一種帶隔離輸出的同步降壓拓撲電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種帶隔離輸出的同步降壓拓撲電路，包括開關(guān)電路、驅(qū)動電路、PWM控制電路、一次側(cè)反饋電路、隔離輸出電路；所述開關(guān)電路包括分別與驅(qū)動電路輸出端連接的一個高邊開關(guān)管和一個低邊開關(guān)管，所述隔離輸出電路包括耦合電感器、整流二極管、有極性電容，所述耦合電感器的一次側(cè)同名端分別連接高邊開關(guān)管的源極和低邊開關(guān)管的漏極，耦合電感器的二次側(cè)異名端與整流二極管的陽極連接，整流二極管的陰極與有極性電容的正極連接，有極性電容的負極與耦合電感器的二次側(cè)同名端連接，有極性電容的正極為輸出端，所述一次側(cè)反饋電路的輸入端接耦合電感器一次側(cè)異名端，一次測反饋電路的輸出端接PWM控制電路輸入端，PWM控制電路輸出端接驅(qū)動電路輸入端。
【專利說明】
一種帶隔離輸出的同步降壓拓撲電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種電源電路技術(shù)，特別是一種帶隔離輸出的同步降壓拓撲電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 在許多的應(yīng)用場合，例如可編程邏輯控制器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及工業(yè)控制設(shè)備，都 需要為系統(tǒng)中的某部分電路提供隔離輸出的電源以保證電氣隔離和電氣性能?，F(xiàn)有的產(chǎn)生 隔離輸出電源的電路主要采用反激拓撲，如圖1所示。然而設(shè)計反激拓撲的隔離輸出電源所 選擇的開關(guān)管Qi需要有較高的電壓裕量、需要較多數(shù)量的元件和復(fù)雜的反饋環(huán)路補償，因 而導(dǎo)致了較多的工作量、復(fù)雜的電路結(jié)構(gòu)、占用較多的空間和較高的成本。具體如下：
[0003] 首先，采用反激拓撲的隔離輸出電源所選擇的開關(guān)管Ql需要有較高的電壓裕量。 當采用反激拓撲的隔離輸出電源的耦合電感器Ll的二次側(cè)繞組續(xù)流時，電源的二次側(cè)輸出 Vsec按照耦合電感器Ll的匝數(shù)比N折射到一次側(cè)，與電源輸入Vin疊加到開關(guān)管Ql的漏源極之 間；同時，當開關(guān)管Ql關(guān)斷時，由于變壓器、開關(guān)管等元件的寄生參數(shù)造成的寄生振蕩電壓 尖峰V peak也會疊加到開關(guān)管Ql的漏源極之間。
[0004] 其次，采用反激拓撲的隔離輸出電源需要較多數(shù)量的元件和復(fù)雜的反饋環(huán)路補 償。需要光電耦合器實現(xiàn)隔離的反饋環(huán)路補償;需要根據(jù)輸出電壓和電流、開關(guān)頻率等參數(shù) 計算和設(shè)計反饋環(huán)路補償參數(shù)，并使用較多數(shù)量的阻容元件和運算放大器實現(xiàn)反饋環(huán)路補 償;還需要在耦合電感器Ll的一次側(cè)添加 RCD吸收電路，保證開關(guān)管Ql關(guān)斷時不被寄生振蕩 電壓尖峰Vpeak擊穿。
[0005] 因此，有必要提出一種有較少的工作量、簡單的電路結(jié)構(gòu)、占用更小空間的、低成 本的隔離輸出的電源電路，進而提高產(chǎn)品的研發(fā)速度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種帶隔離輸出的同步降壓拓撲電路，能夠降低隔離輸出 電源的設(shè)計難度，提高產(chǎn)品的研發(fā)速度。
[0007] -種帶隔尚輸出的同步降壓拓撲電路，該拓撲電路由輸入濾波電容Cl、尚邊開關(guān) 管Ql、低邊開關(guān)管Q2、親合電感器Ll、輸出濾波電容器C2、整流二極管Dl、輸出濾波電容器 C3、驅(qū)動電路單元、PffM控制電路單元和一次側(cè)反饋電路單元組成。開關(guān)管Q1、Q2均采用增強 型N溝道M0SFET，耦合電感器Ll為帶輔助繞組的電感器;開關(guān)管Ql的漏極、輸入濾波電容器 Cl的正極與電源輸入Vin連接，輸入濾波電容器Cl的負極與電源地GNDO連接;開關(guān)管Ql的源 極、開關(guān)管Q2的漏極與耦合電感器Ll的一次側(cè)同名端連接，開關(guān)管Q2的源極與電源地GNDO 連接;耦合電感器Ll的一次側(cè)的異名端、輸出濾波電容器C2的正極與一次側(cè)輸出Vpri連接， 輸出濾波電容器C2的負極與電源地GNDO連接;耦合電感器Ll的二次側(cè)異名端與整流二極管 Dl的陽極連接，整流二極管Dl的陰極、輸出濾波電容器C3的正極與二次側(cè)輸出Vsec連接，輸 出濾波電容器C3的負極、耦合電感器Ll的二次側(cè)同名端與二次側(cè)地GNDl連接。
[0008]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點：（1)開關(guān)管Q1、Q2只需要根據(jù)電源輸入Vin 選擇電壓裕量，不存在耦合電感器LI的二次側(cè)續(xù)流時，二次側(cè)輸出Vsec按照匝數(shù)比N折射到 一次側(cè)和寄生振蕩電壓尖峰Vpeak同時與電源輸入Vin疊加的問題，可以選取更低電壓等級的 開關(guān)管；（2)二次側(cè)輸出Vsec不需要光電耦合器實現(xiàn)隔離的反饋環(huán)路補償，二次側(cè)輸出Vsec不 需要計算反饋環(huán)路補償參數(shù)便可緊密跟蹤一次側(cè)電壓輸出，只使用較少數(shù)量的阻容元件和 運算放大器實現(xiàn)反饋環(huán)路補償，沒有寄生振蕩電壓尖峰V PEAK，不需要RCD吸收電路。
[0009] 下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明做進一步描述。
【附圖說明】
[0010] 圖1是采用反激拓撲的隔離式輸出電源電路的示意圖。
[0011] 圖2是本發(fā)明的一種帶隔離輸出的同步降壓拓撲電路的示意圖。
【具體實施方式】
[0012] 本發(fā)明提出一種有較少的工作量、簡單的電路結(jié)構(gòu)、占用更小空間的、低成本的帶 隔離輸出的電源電路，能夠提高產(chǎn)品的研發(fā)速度。只需要將常規(guī)的同步降壓拓撲電路中的 電感器更換為帶輔助繞組的耦合電感器Ll，增加整流二極管Dl和輸出濾波電容C3便可獲得 隔離的電源輸出V SEC，該輸出不需要額外的元件和反饋環(huán)路補償便可緊密跟蹤一次側(cè)輸出 VPRI，如下式所示，其中N為耦合電感器Ll的匝數(shù)比，Vf為整流二極管Dl的正向?qū)▔航怠?br>[0013]
[0014] 結(jié)合圖2,為本發(fā)明的一種帶隔離輸出的同步降壓拓撲電路的示意圖。該拓撲電路 由輸入濾波電容器Cl、高邊開關(guān)管Ql、低邊開關(guān)管Q2、親合電感器Ll、輸出濾波電容器C2、整 流二極管D1、輸出濾波電容器C3、驅(qū)動電路單元、PffM控制電路單元和一次側(cè)反饋電路單元 組成，其特征在于中：開關(guān)管Ql、Q2均采用增強型N溝道MOSFET，耦合電感器Ll為帶輔助繞組 的電感器;開關(guān)管Ql的漏極、輸入濾波電容器Cl的正極與電源輸入Vin連接，輸入濾波電容器 Cl的負極與電源地GNDO連接;開關(guān)管Ql的源極、開關(guān)管Q2的漏極與耦合電感器Ll的一次側(cè) 同名端連接，開關(guān)管Q2的源極與電源地GNDO連接;耦合電感器Ll的一次側(cè)的異名端、輸出濾 波電容器C2的正極與一次側(cè)輸出Vpr 1連接，輸出濾波電容器C2的負極與電源地GNDO連接;耦 合電感器Ll的二次側(cè)異名端與整流二極管Dl的陽極連接，整流二極管Dl的陰極、輸出濾波 電容器C3的正極與二次側(cè)輸出V sec連接，輸出濾波電容器C3的負極、耦合電感器Ll的二次側(cè) 同名端與二次側(cè)地GNDl連接。
[0015] 具體工作原理如下：
[0016] 開關(guān)管Ql、Q2由驅(qū)動電路單元產(chǎn)生的帶有死區(qū)的互補脈沖驅(qū)動，當開關(guān)管Ql導(dǎo)通 而開關(guān)管Q2關(guān)斷時，耦合電感Ll的一次側(cè)繞組的同名端電位高于其異名端，所以耦合電感 Ll的二次側(cè)繞組的同名端電位高于其異名端，整流二極管Dl反向偏置，輸出濾波電容C3為 二次側(cè)的負載供電；當開關(guān)管Ql關(guān)斷而開關(guān)管Q2導(dǎo)通時，耦合電感器Ll的一次側(cè)繞組的異 名端電位高于其同名端，耦合電感器Ll的一次側(cè)繞組的電壓差等于一次側(cè)輸出Vpr 1，所以耦 合電感器Ll的二次側(cè)繞組的異名端電位高于其同名端，整流二極管Dl正向?qū)ǎ隈詈想?感器Ll的二次側(cè)繞組獲得的電磁感應(yīng)電壓Vm/Ν為輸出濾波電容器C3和二次側(cè)的負載供 電。當電路處于穩(wěn)態(tài)時，一次側(cè)輸出Vpr 1由一次側(cè)反饋電路保持穩(wěn)定，由公式（1)可知，不需 要光電耦合器實現(xiàn)二次側(cè)的電氣隔離和環(huán)路反饋，二次側(cè)輸出Vsec便可緊密跟蹤一次側(cè)輸 出Vpr1，因此獲得穩(wěn)定的隔離的輔助電源。
【主權(quán)項】
1. 一種帶隔離輸出的同步降壓拓撲電路，其特征在于，包括開關(guān)電路、驅(qū)動電路、PWM控 制電路、一次側(cè)反饋電路、隔離輸出電路； 所述開關(guān)電路包括分別與驅(qū)動電路輸出端連接的一個高邊開關(guān)管(Ql)和一個低邊開 關(guān)管(Q2); 所述隔離輸出電路包括耦合電感器(L1)、整流二極管(D1)、有極性電容(C3)，所述耦合 電感器(LI)的一次側(cè)同名端分別連接高邊開關(guān)管(Ql)的源極和低邊開關(guān)管(Q2)的漏極，耦 合電感器(LI)的二次側(cè)異名端與整流二極管(Dl)的陽極連接，整流二極管(Dl)的陰極與有 極性電容(C3)的正極連接，有極性電容(C3)的負極與耦合電感器(LI)的二次側(cè)同名端連 接，有極性電容(C3)的正極為輸出端； 所述一次側(cè)反饋電路的輸入端接耦合電感器(LI) 一次側(cè)異名端，一次側(cè)反饋電路的輸 出端接PffM控制電路輸入端，PffM控制電路輸出端接驅(qū)動電路輸入端； 所述高邊開關(guān)管(Ql)和低邊開關(guān)管(Q2)由驅(qū)動電路單元產(chǎn)生的帶有死區(qū)的互補脈沖 驅(qū)動，當高邊開關(guān)管(Ql)導(dǎo)通而低邊開關(guān)管(Q2)關(guān)斷時，耦合電感(LI)的一次側(cè)繞組的同 名端電位高于其異名端，整流二極管(Dl)反向偏置，有極性電容(C3)為二次側(cè)的負載供電； 當高邊開關(guān)管(Ql)關(guān)斷而低邊開關(guān)管(Q2)導(dǎo)通時，耦合電感(LI)的一次側(cè)繞組的異名端電 位高于其同名端，耦合電感（LI)的一次側(cè)繞組的電壓差等于一次側(cè)輸出電壓，耦合電感 (LI)的二次側(cè)繞組的異名端電位高于其同名端，整流二極管(Dl)正向?qū)?，在耦合電?(LI)的二次側(cè)繞組獲得的電磁感應(yīng)電壓為有極性電容器(C3)和二次側(cè)的負載供電。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述高邊開關(guān)管(Ql)和低邊開關(guān)管(Q2)均 為N溝道MOS管，其中高邊開關(guān)管(Ql)的漏極與電源輸入連接，高邊開關(guān)管(Ql)的源極和低 邊開關(guān)管(Q2)漏極與耦合電感器(LI) 一次側(cè)同名端連接，高邊開關(guān)管(Ql)的柵極和低邊開 關(guān)管(Q2)的柵極分別連接驅(qū)動電路，低邊開關(guān)管(Q2)的源極接地。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電路，其特征在于，所述電路在電源輸入端設(shè)置一個輸入 濾波電容器(Cl)，其正極接電源輸入，負極接地;所述電路在耦合電感(LI)一次側(cè)繞組的異 名端處設(shè)置一個輸出濾波電容器(C2)，其正極接耦合電感(LI) 一次側(cè)繞組的異名端，負極 接地。
【文檔編號】H02M3/335GK105915063SQ201610333669
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年5月18日
【發(fā)明人】姜世宇, 彭憶炎
【申請人】南京理工大學(xué)