專(zhuān)利名稱(chēng)：多輸出同步反激變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力電子變流器領(lǐng)域。尤其涉及所謂的"反激"變換器 領(lǐng)域。
現(xiàn)有技術(shù)
反激變換器是在輸入和輸出之間具有電流絕緣的直流到直流的變換 器。技術(shù)上來(lái)說(shuō)，反激變換器源于通過(guò)分離其電感線(xiàn)圈以形成變壓器的減 壓-升壓變換器，以使得電壓比被倍增，并且提供了絕緣的額外優(yōu)點(diǎn)。
要將較高的輸入直流電壓-比如來(lái)自市電電源整流或來(lái)自電信-48V 電壓總線(xiàn)-轉(zhuǎn)換為較低的、多路正輸出直流電壓，在低到中等功率直到 250W時(shí)，反激變換器通常是最好的方案。
在反激變換器中，輸出電壓可以配置為具有相對(duì)于輸入電壓的任意 極性和振幅。并且，通過(guò)給變壓器增加次級(jí)線(xiàn)圈，可以容易地對(duì)多路輸出 進(jìn)行調(diào)整。
參考

圖1，顯示了反激變換器的基本原理。反激變換器的工作原理非 常筒單基本上，能量在初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)(side switch)的接通階段存儲(chǔ)在變 壓器內(nèi)，并且在初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)階段向輸出釋放。當(dāng)初級(jí)開(kāi)關(guān)接通時(shí) (ON階段)，變壓器的初級(jí)線(xiàn)圏直接連接到輸入電壓源，并且相應(yīng)地， 變壓器鐵芯中的磁通量增加。次級(jí)線(xiàn)圏IO上的電壓是負(fù)的，并且，由于 通過(guò)末端的壓降是負(fù)的，二極管12處于截止?fàn)顟B(tài)。輸出電容13為輸出負(fù) 載14提供能量。當(dāng)開(kāi)關(guān)11斷開(kāi)時(shí)(OFF狀態(tài))，先前存儲(chǔ)在變壓器10 中的能量通過(guò)二極管12,傳輸?shù)阶儞Q器的llr出。
為控制輸出電壓的電平，可應(yīng)用從單獨(dú)的感測(cè)線(xiàn)圈中獲取的成比例
5的電壓。然而，往往次級(jí)電壓通過(guò)誤差信號(hào)放大器15與參考電壓相比較， 并且由此引起的控制信號(hào)通過(guò)光耦合器17反饋到控制器16-以維持初級(jí) 和次級(jí)之間的絕緣-以閉合調(diào)節(jié)回路，并將輸出電壓維持在要求的公差內(nèi)。
在此類(lèi)變換器的絕大多數(shù)應(yīng)用中，給出了多路電壓輸出。根據(jù)其中 反激變換器正常運(yùn)轉(zhuǎn)以滿(mǎn)足電子設(shè)備的所有不同部分的需求，比如電視 機(jī)、錄像機(jī)、個(gè)人電腦、機(jī)頂盒、DVD播放器和錄像機(jī)等，通常需要此 特性。該情況下，反激變換器的每個(gè)輸出部分裝有變壓器次級(jí)線(xiàn)圏和整流 裝置，比如二極管。
由于對(duì)節(jié)能、尺寸和成本降低的需求增長(zhǎng)，功率供應(yīng)的一個(gè)基本要 求是高效能，這意味著變換器內(nèi)部的功率耗散總量必須保持最低的可能， 以使得提供要求的輸出功率總量所需要的輸入功率最小化，以及允許使用 更小的和成本更高效的組件。
反激變換器內(nèi)部功率耗散的最重要的一個(gè)原因與輸出整流二極管有 關(guān)，并且大致與峰值反向電壓、峰值反向復(fù)位電流以及運(yùn)行開(kāi)關(guān)頻率成比例。
已開(kāi)發(fā)了幾項(xiàng)技術(shù)來(lái)降低與輸出整流二極管有關(guān)的開(kāi)關(guān)損耗。應(yīng)用 最多的一個(gè)涉及使用受控開(kāi)關(guān)代替通常的整流二極管。使用受控開(kāi)關(guān)，比 如使用功率MOSFET以及類(lèi)似器件，允許通過(guò)適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)和控制，通過(guò) 優(yōu)化輸出整流的開(kāi)關(guān)階段將開(kāi)關(guān)損耗總量最小化。為此經(jīng)常應(yīng)用功率 MOSFET，并且其通過(guò)通常感測(cè)其電壓或電流的驅(qū)動(dòng)電3各來(lái)控制，并且驅(qū) 動(dòng)電路提供必要的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以具有平滑、損耗最小的交換。已經(jīng)開(kāi) 發(fā)了專(zhuān)用的控制集成電路(IC )，其適于感測(cè)功率MOSFET開(kāi)關(guān)的漏極端 子和源極端子之間的壓降，并產(chǎn)生柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)操縱接通/斷開(kāi)和斷開(kāi)/接 通轉(zhuǎn)換，以使開(kāi)關(guān)損耗最小化。另一個(gè)用于限制開(kāi)關(guān)損耗的技術(shù)需要使用 合適的變流器，適于感測(cè)開(kāi)關(guān)電流并產(chǎn)生對(duì)開(kāi)關(guān)自身的驅(qū)動(dòng)級(jí)的控制信 號(hào)，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化和損耗減小轉(zhuǎn)換。
上述描述的方案經(jīng)常在現(xiàn)有技術(shù)的信號(hào)輸出反激變換器中實(shí)施，但 當(dāng)反激變換器裝有多路輸出時(shí)，對(duì)多路開(kāi)關(guān)控制電路的需要-每個(gè)次級(jí)輸 出整流需要一個(gè)-降低了此方案的成本有效性。本發(fā)明的范圍是介紹一種新的多輸出反激變換器拓樸結(jié)構(gòu)，其將使
控制次級(jí)開(kāi)關(guān)需要的元件數(shù)目最小化，以使開(kāi)關(guān)損耗最小化而保持低成 女
'卞、
發(fā)明概述
本發(fā)明的目的涉及一種所謂的"反激"型開(kāi)關(guān)變換器，其特征在于 多路電壓輸出裝了適于將要求的元件數(shù)目最小化的有源整流電路。
附圖簡(jiǎn)述
圖1顯示現(xiàn)有技術(shù)反激電壓變換器。
圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的變換器的第一優(yōu)選實(shí)施方式。 圖3顯示了4艮據(jù)本發(fā)明的變換器的第二優(yōu)選實(shí)施方式。
發(fā)明詳述
參考圖2，顯示了根據(jù)本發(fā)明的反激變換器的第一優(yōu)選實(shí)施方式的原理。
所述反激變換器的初級(jí)部分包括輸入電路20,其優(yōu)選地包括電壓 或電流源、至少一個(gè)輸入濾波器21和整流二極管電橋22,以防存在交流 輸入電壓；初級(jí)開(kāi)關(guān)電路23，優(yōu)選地包括至少一個(gè)半導(dǎo)體受控開(kāi)關(guān)-比如 功率MOSFET 24-和相關(guān)的緩沖器裝置25;驅(qū)動(dòng)電路26,其為所述功率 MOSFET提供必要的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)；反饋電路27,其關(guān)聯(lián)到所述驅(qū)動(dòng)電 路26并適于提供反饋信號(hào)來(lái)調(diào)整所述變換器的輸出；變壓器初級(jí)線(xiàn)圈28, 其關(guān)聯(lián)到所述MOSFET 24。所述反饋電路27優(yōu)選地包括感測(cè)與變換器輸 出電壓成比例的電壓的裝置，誤差放大器44和光隔離器45。
所述反激變換器的次級(jí)部分包括多個(gè)屬于所述變壓器的次級(jí)線(xiàn)圈； 多個(gè)受控整流器，優(yōu)選功率MOSFET,其關(guān)聯(lián)到所述次級(jí)線(xiàn)圈；控制電 路35,其適于感測(cè)與所述受控整流器之一相關(guān)的電流和/或電壓，并適于為所述受控整流器產(chǎn)生控制信號(hào)；多個(gè)輸出濾波器，其關(guān)聯(lián)到每個(gè)所述次 級(jí)線(xiàn)圈和所述受控整流器，優(yōu)選包括至少一個(gè)電容和至少一個(gè)電感。
本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施方式中，適于感測(cè)與所述受控整流器相關(guān)的 電流和/或電壓的所述控制電路35,包括專(zhuān)用集成電路，專(zhuān)用集成電路適 于感測(cè)所述受控整流器之一兩端的壓降，并適于為所述受控整流器提供控 制信號(hào)；所述次級(jí)線(xiàn)圏通過(guò)所述受控整流器相互串聯(lián)連接，并且處于最低 電壓的次級(jí)線(xiàn)圈通過(guò)所述受控整流器之一連接到地。用于控制次級(jí)側(cè)有源 整流器的所述專(zhuān)用集成電路的例子，是可得到的幾種半導(dǎo)體生產(chǎn)商的商業(yè) 產(chǎn)品，比如由STMicroelectronics 乂>司生產(chǎn)的STSR30TM或由 International RectifierTM公司生產(chǎn)的IR1167TM 。
更多細(xì)節(jié)參考附圖2，所述多個(gè)次級(jí)線(xiàn)圈包括三個(gè)次級(jí)線(xiàn)圏29、 30、 31,以及所述多個(gè)有源開(kāi)關(guān)包括三個(gè)功率MOSFET 32/33/34。所述三個(gè)次 級(jí)線(xiàn)圈中的第 一次級(jí)線(xiàn)圈29具有連接到所述輸出濾波器中的第 一輸出濾 波器36的第一終端，以及連接到所述功率MOSFET中的第一功率 MOSFET 32的漏極端子的第二終端；所述三個(gè)次級(jí)線(xiàn)圏中的第二次級(jí)線(xiàn) 圈30具有連接到所述輸出濾波器中的第二輸出濾波器37和所述功率 MOSFET中的第一 MOSFET 32的源極端子的第一終端，以及連接到所 述功率MOSFET中的第二功率MOSFET 33的漏極端子的第二終端； 所述三個(gè)次級(jí)線(xiàn)圏中的第三次級(jí)線(xiàn)圏31具有連接到所述輸出濾波器中的 第三輸出濾波器38和所述功率MOSFET中的第二功率MOSFET33的源 極端子的第一終端，以及連接到所述功率MOSFET中的第三功率 MOSFET 34的漏極端子的第二終端，所述功率MOSFET中的第三功率 MOSFET 34的源極端子連接到所述電路的接地參考端子。所述控制電路 35還關(guān)聯(lián)到所述功率MOSFET中的第三功率MOSFET 34-以感測(cè)其漏極 端子和源極端子之間的壓降-以及關(guān)聯(lián)到所述第一、第二、和第三功率 MOSFET 32、 33、 34的4冊(cè)極端子，以通過(guò)其輸出控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)這三個(gè)功 率MOSFET。優(yōu)選地，所述功率MOSFET 24、 32、 33、 34裝有4冊(cè)極電阻 39、 40、 41，以在開(kāi)啟時(shí)限制4冊(cè)極輸入電流。
本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施方式中，圖3中所示，所述控制電路35沒(méi)有出現(xiàn)，并由變流器42和控制電路43取代，變流器42關(guān)聯(lián)到所述受控整 流器之一并適于讀取相關(guān)的電流，控制電路43適于為所述受控整流器中
線(xiàn)圏中的第三次級(jí)線(xiàn)圈31的第二終端與所述功率MOSFET中的第三功率 MOSFET34的漏極端子之間。所述變流器42的次級(jí)線(xiàn)圈連接到所述驅(qū)動(dòng) 電路43的輸入，并且所述驅(qū)動(dòng)電路43的輸出連接到所述三個(gè)功率 MOSFET 32、 33、 34的片冊(cè)極端子。
本發(fā)明更多優(yōu)選實(shí)施方式中，所述次級(jí)線(xiàn)圈29、 30、 31適于提供輸 出直流電壓，其整流后分別為12V、 5V和3.3V。
根據(jù)本發(fā)明的反激變換器，由于二極管整流允許極大地將次級(jí)電路 損耗最小化，而次級(jí)電路損耗通常影響現(xiàn)有技術(shù)的反激變換器。單個(gè)控制 和驅(qū)動(dòng)器電路被用來(lái)驅(qū)動(dòng)多達(dá)三個(gè)的次級(jí)同步整流器MOSFET，因此減 少了組件數(shù)量，并使得具有向目前絕大多數(shù)電子設(shè)備供電通常所要求的、 多達(dá)三個(gè)輸出電壓的反激變換器的總效率最大化。
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權(quán)利要求
1.一種反激開(kāi)關(guān)變換器，其包括輸入電路(20)；初級(jí)開(kāi)關(guān)電路(23)，其包括至少一個(gè)半導(dǎo)體受控開(kāi)關(guān)；驅(qū)動(dòng)電路(26)，其為所述半導(dǎo)體受控開(kāi)關(guān)提供必要的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)；反饋電路(27)，其關(guān)聯(lián)到所述驅(qū)動(dòng)電路(26)，并適于產(chǎn)生反饋信號(hào)來(lái)調(diào)整所述變換器的輸出；變壓器，其包括初級(jí)線(xiàn)圈(28)和多個(gè)次級(jí)線(xiàn)圈；多個(gè)受控整流器，其關(guān)聯(lián)到所述次級(jí)線(xiàn)圈；多個(gè)輸出濾波器，其關(guān)聯(lián)到每個(gè)所述受控整流器，所述變換器的特征在于，其包括控制電路，所述控制電路適于感測(cè)與所述受控整流器中的每一個(gè)相關(guān)的電流和/或電壓，并為每個(gè)所述受控整流器產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
2. 如權(quán)利要求1所述的變換器，其特征在于，適于感測(cè)與所述受控 整流器之 一 相關(guān)的電流和/或電壓的所述控制電路包括集成控制電路(35),所述集成控制電路適于感測(cè)所述受控整流器之一兩端的壓降。
3. 如權(quán)利要求2所述的變換器，其特征在于，所述次級(jí)線(xiàn)圈通過(guò)所 述受控整流器串聯(lián)連接，并且處于最低電壓的次級(jí)線(xiàn)圈通過(guò)所述受控整流 器之一連接到所述變換器的電路接地參考。
4. 如權(quán)利要求1所述的變換器，其特征在于，適于感測(cè)與所述受控 整流器之一相關(guān)的電流和/或電壓的所述控制電路包括變流器(42)和控 制電路(43)，所述變流器(42)關(guān)聯(lián)到所述受控整流器之一，并適于讀 取相關(guān)電流，所述控制電路(43)適于為每個(gè)所述受控整流器產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信_(tái)弓—
5. 如權(quán)利要求1-4所述的變換器，其特征在于，所述多個(gè)次級(jí)線(xiàn)圏 包括三個(gè)次級(jí)線(xiàn)圈(29、 30、 31),并且所述多個(gè)受控整流器包括三個(gè) MOSFET 。
6. 如權(quán)利要求1-3和5所述的變換器，其特征在于，所述三個(gè)次級(jí) 線(xiàn)圈中的第 一次級(jí)線(xiàn)圈(29)具有連接到所述輸出濾波器中的第 一輸出濾 波器(36)的第一終端，以及連接到所述功率MOSFET中的第一功率 MOSFET (32)的漏極端子的第二終端；所述三個(gè)次級(jí)線(xiàn)圏中的第二次級(jí) 線(xiàn)圈(30)具有連接到所述輸出濾波器中的第二輸出濾波器(37)和所述 功率MOSFET中的第一功率MOSFET (32)的源極端子的第一終端，以 及連接到所述功率MOSFET中的第二功率MOSFET ( 33 )的漏極端子的 第二終端；所述三個(gè)次級(jí)線(xiàn)圈中的第三次級(jí)線(xiàn)圈(31)具有連接到所述輸 出濾波器中的第三輸出濾波器(38)和所述功率MOSFET中的第二功率 MOSFET (33)的源才及端子的第一終端，以及連接到所述功率MOSFET 中的第三功率MOSFET( 34)的漏極端子的第二終端，所述功率MOSFET 中的第三功率MOSFET (34)的源極端子連接到所述電路的接地參考端 子。
7. 如權(quán)利要求6所述的變換器，其特征在于，所述控制電路35還關(guān) 聯(lián)到所述功率MOSFET中的第三功率MOSFET ( 34)以感測(cè)該MOSFET 的漏極端子和源極端子間的壓降，并關(guān)聯(lián)到所述第一功率MOSFET( 32 )、 第二功率MOSFET (33)和第三功率MOSFET (34)的4冊(cè)才及端子，以通 過(guò)該控制電路的輸出控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述第一功率MOSFET (32)、第二 功率MOSFET ( 33 )和第三功率MOSFET ( 34 )。
8. 如權(quán)利要求5所述的變換器，其特征在于，所述變流器(42)的 初級(jí)線(xiàn)圈連接在所述三個(gè)次級(jí)線(xiàn)圏中的第三次級(jí)線(xiàn)圈(31 )的第二終端與 所述功率MOSFET中的第三功率MOSFET ( 34 )的漏極端子之間。所述 變流器(42)的次級(jí)線(xiàn)圈連接到所述驅(qū)動(dòng)電路(43)的輸入，并且所述驅(qū) 動(dòng)電路(43)的輸出連接到所述三個(gè)功率MOSFET (32、 33、 34)的柵 極端子。
9. 如權(quán)利要求l-8所述的變換器，其特征在于，所述輸入電路(20) 包括電壓或電流源、至少一個(gè)輸入濾波器(21)和整流二極管電橋(22 )。
10. 如權(quán)利要求l-9所述的變換器，其特征在于，包括在所述初級(jí)開(kāi) 關(guān)電路(23)中的所述至少一個(gè)受控整流器包括功率MOSFET ( 24 )。
11. 如權(quán)利要求1-10所述的變換器，其特征在于，所述功率MOSFET (24)關(guān)聯(lián)到適當(dāng)?shù)木彌_器裝置(25)。
12. 如權(quán)利要求1-11所述的變換器，其特征在于，所述反饋電路(27) 包括感測(cè)與所述變換器的輸出電壓成比例的電壓的裝置、誤差放大器(44) 和光隔離器(45)。
13. 如權(quán)利要求1-12所述的變換器，其特征在于，所述功率MOSFET (24、 32、 33、 34)裝有柵極電阻(39、 40、 41)。
全文摘要
本申請(qǐng)涉及多輸出同步反激變換器。所述反激變換器包括初級(jí)受控開(kāi)關(guān)(24)、驅(qū)動(dòng)電路(26)、電壓器和反饋電路(27)。所述變換器的次級(jí)側(cè)包括多個(gè)次級(jí)線(xiàn)圈(29、30、31)、多個(gè)受控整流器(32、33、34)以及控制電路(35)，所述控制電路(35)適于感測(cè)與所述受控整流器之一相關(guān)的電流和/或電壓，以及適于為所有所述受控整流器產(chǎn)生控制信號(hào)。
文檔編號(hào)H02M3/335GK101682264SQ200780053149
公開(kāi)日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2007年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月30日
發(fā)明者毛羅·皮亞澤西 申請(qǐng)人:寶威意大利股份公司