專(zhuān)利名稱(chēng)：Dc-dc變換用輸出電壓隔離取樣電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種DC-DC變換用輸出電壓隔離取樣電路。
背景技術(shù)：
一般方案涉及到直流電源電壓的隔離取樣時(shí)，都是工程師的最頭痛的事情，因?yàn)?低成本的方案的線性度與準(zhǔn)確性都很差，比如光耦隔離的電阻取樣分壓方案，或者使用高 成本方案，比如壓頻變換方案，線性度與準(zhǔn)確性雖然高，但是成本昂貴。針對(duì)這種狀況，有些 廠商作了些改進(jìn)，如中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)號(hào)CN 2523107Y于2002年11月27日公開(kāi)了一種用于變 頻空調(diào)控制器中的直流高壓電源的電壓取樣裝置，包括直流高壓電源輸入端，與微程序控 制器MCU連接的取樣電壓輸出端，還包括對(duì)輸入的直流高壓電源進(jìn)行斬波的斬波器電路、 對(duì)斬波后的電源進(jìn)行隔離變壓的隔離變壓電路、與所述隔離變壓電路連接的檢波電路、以 及連接在所述檢波電路與所述取樣電壓輸出端之間的電平轉(zhuǎn)換電路。這種電壓取樣裝置的 檢測(cè)精度不夠高。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的旨在提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理、操作靈活、檢測(cè)準(zhǔn)確、制作成本 低、適用范圍廣的DC-DC變換用輸出電壓隔離取樣電路，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處。按此目的設(shè)計(jì)的一種DC-DC變換用輸出電壓隔離取樣電路，包括DC-DC變換電路， DC-DC變換電路包括變壓器TR01、開(kāi)關(guān)器件Si、輸出主回路的整流二極管D2、輸出主回路的 濾波電容E1、主控MCU和開(kāi)關(guān)器件Sl的驅(qū)動(dòng)單元，變壓器TROl包含有功率變換主繞組Np 和功率變換主輸出繞組Nsl，其特征是變壓器TROl還包含直流電壓的隔離取樣繞組Ns2，隔 離取樣繞組Ns2的同名端與功率變換主輸出繞組Nsl的同名端的連接極性保持一致隔離 取樣繞組Ns2的同名端和功率變換主輸出繞組Nsl的同名端分別接各自的地或者分別接各 自的整流二極管D1、整流二極管D2的陽(yáng)極或陰極；隔離取樣繞組Ns2的輸出經(jīng)整流二極管 Dl后輸出到分壓濾波網(wǎng)絡(luò)，分壓濾波網(wǎng)絡(luò)的輸出連接到主控MCU。所述隔離取樣繞組Ns2的輸出與一個(gè)由整流二極管Dl與分壓濾波網(wǎng)絡(luò)連接的串 聯(lián)支路連接。所述隔離取樣繞組Ns2的非同名端接整流二極管Dl的陽(yáng)極；功率變換主輸出繞組 Nsl的非同名端接整流二極管D2的陽(yáng)極，整流二極管D2的陰極接濾波電容E1。所述隔離取樣繞組Ns2的6腳與整流二極管Dl的陽(yáng)極相接，該整流二極管Dl的 陰極與分壓濾波網(wǎng)絡(luò)相接，電阻Rl和電容Cl構(gòu)成阻容并聯(lián)電路，該阻容并聯(lián)電路的一端接 入整流二極管Dl的陰極與分壓濾波網(wǎng)絡(luò)之間，阻容并聯(lián)電路的另一端與隔離取樣繞組Ns2 的7腳相接，并且，該阻容并聯(lián)電路的另一端接地；或者，隔離取樣繞組Ns2的7腳與電阻Rl的一端相接，電阻Rl的另一端接地；隔 離取樣繞組Ns2的6腳與整流二極管Dl的陽(yáng)極相接，整流二極管Dl的陰極與分壓濾波網(wǎng) 絡(luò)相接；[0009]或者，隔離取樣繞組Ns2的7腳與整流二極管Dl的陽(yáng)極相接，整流二極管Dl的陰 極接地；隔離取樣繞組Ns2的6腳與與電阻Rl的一端相接，電阻Rl的另一端與分壓濾波網(wǎng) 絡(luò)相接。所述主控MCU的輸出接驅(qū)動(dòng)單元。本實(shí)用新型巧妙的利用回掃變壓器的工作特點(diǎn)，通過(guò)簡(jiǎn)單地增加一個(gè)隔離取樣繞 組Ns2，并結(jié)合主控MCU的智能化控制，將功率變換主輸出繞組Nsl的輸出信號(hào)與隔離取樣 繞組Ns2的信號(hào)保持一致性與同步性，從而可以實(shí)現(xiàn)輸出DC電壓的隔離取樣，得到較高的 電壓檢測(cè)線性度與準(zhǔn)確度，并且具有制作成本低廉、易于實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理、操作靈活、檢測(cè)準(zhǔn)確、制作成本低、適用范圍廣的 特點(diǎn)。

圖1為本實(shí)用新型第一實(shí)施例的原理圖。圖2為本實(shí)用新型的取樣信號(hào)時(shí)序圖。圖3為本實(shí)用新型第二實(shí)施例的原理圖。圖4為本實(shí)用新型第三實(shí)施例的原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。第一實(shí)施例參見(jiàn)圖1-圖2，本DC-DC變換用輸出電壓隔離取樣電路主要用于太陽(yáng)能電池的 DC-DC隔離變換的控制電路中，該太陽(yáng)能電池的DC-DC隔離變換的控制電路使用回掃式變 換電路。隔離取樣電路的核心單元包括DC-DC變換電路，DC-DC變換電路包括變壓器TROl、 開(kāi)關(guān)器件Si、輸出主回路的整流二極管D2、輸出主回路的濾波電容E1、主控MCU和開(kāi)關(guān)器 件Sl的驅(qū)動(dòng)單元，變壓器TROl包含有功率變換主繞組Np和功率變換主輸出繞組Nsl，變 壓器TROl還包含直流電壓的隔離取樣繞組Ns2，隔離取樣繞組Ns2的同名端與功率變換主 輸出繞組Nsl的同名端的連接極性保持一致隔離取樣繞組Ns2的同名端和功率變換主輸 出繞組Nsl的同名端分別接各自的地或者分別接各自的整流二極管D1、整流二極管D2的 陽(yáng)極或陰極；當(dāng)然，也可以將整流二極管D1、整流二極管D2根據(jù)實(shí)際電路的需要而移到其 它位置，比如同名端的相對(duì)的另一端，但是，必須保證功率變換主輸出繞組Nsl回路的整流 波形的極性特性與隔離取樣繞組Ns2的整流波形的極性特性保持一致，通過(guò)這樣的電路安 排，可以實(shí)現(xiàn)功率變換主輸出繞組Nsl的輸出信號(hào)與隔離取樣繞組Ns2的信號(hào)的極性與波 形形狀保持一致性與同步性。在這里，同名端是變壓器的一個(gè)術(shù)語(yǔ)在繞變壓器的繞組線圈時(shí)，按照相同的順時(shí) 針或逆時(shí)針繞線方向，繞組的起線端就稱(chēng)為同名端，相對(duì)主繞組而言，不同繞組的相同同名 端的輸出信號(hào)的極性是一樣的。隔離取樣繞組Ns2的輸出與一個(gè)由整流二極管Dl及一個(gè)分壓濾波網(wǎng)絡(luò)連接的串 聯(lián)支路連接，整流二極管Dl的位置可以放在該串聯(lián)支路的任意適當(dāng)?shù)奈恢茫謮簽V波網(wǎng)絡(luò)的輸出連接到主控MCU。主控MCU的輸出接驅(qū)動(dòng)單元。變壓器TROl還包括其他輔助功率繞組或電源繞組。 隔離取樣繞組Ns2的輸出與一個(gè)由整流二極管Dl與分壓濾波網(wǎng)絡(luò)連接的串聯(lián)支路連接，整 流二極管Dl的位置可以放在該串聯(lián)支路的任意適當(dāng)?shù)奈恢?。分壓濾波網(wǎng)絡(luò)的輸出連接到 主控MCU。變壓器TROl初級(jí)側(cè)的功率變換主繞組Np的同名端接太陽(yáng)能電池電源VDD，功率變 換主繞組Np的另一端接開(kāi)關(guān)器件Sl的2腳漏極，開(kāi)關(guān)器件Sl的3腳源極接初級(jí)側(cè)的參考 地，開(kāi)關(guān)器件Sl的1腳控制柵極接驅(qū)動(dòng)單元的輸出。變壓器TROl包含有功率變換主繞組Np、功率變換主輸出繞組Nsl和隔離取樣繞組 Ns2。功率變換主繞組Np包含1腳、2腳、3腳和4腳，其中的1腳和2腳為同名端。功 率變換主輸出繞組Nsl包含12腳、13腳、14腳、8腳、9腳和10腳，其中的8腳、9腳和10腳 為同名端。隔離取樣繞組Ns2包含6腳和7腳，其中的7腳為同名端。隔離取樣繞組Ns2與功率變換主繞組Np、功率變換主輸出繞組Nsl相互獨(dú)立，同時(shí) 與位于次級(jí)側(cè)的功率變換主輸出繞組Nsl安全隔離，安全隔離的絕緣等級(jí)符合國(guó)家安全標(biāo) 準(zhǔn)的加強(qiáng)絕緣安全隔離等級(jí)。隔離取樣繞組Ns2的非同名端接整流二極管Dl的陽(yáng)極，功率變換主輸出繞組Nsl 的非同名端接輸出主回路的整流二極管D2的陽(yáng)極，該整流二極管D2的陰極接濾波電容E1。整流二極管Dl的陰極與一個(gè)由電阻Rl和電容Cl并聯(lián)的阻容濾波電路及一個(gè)分 壓濾波網(wǎng)絡(luò)連接，該分壓濾波網(wǎng)絡(luò)的輸出連接到主控MCU。主控MCU是整個(gè)控制的智能化核心，主控MCU的輸入接分壓濾波網(wǎng)絡(luò)的輸出信號(hào) Vdcs,主控MCU的輸出接驅(qū)動(dòng)單元。本實(shí)施中的分壓濾波網(wǎng)絡(luò)還并聯(lián)了一個(gè)阻容并聯(lián)電路到地。具體的就是隔離取 樣繞組Ns2的6腳與整流二極管Dl的陽(yáng)極相接，該整流二極管Dl的陰極與分壓濾波網(wǎng)絡(luò) 相接，電阻Rl和電容Cl構(gòu)成阻容并聯(lián)電路，該阻容并聯(lián)電路的一端接入整流二極管Dl的 陰極與分壓濾波網(wǎng)絡(luò)之間，阻容并聯(lián)電路的另一端與隔離取樣繞組Ns2的7腳相接，并且， 該阻容并聯(lián)電路的另一端接地。當(dāng)電阻Rl的阻值足夠小時(shí)，可以適當(dāng)消除逆變電路在開(kāi)關(guān)器件Sl關(guān)斷的瞬間產(chǎn) 生的過(guò)沖電壓，減少對(duì)取樣的影響，阻容并聯(lián)電路的時(shí)間常數(shù)與DC-DC變換電路的開(kāi)關(guān)周 期相比相對(duì)較小，這樣可以有效的保持回掃期間，隔離取樣繞組Ns2的輸出波形與功率變 換主輸出繞組Nsl的輸出波形的一致，確保取樣的線性度。但是，當(dāng)分壓濾波網(wǎng)絡(luò)的輸入阻 抗也很小時(shí)，則該阻容并聯(lián)電路也可以取消。由于分壓濾波網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)將取樣電壓傳給主控MCU，供主控MCU進(jìn)行取樣，其輸出 的取樣電壓的最大值不能超過(guò)主控MCU的允許的范圍，同時(shí)，將輸出的取樣電壓的最大值接近主控MCU允許的最大輸入檢測(cè)值，以獲取 一個(gè)高的檢測(cè)精度。最佳的狀態(tài)是將輸出的取樣電壓略小于主控MCU允許的檢測(cè)范圍。分壓濾波網(wǎng)絡(luò)的另一個(gè)作用就是濾除干擾信號(hào)，由于DC-DC變換電路工作在大電 流、高電壓的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，其干擾信號(hào)是非常大的，使用分壓濾波網(wǎng)絡(luò)可以濾除異常的雜散干 擾。另一方面為保持取樣信號(hào)的完整性，故使用小時(shí)間常數(shù)的濾波電路，使得輸出的電壓波形基本保持回掃期間的脈沖波形。有時(shí)候干擾信號(hào)實(shí)在太大，小時(shí)間常數(shù)的分壓濾波網(wǎng)絡(luò)難以取得好的濾波效果， 此時(shí)可以考慮使用大時(shí)間常數(shù)的濾波電路，使得輸出的電壓值基本保持回掃期間的脈沖波 形的峰值，類(lèi)似于準(zhǔn)峰值檢波。本實(shí)施例中的分壓濾波網(wǎng)絡(luò)采用的是大時(shí)間常數(shù)的濾波電路，使得輸出的電壓值 基本保持回掃期間的脈沖波形的峰值，類(lèi)似于準(zhǔn)峰值檢波。其取樣時(shí)序如圖2所示，該圖2 中還同時(shí)繪出了小時(shí)間常數(shù)的取樣時(shí)序圖。分壓濾波網(wǎng)絡(luò)將輸出的電壓進(jìn)行濾波并匹配輸出電壓，使輸出電壓的范圍符合主 控MCU的檢測(cè)量程；同時(shí)分壓濾波網(wǎng)絡(luò)使用小時(shí)間常數(shù)的濾波電路，使得輸出的電壓波形 基本保持回掃期間的脈沖波形；或者，分壓濾波網(wǎng)絡(luò)將輸出的電壓進(jìn)行濾波并匹配輸出電 壓，使輸出電壓的范圍符合主控MCU的檢測(cè)量程；同時(shí)分壓濾波網(wǎng)絡(luò)還可以使用大時(shí)間常 數(shù)的濾波電路，使得輸出的電壓值基本保持回掃期間的脈沖波形的峰值。由于開(kāi)關(guān)器件Sl 一般使用功率型FET或IGBT，本實(shí)施例使用的是回掃式工作原 理，當(dāng)開(kāi)關(guān)器件Sl關(guān)斷時(shí)，變壓器TROl的漏感導(dǎo)致的位于次級(jí)側(cè)的功率變換主輸出繞組 Nsl產(chǎn)生一個(gè)電壓過(guò)沖，該電壓過(guò)沖對(duì)取樣不利。在DC-DC變換電路正常工作中，主控MCU 輸出驅(qū)動(dòng)脈沖寬度信號(hào)TxO。在脈沖寬度信號(hào)TxO關(guān)斷以后，經(jīng)過(guò)Tl時(shí)間的延時(shí)，設(shè)置Tl 時(shí)間的延時(shí)目的是避開(kāi)由變壓器的漏電感導(dǎo)致的關(guān)斷瞬間的尖峰失真電壓及關(guān)斷瞬間產(chǎn) 生的dV/dt干擾，經(jīng)過(guò)Tl時(shí)間的延時(shí)后，開(kāi)始對(duì)反饋的取樣電壓進(jìn)行采樣。在Tl時(shí)刻后的采樣期間，由于功率變換主輸出繞組Nsl的輸出電壓被輸出主回 路的濾波電容El上的電壓鉗位，因而功率變換主輸出繞組Nsl兩端的輸出電壓為Vsl = Vdc+Vd，其中Vd為輸出主回路的整流二極管D2的正向?qū)ü軌航?。由于變壓器的特性，?時(shí)隔離取樣繞組Ns2上的感應(yīng)電壓Vs2 = Vsl/m，m為功率變換主輸出繞組Nsl與隔離取樣 繞組Ns2的匝比。當(dāng)DC-DC變換電路處在工作停止階段時(shí)，為取得輸出直流測(cè)的電壓Vdc的數(shù)值，主 控MCU可以根據(jù)需要特別產(chǎn)生一串最小允許的脈沖寬度信號(hào)推動(dòng)DC-DC變換電路工作，專(zhuān) 用于輸出端的DC電壓檢測(cè)，該一串最小允許的脈沖寬度信號(hào)在幾乎不影響DC-DC輸出電壓 的情況下，實(shí)現(xiàn)輸出端的DC電壓隔離檢測(cè)。由于在變壓器的功率變換主輸出繞組Nsl與隔離取樣繞組Ns2的信號(hào)是呈完全線 性的比例關(guān)系，當(dāng)隔離取樣繞組Ns2的輸出回路中接入有整流二極管Dl時(shí)，該整流二極管 Dl的導(dǎo)通壓降就破壞了這種線性關(guān)系，因此在主控MCU中還包含有與整流二極管Dl相關(guān)的 修正算法，用于消除由于整流二極管Dl導(dǎo)致的取樣信號(hào)的非線性，具體為考慮整流二極 管Dl和整流二極管D2影響，對(duì)整流二極管Dl和整流二極管D2的正向?qū)▔航颠M(jìn)行補(bǔ)償 則輸出電壓Vdc的取樣修正公式為Vdc = m* Vp-Vd,Vp = Vr+η 氺 Vad，Vdc = m*(Vr+n*Vad)_Vd，其中，Vp為隔離取樣繞組Ns2的輸出電壓幅值，Vad為分壓濾波網(wǎng)絡(luò)的輸出電壓Vdcs的值，Vdc為輸出電壓的值，
6[0049]Vr為整流二極管Dl的導(dǎo)通壓降，Vd為整流二極管D2的導(dǎo)通壓降，m為功率變換主輸出繞組Nsl與隔離取樣繞組Ns2的匝數(shù)比，η為分壓濾波網(wǎng)絡(luò)的分壓比。第二實(shí)施例參見(jiàn)圖3，隔離取樣繞組Ns2的7腳與電阻Rl的一端相接，電阻Rl的另一端接地； 隔離取樣繞組Ns2的6腳與整流二極管Dl的陽(yáng)極相接，整流二極管Dl的陰極與分壓濾波 網(wǎng)絡(luò)相接。本實(shí)施例是在第一實(shí)施例的基本原理的基礎(chǔ)上進(jìn)行簡(jiǎn)單變換的結(jié)果，由于其工作 過(guò)程與第一實(shí)施例基本相似，故不在重復(fù)。第三實(shí)施例參見(jiàn)圖4，隔離取樣繞組Ns2的7腳與整流二極管Dl的陽(yáng)極相接，整流二極管Dl 的陰極接地；隔離取樣繞組Ns2的6腳與與電阻Rl的一端相接，電阻Rl的另一端與分壓濾 波網(wǎng)絡(luò)相接。其余未述部分見(jiàn)第二實(shí)施例，不再重復(fù)。
權(quán)利要求1.一種DC-DC變換用輸出電壓隔離取樣電路，包括DC-DC變換電路，DC-DC變換電路包 括變壓器TR01、開(kāi)關(guān)器件Si、輸出主回路的整流二極管D2、輸出主回路的濾波電容E1、主控 MCU和開(kāi)關(guān)器件Sl的驅(qū)動(dòng)單元，變壓器TROl包含有功率變換主繞組Np和功率變換主輸出 繞組Nsl，其特征是變壓器TROl還包含直流電壓的隔離取樣繞組Ns2，隔離取樣繞組Ns2的 同名端與功率變換主輸出繞組Nsl的同名端的連接極性保持一致隔離取樣繞組Ns2的同 名端和功率變換主輸出繞組Nsl的同名端分別接各自的地或者分別接各自的整流二極管 D1、整流二極管D2的陽(yáng)極或陰極；隔離取樣繞組Ns2的輸出經(jīng)整流二極管Dl后輸出到分壓 濾波網(wǎng)絡(luò)，分壓濾波網(wǎng)絡(luò)的輸出連接到主控MCU。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的DC-DC變換用輸出電壓隔離取樣電路，其特征是所述隔離取 樣繞組Ns2的輸出與一個(gè)由整流二極管Dl與分壓濾波網(wǎng)絡(luò)連接的串聯(lián)支路連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的DC-DC變換用輸出電壓隔離取樣電路，其特征是所述隔離取 樣繞組Ns2的非同名端接整流二極管Dl的陽(yáng)極；功率變換主輸出繞組Nsl的非同名端接整 流二極管D2的陽(yáng)極，整流二極管D2的陰極接濾波電容E1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的DC-DC變換用輸出電壓隔離取樣電路，其特征是所述隔離取 樣繞組Ns2的6腳與整流二極管Dl的陽(yáng)極相接，該整流二極管Dl的陰極與分壓濾波網(wǎng)絡(luò) 相接，電阻Rl和電容Cl構(gòu)成阻容并聯(lián)電路，該阻容并聯(lián)電路的一端接入整流二極管Dl的 陰極與分壓濾波網(wǎng)絡(luò)之間，阻容并聯(lián)電路的另一端與隔離取樣繞組Ns2的7腳相接，并且， 該阻容并聯(lián)電路的另一端接地；或者，隔離取樣繞組Ns2的7腳與電阻Rl的一端相接，電阻Rl的另一端接地；隔離取 樣繞組Ns2的6腳與整流二極管Dl的陽(yáng)極相接，整流二極管Dl的陰極與分壓濾波網(wǎng)絡(luò)相 接；或者，隔離取樣繞組Ns2的7腳與整流二極管Dl的陽(yáng)極相接，整流二極管Dl的陰極接 地；隔離取樣繞組Ns2的6腳與與電阻Rl的一端相接，電阻Rl的另一端與分壓濾波網(wǎng)絡(luò)相接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一所述的DC-DC變換用輸出電壓隔離取樣電路，其特征是所 述主控MCU的輸出接驅(qū)動(dòng)單元。
專(zhuān)利摘要一種DC-DC變換用輸出電壓隔離取樣電路，包括DC-DC變換電路，DC-DC變換電路包括變壓器TR01、開(kāi)關(guān)器件S1、輸出主回路的整流二極管D2、輸出主回路的濾波電容E1、主控MCU和開(kāi)關(guān)器件S1的驅(qū)動(dòng)單元，變壓器TR01包含有功率變換主繞組Np和功率變換主輸出繞組Ns1，變壓器TR01還包含直流電壓的隔離取樣繞組Ns2，隔離取樣繞組Ns2的同名端與功率變換主輸出繞組Ns1的同名端的連接極性保持一致。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理、操作靈活、檢測(cè)準(zhǔn)確、制作成本低、適用范圍廣的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02M3/335GK201918901SQ20102065677
公開(kāi)日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2010年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月10日
發(fā)明者王斌 申請(qǐng)人:廣東美的制冷設(shè)備有限公司