CN102891604A

CN102891604A - 一种用于隔离电源的隔离变换器以及一种多输出隔离电源

Info

Publication number: CN102891604A
Application number: CN2011102126161A
Authority: CN
Inventors: 张峰
Original assignee: Alcatel Optical Networks Israel Ltd
Current assignee: Alcatel Lucent SAS; Alcatel Optical Networks Israel Ltd
Priority date: 2011-07-22
Filing date: 2011-07-22
Publication date: 2013-01-23

Abstract

本发明涉及一种用于隔离电源的隔离变换器，包括：第一隔离变压器(T11)；第二隔离变压器(T12)；其中，所述第一和所述第二隔离变压器(T11，T12)的原边并联至相同的原边电压，并且所述第一和第二隔离变压器(T11，T12)的副边电压经整流后串联连接。这样能够降低对所涉及的电路元件的耐压要求，可以使用价格便宜，性能稳定的低压电路元件来代替价格昂贵，性能稳定性差的高压电路元件，由此在提高变换器的转换效率的同时，还提高了电路稳定性，降低了生产成本。

Description

一种用于隔离电源的隔离变换器以及一种多输出隔离电源

技术领域

本发明涉及一种用于隔离电源的隔离变换器，以及一种同时提供至少两个供电电压的多输出隔离电源。

背景技术

在很多电路设计中，电路的某些部分的电源可能需要与电路的其他部分相隔离。常用隔离电源来满足这样的需求。另一方面，在实际应用中，经常需要同时为不同的电路器件提供不同的电源电压。目前，通常采用多输出隔离电源来提供不同电路元件所需要的供电电压。

现有技术中的多输出隔离电源中使用的隔离变换器主要采用两种结构。一种采用多个隔离变换器Ci1～Cin分别与输入电压V_in连接，如图1A所示，各隔离变换器的输出Vo1～Von分别为不同的电路元件提供所需要的供电电压。这种结构的转换效率高，但是由于隔离变换器的成本较高，采用多个隔离变换器无疑增加了隔离变换器的成本。

现有技术中的另一种隔离变换器结构如图1B所示，采用一个隔离变换器Ci，将该隔离变换器的输出连接至总线电压，通过n个非隔离变换器C1～Cn分别将总线电压转换至各电路元件需要的供电电压Vo1～Von。这种结构由于仅采用了一个隔离变换器，降低了电路成本。然而，在实际应用中，多输出隔离电源需要同时提供的电压可能相差较大。例如多输出隔离电源可能需要同时为功率放大电路和数字电路供电，功率放大电路需要的供电电压往往较高，例如28V，而数字电路所需要的供电电压往往较低，例如5.5V。这时采用图1B中示出的这种结构功率损耗较大。这是因为总线电压相对较高，在多输出隔离电源需要提供的电压较低时，在变换器两端的压差较大。例如当总线电压为36V时，如果变换器需要为数字电路提供5.5V的工作电压，在变换器上产生的压降为30.5V，由此产生较大的功率损耗。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种转换效率高，功率损耗小，并且生产成本低的隔离变换器。这将是非常有益的。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于隔离电源的隔离变换器，包括：第一隔离变压器(T11)；第二隔离变压器(T12)；其中，所述第一和所述第二隔离变压器(T11，T12)的原边并联至相同的原边电压，并且所述第一和第二隔离变压器(T11，T12)的副边电压经整流后串联连接。

通过两个隔离变压器这样的连接，降低了对所涉及的电路元件的耐压要求，可以使用价格便宜，性能稳定的低压电路元件来代替价格昂贵，性能稳定性差的高压电路元件，由此降低了生产成本。

进一步地，第一和第二隔离变压器(T11，T12)的匝比相同。

由此使得两个隔离变压器的EMI共模噪声相互抵消，从而不需要另外设置共模滤波电路，简化电路。

根据本发明的另一个方面，提出了一种同时提供至少两个供电电压的多输出隔离电源，其中包括上述隔离变换器，第一和第二隔离变压器(T11，T12)的副边电压经过整流之后的高电位(Vo11，Vo12)分别连接至少一个变换器(C1，Cn1，Cn2，Cn)的输入端。

进一步地，所述至少两个供电电压包括第一电压和第二电压，其中，第一电压不大于第二电压的二分之一。

在多输出隔离电源为所需供电电压较小的电路元件供电时，由于第一隔离变压器的副边电压较低，用第一隔离变压器的副边电压经过整流之后的高电位连接变换器的输入端，能够降低变换器两端的压降，从而减少在变换器上产生的功率损耗。

附图说明

在下文中将参照以下附图通过例子更具体地描述本发明的优选

实施例：

图1A和图1B示出了现有技术中使用两种多输出隔离电源的电路框图，

图2示出了依据本发明的一个实施例的用于隔离电源的隔离变换器的电路框图，

图3示出了包含图2中所示的隔离变换器的多输出隔离电源的一个电路框图，

图4示出了包含图2中所示的隔离变换器的多输出隔离电源的另一个电路框图，

图5中示出了图4中实施例的多输出隔离电源的更加具体的电路框图。

具体实施方式

图2示出了依据本发明的一个实施例的用于隔离电源的隔离变换器的电路框图。图2中示出的MOS管M31、M32、M33、M34连接形成全桥逆变电路，将输入的直流电压V_in转换为交流电压，以用于变压器进行电压转换。隔离变换器包括：第一隔离变压器T11；第二隔离变压器T12；其中，第一和第二隔离变压器T11、T12的原边并联至相同的原边电压，即输入电压经过逆变之后的电压。第一和第二隔离变压器T11、T12的副边输出的交流电压经过整流电路转换为直流电压。

在这一实施例中，MOS管M11、M12连接构成第一隔离变压器T11的整流电路，MOS管M21、M22连接构成第二隔离变压器T12 的整流电路。能够理解的是，图2中的整流电路并不是唯一的实施方式，能够使用本领域技术人员所熟知的任何其他整流电路来代替图2中的整流电路。图2中的电感L11、L12和L21、L22起滤波作用，能够使输出电压平滑，应当理解，电感L11、L12和L21、L22对于本发明的理解和实施并不是必须的。

第一和第二隔离变压器T11、T12的副边电压经整流后串联连接。具体地，在图2中，第一隔离变压器T11副边电压经过整流之后的参考地为Ref GND_1，高电位为Vo11。第二隔离变压器T12副边电压经过整流之后的参考地为Ref_GND 2，高电位为Vo12。Ref_GND1与地相连接，Ref_GND 2与Vo11相连接。

通过两个隔离变压器T11、T12这样的连接，使得整流电路中的电路元件所需要承受的压降降低。具体原因如下：

例如，当输入电压V_in经过逆变之后的电压峰值为72V时，假定占空比为0.5，为了获得72V的输出电压，对于传统的仅包含一个隔离变压器的隔离变换器，可以使用例如匝比为1∶2的隔离变压器。这样，隔离变压器的副边电压连接的整流电路中使用的元器件需要承受的压降为144V，例如整流电路中的MOS管可能需要选用例如耐压200V的MOS管。然而如果使用图2所示的隔离变换器结构，在输入电压V_in经过逆变之后的电压峰值同样为72V且占空比为0.5的情况下，为了获得72V的输出电压Vo12，采用两个匝比均为1∶1的隔离变换器T11和T12，Vo11和Ref_GND 1之间的压差以及Vo12和Ref_GND 2之间的压差仅为72V。因此整流电路中采用的MOS管M11、M12和M21、M22可以选用耐压100V的MOS管。由于耐压高的MOS管成本往往较高，而性能却可能不如耐压低的MOS管稳定，用耐压较低的MOS管代替耐压高的MOS管能够降低电路的成本，实现性价比的提高。

能够理解的是，第一和第二隔离变压器T11、T12采用相同的匝比使得两个隔离变压器的原边和副边EMI共模噪声相互抵消，从而不需要另外设置共模滤波电路，进一步简化电路。如果两个隔离变压器匝比不同，可能需要设置额外的共模滤波电路，但是仍然能够使用耐压较低的电路元件来代替耐压较高的电路元件，达到降低成本提高电路稳定性的效果。

图3示出了一种包含图2中所示的隔离变换器的多输出隔离电源的电路框图。该多输出隔离电源同时提供Vo1-Von共n个电压，其中n为大于等于2的正整数。图2中第一隔离变压器T11的副边电压经过整流之后的高电位Vo11连接变换器C1-Cn1的输入端，第二隔离变压器T12的副边电压经过整流之后的高电位Vo12连接变换器Cn2-Cn的输入端。其中C1-Cn1的输出Vo1-Von1用于为需要较大电源电压的电路部件供电，Cn2-Cn的输出Von2-Von用于为需要较小电源电压的电路部件供电。由于Vo11电压低于Vo12，由此能够降低在变换器Cn2-Cn上的压降，从而提高转换效率。

进一步地，变换器C1-Cn1采用非隔离变换器。由此能够减少所采用的隔离变换器的数目，从而降低成本。

进一步地，在图3中包含的隔离变换器中的第一隔离变压器T11和第二隔离变压器T12的匝比均为1∶1时，Vo11和Ref_GND 1之间的压差以及Vo12和Ref_GND 2之间的压差相等。能够将Vo12连接至总线电压，相应地，将Vo11连接1/2总线电压。通过总线电压连接变换器C1-Cn1，用以提供Vo1-Von1的输出电压，通过1/2总线电压连接变换器Cn2-Cn，用以提供Von2-Von的输出电压。在Von2-Von不大于Vo1-Von1的二分之一的情况下，包含本发明公开的隔离变换器的多输出隔离电源是非常有益的。因为在这种情况下，依据本发明的隔离变换器能够非常明显地降低降压变换器上的压降，提高转换效率。

图4示出了依据本发明的另一个实施例的多输出隔离电源的电路框图。变换器C1、Cn的输出端连接至另外的变换器Cm11、Cmn1-Cmnn的输入端，以使得在输出Vo1和Von的同时，还能够输出Vom11、Vomn1、Vomnn，以满足不同电路组件的供电需求。其中Cm11、Cmn1-Cmnn可以是非隔离降压变换器。

在图5中以Vo11和Ref_GND 1之间的压差以及Vo12和Ref_GND 2之间的压差均为18V为例进行说明。Vo11相对于地的输出电压为18V，Vo12相对于地的输出电压为36V。Vo12连接能够将36V电压转换成28V电压的降压变换器C1，Vo11连接能够将18V电压转换成12V电压的降压变换器C2。C1的输出一方面能够为功率放大电路提供28V的供电电压，另一方面还能够级联降压变换器Cm11，用于将28V电压转换成24V电压，为电路中需要24V供电电压的部件供电。C2的输出一方面能够提供12V的供电电压，另一方面还能够级联降压变换器Cm21，用于将12V电压转换成5.5V电压，为电路中需要5.5V供电电压的部件供电。

在这一实施例中，在变换器C1上的压降为8V，在变换器C2上的压降为6V，在变换器Cm11上的压降为4V，在Cm21上的压降为6.5V。如果采用图1B中的隔离变换器结构，为提供上述4个电压，需要使用36V转28V的变换器、36V转24V的变换器、36V转12V的变换器、36V转5.5V的变换器，这样在每个变换器上的压降分别为8V、12V、24V和30.5V。这种情况下的压降明显较大，转换效率低。如果采用变换器级联的结构，依次采用隔离36V转28V的变换器、28V转24V的变换器、24V转12V的变换器、12V转5.5V的变换器，转换效率低，稳定性差，可能存在拍频现象，并且增加了电路成本和复杂度。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论如何来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。此外，明显的，“包括”一词不排除其他元素和步骤，并且措辞“一个”不排除复数。

Claims

1.一种用于隔离电源的隔离变换器，包括：

第一隔离变压器(T11)；

第二隔离变压器(T12)；

其中，所述第一和所述第二隔离变压器(T11，T 12)的原边并联至相同的原边电压，并且所述第一和第二隔离变压器(T11，T12)的副边电压经整流后串联连接。

2.根据权利要求1所述的隔离变换器，其特征在于，所述第一和第二隔离变压器(T11，T12)的匝比相同。

3.根据权利要求1所述的隔离变换器，其特征在于，所述第一和第二隔离变压器(T11，T12)的匝比均为1∶1。

4.根据权利要求1所述的隔离变换器，其特征在于，所述第一隔离变压器(T11)副边电压经过整流之后的参考地(Ref_GND 1)与地相连接，所述第二隔离变压器(T12)副边电压经过整流之后的参考地(Ref_GND 2)与所述第一隔离变压器(T11)副边电压经过整流之后的高电位(Vo11)相连接。

5.一种同时提供至少两个供电电压的多输出隔离电源，其中包括根据权利要求1至5中任意一项所述的隔离变换器，所述第一和第二隔离变压器(T11，T12)的副边电压经过整流之后的高电位(Vo11，Vo12)分别连接至少一个变换器(C1，Cn1，Cn2，Cn)的输入端。

6.根据权利要求5所述的多输出隔离电源，其特征在于，所述至少两个供电电压包括第一电压和第二电压，其中，所述第一电压不大于第二电压的二分之一。

7.根据权利要求5所述的多输出隔离电源，其特征在于，所述至少一个变换器(C1，Cn1，Cn2，Cn)是非隔离变换器。

8.根据权利要求5所述的隔离变换器，其特征在于，所述至少一个变换器(C1，Cn1，Cn2，Cn)中至少一个变换器的输出端连接至少一个另外的变换器(Cm11，Cmn1，Cmnn)的输入端。