隔離電源及其控制方法、芯片技術(shù)

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)了一種隔離電源及其控制方法、芯片，隔離電源包括：平面變壓器、全橋控制電路以及反饋控制電路。平面變壓器包括相互耦合的原、副邊繞組；與輸入電壓以及原邊繞組的兩端相連；反饋控制電路包括控制電路和信號(hào)產(chǎn)生電路，控制電路用于產(chǎn)生對(duì)全橋控制電路進(jìn)行控制的開(kāi)關(guān)信號(hào)，信號(hào)產(chǎn)生電路基于隔離電源輸出的電壓產(chǎn)生脈沖控制信號(hào)以控制控制電路的開(kāi)啟和關(guān)閉。根據(jù)本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)的隔離電源及信號(hào)控制方法，通過(guò)采用集成片內(nèi)平面變壓器的方式，在實(shí)現(xiàn)高集成度小體積的同時(shí)，還實(shí)現(xiàn)了高效率、低成本、低EMI等特性。低EMI等特性。低EMI等特性。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
隔離電源及其控制方法、芯片


[0001]本專(zhuān)利技術(shù)是關(guān)于開(kāi)關(guān)電源領(lǐng)域，特別是關(guān)于一種隔離電源及其控制方法、芯片。

技術(shù)介紹

[0002]如圖1所示，得益于磁芯的四象限運(yùn)行，推挽變換器是目前功率密度較高的隔離型拓?fù)洹Ｆ渲校吚@組連接的開(kāi)關(guān)管N1和N2互補(bǔ)導(dǎo)通，磁芯在磁化和退磁狀態(tài)之間往復(fù)；副邊繞組連接橋式整流。這種拓?fù)淙秉c(diǎn)如下：
[0003]1、主開(kāi)關(guān)管承受的電壓應(yīng)力是2倍的輸入電壓Vin。
[0004]2、對(duì)變壓器的漏感敏感，過(guò)大的漏感會(huì)在主開(kāi)關(guān)管的漏極產(chǎn)生大的電壓尖峰，甚至燒毀主開(kāi)關(guān)管，同時(shí)漏感也會(huì)帶來(lái)效率損失。
[0005]3、受限于變壓器寄生參數(shù)的影響，開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)頻率做不高，也就意味著體積較大。
[0006]4、為保證結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性，推挽變換器不容易通過(guò)在原、副邊繞組之間增加屏蔽來(lái)提高低EMI性能。
[0007]公開(kāi)于該
技術(shù)介紹
部分的信息僅僅旨在增加對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)的總體背景的理解，而不應(yīng)當(dāng)被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

[0008]本專(zhuān)利技術(shù)的目的在于提供一種隔離電源及其控制方法、芯片，其能夠?qū)崿F(xiàn)高集成度、小體積的同時(shí)，還實(shí)現(xiàn)了高效率、低成本、低EMI等特性。
[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專(zhuān)利技術(shù)的實(shí)施例提供了一種隔離電源，包括：平面變壓器、全橋控制電路以及反饋控制電路。
[0010]所述平面變壓器包括相互耦合的原邊繞組和副邊繞組；與輸入電壓以及原邊繞組的兩端相連；所述反饋控制電路包括控制電路和信號(hào)產(chǎn)生電路，所述控制電路用于產(chǎn)生對(duì)全橋控制電路進(jìn)行控制的開(kāi)關(guān)信號(hào)，所述信號(hào)產(chǎn)生電路基于隔離電源輸出的電壓產(chǎn)生脈沖控制信號(hào)以控制控制電路的開(kāi)啟和關(guān)閉。
[0011]在本專(zhuān)利技術(shù)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述平面變壓器包括至少兩組相互并聯(lián)連接的原邊繞組、以及至少兩組相互串聯(lián)連接的副邊繞組。
[0012]在本專(zhuān)利技術(shù)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述全橋控制電路包括第一開(kāi)關(guān)管、第二開(kāi)關(guān)管、第三開(kāi)關(guān)管和第四開(kāi)關(guān)管，所述第一開(kāi)關(guān)管的第一端和第二開(kāi)關(guān)管的第一端相連且連接輸入電壓，所述第一開(kāi)關(guān)管的控制端和第二開(kāi)關(guān)管的控制端分別用于接收對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)信號(hào)，所述第一開(kāi)關(guān)管的第二端、第三開(kāi)關(guān)管的第二端以及原邊繞組的第一端相連，所述第二開(kāi)關(guān)管的第二端、第四開(kāi)關(guān)管的第二端以及原邊繞組的第二端相連，所述第三開(kāi)關(guān)管的控制端和第四開(kāi)關(guān)管的控制端分別用于接收對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)信號(hào)，所述第三開(kāi)關(guān)管的第一端和第四開(kāi)關(guān)管的第一端與地電壓相連。
[0013]在本專(zhuān)利技術(shù)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述控制電路包括邏輯電路和振蕩器，所述振
蕩器用于產(chǎn)生控制信號(hào)，所述邏輯電路與全橋控制電路和振蕩器相連，所述邏輯電路用于基于控制信號(hào)輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)并在脈沖控制信號(hào)的控制下開(kāi)啟和關(guān)閉。
[0014]在本專(zhuān)利技術(shù)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述信號(hào)產(chǎn)生電路包括采樣單元、放大器、比較器和數(shù)字隔離器；
[0015]所述采樣單元與隔離電源的輸出端相連，用于對(duì)隔離電源的輸出電壓進(jìn)行采樣而獲得采樣電壓；
[0016]所述放大器具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，所述放大器的第一輸入端與參考電壓相連，所述放大器的第二輸入端與采樣單元相連，所述放大器用于將采樣電壓與基準(zhǔn)電壓的誤差進(jìn)行放大而獲得誤差放大信號(hào)；
[0017]所述比較器具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，所述比較器的第一輸入端與比較信號(hào)相連，所述比較器的第二輸入端與放大器的輸出端相連，所述比較器的輸出端與數(shù)字隔離器相連，所述比較器用于將比較信號(hào)與誤差放大信號(hào)進(jìn)行比較并通過(guò)數(shù)字隔離器輸出脈沖控制信號(hào)。
[0018]在本專(zhuān)利技術(shù)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述平面變壓器為空心平面變壓器。
[0019]在本專(zhuān)利技術(shù)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述平面變壓器還包括屏蔽繞組，所述屏蔽繞組設(shè)置于相互耦合的原邊繞組和副邊繞組之間，所述屏蔽繞組的一端與原邊繞組的一端相連。
[0020]在本專(zhuān)利技術(shù)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述隔離電源還包括整流電路，所述整流電路用于將副邊繞組輸出的交流電轉(zhuǎn)化為直流電。
[0021]本專(zhuān)利技術(shù)還公開(kāi)了一種隔離電源的控制方法，包括：
[0022]通過(guò)控制電路產(chǎn)生開(kāi)關(guān)信號(hào)；
[0023]通過(guò)開(kāi)關(guān)信號(hào)控制全橋控制電路的開(kāi)啟和關(guān)閉以控制原邊繞組的輸出信號(hào)；
[0024]通過(guò)信號(hào)產(chǎn)生電路基于隔離電源輸出的電壓產(chǎn)生脈沖控制信號(hào)以控制控制電路的開(kāi)啟和關(guān)閉。
[0025]本專(zhuān)利技術(shù)還公開(kāi)了一種芯片，包括所述的隔離電源。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)實(shí)施例的隔離電源及其控制方法、芯片，通過(guò)采用集成空心平面變壓器的全橋控制電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使得開(kāi)關(guān)管受到的電壓應(yīng)力等于輸入電壓Vin，相比推挽變壓器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)而降低了一半，而且無(wú)電壓尖刺，可以降低開(kāi)關(guān)管的成本。
[0027]通過(guò)利用全橋拓?fù)鋵?duì)漏感不敏感的特點(diǎn)，采用漏感較大的空心平面變壓器，可以利用空氣傳輸能量，去掉了傳統(tǒng)變壓器必須要有的磁芯，從而節(jié)省了材料，降低了工藝成本。
[0028]通過(guò)采用無(wú)磁芯架構(gòu)，從而不會(huì)帶來(lái)磁滯損耗，效率得到提高，平面變壓器的漏感能量可以釋放到副邊，提高了平面變壓器效率。
[0029]本專(zhuān)利技術(shù)中的全橋控制電路的開(kāi)關(guān)頻率可以提高到幾十MHz，集成度增加，因此體積大大減小。
[0030]通過(guò)采用控制電路輸出高頻的開(kāi)關(guān)信號(hào)+信號(hào)產(chǎn)生電路輸出低頻脈沖控制信號(hào)的閉環(huán)控制架構(gòu)，充分利用了信號(hào)產(chǎn)生電路中數(shù)字隔離器的優(yōu)點(diǎn)，采用低帶寬的數(shù)字隔離器即可實(shí)現(xiàn)閉環(huán)調(diào)節(jié)。
[0031]通過(guò)片上優(yōu)化的雙平面變壓器結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)共模電壓的平衡，天然抵消共模電
流，以達(dá)到更好的低EMI效果；通過(guò)在單變壓器結(jié)構(gòu)中增加屏蔽繞組的方式實(shí)現(xiàn)低EMI效果。
附圖說(shuō)明
[0032]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的推挽變換器拓?fù)浼軜?gòu)的電路原理圖。
[0033]圖2是根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)實(shí)施例一的隔離電源的電路原理圖。
[0034]圖3是根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)實(shí)施例一的開(kāi)關(guān)控制邏輯電路的電路原理圖。
[0035]圖4是根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)實(shí)施例一的開(kāi)關(guān)信號(hào)的波形圖。
[0036]圖5是圖2中相應(yīng)各節(jié)點(diǎn)的波形圖。
[0037]圖6是根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)實(shí)施例一的原、副邊繞組之間具有層間電容的示意圖。
[0038]圖7是根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)實(shí)施例一的隔離電源的控制方法的流程圖。
[0039]圖8是根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)實(shí)施例二的隔離電源的電路原理圖。
[0040]圖9是根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)實(shí)施例二的原、副邊繞組之間具有屏蔽繞組的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
[0041]下面結(jié)合附圖，對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)的具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述，但應(yīng)當(dāng)理解本專(zhuān)利技術(shù)的保護(hù)范圍并不受具體實(shí)施例的限制。
[0042]除非另有其它明確表示，否則在整個(gè)說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中，術(shù)語(yǔ)“包括”或其變換如“包含”或“包括有”等等將被理解為包括所陳述的元件或組成部分，而并未排除其它元件或其它組成部分。
[0043]說(shuō)明書(shū)中的“耦接”或“連接”或“相連”既包本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
1.一種隔離電源，其特征在于，包括：平面變壓器，所述平面變壓器包括相互耦合的原邊繞組和副邊繞組；全橋控制電路，與輸入電壓以及原邊繞組的兩端相連；反饋控制電路，所述反饋控制電路包括控制電路和信號(hào)產(chǎn)生電路，所述控制電路用于產(chǎn)生對(duì)全橋控制電路進(jìn)行控制的開(kāi)關(guān)信號(hào)，所述信號(hào)產(chǎn)生電路基于隔離電源輸出的電壓產(chǎn)生脈沖控制信號(hào)以控制控制電路的開(kāi)啟和關(guān)閉。2.如權(quán)利要求1所述的隔離電源，其特征在于，所述平面變壓器包括至少兩組相互并聯(lián)連接的原邊繞組、以及至少兩組相互串聯(lián)連接的副邊繞組。3.如權(quán)利要求1所述的隔離電源，其特征在于，所述全橋控制電路包括第一開(kāi)關(guān)管、第二開(kāi)關(guān)管、第三開(kāi)關(guān)管和第四開(kāi)關(guān)管，所述第一開(kāi)關(guān)管的第一端和第二開(kāi)關(guān)管的第一端相連且連接輸入電壓，所述第一開(kāi)關(guān)管的控制端和第二開(kāi)關(guān)管的控制端分別用于接收對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)信號(hào)，所述第一開(kāi)關(guān)管的第二端、第三開(kāi)關(guān)管的第二端以及原邊繞組的第一端相連，所述第二開(kāi)關(guān)管的第二端、第四開(kāi)關(guān)管的第二端以及原邊繞組的第二端相連，所述第三開(kāi)關(guān)管的控制端和第四開(kāi)關(guān)管的控制端分別用于接收對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)信號(hào)，所述第三開(kāi)關(guān)管的第一端和第四開(kāi)關(guān)管的第一端與地電壓相連。4.如權(quán)利要求1所述的隔離電源，其特征在于，所述控制電路包括邏輯電路和振蕩器，所述振蕩器用于產(chǎn)生控制信號(hào)，所述邏輯電路與全橋控制電路和振蕩器相連，所述邏輯電路用于基于控制信號(hào)輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)并在脈沖控制信號(hào)的控制下開(kāi)啟和關(guān)閉。5.如權(quán)利要求1所述的隔離電源，其特征在于，所述信號(hào)產(chǎn)...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：馬道平，黃福恩，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：思瑞浦微電子科技上海有限責(zé)任公司，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：