專利名稱：一種長壽命低電磁干擾穩(wěn)壓電源變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電源變換器，特別是涉及一種長壽命低電磁干擾穩(wěn)壓電源變 換器。
背景技術(shù)：
壓電陶瓷變壓器以其突出的性能優(yōu)勢已經(jīng)開始越來越多地應(yīng)用在開關(guān)電源 領(lǐng)域，而目前較為常見的一種方式是將諧振半橋電路應(yīng)用在壓電陶瓷變壓器電源 變換器中，其電路結(jié)構(gòu)如圖l所示，包括1)諧振半橋電路，有兩個(gè)串接開關(guān) 管Q1、 Q2組成；2)壓電陶瓷變壓器由壓電陶瓷變壓器組成；3)整流電路部 分主要由整流電路、電容C1、負(fù)載電阻Rbad及采樣電阻Rsense卜Rse,2組成； 4)負(fù)反饋電路部分主要由一個(gè)參考電壓源及補(bǔ)償電路部分組成；5) PFM (頻 率調(diào)節(jié)模式)控制電路部分；6)隔離驅(qū)動(dòng)電路部分包括驅(qū)動(dòng)變壓器或驅(qū)動(dòng)光 耦。該電路的工作原理主要是利用變壓器和諧振電感對于不同的頻率有著不同的 輸出增益從而達(dá)到恒壓輸出。輸出電壓與設(shè)定電壓的差值通過負(fù)反饋環(huán)路來影響 PFM，從而改變電路的工作頻率，達(dá)到逐步縮小輸出電壓與設(shè)定電壓的差值，最 終實(shí)現(xiàn)恒定電壓輸出的目的。
雖然該電路可以實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)、效率較高、控制也不復(fù)雜，但其也存在一些缺 點(diǎn)必須是變頻率控制才能實(shí)現(xiàn)電壓的穩(wěn)定輸出從而導(dǎo)致很多與頻率變化相關(guān)的 問題如EMI的測試及整改，而且需要在壓電陶瓷變壓器原邊串聯(lián)一個(gè)諧振電感 用以在比較寬的頻率范圍實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)。而諧振電感的存在無疑將會(huì)增大變換器的 體積、提高成本、增大損耗，如果能去掉諧振電感而能保證電路還能夠有相同的 功能將是十分有意義的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的提供一種可以去掉諧振電感的情況下，實(shí)現(xiàn)長壽命低電磁干擾 的穩(wěn)壓電源變換器。
本發(fā)明通過以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn) 一種長壽命低電磁干擾穩(wěn)壓電源變換 器，包括諧振半橋電路、壓電陶瓷變壓器、整流輸出電路、負(fù)反饋電路、隔離驅(qū) 動(dòng)電路，其特征在于還包括定頻率驅(qū)動(dòng)電路、PWM控制電路定頻率驅(qū)動(dòng)電路連接于諧振半橋電路和隔離驅(qū)動(dòng)電路之間；PWM控制電路連接于負(fù)反饋電路與隔離 驅(qū)動(dòng)電路之間；上述諧振半橋電路的輸出連接到上述壓電陶瓷變壓器的輸入端， 上述壓電陶瓷變壓器經(jīng)整流電路輸出；上述電源變換器的輸出反饋采樣電壓經(jīng)所 述負(fù)反饋電路連接所述PWM控制電路；所述PWM控制電路的PWM輸出控制 所述隔離驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)占空比，所述隔離驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)設(shè)在所述定頻率驅(qū)動(dòng) 電路的導(dǎo)通或截止，從而讓所述定頻率驅(qū)動(dòng)電路控制的諧振半橋電路處于間歇工 作的模式，間歇工作的時(shí)間比率取決于所述隔離驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)占空比。
本發(fā)明所述定頻率驅(qū)動(dòng)電路包括定頻率定脈寬驅(qū)動(dòng)芯片，第三開關(guān)管；所 述第三開關(guān)管的柵極連接于所述隔離驅(qū)動(dòng)電路的輸出端；所述第三開關(guān)管的漏 極和源極串接于諧振半橋電路的電源主回路中，所述第三開關(guān)管的源極和所述 定頻率驅(qū)動(dòng)芯片的工作電源參考端接諧振半橋電路的電源主回路的負(fù)極；定頻
率驅(qū)動(dòng)芯片的兩個(gè)輸出端對應(yīng)連接諧振半橋電路的兩個(gè)輸入端。
另外上述第三開關(guān)管的漏極串接于所述定頻率驅(qū)動(dòng)芯片的工作電源參考 端，或者定頻率驅(qū)動(dòng)芯片的使能端，或者定頻率驅(qū)動(dòng)芯片的同步端，也可以 實(shí)施本發(fā)明技術(shù)方案。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下特點(diǎn)
1、 去掉了傳統(tǒng)電路中的諧振電感，減小變換器的體積，且仍然能夠?qū)崿F(xiàn)軟 開關(guān)功能。傳統(tǒng)的諧振電感上的鐵損和銅損都是不可忽視的，因此通過 去掉諧振電感也可以提高變換器的效率；
2、 實(shí)現(xiàn)高頻和低頻疊加控制的穩(wěn)定電壓輸出軟開關(guān)電源變換器，應(yīng)用 PWM控制方案較PFM控制方案更成熟穩(wěn)定，電路可靠性更高；
3、 電路的頻率恒定，對比傳統(tǒng)的調(diào)整頻率方案在EMI的調(diào)試上要方便很 多，因?yàn)橹恍枰{(diào)整對應(yīng)頻率點(diǎn)的情況，而不需要對整個(gè)頻率段進(jìn)行評 估。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)的原理圖2為本發(fā)明原理框圖3為本發(fā)明實(shí)施方式一的原理圖4為本發(fā)明實(shí)施方式二的原理圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施方式三的原理圖； 圖6為本發(fā)明實(shí)施方式四的原理具體實(shí)施例方式
如圖2所示，主要包括以下幾個(gè)組成部分1)定頻率驅(qū)動(dòng)電路部分主要 由定頻率驅(qū)動(dòng)芯片或者固定頻率及占空比的方波發(fā)生器、開關(guān)管Q3組成；2) 諧振半橋電路，有兩個(gè)開關(guān)管Q1、 Q2組成；3)壓電陶瓷變壓器由壓電陶瓷
變壓器組成；4)整流電路部分主要由整流電路、電容C1、負(fù)載電阻Rload及 采樣電阻Rsensel、 Rsense2組成；4)負(fù)反饋電路部分主要由一個(gè)參考電壓源 及補(bǔ)償電路部分組成；5)PWM控制電路部分(通用的PWM芯片如UC3843等)； 6)隔離驅(qū)動(dòng)電路部分采用驅(qū)動(dòng)變壓器或驅(qū)動(dòng)光耦。定頻率驅(qū)動(dòng)電路連接于諧 振半橋電路和隔離驅(qū)動(dòng)電路之間；PWM控制電路連接于負(fù)反饋電路與隔離驅(qū)動(dòng)電 路之間；上述諧振半橋電路的輸出連接到上述壓電陶瓷變壓器的輸入端，上述壓 電陶瓷變壓器經(jīng)整流電路輸出；上述電源變換器的輸出反饋采樣電壓經(jīng)所述負(fù)反 饋電路連接所述PWM控制電路。
PWM控制電路控制驅(qū)動(dòng)定頻率驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出兩個(gè)方波驅(qū)動(dòng)信號，信號頻率 和脈寬都是固定的，且其頻率高于PWM控制電路的頻率幾倍到幾十倍以上。電
源變換器輸出電壓經(jīng)過采樣電阻R^W、 Rsense2進(jìn)入負(fù)反饋電路，從而影響PWM
控制電路，使其對PWM輸出的信號占空比進(jìn)行調(diào)制，并通過驅(qū)動(dòng)變壓器或者驅(qū)
動(dòng)光耦的隔離驅(qū)動(dòng)電路去驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)占空比的大小最終決定了輸出電壓的高低， 因此可以通過控制占空比來穩(wěn)定輸出電壓。而更高頻率的固定頻率驅(qū)動(dòng)電路與壓 電陶瓷變壓器其本身的固有諧振頻率相匹配(即工作頻率略高于壓電變壓器的固 有頻率)。同時(shí)，由于壓電變壓器的內(nèi)部等效參數(shù)可以根據(jù)需要在材料和燒結(jié)工
藝上進(jìn)行控制，而與之匹配的電路固定頻率也可以通過修改電路參數(shù)進(jìn)行人為設(shè) 定，因此這種可通過人為設(shè)定的匹配關(guān)系可以在電路中省掉額外的諧振電感，只
要利用壓電陶瓷變壓器內(nèi)部等效電路中的的寄生電感L (如圖3所示)，即可實(shí) 現(xiàn)軟開關(guān)功能。
本發(fā)明的具體實(shí)施方式
一電路原理圖如圖3所示，諧振半橋電路中的兩個(gè)開 關(guān)管Ql、 Q2互相串聯(lián)，開關(guān)管Ql的源極連接開關(guān)管Q2的漏極，開關(guān)管Ql的漏極接電源正極，開關(guān)管Q2的源極接電源負(fù)極，定頻率驅(qū)動(dòng)電路包括定頻率 定脈寬驅(qū)動(dòng)芯片和第三開關(guān)管Q3;第三開關(guān)管Q3的柵極連接于隔離驅(qū)動(dòng)電路的 輸出端；第三開關(guān)管Q3的漏極和源極串接于諧振半橋電路的電源主回路中，第 三開關(guān)管Q3的源極和定頻率驅(qū)動(dòng)芯片的工作電源參考端接諧振半橋電路的電源 主回路的負(fù)極；定頻率驅(qū)動(dòng)芯片的兩個(gè)輸出端對應(yīng)連接諧振半橋電路的兩個(gè)中的 兩個(gè)開關(guān)管Q1、 Q2柵極。
輸出電壓經(jīng)過采樣電阻Rsensel、 R，se2分壓后得到適應(yīng)于PWM控制芯片的
電壓信號，PWM控制芯片采用現(xiàn)有常用的集成了負(fù)反饋控制的芯片，利用采樣 電壓信號來控制PWM的脈寬；脈寬信號經(jīng)過隔離驅(qū)動(dòng)變壓器去驅(qū)動(dòng)開關(guān)管Q3， 當(dāng)開關(guān)管Q3導(dǎo)通時(shí)，定頻率定脈寬驅(qū)動(dòng)芯片IC控制的諧振半橋電路可以正常 工作，給后級提供能量；當(dāng)開關(guān)管Q3截止時(shí)，諧振半橋電路停止工作，無法向 后級傳遞能量。因此可以通過控制PWM的脈寬、即控制諧振半橋電路工作與停 止的時(shí)間比例來達(dá)到控制輸出電壓的目的。
如圖4所示本發(fā)明的具體實(shí)施方式
二電路原理圖，其主要工作原理與圖3 一致，不同之處在于控制諧振半橋電路間歇工作的方法不是通過開關(guān)管Q3切斷 主回路，而是通過開關(guān)管Q3切斷定頻率驅(qū)動(dòng)電路控制芯片的供電回路。上述第 三開關(guān)管Q3的柵極連接于所述隔離驅(qū)動(dòng)電路的輸出端；第三開關(guān)管Q3的漏極 串接于定頻率驅(qū)動(dòng)芯片的工作電源參考端，第三開關(guān)管Q3的源極接諧振半橋電 路的電源主回路的負(fù)極；當(dāng)?shù)谌_關(guān)管Q3導(dǎo)通時(shí)，定頻率驅(qū)動(dòng)電路可以正常工 作，向后級提供能量；當(dāng)?shù)谌_關(guān)管Q3截止時(shí)，則定頻率驅(qū)動(dòng)電路無法向后級 傳遞能量。因此可以通過控制PWM的脈寬、及第三開關(guān)管Q3的驅(qū)動(dòng)占空比來 達(dá)到控制及穩(wěn)定輸出電壓的目的。該種實(shí)施方式與實(shí)施方式一相比，同樣可通過 第三開關(guān)管Q3的導(dǎo)通截止來達(dá)到使間歇工作的目的，并且在此實(shí)施例中，因?yàn)?第三開關(guān)管Q3未接在主功率回路中，因此電源效率會(huì)更高。
另外，第三開關(guān)管Q3還可以放置在輸入的正端，如Vcc的頂端。但是這種 方案中的定頻率驅(qū)動(dòng)芯片的緩啟動(dòng)功能如果在正常工作時(shí)動(dòng)作，將會(huì)影響到電路 的輸出紋波大小。因此需要合理設(shè)計(jì)緩啟動(dòng)電路的參數(shù)，使得在副邊頻率相對應(yīng) 的時(shí)間常數(shù)等級下緩啟動(dòng)電路不會(huì)復(fù)位重新啟動(dòng)。也就是說在這種應(yīng)用場合下， 緩啟動(dòng)電路只在電路重新啟動(dòng)情況下起作用，而在正常工作時(shí)并不動(dòng)作。如圖5所示本發(fā)明的具體實(shí)施方式
三電路原理圖，其主要工作原理與圖3 一致，此種電路是一種實(shí)用性很強(qiáng)的實(shí)施方案，但是此方案需要原邊的定頻率驅(qū) 動(dòng)芯片有一個(gè)使能端，即可將第三開關(guān)管Q3接驅(qū)動(dòng)芯片的使能端，從而通過第 三開關(guān)管Q3的導(dǎo)通與截止作用控制的定頻率驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)信號輸出；上述第三 開關(guān)管Q3的柵極連接于所述隔離驅(qū)動(dòng)電路的輸出端；第三開關(guān)管Q3源極和所 述定頻率驅(qū)動(dòng)芯片的工作電源參考端接諧振半橋電路的電源主回路的負(fù)極，第三 開關(guān)管Q3的漏極接驅(qū)動(dòng)芯片的使能端。具體地，當(dāng)?shù)谌_關(guān)管Q3截止，使得 該定頻率驅(qū)動(dòng)芯片使能端懸空，則定頻率驅(qū)動(dòng)芯片正常輸出驅(qū)動(dòng)信號到第一、二 開關(guān)管Q1和Q2;而當(dāng)?shù)谌_關(guān)管Q3導(dǎo)通，使定頻率驅(qū)動(dòng)芯片能端接地，則不 輸出對第一、二開關(guān)管Q1和Q2的驅(qū)動(dòng)信號。
由于此方案中第三開關(guān)管Q3也沒有接在主功率回路中，因此電路效率相較 于實(shí)施方式一而言更高；而且定頻率驅(qū)動(dòng)芯片的緩啟動(dòng)功能可以正常工作，而不 影響輸出電壓紋波。因此此種實(shí)施例相對較優(yōu)于前兩種實(shí)施方式，在定頻率驅(qū)動(dòng) 芯片有使能端的情形下，推薦使用此種方案。
如圖6所示本發(fā)明的具體實(shí)施方式
四電路原理圖，其與實(shí)施方式三(圖5) 中的電路基本一致，不同的只是第三開關(guān)管Q3的漏極接驅(qū)動(dòng)芯片的使能端變?yōu)?同步端，從而整個(gè)電路的工作模式都發(fā)生改變。以上的幾種實(shí)施例都是建立在兩 個(gè)基礎(chǔ)上，首先，原邊的定頻率驅(qū)動(dòng)電路的工作頻率大于PWM控制電路的頻率， 而且一半選擇大于10倍以上；其次，定頻率驅(qū)動(dòng)電路的脈寬接近50%，這樣才 能在輸出端去掉續(xù)流電感。而圖6中電路工作原理是在定頻率驅(qū)動(dòng)電路沒有同 步信號時(shí)，驅(qū)動(dòng)信號固定在某一個(gè)占空比，而一旦PWM控制芯片開始工作，驅(qū) 動(dòng)開關(guān)管Q3后，定頻率驅(qū)動(dòng)芯片將跟隨同步端的脈寬，從而使電路工作在調(diào)制 脈寬的模式下。
本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此，根據(jù)本發(fā)明的上述內(nèi)容，按照本領(lǐng)域的普通技 術(shù)知識和慣用手段，在不脫離本發(fā)明上述基本技術(shù)思想前提下，本發(fā)明還可以做 出其它多種形式的等效修改、替換或變更，均可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的。
權(quán)利要求
1、一種長壽命低電磁干擾穩(wěn)壓電源變換器，包括諧振半橋電路、壓電陶瓷變壓器、整流輸出電路、負(fù)反饋電路、隔離驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于還包括定頻率驅(qū)動(dòng)電路、PWM控制電路；定頻率驅(qū)動(dòng)電路連接于諧振半橋電路和隔離驅(qū)動(dòng)電路之間；PWM控制電路連接于負(fù)反饋電路與隔離驅(qū)動(dòng)電路之間；上述諧振半橋電路的輸出連接到上述壓電陶瓷變壓器的輸入端，上述壓電陶瓷變壓器經(jīng)整流電路輸出；上述電源變換器的輸出反饋采樣電壓經(jīng)所述負(fù)反饋電路連接所述PWM控制電路；所述PWM控制電路的PWM輸出控制所述隔離驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)占空比，所述隔離驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)設(shè)在所述定頻率驅(qū)動(dòng)電路的導(dǎo)通或截止，從而讓所述定頻率驅(qū)動(dòng)電路控制的諧振半橋電路處于間歇工作的模式，間歇工作的時(shí)間比率取決于所述隔離驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)占空比。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的穩(wěn)壓電源變換器，其特征在于所述定頻率驅(qū)動(dòng)電路 包括定頻率定脈寬驅(qū)動(dòng)芯片，第三開關(guān)管；所述第三開關(guān)管的柵極連接于 所述隔離驅(qū)動(dòng)電路的輸出端；所述第三開關(guān)管的漏極和源極串接于諧振半 橋電路的電源主回路中，所述第三開關(guān)管的源極和所述定頻率驅(qū)動(dòng)芯片的 工作電源參考端接諧振半橋電路的電源主回路的負(fù)極；定頻率驅(qū)動(dòng)芯片的 兩個(gè)輸出端對應(yīng)連接諧振半橋電路的兩個(gè)輸入端。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的穩(wěn)壓電源變換器，其特征在于所述定頻率驅(qū)動(dòng)電路 包括定頻率定脈寬驅(qū)動(dòng)芯片，第三開關(guān)管；所述第三開關(guān)管的柵極連接于 所述隔離驅(qū)動(dòng)電路的輸出端；所述第三開關(guān)管的漏極串接于所述定頻率驅(qū) 動(dòng)芯片的工作電源參考端，所述第三開關(guān)管的源極接諧振半橋電路的電源 主回路的負(fù)極；定頻率驅(qū)動(dòng)芯片的兩個(gè)輸出端對應(yīng)連接諧振半橋電路的兩 個(gè)輸入端。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的穩(wěn)壓電源變換器，其特征在于所述定頻率驅(qū)動(dòng)電路 包括定頻率定脈寬驅(qū)動(dòng)芯片，第三開關(guān)管；所述第三開關(guān)管的柵極連接于 所述隔離驅(qū)動(dòng)電路的輸出端；所述第三開關(guān)管的漏極連接于所述定頻率驅(qū) 動(dòng)芯片的使能端，所述第三開關(guān)管的源極和所述定頻率驅(qū)動(dòng)芯片的工作電 源參考端接諧振半橋電路的電源主回路的負(fù)極；定頻率驅(qū)動(dòng)電路的兩個(gè)輸 出端對應(yīng)連接諧振半橋電路的兩個(gè)輸入端。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的穩(wěn)壓電源變換器，其特征在于所述定頻率驅(qū)動(dòng)電路包括定頻率定脈寬驅(qū)動(dòng)芯片，第三開關(guān)管；所述第三開關(guān)管的柵極連接于 所述隔離驅(qū)動(dòng)電路的輸出端；所述第三開關(guān)管的漏極連接于所述定頻率驅(qū) 動(dòng)芯片的同步端，所述第三開關(guān)管的源極和所述定頻率驅(qū)動(dòng)芯片的工作電 源參考端接諧振半橋電路的電源主回路的負(fù)極；定頻率驅(qū)動(dòng)電路的兩個(gè)輸 出端對應(yīng)連接諧振半橋電路的兩個(gè)輸入端。
全文摘要
本發(fā)明公開一種長壽命低電磁干擾穩(wěn)壓電源變換器，包括諧振半橋電路、壓電陶瓷變壓器、整流輸出電路、負(fù)反饋電路、隔離驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于還包括定頻率驅(qū)動(dòng)電路、PWM控制電路；定頻率驅(qū)動(dòng)電路連接于諧振半橋電路和隔離驅(qū)動(dòng)電路之間；PWM控制電路連接于負(fù)反饋電路與隔離驅(qū)動(dòng)電路之間；上述諧振半橋電路的輸出連接到上述壓電陶瓷變壓器的輸入端，上述壓電陶瓷變壓器經(jīng)整流電路輸出；上述電源變換器的輸出反饋采樣電壓經(jīng)所述負(fù)反饋電路連接所述PWM控制電路；所述PWM控制電路的PWM輸出控制所述隔離驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)占空比，所述隔離驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)設(shè)在所述定頻率驅(qū)動(dòng)電路的導(dǎo)通或截止，從而讓所述定頻率驅(qū)動(dòng)電路控制的諧振半橋電路處于間歇工作的模式，間歇工作的時(shí)間比率取決于所述隔離驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)占空比。
文檔編號H02M3/28GK101630914SQ200910042128
公開日2010年1月20日 申請日期2009年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月26日
發(fā)明者張紅軍, 黃江劍, 晟 龔 申請人:廣州金升陽科技有限公司