CN109787480A - 一种磁隔离反馈电路及磁隔离反馈方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁隔离反馈电路及磁隔离反馈方法，括反馈脉冲发生电路、磁反馈变压器、整流滤波电路、取样比较电路及变压器复位电路；所述反馈脉冲发生电路用于提供变压器所需要的交流信号；所述变压器复位电路用于复位变压器；所述整流滤波电路用于将变压器输出的信号整流成为直流信号；所述取样比较电路用于将反馈信号取样成所需反馈信号，反馈给原边PWM控制芯片的比较端。本发明应用环境由常规的‑55～125℃提高至‑55～185℃，为高温DC/DC变换器提供了精确稳定的电压反馈环路。具有静态电流小、反馈精度高等特点，可广泛应用于各类高温开关电源中。

Description

一种磁隔离反馈电路及磁隔离反馈方法

技术领域

本发明涉及高温开关电源电路领域，具体涉及一种磁隔离反馈电路及磁隔离反馈方法。

背景技术

当前高可靠、长寿命、工作温度范围宽(-55～125℃)、抗环境应力能力强的常规厚膜混合集成DC/DC变换器广泛应用于航天、航空、兵器、船舶等各种应用领域。随着科学技术的进步，整机系统对DC/DC变换器的要求也越来越高，其发展方向主要为高频化、小型化、高功率密度等。但是同时对包括抗辐照、耐极高温、耐极低温等在内的耐受特殊环境能力的DC/DC变换器的需求也越来越强烈。

深空探测、深井勘探、飞机发动机控制系统和内燃机战车控制系统中均存在高温环境。如月球表面高温可达127℃以上；深井测井仪器需要工作在环境温度168℃以上；飞机发动机控制系统工作的最高工作温度可达93℃以上；内燃机战车控制系统工作的最高温度可达90℃以上。最高壳温125℃的常规DC/DC变换器工作在环境温度90℃时，考虑到外壳存在温升，已达到现有产品能力极限，无法满足温度降额要求，因此这些特殊场合需要能够耐受高温的电源产品。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁隔离反馈电路及磁隔离反馈方法，突破了常规半导体175℃结温的限制，可用在最高壳温185℃的高温DC/DC变换器中。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种磁隔离反馈电路，包括反馈脉冲发生电路、磁反馈变压器、整流滤波电路、取样比较电路及变压器复位电路；

所述反馈脉冲发生电路的输入端与输出电压连接，其输出端与磁反馈变压器的输入端连接，用于提供变压器所需要的交流信号；

所述变压器复位电路与磁反馈变压器的初级线圈连接，用于复位变压器；

所述整流滤波电路的输入端与高温磁反馈变压器输出端连接，用于将变压器输出的信号整流成为直流信号；

所述取样比较电路的输入端与所述整流滤波电路的输出端连接，其输出端与原边PWM控制芯片的输入端连接，所述取样比较电路用于将反馈信号取样成所需反馈信号，反馈给原边PWM控制芯片的比较端。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述脉冲发生电路包括PWM控制芯片、供电电路、控制电路、振荡电路及驱动电路，所述供电电路、控制电路、振荡电路的输出端与PWM控制芯片的输入端连接，所述PWM控制芯片的输出端与驱动电路的输入端连接。

所述供电电路采用电容C1，所述电容C1的一端与PWM控制芯片的Vin端连接，电容C1的另一端接地。

所述控制电路由电阻R1、R2、R3、R4及电容C2、C3、C4、C5、C6组成，所述电阻R1的一端与PWM控制芯片的AVDD端连接，电阻R1的另一端与PWM控制芯片的VDD端连接，所述电容C2的一端与PWM控制芯片的AVDD端连接，其另一端接地，所述电容C3的一端与PWM控制芯片的端连接，其另一端接地，所述电阻R2与电容C4串联后并联在电容C3的两端，所述电阻R3与电容C5并联后的一端与PWM控制芯片的OE端及PG端连接，其并联后的另一端与PWM控制芯片的VDD端连接，所述电阻R4的一端与PWM控制芯片的ENABLE端连接，其另一端与PWM控制芯片的Vin端连接。

所述振荡电路采用电容C7，所述电容C7的一端与PWM控制芯片的THRESHOLD端连接，电容C7的另一端接地。

所述驱动电路由开关管Q1和电阻R5组成，所述开关管Q1的漏极与磁反馈变压器的中间触点连接，开关管Q1的源极接地，开关管Q1的栅极经电阻R5与PWM控制芯片的PWM端连接。

所述变压器复位电路包括开关管Q2及电阻R6，所述开关管Q2的栅极及源极均接地，开关管Q2的漏极与变压器的原边绕组的一端连接，所述电阻R6的一端与磁反馈变压器的中间触点连接。

所述整流滤波电路包括开关管Q3及电容C7，所述开关管Q3的栅极与磁反馈变压器的副边绕组的一端连接，开关管Q3的源极经电容C7接地，开关管Q3的漏极与磁反馈变压器的副边绕组的另一端连接。

所述取样比较电路包括电阻R7及电阻R8，所述电阻R7的一端与开关管Q3的栅极连接，电阻R7的另一端经电阻R8接地。

由上述技术方案可知，本发明所述的磁隔离反馈电路及磁隔离反馈方法，应用环境由常规的-55～125℃提高至-55～185℃，为高温DC/DC变换器提供了精确稳定的电压反馈环路。具有静态电流小、反馈精度高等特点，可广泛应用于各类高温开关电源中。

附图说明

图1是本发明的电路框图；

图2是本发明的反馈脉冲发生电路的电路框图；

图3是本发明的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1所示，本实施例的磁隔离反馈电路，包括反馈脉冲发生电路1、磁反馈变压器2、整流滤波电路3、取样比较电路4及变压器复位电路6；

该反馈脉冲发生电路1的输入端与输出电压连接，反馈脉冲发生电路1的输出端与磁反馈变压器2的输入端连接，用于提供变压器所需要的交流信号；变压器复位电路6与磁反馈变压器2的初级线圈连接，用于复位变压器；整流滤波电路3的输入端与高温磁反馈变压器2输出端连接，用于将变压器输出的信号整流成为直流信号；取样比较电路4的输入端与整流滤波电路3的输出端连接，其输出端与原边PWM控制芯片的输入端连接，取样比较电路4用于将反馈信号取样成所需反馈信号，反馈给原边PWM控制芯片的比较端。

如图2所示，脉冲发生电路包括PWM控制芯片11、芯片供电电路12、芯片控制电路13、振荡电路14及驱动电路15，芯片供电电路12、芯片控制电路13、振荡电路14的输出端均与PWM控制芯片11的输入端连接，PWM控制芯片11的输出端与驱动电路15的输入端连接。

如图3所示，本实施例的供电电路12采用电容C1，该电容C1的一端与PWM控制芯片的Vin端连接，电容C1的另一端接地。振荡电路采用电容C7，电容C7的一端与PWM控制芯片的THRESHOLD端连接，电容C7的另一端接地。

控制电路15由电阻R1、R2、R3、R4及电容C2、C3、C4、C5、C6组成，电阻R1的一端与PWM控制芯片11的AVDD端连接，电阻R1的另一端与PWM控制芯片的VDD端连接，电容C2的一端与PWM控制芯片11的AVDD端连接，电容C2的另一端接地，电容C3的一端与PWM控制芯片11的端连接，电容C3的另一端接地，电阻R2与电容C4串联后并联在电容C3的两端，电阻R3与电容C5并联后的一端与PWM控制芯片11的OE端及PG端连接，电阻R3与电容C5并联后的另一端与PWM控制芯片11的VDD端连接，电阻R4的一端与PWM控制芯片11的ENABLE端连接，电阻R4的另一端与PWM控制芯片11的Vin端连接。

驱动电路15由开关管Q1和电阻R5组成，开关管Q1的漏极与磁反馈变压器2的中间触点连接，开关管Q1的源极接地，开关管Q1的栅极经电阻R5与PWM控制芯片11的PWM端连接。

变压器复位电路6包括开关管Q2及电阻R6，开关管Q2的栅极及源极均接地，开关管Q2的漏极与变压器的原边绕组的一端连接，电阻R6的一端与磁反馈变压器2的中间触点连接。

整流滤波电路3包括开关管Q3及电容C7，开关管Q3的栅极与磁反馈变压器2的副边绕组的一端连接，开关管Q3的源极经电容C7接地，开关管Q3的漏极与磁反馈变压器2的副边绕组的另一端连接。

取样比较电路4由电阻R7及电阻R8组成，电阻R7的一端与开关管Q3的栅极连接，电阻R7的另一端经电阻R8接地。

工作原理：

芯片供电电路12由电容C1组成，供电电压经由滤波电容C1至地，滤波后的电压输入至PWM控制芯片11的Vin端，为整个反馈脉冲发生电路1提供供电电压；供电电压连接电阻R4至高温PWM控制芯片4的ENABLE端，通过调节电阻R4的参数来限制电流，以防芯片烧毁，芯片控制电路13使高温PWM控制芯片11始终工作在固定频率且占空比固定，其中C7电容用来确定电路的振荡频率，R3，C5可设置PWM芯片输出的导通时间，电阻R1、R2，及电容C2、C3、C4用来给芯片内部基准VDD滤波，用来提供电路所需的VDD电压；高驱动电路15由电阻R5和开关管Q1组成，PWM芯片11的PWM脚输出驱动信号，经过驱动电阻R5驱动开关管Q1，给磁反馈变压器2提供所需的交流信号。

磁反激变压器2采用反激拓扑，当开关管Q1开通时，绕组1开始存储能量，当开关管Q1关断时，磁反馈变压器中存储的能量由变压器复位电路6(绕组2以及开关管Q2)中释放，实现变压器的复位。而由于变压器复位电路6将存储能量返回了供电端，因此，该形式电路损耗非常小，静态电流较小；绕组3为高温磁反激变压器2的次级绕组，将反馈信号传输到整流滤波电路3，经过整流滤波电路3中的开关管Q3的整流以及滤波电容C7的滤波之后，反馈信号输入到取样比较电路4，经过上取样电阻R7以及下取样电阻R8的取样，最终得到电路所需的反馈电压，反馈回原边PWM芯片11，完成了磁隔离反馈的功能。

本实施例优选基于Soi芯片，可在225℃以上的高温环境中正常工作。电容、磁性材料均优选可抗击200℃高温的耐高温器件。因此可将电路整体的工作温度由常规-55～125℃提升至-55～185℃。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种磁隔离反馈电路，其特征在于：包括反馈脉冲发生电路、磁反馈变压器、整流滤波电路、取样比较电路及变压器复位电路；

所述反馈脉冲发生电路的输入端与输出电压连接，其输出端与磁反馈变压器的输入端连接，用于提供变压器所需要的交流信号；

所述变压器复位电路与磁反馈变压器的初级线圈连接，用于复位变压器；

所述整流滤波电路的输入端与高温磁反馈变压器输出端连接，用于将变压器输出的信号整流成为直流信号；

所述取样比较电路的输入端与所述整流滤波电路的输出端连接，其输出端与原边PWM控制芯片的输入端连接，所述取样比较电路用于将反馈信号取样成所需反馈信号，反馈给原边PWM控制芯片的比较端。

2.根据权利要求1所述的磁隔离反馈电路，其特征在于：所述脉冲发生电路包括PWM控制芯片、供电电路、控制电路、振荡电路及驱动电路，所述供电电路、控制电路、振荡电路的输出端与PWM控制芯片的输入端连接，所述PWM控制芯片的输出端与驱动电路的输入端连接。

3.根据权利要求2所述的磁隔离反馈电路，其特征在于：所述供电电路采用电容C1，所述电容C1的一端与PWM控制芯片的Vin端连接，电容C1的另一端接地。

4.根据权利要求2所述的磁隔离反馈电路，其特征在于：所述控制电路由电阻R1、R2、R3、R4及电容C2、C3、C4、C5、C6组成，所述电阻R1的一端与PWM控制芯片的AVDD端连接，电阻R1的另一端与PWM控制芯片的VDD端连接，所述电容C2的一端与PWM控制芯片的AVDD端连接，其另一端接地，所述电容C3的一端与PWM控制芯片的端连接，其另一端接地，所述电阻R2与电容C4串联后并联在电容C3的两端，所述电阻R3与电容C5并联后的一端与PWM控制芯片的OE端及PG端连接，其并联后的另一端与PWM控制芯片的VDD端连接，所述电阻R4的一端与PWM控制芯片的ENABLE端连接，其另一端与PWM控制芯片的Vin端连接。

5.根据权利要求2所述的磁隔离反馈电路，其特征在于：所述振荡电路采用电容C7，所述电容C7的一端与PWM控制芯片的THRESHOLD端连接，电容C7的另一端接地。

6.根据权利要求2所述的磁隔离反馈电路，其特征在于：所述驱动电路由开关管Q1和电阻R5组成，所述开关管Q1的漏极与磁反馈变压器的中间触点连接，开关管Q1的源极接地，开关管Q1的栅极经电阻R5与PWM控制芯片的PWM端连接。

7.根据权利要求1所述的磁隔离反馈电路，其特征在于：所述变压器复位电路包括开关管Q2及电阻R6，所述开关管Q2的栅极及源极均接地，开关管Q2的漏极与变压器的原边绕组的一端连接，所述电阻R6的一端与磁反馈变压器的中间触点连接。

8.根据权利要求1所述的磁隔离反馈电路，其特征在于：所述整流滤波电路包括开关管Q3及电容C7，所述开关管Q3的栅极与磁反馈变压器的副边绕组的一端连接，开关管Q3的源极经电容C7接地，开关管Q3的漏极与磁反馈变压器的副边绕组的另一端连接。

9.根据权利要求8所述的磁隔离反馈电路，其特征在于：所述取样比较电路包括电阻R7及电阻R8，所述电阻R7的一端与开关管Q3的栅极连接，电阻R7的另一端经电阻R8接地。

10.一种磁隔离反馈方法，其特征在于：

磁反激变压器采用反激拓扑，通过开关管控制磁反激变压器存储能量；

磁反激变压器中存储的能量由变压器复位电路释放，实现变压器的复位；

磁反激变压器将原边传递的能量输出到整流滤波电路，经过整流滤波电路中的开关管整流以及滤波电容滤波之后，将反馈信号输入到取样比较电路，经过上取样电阻以及下取样电阻，得到电路所需的反馈电压，反馈回原边PWM芯片。