一种隔离型正激变换器的电压采样和供电电路

技术领域

本发明公开了一种隔离型正激变换器的电压采样和供电电路，涉及隔离型变换器的电压采样技术，属于基本电子电路领域。

背景技术

随着现代电力电子技术的不断发展，电源设备逐渐趋于高频化、高效率、集成化和模块化。作为典型的DC-DC变换器拓扑，正激变换器拓扑具有隔离升降压、拓扑结构简单、输出电压纹波小等优点，其广泛应用于计算机、电子通信和航空航天等领域。由于正激变换器需要实现输入与输出隔离，因此其控制环路也需要进行隔离设计。电压采样电路是正激变换器拓扑控制环路的重要组成部分，其主要功能是采样输出电压信号，通过补偿放大产生误差信号，使该误差信号通过隔离变压器，最后输出至主控芯片进行后续控制。

Crane Aerospace&Electronics公司已研制出适用于正激变换器拓扑的电压采样电路，该方案使用三绕组变压器对原副边进行隔离，三组绕组分别连接误差信号回路、原边整流电路和时钟电路，时钟电路提供周期脉动信号，使误差信号通过隔离变压器传递至整流电路，之后输出至主控芯片。

1.误差电压信号采样阶段t0-t1

当时钟电路输出高电平信号时，即时钟信号为处于上半周期t0-t1时，连接整流电路的绕组停止工作，误差信号采样电路采样部分工作，使得绕组副边非同名端获得误差电压信号，绕组副边同名端为低电平，二极管D

2.整流阶段t1-t2

当时钟电路输出低电平信号时，即时钟信号为处于下半周期t1-t2时，整流电路正常工作，副边同名端为高电平，通过二极管D

该方案可以对正激变换器进行较精确的采样，实现输入输出隔离。三绕组变压器的使用会导致整体电源系统体积、重量和发热量增加，不利于电源设备的小型化和集成化。因此，需要改进变压器设计，以提高电源系统的集成化程度。

发明内容

技术问题：本发明的目的是针对隔离型正激变换器电压采样电路隔离变压器及相关电路的技术不足，提出一种隔离型正激变换器电压采样电路，利用电压采样电路时钟电路和整流电路的交替工作原理，修改了隔离变压器绕组数量，从而在不改变电压采样电路功能和性能的前提下，提高电压采样电路和电源系统的集成度和功率密度。

技术方案：本发明为实现以上发明目的采用一种隔离型正激变换器的电压采样和供电电路，包括：

输出电压误差补偿电路，其输入端接正激变换器输出电压，对正激变换器输出电压进行采样、比较和补偿处理，输出与基准电压比较后所得到的误差信号V

误差信号采样电路，接收输出电压误差补偿电路输出的误差信号，对误差信号进行离散化处理，使其可通过隔离双绕组变压器，同时对输出电压误差补偿电路比较器供电；

隔离双绕组变压器，接收误差信号采样电路输出，将离散化处理的误差信号传递给原边，实现隔离型正激变换器采样电路的原副边隔离；

原边整流电路，对传递到原边的离散化处理的误差信号进行整流处理，输出COMP比较信号；

时钟电路，采用运放自激振荡产生时钟脉冲信号，协助误差信号传递至原边。

所述输出电压误差补偿电路将正激变换器输出电压通过电阻分压，输入至比较器的反相输入端，比较器的同相输入端接2.5V基准电压源，对比较信号进行极点和零点补偿，比较器的输出端输出误差信号V

所述误差信号采样电路，接收误差电压信号，通过对第一电容进行充放电，改变第一三极管基极电位，从而改变第一三极管导通电阻，进而表征离散误差信号，该离散误差信号传输至所述隔离双绕组变压器副边同名端。

所述原边整流电路，接收离散误差信号，将交流脉动信号还原为连续误差信号，输出COMP比较信号。

所述时钟电路，采用运放自激振荡产生周期脉冲信号，传输至所述隔离双绕组变压器原边同名端。

所述隔离双绕组变压器，原边绕组同名端接所述时钟电路输出和所述原边整流电路输入端，原边非同名端接地；副边同名端接所述误差信号采样电路，副边非同名端向所述输出电压误差补偿电路比较器供电。

所述误差信号采样电路，当误差信号为低电平时，第一三极管导通，隔离双绕组变压器副边同名端为脉动低电平；当误差信号为高电平时，第一三极管关断，隔离双绕组变压器副边同名端为高电平；隔离双绕组变压器副边非同名端通过第四二极管向滤波电容充电，向副边电路提供直流电压SVCC。

所述隔离双绕组变压器，当时钟信号为高电平时，时钟电路工作，向副边传递高电平信号；当时钟信号为低电平时，原边整流电路工作，向原边提供采样误差信号。

所述隔离双绕组变压器变比为1:1。

该电压采样和供电电路包含输出电压误差补偿电路、误差信号采样电路、隔离双绕组变压器、原边整流电路以及时钟电路。隔离型正激变换器输出端与输出电压误差补偿电路相连，输出电压信号通过分压电路分压传输至比较器反相端，使其与同相端的直流基准电压信号进行比较，通过比例、积分运算产生误差信号。输出电压误差补偿电路输出端与误差信号采样电路相连，误差信号采样电路可分为两部分，分别与隔离双绕组变压器副边同名端和非同名端相连。一方面，误差电压信号通过改变采样电路三极管基极电位，调节三极管导通电阻值，与来自原边的时钟信号叠加后，形成离散误差信号；另一方面，非同名端的离散信号通过整流、滤波形成直流电压，为副边芯片供电。隔离双绕组变压器原边同名端与原边整流电路输入端和时钟电路输出端相连，非同名端接地。

本发明利用原边整流电路和时钟电路可交替工作的特性，以及原边整流电路的保持功能，使用了双绕组变压器而非三绕组变压器。时钟电路由运放搭建的自激振荡电路和放大电路组成，产生高频脉动信号。当时钟信号为高电平时，原边整流电路停止工作，其仅向电容充电，隔离双绕组变压器副边同名端为高电平，与误差信号叠加，产生采样误差信号；当时钟信号为低电平时，原边整流电路工作，误差信号采样电路产生的离散误差电压信号通过隔离双绕组变压器传输至原边整流电路，通过整流后复原误差电压信号，该误差电压信号将传输至主控芯片进行后续控制操作。

有益效果：本发明提出的隔离型正激变换器的电压采样和供电电路，对比已有技术，具有以下优点：

(1)本发明利用原边整流电路和时钟电路可交替工作的特性，使用隔离双绕组变压器取代了隔离三绕组变压器，减小了系统体积和重量，提高了系统功率密度和可靠性；

(2)本发明隔离双绕组变压器原边不直接与原边电压源V

(3)本发明利用隔离双绕组变压器副边非同名端电压信号，将其通过整流、滤波和放大等操作，为副边芯片供电，降低了系统热损耗，提高了系统能量利用率和温度表现。

附图说明

图1为本发明隔离型正激变换器的电压采样和供电电路的系统原理框图。

图2为本发明误差信号采样电路具体电路原理图。

图3为本发明模拟隔离型正激变换器含纹波的输出电压和输出电压误差补偿电路输出误差电压信号的波形图。

图4为本发明误差信号采样电路C

图5为本发明采样离散误差电压信号细节波形图。

图6为本发明原边整流电路输出采样电压信号、隔离双绕组变压器原边同名端电压信号和时钟信号的波形对比图。

图7为本发明隔离双绕组变压器原边同名端电压信号和时钟信号的细节波形图。

图8为本发明一种隔离型正激变换器的电压采样和供电电路工作模态1等效电路图。

图9为本发明一种隔离型正激变换器的电压采样和供电电路工作模态2等效电路图。

图中有：比较器b1、第一电容C

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。

本发明一种隔离型正激变换器的电压采样和供电电路，其包括以下电路模块。输出电压误差补偿电路，接隔离型正激变换器输出端，对所述正激变换器输出电压进行采样、比较和补偿处理，输出与基准电压比较后所得到的误差信号；误差信号采样电路，接收输出电压误差补偿电路输出的误差信号，对误差信号进行离散化处理，使其可通过隔离变压器，同时对副边芯片供电；隔离双绕组变压器，接误差信号采样电路，将离散的误差信号传递给原边，实现隔离型正激变换器采样电路的原副边隔离；原边整流电路，对传递到原边的离散误差信号进行整流处理，将整流后信号输出至主控芯片；时钟电路，运放自激振荡产生时钟脉冲信号，协助误差信号传递至原边。

输出电压误差补偿电路将输出电压通过电阻分压，输入至比较器b1的反相输入端，比较器b1的同相输入端接2.5V基准电压源，对比较信号进行极点和零点补偿，比较器b1的输出端输出误差信号。误差信号采样电路，接收误差电压信号，通过对电容进行充放电，改变三极管基极电位，从而改变三极管导通电阻，进而表征误差信号，该离散误差信号传输至所述隔离双绕组变压器副边同名端。原边整流电路，接收离散误差信号，将交流脉动信号还原为连续误差信号，通过共集电极放大电路传输至主控芯片，共集电极放大电路起缓冲、隔离作用。时钟电路，采用运放自激振荡产生周期脉冲信号，传输至所述隔离双绕组变压器原边同名端。隔离双绕组变压器，原边绕组同名端接所述时钟电路输出和所述原边整流电路输入，原边非同名端接地；副边同名端接所述误差信号采样电路，副边非同名端向副边芯片供电。误差信号采样电路，当误差信号为低电平时，三极管导通，隔离双绕组变压器副边同名端为脉动低电平；当误差信号为高电平时，三极管关断，隔离双绕组变压器副边同名端为高电平；隔离双绕组变压器副边非同名端通过二极管向滤波电容充电，向副边电路提供直流电压。隔离双绕组变压器，当时钟信号为高电平时，时钟电路工作，向副边传递高电平信号；当时钟信号为低电平时，原边整流电路工作，向原边提供采样误差信号；所述隔离双绕组变压器变比为1:1。

本发明一种隔离型正激变换器的电压采样和供电电路的系统原理框图如图1所示。隔离型正激变换器的电压采样和供电电路系统包含输出电压误差补偿电路、误差信号采样电路、隔离双绕组变压器、原边整流电路以及时钟电路。如图3所示，设隔离型正激变换器输出电压V

本发明实施例误差信号采样电路的具体电路图，请参考图2。如图3所示，输出电压误差补偿电路输出误差电压信号V

1.误差电压信号高电平t0-t1

如图2所示，当误差电压信号为高电平时，信号通过电阻R

2.误差电压信号低电平t1-t2

如图2所示，当误差电压信号为低电平时，电容C

下面进一步解释误差电压信号的时域离散化过程。如图5所示为当误差电压信号V

1.误差电压信号采样阶段t0-t1

当时钟信号为高电平时，即时钟信号为处于上半周期t0-t1时，等效电路如图8所示，时钟信号通过隔离双绕组变压器向副边提供能量，第一二极管D

2.整流阶段t1-t2

当时钟信号为低电平时，即时钟信号为处于下半周期t1-t2时，等效电路如图9所示，第二二极管D

本发明实施例误差信号采样电路具有副边供电功能，请参考图2。下面解释供电具体原理。

1.滤波电容C

当时钟信号为高电平时，等效电路如图8所示，第四二极管D

2.滤波电容C

当时钟信号为低电平时，等效电路如图9所示，隔离双绕组变压器副边非同名端为高电平，第三二极管D

本发明实施例中，使用隔离双绕组变压器取代了隔离三绕组变压器，并实现了副边供电功能，减少了原边电压源V

虽然本说明书详细描述了某些示例性实施例，但应当理解，本领域的技术人员在理解上述内容后，可以易于设想这些实施例的更改形式、变型形式和等同形式。

本发明的实施例可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下进行多种修改和变更。因此，应当理解，本发明的实施例不应限于以上所述的示例性实施例，但应受权利要求书及其任何等同形式中阐述的限制的控制。