專利名稱：具磁放大器的返馳功率變換器的輔助輸出電壓控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種功率變換器的配置電路及其工作方法，尤其涉及一種返馳功率變換器的輔助輸出電壓控制電路，該控制電路通過磁放大器的引入而可實(shí)現(xiàn)電路的簡(jiǎn)化、控制上的便利、低制造成本以及準(zhǔn)確的輔助輸出電壓控制等功效。


圖1A為已知返馳功率變換器的配置圖，其中輔助輸出并未受到控制。其輔助輸出電壓V20取決于主輸出電壓V10以及變壓器的第二側(cè)的繞組n1及n2匝數(shù)比。尤其是，該輸出電壓滿足一條件V10/n1＝V20/n2 (1)由于該電路配置的輔助輸出電壓并無調(diào)整及控制用的回饋，因此輔助輸出電壓隨負(fù)載變化的波動(dòng)較大。
圖1B顯示使用一線性調(diào)節(jié)器以控制輔助輸出電壓V20的已知的返馳功率變換器。通過線性調(diào)節(jié)器的輔助，輔助輸出電壓更為穩(wěn)定。然而，此類電路配置只適于應(yīng)用在低功率范圍的情況。
請(qǐng)參閱圖1C所示，為采用一磁放大器作為輔助輸出電壓控制的正激式功率變換器。該正激變換器中由第一側(cè)至攜帶負(fù)載的第二側(cè)的電能轉(zhuǎn)換是以電壓源的工作方式通過變壓器而實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)脈寬控制電路的工作占空比，脈寬控制器用于穩(wěn)定第一輸出電壓。當(dāng)與磁放大器同時(shí)施行時(shí)，正激變換器具有如同圖1C所示簡(jiǎn)化電路及控制機(jī)制的優(yōu)勢(shì)。具有磁放大器的正激變換器亦具有低電磁干擾的優(yōu)點(diǎn)。磁放大器的功效表現(xiàn)在通過回饋控制磁放大器的磁復(fù)位程度來調(diào)節(jié)將磁放大器由高阻抗變?yōu)榈妥杩沟难舆t時(shí)間。輔助輸出電壓還進(jìn)一步地受輸出濾波器所表現(xiàn)的電壓平均性功能的調(diào)節(jié)以提供穩(wěn)定的輸出電壓。將磁放大器變?yōu)榈妥杩沟难舆t時(shí)間更進(jìn)一步受到磁放大器的電壓-時(shí)間乘積的控制。當(dāng)脈寬控制電路將第一側(cè)的開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，電能轉(zhuǎn)換將通過電壓恒定模式下的變壓器實(shí)現(xiàn)。該磁放大器經(jīng)磁放大器回饋回路控制而實(shí)現(xiàn)延遲電能轉(zhuǎn)移至輔助輸出端的重要功能。已有許多被揭示的技術(shù)及發(fā)明被用來配置正激變換器中的磁放大器。使用磁放大器以控制輔助輸出電壓，對(duì)負(fù)載變化的優(yōu)越輔助輸出電壓調(diào)節(jié)已可實(shí)現(xiàn)。然而，正激變換器具有比返馳變換器復(fù)雜得多的電路配置。
因此，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)仍存在提供一新的及改良的返馳變換器的需要，以解決前面討論的返馳功率變換器的技術(shù)瓶頸。
特別是，本發(fā)明的磁放大器是與脈寬調(diào)制控制器一同施行的。提供脈寬調(diào)制控制器是為控制主輸出的電壓，并以時(shí)間分享的方式利用磁放大器以控制輔助輸出電壓而使輔助輸出電壓穩(wěn)定。
本發(fā)明返馳功率變換器包括一由第一側(cè)傳送輸入電能到第二側(cè)的變壓器。第二側(cè)包括一主輸出電壓回路及至少一個(gè)輔助輸出回路依序與一磁放大器連接。一脈寬調(diào)制控制器控制變壓器第一側(cè)上的一個(gè)開關(guān)，以開啟此開關(guān)并關(guān)閉主輸出電壓回路及輔助輸出電壓回路，以在變壓器的繞組上儲(chǔ)存一磁能。本脈寬調(diào)制控制器還進(jìn)一步關(guān)閉本開關(guān)并開啟主輸出電壓回路，以提供一主電壓輸出并同時(shí)磁化連接至輔助輸出電壓回路的磁放大器。本磁放大器的功能是作為一輔助回路開關(guān)，當(dāng)磁放大器被磁化到飽和時(shí)，開啟輔助輸出電壓回路以提供一輔助輸出電壓，并同時(shí)關(guān)閉主輸出電壓回路，從而在主輸出電壓回路及輔助輸出電壓回路之間提供一時(shí)間分享的能量轉(zhuǎn)換作用，以完整利用整個(gè)開關(guān)工作占空比。
圖1B顯示傳統(tǒng)用線性穩(wěn)壓塊實(shí)行輔助輸出電壓控制的返馳功率變換器的電路圖。
圖1C顯示傳統(tǒng)實(shí)行一控制輔助輸出電壓的磁放大器的正向功率變換器的電路圖。
圖2顯示實(shí)行一控制輔助輸出電壓的磁放大器的改良返馳功率變換器的電路圖。
圖3提供時(shí)序圖以顯示圖2中在主輸出電壓回路及輔助輸出電壓回路之間的電壓變化圖。
圖4顯示實(shí)行一控制兩條輔助輸出電壓的具有兩組磁放大器的改良返馳功率變換器的電路圖。
圖5提供時(shí)序圖以顯示圖4中主輸出電壓回路及多個(gè)輔助輸出電壓回路之間實(shí)行時(shí)間分享的電壓變化波形。
圖6A至圖6C顯示三組不同電路實(shí)施方式，以配制一使用兩組磁放大器以控制兩個(gè)輔助輸出回路的改良返馳功率變換器的電路圖。
根據(jù)圖4本發(fā)明的其它返馳功率變換器，其中兩個(gè)磁放大器被用于配置一返馳功率變換器300。此功率變換是通過主輸出電壓(表現(xiàn)為V210)及通過兩輔助輸出電壓(表現(xiàn)為V220及V230)操作。電壓波形及操作時(shí)序在圖5中說明。脈寬調(diào)制控制器及分別連接到兩輔助輸出回路上的磁放大器共同控制主輸出電壓V210及輔助輸出電壓V220及V230。
相似于圖2及圖3所陳述的工作原理，電能轉(zhuǎn)移是由變壓器第一側(cè)到第二側(cè)在恒定電流方式下發(fā)生的。電能的轉(zhuǎn)移是在第一側(cè)之主開關(guān)S關(guān)閉時(shí)發(fā)生。當(dāng)開關(guān)S關(guān)閉時(shí)，在開關(guān)S開啟期間儲(chǔ)存在感應(yīng)的電感中的電能便通過變壓器轉(zhuǎn)移至第二側(cè)。為實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換的時(shí)間分享功能的目的，主輸出回路及第一和第二輔助輸出回路的單位匝數(shù)電壓要滿足式(4)的要求。即，(V210/n1)＞(V220/n2)＞(V230/n3) (4)假設(shè)脈寬調(diào)制控制器的工作占空比為D。使用脈寬調(diào)制控制器控制主開關(guān)的開啟和關(guān)閉時(shí)，對(duì)應(yīng)主開關(guān)S的開啟或關(guān)閉，磁放大器則被依序關(guān)閉和開啟，而各自地制造出一高及低阻抗，以將電能以時(shí)間分享的形式分別轉(zhuǎn)移至輸出電壓V210、V220及V230，從而穩(wěn)定各個(gè)輸出電壓。根據(jù)圖5，當(dāng)主開關(guān)S在D*Ts時(shí)段開啟，變壓器第一側(cè)的感應(yīng)繞組n0便由輸入電能累積電能。同時(shí)，磁放大器便關(guān)閉，具高阻抗。在此時(shí)段本磁放大器被重置。在主開關(guān)S關(guān)閉后隨后的D1*Ts時(shí)段，輸出電壓V210的主輸出回路轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通。并且，在此時(shí)段，兩個(gè)不同電壓[V210*(n2/n1)-V220]及[V210*(n3/n1)-V230]分別對(duì)第一及第二個(gè)磁放大器進(jìn)行磁化，分別儲(chǔ)存[V210*(n2/n1)-V220]*D1*Ts及[V210*(n3/n1)-V230]*D1*Ts量的磁能。一旦第一磁放大器飽和，第一磁放大器便轉(zhuǎn)為低阻抗模式而第一輔助輸出回路轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通。由于電壓V220/n2低于V210/n1(見方程式4)，主輸出V210上的二極管被反向的電壓差關(guān)閉。因此，在D1*Ts時(shí)段后的D2*Ts時(shí)段內(nèi)，只有第一輔助輸出電壓V220的回路有能量輸出。
在此時(shí)段，磁化操作仍在第二個(gè)磁放大器以一[V220*(n3/n2)-V230]量的電壓持續(xù)進(jìn)行。一旦第二個(gè)磁放大器飽和，第二個(gè)磁放大器便轉(zhuǎn)為低阻抗模式而連接至第二個(gè)磁放大器的回路轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通。由于電壓V230/n3低于V210/n1及V220/n2(見方程式4)，主輸出回路上及第一輔助回路上的二極管便被關(guān)閉。在時(shí)段D3*Ts，只有第二輸出電壓V330的回路有電能輸出。通過控制磁放大器的能量重置以控制D1*Ts及D2*Ts時(shí)段長(zhǎng)度，輸出電壓可被精確控制。根據(jù)以上順序，一表示電能轉(zhuǎn)移的方程式為(Vi/n0)*D*Ts＝(V210/n1)D1*Ts+(V220/n2)D2*Ts+(V230/n2)D3*Ts (5)其中D＝D1+D2+D3。因此，提供了由一脈寬調(diào)制控制器及兩磁放大控制器控制的三路輸出的功率變換器。
為了滿足方程式2或方程式4的條件，第二側(cè)的電路必須特別設(shè)計(jì)。電路配置可根據(jù)圖6A、圖6B及圖6C實(shí)施。圖6A中，變換器300的第二側(cè)305包括三個(gè)變壓器繞組310、320及330，依序各有不同的繞組數(shù)n310、n320及n330。繞組數(shù)目可彈性調(diào)整但必須滿足以下條件(V310/n310)＞(V320/n320)＞(V330/n330) (6)既然繞組數(shù)n310、n320及n330可彈性調(diào)整，第二側(cè)的電路設(shè)計(jì)將更具有彈性。
在圖6B中，變換器350的第二側(cè)355只包括一個(gè)第二繞組。因此，方程式中所列的繞組數(shù)n1＝n2＝n3。為滿足方程式4的條件，要求如圖6B所示V360＞V370＞V380。由于一旦變壓器的設(shè)計(jì)決定，第二側(cè)繞組數(shù)便被固定為常數(shù)了，因此電路設(shè)計(jì)的彈性較小。在圖6C中，返馳功率變換器400的第二側(cè)405包括兩個(gè)各具有依序?yàn)閚410及n420繞組數(shù)之繞組。所以現(xiàn)在方程式4所設(shè)定的條件變成(V410/n410)＞(V420/n420)＞(V430/n430) (7)繞組n410及n420的繞組數(shù)可與其它電路元件的參數(shù)一同調(diào)整，以滿足方程式7所設(shè)的條件。
即使本發(fā)明已陳述目前較佳方面的實(shí)施例，仍須了解這些所揭示的內(nèi)容不可被解釋為其限制。各種變化及調(diào)整毫無疑問地將在閱讀以上所揭示的內(nèi)容后被對(duì)本領(lǐng)域的熟悉者所預(yù)見。據(jù)此，所附的權(quán)利要求范圍傾向于涵蓋所有的在本發(fā)明真正精神及范圍內(nèi)的變化及調(diào)整。
權(quán)利要求
1.一返馳功率變換器包括由第一側(cè)轉(zhuǎn)移一電能至第二側(cè)的變壓器；該第二側(cè)包括一主輸出電壓回路及至少一與一磁放大器連接的輔助輸出回路；脈寬調(diào)制控制器控制該變壓器的該第一側(cè)上的開關(guān)，以開啟該開關(guān)并關(guān)閉該主輸出電壓回路；當(dāng)該開關(guān)被該脈寬調(diào)制控制器開啟時(shí)，電能存貯于該返馳功率變換器的變壓器的電感中；該脈寬調(diào)制控制器進(jìn)一步關(guān)閉該開關(guān)并開啟主輸出回路以提供一主電壓輸出并磁化該連接至該輔助輸出電壓回路的磁放大器；且該磁放大器的作用為輔助輸出回路之開關(guān)，其在該磁放大器達(dá)磁飽和時(shí)，開啟該輔助輸出電壓回路，并同時(shí)關(guān)閉該主輸出電壓回路以向該輔助輸出回路提供一電能。
2.如權(quán)利要求1所述的返馳功率變換器，其特征在于，該主輸出電壓回路連接至一具N0圈的主變壓器繞組以提供一主輸出電壓V0，其中N0為實(shí)數(shù)；且該輔助輸出電壓回路連接至一具N1圈的變壓器輔助繞組以提供一輔助輸出電壓V1，其中N1為實(shí)數(shù)，且必須滿足條件(V0/N0)＞(V1/N1)。
3.如權(quán)利要求2所述的返馳功率變換器，其特征在于，進(jìn)一步包括一連接至一具N2圈的第二變壓器輔助繞組的第二輔助輸出電壓回路以提供一輔助輸出電壓V2，其中N2為實(shí)數(shù)，且必須滿足條件(V0/N0)＞(V1/N1)＞(V2/N2)。
4.一返馳功率變換器，包括由第一側(cè)轉(zhuǎn)移一輸入電能至第二側(cè)的變壓器；該第二側(cè)包括一主輸出電壓回路及至少一連接一磁放大器的輔助輸出回路；且該主輸出電壓回路及該輔助輸出電壓回路與該磁放大器協(xié)同作用，以一時(shí)間分享時(shí)序?qū)σ恢鬏敵黾耙惠o助輸出傳送能量。
5.如權(quán)利要求4所述的返馳功率變換器，其特征在于，進(jìn)一步包括一脈寬調(diào)制控制器，該脈寬調(diào)制控制器用以控制該變壓器的該第一側(cè)上的開關(guān)，以控制該主輸出電壓回路的輸出電壓及控制由該輔助輸出電壓回路的輔助輸出電壓的該磁放大器。
6.如權(quán)利要求5所述的返馳功率變換器，其特征在于，該磁放大器的作用是在當(dāng)該磁放大器被磁化飽和時(shí)，使輔助輸出回路導(dǎo)通，并關(guān)閉主輸出回路，使原先向主輸出回路輸出的功率轉(zhuǎn)移至輔助輸出回路。
7.如權(quán)利要求6所述的返馳功率變換器，其特征在于，該主輸出電壓回路連接至一具N0圈的主變壓器繞組以提供一主輸出電壓V0，其中N0為實(shí)數(shù)；且該輔助輸出電壓回路連接至一具N1圈的變壓器輔助繞組以提供一輔助輸出電壓V1，其中N1為實(shí)數(shù)且必須滿足條件(V0/N0)＞(V1/N1)。
8.如權(quán)利要求7所述的返馳功率變換器，其特征在于，進(jìn)一步包括第二輔助輸出電壓回路連接至一具N2圈的第二變壓器輔助繞組以提供一輔助輸出電壓V2，其中N2為實(shí)數(shù)且必須滿足條件(V0/N0)＞(V1/N1)＞(V2/N2)。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種返馳功率變換器。本發(fā)明的返馳功率變換器包含由第一側(cè)傳送輸入電能至第二側(cè)的變壓器。變壓器的第二側(cè)包含一主輸出電壓回路及至少一組連接有磁放大器的輔助輸出回路。脈寬調(diào)制控制器控制變壓器的第一側(cè)的開關(guān)，以開啟開關(guān)并關(guān)閉主輸出電壓回路及輔助輸出電壓回路以于第一側(cè)的繞組儲(chǔ)存磁能。本脈寬調(diào)制控制器還關(guān)閉該開關(guān)并開啟主輸出電壓回路，以提供主電壓輸出并磁化連接至輔助輸出電壓回路的磁放大器。本磁放大器的功能是作為輔助回路開關(guān)，以在磁放大器磁化飽和時(shí)開啟輔助輸出電壓回路，并關(guān)閉主輸出電壓回路以提供輔助輸出電壓。從而在主輸出電壓回路及輔助輸出電壓回路之間提供電能轉(zhuǎn)移時(shí)間分享功能，以充分利用整個(gè)開關(guān)工作占空比。
文檔編號(hào)H02M3/24GK1462108SQ0210461
公開日2003年12月17日 申請(qǐng)日期2002年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月2日
發(fā)明者陳為, 姜?jiǎng)? 溫兆均 申請(qǐng)人:臺(tái)達(dá)電子工業(yè)股份有限公司