一种DC/DC电路、SIMO变换器、微小卫星电源系统及工作方法技术方案

本发明专利技术公开了一种双输出DC/DC变换器电路，包括功率开关管(Q1,Q2)，二极管(D1‑D4)，电容(Co1,Co2)，变压器T和电感L；在变压器T初级侧，开关管Q1漏极接输入端，变压器T初级线圈同名端与电容Co1接一路输出端Vo1；初级线圈的异名端接开关管Q1的源极和D1的阴极，Co1及D1阳极接前级地；T次级线圈同名端接二极管D2阳极，电感L接D2阴极和D3阴极，L另一端接Q2漏极和D4阳极；D4阴极接另一路输出端Vo2和Co2，Co2另一端、T次级线圈异名端、D3阳极、Q2源极接后级地。本发明专利技术还公开了一种具有该电路的SIMO变换器和微小卫星电源系统。本发明专利技术还公开了其工作方法，开关管Q1、Q2同步导通，实现两路输出端的稳定输出。

【技术实现步骤摘要】
一种DC/DC电路、SIMO变换器、微小卫星电源系统及工作方法
本专利技术涉及DC/DC电路拓扑结构
，特别涉及一种DC/DC电路、SIMO变换器、微小卫星电源系统及工作方法。
技术介绍
在通讯、医疗、工业自动化等领域，电子设备往往需要多个供电端口，以满足不同输入电压的供电需求。单输入多输出(SIMO)变换器是更为经济实惠的解决方案，将一个高效率、低交叉调整率的SIMO模块接在母线与供电端之间，即可同时为多个负载供电，实现系统的稳定工作。有时，母线电压和供电端需要电气隔离以保证安全。目前应用较多的SIMO变换器为双输出Buck变换器，即在Buck电路的输出电感后增加两路并联开关管，如图1所示。该变换器对Buck电路增加了一个开关管、一个电容，即增加了一路非隔离输出，依然无法实现输入输出的电气隔离；而且输出两路的交叉调整率较差，通常需要引入较为复杂的控制方式来实现两路输出Vo1与Vo2的解耦，并额外引入了差模电压，电路的复杂度高，设计难度大。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种双输出DC/DC变换器电路，解决了目前无法实现输入输出的电气隔离，两路输出交叉调整率较差的问题。本专利技术的目的之二在于提供一种具有双输出DC/DC变换器电路的SIMO变换器，可同时为多个负载供电，实现系统的稳定工作。本专利技术的目的之三在于提供一种具有双输出DC/DC变换器电路的微小卫星电源系统，减小了电源系统的体积与成本。本专利技术的目的之四在于提供一种双输出DC/DC变换器电路的工作方法，开关管Q1、Q2同步导通，实现两路输出端的稳定输出。本专利技术是通过以下技术方案来实现：一种双输出DC/DC变换器电路，包括拓扑电路和反馈控制电路；拓扑电路包括功率开关管Q1、功率开关管Q2、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电容Co1、电容Co2、变压器T和电感L；在变压器T初级侧，Q1漏极接电源输入端，T初级线圈同名端与Co1接初级侧输出端Vo1，初级线圈异名端接Q1的源极和D1的阴极，Co1另一端及D1阳极接前级地；T次级线圈同名端接D2阳极，L一端接D2阴极和D3阴极，L另一端接Q2漏极和D4阳极；D4阴极接次级侧输出端Vo2和Co2一端，Co2另一端、T次级线圈异名端、D3阳极及Q2源极接后级地；反馈控制电路用于给次级侧输出端Vo2提供稳定输出的电压。进一步，变压器T与电感L进行磁集成。进一步，二极管D1、二极管D2、二极管D3及二极管D4均采用肖特基二极管。进一步，反馈控制电路包括单输出PWM控制器、数字隔离器、误差放大器U2、误差放大器U3、电阻R1、电容C1、PWM型功率放大器U4和补偿网络；初级侧输出端Vo1与单输出PWM控制器的反馈端FB连接，单输出PWM控制器的输出端OUT连接Q1栅极Vgs(Q1)和数字隔离器输入端；数字隔离器输出端与电阻R1连接；U2正向输入端接次级侧输出端Vo2，负向输入端接参考电平Vref；U3正向输入端接电阻R1和电容C1，负向输入端接U2输出端；U2正向输入端与U3输出端之间接补偿网络；U3输出端与外部锯齿波作为U4的输入端，U4的输出端接Q2栅极Vgs(Q2)。进一步，反馈控制电路包括单输出PWM控制器、数字隔离器、误差放大器U2、误差放大器U3、电阻R1、电容C1、PWM型功率放大器U4和补偿网络；初级侧输出端Vo1与单输出PWM控制器的反馈端FB连接，单输出PWM控制器的输出端OUT连接Q1栅极Vgs(Q1)和数字隔离器输入端；数字隔离器输出端与电阻R1连接；U2正向输入端接次级侧输出端Vo2，负向输入端接参考电平Vref；U3正向输入端接电阻R1和电容C1，负向输入端接U2输出端；U2正向输入端与U3输出端之间接补偿网络；U3输出端与Q2的电流波形Ids(Q2)作为U4的输入端，U4的输出端接Q2栅极Vgs(Q2)。本专利技术还公开了一种具有所述双输出DC/DC变换器电路的SIMO变换器。本专利技术还公开了一种具有所述双输出DC/DC变换器电路的微小卫星电源系统，双输出DC/DC变换器电路作为双输出负载点电源。本专利技术还公开了所述所述双输出DC/DC变换器电路的工作方法，包括以下工作阶段：t0-t1时刻，Q1、Q2导通，D1关断，Q1漏源电压Vds(Q1)从负电平变化至零，变压器T电压上升，次级电流从D3和D4换流至D2；t1-t2时刻，变压器T初级线圈正向磁化，输入能量直接传输至Vo1以及变压器T次级侧，电感L储能，电感L电流线性上升；t2-t3时刻，Q1、Q2关断，D1导通，Q1漏源电压Vds(Q1)从零变化至负电平，次级电流从D2换流至D3和D4；t3-t4时刻，变压器T初级线圈退磁，Vo1端能量由变压器T的初级电感提供；电感L能量由D3、D4回路释放至Vo2端，电感L电流线性下降。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术公开了一种双输出DC/DC变换器电路，变压器初级侧相当于一个基本buck电路，因此变换器阶数低，反馈补偿环路更容易设计；次级电感L起到了储能和对Vo2稳压的作用，与升压电路输入电感设计类似；第二路输出(Vo2)与输入端通过变压器T实现电气隔离，通过控制环路来维持输出电压的稳定；变压器采用正激式绕法，与其他解决方案(如flybuck)的反激式绕法比，同样的变压器可向输出端Vo2传递更多的能量，可用于更大功率的应用中，应用范围更广；与双输出Buck变换器相比，减少了一个MOS管，增加了三个二极管，每一路输出只需一个MOS管。在增加较少器件的情况下实现了隔离式输出，控制电路简化，并解决了交叉调整率问题。相比现有拓扑结构，本专利技术的电路能够满足工业领域隔离式多路稳压输出、更大输出功率、线路简单低成本、低交叉调整率的要求。进一步，变压器T与电感L进行磁集成，减小电路体积，减小磁元件损耗，实现电路的小体积和低成本。进一步，本专利技术考虑到Vo2电压的稳定性受到变压器T的漏感Lk和负载电流Io2的影响，设计了反馈控制电路。将Q1驱动信号Vgs(Q1)通过环路补偿、误差放大与PWM环节，输出端信号Vgs(Q2)驱动Q2，保证了环路系统和Vo2的稳定。两路输出的反馈控制环路互相不影响，只要保证各自的稳定即可实现双路稳定输出，即低交叉调整率；Vgs(Q2)源自Vgs(Q1)，保证了两路驱动同步工作，简化了电路。本专利技术提出的反馈控制实现了双路输出的解耦，并采用常见的单输出PWM控制器、误差放大器，成本较低。进一步，载波由锯齿波改为MOS管Q2的电流波形Ids(Q2)，采用峰值电流模式，次级环路可实现更快的瞬态响应。本专利技术还公开了一种具有双输出DC/DC变换器电路的SIMO变换器，可同时为多个负载供电，实现系统的稳定工作。本专利技术还公开了一种具有双输出DC/DC变换器电路的微小卫星电源系统，作为双输出负载点电源(PoL)，与传统方案相比减少了2个隔离器与2个负载点电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双输出DC/DC变换器电路，其特征在于，包括拓扑电路和反馈控制电路；拓扑电路包括功率开关管Q1、功率开关管Q2、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电容Co1、电容Co2、变压器T和电感L；/n在变压器T初级侧，Q1漏极接电源输入端，T初级线圈同名端与Co1接初级侧输出端Vo1，初级线圈异名端接Q1的源极和D1的阴极，Co1另一端及D1阳极接前级地；/nT次级线圈同名端接D2阳极，L一端接D2阴极和D3阴极，L另一端接Q2漏极和D4阳极；/nD4阴极接次级侧输出端Vo2和Co2一端，Co2另一端、T次级线圈异名端、D3阳极及Q2源极接后级地；/n反馈控制电路用于给次级侧输出端Vo2提供稳定输出的电压。/n

【技术特征摘要】
1.一种双输出DC/DC变换器电路，其特征在于，包括拓扑电路和反馈控制电路；拓扑电路包括功率开关管Q1、功率开关管Q2、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电容Co1、电容Co2、变压器T和电感L；
在变压器T初级侧，Q1漏极接电源输入端，T初级线圈同名端与Co1接初级侧输出端Vo1，初级线圈异名端接Q1的源极和D1的阴极，Co1另一端及D1阳极接前级地；
T次级线圈同名端接D2阳极，L一端接D2阴极和D3阴极，L另一端接Q2漏极和D4阳极；
D4阴极接次级侧输出端Vo2和Co2一端，Co2另一端、T次级线圈异名端、D3阳极及Q2源极接后级地；
反馈控制电路用于给次级侧输出端Vo2提供稳定输出的电压。


2.根据权利要求1所述的双输出DC/DC变换器电路，其特征在于，变压器T与电感L进行磁集成。


3.根据权利要求1所述的双输出DC/DC变换器电路，其特征在于，二极管D1、二极管D2、二极管D3及二极管D4均采用肖特基二极管。


4.根据权利要求1所述的双输出DC/DC变换器电路，其特征在于，反馈控制电路包括单输出PWM控制器、数字隔离器、误差放大器U2、误差放大器U3、电阻R1、电容C1、PWM型功率放大器U4和补偿网络；
初级侧输出端Vo1与单输出PWM控制器的反馈端FB连接，单输出PWM控制器的输出端OUT连接Q1栅极Vgs(Q1)和数字隔离器输入端；数字隔离器输出端与电阻R1连接；U2正向输入端接次级侧输出端Vo2，负向输入端接参考电平Vref；U3正向输入端接电阻R1和电容C1，负向输入端接U2输出端；U2正向输入端与U3输出端之间接补偿网络；U3输出端与外部锯齿波作为U4的输入端，U4的输出端接Q2栅极Vgs(Q2)。

【专利技术属性】
技术研发人员：马聪，王凯，许拴拴，王俊峰，王英武，陈姝含，
申请(专利权)人：西安微电子技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61