SE519148C2 - Förfarande och anordning för att reglera låga utspänningar i likspänningsomvandlare av flyback-typ med multipla utgångar - Google Patents

Description

25 30 519 148 2 REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Ändamålet med uppfinningen är att åstadkomma ett förfarande och en anordning för att styra en som synkron likriktare använd MOSFET för att reglera låga utspänningar inom snäva toleranser.

Detta emås i enlighet med uppfinningen genom att styra MOSFETens frånslagstidpunkt för att variera dess tilltid.

Härmed kan utspänningen regleras mellan framspänningsfallet hos MOSFETens body-diod och MOSFETens ledspänningsfall. Denna spänningsskillnad är endast ca. 0,3 V till 0,4 V men tillräckligt stor för att reglera en utspänning av 3,3 V inom snäva toleranser.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen beskrivs närmare nedan under hänvisning till bifogade ritning på vilken Fig. 1 visar en utföringsform av en likspänningsomvandlare av flyback-typ med multipla utgångar i enlighet med uppfinningen och Fig. 2A - 2F är diagram som illustrerar olika signaler i utföringsforrnen enligt Fig. 1.

BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Fig. l visar en utföringsforrn av en likspänningsomvandlare av flyback-typ med multipla utgångar i enlighet med uppfinningen.

I utföringsformen enligt Fig. l genereras utöver en huvudutspänning Ul en enda ytterligare utspänning U2. Det är emellertid underförstått att det är möjligt att generera fler än en ytterligare utspänning. I ett sådant fall måste för varj e ytterligare utspänning som ska genereras en anordning förefinnas i motsvarighet till anordningen för att generera den ytterligare utspänningen U2 vilken anordning kommer att beskrivas nedan. 10 15 20_ 25 519 148 3 Omvandlaren i Fig. 1 innefattar på i och för sig känt sätt en transformator TR med en primärlindning som är ansluten i serie med en primärswitch T1 till en schematiskt visad likspänningskälla V1 samt en sekundärlindning N1 + N2 som är ansluten i serie med en diod D1 till en utgångskondensator Cl för att generera huvudutlikspänningen U1 .

Primärswitchens T1 led- och fråntider, d.v.s. dess arbetskvot, styrs av en switcharbetskvotsregulator eller switchstyrenhet 1 i beroende av utsignaler från en felförstärkare 2 som är ansluten med sina ingångsklämmor över kondensatorn Cl för att generera utsignaler i beroende av skillnader mellan ärvärdet av utspänningen U1 och ett i felförstärkaren 2 satt börvärde.

För att generera den ytterligare utspänningen U2 i enlighet med uppfinningen är i utföringsformen enligt Fig. 1 en del N2 av sekundärlindningen hos transformatom TR ansluten i serie med en synkron likriktare i form av en MOSFET T2 till en utgångskondensator C2.

I stället för en gemensam sekundärlindning N1+N2 är det underförstått att separata sekundärlindningar (icke visade) kan användas för att generera huvudutspänningen U1 respektive den ytterligare utspänningen U2.

På i och för sig känt sätt innefattar MOSFETen T2 en emitter S, en kollektor D och ett styre G samt en body-diod D2 som är ansluten med sin anod till emittern S och med sin katod till kollektorn D hos MOSFETen T2.

I utföringsformen som visas i Fig. 1 är kollektom D hos MOSFETen T2 ansluten till emittern S hos MOSFETen T2 via ett motstånd R1 i serie med en diod D3 och en kondensator C3. 10 15 20 25 5 19 1 4 8 4 Hopkopplingspunkten mellan dioden D3 och kondensatorn C3 är ansluten till kollektom hos en transistor T3. Emittem hos transistorn T3 är ansluten till styret G hos MOSFETen T2 och till emittem hos en transistor T4 vars kollektor är ansluten till emittem hos MOSFETen T2.

Transistorema T3 och T4 är två emitterfölj are som snabbt kan ladda/urladda styret G hos MOSFETen T2.

Transistorernas T3 och T4 baser är hopkopplade och anslutna via ett motstånd R2 till kollektorn hos transistorn T3.

De hopkopplade baserna hos transistorema T3 och T4 är också anslutna till kollektorn hos en transistor T5 vars emitter är ansluten till emittern S hos MOSFETen T2.

Basen hos transistorn T5 är via ett motstånd R3 i serie med en kondensator C4 ansluten till kollektorn D hos MOSFETen T2.

I enlighet med uppfinningen är hopkopplingspunkten mellan motståndet R3 och kondensatorn C4 via ett motstånd R4 ansluten till en utgångsklämma hos en felförstärkare 3. Felförstärkaren 3 är med sina ingångsklämmor ansluten över kondensatorn C2 för att generera utsignaler för att styra MOSFETen T2 i beroende av skillnader mellan ärvärdet av den ytterligare utspänningen U2 och ett börvärde som satts i felförstärkaren 3.

Som nämnts ovan är switchen T1 flyback-omvandlarens primärswitch. När switchen T1 är till lagras magnetisk energi i transformatom TR och spänningen över sekundärlindningen hos transformatorn TR antas vara negativ. När primärswitchen T1 slår ifrån blir spänningen över transformatorns TR sekundärlindning positiv och 10 15 20 25 519 148 5 en ström ID1 flyter genom dioden D1 för att ladda kondensatorn Cl och en ström IT2 flyter genom MOSFETen T2 för att ladda kondensatorn C2.

Med hänvisning till diagrammen i Fig. 2A - 2F kommer nu den i Fig. l visade omvandlarens funktion att beskrivas mer i detalj under en frånperiod hos primärswitchen T1.

Det bör nämnas att diagrammen i Fig. 2A - 2F i huvudsak är teoretiska, d.v.s. mer eller mindre idealiserade.

Primärswitchen T1 antas vara till från början samt antas slås ifrån vid tidpunkten tl och igen slås till vid tidpunkten t4 såsom framgår av Fig. 2A.

När primärswitchen T1 är till är spänningen över lindningen N2 negativ och kondensatorn C3 laddas via motståndet Rl i serie med dioden D3.

När primärswitchen T1 slår ifrån vid tidpunkten tl börjar body~dioden D2 hos MOSFETen T2 att leda för att ladda utgångskondensatorn C2.

Emitter-kollektorspänningen U5_DT2 hos MOSFETen T2 illustreras i Fig. ZB.

Basström matas till transistorn T3 via motståndet R2. Styret G hos MOSFETen T2 laddas, vilket medför att MOSFETen T2 mättas.

Styre-emitterspänningen UG_5T2 hos MOSFETen T2 illustreras i Fig. 2C.

I följ ande beskrivning antas att utspänningen U2 vid tidpunkten tl är högre än det i felförstärkaren 3 satta börvärdet. 10 15 20 25 30 519 148 6 Felfórstärkaren 3 känner av att utspänningen U2 är högre än börvärdet och börjar ladda ur kondensatorn C4 via motståndet R4.

Detta gör att transistom T5 börjar att leda vid tidpunkten t2 såsom framgår av Fig. 2D som illustrerar bas-emitterspänningen UB_ET5 hos transistorn T5.

När transistom T5 börjar leda vid tidpunkten t2 börjar styreladdningen hos MOSFETens styre G urladdas via transistom T4 såsom illustreras i Fig. 2C.

Styreladdningen hos styret G antas vara helt urladdad vid tidpunkten t3.

MOSFETen T2 slår således ifrån vid tidpunkten t3.

När MOSFETen T2 slår ifrån vid tidpunkten t3 sjunker strömmen IT2 genom densamma såsom visas i F ig. 2E. På grund av att transformatorn TR inte är ideal samt förekomsten av body-dioden D2 i MOSFETen T2 sjunker emellertid inte strömmen IT2 till noll.

Minskningen av strömmen IT2 förorsakar en motsvarande ökning av strömmen ID1 genom dioden D1 såsom framgår av Fig. 2F.

Denna ökning av strömmen ID1 tenderar att öka huvudutspänningen Ul.

Felförstärkaren 2 kommer att känna av denna ökning av huvudutspänningen U1 och i beroende härav styra arbetskvotsregulatom 1 till att justera arbetskvoten hos primärswitchen T1 på sådant sätt att huvudutspänningen U1 minskas till börvårdet.

Mellan tidpunkten t3 när MOSFETen slår ifrån och tidpunkten t4 då primärswitchen Tl slår till igen minskar strömmarna IT2 och ID1 på grund av att den i transfonnatom TR lagrade energin minskar. 519 148 7 Genom att styra MOSFETen T2 på detta sätt, d.v.s. genom att justera dess frånslagstidpunkt i beroende av att ärvärdet av den ytterligare utspänningen U2 överskrider börvärdet, är det möjligt att reglera låga utspänningar i intervallet mellan framspänningsfallet hos body-dioden D2 och ledspänningsfallet hos MOSFETen T2 inom snäva toleranser.

Claims (1)

10 15 20 25 30 519. 148 °:':=_ -_' ,::_ _'.: o .nu en 8 PATENTKRAV

1. Förfarande för att utöver en huvudutspänning generera minst en låg, ytterligare utspänning i en likspänningsomvandlare av flyback-typ med en transformator med en primärlindning som är ansluten i serie med en primärswitch till en inspänningskälla, en första sekundärlindning som är ansluten i serie med en första likriktare till en första utgångskondensator för att generera nämnda huvudutspänning över nämnda första utgångskondensator och en andra sekundärlindning som är ansluten i serie med en andra likriktare till en andra utgångskondensator för att generera nämnda låga utspänning över nämnda andra utgångskondensator, kännetecknat av att en MOSFET med body-diod väljs som nämnda andra likriktare och att skillnader mellan den ytterligare utspänningens ärvärde och ett börvärde styr MOSFETen till att justera sin frånslagstidpunkt för att reglera den ytterligare utspänningen inom ett intervall mellan MOSFETens ledspänningsfall och body-diodens framspänningsfall. Z. Anordning för att utöver en huvudutspänning (Ul) generera minst en låg, ytterligare utspänning (U2) i en likspänningsomvandlare av flyback-typ med en transformator (TR) med en primärlindning som är ansluten i serie med en primärsWitch(T1) till en inspänningskälla (V1), en första sekundärlindning (Nl + NZ) som är ansluten i serie med en första likriktare (Dl) till en första utgångskondensator (Cl) för att generera nämnda huvudutspänning (Ul) över nämnda första utgångskondensator (Cl) och en andra sekundärlindning (NZ) som är ansluten i serie med en andra likriktare (T2) till en andra utgångskondensator (CZ) för att generera nämnda ytterligare utspänning (U2) över närrmda andra utgångskondensator (CZ), kännetecknad av att nämnda andra likriktare (T2) är en MOSFET med body-diod (DZ), att en felförstärkare (3) är ansluten över den andra utgångskondensatom (CZ), att felförstärkaren (3) är anordnad att generera utsignaler i beroende av skillnader mellan den ytterligare utspänningens (U2) ärvärde och ett börvärde och att MOSFETen är anordnad att styras av nämnda utsignaler för att 519 148 ':':=_ ;,.:_ 1.: 9 justera sin frånslagstidpunkt i beroende av dessa fór att reglera den ytterligare utspänningen (U2) inom ett intervall mellan MOSFETens ledspänningsfall och body-diodens (D2) framspänningsfall.