[发明专利]基于变压器的高频电力转换器

说明书

背景信息

本发明涉及电隔离器，其中微型变压器提供从第一隔离回路到第二隔离回路的电力传输。

微型变压器用于电力传输的使用被公开在例如本发明人的美国专利申请公开文本2006/0120115A1中，该申请的公开内容在此通过引用而被并入。这类电力转换系统包括使得具有电力供应的初级电路回路和另一没有电力供应的次级电路回路之间发生电力传输的电力变压器。电力变压器是开关控制的、理想地按照高频来操作以保持效率的振荡电路的部件。在已知的设计中，需要至少两个交叉耦合的开关来保持可持续的振荡。振荡回路(tank)开关频率由开关的大小和电力变压器绕组的电感来限定。寄生电容随着开关大小的增加而增加并且可以限制振荡回路开关频率。

电路回路之间设置有反馈路径来调整初级电路回路的操作以保证传递到次级电路回路的电力保持在预定定额内。反馈路径包括反馈开关，其被包含在电源电压(V_DD)到振荡回路的电流路径中。该反馈开关导致了电路中不期望的电力损耗。而且，反馈路径通常按照比振荡电路的期望开关频率低得多的频率来操作。

电力转换效率和节电是电力转换器系统的重要考虑。因此，本发明人发现本技术领域中需要相对于已知系统增加振荡回路开关频率并且减少基于开关的损耗的基于微型变压器的电力转换系统。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例的电力转换系统的电路图。

图2是根据本发明另一实施例的电力转换系统的电路图。

图3例示了根据本发明实施例的微型变压器绕组。

图4例示了根据本发明实施例的微型变压器。

图5是根据本发明实施例的振荡器的电路图。

图6是根据本发明实施例的振荡器的电路图。

具体实施方式

本发明的实施例提供基于变压器的电力转换系统，其中在包括单个能量开关的电流路径中设置初级线圈。振荡器耦合至能量开关的控制输入。由于在初级线圈所在的电流路径中设置单个开关，所以与现有设计相比，该设计节省了基于开关的损耗。由于与能量开关相关联的寄生电容与振荡器所产生的电荷转移协作，所以该设计还提供改进的转换效率。而且，反馈开关可以从振荡电路所在的电流路径中被移除，这有助于其中的更高开关频率。

图1例示了根据本发明实施例的电力转换器100。电力转换器100可以包括通过微型变压器130耦合在一起的第一和第二电路回路110、120。微型变压器130提供电路回路110、120之间的电隔离但允许第一电路回路110为第二电路回路120产生电力，如本申请所讨论的那样。因而，电路回路110、120可以相互电势地隔离，具有电隔离的地基准。

根据第一实施例，电源电压VDD可以对第一电路回路110供电。微型变压器的初级线圈130.1的第一端子可以耦合至电源电压VDD。初级线圈130.1的第二端子可以耦合至晶体管开关SW1(本申请中被称为“能量开关”)的源极。能量开关SW1的源极可以耦合至地。

类似地，振荡器140可以耦合至电源电压VDD。振荡器140的输出可以耦合至能量开关SW1的栅极。振荡器140还可以耦合至第二开关SW2(被称为“反馈开关”)的源极。反馈开关SW2的源极可以耦合至地。反馈开关SW2的栅极可以耦合至反馈隔离变压器150，其从第二电路回路120传递控制信号至第一电路回路110。响应于控制信号，反馈开关SW2选择性地激活或去激活振荡器140。

第二电路回路120可以包括微型变压器130.2的次级线圈、二极管160、负载电路170和比较器180。微型变压器130可以感生出第二电路回路120中可以通过二极管160传递至负载170的电流。该电流产生负载电路170两端的电势。比较器180可以检测负载170两端的电势，并且如果电势超过操作要求或降至操作要求以下则产生反馈控制信号。比较器180可以耦合至反馈隔离变压器150以将控制信号传递回第一电路回路110。

在操作期间，反馈开关SW2在激活状态和待激活状态之间控制振荡器140。在激活状态下，振荡器140生成到能量开关SW1的栅极的振荡驱动信号，其导致能量开关SW1按照驱动信号的频率接通和断开微型变压器130的初级线圈130.1。振荡频率通常远大于反馈信号的频率，这允许微型变压器130针对到第二电路回路120的电力传递而按照高频来开关但允许相对低的反馈控制信号从第二电路回路120被返回至第一电路回路110。