一种两路输出反激式开关电路

文档序号:1864364 发布日期:2021-11-19 浏览:1次 >En<

阅读说明:本技术 一种两路输出反激式开关电路 (Two-way output flyback switching circuit ) 是由 张艺蒙 刘源 张玉明 孙乐嘉 宋庆文 汤晓燕 于 2021-07-09 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种两路输出反激式开关电路,包括:直流变压模块,用于在第一开关信号的控制下,通过多绕组变压器将输入电压转换为主路输出电压和辅路中间电压;还用于在第二开关信号和第三开关信号的控制下,通过buck电路将辅路中间电压转换为辅路输出电压;主路反馈与控制模块,用于对主路输出电压进行采样,得到第一采样信号;还用于基于第一采样信号,通过自身包含的第一驱动电路输出第一开关信号;辅路反馈与控制模块,用于对辅路输出电压进行采样,得到第二采样信号;还用于基于第二采样信号,通过自身包含的第二驱动电路输出第二开关信号和第三开关信号。本发明可减轻多输出隔离式变换器的交叉调整率的问题。(The invention discloses a flyback switching circuit with two paths of outputs, which comprises: the direct current transformation module is used for converting an input voltage into a main circuit output voltage and an auxiliary circuit intermediate voltage through the multi-winding transformer under the control of the first switching signal; the buck circuit is used for converting the auxiliary circuit intermediate voltage into an auxiliary circuit output voltage under the control of the second switching signal and the third switching signal; the main circuit feedback and control module is used for sampling the output voltage of the main circuit to obtain a first sampling signal; the first sampling circuit is used for outputting a first sampling signal according to a first sampling signal; the auxiliary circuit feedback and control module is used for sampling the output voltage of the auxiliary circuit to obtain a second sampling signal; and the second circuit is also used for outputting a second switching signal and a third switching signal through a second driving circuit contained in the second circuit based on the second sampling signal. The invention can reduce the problem of the cross regulation rate of the multi-output isolated converter.)

一种两路输出反激式开关电路

技术领域

本发明属于开关电路技术领域,具体涉及一种两路输出反激式开关电路。

背景技术

在工业控制、消费者、医疗电子、移动通信等领域,开关电源由于其效率高、体积小、成本低而得到广泛的应用。随着物联网的发展,我们的电子设备越来越信息化、智能化和复杂化。这就意味着我们的电源越来越复杂,由于不同的系统和模块需要不同电平的电源,在一个物联网设备里面就需要多路电源给系统供电。传统的电源解决方案是一个模块设计一个独立的开关电源供电,组成多输出电源系统。这样的电源虽然有可靠性强、电源精度高的优点,但是其成本高、体积大、重量大的缺点也非常明显。同时其开发周期长,也不利于产品的快速上市。如今,市场对于电源的需求越来越趋向于小型化、轻型化、高效率和低成本。

对于多路输出的电源系统,往往采用隔离式的开关电源。多输出隔离式的开关电源每增加一路输出只需要增加一个高频变压器绕组、后级的整流二极管和LC滤波电路,这样组成的多输出电源系统成本迅速降低、体积也大大减小。

然而,基于增加绕组而设计的多输出电源系统也存在很多的问题,其中最主要的问题就是交叉调整率的问题。具体而言,由于隔离式的多路输出电源往往只对主输出回路进行闭环反馈控制,当负载变化时,辅输出回路只能通过变压器的匝比进行稳压控制,得不到精确地反馈控制,致使辅输出回路的电压发生较大的变动。

发明内容

为了减轻多输出隔离式变换器的交叉调整率的问题,本发明提供了一种一种两路输出反激式开关电路。

本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现:

一种两路输出反激式开关电路,包括:

直流变压模块,用于在第一开关信号的控制下,通过自身包含的多绕组变压器将输入电压转换为主路输出电压和辅路中间电压;还用于在第二开关信号和第三开关信号的控制下,通过自身包含的buck电路将所述辅路中间电压转换为辅路输出电压;其中,所述第二开关信号和所述第三开关信号为一对具有死区时间的反相的开关信号;

主路反馈与控制模块,用于对所述主路输出电压进行采样,得到第一采样信号;还用于基于所述第一采样信号,通过自身包含的第一驱动电路生成所述第一开关信号;

辅路反馈与控制模块,用于对所述辅路输出电压进行采样,得到第二采样信号;还用于基于所述第二采样信号,通过自身包含的第二驱动电路生成所述第二开关信号和所述第三开关信号。

可选地,所述直流变压模块,包括:所述多绕组变压器、第一开关管M1、主路二极管D1、辅路二极管D2、所述buck电路以及主路滤波电容C1;其中,

所述多绕组变压器,包括初级线圈、第一次级线圈以及第二次级线圈;

所述初级线圈,一端连接所述输入电压,另一端连接所述第一开关管M1的漏极;所述第一开关管M1的栅极连接所述第一开关信号,且源极接地;

所述第一次级线圈,一端连接所述主路二极管D1的阳极,另一端接地;所述主路二极管D1的阴极输出所述主路输出电压;

所述第二次级线圈,一端连接所述辅路二极管D2的阳极,另一端接地;所述辅路二极管D2的阴极输出所述辅路中间电压;

所述buck电路,输入端连接所述辅路中间电压,输出端输出所述辅路输出电压;其中,所述buck电路中的两个开关管的栅极分别连接所述第二开关信号和所述第三开关信号;

所述主路滤波电容C1,一端连接所述主路二极管D1的阴极,另一端接地。

可选地,所述buck电路,包括:第二开关管M2、第三开关管M3、电感L1以及辅路滤波电容C2;其中,

所述第二开关管M2,栅极连接所述第二开关信号,漏极连接所述辅路中间电压;

所述第三开关管M3,栅极连接所述第三开关信号,源极接地;

所述第二开关管M2的源极、所述第三开关管M3的漏极以及所述电感L1的一端连接在一起;所述电感L1的另一端连接所述辅路滤波电容C2的一端,用于输出所述辅路输出电压;所述辅路滤波电容C2的另一端接地。

可选地,所述主路反馈与控制模块,包括:第一采样电路、光耦以及所述第一驱动电路;其中,

所述第一采样电路,用于对所述主路输出电压进行采样,得到所述第一采样信号;

所述光耦,用于对所述第一采样信号和自身的基准电压进行比较,生成控制信号;

所述第一驱动电路,用于在所述控制信号的控制下生成所述第一开关信号。

可选地,所述辅路反馈与控制模块,包括:第二采样电路、频率补偿电路、PWM发生器以及所述第二驱动电路;其中,

所述第二采样电路,用于对所述辅路输出电压进行采样,得到所述第二采样信号;

所述频率补偿电路,用于对所述第二采样信号进行频率补偿,得到频率响应稳定的第二采样信号;

所述PWM发生器,用于对自身内部生成的三角波与所述频率响应稳定的第二采样信号进行比较,生成PWM方波;

所述第二驱动电路,用于在所述PWM方波的控制下生成所述第二开关信号和所述第三开关信号。

可选地,所述第一驱动电路,包括:峰值电路模式的驱动芯片。

可选地,所述第二驱动电路,包括:双输出的高侧栅极驱动器或高低侧栅极驱动器。

可选地,所述频率补偿电路,包括:III型补偿电路。

本发明提供的两路输出反激式开关电路中,主路反馈与控制模块通过对主路输出电压进行采样,生成第一开关信号来控制主路输出电压的大小;辅路反馈与控制模块通过对辅路输出电压进行采样,生成一对反相的开关信号来控制buck电路输出的辅路输出电压的大小;这样,开关电路的两路输出独立进行采样和反馈,辅路输出电压也可以得到精确的反馈控制,有效地改善了交叉调整率的问题。其中,buck电路的输入来自于受第一开关信号控制的辅路中间电压,第一开关信号又是由主路反馈与控制模块生成的,故而辅路输出电压即使波动也不会超出主路输出电压的大小。

另外,相比现有技术中给多路输出设置加权反馈电路或稳压电路来解决交叉调整率的做法,本发明无需设置加权反馈电路或稳压电路,可以降低开关电路的功耗。

以下将结合附图及对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种两路输出反激式开关电路的结构框图;

图2是图1所示两路输出反激式开关电路中的直流降压模块的电路结构示意图;

图3是本发明实施例提供的一种两路输出反激式开关电路的电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。

为了减轻多输出隔离式变换器的交叉调整率的问题,本发明实施例提供了一种两路输出反激式开关电路;参见图1所示,该两路输出反激式开关电路包括:直流变压模块、主路反馈与控制模块以及辅路反馈与控制模块。

其中,直流变压模块,用于在第一开关信号S1的控制下,通过自身包含的多绕组变压器将输入电压VIN转换为主路输出电压VOUT1和辅路中间电压;还用于在第二开关信号S2和第三开关信号S3的控制下,通过自身包含的buck电路将辅路中间电压转换为辅路输出电压VOUT2;其中,第二开关信号S2和第三开关信号S3为一对具有死区时间的反相的开关信号。

可以理解的是,该直流变压模块中包含有三个开关管;一个开关管受第一开关信号的控制实现打开与关断,记为第一开关管M1,一个开关管受第二开关信号的控制实现打开与关断,记为第二开关管M2,还有一个开关管受第三开关信号的控制实现打开与关断,记为第三开关管M3。

buck电路是一种降压电路,其内部包含有一对开关管,两个开关管的栅极分别连接一对具有死区时间的反相的开关信号,这两个开关管分别为第二开关管M2和第三开关管M3。

多绕组变压器包括初级线圈、第一次级线圈以及第二次级线圈;初级线圈和第一次级线圈实现将输入电压VIN转换为主路输出电压VOUT1,初级线圈和第二次级线圈实现将输入电压转换为辅路中间电压。

主路反馈与控制模块,用于对主路输出电压VOUT1进行采样,得到第一采样信号;还用于基于第一采样信号,通过自身包含的第一驱动电路生成第一开关信号S1。

辅路反馈与控制模块,用于对辅路输出电压VOUT2进行采样,得到第二采样信号;还用于基于第二采样信号,通过自身包含的第二驱动电路输出第二开关信号S2和第三开关信号S3。

可以理解的是,主路反馈与控制模块和辅路反馈与控制模块中均包含有采样电路,该采样电路可以采用电阻分压来搭建。

另外,第一驱动电路和第二驱动电路可以采用驱动芯片及其外围电路来搭建。

本发明实施例提供的两路输出反激式开关电路中,主路反馈与控制模块通过对主路输出电压进行采样,生成第一开关信号来控制主路输出电压的大小;辅路反馈与控制模块通过对辅路输出电压进行采样,生成一对反相的开关信号来控制buck电路输出的辅路输出电压的大小;这样,开关电路的两路输出独立进行采样和反馈,辅路输出电压也可以得到精确的反馈控制,有效地改善了交叉调整率的问题。其中,buck电路的输入来自于受第一开关信号控制的辅路中间电压,第一开关信号又是由主路反馈与控制模块生成的,故而辅路输出电压即使波动也不会超出主路输出电压的大小。

另外,相比现有技术中给多路输出的开关电路在各路输出设置加权反馈电路或稳压电路来解决交叉调整率的做法,本发明实施例无需设置加权反馈电路或稳压电路,可以降低开关电路的功耗。

在一个实施例中,参见图2所示,直流变压模块,包括:多绕组变压器、第一开关管M1、主路二极管D1、辅路二极管D2以及buck电路。

其中,初级线圈,一端A连接输入电压VIN,另一端B连接第一开关管M1的漏极;第一开关管M1的栅极连接第一开关信号S1,且源极接地;

第一次级线圈,一端C连接主路二极管D1的阳极,另一端D接地;主路二极管D1的阴极输出主路输出电压VOUT1;

第二次级线圈,一端E连接辅路二极管D2的阳极,另一端F接地;辅路二极管D2的阴极输出辅路中间电压VMID;

buck电路,输入端连接辅路中间电压VMID,输出端输出辅路输出电压VOUT2;其中,buck电路中的两个开关管的栅极分别连接第二开关信号S2和第三开关信号S3。

其中,参见图2所示,该buck电路,包括:第二开关管M2、第三开关管M3、电感L1以及辅路滤波电容C2。该第二开关管M2,栅极连接第二开关信号S2,漏极连接辅路中间电压VMID;该第三开关管M3,栅极连接第三开关信号S3,源极接地;第二开关管M2的源极、第三开关管M3的漏极以及电感L1的一端G连接在一起;电感L1的另一端H连接辅路滤波电容C2的一端,用于输出辅路输出电压;辅路滤波电容C2的另一端接地。

其中,多绕组变压器、主路二极管D1以及辅路二极管D2形成了反激拓扑,而buck电路作为降压拓扑级联在反激拓扑之后,使得该降压拓扑的输出可以在小于主路输出电压的范围内变化。

其中,当第一开关管M1的栅极输入为高时,第一开关管M1导通,输入电压VIN向初级线圈的励磁电感传递能量,此时主路二极管D1和辅路二极管D2反向关断。

当第一开关管M1的栅极输入为低时,第一开关管M1关断,此时,主路二极管D1和辅路二极管D2导通,初级线圈的励磁电感向第一次级线圈和第二次级线圈的励磁电感传递能量。

其中,主路二极管D1导通时,第一次级线圈的励磁电感向后传递能量,产生了主路输出电压VOUT1。辅路二极管D2导通时,第二次级线圈的励磁电感向后传递能量,产生了辅路中间电压。辅路中间电压继续传递至buck电路,由于buck电路中第二开关管M2和第三开关管M3的栅极电压是反相的,故当第二开关管M2导通时第三开关管M3关断,电感L1储存能量;反之,当第二开关管M2关断时第三开关管M3导通,电感L1储存的能量向后传递,产生辅路输出电压VOUT2。

在另一个实施例中,为了获得更为稳定的主路输出电压VOUT1,直流变压模块还可以包括:主路滤波电容C1;该主路滤波电容C1,一端连接主路二极管D1的阴极,另一端接地。

另外,在图2中,电阻R1代表的是主路输出电压VOU1所外接的负载。电阻R2代表的是辅路输出电压VOUT2所外接的负载。

在一个实施例中,参见图3所示,主路反馈与控制模块,可以包括:第一采样电路、光耦以及第一驱动电路。

其中,第一采样电路,用于对主路输出电压进行采样,得到第一采样信号;

光耦,用于对第一采样信号和自身的基准电压进行比较,生成控制信号;可以理解的是,该光耦的作用在于:作为基准电压来与第一采样信号进行比较。

第一驱动电路,用于在控制信号的控制下生成第一开关信号。

可选地,该第一驱动电路,包括:峰值电路模式的驱动芯片。示例性的,该驱动芯片可以采用型号为UCC28C42、UCC28C40或者UCC38C42等同类型的驱动芯片。可以理解的是,在实际电路中,该第一驱动电路还包括驱动芯片的外围电路。

在一个实施例中,继续参见图3所示,辅路反馈与控制模块,可以包括:第二采样电路、频率补偿电路、PWM发生器以及第二驱动电路;其中,

第二采样电路,用于对辅路输出电压进行采样,得到第二采样信号;

频率补偿电路,用于对第二采样信号进行频率补偿,得到频率响应稳定的第二采样信号。可选地,频率补偿电路可以采用III型补偿电路,当然并不局限于此,任何能够实现频率补偿的电路均适用于本发明实施例中。

PWM(脉冲宽度调制)发生器,用于对自身内部生成的三角波与频率响应稳定的第二采样信号进行比较,生成PWM方波;

第二驱动电路,用于在PWM方波的控制下生成第二开关信号和第三开关信号。

可选地,该第二驱动电路包括:双输出的高侧栅极驱动器或高低侧栅极驱动器。示例性的,可以用型号为LM5106的驱动芯片及其外围电路搭建形成第二驱动电路。该型号为LM5106的驱动芯片为一款高侧栅极驱动器,可以生成两个具有死区时间的反相的驱动信号。

需要说明的是,上文示出的主路反馈与控制模块、辅路反馈与控制模块的具体电路结构仅仅作为示例,并不构成对本发明实施例的限定。任何能够实现电压采样以及基于采样电压驱动形成用于反馈和控制的开关信号的电路均适用于本发明实施例中。

需要说明的是,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管在此结合各实施例对本发明进行了描述,然而,在实施所要求保护的本发明过程中,本领域技术人员通过查看所述附图、公开内容、以及所附权利要求书,可理解并实现所述公开实施例的其他变化。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的保护范围。

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