本發(fā)明涉及變換器領(lǐng)域，尤其涉及DC/DC隔離變換器領(lǐng)域，具體地說是一種適用于副邊控制DC/DC變換器的輸入電壓實時采樣電路及方法。

背景技術(shù)：
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，開關(guān)電源以體積小、重量輕、效率高等優(yōu)點備受各種供電設(shè)備的青睞。DC/DC隔離變換器作為直流開關(guān)電源的一種，廣泛應(yīng)用于通信、設(shè)備控制等各種領(lǐng)域。DC/DC隔離變換器按照PWM控制器的位置，可以分為兩類：原邊控制型和副邊控制型，如圖1所示。原邊控制型的PWM控制器位于變換器的原邊，與輸入端共地。這種控制方式有以下優(yōu)點：控制器供電電路簡單，可以較為迅速且精準(zhǔn)地得到輸入電壓、輸入電流等原邊信號，利于Vin(輸入電壓)前饋、輸入過欠壓和過流保護(hù)等功能的實現(xiàn)。但同時存在如下缺點：對輸出電流信號的獲取不精準(zhǔn)或者延時較大；對輸出電壓的采樣延時較大，易導(dǎo)致輸出電壓反饋響應(yīng)速度、動態(tài)調(diào)節(jié)緩慢；此外，輸出電壓誤差信號往往通過光耦傳輸，但光耦壽命較短并且耐高溫能力差，導(dǎo)致模塊壽命與工作溫度范圍受限。副邊控制型的PWM控制器位于變換器的副邊，與輸出端共地，有效地提高了輸出電壓反饋響應(yīng)速度，加快了動態(tài)調(diào)節(jié)。PWM控制器工作相對更安全，且不存在如光耦這樣的低可靠性器件。然而，這種控制方式需要獨立的輔助源電路，并且較難快速得到精確的原邊信號。基于以上的優(yōu)點，副邊控制方式應(yīng)用到了隔離電源領(lǐng)域。但也正因為控制器在副邊，導(dǎo)致實時且準(zhǔn)確地采樣Vin不易實現(xiàn)。副邊采樣輸入電壓可分為兩類方式：一類是在原邊采樣得到Vin信號，傳輸至副邊PWM控制器；另一類是直接在副邊采樣與Vin相關(guān)的電壓信號。第一類，在原邊采樣得到Vin信號傳輸至副邊，如圖2所示。采用隔離器件將原邊采樣得到的Vin信號傳輸至副邊；也可以通過通信方式將原邊的Vin信號傳輸至副邊。無論采用哪種傳輸方式，設(shè)計都比較復(fù)雜，且具有延時性。另一類，直接在副邊采樣與Vin相關(guān)的信號得到Vin值。副邊采樣Vin電路一般分為兩種：一種是通過增加副邊輔助源繞組采樣Vin，另一種是通過直接在主功率變壓器副邊輸出端采樣Vin。這類方式又分為以下兩種結(jié)構(gòu)形式。1、增加輔助源副邊繞組采樣Vin的方式輔助源電路以采用反激電路的工作方式為例，如圖3所示。輔助源電路通過繞組Np2得到輔助源電路的原邊輸出電壓Vcc_p，通過繞組Ns1得到輔助源的副邊輸出電壓Vcc_s，副邊增加一個反向繞組Ns2得到Vin/K信號(忽略二極管壓降)。由于Vcc_s用于控制器供電，Vin/K信號與之同步，因此Vin/K信號可以在PWM輸出前得到，從而可以實現(xiàn)Vin過欠壓保護(hù)、Vin前饋等功能。PWM控制器可以為模擬芯片也可以為數(shù)字芯片。PWM控制器為模擬芯片，則Vin/K信號可以疊加在Vea電平(輸出電壓與參考電壓比較值通過誤差放大器輸出的電壓)或者疊加在鋸齒波上(PWM比較器輸入端分別為Vea電平和鋸齒波)，實現(xiàn)Vin前饋。PWM控制器為數(shù)字芯片，則通過AD采樣的方式獲得Vin信號，進(jìn)而通過算法實現(xiàn)Vin前饋與輸出電壓pre-bias功能。2、直接在主功率變壓器副邊輸出端采樣Vin的方式如圖4所示(以輸出全波整流為例)，副邊輸出端Vo1通過二極管進(jìn)行峰值采樣(忽略二極管壓降)，得到Vin對應(yīng)的信號Vin/K。同樣，該信號可以通過數(shù)字方式或者模擬方式實現(xiàn)輸入過欠壓保護(hù)和Vin前饋等功能。該方式雖然能得到較為準(zhǔn)確的Vin信號，但保持峰值電壓的電容容值較大，需要多個PWM周期之后才能得到正確的Vin/K信號。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的是現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，旨在提供一種副邊控制DC/DC變換器的輸入電壓實時采樣電路。通常，主功率變壓器輸出端的信號是與原邊成匝比關(guān)系的方波信號，方波的高電平與Vin有一定的對應(yīng)關(guān)系，本發(fā)明通過簡單的電路結(jié)構(gòu)對主功率變壓器副邊輸出電壓Vo1進(jìn)行實時跟蹤采樣，實現(xiàn)對變換器輸入電壓Vin的采樣。為解決上述問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種副邊控制DC/DC變換器的輸入電壓實時采樣電路，包括分壓電阻R1、分壓電阻R2、濾波電阻R3、電容C1和電容C2，其特征在于所述的濾波電阻R3的一端接主功率變壓器副邊輸出電壓Vo1端，濾波電阻R3的另一端接分壓電阻R1的一端和電容C1的一端，分壓電阻R1的另一端接分壓電阻R2的一端、電容C1的另一端和電容C2的一端，該端作為采樣電路的輸出電壓端將采樣輸出電壓Vin_s送入AD采樣端口，分壓電阻R2的另一端接電容C2的另一端和地，并且，分壓電阻R1、分壓電阻R2、電容C1和電容C2的取值滿足R1×C1＝R2×C2；采樣輸出電壓Vin_s的采樣周期為PWM周期的整數(shù)倍，且采樣位置落在采樣輸出電壓Vin_s方波的高電平處，并避開上升沿和下降沿。本發(fā)明的輸入電壓實時采樣電路，通過分壓電阻R1和分壓電阻R2進(jìn)行分壓，可以調(diào)整主功率變壓器副邊輸出電壓Vo1各種大小不同的數(shù)值，防止AD采樣端口電壓超出應(yīng)用范圍，適用輸入電壓、輸出電壓和變壓器匝比各異的隔離電源。電阻R1和電阻R2的值應(yīng)遠(yuǎn)大于濾波電阻R3。首先，R1和R2的取值應(yīng)保證Vin_s信號能夠滿足AD采樣端口電壓要求；其次，由于AD采樣誤差的存在，應(yīng)使Vin_s盡量大，以提高對Vo1的采樣精度。由于模數(shù)轉(zhuǎn)換器內(nèi)的采樣/保持電路存在電容，在采樣瞬間對采樣/保持電容充電，在電阻R2兩端并聯(lián)電容C2可以保證Vin_s波形不發(fā)生畸變。電容C2的容值應(yīng)遠(yuǎn)大于模數(shù)轉(zhuǎn)換器內(nèi)部采樣/保持電容。僅加入電容C2而不加入電容C1會對Vin_s起到了滯后、濾波作用，導(dǎo)致Vin_s的波形異于Vo1(不考慮兩者幅值差別)。在分壓電阻R1處再并聯(lián)電容C1，通過C1、C2、R1和R2的合理取值，可以保證Vin_s波形與Vo1波形一致，僅存在幅值上的差別。當(dāng)C1、C2、R1和R2的取值滿足公式(1)時，Vin_s波形與Vo1波形之間沒有相位差：即：R1×C1＝R2×C2。(2)由于變換器原邊開關(guān)管開關(guān)時會產(chǎn)生高頻尖峰，導(dǎo)致Vo1、Vin_s信號受到干擾。為防止Vin_s上的尖峰超過AD采樣端口電壓限值，本發(fā)明在Vo1分壓電阻R1之間加入濾波電阻R3，可以濾除高頻噪聲，該濾波電阻R3取值在幾十至幾百歐姆為宜。此時，在滿足上述條件時，Vin_s波形嚴(yán)格跟隨Vo1波形的變化，不存在相位差的同時，降低了高頻噪聲，如圖7所示。由于Vin_s為方波信號，需要采用數(shù)字方式控制AD采樣周期和采樣位置，從而獲得Vin_s的AD采樣值。Vin_sAD采樣周期最好為PWM周期，這樣有利于Vin信號的實時性；當(dāng)然，采樣周期也可為PWM周期的整數(shù)倍。如圖8所示，Vin_s采樣位置必須落在Vin_s方波的高電平處，且應(yīng)避開上升沿和下降沿，防止采樣錯誤。Vin_sAD值獲取流程圖，如圖9所示。本發(fā)明還要提供一種副邊控制DC/DC變換器的輸入電壓實時采樣方法，其特征在于按以下步驟進(jìn)行：(1)設(shè)定AD采樣周期為PWM周期；(2)設(shè)定AD采樣觸發(fā)位置為PWM周期開始后某一位置；(3)程序計算出PWM占空比值，輸出PWM；(4)控制器觸發(fā)AD采樣Vin_s；(5)采樣電路對主功率變壓器副邊輸出電壓Vo1進(jìn)行采樣，獲得采樣輸出電壓Vin_sAD值；(6)控制器重新計算PWM占空比值，返回到步驟(3)進(jìn)行循環(huán)。上述步驟(6)也可以替換成：將采樣輸出電壓Vin_s值帶入閉環(huán)算法，控制器重新計算PWM占空比值，返回到步驟(3)進(jìn)行循環(huán)。本發(fā)明還要提供一種副邊控制DC/DC變換器的輸入電壓實時采樣方法，其特征在于按以下步驟進(jìn)行：(1)設(shè)定AD采樣周期為PWM周期；(2)設(shè)定AD采樣觸發(fā)位置為PWM周期開始后某一位置；(3)關(guān)閉同步整流管，原邊PWM輸出較小占空比；如果程序中計算出的占空比值可以在下個占空比輸出，則該步驟也可以去除；(4)獲得采樣輸出電壓Vin_sAD值和變換器輸出電壓VoutAD值；(5)關(guān)閉PWM輸出；(6)根據(jù)采樣輸出電壓Vin_sAD值和變換器輸出電壓VoutAD值以及選擇拓?fù)渑c匝比關(guān)系計算出此時對應(yīng)的占空比；(7)按照計算出的占空比值輸出PWM，開啟副邊同步整流。附圖說明圖1是現(xiàn)有的DC/DC隔離電源PWM控制器位置示意圖，其中圖1a為原邊控制型，圖1b為副邊控制型。圖2是現(xiàn)有原邊采樣Vin信號傳輸至副邊獲取Vin的電路框圖。圖3是現(xiàn)有增加輔助源副邊繞組采樣Vin的電路框圖。圖4是現(xiàn)有的變壓器副邊輸出端峰值采樣獲取Vin的電路圖。圖5是本發(fā)明采用變壓器副邊輸出端Vin跟隨方式獲取Vin的主電路圖，其中圖5a1是采用開關(guān)管的全波整流方式的buck變換器，圖5a2是采用二極管的全波整流方式的buck變換器，圖5b1是采用開關(guān)管的半波整流方式的buck變換器，圖5b2是采用二極管的半波整流方式的buck變換器。圖6是本發(fā)明采用變壓器副邊輸出端Vin跟隨方式獲取Vin的采樣電路圖。圖7是本發(fā)明Vo1和Vin_s電壓波形對照圖。圖8是本發(fā)明Vin_sAD采樣位置圖。圖9是本發(fā)明Vin_sAD采樣基本流程圖。圖10是本發(fā)明Vin前饋功能實現(xiàn)框圖。圖11是本發(fā)明輸出電壓pre-bias功能實現(xiàn)框圖。具體實施方式參照圖5，本發(fā)明的副邊控制DC/DC變換器的輸入電壓實時采樣電路，適用于多種變換器電路，尤其適用濾波電感在主功率變壓器副邊的DC/DC變換器電路，特別適合于各類隔離型的buck類電路。參照圖5a1，以全波整流的隔離型的buck類變換器電路為例，該主電路包括隔離主功率變壓器T1、同步整流管Q1、同步整流管Q2、電感L和電容C，所述的主功率變壓器T1具有原邊繞組Np、第一副邊繞組Ns1和第二副邊繞組Ns2，所述第一副邊繞組Ns1的同名端接同步整流管Q1的漏極，第一副邊繞組Ns1的非同名端和第二副邊繞組Ns2的同名端接電感L的一端和主功率變壓器副邊輸出電壓Vo1端，該端同時作為本發(fā)明采樣電路的電壓采樣端，電感L的另一端接電容C的一端和變換器輸出電壓Vout端，電容C的另一端接同步整流管Q1和同步整流管Q2的源極以及地，第二副邊繞組Ns的非同名端接同步整流管Q2的的漏極。本發(fā)明的采樣電路同樣適用于采用二極管的全波整流方式的隔離型的buck類變換器電路(如圖5a2所示)，采用開關(guān)管的半波整流方式的隔離型的buck類變換器電路(如圖5b1所示)，以及采用二極管的半波整流方式的隔離型的buck類變換器電路(如圖5b2所示)。其中的開關(guān)管和二極管可以互相替代，從而變換出多種電路結(jié)構(gòu)。參照圖6，本發(fā)明的一種副邊控制DC/DC變換器的輸入電壓實時采樣電路，包括分壓電阻R1、分壓電阻R2、濾波電阻R3、電容C1和電容C2，其特征在于所述的濾波電阻R3的一端接主功率變壓器副邊輸出電壓Vo1端，濾波電阻R3的另一端接分壓電阻R1的一端和電容C1的一端，分壓電阻R1的另一端接分壓電阻R2的一端、電容C1的另一端和電容C2的一端，該端作為采樣電路的輸出電壓端將采樣輸出電壓Vin_s送入AD采樣端口，分壓電阻R2的另一端接電容C2的另一端和地，并且，分壓電阻R1、分壓電阻R2、電容C1和電容C2的取值滿足R1×C1＝R2×C2。參照圖9，本發(fā)明還要提供一種副邊控制DC/DC變換器的輸入電壓實時采樣方法，其特征在于按以下步驟進(jìn)行：(1)設(shè)定AD采樣周期為PWM周期；(2)設(shè)定AD采樣觸發(fā)位置為PWM周期開始后某一位置；(3)程序計算出PWM占空比值，輸出PWM；(4)控制器觸發(fā)AD采樣；(5)采樣電路對主功率變壓器副邊輸出電壓Vo1進(jìn)行采樣，獲得采樣輸出電壓Vin_sAD值；(6)控制器重新計算PWM占空比值，返回到步驟(3)進(jìn)行循環(huán)。參照圖10，上述步驟(6)也可以替換成：將采樣輸出電壓Vin_s值帶入閉環(huán)算法，控制器重新計算PWM占空比值，返回到步驟(3)進(jìn)行循環(huán)。參照圖11，本發(fā)明還要提供一種副邊控制DC/DC變換器的輸入電壓實時采樣方法，其特征在于按以下步驟進(jìn)行：(1)設(shè)定AD采樣周期為PWM周期；(2)設(shè)定AD采樣觸發(fā)位置為PWM周期開始后某一位置；(3)關(guān)閉同步整流管，原邊PWM輸出較小占空比；如果程序中計算出的占空比值可以在下個占空比輸出，則該步驟也可以去除；(4)獲得采樣輸出電壓Vin_sAD值和變換器輸出電壓VoutAD值；(5)關(guān)閉PWM輸出；(6)根據(jù)采樣輸出電壓Vin_sAD值和變換器輸出電壓VoutAD值以及選擇拓?fù)渑c匝比關(guān)系計算出此時對應(yīng)的占空比；(7)按照計算出的占空比值輸出PWM，開啟副邊同步整流。Vin采樣值的用途：1、Vin過欠壓保護(hù)：通過Vin_sAD采樣值，與過欠壓限值比較判斷；2、Vin前饋：通過Vin_sAD采樣值，將Vin信號加入數(shù)字閉環(huán)算法的計算，Vin前饋實現(xiàn)框圖如圖10所示；3、輸出電壓pre-bias：針對副邊采用同步整流的模塊。模塊上電后，關(guān)閉副邊同步整流驅(qū)動，原邊輸出一個較小的PWM占空比(如50ns)。通過調(diào)整Vin_sAD采樣位置，使Vin_sAD采樣位置處于該占空比產(chǎn)生的Vin_s信號高電平的穩(wěn)定位置。根據(jù)獲得的Vin_sAD值與此時采樣到的輸出電壓，可以計算出pre-bias時的占空比。將該占空比按照時序賦值給PWM模塊，并且開啟副邊同步整流，從而實現(xiàn)輸出電壓pre-bias功能，實現(xiàn)框圖如圖11所示。應(yīng)該理解到的是：上述實施例只是對本發(fā)明的說明，而不是對本發(fā)明的限制，任何不超出本發(fā)明實質(zhì)精神范圍內(nèi)的發(fā)明創(chuàng)造，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。