[发明专利]功率转换器

说明书

技术领域

本发明涉及功率转换器，具体来说，涉及具有设置在其副边(secondary)侧的控制电路的功率转换器。

背景技术

例如单调启动、短路后恢复、负载瞬时性能的不断增加的动态要求允许重新划分许多现代绝缘式(insulated)功率转换器的控制结构。以前，构造该设计的正常方式是将控制电路设置在原边(primary)侧，并且仅传送来自在副边侧的电压控制系统的误差信号。满足上述要求的最有效方式是将控制电路设置在副边侧，在那里可更有效地监测输出电压。设置在副边侧的数字控制和数字接口的引入将使得使用这种副边侧控制甚至更合乎逻辑。

这种副边侧控制的一个问题在于，必须从原边侧给这时设置在副边侧的控制电路提供偏置。为此，必须双方准确监测输入电压，因为输入电压的监测能力往往是数字控制器内的要求，并且该信号用于控制主转换器。还必须以高动态带宽监测输入电压，使转换器能够处理输入电压瞬变(电压模式前馈)。

往往从小辅助转换器给控制电路提供偏置，小辅助转换器又称作偏置调节器，往往是回授(flyback)类型，它给控制电路以及同步mosfet和主开关mosfet提供偏置。

一种生成与输入电压对应的信号的方法是通过对辅助转换器或实际功率链中的正向脉冲进行峰值整流并且将这个信息存储在电容器中而将它从偏置电源得出。如果原边电压增加，则电容器逐个周期地被充电，并且将准确地反映(mirror)原边电压。如果原边电压减小，则不存在使电容器放电到经变换电压的放电通路。因此，电容器经由电阻器或电流源放电，并且正确电压通过电容器每个周期的充电来实现。这导致因每个周期从电容器的大放电引起的高纹波的高动态性能与要求电容器在每个周期仅轻微放电的准确度之间的折衷。

上文使用峰值整流的解决方案的缺点在于，很难使对高动态性能的要求与高准确度匹配。当输入电压增加时，该解决方案将始终能够具有高动态带宽，但是带宽将受到副边电压的最大可接受电压纹波限制，因为电容器在开关周期之间的耗尽本身将表示为所反映电压上的纹波。整流器件的正向电压降还将影响所测量电压的准确度。

另一种成本更高的方法是使用线性光耦合器。输入电压信号由运算放大器测量，并且转换成用于驱动线性光耦合器的电流。这个电流然后在副边侧被转换成电压。光耦合器方式的一个缺点在于，要求横跨绝缘势垒的一个额外组件。另外，这种解决方案成本比较高，并且还将具有老化的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种上文所定义的功率转换器，它具有供输入到控制电路的至原边侧的输入电压的更准确指示。

本发明涉及包括变压器的隔离式功率转换器，变压器具有包括向其施加原边电压的原边绕组的原边侧、包括设置成反映原边电压并且提供输出电压的副边绕组的副边侧以及原边侧与副边侧之间的绝缘势垒，并以副边侧的所反映原边电压相对地具有正电位的方式设置。转换器包括设置成使第二晶体管与副边绕组上的电压相关地导通的求导网(derivating net)，第二晶体管的源极连接到副边绕组的负极端，第三晶体管的漏极还连接到副边绕组的正极端，第二电容器和第二电阻器连接在第三晶体管的栅极与源极之间，第三电阻器连接在第二电阻器与第二晶体管的漏极之间，第三电容器设置成在其端子中之一上提供参考电压。

优选地，求导网设置成在变压器电压的上升沿期间使第二晶体管导通。

本发明的概念是与上述峰值整流方案很类似的解决方案，但增加了信息存储器件电容器，它可在每一个开关周期被充电和放电。这通过使电容器能够经由能够进行双向能量转移的例如MOSFET的器件的放电来实现。这极大降低所反映电压上的纹波，并且还在存储器件将被放电时提高动态性能。

本发明的主要优点在于，它使用现有技术以及仅使用几个低成本组件来创建原边电压的高准确的静态和动态所反映信号。

该解决方案除了已经存在的变压器之外不需要横跨绝缘势垒的组件，这会是高密度解决方案的主要有益效果。如果经过准确选择，则组件C1、R1将作为变压器电压的缓冲器(snubber)，因而将那个功能集成在系统中。

整流元件优选地是二极管，它通过其阴极连接到副边绕组的正极端。

在一个实施例中，求导网包括连接在副边绕组的正极端与第二晶体管的栅极之间的第一电容器以及连接在第二晶体管的栅极与副边绕组的负极端之间的第一电阻器。