[发明专利]用于为功率变换器提供初始偏置和启用信号的方法和设备

说明书

技术领域

本发明总体上涉及隔离的变换器电路，并且更特别地涉及一种用于为以变换器(converter)的输出端为参考的控制电路提供初始偏置和启用信号的手段。

背景技术

隔离变换器中的常见问题是为初级电路和输出电路二者提供合适的偏置，尤其在该变换器的启动或重启期间。通常，控制器(一个示例是脉宽调制(PWM))在输入侧，并且经由光耦合器提供反馈信号，同时根据变压器绕组自驱动同步整流器。在使用这种方法时存在两个缺点。首先，光耦合器的使用通常限制调节回路的带宽以及最大环境温度，并且将印刷电路板(PCB)的温度限制成低于大约85℃。其次，对较高频率来说，自驱动同步方法通常不是好的解决方案。

此外，诸如过压保护(OVP)之类的保护必须在输出侧，并且可能仅针对过压保护而需要额外的光隔离器。因此，存在在输出侧具有控制电路的优点。一个问题是在启动变换器之前在隔离中断(break)两端提供所需的初始偏置电压。一种可能的解决方案是具有将提供偏置电压的分离的隔离变换器。这种解决方案将需要额外的磁芯，并且如果采用平面磁性元件实现，则将消耗太多板空间。

在颁发给与本申请相同的发明人的美国专利No.6,724,642，“Method and apparatus for providing an initial bias and enable signal for a power converter”中描述了一种提供初始偏置和启用信号的可行解决方案。通过参考将‘642专利整体结合于此。‘642专利使用隔离的无芯变压器，其具有在印刷电路板(PCB)的层中和其上形成的绕组。作为一种无芯解决方案，‘642专利的偏置电路不需要任何额外的磁性材料，例如在传统的平面磁性元件解决方案中使用的磁性材料。然而，无芯变压器的绕组占用功率变换器PCB层上的宝贵空间，并且限制了绕组附近部件的放置。

所需要的是一种针对下述问题的解决方案，即如何在使用PCB上的较小面积的隔离层(isolation barrier)上提供偏置功率。

发明内容

在一个方面中，本发明涉及一种包括偏置电路的开关模式功率变换器，其包括一对被配置成从电源接受功率的输入侧功率终端。该开关模式功率变换器还包括一对被配置成向负载提供功率的输出侧功率终端。该开关模式功率变换器还包括功率变换器功率变压器，其包括磁芯，该功率变换器功率变压器被配置成提供电(galvanic)中断，以将开关模式功率变换器的输入侧功率终端与输出侧功率终端隔离。该开关模式功率变换器还包括布置在开关模式功率变换器的输出侧上的控制电路。该开关模式功率变换器还包括缠绕在磁芯上的初始偏置初级绕组。该开关模式功率变换器还包括也缠绕在磁芯上的初始偏置次级绕组，其中该初始偏置次级绕组与初始偏置初级绕组共同共享至少一个磁路。开关模式功率变换器还包括耦合到初级偏置初级绕组的驱动器，该驱动器由电源供电，该驱动器被配置成当其被启用信号启用时利用高频脉冲来驱动初始偏置初级绕组。该开关模式功率变换器还包括：整流器，其耦合到初始偏置次级绕组以提供经过整流的脉冲；以及耦合到整流器的电容器，该电容器被配置成平滑化经过整流的脉冲，其中该整流器和电容器被配置成在功率变换器启动期间提供为控制电路供电的电压。

在一个实施例中，初始偏置初级绕组和初始偏置次级绕组中的至少所选择的一个被配置成在启动之后功率变换器的操作期间为开关模式功率变换器中的至少一个电路提供电功率源。

在另一实施例中，初始偏置次级绕组被配置成向功率变换器的输出侧上的开关模式功率变换器中的至少一个电路提供电功率。

在又一实施例中，初始偏置初级绕组被配置成向功率变换器的输入侧上的开关模式功率变换器中的至少一个电路提供电功率。

在另一实施例中，由驱动器中的晶体管的反向保护二极管提供整流。

在又一实施例中，初始偏置初级绕组和初始偏置次级绕组二者被配置成在启动之后向开关模式功率变换器中的至少一个电路提供电功率。

在另一实施例中，功率变换器功率变压器的磁芯包括E形芯。

在又一实施例中，初始偏置初级绕组和初始偏置次级绕组二者缠绕在E形芯的相同外芯柱(leg)上。

在另一实施例中，初级偏置次级绕组另外缠绕在E形芯的另一芯柱上。

在又一实施例中，E形芯的另一芯柱包括E形芯的中央芯。

在另一实施例中，驱动器还包括被配置成生成高频脉冲的振荡器，其中当该驱动器被启用时，其响应于振荡器的输出来驱动初始偏置初级绕组。