專利名稱：防止有源箝位直流/直流變換器關(guān)機(jī)后重啟動(dòng)的電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種防止有源箝位直流/直流變換器關(guān)機(jī)后重啟動(dòng)的電路。
背景技術(shù)：
同步整流技術(shù)是低壓大電流DC/DC變換器的關(guān)鍵技術(shù)，在DC/DC變換器的副邊(次級(jí))，采用同步整流MOS晶體管(MOSFET)來(lái)代替肖特基(Schottky)二極管進(jìn)行整流，能夠有效減小通態(tài)損耗。但對(duì)于同步整流MOS晶體管的整流管SR1和續(xù)流管SR2，其門極需要對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)脈沖來(lái)激勵(lì)。而在有源箝位(Active clamp)拓?fù)渲校涔β首儔浩骼@組的電壓波形可以直接作為對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)脈沖來(lái)給整流管SR1和續(xù)流管SR2提供激勵(lì)，有效、方便地實(shí)現(xiàn)了同步整流MOS晶體管的自驅(qū)動(dòng)，因此有源箝位同步整流變換器在低壓大電流DC/DC中得到了廣泛的應(yīng)用。
有源箝位電路中的箝位電路由有源器件和箝位電容串聯(lián)組成，并聯(lián)在主開(kāi)關(guān)管或變壓器的繞組兩端。有源器件可以是N型MOS晶體管(N-MOSFET)，也可是P型MOS晶體管(P-MOSFET)。圖1a是業(yè)界常用的應(yīng)用有源箝位電路和同步整流技術(shù)的直流/直流變換器電路，其中，S1為原邊主開(kāi)關(guān)管(簡(jiǎn)稱主管)，SR1和SR2分別為副邊同步整流管和續(xù)流管，Cc和S2構(gòu)成原邊箝位電路，并聯(lián)在主管兩端，其中箝位管S2為P型MOS晶體管，當(dāng)Vg2為負(fù)電平時(shí)，S2導(dǎo)通；當(dāng)Vg2為零電平或正電平時(shí)，S2關(guān)斷。PWM2信號(hào)通過(guò)一個(gè)由C2、D1和R1組成的倒相驅(qū)動(dòng)電路給箝位管S2提供激勵(lì)信號(hào)。
圖1a中電路的主要信號(hào)波形如圖1b所示，UVP為高電平時(shí)，PWM主控制電路產(chǎn)生有固定時(shí)序關(guān)系的兩路信號(hào)PWM1、PWM2，分別給S1、S2提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)；當(dāng)輸入電源電壓Vin低于欠壓保護(hù)點(diǎn)Uuv時(shí)，UVP為低電平，控制電路不工作。主電路的工作原理為t1時(shí)刻，PWM2為高電平，通過(guò)C2、D1的回路給C2充電，C2上電勢(shì)左高右低。由于D1導(dǎo)通，Vg2信號(hào)近似為零電平，則箝位管S2關(guān)斷；緊接著t2時(shí)刻，PWM1信號(hào)為高電平，則Vg1也為高，主管S1導(dǎo)通，變壓器原邊繞組電壓Vp為正，該電壓耦合到副邊繞組給SR1提供激勵(lì)，整流管SR1導(dǎo)通，SR2關(guān)斷；t3時(shí)刻，PWM1信號(hào)為低電平，則Vg1也為低，主管S1關(guān)斷；緊接著在t4時(shí)刻PWM2信號(hào)也低電平，因C2上充有電勢(shì)左高右低的電壓，當(dāng)PWM2信號(hào)變?yōu)榱汶娖綍r(shí)，Vg2信號(hào)瞬間翻轉(zhuǎn)為負(fù)電平，箝位管S2導(dǎo)通，此時(shí)箝位電容Cc上電壓減去輸入電源電壓即為變壓器原邊繞組電壓Vp，該電壓為負(fù)，使變壓器實(shí)現(xiàn)磁復(fù)位，同時(shí)該電壓耦合到副邊繞組，使得整流管SR1關(guān)斷，續(xù)流管SR2導(dǎo)通，電感L中電流通過(guò)SR2續(xù)流；t5時(shí)刻，PWM2信號(hào)為高，進(jìn)入下一周期。
該電路利用P型MOS晶體管構(gòu)成箝位開(kāi)關(guān)管，將主管S1的關(guān)斷電壓箝位于電容Cc上的電壓，并在實(shí)現(xiàn)變壓器的磁復(fù)位的同時(shí)，變壓器繞組電壓給副邊同步整流管提供激勵(lì)。電路簡(jiǎn)單，變換器效率較高。
但同時(shí)存在的問(wèn)題是在電源電壓斷開(kāi)后，Vin電壓開(kāi)始降低，在t6時(shí)刻，Vin降低至變換器的輸入欠壓點(diǎn)Uuv后，主控制電路關(guān)閉PWM1、PWM2信號(hào)；PWM1信號(hào)為低電平后，主管S1關(guān)斷，輸出電壓Vout緩慢放電；PWM2為低電平后，由于電容C2上的電壓要緩慢放電，導(dǎo)致Vg2信號(hào)一直保持負(fù)電平，箝位開(kāi)關(guān)管S2長(zhǎng)期導(dǎo)通，于是箝位電容Cc與變壓器勵(lì)磁電感發(fā)生諧振，此時(shí)，變壓器原邊繞組上電壓Vp為如圖所示的正弦波，該正弦波電壓耦合到副邊繞組，給副邊同步整流管提供激勵(lì)，使得同步整流管SR1、SR2仍舊保持交替工作狀態(tài)。由于關(guān)機(jī)后同步整流管SR1、SR2仍在交替工作狀態(tài)，輸出電容上的能量通過(guò)變壓器向原邊回饋，導(dǎo)致Vin電壓又升高；如果輸出電容上能量比較大，反饋到原邊的能量使得Vin電壓升高到變換器的欠壓恢復(fù)點(diǎn)，UVP信號(hào)又為高電平，在t7時(shí)刻主控制電路又重新開(kāi)通PWM1、PWM2信號(hào)，變換器進(jìn)入重啟動(dòng)，該異常過(guò)程反應(yīng)到輸出電壓Vout的波形上則表現(xiàn)為輸出電壓在關(guān)機(jī)后的下降過(guò)程中又出現(xiàn)了電壓反彈，不能滿足時(shí)序要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決以上問(wèn)題，提供一種防止有源箝位直流/直流變換器關(guān)機(jī)后重啟動(dòng)的電路，保證關(guān)機(jī)后輸出電壓?jiǎn)握{(diào)下降，滿足時(shí)序的要求。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種防止有源箝位直流/直流變換器關(guān)機(jī)后重啟動(dòng)的電路，其特征是包括諧振信號(hào)檢測(cè)電路，用于采樣所述有源箝位直流/直流變換器原邊繞組電壓信號(hào)；主電路工作狀態(tài)信號(hào)采樣電路，用于采樣所述有源箝位直流/直流變換器的工作狀態(tài)；有效信號(hào)累積電路，用于在所述有源箝位直流/直流變換器處于異常工作狀態(tài)或不工作狀態(tài)時(shí)，累積諧振采樣電路所采樣的原邊繞組電壓信號(hào)，生成累積信號(hào)，并且，當(dāng)在設(shè)定時(shí)間內(nèi)沒(méi)有收到原邊繞組電壓信號(hào)時(shí)，使累積信號(hào)復(fù)位；判斷電路，用于在所述累積信號(hào)達(dá)到設(shè)定值時(shí)輸出一個(gè)控制信號(hào)，該控制信號(hào)用于關(guān)斷有源箝位直流/直流變換器的PWM主控制電路。
所述諧振信號(hào)檢測(cè)電路包括感應(yīng)于變換器原邊繞阻的輔助繞阻和串聯(lián)于輔助繞阻的單向?qū)ㄆ骷恢麟娐饭ぷ鳡顟B(tài)信號(hào)采樣電路包括晶體管，其控制極接于變換器的PWM主控制電路，其主電流導(dǎo)通極接于單向?qū)ㄆ骷妮敵龆撕偷刂g，有效信號(hào)累積電路包括充電電容和與其并聯(lián)的放電電阻，二者并聯(lián)后接于單向?qū)ㄆ骷妮敵龆撕偷刂g；所述判斷電路包括比較器，其兩個(gè)輸入端分別接參考電壓和充電電容遠(yuǎn)地端，其輸出端接變換器PWM主控制電路。
所述放電電阻與充電電容構(gòu)成的放電時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)大于充電電阻與充電電容構(gòu)成的充電時(shí)間常數(shù)，或者充電電阻上的平均充電電流大于放電電阻上的放電電流，從而使充電電容在反復(fù)充電時(shí)其端電壓能夠不斷累積。
由于采用了以上的方案，累積信號(hào)電平的高低間接反映了關(guān)機(jī)后變換器輸入電源電壓的情況。當(dāng)關(guān)機(jī)后輸出電容上存儲(chǔ)的能量向原邊反饋的比較多，則主電路諧振時(shí)間比較長(zhǎng)，輸入電源電壓和累積信號(hào)都升高比較多，而累積信號(hào)高到一定程度就會(huì)使變換器的使得PWM主控制電路關(guān)斷，因此因?yàn)橹C振引起的輸入電源電壓的升高不會(huì)導(dǎo)致變換器進(jìn)入重啟動(dòng)，輸出電壓波形也就不會(huì)出現(xiàn)反彈。通過(guò)調(diào)整累積信號(hào)的及時(shí)復(fù)位，也能模擬輸入電源電壓在諧振停止后的回落情況，使所述比較器電路及時(shí)翻轉(zhuǎn)PWM主控制電路關(guān)斷信號(hào)，主控制電路處于可工作狀態(tài)。本發(fā)明電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，效率高。


圖1a為現(xiàn)有技術(shù)中常用的有源箝位電路；圖1b為現(xiàn)有技術(shù)中常用的有源箝位電路正常工作和關(guān)機(jī)后的波形圖；圖2a為本發(fā)明的防止有源箝位電路關(guān)機(jī)后重啟動(dòng)電路實(shí)施例；圖2b為本發(fā)明的典型工作圖。
圖3a、3b、3c是本發(fā)明實(shí)施例二的三種電路示意圖。
圖4是本發(fā)明實(shí)施例三示意圖。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)具體的實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
如上所述，本發(fā)明的基本構(gòu)思是，檢測(cè)有源箝位電路關(guān)機(jī)后主電路LC的諧振情況，若關(guān)機(jī)后主電路諧振次數(shù)較多，則該檢測(cè)電路通過(guò)屏蔽主控制電路中的PWM信號(hào)，使直流/直流變換器短時(shí)間內(nèi)不會(huì)重新進(jìn)入工作，輸出電壓就不會(huì)發(fā)生反彈。
實(shí)施例一圖2a是本發(fā)明的典型實(shí)施例。本例中，所述有效信號(hào)累積電路是由計(jì)時(shí)信號(hào)(Vsig)產(chǎn)生電路組成，判斷電路是由比較器電路組成，主電路工作狀態(tài)信號(hào)采樣電路是由屏蔽電路組成，換句話說(shuō)，本例中所述防止有源箝位電路關(guān)機(jī)后重啟動(dòng)電路包括諧振信號(hào)(Vres)檢測(cè)電路、計(jì)時(shí)信號(hào)(Vsig)產(chǎn)生電路和比較器電路。所述諧振信號(hào)(Vres)通過(guò)二極管采自于變壓器繞組，所述計(jì)時(shí)信號(hào)(Vsig)反映了關(guān)機(jī)后主電路LC的諧振時(shí)間，計(jì)時(shí)信號(hào)(Vsig)和一個(gè)參考電壓基準(zhǔn)(Vref)分別接與比較器的兩個(gè)輸入端，比較器輸出端接PWM主控制電路的工作狀態(tài)控制輸入端。通過(guò)二極管采自于變壓器繞組的諧振信號(hào)(Vres)同步于PWM信號(hào)，在變換器正常工作時(shí)PWM信號(hào)將諧振信號(hào)(Vres)屏蔽；關(guān)機(jī)后諧振信號(hào)(Vres)使計(jì)時(shí)信號(hào)(Vsig)升高，并通過(guò)比較器電路在主電路諧振期間將PWM主控制電路處于“關(guān)斷”狀態(tài)。
所述諧振信號(hào)(Vres)檢測(cè)電路包括一變壓器輔助繞組Vf和二極管D2；所述計(jì)時(shí)信號(hào)(Vsig)產(chǎn)生電路包括R5、R6、C3組成的計(jì)時(shí)電路，R3、R4、Q1組成屏蔽電路；所述比較器電路在本實(shí)施例中采用運(yùn)放U1A，該運(yùn)放正輸入端為一參考電壓基準(zhǔn)(Vref)，運(yùn)放負(fù)輸入端接計(jì)時(shí)信號(hào)(Vsig)，運(yùn)放輸出端接PWM主控制電路的工作狀態(tài)控制輸入端，當(dāng)運(yùn)放輸出端SHUT信號(hào)為高電平時(shí)，PWM主控制電路可以工作，當(dāng)SHUT信號(hào)為低電平時(shí)，PWM主控制電路處于“關(guān)斷”狀態(tài)。所述采樣諧振信號(hào)(Vres)的變壓器繞組可直接利用輔助電源繞組，參考電壓基準(zhǔn)(Vref)也可采用PWM主控制電路中的基準(zhǔn)電壓。變換器正常工作時(shí)所述電路對(duì)變換器工作沒(méi)有影響。
圖2a中電路的主要信號(hào)波形如圖2b所示，在直流/直流變換器正常工作時(shí)，在t1時(shí)刻，PWM1為高電平，主管S1導(dǎo)通，變壓器原邊繞組電壓波形Vp為正向電平，此時(shí)，變壓器輔助繞組Vf波形也感應(yīng)為正向電平，但此時(shí)因PWM1為高電平，Q1導(dǎo)通，計(jì)時(shí)信號(hào)Vsig為低電平；在t2時(shí)刻，PWM1為低電平，Q1關(guān)斷，主管S1關(guān)斷，此時(shí)原邊繞組電壓Vp和輔助繞組電壓Vf為負(fù)，由于D2的隔離作用，諧振信號(hào)Vres為低電平，因此此時(shí)計(jì)時(shí)信號(hào)Vsig仍為低電平。所以在正常工作時(shí)，Vsig一直保持低電平，運(yùn)放U1A輸出端SHUT信號(hào)一直為高電平，對(duì)PWM主控制電路的工作沒(méi)有影響。在t3時(shí)刻，Vin降低至變換器的輸入欠壓點(diǎn)Uuv后，主控制電路關(guān)閉PWM信號(hào)，如前所述，箝位管S2仍保持長(zhǎng)期導(dǎo)通，箝位電容Cc和原邊勵(lì)磁電感開(kāi)始諧振，在t4時(shí)刻，原邊繞組電壓Vp和輔助繞組電壓Vf諧振至正電平，此時(shí)因PWM1信號(hào)被關(guān)閉，Q1關(guān)斷，諧振信號(hào)Vres通過(guò)電阻R5向電容C3充電，計(jì)時(shí)信號(hào)Vsig開(kāi)始上升；在t5時(shí)刻，原邊繞組電壓Vp和輔助繞組電壓Vf諧振至零電平，計(jì)時(shí)信號(hào)Vsig通過(guò)電阻R6放電，因R6阻值較大，所以放電比較緩慢，這樣放電電阻R6與充電電容C3構(gòu)成的放電時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)大于充電電阻R5與充電電容C3構(gòu)成的充電時(shí)間常數(shù)，或者也可以說(shuō)，充電電阻R5上的平均充電電流大于放電電阻R6上的放電電流，從而使充電電容C3在反復(fù)充電時(shí)其端電壓能夠不斷累積。如主電路中LC諧振繼續(xù)，則電容C3反復(fù)被充電，并在t6時(shí)刻高于參考電壓基準(zhǔn)Vref，運(yùn)放輸出端SHUT信號(hào)翻轉(zhuǎn)為低電平，PWM主控制電路處于“關(guān)斷”狀態(tài)，此后即使從副邊反饋到原邊的能量把Vin抬高到Vuv電平以上，直流/直流變換器也不會(huì)進(jìn)入重啟動(dòng)，保證輸出電壓波形關(guān)機(jī)后單調(diào)下降。在副邊輸出電容電壓下降接近零電平時(shí)，主電路中LC諧振也逐漸停止，輸入端電壓Vin逐漸回路至Vuv以下，同時(shí)，因主電路諧振停止后電容C3不再有充電，于是電容C3通過(guò)電阻R6逐漸放電至Vref電平以下，運(yùn)放U1a輸出端SHUT信號(hào)翻轉(zhuǎn)為高電平，PWM主控制端處于可工作狀態(tài)。
實(shí)施例二如圖3a、3b、3c所示，本例是在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上稍做改動(dòng)將輔助繞阻的繞線方向反向，從而使其所感應(yīng)的電壓與原邊繞阻上所產(chǎn)生的電壓正好相反，也同樣可以達(dá)到發(fā)明目的。此時(shí)需二極管D2的方向反向，屏蔽電路Q1之間加反相器，并且比較器的兩個(gè)輸入端對(duì)調(diào)。
如圖3a，繞組反向，二極管也反向，則諧振信號(hào)采樣電路采得的是一個(gè)負(fù)信號(hào)，則比較器的基準(zhǔn)也必須是一個(gè)負(fù)基準(zhǔn)，即負(fù)的越多表示諧振時(shí)間越長(zhǎng)。屏蔽電路Q1要屏蔽一個(gè)負(fù)信號(hào)也比較復(fù)雜，需用一個(gè)P溝道MOS管。
如圖3b，因采樣信號(hào)有個(gè)充放電過(guò)程，Q1屏蔽時(shí)間不必要很精確，可用PWM2后面的信號(hào)。
如圖3c，如果輔助繞組反向，二極管不反向，則相當(dāng)于采用諧振信號(hào)的另一波頭，只要屏蔽電路的控制信號(hào)反向就可以。
實(shí)施例三如圖4所示，本例與實(shí)施例一、二相比有較大不同它是把計(jì)時(shí)電路部分改成純計(jì)數(shù)器方式，以上升或下降沿有效，則D2可省去；以計(jì)數(shù)數(shù)值的大小決定翻轉(zhuǎn)，則比較器也可省去，以PWM1的有無(wú)決定計(jì)數(shù)是否有效，則Q1也可省去?？梢?jiàn)，在本例中，所述有效信號(hào)累積電路和判斷電路這兩部分電路是由計(jì)數(shù)器電路單獨(dú)實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明專利公開(kāi)的防止有源箝位電路關(guān)機(jī)后重啟動(dòng)電路已為實(shí)驗(yàn)所證實(shí)，所述電路被用在36～75V直流輸入，3.3V/20A直流輸出的DC/DC電源中，在任何輸入電壓波形下，在各種環(huán)境條件下，在各種外接輸出電容條件下，關(guān)機(jī)后輸出電壓均能實(shí)現(xiàn)單調(diào)下降，無(wú)重啟動(dòng)。
以上通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說(shuō)明，但本發(fā)明不并限定與此，凡在不違背本發(fā)明的精神和內(nèi)容說(shuō)作的改進(jìn)或替換，應(yīng)被視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。比如，雖然在實(shí)施例中，主電路工作狀態(tài)信號(hào)采樣電路由屏蔽電路實(shí)現(xiàn)，但并不限于此，而且屏蔽電路又有多種形式；在實(shí)施例一、二中，有效信號(hào)累積電路由計(jì)時(shí)電路實(shí)現(xiàn)，而在實(shí)施例三中，有效信號(hào)累積電路和判斷電路一體式地由計(jì)數(shù)器電路實(shí)現(xiàn)，但其實(shí)現(xiàn)方式仍不限于這兩種，如此等等。
權(quán)利要求
1.一種防止有源箝位直流/直流變換器關(guān)機(jī)后重啟動(dòng)的電路，其特征是包括諧振信號(hào)檢測(cè)電路，用于采樣所述有源箝位直流/直流變換器原邊繞組電壓信號(hào)；主電路工作狀態(tài)信號(hào)采樣電路，用于采樣所述有源箝位直流/直流變換器的工作狀態(tài)；有效信號(hào)累積電路，用于在所述有源箝位直流/直流變換器處于異常工作狀態(tài)或不工作狀態(tài)時(shí)，累積諧振采樣電路所采樣的原邊繞組電壓信號(hào)，生成累積信號(hào)，并且，當(dāng)在設(shè)定時(shí)間內(nèi)沒(méi)有收到原邊繞組電壓信號(hào)時(shí)，使累積信號(hào)復(fù)位；判斷電路，用于在所述累積信號(hào)達(dá)到設(shè)定值時(shí)輸出一個(gè)控制信號(hào)，該控制信號(hào)用于關(guān)斷有源箝位直流/直流變換器的PWM主控制電路。
2.如權(quán)利要求1所述的防止有源箝位直流/直流變換器關(guān)機(jī)后重啟動(dòng)的電路，其特征是所述諧振信號(hào)檢測(cè)電路包括感應(yīng)于變換器原邊繞阻的輔助繞阻和串聯(lián)于輔助繞阻的單向?qū)ㄆ骷?D2)；主電路工作狀態(tài)信號(hào)采樣電路包括晶體管(Q1)，其控制極接于變換器的PWM主控制電路，其主電流導(dǎo)通極接于單向?qū)ㄆ骷?D2)的輸出端和地之間，有效信號(hào)累積電路包括充電電容(C3)和與其并聯(lián)的放電電阻(R6)，二者并聯(lián)后接于單向?qū)ㄆ骷?D2)的輸出端和地之間；所述判斷電路包括比較器(U1A)，其兩個(gè)輸入端分別接參考電壓(Vref)和充電電容(C3)遠(yuǎn)地端，其輸出端接變換器PWM主控制電路。
3.如權(quán)利要求2所述的防止有源箝位直流/直流變換器關(guān)機(jī)后重啟動(dòng)的電路，其特征是所述放電電阻(R6)與充電電容(C3)構(gòu)成的放電時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)大于充電電阻(R5)與充電電容(C3)構(gòu)成的充電時(shí)間常數(shù)，或者充電電阻(R5)上的平均充電電流大于放電電阻(R6)上的放電電流，從而使充電電容(C3)在反復(fù)充電時(shí)其端電壓能夠不斷累積。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種防止有源箝位直流/直流變換器關(guān)機(jī)后重啟動(dòng)的電路，包括諧振信號(hào)檢測(cè)電路、主電路工作狀態(tài)信號(hào)采樣電路、有效信號(hào)累積電路、判斷電路。當(dāng)關(guān)機(jī)后輸出電容上存儲(chǔ)的能量向原邊反饋的比較多，則主電路諧振時(shí)間比較長(zhǎng)，輸入電源電壓和累積信號(hào)都升高比較多，而累積信號(hào)高到一定程度就會(huì)使變換器的PWM主控制電路關(guān)斷，因此因?yàn)橹C振引起的輸入電源電壓的升高不會(huì)導(dǎo)致變換器進(jìn)入重啟動(dòng)，輸出電壓波形也就不會(huì)出現(xiàn)反彈。通過(guò)調(diào)整累積信號(hào)的及時(shí)復(fù)位，也能模擬輸入電源電壓在諧振停止后的回落情況，使所述比較器電路及時(shí)翻轉(zhuǎn)PWM主控制電路關(guān)斷信號(hào)，主控制電路處于可工作狀態(tài)。
文檔編號(hào)H02M1/00GK1725613SQ20051002128
公開(kāi)日2006年1月25日 申請(qǐng)日期2005年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月13日
發(fā)明者是亞明, 王智勇 申請(qǐng)人:艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司