[發(fā)明專利]具有二次側(cè)控制的返馳式轉(zhuǎn)換器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711331074.3
• 申請日: 2017-12-13
• 公開（公告）號: CN109921644B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳繼浩
• 申請（專利權(quán)）人: 南京綠芯集成電路有限公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335
• 代理公司: 北京匯澤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11228
• 代理人: 劉淑敏

本發(fā)明公開了一種具有二次側(cè)控制的返馳式轉(zhuǎn)換器，包含：一變壓器，具有一次側(cè)繞組與二次側(cè)繞組，一次側(cè)繞組用以接收一輸入電壓，二次側(cè)繞組耦合至一次側(cè)繞組并與一整流電路連接；整流電路包含一輸出電容，提供一輸出電壓；一整流開關(guān)單元，與二次側(cè)繞組和輸出電容串接，提供一整流路徑及一開關(guān)路徑；一個(gè)二次側(cè)控制電路，用以偵測整流電路輸出電壓或電流值，根據(jù)輸出電壓或電流與預(yù)設(shè)值的差值控制整流開關(guān)單元狀態(tài)；一個(gè)一次側(cè)切換裝置，連接至一次側(cè)繞組的一端；一輔助繞組與二次側(cè)繞組耦合，用以提供一次側(cè)控制電路操作電源以及偵測二次側(cè)整流開關(guān)單元狀態(tài)；一個(gè)一次側(cè)控制電路，用以根據(jù)輔助繞組偵測的二次側(cè)輸出狀態(tài)以控制一次側(cè)切換裝置。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一返馳式轉(zhuǎn)換器，特別是關(guān)于一種具有二次側(cè)控制的返馳式轉(zhuǎn)換器。

背景技術(shù)

電源轉(zhuǎn)換器廣泛的應(yīng)用于提供電子裝置運(yùn)作所需的電壓以及負(fù)載電流，特別是于具有高度集中的通訊或計(jì)算機(jī)設(shè)備中。這些電源供應(yīng)器通常需要提供于一小體積或尺寸下高輸出功率，由于此類電源供應(yīng)裝置需要于有限空間輸出高密度功率，因此電源供應(yīng)器的轉(zhuǎn)換效率以及如何降低于操作過程中的熱耗能的產(chǎn)生也為此類電源供應(yīng)器設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

返馳式轉(zhuǎn)換器(flyback converter)是應(yīng)用極為廣泛的電源拓樸之一。由于返馳轉(zhuǎn)換器具有高效率、低損耗、小尺寸、零件數(shù)目少、以及成本低等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛的作為各種電子產(chǎn)品的電源裝置。返馳式轉(zhuǎn)換器一般是用于直流-直流(DC-DC)轉(zhuǎn)換以驅(qū)動一具有變壓器隔離輸入、輸出的輸出負(fù)載，一輸入整流(rectifier)電路可以被用于交流-直流(AC-DC)應(yīng)用上。常見的返馳式轉(zhuǎn)換器包括一輸入電路以及一輸出電路，輸入電路與輸出電路經(jīng)由一變壓器耦合，一光耦合器連接輸出電路輸出端與控制器輸入端作為回授信號調(diào)節(jié)。輸入電路包含一晶體管開關(guān)組件以及一控制器用以調(diào)節(jié)脈沖寬度(PWM)，晶體管連接至初級側(cè)線圈繞組的一端以及控制器的輸出端，一回授輸入端連接至一光耦合器的一端，一次側(cè)開關(guān)被開啟以磁化變壓器一次側(cè)繞組，當(dāng)一次側(cè)開關(guān)被關(guān)閉時(shí)電力將被轉(zhuǎn)移至二次側(cè)電路，一連接至二次側(cè)線圈的二極管可以允許電流流至負(fù)載。于轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)輸出側(cè)輸出端連接一光耦合器(optical coupler)用以隔離輸入與輸出電路并傳輸輸出電壓信號回到控制器。

上述的返馳式轉(zhuǎn)換器電路，利用光耦合器的回饋控制功能來調(diào)節(jié)輸出電壓，但是光耦合器的物理特性無可避免的會影響系統(tǒng)的操作穩(wěn)定性以及耐用性。舉例而言，光電耦合器的耦合效率會反映系統(tǒng)輸出電壓的精確度，更進(jìn)一步，額外的電氣組件需要被加入以配合光耦合器的運(yùn)作，因此需要額外的成本以及空間。

為了解決上述問題，美國專利案US 7385163提出利用一個(gè)二次側(cè)控制器來控制一次側(cè)的開關(guān)裝置，以提供一個(gè)更精準(zhǔn)以及可靠的電源輸出系統(tǒng)。

參考圖1A所示，包括一個(gè)輸入電路1、一個(gè)變壓器11以及一輸出電路2。輸入電路1包括一個(gè)或多個(gè)開關(guān)裝置13，一輸入端以及一輸出端；輸入電路1的輸入端連接至一輸入電壓Vin，輸入電路1的輸出端連接至變壓器11。變壓器11包含一個(gè)一次側(cè)線圈繞組以及一個(gè)二次側(cè)線圈繞組，一次側(cè)線圈繞組連接至一個(gè)開關(guān)裝置13使其能根據(jù)二次側(cè)線圈繞組的電壓變化進(jìn)行控制開關(guān)裝置的開啟/關(guān)閉狀態(tài)。

控制器的第一控制端CTL1與第二控制端CTL2間有三種狀態(tài)變化，分別是電阻性負(fù)載連接、短路及開路。控制器在輸出電壓Vout大于目標(biāo)電壓時(shí)，使其第一控制端CTL1與第二控制端CTL2間形成電阻性負(fù)載一段時(shí)間，阻止開關(guān)組件被激發(fā)導(dǎo)通，使得現(xiàn)有的切換電源裝置停止自激發(fā)轉(zhuǎn)換，避免輸出電壓Vout繼續(xù)上升；在輸出電壓Vout小于目標(biāo)電壓時(shí)，使其第一控制端CTL1與第二控制端CTL2間形成短路狀態(tài)一段時(shí)間，導(dǎo)致開關(guān)組件被激發(fā)導(dǎo)通，使得現(xiàn)有的切換電源裝置開始自激發(fā)轉(zhuǎn)換，以提升輸出電壓Vout；于其他時(shí)候，使其第一控制端CTL1與第二控制端CTL2間形成開路狀態(tài)，避免現(xiàn)有的切換電源裝置的操作受到干擾。

但是前面所述的切換電源轉(zhuǎn)換裝置有以下缺點(diǎn)：