隔离式变换器及应用其的开关电源的制作方法
【专利摘要】本发明涉及隔离式变换器及应用所述隔离式变换器的开关电源，所述隔离式变换器包括变压器、功率开关、偏置电压产生电路、开关控制电路、电流采样电路、电压反馈电路和副边整流电路；变压器包括原边绕组和副边绕组；功率开关和电流采样电路串联连接在输入电压源与原边绕组的第一端之间，原边绕组的第二端与接地点连接；电压反馈电路连接在原边绕组的第一端和第二端之间；偏置电压产生电路与输入电压源连接；所述开关控制电路用于根据电流检测信号和电压反馈信号输出开关控制信号；所述开关控制电路和所述偏置电压产生电路的电路接地端与所述原边绕组的第一端连接。本发明可以在省去辅助绕组的前提下仍然实现隔离式变换器的原边控制。
【专利说明】隔离式变换器及应用其的开关电源
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力电子技术，具体涉及一种不需要辅助绕组的隔离式变换器及应用该隔离式变换器的开关电源。
【背景技术】
[0002]隔离式变换器被广泛应用于各种离线供电系统中。隔离式变换器通常包括原边侧电路和副边侧电路，两者通过具有原边绕组和副边绕组的变压器隔离。
[0003]隔离式变换器通过功率开关控制流过原边绕组的电流，从而实现在副边侧电路输出恒定的电压和/或恒定的电流。为了实现对功率开关的控制，需要获得输出电压或者相关电路参量的反馈值。在现有技术中，隔离式变换器采用在变压器中增加辅助绕组来获取反馈参量。但是，辅助绕组的绕制工艺较为复杂，会增加隔离式变换器的生产成本和制作难度，而且，由于辅助绕组具有较大的体积，因此使用辅助绕组的隔离式变换器电路需要占用较大的电路板面积，使得电路板体积增大。同时，辅助绕组的引入可能会造成电路内部的电磁干扰。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明提出一种隔离式变换器及应用其的开关电源，以在省去辅助绕组的前提下仍然实现对隔离式变换器的原边控制。
[0005]第一方面，提供一种隔离式变换器，包括变压器、功率开关、偏置电压产生电路、开关控制电路、电流采样电路、电压反馈电路和副边整流电路；所述变压器包括原边绕组和副边绕组；所述副边整流电路与所述副边绕组连接；
[0006]所述功率开关和所述电流采样电路串联连接在输入电压源与所述原边绕组的第一端之间，所述原边绕组的第二端与接地点连接；所述电流采样电路采样流过所述功率开关的电流以输出电流检测信号；
[0007]所述电压反馈电路连接在所述原边绕组的第一端和第二端之间，用于根据所述原边绕组两端的电压以输出电压反馈信号；
[0008]所述偏置电压产生电路与所述输入电压源连接，用于为所述开关控制电路提供偏置电压；
[0009]所述开关控制电路用于根据所述电流检测信号和所述电压反馈信号输出开关控制信号；
[0010]所述开关控制电路和所述偏置电压产生电路的电路接地端与所述原边绕组的第
一端连接。
[0011]优选地，所述电流采样电路连接在所述功率开关的第二端与所述原边绕组的第一端之间。
[0012]优选地，所述电流采样电路包括电流采样电阻，所述电流采样电阻与所述功率开关连接的公共端输出所述电流检测信号。[0013]优选地，所述电流采样电路连接在输入电压源和所述功率开关的第一端之间，所述功率开关的第二端与所述原边绕组的第一端连接。
[0014]优选地，所述电流采样电路包括电流采样电阻，所述电流采样电阻的压降作为所述电流检测信号。
[0015]优选地，所述偏置电压产生电路包括偏置电容和充电控制电路，所述偏置电容连接在偏置电压输出端和偏置电压产生电路的电路接地端之间；所述充电控制电路连接在所述偏置电压输出端和所述输入电压源之间。
[0016]优选地，所述偏置电压产生电路还包括启动电阻，所述启动电阻连接在输入电压源与所述偏置电压输出端之间。
[0017]优选地，所述偏置电压产生电路和所述开关控制电路被集成为具有内部供电功能的开关控制集成电路；或者
[0018]所述偏置电压产生电路、所述开关控制电路和所述功率开关被集成为具有内部供电功能的开关控制集成电路。
[0019]优选地，所述充电控制电路和所述开关控制电路被集成为具有内部供电功能的开关控制集成电路；或者
[0020]所述充电控制电路、所述开关控制电路和所述功率开关被集成为具有内部供电功能的开关控制集成电路。
[0021]第二方面，提供一种开关电源，包括整流桥和如上所述的隔离式变换器。
[0022]本发明通过将功率开关和原边绕组的位置进行互换，并根据原边绕组两端的电压实现输出电压反馈检测以及副边电流过零检测，由此，可以在变压器中省去辅助绕组，简化了生产工艺，降低了生产成本，同时减小了电路的体积，提高了电路的电磁兼容性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中:
[0024]图1是现有的使用辅助绕组实现反馈的隔离式变换器的电路示意图；
[0025]图2A是本发明第一实施例的隔离式变换器的电路示意图；
[0026]图2B是本发明第一实施例的一个优选方案的电路不意图；
[0027]图3A是现有的隔离式变换器中偏置电压产生电路与原边侧电路的电路连接关系的不意图；
[0028]图3B是图3A所示电路以及本发明第一实施例可采用的偏置电压产生电路的电路示意图；
[0029]图4是本发明第一实施例的开关控制电路的电路示意图；
[0030]图5A-?是本发明第一实施例中采用集成电路构建的隔离式变换器的电路示意图；
[0031]图6是本发明第二实施例的隔离式变换器的电路示意图；
[0032]图7是本发明的开关电源的电路示意图。
【具体实施方式】[0033]以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述。虽然本发明是结合以下的优选实施例进行描述的，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
[0034]此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
[0035]同时，应当理解，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件或电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
[0036]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0037]本发明可以被应用于任何隔离式变换器，在以下的详细描述中，仅以反激式变换器(fIybackconverter)为例解释本发明的具体工作原理。
[0038]图1是现有的使用辅助绕组实现反馈的隔离式变换器的电路示意图。如图1所示，隔离式变换器10包括变压器T、功率开关S、开关控制电路11、电压反馈电路12、副边整流电路13和供电电路14以及电流采样电阻Rsm。变压器T包括原边绕组LI以及与其耦合的副边绕组L2和辅助绕组L3 ;副边整流电路13与副边绕组L2连接，用于对副边绕组L2两端电压进行整流以输出恒定的电压。副边整流电路13包括副边整流二极管Dl和副边输出电容Cl。其中，供电电路14与辅助绕组L3连接，通过对辅助绕组L3两端的电压进行整流以输出稳定的偏置电压为开关控制电路11供电。开关控制电路11包括偏置电压输入端Vb、电流检测信号输入端SEN、反馈电压输入端FB、信号接地端GND和开关控制信号输出端DRV，供电电路14的输出端连接到偏置电压输入端Vb。电流采样电阻Rsm将流过功率开关的电流转换为电压信号，其远离接地点的一端与开关控制电路11的电流检测信号输入端SEN连接。电压反馈电路12为连接在辅助绕组L3两端的分压电路，其将辅助绕组L3两端的电压分压后输入到开关控制电路11的反馈电压输入端FB。通常来说，开关控制电路11为集成电路，隔离式变换器10的其他部分采用分立元件构建为所述集成电路的外围电路。
[0039]由于辅助绕组的绕制工艺较为复杂，会增加隔离式变换器的生产成本和制作难度，而且，具有较大体积的辅助绕组会增大电路板体积，同时，辅助绕组的引入还可能会造成电路内部的电磁干扰。虽然目前部分开关控制集成电路中集成了偏置电压产生电路，不需要利用辅助绕组L3来为开关控制电路11供电。但是，获取反馈电压还需要依靠辅助绕组L3，因此，仍然需要在现有技术的电路中保留辅助绕组。
[0040]图2A是本发明第一实施例的隔离式变换器的电路示意图。如图2A所示，隔离式变换器20包括变压器Tl、功率开关S1、偏置电压产生电路21、开关控制电路22、电流采样电路23、电压反馈电路24和副边整流电路25。变压器Tl只包括相互耦合的原边绕组LI和副边绕组L2，去掉了辅助绕组。副边整流电路25与副边绕组L2连接。
[0041]功率开关SI和电流采样电路23串联连接在输入电压源Vin与原边绕组LI的第一端之间。原边绕组LI的第二端与接地点连接。电流采样电路23采样流过功率开关SI的电流以输出电流检测信号VSEN。
[0042]在本实施例中，功率开关SI可以是任何可控半导体开关器件，例如金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)等。在功率开关SI选用MOSFET时，功率开关SI的第一端可以是其漏极端、第二端可以是其源极端。
[0043]电压反馈电路24连接在原边绕组LI的第一端和第二端之间，用于根据原边绕组LI两端的电压以输出电压反馈信号。
[0044]优选地，如图2B所示，本实施例的隔离式变换器还可以包括连接在所述原边绕组两端的RCD吸收电路，其用于吸收原边绕组的漏感能量，以防止原边的功率开关承受较大的反向尖峰电压。RCD吸收电路包括吸收二极管D2、吸收电阻Rl和吸收电容C2。
[0045]吸收二极管D2连接在原边绕组LI的第一端和RCD吸收电路的中间端之间，吸收电阻Rl和吸收电容C2并联连接在RCD吸收电路的中间端和原边绕组LI的第二端之间。
[0046]当然，本领域技术人员可以理解，上述电路并非必须的，同时，其结构也并非唯一，本领域技术人员可以根据实际需要选择是否在隔离式变换器中采用RCD吸收电路，并进而选择其结构和参数。
[0047]电流采样电路23和电压反馈电路24的输出端分别连接到开关控制电路22的电流检测信号输入端SEN和反馈电压输入端FB。
[0048]偏置电压产生电路21与输入电压源Vin连接，用于生成偏置电压，为开关控制电路22供电。
[0049]优选地，如图2B所示，偏置电压产生电路21包括偏置电容Cb以及与偏置电容连接的充电控制电路211，偏置电容Cb连接在偏置电压输出端和偏置电压产生电路的电路接地端之间；偏置电压产生电路的电路接地端与原边绕组LI的第一端连接。充电控制电路211连接在偏置电压输出端和输入电压源之间。充电控制电路211控制直流母线电压(也即输入电压源)对偏置电容Cb充电，在偏置电压输出端产生可以供开关控制电路22工作的偏置电压Vb。
[0050]更优选地，如图2B所示，偏置电压产生电路21还可以包括启动电阻Rst。偏置电容Cb可以通过启动电阻Rst连接至直流母线(也即输入电压源)，在需要启动开关控制电路时，直流母线的电能通过启动电阻Rst对偏置电容Cb充电，从而得到供开关控制电路22工作的偏置电压Vb。
[0051]在本实施例中，如图2A所示，功率开关SI的第一端与输入电压源连接，电流采样电路23连接在功率开关SI的第二端与原边绕组LI的第一端之间。
[0052]开关控制电路22包括电路接地端GND，电路接地端GND与原边绕组LI的第一端连接。
[0053]开关控制电路22的开关控制信号输出端DRV连接到功率开关SI的控制端，开关控制电路22用于根据电流检测信号和电压反馈信号输出开关控制信号Q。开关控制信号Q用于控制功率开关SI的导通和关断，从而控制绕组的电流变化，进而控制隔离式变换器的副边侧电路输出恒定电压和/或电流。
[0054]优选地，电流采样电路23包括电流采样电阻Rsm，电流采样电阻Rsm与功率开关SI连接的公共端输出所述电流检测信号。当然，本领域技术人员可以理解，电流采样电路23也可以通过其它形式的电流检测电路来实现，例如电流互感器。
[0055]电压反馈电路24连接在原边绕组LI的两端之间，用于输出反馈电压。
[0056]优选地，电压反馈电路24为连接在原边绕组LI的第一端和第二端之间的分压电路。
[0057]本领域技术人员容易理解，本实施例的偏置电压产生电路21可以采用任何现有的无需辅助绕组的偏置电压产生电路。
[0058]以下结合图3A和图3B说明现有的偏置电压产生电路可以直接应用于本实施例的隔离式变换器的原理。
[0059]图3A是现有的隔离式变换器中偏置电压产生电路与原边侧电路的电路连接关系的示意图。如图3A所示，偏置电压产生电路21的能量输入端Vc通常连接到原边侧电路的功率开关的第一端，也即功率开关与原边绕组的连接点。
[0060]具体地，偏置电压产生电路21包括充电控制电路211和偏置电容C；。其中，充电控制电路211分别连接偏置电容Cb和能量输入端Ne,由能量输入端Vc提供电能以向偏置电容Cb充电。
[0061]对于图3B所示的偏置电压产生电路，当功率开关SI导通时，充电控制电路211进行放电动作；当功率开关SI关断时，充电控制电路211对偏置电容Cb进行充电以提供偏置电压Vb。偏置电容Cb —端连接到充电控制电路211，另一端连接到偏置电压产生电路的电路接地端。优选地，偏置电容Cb可以通过一启动电阻Rst连接至直流母线(也即输入电压源)，在隔离式变换器需要开始工作时，直流母线的电能通过启动电阻Rst对偏置电容Cb充电，为开关控制电路22提供偏置电压Vb，从而启动开关控制电路22。当偏置电容Cb上的电压大于欠压锁定阈值时，开关控制电路22结束欠压锁定状态而进入正常工作状态。
[0062]如图3B所示，充电控制电路211可以包括储能电路、放电支路和充电支路；其中储能电路的一端连接能量输入端V。(在本实施例中，能量输入端与功率开关SI的第一端连接)，另一端分别连接放电支路和充电支路。当功率开关Si导通时，储能电路通过放电支路进行放电；当功率开关Si关断时，储能电路通过充电支路对偏置电容Cb充电；偏置电容Cb的两端电压即所述偏置电压vb。在本实施例中，能量输入端V。连接到输入电压源Vin(也即直流母线)。
[0063]放电支路包括放电二极管D3 ;充电支路包括充电二极管D4 ;储能电路可以包括储能电容C3，其一端连接至功率开关SI的第一端(以MOSFET为例，功率开关的第一端为MOSFET的漏极)，另一端分别连接到放电二极管D3的阴极和充电二极管D4的阳极；放电二极管D3的阳极连接至偏置电压产生电路的电路接地端，以构成储能电容C3的放电回路；充电二极管D4的阴极连接至启动电阻Rst和偏置电容Cb的公共连接点，用以保证电能由所储能电容C3向偏置电容Cb单向传输。
[0064]图3A所示的偏置电压产生电路可以不需要辅助绕组而直接产生偏置电压，从而可以和开关控制电路集成在一起，形成具有内部供电功能的集成电路芯片。由此，根据图3A和图3B可知，在现有的隔离式变换器中，偏置电压产生电路21利用功率开关和电流采样电路组成的串联电路上的电压降来产生偏置电压vb。
[0065]如图2A和图2B所示，在本实施例的隔离式变换器中，由于偏置电压产生电路21的电路接地端连接到原边绕组的第一端，所以该电路接地端是浮地状态。由此，在本实施例中，偏置电压产生电路21实际上连接在输入电压源和原边绕组的第一端之间，其仍然是利用功率开关和电流采样电路组成的串联电路上的电压降来产生偏置电压Vb，而且，开关控制电路22的电路接地端也连接到原边绕组的第一端。因此，图3B所示的偏置电压产生电路可以直接应用于本实施例。
[0066]根据以上分析，本领域技术人员容易理解，偏置电压产生电路并不限于上述电路结构，任何可以集成在电路芯片中的基于原边侧功率开关和电流采样电路的电压来产生偏置电压的偏置电压产生电路均可以应用于本实施例。
[0067]对于开关控制电路22，典型地，如图4所示，其可以包括开关频率控制电路221、峰值电流控制电路222和逻辑电路223。其中，开关频率控制电路221根据反馈信号输出开关频率控制信号，峰值电流控制电路222根据电流检测信号输出峰值电流控制信号。逻辑电路223根据开关频率控制信号和峰值电流控制信号输出开关控制信号。
[0068]对于本实施例而言，由于电流采样电路23输出的是与流过功率开关电流对应的电流检测信号，电压反馈电路24反馈的原边绕组两端的电压与现有的通过辅助绕组获得的绕组两端电压为正比关系，因此，通过调整电流采样电路23和电压反馈电路24的参数，使得输入到开关控制电路22中的电流检测信号与电压反馈信号能时刻表征现有的隔离式变换器的运行状态。因此，与偏置电压产生电路类似，无需对现有的开关控制电路进行改变即可将其应用于本实施例的隔离变换器。
[0069]同时，本领域技术人员可以理解，开关控制电路22并不仅限于上述结构，任何利用电压反馈信号和电流检测信号进行原边控制的开关控制电路均可以应用于本实施例。
[0070]本实施例通过将功率开关和原边绕组的位置进行互换，并根据原边绕组两端的电压实现输出电压反馈检测以及副边电流过零检测，由此，可以在电路中省去辅助绕组，简化了生产工艺，降低了生产成本，同时减小了电路的体积，提高了电路的电磁兼容性能。
[0071]如上所述，在本实施例中，偏置电压产生电路21和开关控制电路22以及功率开关均可以采用任何已有的、适于以集成电路形式制造的结构。因此，本实施例的隔离式变换器电路可以利用现有的隔离式变换器的控制芯片来构建，也即，利用集成有偏置电压产生电路和开关控制电路的集成电路构建本实施例的隔离式变换器，或者，利用集成有偏置电压产生电路、所述开关控制电路和所述功率开关的集成电路构建本实施例的隔离式变换器，其分别如图5A和图5B所示。
[0072]在图5A中，集成有偏置电压产生电路和开关控制电路的集成电路ICl至少包括开关控制信号输出管脚DRV、能量输入管脚Vc、反馈电压输入管脚FB、电流检测信号输入管脚SEN和芯片接地管脚GND。开关控制信号输出管脚DRV连接到功率开关SI的控制端；能量输入管脚Vc连接到直流母线，也即，输入电压源；反馈电压输入管脚FB与电压反馈电路的输出端连接；电流检测信号输入管脚SEN与电流采样电路的输出端连接；芯片接地管脚GND与原边绕组的第一端连接。其中，能量输入管脚Vc对应于集成电路ICl内部偏置电压产生电路的能量输入端，为偏置电压产生电路提供能量。
[0073]在图5B中，集成有偏置电压产生电路和开关控制电路以及功率开关的集成电路IC2包括功率开关输入管脚P1、功率开关输出管脚P2、能量输入管脚Vc、反馈电压输入管脚FB、电流检测信号输入管脚SEN和芯片接地管脚GND。在这类集成电路内部，电流检测信号输入管脚SEN通常与功率开关的第二端连接，或者某些集成电路将功率开关的第二端与电流检测信号输入端封装为一个管脚。基于此类集成电路搭建的隔离式变换器如图5B所示，功率开关输入管脚Pl与输入电压源连接。能量输入管脚Vc连接到直流母线，也即，输入电压源；反馈电压输入管脚FB与电压反馈电路的输出端连接；电流检测信号输入管脚SEN与电流采样电路的输出端连接；芯片接地管脚GND与原边绕组的第一端连接；电流采样电路连接在功率开关输出管脚P2和原边绕组的第一端之间。在电流采样电路为电流采样电阻时，电流采样电阻连接在功率开关输出管脚P2和原边绕组的第一端之间，功率开关输出管脚P2与电流检测信号输入管脚SEN相互连接，或者IC2采用将两者封装为同一个管脚的形式的集成电路。
[0074]同时，在本实施例中，偏置电压产生电路中的偏置电容Cb或优选的启动电阻Rst在某些情况下需要根据所搭建的电路不同而进行调整，因此，可以将其通过集成电路外部的分立器件构建，而偏置电压产生电路的充电控制电路211集成于集成电路内从而提高控制集成电路的适用性。
[0075]在此前提下，本实施例的隔离式变换器可以利用现有的用于对隔离式变换器的功率级电路进行控制的、具有内部供电功能的控制集成电路来构建，也即，利用集成有充电控制电路和开关控制电路的集成电路构建本实施例的隔离式变换器，或者，利用集成有充电控制电路、开关控制电路和功率开关的集成电路构建本实施例的隔离式变换器，其分别如图5C和图所示。
[0076]在图5C中，集成有充电控制电路和开关控制电路的集成电路IC3至少包括开关控制信号输出管脚DRV、能量输入管脚Vc、偏置电压管脚Vb、反馈电压输入管脚FB、电流检测信号输入管脚SEN和芯片接地管脚GND。开关控制信号输出管脚DRV连接到功率开关的控制端；偏置电压管脚\连接到启动电阻Rst和偏置电容Cb相互连接的公共端；能量输入管脚Vc连接到直流母线(也即输入电压源)；反馈电压输入管脚FB与电压反馈电路的输出端连接；电流检测信号输入管脚SEN与电流采样电路的输出端连接；芯片接地管脚GND与原边绕组的第一端连接。其中，偏置电压管脚Vb对应于充电控制电路的偏置电压输出端，其连接到偏置电容。
[0077]在图中，集成有充电控制电路、开关控制电路以及功率开关的集成电路IC4对外包括功率开关输入管脚P1、功率开关输出管脚P2、偏置电压管脚Vb、反馈电压输入管脚FB、电流检测信号输入管脚SEN和芯片接地管脚GND。在这类集成电路内部，电流检测信号输入管脚SEN通常与功率开关的第二端连接，或者某些集成电路将功率开关的第二端与电流检测信号输入端封装为一个管脚，同时，由于功率开关集成在内部，集成电路内的充电控制电路的能量输入端通常在集成电路内与功率开关的第一端连接，因此，此类集成电路一般不设置专门的能量输入管脚。基于此类集成电路搭建的隔离式变换器如图所示，功率开关输入管脚Pl与输入电压源连接。偏置电压管脚Vb与偏置电容Cb—端连接。反馈电压输入管脚FB与电压反馈电路的输出端连接；电流检测信号输入管脚SEN与电流采样电路的输出端连接；芯片接地管脚GND与原边绕组的第一端连接；电流采样电路连接在功率开关输出管脚P2和原边绕组的第一端之间。在电流采样电路为电流采样电阻时，电流采样电阻连接在功率开关输出管脚P2和原边绕组的第一端之间，功率开关输出管脚P2与电流检测信号输入管脚SEN相互连接，或者IC4采用将两者封装为同一个管脚的形式的集成电路。
[0078]本领域技术人员应当理解，图5A-?的电路中，集成电路IC1-1C4分别集成了图2A所示电路中不同的电路部分，从而体现出不同的集成电路封装形式，但是，图5A-5D的电路与图2A所示电路结构相同。
[0079]根据本实施例的电路结构，可以利用已有隔离式变换器的控制集成电路构建隔离式变换器，无需对现有集成电路进行改变即可在电路中省去辅助绕组。
[0080]图6是本发明第二实施例的隔离式变换器的电路示意图。在图6中，相同的部件用相同的附图标记标识。如图6所示，隔离式变换器60包括变压器Tl、功率开关S1、偏置电压产生电路21、开关控制电路22、电流采样电路23、电压反馈电路24和副边整流电路25。变压器Tl只包括相互耦合的原边绕组LI和副边绕组L2，去掉了辅助绕组。副边整流电路25与副边绕组L2连接。
[0081]功率开关SI和电流采样电路23串联连接在输入电压源Vin与原边绕组LI的第一端之间。原边绕组LI的第二端与接地点连接。电流采样电路23采样流过功率开关的电流以输出电流检测信号。
[0082]在本实施例中，功率开关SI可以是任何可控半导体开关器件，例如金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)等。在功率开关SI选用MOSFET时，功率开关SI的第一端可以是其漏极端、第二端可以是其源极端。
[0083]电压反馈电路24连接在原边绕组LI的第一端和第二端之间，用于根据原边绕组LI两端的电压以输出电压反馈信号。
[0084]电流采样电路23和电压反馈电路24的输出端分别连接到开关控制电路22的电流检测信号输入端SEN和反馈电压输入端FB。
[0085]偏置电压产生电路21与输入电压源连接，用于生成稳定的偏置电压，为所述开关控制电路22供电。
[0086]优选地，偏置电压产生电路21包括偏置电容Cb以及与偏置电容连接的充电控制电路211，充电控制电路211与输入电压源连接，利用直流母线的能量对偏置电容Cb充电，提供偏置电压。
[0087]更优选地，偏置电容可以通过一启动电阻Rst连接至直流母线(也即输入电压源)，在隔离式变换器需要开始工作时，直流母线的电能通过启动电阻Rst对偏置电容Cb充电，以给开关控制电路22提供偏置电压Vb，从而启动开关控制电路22。
[0088]与第一实施例不同，在本实施例中，电流采样电路23连接在输入电压源和功率开关SI的第一端之间，功率开关的第二端与所述原边绕组的第一端连接。电流采样电路23采样流过功率开关SI的电流以生成电流检测信号来反馈给开关控制电路22。
[0089]优选地，电流采样电路23包括连接在输入电压源和功率开关SI的第一端之间的电流采样电阻Rsen，并且，电流采样电路23输出与电流采样电阻Rsen的压降成正比的信号作为电流检测信号。
[0090]开关控制电路22包括电路接地端，其电路接地端与原边绕组的第一端连接。
[0091]开关控制电路22的开关控制信号输出端DRV连接到功率开关SI的控制端，开关控制电路22用于根据电流检测信号和电压反馈信号输出开关控制信号Q。开关控制信号Q用于控制功率开关Si的导通和关断，以使得隔离式变换器输出恒定电压和/或电流。
[0092]电压反馈电路24连接在原边绕组LI的两端之间，用于输出反馈电压。
[0093]优选地，电压反馈电路24为连接在原边绕组LI的第一端和第二端之间的分压电路。
[0094]与第一实施例类似，由于偏置电压产生电路21的电路接地端连接到原边绕组的第一端，由此，偏置电压产生电路21实际上连接在输入电压源和原边绕组的第一端之间，其仍然是利用功率开关和电流采样电路组成的串联电路上的电压降来产生偏置电压Vb。因此，无需对现有偏置电压产生电路进行改变即可将其应用于本实施例。由此，偏置电压产生电路21可以采用任何现有的无需辅助绕组的偏置电压产生电路。例如，采用如图3B所示的偏置电压产生电路，偏置电压产生电路的工作原理在此不再赘述。
[0095]同时，对于本实施例而言，由于电流采样电路23输出的是与流过功率开关电流对应的电流检测信号，而电压反馈电路24反馈原边绕组两端的电压与现有的通过辅助绕组获得的绕组两端电压为正比关系，因此，通过调整电流采样电路23和电压反馈电路24的参数，使得输入到开关控制电路22中的电流检测信号与电压反馈信号时刻表征现有的隔离式变换器的运行状态。因此，与偏置电压产生电路类似，无需对现有的开关控制电路进行改变即可将其应用于本实施例的隔离式变换器。
[0096]在此前提下，本实施例的隔离式变换器可以利用现有的用于对隔离式变换器的功率级电路进行控制的、具有内部供电功能的控制集成电路来构建，也即，利用集成有偏置电压产生电路和开关控制电路的集成电路构建本实施例的隔离式变换器，或者，利用集成有偏置电压产生电路、开关控制电路和功率开关的集成电路构建本实施例的隔离式变换器，或者利用集成有充电控制电路和开关控制电路的集成电路构建本实施例的隔离式变换器，或者，利用集成有充电控制电路、开关控制电路和功率开关的集成电路构建本实施例的隔离式变换器。
[0097]本实施例通过将功率开关和原边绕组的位置进行互换，并根据原边绕组两端的电压实现输出电压反馈检测以及副边电流过零检测，由此，可以在电路中省去辅助绕组，简化了生产工艺，降低了生产成本，同时减小了电路的体积，提高了电路的电磁兼容性能。
[0098]如图7所示，第一实施例和第二实施例所述的隔离式变换器可以用于构成具有交直流变换功能的开关电源70。开关电源70包括整流桥71以及如第一实施例或第二实施例所述的隔离式变换器72。
[0099]图7中的开关电源采用了无辅助绕组的隔离式变换器，因此，其生产工艺简单，生产成本低，电路体积小，具有较好的电磁兼容性能。
[0100]以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种隔离式变换器，包括变压器、功率开关、偏置电压产生电路、开关控制电路、电流采样电路、电压反馈电路和副边整流电路；所述变压器包括原边绕组和副边绕组；所述副边整流电路与所述副边绕组连接； 所述功率开关和所述电流采样电路串联连接在输入电压源与所述原边绕组的第一端之间，所述原边绕组的第二端与接地点连接；所述电流采样电路采样流过所述功率开关的电流以输出电流检测信号； 所述电压反馈电路连接在所述原边绕组的第一端和第二端之间，用于根据所述原边绕组两端的电压以输出电压反馈信号； 所述偏置电压产生电路与所述输入电压源连接，用于为所述开关控制电路提供偏置电压； 所述开关控制电路用于根据所述电流检测信号和所述电压反馈信号输出开关控制信号; 所述开关控制电路和所述偏置电压产生电路的电路接地端与所述原边绕组的第一端连接。
2.根据权利要求1所述的隔离式变换器，其特征在于，所述功率开关的第一端与所述输入电压源连接，所述电流采样电路连接在所述功率开关的第二端与所述原边绕组的第一端之间。
3.根据权利要求2所述的隔离式变换器，其特征在于，所述电流采样电路包括电流采样电阻，所述电流采样电阻与所述功率开关连接的公共端输出所述电流检测信号。
4.根据权利要求1所述的隔离式变换器，其特征在于，所述电流采样电路连接在输入电压源和所述功率开关的第一端之间，所述功率开关的第二端与所述原边绕组的第一端连接。
5.根据权利要求4所述的隔离式变换器，其特征在于，所述电流采样电路包括电流采样电阻，所述电流采样电阻的压降作为所述电流检测信号。
6.根据权利要求1所述的隔离式变换器，其特征在于，所述偏置电压产生电路包括偏置电容和充电控制电路，所述偏置电容连接在偏置电压输出端和偏置电压产生电路的电路接地端之间；所述充电控制电路连接在所述偏置电压输出端和所述输入电压源之间。
7.根据权利要求6所述的隔离式变换器，其特征在于，所述偏置电压产生电路还包括启动电阻，所述启动电阻连接在输入电压源与所述偏置电压输出端之间。
8.根据权利要求1所述的隔离式变换器，其特征在于，所述偏置电压产生电路和所述开关控制电路被集成为具有内部供电功能的开关控制集成电路；或者 所述偏置电压产生电路、所述开关控制电路和所述功率开关被集成为具有内部供电功能的开关控制集成电路。
9.根据权利要求6所述的隔离式变换器，其特征在于，所述充电控制电路和所述开关控制电路被集成为具有内部供电功能的开关控制集成电路；或者 所述充电控制电路、所述开关控制电路和所述功率开关被集成为具有内部供电功能的开关控制集成电路。
10.一种开关电源，包括整流桥和如权利要求1-9中任一项所述的隔离式变换器。
【文档编号】H02M3/28GK103715897SQ201410024218
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2014年1月20日 优先权日:2014年1月20日
【发明者】黄秋凯, 胡志亮, 李新磊 申请人:矽力杰半导体技术(杭州)有限公司