带有隔离屏障的磁平衡转换器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及包含至少一个变压器的转换器，该转换器包含至少一个初级电路，该初级电路至少与第一组初级线圈连接，该转换器进一步包含至少一个第二初级电路，该第二初级电路至少与第二组初级线圈连接，该转换器包含次级电路，该电路与第三组次级线圈连接，通过隔离屏障将该第一初级线圈与次级线圈电隔离，通过第二隔离屏障使该第一和第二初级线圈相互电隔离，该三组线圈经由公共磁路相互磁耦合。
【背景技术】
[0002]众所周知，在信号或功率变压器系统内，将隔离屏障用在磁(或电感)耦合中使初级侧与次级侧电隔离，以保护次级侧的电路和消除共模噪声。
[0003]US 2008/0181361 Al公开了通过在保持初级和次级电路之间的隔离的同时，跨过初级电路和次级电路之间的功率传送隔离屏障地传送功率，以及跨过与功率传送隔离屏障不同的通信隔离屏障地在初级电路和次级电路之间传送数据来跨过隔离屏障传送功率和信息的方法。经由次级通信接口和初级通信接口将反馈控制信号传送给初级侧上控制功率传送的功率控制电路。初级通信接口由与功率传送隔离屏障连接的第二初级电路供电。这种配置需要使用两个单独隔离屏障以及需要在初级侧和次级侧实现附加通信组件，以便调节功率传送。
【发明内容】
[0004]本发明的一个目的是提供能够高精度地复制输入电流的转换器。
[0005]本发明的另一个目的是提供将能量从初级单元传送到具有公共磁路的两个次级单元的转换器。
[0006]本发明的另一个目的是提供能够不用将跨过隔离屏障的反馈环路用于调节磁耦合地平衡磁耦合的转换器。
[0007]该目的可以通过如权利要求1的前序部分所公开以及进一步修改成可以将第一组线圈与开关模式电路连接的转换器来实现，该开关模式电路可以配置成驱动初级电路和第一组初级线圈。
[0008]这提供了将输出侧与输入侧电隔离的尤其适合电流到电流变换的转换器。这提供了次级输入侧和次级输出侧之间的隔离电流到电流传送。这使转换器能够经由初级侧的调节高精度地将外加输入电流复制成隔离输出电流。该输出侧可能与外部负载电路的外部测量电阻或阻抗特性有关。在一个实施例中，该公共磁路是磁芯。这使转换器能够在操作期间具有最小能量传送损失。在另一个实施例中，该第一隔离屏障和该第二隔离屏障形成单个公共隔离屏障的一部分。
[0009]按照本发明的一个实施例，将第一组线圈与配置成与外部电源连接的功率调节单元连接。
[0010]这使转换器能够调节和磁平衡转换器在初级侧和两个次级侧之间的通过公共磁路的能量传送。这可以将初级侧和两个次级侧之间的能量损失降到最低程度。
[0011]按照本发明的一个实施例，将第二组线圈与第一整流电路连接，将第三组线圈与第二整流电路连接，该两组线圈具有相反极性。
[0012]这使转换器能够分开通过公共磁路的两个次级侧之间的从初级侧开始的能量传送。
[0013]按照本发明的一个特定实施例，可以将至少一组线圈与配置成限制输出电流或电压范围的阈值电路连接。
[0014]这使输出电流或电压的范围能够被限制成具有低或高值的电流或电压阈值，这又保证了转换器在加电情形下的额定操作。较低电流阈值可以是2mA。可替代地，该阈值电路可以取而代之地与第三组线圈连接，可以将输入范围限制成上电流或电压阈值，这又保护了转换器，例如，以防止过冲。该阈值电路可以被安排在初级侧，可以与第一组线圈连接。该阈值电路在这个实施例中可以被配置成限制初级侧的功率调节，例如，通过定义用于当测量的信号或确定的传送误差超过激活阈值时激活调节环路的激活阈值。
[0015]按照本发明的一个实施例，可以将第一组线圈与配置成驱动初级侧的开关模式电路连接。
[0016]这使转换器能够间接控制通过输入电流和开关模式电路的外加电压的幅度设置的输出电流。可替代地，该输出电流可以通过调整忙闲度或开关模式输出信号的频率来控制。在一个实施例中，该输出电流可以通过使用扩展谱信号控制开关模式电路的操作来控制。
[0017]在另一个实施例中，可以调整施加于变压器的脉冲信号的前沿和后沿之间的死时间，以便平衡能量传送。
[0018]按照本发明的一个特定实施例，可以进一步将第一组线圈与测量电路连接，该测量电路被配置成测量通过第一线圈的能量和与功率转换单元连接，该功率转换单元与开关模式电路连接和被配置成根据来自测量电路的测量信号驱动开关模式电路。
[0019]这使传送到每个次级侧的能量能够得到测量并用于调节开关模式电路的操作。这使能量传送能够得到平衡，以便输入电流等于输出电流。在一个简单实施例中，该测量单元可以是与第一组线圈串联的低阻抗电阻。来自该测量电路的信号在发送给功率转换单元之前可以，例如，通过AC-DC转换器数字化。
[0020]按照本发明的一个特定实施例，将该测量电路与处理单元连接，该处理单元又与功率转换单元和开关模式电路连接，其中该处理单元被配置成控制开关模式电路和功率转换单元的操作。
[0021]这使处理单元能够管理从初级侧到两个次级侧的能量传送的调节和接着管理输出电流的调节。该调节可以按照存储在处理单元中的一个或多个参考参数自动进行。在一个实施例中，可以使用与处理单元连接的用户界面调整一个或多个参考参数。这使处理单元可以将测量信号的解调(采样)与开关模式电路的控制同步。通过使用逐次逼近例程(SAR)AD转换器，可以使误差边际相同地解调测量的信号。由于SAR AD转换器的采样率受转换率限制而不是受实际采样率限制，所以当测量信号具有比AD转换器的采样率容量高的频率时，SAR AD转换器中优选的。然后该处理单元在，例如，经由DA转换器将控制信号发送给功率转换单元之前，使用在处理单元中实现的算法处理采样信号。在一个优选实施例中，使用配置成补偿系统的各种误差、容限或其它非线性的信号处理算法处理采样信号，从而使转换器可以在输出侧上更精确地复制输入电流。
[0022]按照第二特定实施例，将该测量电路与开关连接，该开关又与功率转换单元和处理单元连接，其中该处理单元控制该开关的操作。
[0023]这使处理单元能够使用使开关的控制与开关模式电路的控制同步的开关解调测量的信号，从而无需让AD转换器采样和可选地让DA转换器解样测量信号。
[0024]按照本发明的第三特定实施例，将该开关与信号处理单元连接，该信号处理单元又与功率转换单元和处理单元通信，其中该处理单元控制信号处理单元的操作。
[0025]这使处理单元能够使用信号处理单元补偿系统的各种误差、容限或其它非线性，从而使转换器可以在输出侧上更精确地复制输入电流。该信号处理单元可以按照在处理单元中实现的信号处理算法来控制。
[0026]按照本发明的一个实施例，该处理单元包含配置成补偿给定输入信号上输入侧和输出侧之间的传送误差的线性化功能。
[0027]这使处理单元能够调整电流到电流转换，以便转换方案遵从线性函数。该处理单元可替代地可以使用不同非线性化功能来补偿输入侧和输出侧之间的传送误差。该线性化功能可以配置成能够补偿给定输入电流上的传送误差或输入电流通过的阻抗的多维函数。在一个优选实施例中，使用内插方法/功能表示至少两个表值之间的任何数值将该线性化功能实现成完整查找表或压缩查找表。这使线性化功能能够如果需要的话，在制造期间实现和/或在转换器的寿命期间更新。
【附图说明】
[0028]现在参考附图，只通过举例的形式描述本发明的实施例，在附图中:
[0029]图1示出了按照本发明的转换器的配置；
[0030]图2示出了该转换器的配置的第一示范性实施例；
[0031]图3示出了初级侧的配置的第二实施例；以及
[0032]图4示出了初级侧的配置的第三实施例。
[0033]在下文中，将逐个描述这些图形，在不同图形中将用相同号码编号在图形中看到的相同部分和位置。并非在特定图形中指示的所有部分和位置都必需与那个图形一起讨论。
【具体实施方式】
[0034]图1示出了按照本发明的转换器的一个示范性实施例。转换器I包含与至少含有第二组线圈5，7的至少一个次级侧4，6磁耦合的含有第一组线圈3的至少一个初级侧2。在一个优选实施例中，该转换器包含与分别含有第二组线圈5和第三组线圈7的两个次级侧4，6磁耦合的初级侧2。通过至少一个隔离屏障8将初级侧2与次级侧4，6电隔离。通过至少一个隔离屏障9使次级侧4，6相互电隔离。隔离屏障8，9可以是单独隔离屏障或形成公共隔离屏障的一部分。初级侧2和次级侧4，6经由公共磁芯A的形式的公共磁路相互磁耦合。可以以至少一种预定模式将几组线圈3，5，7安排在磁芯中和/或周围。隔离屏障8，9的配置和材料可以按照转换器的所希望使用和放置来确定。
[0035]可以将转换器配置成可以配置成将DC输入电流变换成DC输出电流的电流到电流转换器。可以将AC电流叠加在DC电流上。将次级侧之一配置成与测量电阻或阻抗或另一种适当负载电路或负载单元的形式的外部输出单元10连接。将其它次级侧6配置成与电流源、电压源或另一种适当能量源的形式的外部输入能量源11连接。该转换器在一个优选实施例中被配置成提供能够与DC电流源连接/耦合的输入侧6和能够与负载单元/电路连接/耦合的输出侧4之间的隔离电流到电流变换。这使输入电流12能够在输出侧4上以高精度地复制输入电流12的输出电流13的形式得到复制。
[0036]图2示出了该转换器的配置的第一示范性实施例。次级侧4可以包含电流整流电路的形式的整流电路14。整流电路14在一个实施例中可以包含整流二极管、电容器和/或其它适当组件的排列。可以将第二组线圈5与整流电路14连接，以便线圈5具有如图2所示，沿着第一预定方向的极性。
[0037]次级侧6可以包含电流整流电路的形式的整流电路15。整流电路15可以具有与整流电路14相同的配置。可以将第三组线圈7与整流电路15连接，以便线圈7具有如图2所示，沿着与第一方向相反的第二预定方向的