[发明专利]推挽输出开关电源

说明书

技术领域

本发明涉及开关电源技术，特别涉及电压控制模式下推挽输出开关电源，磁通平衡控制技术。

背景技术

脉宽调制下的推挽输出开关电源的基本结构通常包括脉宽调制控制单元、误差放大单元、第一开关器件、第二开关器件、推挽输出变压器及其整流滤波电路等。误差放大单元输出端与脉宽调制控制单元连接，输入端分别连接输出电压分压和参考电压，根据输出电压分压与参考电压的差异输出误差电压。脉宽调制控制单元根据误差放大单元输出的误差电压以及PWM信号，产生两路驱动信号分别驱动第一开关器件和第二开关器件。第一开关器件和第二开关器件分别通过推挽变压器的两个初级半绕组与电源电压连接，将电源电压转换成高频脉冲电压，最后通过整流滤波电路向负载提供直流电压。很多因素都会引起这类开关电源导通时的复位伏秒数与关断时的复位伏秒数不相等，从而数个周期后，推挽输出变压器的磁芯将偏离磁滞回线进入饱和区。磁芯饱和时，变压器不能承受电压，当下一周期开关器件再次导通时，开关器件将承受很大的电压和电流，导致开关器件损坏。磁通不平衡是电压控制模式下推挽输出开关电源控制电路失效的主要原因之一。

目前，推挽输出开关电源磁通不平衡的解决方法主要有：第一，在磁芯中增加气隙；第二，初级绕组串联电阻；第三，使用电流控制模式。但是，这些方法本身仍然存在很多缺点。磁芯中增加气隙可以增大磁芯承受的直流电流偏置，通过增大电流来增大开关器件的沟道电阻上的分压，进而降低该半绕组的伏秒数，使伏秒数相等。但是大电流一侧的开关器件发热大，易损坏。初级串联电阻的方法，可以使伏秒数大的初级半绕组上的串联电阻分压大，进而降低该半绕组的伏秒数，使电流恢复平衡，但是串联电阻引入了非常大的功耗，降低了开关电源的效率。使用电流控制模式是当今解决磁通不平衡的主要方法，但是，电流模式不稳定，需要斜率补偿。

发明内容

为了克服上述传统磁通不平衡解决方法的缺点，本发明提出了一种推挽输出开关电源，采用电压控制模式下的磁通平衡控制电路，解决了工作在电压控制模式下的推挽输出开关电源磁通不平衡问题，不需要斜率补偿，不引入额外功耗。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，推挽输出开关电源，包括脉宽调制控制单元、第一误差放大单元、第二误差放大单元、第一开关器件、第二开关器件和推挽输出变压器，所述第一误差放大单元和第二误差放大单元输出端与脉宽调制控制单元连接，输入端分别连接输出电压分压和参考电压，所述脉宽调制控制单元输出的驱动信号分别驱动第一开关器件和第二开关器件，所述第一开关器件和第二开关器件分别通过推挽变压器的两个初级半绕组与电源电压连接，其特征在于，还包括均值求差单元，所述均值求差单元输入端分别连接第一开关器件和第二开关器件，对两个初级半绕组的平均电流分别进行采样，通过加减法运算，得到两个反映两个初级半绕组平均电流大小的电压V₁和V₂，将V₁和V₂分别输入到第一误差放大单元和第二误差放大单元，最后通过脉宽调制控制单元控制第一开关器件和第二开关器件的导通时间，减小伏秒数较大的初级半绕组的导通时间，增大伏秒数较小的初级半绕组的导通时间，使两个初级半绕组的伏秒数相等，实现对磁通平衡的控制。

推荐的，所述第一误差放大单元和第二误差放大单元结构相同。

具体的，所述第一开关器件和第二开关器件为IGBT。

具体的，所述第一开关器件和第二开关器件为场效应晶体管。

具体的，所述均值求差单元由两个运算放大器及其外围电路构成。

本发明的有益效果是，开关电源工作在电压控制模式下，不需要斜率补偿，电路工作稳定。推挽输出变压器两个初级半绕组电流均衡，避免开关器件过流发热。推挽输出变压器磁通平衡，不会偏离磁滞回线进入饱和区。不引入串联电阻，无额外功耗，开关电源效率高。控制电路适合集成，适用于BCD集成电路工艺和BiCMOS集成电路工艺。

附图说明

为使本发明的目的、技术方案更加清楚，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明做进一步详细说明。

图1是本发明电路图；

图2是误差放大单元电路图；

图3是脉宽调制控制单元电路图；

图4均值求差单元的电路图；

图5是未加磁通平衡控制电路时的两个半绕组的导通时间与导通电流波形；

图6是增加磁通平衡控制电路时的两个半绕组的导通时间与导通电流波形。