不需要与绕组交链的闭合磁路。在图3、5和14所示的例子中，绕组完全是通过非导磁材料耦合的。在不牺牲其它优点的情况下可以在绕组附近采用少量的导磁材料以增加耦合。
例如在图17A中，采用所示导磁盘600来增加控制绕组间的耦合(图中未示出绕组，绕组位于盘每一侧的每个凸起部分30、32中)。盘固定在用来模制凸起部分的封装材料形成的凹口(例如凹口602)中;在图17B中，出于同样的目的采用了小的导磁棒604(棒穿过每个凸起部分中的孔606、608，从而穿过每个绕组的中心)。导磁材料可以模制进任何一个凸起部分，或者如图所示作为分开的部分加入。在每一种情况下，存在导磁材料都不会破坏凸起部分的机电独立性;该材料不会形成交链凸起部分的闭合磁路。
其它实施例包括在以下的权利要求书中。
例如，其它类型的控制信息可以从副边反馈到原边。反馈可以包括从原边向副边传递信息。
隔离绕组可以采用各种匝数比，例如1∶1、2∶1、3∶1，其中第一个数字表示原边。
权利要求
1.电源变换装置包括一个变压器，具有确定电源变换装置的原边和副边的电隔离绕组，一个开关，将来自原边电源的电源经变压器传送给副边的负载，第一电路组件，具有与一个端口电连接的原边电路，用于与输入电源相连，所述原边电路包括一个原边传送器，用于发送或接收控制电源变换装置操作的控制信息，第二电路组件，具有与一个端口电连接的副边电路，用于与负载相连，所述副边电路包括一个副边传送器，用于发送或接收所述控制信息，第一和第二电路组件可以作为组件相互机械分离，并且相互电隔离，它们处于相对的位置，以便使所述原边和副边的传送器能够一同工作，传递所述控制信息。
2.权利要求1的电源变换装置，其特征在于所述传送器包括绕组，通过它们之间的电磁耦合来传递所述控制信息。
3.权利要求1的电源变换装置，其特征在于还包括一个电路，通过调制载波来传递所述信息。
4.权利要求2的电源变换装置，其特征在于所述耦合是在没有联系所述绕组的导磁铁芯的情况下实现的。
5.权利要求2的电源变换装置，其特征在于还包括联系所述绕组的导磁铁芯。
6.权利要求2的电源变换装置，其特征在于所述绕组形成在分开的电路板表面上。
7.权利要求1的电源变换装置，其特征在于所述第一和第二电路组件分别被包围在机械分离的保护罩中。
8.权利要求7的电源变换装置，其特征在于所述保护罩由绝缘的密封剂构成。
9.权利要求8的电源变换装置，其特征在于两个组件的保护罩在各自的接合面相遇，并且在接合面实现耦合。
10.权利要求9的电源变换装置，其特征在于耦合是电磁耦合。
11.权利要求1的电源变换装置，其特征在于还包括电路板，电源变换部件安装在所述电路板上，所述组件也安装在所述电路板上。
12.电源变换装置包括一个变压器，具有确定电源变换装置的原边和副边的电隔离绕组，一个开关，将来自原边电源的电源经变压器传送给副边的负载，与一个端口电连接的原边电路组件，用于与输入电源相连，并具有形成在一块印刷电路板上的原边绕组，与一个端口连接的副边电路组件，用于与负载相连，并具有形成在第二印刷电路板上的副边绕组，第一和第二电路组件分别封装在机械可分离的具有接合面的罩中，组件相互电隔离，罩的接合面连在一起，以便使所述原边和副边绕组能够一同工作，在接合面之间传递所述控制信息。
13.一种电源变换器控制电路装置包括第一电路，该电路被封装以形成第一分立的物理单元，连接第一电路使之对从封装在第二分立的物理单元中的第二电路接收的控制信息作出响应。这两个物理单元分别包括辅助部分，用于经电隔离的电磁通路传递所述控制信息。
14.一种用于制造独特的源变换器的控制电路的方法，其中独特的电源变换器全部都符合单一的总体设计，并且不同的功率变换器具有不同的工作特性，这是通过在单一的总体设计中采用不同的部件来实现的，该方法包括提供不同种类的第一分立控制电路，所述第一分立控制电路包括原边传送器，用于发送或接收控制所述电源变换装置操作的控制信息，提供不同种类的第二分立控制电路，所述第二分立控制电路包括副边传送器，用于发送或接收所述控制信息，所述第一和第二电路组件是这样的组件，它们可以相互机械分离，并且相互电隔离，它们处于相对的位置，以便使所述原边和副边的传送器能够协同工作，传递所述控制信息，以及为了制造每个独特的电源变换器，选择不同种类的第一和第二控制电路，以便得到电源变换器的所要求的工作特性，并且按一定的排列方向将选择的不同种类的电路装入每个变换器中，使得在它们之间能够传送控制信息，以便得到所要求的工作特性。
15.一种电源变换器包括原边电路组件，包括电源变换变压器的原边绕组，一个开关，影响从原边组件的输入端口到原边绕组的耦合，并且原边控制电路关断和闭合该开关，副边电路组件，包括电源变换变压器的副边绕组，以及控制电路，接收用来决定何时关断和闭合开关的控制信息，作为不同的部件封装的原边和副边电路组件，它们相互接近，使得通过一个导磁铁芯在电源变压器的原边和副边绕组之间实现耦合，并使得在副边电路组件和原边电路组件之间能够传送控制信息。
16.权利要求15的电源变换器，其特征在于所述控制电路包括在每个所述电路组件中相互电隔离的部件。
17.权利要求16的电源变换器，其特征在于所述电隔离部件包括绕组，通过它们之间的电磁耦合来传递所述控制信息。
18.权利要求15的电源变换器，其特征在于所述控制电路包括通过调制载波来传递所述控制信息的元件。
19.权利要求17的电源变换器，其特征在于所述耦合是在没有联系所述绕组的导磁铁芯的情况下实现的。
20.权利要求17的电源变换器，其特征在于还包括联系所述绕组的导磁铁芯。
21.权利要求17的电源变换装置，其特征在于所述绕组形成在分开的电路板表面上。
22.权利要求15的电源变换器，其特征在于所述原边和副边组件分别被包围在机械分离的保护罩中。
23.权利要求22的电源变换器，其特征在于所述保护罩由绝缘的密封套构成。
24.权利要求22的电源变换器，其特征在于组件的保护罩在各自的接合面相遇，并且在接合面实现耦合。
25.用于在电源变换器中的原边和副边电路之间传递控制信息的隔离装置，所述隔离装置包括第一传送电路，用于以所述控制信息对一个载波信号进行电子调制，第一和第二电隔离传送器，用于在所述原边和副边电路之间发送和接收所述载波信号，以及第二传送电路，它对所述第二传送器传送的信号作出响应，产生一个对应于所述控制信息的电信号。
26.权利要求25的隔离装置，其特征在于所述载波信号由一个高频电振荡信号构成。
27.权利要求25的隔离装置，其特征在于所述第一和第二传送器包括导电绕组。
28.权利要求27的隔离装置，其特征在于所述绕组之间的耦合是在没有联系所述绕组的导磁铁芯的情况下实现的。
29.权利要求25的隔离装置，其特征在于中所述电子调制包括幅度调制。
30.一种在电源变换器中的原边和副边电路之间传递控制信息的方法，所述方法包括用所述控制信号调制一个载波信号，以及通过电隔离传送器在所述原边和所述副边之间耦合所述经调制的载波。
31.权利要求30的方法其特征在于还包括检测和解调所述耦合的经调制的载波，以便再产生所述控制信息。
全文摘要
具有电隔离绕组的变压器确定电源变换装置的原边和副边。开关将原边电源的电能经变压器传送给副边的负载。第一电路组件具有与输入电源相连的原边电路，它包括一个原边传送器。第二电路组件具有与负载相连的副边电路，它包括一个副边传送器。原边和副边传送器都用于发送或接收控制变换装置操作的控制信息。第一和第二电路组件相互机械分离，并相互电隔离，处于相对的位置，以便使原边和副边的传送器能够协同工作，传递控制信息。
文档编号H02M3/335GK1099530SQ9410642
公开日1995年3月1日 申请日期1994年6月10日 优先权日1993年6月14日
发明者P·温西阿雷里, L·A·布芬诺 申请人:Vlt公司