CN104617790A - 一种隔离稳压电路及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种隔离稳压电路及其控制方法，通过升压PFC电路实现对隔离稳压电路的控制，使隔离稳压电路输出至少一路稳定的电压，给后级电路供电。解决了由于输入电压变化，或后级电路输出掉电或短路等故障情况下的后级电路辅助供电电压不稳或消失的问题；通过由至少有一组副边绕组的变压器及至少一个倍压整流滤波电路组合，实现了辅助供电，解决了采用独立AC-DC电源模块供电的成本高和体积大的问题。

Description

一种隔离稳压电路及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种隔离稳压电路及其控制方式，特别涉及一种离线式AC-DC变换器的隔离稳压电路及控制方法。

背景技术

随着科技的发展，国家和行业对于开关电源的要求也越来越高，绿色高可靠电源应运而生。工业与民用供电一般采用交流供电，实际上，经常是把交流电通过开关电源转变成直流电，供给用电设备。为了实现绿色高可靠电源，国家和行业标准都对用电设备的供电装置的功率因素和保护功能提出了进一步的要求。目前，75W以上的中大功率的开关电源都具有功率因数校正电路(PFC)和更多的保护检测电路(如过压保护、过功率保护、过温保护、短路保护等保护功能)，以满足标准要求。功率因素电路能够减少用电设备的无功功率，降低电网损耗。保护电路能够保护开关电源的后级用电设备或开关电源本身在开关电源或后级用电设备发生故障时不损坏或防止发生安全事故。开关电源中的保护电路的实现关键在于开关电源或后级用电设备发生故障时，保护电路中的检测电路和控制电路能够可靠供电。

目前电力电子行业中功率因数校正技术已经非常成熟，提高功率因数，主要有两个途径，一是使输入电压和输入电流同相位，二是使输入电流正弦化。功率因数校正电路分为被动式功率因数校正和主动式功率因数校正两种。由于被动式功率因数校正电路的功率因数低，其主要被应用于小功率、低成本的开关电源中.而主动式功率因数校正电路具有功率因数高、谐波电流低、转化效率高等优势，被广泛应用于中大功率开关电源中。主动式功率因数校正电路可以使输入电流波形完全跟踪交流输入电压波形，使输入电流波形呈纯正弦波，且和输入电压同相位，此时整流器负载可等效为纯电阻。

开关电源中的保护电路的实现主要包括供电电路、检测电路、隔离电路和控制电路，其中供电电路是其可靠性的关键。目前开关电源中给保护电路提供供电主要有两种途径，一是由DC-DC变换器中的变压器辅助绕组，经整流滤波后供电，二是通过独立AC-DC电源模块供电。上述的两种现有供电方式都存在不足，方式一，当电源DC-DC变换器输出故障时保护电路的供电电压不稳或消失，导致保护功率下降或失效，降低了***的稳定性和可靠性；方式二，采用独立AC-DC电源模块供电会导致开关电源的成本高和体积大问题。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种隔离稳压电路的控制方法，本发明的第一个目的是通过以下技术方案实现的：一种隔离稳压电路的控制方法，通过整流电路、升压PFC电路来实现对隔离稳压电路的控制；升压PFC电路将市电转化为一个稳定的直流电压，第一变压器的原边绕组作为升压PFC电路中的储能电感，升压PFC电路工作时第一变压器的原边绕组两端会施加一个高频交变电压，该电压通过变压器耦合到副边，在副边绕组两端产生一个高频交变电压，经过倍压电路倍压整流滤波后产生一个稳定直流电压。第一变压器可以有一个或多个副边绕组，通过上述控制方法产生一个或多个稳定直流电压供给一个或多个后级电路。

该控制方式减小了由于输入电压变化对后级电路造成的影响，解决了后级电路输出掉电和短路等故障情况下，辅助供电电压不稳或消失的问题，为后级的单路或多路电路提供稳定可靠供电，同时解决了目前行业中采用独立供电装置供电成本高、体积大的问题。

本发明的另一个目的是：提供一种隔离稳压电路。本发明的第二目的是通过以下技术方案实现的：一种隔离稳压电路，包括一个升压PFC电路、一个至少一组副边绕组的第一变压器、至少一个倍压整流滤波电路；第一变压器的副边绕组通过倍压整流滤波电路给至少一路后级电路供电。第一变压器的原边绕组作为升压PFC电路的储能电感，倍压整流滤波电路包括第一二极管、第二二极管、第一电容、第二电容；第一变压器的原边绕组一端连接到输入整流电路的输出正，另一端连接到升压PFC电路开关管的漏极和续流二极管的阳极，第一二极管的阳极连接到副边绕组的一端，第一二极管的阴极连接到第二二极管的阳极和第一电容的一端；第一电容的另一端连接到第一变压器副边绕组的另一端；第二电容的两端分别连接第一二极管的阳极和第二二极管的阴极，第二电容的两端分别连接到后级电路。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、通过本发明所述的隔离稳压电路产生的辅助供电电压，解决了由于输入电压变化或后级电路输出掉电或短路等故障情况下的辅助供电电压不稳或消失的问题；

2、通过由至少有一组辅助绕组的变压器及至少一个倍压整流滤波电路组合，实现了辅助供电，解决了采用独立电源模块供电的成本高和体积大的问题。

附图说明

图1为现有技术中采用独立AC-DC电源模块提供辅助供电的电路原理图；

图2为现有技术中由DC-DC变换器的变压器的辅助绕组经整流滤波后提供辅助供电的电路原理图；

图3为本发明所述的两路输出的隔离稳压电路应用在AC-DC变换器中的电路原理图；

图4为本发明所述的隔离稳压电路的工作电压波形图

具体实施方式

实施例一

下面结合图3对实施例一进行详细的描述。图3是两路输出的隔离稳压电路应用在AC-DC变换器中的电路图。一种隔离稳压电路，包括一个升压PFC电路，有两个副边绕组的第一变压器T11，包括第一二极管D11、第二二极管D22、第一电容C11、第二电容C22的倍压整流滤波电路，和包括第三二极管D33、第四二极管D44、第三电容C33、第四电容C44的倍压整流滤波电路。

第一二极管D11的阳极连接到第一变压器第一副边绕组N2的一端，第一二极管D11的阴极连接到第二二极管D22的阳极和第一电容C11的一端；第一电容C11的另一端连接到第一变压器第一副边绕组N2的另一端；第二电容C22的两端分别连接第一二极管D11的阳极和第二二极管D22的阴极，第二电容C22的两端分别连接到后级电路DC-DC控制电路，给DC-DC控制电路供电。

第三二极管D33的阳极连接到第一变压器第二副边绕组N3的一端，第三二极管D33的阴极连接到第四二极管D44的阳极和第三电容C33的一端；第三电容C33的另一端连接到第一变压器第二副边绕组N3的另一端；第四电容C44的两端分别连接第三二极管D33的阳极和第四二极管D44的阴极，第四电容C44的两端分别连接到后级电路保护电路，给保护电路供电。

其工作原理为：本发明涉及的隔离稳压电路重复工作在以下两种状态，to-t1工作状态：升压PFC电路中的开关管Q1导通，二极管D1截止，第一变压器原边绕组N1的同名端接整流电路输出正端，第一副边绕组N2的同名端接第一二极管D11的阳极端，第二副边绕组N3的同名端接第三二极管D33的阳极端。输入电压经整流电路后施加到第一变压器原边绕组N1两端，第一变压器中的磁通发生变化，在第一变压器的第一副边绕组N2和第二副边绕组N3中产生感应电压，感应电压使第一二极管D11和第三二极管D33导通，第二二极管D22和第四二极管D44截止。第一副边绕组N2的感应电压通过第一二极管D11对第一电容充C11电，第二电容C22对后级DC-DC控制电路供电。第二副边绕组N3的感应电压通过第三二极管D33对第三电容C33充电，第四电容C44对后级保护电路供电。

t1-t2工作状态：升压PFC电路中的开关管Q1关断，二极管D1导通，第一变压器原边绕组N1两端电压翻转，第一变压器的第一副边绕组N2和第一变压器的第二副边绕组N3两端产生的感应电压随之翻转，翻转后的感应电压使第二二极管D22和第四二极管D44导通，第一二极管D11和第三二极管D33截止。第一副边绕组N2的感应电压和第一电容上C11的电压相加后通过第二二极管D22对第二电容C22充电并向后级DC-DC控制电路供电。第二副边绕组N3的感应电压和第三电容C33上的电压相加后通过第四二极管D44对第四电容C44充电并向后级保护电路供电。

由于升压PFC电路的输出电压Vg为稳定直流电压，由于隔离稳压电路的第一组输出电压V_{o_s1}与PFC输出电压Vg成线性比例关系，比例常数为n1(第一变压器的原边匝数与第一副边绕组匝数的比值)。第二组输出电压V_{o_s2}与PFC输出电压Vg成线性比例关系，比例常数为n2(第一变压器的原边匝数与第二副边绕组匝数的比值)。因此隔离稳压电路的输出电压是受控于升压PFC电路输出电压Vg的直流电压，具体的公式推荐如下：

N1/N3＝n1＝V_{L_P}/V_{L_S1}--------------------------------------(1)

N1/N2＝n2＝V_{L_P}/V_{L_S2}--------------------------------------(2)

其中V_{L_P}是变压器原边绕组N1两端的电压，V_{L_S1}是第一副边绕组N2两端的电压，V_{L_S2}是第二副边绕组两端的电压。

t0-t1：升压PFC电路中开关管Q1导通，二极管D1截止，倍压电路中D11和D33导通，D22和D44截止，第一变压器原边绕组N1两端电压V_{L_P}＝V_in，由等式(1)和等式(2)可得

V_C11＝V_{L_S1}＝V_in/n1----------------------------------------------(3)

V_C33＝V_{L_S2}＝V_in/n2---------------------------------------------(4)

其中V_C11是电容C11两端的电压，V_C33是电容C33两端的电压，Vin是输入整流电路的输出电压。

t1-t2：升压PFC电路中开关管Q1关断，二极管D1导通，倍压电路中D11和D33截止，D22和D44导通，第一变压器原边绕组N1两端电压V_{L_P}＝V_g-V_in，V_g是升压PFC电路续流二极管的阴极电压。由等式(1)和等式(2)可得第一变压器的第一副边绕组N2两端电压V_{L_S1}和第一变压器的第二副边绕组N3两端电压V_{L_S2}

V_{L_S1}＝(V_g-V_in)/n1--------------------------------------------(5)

V_{L_S2}＝(V_g-V_in)/n2-------------------------------------------(6)

t1-t2：第一变压器的第一副边绕组N2两端电压V_{L_S1}和电容C11两端电压相加后给电容C22充电,同时给后级DC-DC控制电路供电。第一变压器的第二副边绕组N3两端电压V_{L_S2}和电容C33两端电压相加后给电容C44充电，同时给后级保护电路供电，由等式(3)(4)(5)(6)可得第一组输出电压V_{o_s1}和第二组输出电压V_{o_s2}

V_{o_s1}＝V_in/n+(V_g-V_in)/n1＝V_g/n1

V_{o_s2}＝V_in/n+(V_g-V_in)/n2＝V_g/n2

实施例二

与实施例一不同的是，第一变压器只有一组副边绕组N2，隔离稳压电路只有一路输出，给一个后级电路提供稳定的电压，其连接方式和工作原理与实施例一相同，在此不再赘述。

实施例三

与实施例一不同的是，第一变压器有多组副边绕组N1、N2....Nn，n为自然常数，每组副边绕组都经过倍压整流滤波电路后，作为隔离稳压电路的多路输出，给不同的后级电路提供稳定直流电压。其连接方式和工作原理与实施例一相同，在此不再赘述。

本发明的实施方式不限于此，按照本发明的上述内容，利用本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本思想前提下，本发明还可以做出其它形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (6)

1.一种隔离稳压电路的控制方法，其特征在于：通过升压PFC电路来实现对隔离稳压电路的控制，升压PFC电路将市电转化为一个稳定的直流电压，第一变压器的原边绕组作为升压PFC电路中的储能电感，升压PFC电路工作时第一变压器的原边绕组两端会施加一个高频交变电压，该电压通过变压器耦合到副边，在副边绕组两端产生一个高频交变电压，经过倍压电路倍压整流滤波后产生一个稳定直流电压。

2.根据权利要求1所述的一种隔离稳压电路的控制方法，其特征在于：所述的第一变压器可以包括至少一个副边绕组，通过上述控制方法产生至少一个稳定直流电压供给后级电路。

3.根据权利要求1所述的隔离稳压电路的控制方法，其特征在于，所述的第一变压器的原副边绕组匝比及每一路倍压整流滤波电路中的元器件，可以根据后级电路的需要设计合适的参数，使得每个倍压整流滤波电路输出不同的电压值。

4.一种隔离稳压电路，采用权利要求1所述的隔离稳压电路的控制方法，包括一个升压PFC电路，其特征在于：还包括至少有一组副边绕组的第一变压器、至少一个倍压整流滤波电路；第一变压器的副边绕组通过倍压整流滤波电路给至少一路后级电路供电。

5.根据权利要求4所述的一种隔离稳压电路，其特征在于：所述的倍压整流滤波电路包括第一二极管、第二二极管、第一电容、第二电容；所述的第一变压器的原边绕组一端连接到输入整流电路的输出正，另一端连接到所述的升压PFC电路的开关管的漏极和所述的升压PFC电路的续流二极管的阳极，所述的第一二极管的阳极连接到所述的第一变压器副边绕组的一端，所述的第一二极管的阴极连接到所述的第二二极管的阳极和所述的第一电容的一端；所述的第一电容的另一端连接到所述第一变压器副边绕组的另一端；所述第二电容的两端分别连接所述的第一二极管的阳极和所述的第二二极管的阴极，所述的第二电容的两端分别连接到后级电路，给后级电路供电。

6.根据权利要求4所述的一种隔离稳压电路，其特征在于：所述的第一变压器的原副边绕组匝比、所述的每一个倍压整流滤波电路的参数可以单独设计，根据后级电路的需要输出不同的电压值。