一种隔离反馈装置和相关电源设备的制作方法

1.本技术涉及电源技术领域，具体涉及一种隔离反馈装置和相关电源设备。


背景技术：

2.目前市场上交流转直流(ac/dc)电源产品多种多样，例如家电电源，手机充电器，各种设备适配器，工业设备电源等，输出功率范围从几瓦(w)到几千w不等。拓扑电路多种多样，主要有反激，正激，半桥，全桥等电路，但这些电源产品由于安规认证的原因，要求输入和输出间必须电气隔离，当前针对电气隔离主要是通过光耦器件来实现。但这种方式不仅稳定可靠性低，而且抗辐射能力差。


技术实现要素：

3.基于现有技术不足，本技术提供一种隔离反馈装置和相关电源设备，以期提高电气隔离时电路的稳定性和抗辐射性，并同步降低生产成本。
4.第一方面，本技术实施例提供了一种隔离反馈装置，包括第一控制模块、第二控制模块、变压器模块、制于绝缘材料上的第一互感线圈和第二互感线圈；
5.所述变压器模块的初级端口与所述第一控制模块的第一端连接，所述变压器模块的次级端口与所述第二控制模块的第一端连接；
6.所述第一互感线圈与所述第一控制模块的第二端连接，所述第二互感线圈与所述第二控制模块的第二端连接；
7.所述第二控制模块用于在预设条件下根据所述次级端口的电压值控制所述第二互感线圈生成第一反馈信号，所述第一互感线圈用于根据所述第一反馈信号生成第二反馈信号，所述第一控制模块用于根据所述第一反馈信号生成控制信号，以控制所述变压器模块的工作状态。
8.第二方面，本技术实施例提供了一种电源设备，包括如第一方面所述的隔离反馈装置和供电装置；
9.所述供电装置与所述隔离反馈装置连接，用于为所述隔离反馈装置提供电能。
10.可以看出，本技术实施例的隔离反馈装置包括第一控制模块、第二控制模块、变压器模块、制于绝缘材料上的第一互感线圈和第二互感线圈；所述变压器模块的初级端口与所述第一控制模块的第一端连接，所述变压器模块的次级端口与所述第二控制模块的第一端连接；所述第一互感线圈与所述第一控制模块的第二端连接，所述第二互感线圈与所述第二控制模块的第二端连接。这样可以通过互感实现电器隔离，不仅互感信号稳定，受外界温度、辐射等因素影响小，且由于互感线圈工艺相对光耦反馈简单，还能降低生产成本。
附图说明
11.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本
申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
12.图1是本技术实施例提供的一种隔离反馈装置的结构示意图；
13.图2是本技术实施例提供的一种第二控制模块的结构示意图；
14.图3是本技术实施例提供的另一种第二控制模块的结构示意图；
15.图4是本技术实施例提供的另一种第二控制模块的结构示意图；
16.图5是本技术实施例提供的一种误差放大子模块的结构示意图；
17.图6是本技术实施例提供的一种第一控制模块的结构示意图；
18.图7是本技术实施例提供的另一种第一控制模块的结构示意图；
19.图8是本技术实施例提供的另一种第一控制模块的结构示意图；
20.图9是本技术实施例提供的另一种第一控制模块的结构示意图；
21.图10是本技术实施例提供的一种整流滤波子模块的电路示意图；
22.图11是本技术实施例提供的另一种隔离反馈装置的结构示意图；
23.图12是本技术实施例提供的一种电源设备的结构示意图。
具体实施方式
24.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
25.本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
26.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
27.目前在对电源进行电气隔离，主要都是通过光耦器件来实现的，但由于温度高时光耦传输比小，需要较大的工作电流，而光耦电流传输比大时，当突然启动或者负载突变时，有可能误触发反馈信号，影响输出，因此光耦器件稳定性不高，且抗辐射能力差，尤其无法适用于工作环境恶劣的电源设备上。
28.为解决上述问题，请参阅图1，图1是本技术实施例提供的一种隔离反馈装置的结构示意图。如图所示，隔离反馈装置10包括第一控制模块110、第二控制模块130、变压器模块120、制于绝缘材料143上的第一互感线圈141和第二互感线圈142；所述变压器模块120的初级端口与所述第一控制模块110的第一端连接，所述变压器模块120的次级端口与所述第二控制模块130的第一端连接；所述第一互感线圈141与所述第一控制模块110的第二端连接，所述第二互感线圈142与所述第二控制模块130的第二端连接；所述第二控制模块130用
于在预设条件下根据所述次级端口的电压值控制所述第二互感线圈142生成第一反馈信号，所述第一互感线圈141用于根据所述第一反馈信号生成第二反馈信号，所述第一控制模块110用于根据所述第一反馈信号生成控制信号，以控制所述变压器模块120的工作状态。
29.其中，所述绝缘材料可以是空心管，也可以包含有铁芯或磁粉芯。所述第一互感线圈和所述第二互感线圈的绕线方向和线圈数量可以是相同的也可以是不同的。所述变压器模块包括一个初级线圈和一个次级线圈，该初级线圈用于存储来自电源的第一电能，然后通过次级线圈向负载输出第二电能。所述第二控制模块可以根据变压器模块输出的第二电能和负载的实际需求生成并向第二互感线圈传输第一反馈信号，然后第一互感线圈就可以通过第二互感线圈的第一反馈信号生成第二反馈信号，该第二反馈信号可以使得第一控制模块对变压器模块的导通和断开时间进行调整，以使得变压器模块输出的第二电能符合负载的需求。特别地，该第一反馈信号可以是震荡函数信号。
30.具体实现中，所述隔离反馈装置还可以包括电磁兼容(emc)模块和整流模块，电池兼容模块和整流模块连接，整流模块再与变压器模块连接，这样电路具有抗电磁干扰的能力，且变压器模块能获取稳定的第一电能。所述第一控制模块还可以包括剩余电流装置(residual current device，rcd)模块，该剩余电流装置模块并联于变压器模块的初级线圈的输入端，也就是说该剩余电流装置模块与变压器模块的初级端口连接，用于控制输入电能的通断，以防止漏电引起的火灾或电器烧毁等事故。所述第二控制模块可以包括第一二极管子模块，所述第一二极管子模块的阳极与所述变压器模块的次级端口连接，所述二级管子模块的阴极与负载连接，可以防止负载电压倒灌。特别地，所述第一控制模块也可以包括第二二极管子模块，所述第二二极管子模块的阳极与充电端口连接，所述二极管子模块的阴极与所述变压器模块的初级端口连接，也可以防止电压倒灌。在所述第一控制模块和/或所述第二控制模块中，还可以包括高压启动电阻，所述高压启动电阻包括于所述第一控制模块和/或第二控制模块中简化电路结构。
31.当然，该高压启动电阻也可以位于所述第一控制模块和/或第二控制模块之外，使得所述第一控制模块的第一端与第一高压电阻的第一端连接，所述第一高压电阻的第二端与所述变压器模块的初级端口连接，和或所述第二控制模块的第一端与第二高压电阻的第一端连接，所述第二高压电阻的第二端与所述变压器模块的次级端口连接。
32.具体实现中，所述第一互感线圈与所述第一控制模块的连接方式可以是，所述第一互感线圈的第一端与所述第一控制模块的第二端连接，所述第一互感线圈的第二端接初级回路的地；或者所述第一互感线圈的第一端和第二端分别与所述第一控制模块连接。所述第二互感线圈与所述第二控制模块的连接方式可以是，所述第二互感线圈的第一端与所述第二控制模块的第二端连接，所述第二互感线圈的第二端接次级回路的地；或者所述第二互感线圈的第一端和第二端分别与所述第二控制模块连接。其中，所述初级回路为所述变压器模块的初级端口，所述第一控制模块和所述第一互感线圈组成的回路，所述次级回路为所述变压器模块的次级端口，所述第二控制模块和所述第二互感线圈组成的回路。
33.可见，本实例中，隔离反馈装置包括第一控制模块、第二控制模块、变压器模块、制于绝缘材料上的第一互感线圈和第二互感线圈；所述变压器模块的初级端口与所述第一控制模块的第一端连接，所述变压器模块的次级端口与所述第二控制模块的第一端连接；所述第一互感线圈与所述第一控制模块的第二端连接，所述第二互感线圈与所述第二控制模
块的第二端连接。这样可以通过互感实现电器隔离，不仅互感信号稳定，受外界温度、辐射等因素影响小，且由于互感线圈工艺相对光耦反馈简单，还能降低生产成本。
34.在一个可能的实例中，请参阅图2，图2是本技术实施例提供的一种第二控制模块的结构示意图。如图所示，所述第二控制模块20包括采样子模块201；所述采样子模块201与所述变压器模块21的次级端口连接，用于根据所述变压器模块21的次级电压生成采样电压。
35.其中，在电源上电启动后，变压器模块会将第一电能转换成第二电能输出，变压器模块的次级端口处的次级电压会上升，这样采样电压也会上升，当采样电压上升到启动阈值点的电压时，第二控制模块开始工作。当采样电压的值满足预设条件后，第二控制模块开始生成第一反馈信号。使得第一互感线圈可以根据该第一反馈信号生成第二反馈信号，同时第一控制模块可以根据该第二反馈信号输出控制信号，控制变压器模块的工作状态，以控制其输出的第二电能的值。
36.可见，本实例中，可以根据采样模块获取的采样电压确定第二控制模块的工作时间和生成并输出反馈信号的时间，可以精准控制变压器的导通和截止时间，实现对能量传输的控制。
37.在一个可能的实例中，请参阅图3，图3是本技术实施例提供的另一种第二控制模块的结构示意图。如图所示，所述第二控制模块30还包括调制子模块302；所述调制子模块302分别与所述采样子模块301和所述第二互感线圈31连接；所述调制子模块用于在预设条件下根据所述采样电压生成所述第一反馈信号，并向所述第二互感线圈传输所述第一反馈信号。
38.其中，所述预设电压值为上述参考阈值点对应的电压值。该第一反馈信号为调制信号，该调制信号可以是一个带载波的控制信号，既可以利用调幅来实现数据和能量的传输，也可以通过调频来实现数据和能量的传输。所述第一反馈信号为根据采样电压和负载所需电压生成，因此可以实现通过负载或者输出的第二电能来控制变压器模块的工作状态，以实现控制其输出的第二电能的值。
39.可见，本实例中，通过调制子模块根据负载需求电压和采样电压生成第一反馈信号，可以实现利用次级能量控制前端变压器模块的输出。
40.在一个可能的实例中，所述预设条件为所述采样电压大于预设电压值。
41.其中，所述预设电压值为环路参考阈值点，该值可以根据后端负载的用电需求确定。
42.可见，本实例中，在采样电压大于预设电压值后，第二控制模块才生成第一反馈信号，用于第二控制模块对变压器模块的工作状态的控制，可以降低对控制资源的占用。
43.在一个可能的实例中，请参阅图4，图4是本技术实施例提供的另一种第二控制模块的结构示意图。如图所示，所述第二控制模块40还包括误差放大子模块402；所述误差放大子模块402的输入端与所述采样子模块401连接，所述误差放大子模块402的输出端与所述调制子模块403连接；所述误差放大子模块402用于根据所述采样电压和所述预设电压值生成误差放大信号，所述调制子模块403用于根据所述误差放大信号生成所述第一反馈信号。
44.其中，请参阅图5，图5是本技术实施例提供的一种误差放大子模块的结构示意图。
如图所示所述误差放大子模块还可以包括误差放大器、三极管vt、第一电阻r1和第二电阻r2，所述误差放大器的反相输入端与采样子模块连接，所述采样子模块还分别与第一电阻的第一端和第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端与所述三极管的发射极合路后与所述调制子模块连接，所述三极管的基极与所述误差放大器的输出端连接，所述误差放大器的同相输入端连接基准电压，该基准电压可以是根据负载需求生成的预设电压，也就是说误差放大器的基准电压可以随负载需求而改变。
45.可见，本实例中，根据误差放大器对采样信号进行处理，使得调整子模块可以根据误差放大信号生成第一份反馈信号，提高电路的灵敏度。
46.在一个可能的实例中，所述第一反馈信号通过如下公式计算得到：f1＝ksin[a(u
1-u0)]；其中，f1为所述第一反馈信号，k为振幅，a为所述误差放大子模块的放大倍数，u1为所述采样电压，u0为所述预设电压值。
[0047]
可见，本实例中，根据误差放大器对采样信号进行处理，使得调整子模块可以根据误差放大信号生成第一份反馈信号，提高电路的灵敏度。
[0048]
在一个可能的实例中，所述第二反馈信号通过如下公式计算得到：f2＝n2÷
n1×
f1；其中，所述f2为所述第二反馈信号，所述n2为所述第一线圈的线圈匝数，所述n1为所述第二线圈的线圈匝数。
[0049]
可见，本实例中，根据线圈匝数生成向第一控制模块输出的第二反馈信号，可以提高电路的可靠性和稳定性。
[0050]
在一个可能的实例中，请参阅图6，图6是本技术实施例提供的一种第一控制模块的结构示意图。如图所示，所述第一控制模块60包括逻辑控制子模块601；所述逻辑控制子模块601与所述第一互感线圈61连接，用于解调所述第二反馈信号得到解调信号，所述解调信号用于所述第一控制模块60控制所述变压器模块的工作状态。
[0051]
其中，逻辑控制子模块对第二反馈信号进行解调后，会生成对应的脉冲宽度调制(pulse width modulation，pwm)信号或者脉冲频率调制(pulse frequency modulation，pfm)信号。逻辑控制子模块可以根据误差电压值的大小通过pwm或pfm信号输出高电平或低电平的信号，以控制变压器模块的通断，使得变压器模块可以适应性的对传输的能量进行调节。
[0052]
可见，本实例中，根据逻辑控制子模块输出的电平高低控制变压器模块的通断，可以准确根据次级需求控制能量的传输。
[0053]
在一个可能的实例中，请参阅图7，图7是本技术实施例提供的另一种第一控制模块的结构示意图。如图所示，所述第一控制模块70还包括驱动子模块702和开关子模块701；所述驱动子模块702分别与所述逻辑控制子模块703和所述开关子模块701连接，所述开关子模块701还与所述变压器模块71的初级端口连接；所述驱动子模块702用于根据所述解调信号生成控制信号，所述开关子模块701用于根据所述控制信号调整开关状态，所述开关状态用于控制所述变压器模块71的工作状态。
[0054]
其中，所述开关子模块可以是场效应管，所述场效应管的栅极与所述驱动子模块连接，所述场效应管的源极分别与其衬底端和逻辑控制子模块合路后接地，所述场效应管的漏极与变压器模块连接。此时驱动子模块根据逻辑控制子模块输出的pwm信号或pfm等信号调整控制信号的占空比等参数，使得场效应管可以根据控制信号改变其开关的导通状
态，以达到控制变压器导通和截止的时间的目的，实现对能量传输的控制。且场效应管的源极分别与其衬底端和逻辑控制子模块合路后还可以连接电感的第一端，通过电感的第二端接地。
[0055]
可见，本实例中，通过驱动模块控制占空比等，以实现开关管子模块对改变变压器模块的导通和截止状态，实现对能量传输的控制。
[0056]
在一个可能的实例中，请参阅图8，图8是本技术实施例提供的另一种第一控制模块的结构示意图。如图所示，所述第一控制模块80还包括整流滤波子模块803；所述整流滤波子模块803分别与所述第一互感线圈81和所述逻辑控制子模块802连接；所述整流滤波子模块803用于对所述第二反馈信号进行整流滤波。
[0057]
其中，所述整流滤波子模块可以包括用于整流的晶体管，以及用于滤波的电容，所述晶体管可以是二极管，也可以是场效应管(mos管)，当晶体管为mos管时，该mos管可以并联一个二极管，用于保护该mos管的电路安全。
[0058]
可见，本实例中，在所述第一互感线圈生成第二反馈信号后，先对第二反馈信号进行整流滤波后再输出给逻辑控制子模块，便于逻辑控制子模块生成控制信号。
[0059]
在一个可能的实例中，请参阅图9，图9是本技术实施例提供的另一种第一控制模块的结构示意图。如图所示，所述第一控制模块90还包括供电子模块904；所述供电子模块904分别与所述整流滤波子模块903、所述逻辑控制子模块902和所述驱动子模块901连接；所述供电子模块904用于根据整流滤波后的所述第二反馈信号获取供电电压，并通过所述供电电压为所述逻辑控制子模块902和所述驱动子模块901供电。
[0060]
其中，请参阅图10，图10是本技术实施例提供的一种整流滤波子模块的电路示意图。如图所示，所述整流滤波子模块可以包括二极管d和电容c，所述二级管d的阳极与所述第一线圈子模块连接，所述二极管d的阴极与所述电容c的第一端连接，所述电容c的第二端接地。
[0061]
可见，本实例中，可以通过整流滤波子模块对第二反馈信号进行整流滤波，以获得供电电压，为其他子模块进行供电。这样可以充分利用感应的能量，对能量的回收再利用，可以有效提高能效及降低待机功耗的效果，减少资源的浪费。
[0062]
下面举例对本方案进行详细说明。
[0063]
请参阅图11，图11是本技术实施例提供的另一种隔离反馈装置的结构示意图。如图所示，该隔离反馈装置包括第一控制模块、变压器模块、第二控制模块、第一互感线圈和第二互感线圈，其中隔离反馈装置的初级回路还包括有emc 整流模块、rcd模块，所述emc 整流模块与所述rcd模块连接，所述rcd模块与变压器模块的初级端口并联。所述第一控制模块包括驱动子模块、逻辑控制子模块、开关子模块1，其中开关子模块1可以包括一个场效应管，且emc 整流模块并联了一个接地的电容，开关子模块1还与逻辑控制子模块合路连接一个接地的电感。第二控制模块包括采样子模块和调制子模块，其中隔离反馈装置的次级回路还包括一个与变压器模块的次级端口连接的二极管，以及与变压器模块的次级线圈的两端连接的电容。第一互感线圈和第二互感线圈共同绕制在同一个绝缘管上，该绝缘管可以是磁环，第一互感线圈的一端与逻辑控制子模块连接，另一端接地，第二互感线圈的两端均与调制子模块连接。在电源上电启动时，开关子模块的控制权由逻辑控制子模块直接控制，以控制能量传输到次级的过程，输出电压会逐渐上升，直到采样子模块获取的采样信号
u0上升到启动阈值点对应的电压值时，第二控制模块开始工作，直到该采样信号ui上升到预设电压值时，通过调制子模块，在第一线圈输出具有幅度特性或频率特性的第一反馈信号，该第一反馈信号可以是震荡函数信号。第二线圈感受到该震荡函数信号生成第二反馈信号，并通过逻辑控制子模块解调，将第二反馈信号解调为pwm信号或pfm信号，驱动子模块根据该pwm信号或pfm信号生成控制信号，以控制开关子模块1的开关。
[0064]
请参阅图12，图12是本技术实施例提供的一种电源设备的结构示意图。如图所示，本技术实施例还提供了一种电源设备100，所述电源设备100包括如上述实施例所述的隔离反馈装置1001和供电装置1002；所述供电装置1002与所述隔离反馈装置1001连接，用于为所述隔离反馈装置1001提供电能。
[0065]
以上所属实施例仅表达了本技术的集中实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术专利范围的限制，应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。