CN103066854B - 全桥拓扑电源、控制方法及通信设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种全桥拓扑电源、控制方法及通信设备。本发明实施例全桥拓扑电源装置中设置可自调整谐振的电感钳位电路，利用电感钳位电路中自调整谐振电感能根据流过电流大小自动调节电感值的特性，以及控制电路对全桥拓扑中各个开关管的控制，实现较宽的零电压开关负载范围、较小的循环能量和较小的占空比损失，从而减小轻载副边整流的损失，提高轻载变换效率，改善全桥软开关的性能，有利于实现全桥原边开关管宽负载范围的零电压开通，减小开关损耗，提高全负载范围的效率。而且，自调整谐振电感降低了原边电流变化率，且通过自调整谐振电感钳位电路将副边整流管电压尖峰箝位，降低副边整流管源漏极电压尖峰以提高应用可靠性。

Description

全桥拓扑电源、控制方法及通信设备

技术领域

本发明涉及电源技术领域，具体涉及一种全桥拓扑电源、全桥拓扑电源的控制方法，以及一种通信设备。

背景技术

高功率密度已成为未来开关变换器的发展方向之一。

电源可看成是开关变换器的一种产品形式。开关变换器例如包括：交流到直流（AC-DC，AlternatingCurrent-DirectCurrent）开关变换器、DC-DC开关变换器和AC-AC开关变换器等。电源例如中可利用AC-DC变换器，将交流输入电压变换成DC母线电压（通常为48V），而后利用DC-DC变换器再将DC母线电压转换为需要大小的DC电压供负载使用。

全桥电路用以解决中大功率应用广泛问题；由于高功率密度的需求，为减少磁性元件体积，通常增加开关频率来实现；通常硬开关全桥由于原边开关在硬开关模式开通，其开关损耗随开关频率增加，硬开关全桥副边开关由于快速关断及原边硬开关带来的高电流变换,导致副边整流管反向恢复带来很大的电压尖锋和反向恢复损耗，并由此带来可靠性及效率问题；移相全桥技术很难解决全负载范围的软开关及原边环流问题，且移相控制方式复杂。

发明内容

本发明实施例提供全桥拓扑电源、全桥拓扑电源的控制方法以及一种通信设备，以改善电源中全桥电路的软开关的性能，提高电路可靠性和轻载变换效率。

本发明第一方面提供一种全桥拓扑电源装置，包括：

原边电路、副边电路、变压器和控制电路；

所述变压器包括原边绕组和副边绕组，所述原边电路与所述变压器的原边绕组相连，所述副边电路与所述变压器的副边绕组相连；

所述原边电路包括：自调整谐振钳位电路、连接全桥拓扑输入母线的第一桥臂和第二桥臂；所述第一桥臂包括第一上开管和第一下开关管；所述第二桥臂包括第二上开关管和第二下开关管；所述第一桥臂还包括与所述第一上开管和第一下开关管分别并联的等效漏源极电容；所述第二桥臂还包括与所述第二上开关管和第二下开关管分别并联的等效漏源极电容；

所述自调整谐振钳位电路包括：钳位臂、谐振电容和自调整谐振电感；其中，所述钳位臂包括：第一钳位二极管和第二钳位二极管；

所述第一钳位二极管的阴极连接全桥拓扑输入母线的正极；所述第二钳位二极管的阴极连接所述第一钳位二极管的阳极；所述第二钳位二极管的阳极连接所述全桥拓扑输入母线的负极；所述自调整谐振电感的第一端连接第一桥臂的中点；所述自调整谐振电感的第二端连接所述变压器的原边绕组的第一端及所述钳位臂的中点；所述谐振电容的第一端连接所述原边绕组的第二端，所述谐振电容的第二端连接所述第二桥臂的中点；

所述控制电路与所述第一上开关管、所述第一下开关管、所述第二上开管以及所述第二下开关管相连；

所述控制电路用于控制所述第一上开关管和所述第一下开关管互补，所述第二上开关管和所述第二下开关管互补，所述第一上开关管和所述第二上开关管错相180度，所述第一下开关管和所述第二下开关管错相180度；所述控制电路还用于控制所述第一上开关管和第二上开管的占空比以控制输出电压。

结合第一方面，在第一种可能的实施方式中，

所述等效漏源极电容用于在所述第一上开关管和所述第一下开关管的死区时间内，以及在所述第二上开关管和所述第二下开关管的死区时间内，与所述自调整谐振钳位电路谐振。

结合第一方面或第一方面的第一种可能的实施方式，在第二种可能的实施方式中，所述自调整谐振电感用于根据流过自调整谐振电感的电流自动调节电感值。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，在第三种可能的实施方式中，所述自调整谐振电感包括磁芯和绕组，其中，所述自调整谐振电感的磁芯的内边缘和外边缘气隙的间距不同。

结合第一方面或第一方面的第一种可能的实施方式或第一方面的第二种可能的实施方式或第一方面的第三种可能的实施方式，在第四种可能的实施方式中，所述等效漏源极电容为与所述自调整谐振钳位电路谐振的开关管的寄生电容，或为与所述自调整谐振钳位电路谐振的开关管的寄生电容的并联等效电容。

结合第一方面或第一方面的第一种可能的实施方式或第一方面的第二种可能的实施方式或第一方面的第三种可能的实施方式或第一方面的第四种可能的实施方式，在第五种可能的实施方式中，所述副边电路包括：全桥整流电路、全波整流电路或倍流整流电路。

结合第一方面或第一方面的第一种可能的实施方式或第一方面的第二种可能的实施方式或第一方面的第三种可能的实施方式或第一方面的第四种可能的实施方式或第一方面的第五种可能的实施方式，在第六种可能的实施方式中，所述副边电路中的整流管为二极管或开关管。

本发明第二方面提供一种全桥拓扑电源的控制方法，应用在全桥拓扑电源中，所述全桥拓扑电源包括：原边电路、副边电路、变压器和控制电路；所述变压器包括原边绕组和副边绕组，所述原边电路与所述变压器的原边绕组相连，所述副边电路与所述变压器的副边绕组相连；所述原边电路包括：自调整谐振钳位电路、连接全桥拓扑输入母线的第一桥臂和第二桥臂；所述第一桥臂包括第一上开管和第一下开关管；所述第二桥臂包括第二上开关管和第二下开关管；所述第一桥臂还包括与所述第一上开管和第一下开关管分别并联的等效漏源极电容；所述第二桥臂还包括与所述第二上开关管和第二下开关管分别并联的等效漏源极电容；所述自调整谐振钳位电路包括：钳位臂、谐振电容和自调整谐振电感；其中，所述钳位臂包括：第一钳位二极管和第二钳位二极管；所述第一钳位二极管的阴极连接全桥拓扑输入母线的正极；所述第二钳位二极管的阴极连接所述第一钳位二极管的阳极；所述第二钳位二极管的阳极连接所述全桥拓扑输入母线的负极；所述自调整谐振电感的第一端连接第一桥臂的中点；所述自调整谐振电感的第二端连接所述变压器的原边绕组的第一端及所述钳位臂的中点；所述谐振电容的第一端连接所述原边绕组的第二端，所述谐振电容的第二端连接所述第二桥臂的中点；所述控制电路与所述第一上开关管、所述第一下开关管、所述第二上开管以及所述第二下开关管相连；

所述方法包括：

控制所述第一上开关管和第二上开管的占空比以控制输出电压；控制所述第一上开关管和所述第一下开关管互补，所述第二上开关管和所述第二下开关管互补，所述第一上开关管和所述第二上开关管错相180度，所述第一下开关管和所述第二下开关管错相180度；控制所述第一上开关管和第二上开管的占空比以控制输出电压。

结合第二方面，在第一种可能的实施方式中，所述方法还包括：

在所述第一上开关管和所述第一下开关管的死区时间内，以及在所述第二上开关管和所述第二下开关管的死区时间内，所述自调整谐振钳位电路与所述等效漏源极电容谐振；所述自调整谐振电感根据流过自调整谐振电感的电流自动调节电感值。

本发明第三方面提供一种通信设备，包括至少一个单板以及至少一个如权利要求1至7任一项所述的全桥拓扑电源装置，所述全桥拓扑电源装置用于给所述单板供电。

由上可见，本发明实施例中全桥拓扑电源装置中设置可自调整谐振的电感钳位电路，利用电感钳位电路中自调整谐振电感能根据流过电流大小自动调节电感值的特性，以及控制电路对全桥拓扑中各个开关管的控制，实现较宽的零电压开关（ZVS，ZeroVoltageSwitch）负载范围、较小的循环能量和较小的占空比损失，从而减小轻载副边整流的损失，提高轻载变换效率，改善全桥软开关的性能，有利于实现全桥原边开关管宽负载范围的零电压开通，减小开关损耗，提高全负载范围的效率。而且，自调整谐振电感降低了原边电流变化率，且通过自调整谐振电感钳位电路将副边整流管电压尖峰箝位，降低副边整流管源漏极电压尖峰以提高应用可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种全桥拓扑电源装置的示意图；

图2是本发明实施例提供的一种全桥拓扑电源装置的控制逻辑示意图；

图3-a是本发明实施例提供的一种自调整谐振电感Lr的电感值与其流过电流值之间的变化关系示意图；

图3-b是本发明实施例提供的另一种自调整谐振电感Lr的电感值与其流过电流值之间的变化关系示意图；

图4-a是本发明实施例提供的一种自调整谐振电感Lr流过电流值与其存储能量之间的对应关系示意图；

图4-b是本发明实施例提供的另一种自调整谐振电感Lr流过电流值与其存储能量之间的对应关系示意图；

图5-a是本发明实施例提供的一种实现自调整谐振电感Lr的集中气隙结构示意图；

图5-b是本发明实施例提供的另一种实现自调整谐振电感Lr的集中气隙结构示意图；

图5-c是本发明实施例提供的另一种实现自调整谐振电感Lr的集中气隙结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种通信设备的逻辑结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供全桥拓扑电源、全桥拓扑电源的控制方法，以及一种通信设备，以期改善电源中全桥电路的软开关，提高电路可靠性和轻载变换效率。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

以下分别进行详细说明。

本发明说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等（如果存在）是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，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、方法或系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明全桥拓扑电源装置的一个实施例，全桥拓扑电源装置可包括：

原边电路、副边电路、变压器和控制电路；

上述变压器包括原边绕组和副边绕组，上述原边电路与上述变压器的原边绕组相连，上述副边电路与上述变压器的副边绕组相连；

上述原边电路包括：自调整谐振钳位电路、连接全桥拓扑输入母线的第一桥臂和第二桥臂；第一桥臂包括第一上开管和第一下开关管；第二桥臂包括第二上开关管和第二下开关管；第一桥臂还包括与第一上开管和第一下开关管分别并联的等效漏源极电容；第二桥臂还包括与第二上开关管和第二下开关管分别并联的等效漏源极电容；

上述自调整谐振钳位电路包括：钳位臂、谐振电容和自调整谐振电感；其中，上述钳位臂包括：第一钳位二极管和第二钳位二极管；

第一钳位二极管的阴极连接全桥拓扑输入母线的正极；第二钳位二极管的阴极连接第一钳位二极管的阳极；第二钳位二极管的阳极连接上述全桥拓扑输入母线的负极；上述自调整谐振电感的第一端连接第一桥臂的中点；上述自调整谐振电感的第二端连接上述变压器的原边绕组的第一端及上述钳位臂的中点；上述谐振电容的第一端连接上述原边绕组的第二端，上述谐振电容的第二端连接第二桥臂的中点；

上述控制电路与第一上开关管、第一下开关管、第二上开管以及第二下开关管相连；

可以理解的是，上述控制电路可以包含驱动电路，也可以不包含驱动电路。若上述控制电路不具备驱动功能，则上述控制电路可以通过一个驱动模块与上述开关管相连。

上述控制电路用于控制第一上开关管和第一下开关管互补，第二上开关管和第二下开关管互补，第一上开关管和第二上开关管错相180度，第一下开关管和第二下开关管错相180度；上述控制电路还用于控制第一上开关管和第二上开管的占空比以控制输出电压。

在本发明的一些实施例中，控制电路可包括控制芯片和外围电路，芯片中包含控制逻辑。控制电路通过输出控制信号，控制第一桥臂中的上开关管和下开关管互补，控制第二桥臂中的上开关管和下开关管互补等。在本发明的其它一些实施例中，控制电路也可以全部用硬件实现。其中，控制电路的具体结构本发明实施例中不再进行具体介绍。

本领域技术人员应当理解的是，本发明实施例上述的“互补”并非绝对意义上的互补。为了避免桥臂的上开关管和下开关管同时导通，开关管虽然是互补导通，但具备一定的死区时间（可参考图2所示Q1和Q2之间的死区时间delay）。

在本发明的一些实施例中，上述等效漏源极电容用于在第一上开关管和第一下开关管的死区时间内，以及在第二上开关管和第二下开关管的死区时间内，与上述自调整谐振钳位电路谐振。以实现原边开关管的零电压开通。

在本发明的一些实施例中，上述自调整谐振电感可根据流过自调整谐振电感的电流自动调节电感值，减小环流，以实现全桥开关管宽负载范围的零电压开通。举例来说，上述自调整谐振电感的磁芯的内边缘和外边缘气隙的间距可不同。

在本发明的一些实施例中，上述自调整谐振电感可在续流时间减小原边环流，并通过二极管提供钳位通道将能量回馈到全桥拓扑输入电源，并减小副边开关管电压尖峰。

在本发明的一些实施例中，在第一上开关管和第一下开关管的死区时间内，以及第二上开关管和第二下开关管的死区时间内，与上述自调整谐振钳位电路谐振的开关管的等效漏源极电容，为与上述自调整谐振钳位电路谐振的开关管的寄生电容，或为与上述自调整谐振钳位电路谐振的开关管的寄生电容的并联等效电容。

在本发明的一些实施例中，副边电路例如可包括全桥整流电路、全波整流电路或倍流整流电路。

其中，副边电路中的整流管例如为二极管或开关管等。

由上可见，本发明实施例中全桥拓扑电源装置中设置可自调整谐振的电感钳位电路，利用电感钳位电路中自调整谐振电感能根据流过电流大小自动调节电感值的特性，以及控制电路对全桥拓扑中各个开关管的控制，实现较宽ZVS负载范围、较小的循环能量和较小的占空比损失，从而减小轻载副边整流的损失，提高轻载变换效率，改善全桥软开关的性能，有利于实现全桥原边开关管宽负载范围的零电压开通，减小开关损耗，提高全负载范围的效率。而且，自调整谐振电感降低了原边电流变化率，且通过自调整谐振电感钳位电路将副边整流管电压尖峰箝位，降低副边整流管源漏极电压尖峰以提高应用可靠性，对高频高密高功率变换有重要意义。

在本发明的一些实施例中，原边电路中的第一桥臂例如可以包括：上开关管（可称第一开关管）、下开关管（可称第二开关管）、第三二极管和第四二极管等。

其中，第一开关管和第二开关管可为晶体三极管或场效应三极管或其它类型的开关管。

其中，若第一开关管为晶体三极管，则第三二极管的阳极与第一开关管的发射极连接，第三二极管的阴极与第一开关管的集电极连接；若第一开关管为场效应三极管或绝缘栅双极型晶体管，则第三二极管的阳极与第一开关管的源极连接，第三二极管的阴极与第一开关管的漏极连接。若第二开关管为晶体三极管，则第四二极管的阳极与第二开关管的发射极连接，第四二极管的阴极与第二开关管的集电极连接；若第二开关管为场效应三极管或绝缘栅双极型晶体管，则第四二极管的阳极与第二开关管的源极连接，第四二极管的阴极与第二开关管的漏极连接。

在本发明的一些实施例中，原边电路中的第二桥臂例如可以包括：上开关管（可称第三开关管）、下开关管（可称第四开关管）、第五二极管和第六二极管等。

其中，第三开关管和第四开关管可为晶体三极管或场效应三极管或其它类型的开关管。

其中，若第三开关管为晶体三极管，则第五二极管的阳极与第三开关管的发射极连接，第五二极管的阴极与第三开关管的集电极连接；若第三开关管为场效应三极管或绝缘栅双极型晶体管，则第五二极管的阳极与第三开关管的源极连接，第五二极管的阴极与第三开关管的漏极连接。若第四开关管为晶体三极管，则第六二极管的阳极与第四开关管的发射极连接，第六二极管的阴极与第四开关管的集电极连接；若第四开关管为场效应三极管或绝缘栅双极型晶体管，则第六二极管的阳极与第四开关管的源极连接，第六二极管的阴极与第四开关管的漏极连接。

举例来说，副边电路例如可包括：

输出滤波电路、并联的第三桥臂和第四桥臂。

在本发明的一些实施例中，输出滤波电路可第二电感和第二电容，当然输出滤波电路亦可为其它结构。

在本发明的一些实施例中，副边电路中的第三桥臂例如可以包括：上开关管（可称第五开关管）、下开关管（可称第六开关管）、第七二极管和第八二极管。

其中，第五开关管和第六开关管例如可为晶体三极管或场效应三极管或其它类型的开关管。

其中，若第五开关管为晶体三极管，则第七二极管的阳极与第五开关管的发射极连接，第七二极管的阴极与第五开关管的集电极连接；若第五开关管为场效应三极管或绝缘栅双极型晶体管，则第七二极管的阳极与第五开关管的源极连接，第七二极管的阴极与第五开关管的漏极连接。

若第六开关管为晶体三极管，则第八二极管的阳极与第六开关管的发射极连接，第八二极管的阴极与第六开关管的集电极连接；若第六开关管为场效应三极管或绝缘栅双极型晶体管，则第八二极管的阳极与第六开关管的源极连接，第八二极管的阴极与第六开关管的漏极连接。

在本发明的一些实施例中，副边电路中的第四桥臂例如可以包括：上开关管（可称第七开关管）、下开关管（可称第八开关管）、第九二极管和第十二极管。

其中，第五开关管和第六开关管可为晶体三极管或场效应三极管或其它类型的开关管。

其中，若第七开关管为晶体三极管，则第九二极管的阳极与第七开关管的发射极连接，第九二极管的阴极与第七开关管的集电极连接；若第七开关管为场效应三极管或绝缘栅双极型晶体管，则第九二极管的阳极与第七开关管的源极连接，第九二极管的阴极与第七开关管的漏极连接。

其中，若第八开关管为晶体三极管，则第十二极管的阳极与第八开关管的发射极连接，第十极管的阴极与第八开关管的集电极连接；若第八开关管为场效应三极管或绝缘栅双极型晶体管，则第十二极管的阳极与第八开关管的源极连接，第十二极管的阴极与第八开关管的漏极连接。

其中，变压器的副边绕组的第一端可连接到第三桥臂的第五开关管和第六开关管之间（即第三桥臂的中点），副边绕组的第二端连接到第四桥臂的第七开关管和第八开关管之间（即第四桥臂的中点）；第二电感和第二电容串联后与第三桥臂和第四桥臂并联。

其它场景下的副边电路结构，此处不再一一举例。

为便于更好的理解和实施本发明实施例上述方案，本发明实施例通过举例提供如图1所示的一种全桥拓扑电源装置。

图1所示的全桥拓扑电源装置可包括：

原边电路100、副边电路200、变压器300（也即TX）和控制电路（其中图1中未画出控制电路），控制电路用于输出控制信号给桥臂上的开关管。

变压器300包括原边绕组和副边绕组。原边电路100与原边绕组相连，上述副边电路200与副边绕组相连。

其中，原边电路100包括：连接全桥拓扑输入母线Vin的第一桥臂11、第二桥臂12、自调整谐振钳位电路13。其中，第一桥臂11和第二桥臂12并联于全桥拓扑输入母线Vin的正负极间，第一桥臂11和第二桥臂12构成全桥拓扑结构。

如图1所示，自调整谐振钳位电路13可包括：

钳位臂、自调整谐振电感Lr和谐振电容Cr。

其中，钳位臂包括：第一二极管D1和第二二极管D2。

其中，第一二极管D1的阴极连接到全桥拓扑输入母线Vin的正极，第二二极管D2的阴极连接到第一二极管D1的阳极（其中，第二二极管D2的阴极或第一二极管D1的阳极可作为钳位臂中点，例如图1中C点）。第二二极管D2的阳极连接到全桥拓扑输入母线Vin的负极。

自调整谐振电感Lr的第一端连接到第一桥臂11的第一开关管Q1和第二开关管Q2之间（即A点，第一桥臂11的中点），自调整谐振电感Cr的第二端连接到变压器TX的原边绕组的第一端TP1，原边绕组的第一端TP1连接到第一二极管D1的阳极，原边绕组的第二端TP2通过谐振电容Cr连接到第二桥臂12的第三开关管Q3和第四开关管Q4之间（即B点，第二桥臂12的中点）。

如图1所示，原边电路100中的第一桥臂11包括：

第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三二极管D3和第四二极管D4。

其中，第三二极管D3的阳极与第一开关管Q1（图中以第一开关管Q1为场效应三极管为例）的源极连接，第三二极管D3的阴极与第一开关管Q1的漏极连接。第四二极管D4的阳极与第二开关管Q2（图中以第二开关管Q2为场效应三极管为例）的源极连接，第四二极管D4的阴极与第二开关管Q2的漏极连接。

如图1所示，原边电路100中的第二桥臂12包括：

第三开关管Q2、第四开关管Q3、第五二极管D5和第六二极管D6。

其中，第五二极管D5的阳极与第三开关管Q3（图中以第三开关管Q3为场效应三极管为例）的源极连接，第五二极管D5的阴极与第三开关管Q3的漏极连接。第六二极管D6的阳极与第四开关管Q4（图中以第四开关管Q4为场效应三极管为例）的源极连接，第六二极管D6的阴极与第四开关管Q4的漏极连接。

如图1所示，副边电路200可包括：

第三桥臂21、第四桥臂22和输出滤波电路23。

其中，第三桥臂21包括：第五开关管Q5、第五开关管Q5、第七二极管D7和第八二极管D8。

其中，第七二极管D7的阳极与第五开关管Q5（图中以第五开关管Q5为场效应三极管为例）的源极连接，第七二极管D7的阴极与第五开关管Q5的漏极连接。第八二极管D8的阳极与第六开关管Q6（图中以第六开关管Q6为场效应三极管为例）的源极连接，第八二极管D8的阴极与第六开关管Q6的漏极连接。

如图1所示，第四桥臂22包括：第七开关管Q7、第八开关管Q8、第九二极管D9和第十二极管D10。

其中，第九二极管D9的阳极与第七开关管Q7（图中以第七开关管Q7为场效应三极管为例）的源极连接，第九二极管D9的阴极与第七开关管Q7的漏极连接。第十二极管D10的阳极与第八开关管Q8（图中以第八开关管Q8为场效应三极管为例）的源极连接，第十二极管D10的阴极与第八开关管Q8的漏极连接。

其中，变压器TX的副边绕组的第一端Ts1连接到第三桥臂21的第五开关管Q5和第五开关管Q5之间（即第三桥臂21的中点），副边绕组的第二端Ts2连接到第四桥臂22的第七开关管Q7和第八开关管Q8之间（即第四桥臂22的中点）。

输出滤波电路23包括：第二电感Lo和第二电容Co。当然输出滤波电路亦可为其它结构。其中，图1中以第二电容Co的端电压作为输出电压为例，电阻RL为等效负载。

其中，控制电路例如可通过采样输出电压并经过环路补偿环节，控制脉冲宽度调制信号占空比，进而控制第一桥臂11、第二桥臂12、第三桥臂21以及第四桥臂22中的两个开关管的互补逻辑；通过控制全桥中同一桥臂的两个开关管占空比，进而控制输出电压。

可以理解，图1所示电路结构仅为举例，在实际应用中还可能根据具体情况对电路结构进行适应性的调整。

参见图2，图2示出了图1所示电路结构的控制逻辑，控制电路可按照图2所示控制逻辑控制第一桥臂11、第二桥臂12、第三桥臂21以及第四桥臂22中的各个开关管的互补逻辑和错相逻辑。其中，第一开关管Q1和第二开关管Q2的导通时间之间有延迟（见图2中Delay），称为死区时间，其它开关管之间的死区时间可按照图2所示类推。

在本发明的一些实施例中，在第一桥臂11的两个开关管（Q1和Q2）和/或第二桥臂12的两个开关管（Q4和Q3）的死区时间内，与自调整谐振钳位电路13谐振的开关管的等效漏源极电容，可为与自调整谐振钳位电路13谐振的开关管的寄生电容，或者，可为外加电容，与自调整谐振钳位电路13谐振的开关管的寄生电容的并联等效电容。

其中，在同一桥臂的两个开关管上下管死区时间，通过电感钳位电路13与第一桥臂11和第二桥臂12中开关管等效漏源极电容谐振，可实现第一桥臂11和第二桥臂12中开关管的零电压开通。

自调整谐振电感Lr在续流时间里与谐振电容Cr谐振，可减小原边环流和导通损耗。自调整谐振电感Lr在其流过的电流较大时电感量小，电流小时电感量大，因此，减少在大电流期间的介入，增加在小电流区间的作用；由于谐振电感Lr在其流过的电流较大时电感量小，因此在两个桥臂切换时变压器原边电流更容易达到副边电流映射到原边的电流值，更早向副边传递能量，减少占空比损失、减少了不向副边传递能量时原边环流导致的道统损耗；同时在小电流区间电感量较大，维持了实现两电压开通时向原边开关管等效漏源极电容谐振充电的能量；因此，自调整谐振电感Lr可根据自身流过电流大小自动调节电感量减小轻载实现软开关所需环流，进而配合实现全桥原边开关管宽负载范围的零电压开通。

参见图3-a和图3-b，图3-a和图3-b举例示出了自调整谐振电感Lr的电感值与其流过电流值之间的几种变化关系。当然，在实际应用中，由于器件选择的不同，自调整谐振电感Lr的电感值与其流过电流值之间也可能呈现其它不同的变化关系。

参见图4-a和图4-b，图4-a和图4-b举例示出了自调整谐振电感Lr流过电流值与其存储能量之间的几种对应关系。当然，在实际应用中，由于器件选择的不同，自调整谐振电感Lr流过电流值与其存储能量之间也可能呈现其它不同的变化关系。

参见图5-a~5-c，图5-a～5-c举例了几种实现自调整谐振电感Lr的几种气隙结构，当然，在实际应用中，自调整谐振电感Lr的气隙结构也可能不同于图5-a~5-c中的举例。其中，在自调整谐振电感Lr通过不同电流时，由于在磁芯内边缘和外边缘气隙的间距不同，因此电流较小，少量磁通通过时气隙较小，等效感量较大；而当电流较大，大量磁通通过时，部分磁通通过气隙较大的截面，等效感量较大，实现了自调整谐振电感的功能。

在本发明的一些实施例中，自调整谐振电感Lr根据流过自调整谐振电感的电流自动调节电感值以减小环流，可使得全桥开关管宽负载范围的零电压开通。

第一二极管D1、第二二极管D2提供钳位通道，将能量回馈到全桥拓扑母线输入Vin；并可减小副边电路200中的第五开关管Q5、第六开关管Q6、第七开关管Q7和第八开关管Q8源漏极电压尖峰。

在副边电路中，副边整流管源漏极电压产生机理可如下：对于由于体内反并联二极管反向恢复电流及MOS管寄生电容的充电电流通过寄生电感造成源漏极电压尖峰，采用自调整谐振的电感钳位电路可有效减小电流变化率，并对副边整流管电压尖峰钳位，降低副边整流管源漏极电压尖峰。

由上可见，本实施例中，全桥拓扑电源装置中设置可自调整谐振的电感钳位电路，利用电感钳位电路中自调整谐振电感能根据流过电流大小自动调节电感值的特性，以及控制电路对全桥拓扑中各个开关管的控制，有利于实现较宽的ZVS，ZeroVoltageSwitch负载范围、较小的循环能量和较小的占空比损失；减小轻载副边整流的损失；提高轻载变换效率，改善全桥软开关的性能，有利于实现全桥原边开关管宽负载范围的零电压开通，减小开关损耗，提高全负载范围的效率；自调整谐振电感降低了原边电流变化率，且通过自调整谐振电感钳位电路将副边整流管电压尖峰箝位，降低副边整流管源漏极电压尖峰以提高应用可靠性，对高频高密高功率变换有重要意义。

本发明实施例还提供一种全桥拓扑电源的控制方法，应用在全桥拓扑电源中，上述全桥拓扑电源包括：原边电路、副边电路、变压器和控制电路；上述变压器包括原边绕组和副边绕组，上述原边电路与上述变压器的原边绕组相连，上述副边电路与上述变压器的副边绕组相连；上述原边电路包括：自调整谐振钳位电路、连接全桥拓扑输入母线的第一桥臂和第二桥臂；第一桥臂包括第一上开管和第一下开关管；第二桥臂包括第二上开关管和第二下开关管；第一桥臂还包括与第一上开管和第一下开关管分别并联的等效漏源极电容；第二桥臂还包括与第二上开关管和第二下开关管分别并联的等效漏源极电容；上述自调整谐振钳位电路包括：钳位臂、谐振电容和自调整谐振电感；其中，上述钳位臂包括：第一钳位二极管和第二钳位二极管；第一钳位二极管的阴极连接全桥拓扑输入母线的正极；第二钳位二极管的阴极连接第一钳位二极管的阳极；第二钳位二极管的阳极连接上述全桥拓扑输入母线的负极；上述自调整谐振电感的第一端连接第一桥臂的中点；上述自调整谐振电感的第二端连接上述变压器的原边绕组的第一端及上述钳位臂的中点；上述谐振电容的第一端连接上述原边绕组的第二端，上述谐振电容的第二端连接第二桥臂的中点；上述控制电路与第一上开关管、第一下开关管、第二上开管以及第二下开关管相连；

方法可包括：

控制第一上开关管和第二上开管的占空比以控制输出电压；控制第一上开关管和第一下开关管互补，第二上开关管和第二下开关管互补，第一上开关管和第二上开关管错相180度，第一下开关管和第二下开关管错相180度；控制第一上开关管和第二上开管的占空比以控制输出电压。

在本发明的一些实施例中，在第一上开关管和第一下开关管的死区时间内，以及在第二上开关管和第二下开关管的死区时间内，上述自调整谐振钳位电路与上述等效漏源极电容谐振。

在本发明的一些实施例中，上述自调整谐振电感根据流过自调整谐振电感的电流自动调节电感值。

在本发明的一些实施例中，上述自调整谐振钳位电路与开关管等效漏源极电容谐振，以使得原边开关管零电压开通。

在本发明的一些实施例中，上述自调整谐振电感可根据流过自调整谐振电感的电流自动调节电感值以减小环流，以使得全桥开关管宽负载范围的零电压开通。

在本发明的一些实施例中，上述自调整谐振电感例如可在续流时间减小原边环流，并通过二极管提供钳位通道将能量回馈到全桥拓扑输入电源，并减小副边开关管电压尖峰。

本实施例方法可利用控制电路来实施，其中，控制电路可包括控制芯片和外围电路，通过输出控制信号控制第一桥臂中的上开关管和下开关管互补，控制第二桥臂中的上开关管和下开关管互补等，其中，控制电路的具体结构本发明实施例中不再进行具体介绍。

在本发明的一些实施例中，原边电路中的第一桥臂例如可以包括：上开关管（可称第一开关管）、下开关管（可称第二开关管）、第三二极管和第四二极管等。

其中，第一开关管和第二开关管可为晶体三极管或场效应三极管或其它类型的开关管。

其中，若第一开关管为晶体三极管，则第三二极管的阳极与第一开关管的发射极连接，第三二极管的阴极与第一开关管的集电极连接；若第一开关管为场效应三极管或绝缘栅双极型晶体管，则第三二极管的阳极与第一开关管的源极连接，第三二极管的阴极与第一开关管的漏极连接。若第二开关管为晶体三极管，则第四二极管的阳极与第二开关管的发射极连接，第四二极管的阴极与第二开关管的集电极连接；若第二开关管为场效应三极管或绝缘栅双极型晶体管，则第四二极管的阳极与第二开关管的源极连接，第四二极管的阴极与第二开关管的漏极连接。

在本发明的一些实施例中，原边电路中的第二桥臂例如可以包括：上开关管（可称第三开关管）、下开关管（可称第四开关管）、第五二极管和第六二极管等。

其中，第三开关管和第四开关管可为晶体三极管或场效应三极管或其它类型的开关管。

其中，若第三开关管为晶体三极管，则第五二极管的阳极与第三开关管的发射极连接，第五二极管的阴极与第三开关管的集电极连接；若第三开关管为场效应三极管或绝缘栅双极型晶体管，则第五二极管的阳极与第三开关管的源极连接，第五二极管的阴极与第三开关管的漏极连接。若第四开关管为晶体三极管，则第六二极管的阳极与第四开关管的发射极连接，第六二极管的阴极与第四开关管的集电极连接；若第四开关管为场效应三极管或绝缘栅双极型晶体管，则第六二极管的阳极与第四开关管的源极连接，第六二极管的阴极与第四开关管的漏极连接。

在本发明的一些实施例中，在第一桥臂中的上开关管和下开关管和第二桥臂中的上开关管和下开关管的死区时间内，与上述自调整谐振钳位电路谐振的开关管的等效漏源极电容，可为上述与上述自调整谐振钳位电路谐振的开关管的寄生电容，或可为外加电容与上述自调整谐振钳位电路谐振的开关管的寄生电容的并联等效电容。

在本发明的一些实施例中，副边电路例如可包括全桥整流电路、全波整流电路或倍流整流电路。

由上可见，本实施例提供的全桥拓扑电源的控制方法，可利用电感钳位电路中自调整谐振电感能根据流过电流大小自动调节电感值的特性，以及对全桥拓扑中各个开关管的控制，有利于实现较宽的ZVS负载范围、较小的循环能量和较小的占空比损失；轻载副边整流的损失；提高轻载变换效率，改善全桥软开关的性能，通过控制原边电路中的第一桥臂中的上开关管和下开关管互补，控制原边电路中的第二桥臂中的上开关管和下开关管互补等，有利于实现全桥原边开关管宽负载范围的零电压开通，减小开关损耗，提高全负载范围的效率；自调整谐振电感降低了原边电流变化率，且通过自调整谐振电感钳位电路将副边整流管电压尖峰钳位，降低副边整流管源漏极电压尖峰以提高应用可靠性，对高频高密高功率变换有重要意义。

另外，本发明实施例还提供一种通信设备，如图6所示，该通信设备10包括至少一个单板12以及至少一个本发明实施例提供的全桥拓扑电源装置11。全桥拓扑电源装置11用于给单板12或更多的单板供电。其中上述全桥拓扑电源装置的具体结构以及控制方式可以参考前述实施例上述，在此不再赘述。

由上可见，本实施例中，该通信设备的电源装置通过设置可自调整谐振的电感钳位电路，利用电感钳位电路中自调整谐振电感能根据流过电流大小自动调节电感值的特性，以及对全桥拓扑中各个开关管的控制，有利于实现较宽的ZVS负载范围、较小的循环能量和较小的占空比损失；减小轻载副边整流的损失；提高轻载变换效率，改善全桥软开关的性能，有利于实现全桥原边开关管宽负载范围的零电压开通，减小开关损耗，提高全负载范围的效率；自调整谐振电感降低了原边电流变化率，且通过自调整谐振电感钳位电路将副边整流管电压尖峰钳位，降低副边整流管源漏极电压尖峰以提高应用可靠性。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如上述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

上述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

上述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中，该计算机软件产品可存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可为个人计算机、服务器或者网络设备等）执行本发明各个实施例上述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器（ROM，Read-OnlyMemory）、随机存取存储器（RAM，RandomAccessMemory）、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种全桥拓扑电源装置，其特征在于，包括：

原边电路、副边电路、变压器和控制电路；

所述变压器包括原边绕组和副边绕组，所述原边电路与所述变压器的原边绕组相连，所述副边电路与所述变压器的副边绕组相连；

所述原边电路包括：自调整谐振钳位电路、连接全桥拓扑输入母线的第一桥臂和第二桥臂；所述第一桥臂包括第一上开管和第一下开关管；所述第二桥臂包括第二上开关管和第二下开关管；所述第一桥臂还包括与所述第一上开管和第一下开关管分别并联的等效漏源极电容；所述第二桥臂还包括与所述第二上开关管和第二下开关管分别并联的等效漏源极电容；

所述自调整谐振钳位电路包括：钳位臂、谐振电容和自调整谐振电感；其中，所述钳位臂包括：第一钳位二极管和第二钳位二极管；

所述第一钳位二极管的阴极连接全桥拓扑输入母线的正极；所述第二钳位二极管的阴极连接所述第一钳位二极管的阳极；所述第二钳位二极管的阳极连接所述全桥拓扑输入母线的负极；所述自调整谐振电感的第一端连接第一桥臂的中点；所述自调整谐振电感的第二端连接所述变压器的原边绕组的第一端及所述钳位臂的中点；所述谐振电容的第一端连接所述原边绕组的第二端，所述谐振电容的第二端连接所述第二桥臂的中点；

所述控制电路与所述第一上开关管、所述第一下开关管、所述第二上开管以及所述第二下开关管相连；

所述控制电路用于控制所述第一上开关管和所述第一下开关管互补导通，所述第二上开关管和所述第二下开关管互补导通，所述第一上开关管和所述第二上开关管错相180度导通，所述第一下开关管和所述第二下开关管错相180度导通；所述控制电路还用于控制所述第一上开关管和第二上开管的占空比以控制输出电压；

其中，所述自调整谐振电感用于根据流过自调整谐振电感的电流自动调节电感值，当流过自调整谐振电感的电流值大时，所述自调整谐振电感自动将电感值调小，当流过自调整谐振电感的电流值小时，所述自调整谐振电感将电感值自动调大；

其中，所述第一桥臂的中点为所述第一上开管和所述第一下开关管之间的点；

所述第二桥臂的中点为所述第二上开关管和所述第二下开关管之间的点；

所述钳位臂的中点为所述第一钳位二极管的阳极或所述第二钳位二极管的阴极。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述等效漏源极电容用于在所述第一上开关管和所述第一下开关管的控制信号的死区时间内，以及在所述第二上开关管和所述第二下开关管的死区时间内，与所述自调整谐振钳位电路谐振。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述自调整谐振电感包括磁芯和绕组，其中，所述自调整谐振电感的磁芯的内边缘和外边缘气隙的间距不同。

4.根据权利要求1-3任一项所述的装置，其特征在于，所述等效漏源极电容为与所述自调整谐振钳位电路谐振的开关管的寄生电容，或为与所述自调整谐振钳位电路谐振的开关管的寄生电容的并联等效电容。

5.根据权利要求1-3任一项所述的装置，其特征在于，所述副边电路包括全桥整流电路、全波整流电路或倍流整流电路。

6.根据权利要求1-3任一项所述的全桥拓扑电源装置，其特征在于，

所述副边电路中的整流管为二极管或开关管。

7.一种全桥拓扑电源的控制方法，其特征在于，应用在全桥拓扑电源中，所述全桥拓扑电源包括：原边电路、副边电路、变压器和控制电路；所述变压器包括原边绕组和副边绕组，所述原边电路与所述变压器的原边绕组相连，所述副边电路与所述变压器的副边绕组相连；所述原边电路包括：自调整谐振钳位电路、连接全桥拓扑输入母线的第一桥臂和第二桥臂；所述第一桥臂包括第一上开管和第一下开关管；所述第二桥臂包括第二上开关管和第二下开关管；所述第一桥臂还包括与所述第一上开管和第一下开关管分别并联的等效漏源极电容；所述第二桥臂还包括与所述第二上开关管和第二下开关管分别并联的等效漏源极电容；所述自调整谐振钳位电路包括：钳位臂、谐振电容和自调整谐振电感；其中，所述钳位臂包括：第一钳位二极管和第二钳位二极管；所述第一钳位二极管的阴极连接全桥拓扑输入母线的正极；所述第二钳位二极管的阴极连接所述第一钳位二极管的阳极；所述第二钳位二极管的阳极连接所述全桥拓扑输入母线的负极；所述自调整谐振电感的第一端连接第一桥臂的中点；所述自调整谐振电感的第二端连接所述变压器的原边绕组的第一端及所述钳位臂的中点；所述谐振电容的第一端连接所述原边绕组的第二端，所述谐振电容的第二端连接所述第二桥臂的中点；所述控制电路与所述第一上开关管、所述第一下开关管、所述第二上开管以及所述第二下开关管相连；所述自调整谐振电感用于根据流过自调整谐振电感的电流自动调节电感值，当流过自调整谐振电感的电流值大时，所述自调整谐振电感自动将电感值调小，当流过自调整谐振电感的电流值小时，所述自调整谐振电感将电感值自动调大；

所述方法包括：

控制所述第一上开关管和第二上开管的占空比以控制输出电压；控制所述第一上开关管和所述第一下开关管互补导通，所述第二上开关管和所述第二下开关管互补导通，所述第一上开关管和所述第二上开关管错相180度导通，所述第一下开关管和所述第二下开关管错相180度导通；

其中，所述第一桥臂的中点为所述第一上开管和所述第一下开关管之间的点；

所述第二桥臂的中点为所述第二上开关管和所述第二下开关管之间的点；

所述钳位臂的中点为所述第一钳位二极管的阳极或所述第二钳位二极管的阴极。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所述第一上开关管和所述第一下开关管的控制信号的死区时间内，以及在所述第二上开关管和所述第二下开关管的死区时间内，所述自调整谐振钳位电路与所述等效漏源极电容谐振；所述自调整谐振电感根据流过自调整谐振电感的电流自动调节电感值。

9.一种通信设备，其特征在于，包括至少一个单板以及至少一个如权利要求1至6任一项所述的全桥拓扑电源装置，所述全桥拓扑电源装置用于给所述单板供电。