[发明专利]一种适用于副边控制DC/DC变换器的输入电压实时采样电路及方法

说明书

技术领域

本发明涉及变换器领域，尤其涉及DC/DC隔离变换器领域，具体地说是一种适用于副边控制DC/DC变换器的输入电压实时采样电路及方法。

背景技术

随着电力电子技术的发展，开关电源以体积小、重量轻、效率高等优点备受各种供电设备的青睐。DC/DC隔离变换器作为直流开关电源的一种，广泛应用于通信、设备控制等各种领域。

DC/DC隔离变换器按照PWM控制器的位置，可以分为两类：原边控制型和副边控制型，如图1所示。

原边控制型的PWM控制器位于变换器的原边，与输入端共地。这种控制方式有以下优点：控制器供电电路简单，可以较为迅速且精准地得到输入电压、输入电流等原边信号，利于Vin(输入电压)前馈、输入过欠压和过流保护等功能的实现。但同时存在如下缺点：对输出电流信号的获取不精准或者延时较大；对输出电压的采样延时较大，易导致输出电压反馈响应速度、动态调节缓慢；此外，输出电压误差信号往往通过光耦传输，但光耦寿命较短并且耐高温能力差，导致模块寿命与工作温度范围受限。

副边控制型的PWM控制器位于变换器的副边，与输出端共地，有效地提高了输出电压反馈响应速度，加快了动态调节。PWM控制器工作相对更安全，且不存在如光耦这样的低可靠性器件。然而，这种控制方式需要独立的辅助源电路，并且较难快速得到精确的原边信号。

基于以上的优点，副边控制方式应用到了隔离电源领域。但也正因为控制器在副边，导致实时且准确地采样Vin不易实现。

副边采样输入电压可分为两类方式：一类是在原边采样得到Vin信号，传输至副边PWM控制器；另一类是直接在副边采样与Vin相关的电压信号。

第一类，在原边采样得到Vin信号传输至副边，如图2所示。采用隔离器件将原边采样得到的Vin信号传输至副边；也可以通过通信方式将原边的Vin信号传输至副边。无论采用哪种传输方式，设计都比较复杂，且具有延时性。

另一类，直接在副边采样与Vin相关的信号得到Vin值。副边采样Vin电路一般分为两种：一种是通过增加副边辅助源绕组采样Vin，另一种是通过直接在主功率变压器副边输出端采样Vin。这类方式又分为以下两种结构形式。

1、增加辅助源副边绕组采样Vin的方式

辅助源电路以采用反激电路的工作方式为例，如图3所示。辅助源电路通过绕组Np2得到辅助源电路的原边输出电压Vcc_p，通过绕组Ns1得到辅助源的副边输出电压Vcc_s，副边增加一个反向绕组Ns2得到Vin/K信号(忽略二极管压降)。由于Vcc_s用于控制器供电，Vin/K信号与之同步，因此Vin/K信号可以在PWM输出前得到，从而可以实现Vin过欠压保护、Vin前馈等功能。PWM控制器可以为模拟芯片也可以为数字芯片。PWM控制器为模拟芯片，则Vin/K信号可以叠加在Vea电平(输出电压与参考电压比较值通过误差放大器输出的电压)或者叠加在锯齿波上(PWM比较器输入端分别为Vea电平和锯齿波)，实现Vin前馈。PWM控制器为数字芯片，则通过AD采样的方式获得Vin信号，进而通过算法实现Vin前馈与输出电压pre-bias功能。

2、直接在主功率变压器副边输出端采样Vin的方式

如图4所示(以输出全波整流为例)，副边输出端Vo1通过二极管进行峰值采样(忽略二极管压降)，得到Vin对应的信号Vin/K。同样，该信号可以通过数字方式或者模拟方式实现输入过欠压保护和Vin前馈等功能。该方式虽然能得到较为准确的Vin信号，但保持峰值电压的电容容值较大，需要多个PWM周期之后才能得到正确的Vin/K信号。

发明内容

本发明要解决的是现有技术存在的问题，旨在提供一种副边控制DC/DC变换器的输入电压实时采样电路。通常，主功率变压器输出端的信号是与原边成匝比关系的方波信号，方波的高电平与Vin有一定的对应关系，本发明通过简单的电路结构对主功率变压器副边输出电压Vo1进行实时跟踪采样，实现对变换器输入电压Vin的采样。