申请/专利权人：中国电子科技集团公司第四十三研究所

申请日：2019-03-13

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN109787480B

主分类号：H02M3/335

分类号：H02M3/335

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.22#授权;2019.06.14#实质审查的生效;2019.05.21#公开

摘要：本发明涉及一种磁隔离反馈电路及磁隔离反馈方法，括反馈脉冲发生电路、磁反馈变压器、整流滤波电路、取样比较电路及变压器复位电路；所述反馈脉冲发生电路用于提供变压器所需要的交流信号；所述变压器复位电路用于复位变压器；所述整流滤波电路用于将变压器输出的信号整流成为直流信号；所述取样比较电路用于将反馈信号取样成所需反馈信号，反馈给原边PWM控制芯片的比较端。本发明应用环境由常规的‑55～125℃提高至‑55～185℃，为高温DCDC变换器提供了精确稳定的电压反馈环路。具有静态电流小、反馈精度高等特点，可广泛应用于各类高温开关电源中。

主权项：1.一种磁隔离反馈电路，其特征在于：包括反馈脉冲发生电路、磁反馈变压器、整流滤波电路、取样比较电路及变压器复位电路；所述反馈脉冲发生电路的输入端与输出电压连接，其输出端与磁反馈变压器的输入端连接，用于提供变压器所需要的交流信号；所述变压器复位电路与磁反馈变压器的初级线圈连接，用于复位变压器；所述整流滤波电路的输入端与高温磁反馈变压器输出端连接，用于将变压器输出的信号整流成为直流信号；所述取样比较电路的输入端与所述整流滤波电路的输出端连接，其输出端与原边PWM控制芯片的输入端连接，所述取样比较电路用于将反馈信号取样成所需反馈信号，反馈给原边PWM控制芯片的比较端；所述脉冲发生电路包括PWM控制芯片、供电电路、控制电路、振荡电路及驱动电路，所述供电电路、控制电路、振荡电路的输出端与PWM控制芯片的输入端连接，所述PWM控制芯片的输出端与驱动电路的输入端连接；所述供电电路采用电容C1，所述电容C1的一端与PWM控制芯片的Vin端连接，电容C1的另一端接地；所述控制电路由电阻R1、R2、R3、R4及电容C2、C3、C4、C5、C6组成，所述电阻R1的一端与PWM控制芯片的AVDD端连接，电阻R1的另一端与PWM控制芯片的VDD端连接，所述电容C2的一端与PWM控制芯片的AVDD端连接，其另一端接地，所述电容C3的一端与PWM控制芯片的端连接，其另一端接地，所述电阻R2与电容C4串联后并联在电容C3的两端，所述电阻R3与电容C5并联后的一端与PWM控制芯片的OE端及PG端连接，其并联后的另一端与PWM控制芯片的VDD端连接，所述电阻R4的一端与PWM控制芯片的ENABLE端连接，其另一端与PWM控制芯片的Vin端连接；所述振荡电路采用电容C7，所述电容C7的一端与PWM控制芯片的THRESHOLD端连接，电容C7的另一端接地；所述驱动电路由开关管Q1和电阻R5组成，所述开关管Q1的漏极与磁反馈变压器的中间触点连接，开关管Q1的源极接地，开关管Q1的栅极经电阻R5与PWM控制芯片的PWM端连接；所述变压器复位电路包括开关管Q2及电阻R6，所述开关管Q2的栅极及源极均接地，开关管Q2的漏极与变压器的原边绕组的一端连接，所述电阻R6的一端与磁反馈变压器的中间触点连接；所述整流滤波电路包括开关管Q3及电容C7，所述开关管Q3的栅极与磁反馈变压器的副边绕组的一端连接，开关管Q3的源极经电容C7接地，开关管Q3的漏极与磁反馈变压器的副边绕组的另一端连接；所述取样比较电路包括电阻R7及电阻R8，所述电阻R7的一端与开关管Q3的栅极连接，电阻R7的另一端经电阻R8接地。

全文数据：一种磁隔离反馈电路及磁隔离反馈方法技术领域本发明涉及高温开关电源电路领域，具体涉及一种磁隔离反馈电路及磁隔离反馈方法。背景技术当前高可靠、长寿命、工作温度范围宽-55～125℃、抗环境应力能力强的常规厚膜混合集成DCDC变换器广泛应用于航天、航空、兵器、船舶等各种应用领域。随着科学技术的进步，整机系统对DCDC变换器的要求也越来越高，其发展方向主要为高频化、小型化、高功率密度等。但是同时对包括抗辐照、耐极高温、耐极低温等在内的耐受特殊环境能力的DCDC变换器的需求也越来越强烈。深空探测、深井勘探、飞机发动机控制系统和内燃机战车控制系统中均存在高温环境。如月球表面高温可达127℃以上；深井测井仪器需要工作在环境温度168℃以上；飞机发动机控制系统工作的最高工作温度可达93℃以上；内燃机战车控制系统工作的最高温度可达90℃以上。最高壳温125℃的常规DCDC变换器工作在环境温度90℃时，考虑到外壳存在温升，已达到现有产品能力极限，无法满足温度降额要求，因此这些特殊场合需要能够耐受高温的电源产品。发明内容本发明的目的在于提供一种磁隔离反馈电路及磁隔离反馈方法，突破了常规半导体175℃结温的限制，可用在最高壳温185℃的高温DCDC变换器中。为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种磁隔离反馈电路，包括反馈脉冲发生电路、磁反馈变压器、整流滤波电路、取样比较电路及变压器复位电路；所述反馈脉冲发生电路的输入端与输出电压连接，其输出端与磁反馈变压器的输入端连接，用于提供变压器所需要的交流信号；所述变压器复位电路与磁反馈变压器的初级线圈连接，用于复位变压器；所述整流滤波电路的输入端与高温磁反馈变压器输出端连接，用于将变压器输出的信号整流成为直流信号；所述取样比较电路的输入端与所述整流滤波电路的输出端连接，其输出端与原边PWM控制芯片的输入端连接，所述取样比较电路用于将反馈信号取样成所需反馈信号，反馈给原边PWM控制芯片的比较端。作为上述技术方案的进一步改进：所述脉冲发生电路包括PWM控制芯片、供电电路、控制电路、振荡电路及驱动电路，所述供电电路、控制电路、振荡电路的输出端与PWM控制芯片的输入端连接，所述PWM控制芯片的输出端与驱动电路的输入端连接。所述供电电路采用电容C1，所述电容C1的一端与PWM控制芯片的Vin端连接，电容C1的另一端接地。所述控制电路由电阻R1、R2、R3、R4及电容C2、C3、C4、C5、C6组成，所述电阻R1的一端与PWM控制芯片的AVDD端连接，电阻R1的另一端与PWM控制芯片的VDD端连接，所述电容C2的一端与PWM控制芯片的AVDD端连接，其另一端接地，所述电容C3的一端与PWM控制芯片的端连接，其另一端接地，所述电阻R2与电容C4串联后并联在电容C3的两端，所述电阻R3与电容C5并联后的一端与PWM控制芯片的OE端及PG端连接，其并联后的另一端与PWM控制芯片的VDD端连接，所述电阻R4的一端与PWM控制芯片的ENABLE端连接，其另一端与PWM控制芯片的Vin端连接。所述振荡电路采用电容C7，所述电容C7的一端与PWM控制芯片的THRESHOLD端连接，电容C7的另一端接地。所述驱动电路由开关管Q1和电阻R5组成，所述开关管Q1的漏极与磁反馈变压器的中间触点连接，开关管Q1的源极接地，开关管Q1的栅极经电阻R5与PWM控制芯片的PWM端连接。所述变压器复位电路包括开关管Q2及电阻R6，所述开关管Q2的栅极及源极均接地，开关管Q2的漏极与变压器的原边绕组的一端连接，所述电阻R6的一端与磁反馈变压器的中间触点连接。所述整流滤波电路包括开关管Q3及电容C7，所述开关管Q3的栅极与磁反馈变压器的副边绕组的一端连接，开关管Q3的源极经电容C7接地，开关管Q3的漏极与磁反馈变压器的副边绕组的另一端连接。所述取样比较电路包括电阻R7及电阻R8，所述电阻R7的一端与开关管Q3的栅极连接，电阻R7的另一端经电阻R8接地。由上述技术方案可知，本发明所述的磁隔离反馈电路及磁隔离反馈方法，应用环境由常规的-55～125℃提高至-55～185℃，为高温DCDC变换器提供了精确稳定的电压反馈环路。具有静态电流小、反馈精度高等特点，可广泛应用于各类高温开关电源中。附图说明图1是本发明的电路框图；图2是本发明的反馈脉冲发生电路的电路框图；图3是本发明的电路原理图。具体实施方式下面结合附图对本发明做进一步说明：如图1所示，本实施例的磁隔离反馈电路，包括反馈脉冲发生电路1、磁反馈变压器2、整流滤波电路3、取样比较电路4及变压器复位电路6；该反馈脉冲发生电路1的输入端与输出电压连接，反馈脉冲发生电路1的输出端与磁反馈变压器2的输入端连接，用于提供变压器所需要的交流信号；变压器复位电路6与磁反馈变压器2的初级线圈连接，用于复位变压器；整流滤波电路3的输入端与高温磁反馈变压器2输出端连接，用于将变压器输出的信号整流成为直流信号；取样比较电路4的输入端与整流滤波电路3的输出端连接，其输出端与原边PWM控制芯片的输入端连接，取样比较电路4用于将反馈信号取样成所需反馈信号，反馈给原边PWM控制芯片的比较端。如图2所示，脉冲发生电路包括PWM控制芯片11、芯片供电电路12、芯片控制电路13、振荡电路14及驱动电路15，芯片供电电路12、芯片控制电路13、振荡电路14的输出端均与PWM控制芯片11的输入端连接，PWM控制芯片11的输出端与驱动电路15的输入端连接。如图3所示，本实施例的供电电路12采用电容C1，该电容C1的一端与PWM控制芯片的Vin端连接，电容C1的另一端接地。振荡电路采用电容C7，电容C7的一端与PWM控制芯片的THRESHOLD端连接，电容C7的另一端接地。控制电路15由电阻R1、R2、R3、R4及电容C2、C3、C4、C5、C6组成，电阻R1的一端与PWM控制芯片11的AVDD端连接，电阻R1的另一端与PWM控制芯片的VDD端连接，电容C2的一端与PWM控制芯片11的AVDD端连接，电容C2的另一端接地，电容C3的一端与PWM控制芯片11的端连接，电容C3的另一端接地，电阻R2与电容C4串联后并联在电容C3的两端，电阻R3与电容C5并联后的一端与PWM控制芯片11的OE端及PG端连接，电阻R3与电容C5并联后的另一端与PWM控制芯片11的VDD端连接，电阻R4的一端与PWM控制芯片11的ENABLE端连接，电阻R4的另一端与PWM控制芯片11的Vin端连接。驱动电路15由开关管Q1和电阻R5组成，开关管Q1的漏极与磁反馈变压器2的中间触点连接，开关管Q1的源极接地，开关管Q1的栅极经电阻R5与PWM控制芯片11的PWM端连接。变压器复位电路6包括开关管Q2及电阻R6，开关管Q2的栅极及源极均接地，开关管Q2的漏极与变压器的原边绕组的一端连接，电阻R6的一端与磁反馈变压器2的中间触点连接。整流滤波电路3包括开关管Q3及电容C7，开关管Q3的栅极与磁反馈变压器2的副边绕组的一端连接，开关管Q3的源极经电容C7接地，开关管Q3的漏极与磁反馈变压器2的副边绕组的另一端连接。取样比较电路4由电阻R7及电阻R8组成，电阻R7的一端与开关管Q3的栅极连接，电阻R7的另一端经电阻R8接地。工作原理：芯片供电电路12由电容C1组成，供电电压经由滤波电容C1至地，滤波后的电压输入至PWM控制芯片11的Vin端，为整个反馈脉冲发生电路1提供供电电压；供电电压连接电阻R4至高温PWM控制芯片4的ENABLE端，通过调节电阻R4的参数来限制电流，以防芯片烧毁，芯片控制电路13使高温PWM控制芯片11始终工作在固定频率且占空比固定，其中C7电容用来确定电路的振荡频率，R3，C5可设置PWM芯片输出的导通时间，电阻R1、R2，及电容C2、C3、C4用来给芯片内部基准VDD滤波，用来提供电路所需的VDD电压；高驱动电路15由电阻R5和开关管Q1组成，PWM芯片11的PWM脚输出驱动信号，经过驱动电阻R5驱动开关管Q1，给磁反馈变压器2提供所需的交流信号。磁反激变压器2采用反激拓扑，当开关管Q1开通时，绕组1开始存储能量，当开关管Q1关断时，磁反馈变压器中存储的能量由变压器复位电路6绕组2以及开关管Q2中释放，实现变压器的复位。而由于变压器复位电路6将存储能量返回了供电端，因此，该形式电路损耗非常小，静态电流较小；绕组3为高温磁反激变压器2的次级绕组，将反馈信号传输到整流滤波电路3，经过整流滤波电路3中的开关管Q3的整流以及滤波电容C7的滤波之后，反馈信号输入到取样比较电路4，经过上取样电阻R7以及下取样电阻R8的取样，最终得到电路所需的反馈电压，反馈回原边PWM芯片11，完成了磁隔离反馈的功能。本实施例优选基于Soi芯片，可在225℃以上的高温环境中正常工作。电容、磁性材料均优选可抗击200℃高温的耐高温器件。因此可将电路整体的工作温度由常规-55～125℃提升至-55～185℃。以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

权利要求：1.一种磁隔离反馈电路，其特征在于：包括反馈脉冲发生电路、磁反馈变压器、整流滤波电路、取样比较电路及变压器复位电路；所述反馈脉冲发生电路的输入端与输出电压连接，其输出端与磁反馈变压器的输入端连接，用于提供变压器所需要的交流信号；所述变压器复位电路与磁反馈变压器的初级线圈连接，用于复位变压器；所述整流滤波电路的输入端与高温磁反馈变压器输出端连接，用于将变压器输出的信号整流成为直流信号；所述取样比较电路的输入端与所述整流滤波电路的输出端连接，其输出端与原边PWM控制芯片的输入端连接，所述取样比较电路用于将反馈信号取样成所需反馈信号，反馈给原边PWM控制芯片的比较端。2.根据权利要求1所述的磁隔离反馈电路，其特征在于：所述脉冲发生电路包括PWM控制芯片、供电电路、控制电路、振荡电路及驱动电路，所述供电电路、控制电路、振荡电路的输出端与PWM控制芯片的输入端连接，所述PWM控制芯片的输出端与驱动电路的输入端连接。3.根据权利要求2所述的磁隔离反馈电路，其特征在于：所述供电电路采用电容C1，所述电容C1的一端与PWM控制芯片的Vin端连接，电容C1的另一端接地。4.根据权利要求2所述的磁隔离反馈电路，其特征在于：所述控制电路由电阻R1、R2、R3、R4及电容C2、C3、C4、C5、C6组成，所述电阻R1的一端与PWM控制芯片的AVDD端连接，电阻R1的另一端与PWM控制芯片的VDD端连接，所述电容C2的一端与PWM控制芯片的AVDD端连接，其另一端接地，所述电容C3的一端与PWM控制芯片的端连接，其另一端接地，所述电阻R2与电容C4串联后并联在电容C3的两端，所述电阻R3与电容C5并联后的一端与PWM控制芯片的OE端及PG端连接，其并联后的另一端与PWM控制芯片的VDD端连接，所述电阻R4的一端与PWM控制芯片的ENABLE端连接，其另一端与PWM控制芯片的Vin端连接。5.根据权利要求2所述的磁隔离反馈电路，其特征在于：所述振荡电路采用电容C7，所述电容C7的一端与PWM控制芯片的THRESHOLD端连接，电容C7的另一端接地。6.根据权利要求2所述的磁隔离反馈电路，其特征在于：所述驱动电路由开关管Q1和电阻R5组成，所述开关管Q1的漏极与磁反馈变压器的中间触点连接，开关管Q1的源极接地，开关管Q1的栅极经电阻R5与PWM控制芯片的PWM端连接。7.根据权利要求1所述的磁隔离反馈电路，其特征在于：所述变压器复位电路包括开关管Q2及电阻R6，所述开关管Q2的栅极及源极均接地，开关管Q2的漏极与变压器的原边绕组的一端连接，所述电阻R6的一端与磁反馈变压器的中间触点连接。8.根据权利要求1所述的磁隔离反馈电路，其特征在于：所述整流滤波电路包括开关管Q3及电容C7，所述开关管Q3的栅极与磁反馈变压器的副边绕组的一端连接，开关管Q3的源极经电容C7接地，开关管Q3的漏极与磁反馈变压器的副边绕组的另一端连接。9.根据权利要求8所述的磁隔离反馈电路，其特征在于：所述取样比较电路包括电阻R7及电阻R8，所述电阻R7的一端与开关管Q3的栅极连接，电阻R7的另一端经电阻R8接地。10.一种磁隔离反馈方法，其特征在于：磁反激变压器采用反激拓扑，通过开关管控制磁反激变压器存储能量；磁反激变压器中存储的能量由变压器复位电路释放，实现变压器的复位；磁反激变压器将原边传递的能量输出到整流滤波电路，经过整流滤波电路中的开关管整流以及滤波电容滤波之后，将反馈信号输入到取样比较电路，经过上取样电阻以及下取样电阻，得到电路所需的反馈电压，反馈回原边PWM芯片。

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