[发明专利]正激变换器变压器的饱和防止

说明书

本申请是申请日为2009年9月21日、申请号为200910169100.6、名称为“正激变换器变压器的饱和防止”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明一般涉及电源，并且更具体地，本发明涉及正激变换器（forward converter）。

背景技术

AC到DC以及DC到DC电源通常使用本领域公知的称为正激变换器的功率变换拓扑。

正激变换器可以使用一个或两个有源开关来将输入电压施加到变压器的初级绕组。单开关（single-switch）正激变换器使用一个有源开关来将输入电压施加到变压器的初级绕组。双开关（two-switch）正激变换器使用两个有源开关来将输入电压施加到变压器的初级绕组。在每种类型的正激变换器中，变压器的次级绕组产生初级绕组上的电压的经缩放复制版。次级绕组上的电压经整流并滤波以变为输出电压。

在电源中，输出电压通常由控制电路来调整（regulate）。控制电路将输出电压与所希望值相比较。控制电路接通和关断有源开关，并且调节开关导通（和截止）的时间，以保持输出接近所希望值。

正激变换器的设计中对一个或两个开关的选择受成本的极大影响。双开关正激变换器通常是满足个人计算机和类似应用的电源需求的最低成本配置。

单开关配置和双开关配置都允许变压器的磁通量在有源开关截止时进行复位（即，返回到低得多的值）。复位变压器的磁通量防止了过存储能量使变压器饱和（其改变了变压器的性质）。一般通过在有源开关截止时将适当大小和持续时间的复位电压施加到初级绕组来实现复位。

通常希望将复位电压设置为比开关导通时出现在初级绕组上的输入电压高的值。提供合适复位电压的普通低成本技术使用简单的复位电路来形成在变压器的复位时间期间施加到初级绕组的基本上恒定的电压。在双开关正激变换器中，复位电压是输入电压与复位电路的电压之和。在单开关正激变换器中，复位电压是复位电路的电压。

使用复位电路的技术存在的问题在于：当控制电路对输入电压的改变或者对电源上的负载的改变作出响应时，适当的复位电压可能突然改变。而且，简单的复位电路通常不能足够快地对瞬时事件（例如，电源的开启和关闭）作出响应以确保变压器的适当复位。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种在功率变换器中使用的控制电路，包括：第一受控电流源，具有与施加到变压器的绕组的输入电压实质上成正比的第一电流；第二受控电流源，具有与施加到变压器的绕组的复位电压实质上成正比的第二电流；第一开关，适合于在输入电压被施加到变压器的绕组时，利用第一电流对积分电容器充电；第二开关，适合于当复位电压被施加到变压器的绕组时，利用第二电流对积分电容器放电，以及第三开关，适合于在积分电容器上的电压不小于第一阈值电压时从变压器的绕组移除输入电压，并且在积分电容器放电到第二阈值电压时防止将输入电压施加到变压器的绕组。

根据本发明的另一方面，提供了一种防止功率变换器中的变压器饱和的方法，包括：当输入电压被施加到变压器的绕组时，对表示施加到变压器的绕组的输入电压的第一量积分，以获得第一积分值；当复位电压被施加到变压器的绕组时，对表示施加到变压器的绕组的复位输入电压的第二量积分，以获得第二积分值；将第一积分值与第一阈值相比较；当第一积分值不小于第一阈值时，从变压器的绕组移除输入电压；从第一积分值减去第二积分值；将第一积分值和第二积分值之差与第二阈值相比较；以及在从第一积分值和第二积分值之差不大于第二阈值时开始的延迟时间过去之前，防止将输入电压施加到变压器的绕组。

附图说明

将参考附图描述本发明的非限制性和非排他性实施例，其中，在各个图中，除非以其他方式指出，否则相似的标号指相似的部分。

图1是图示出包括本发明的具有控制电路的双开关正激变换器的显著特征的示意图。

图2是示出了可以与图1的双开关正激变换器一起使用的示例复位电路的细节的示意图。

图3是示出了包括在图1的双开关正激变换器的控制电路中的功能元件和信号的框图。

图4是图示出包括在图3的控制电路所包括的饱和防止（saturation prevention）电路中的功能的一个示例的示意图。

图5是示出了在不激活防止变压器饱和的特征的通常操作的状况下图4的饱和防止电路中的信号的时序图。

图6是示出了在终止防止变压器饱和的门控信号的状况下与图5相同的信号的时序图。