CN108880271A - 一种推挽式变换器电路及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种推挽式变换器电路及其控制方法，两个开关管组均包括并联的多级开关管，其中每级开关管包括并联的一个或多个开关管；在第一开关管组中，所有开关管第一端与变压器原边线圈第一端连接；在第二开关管组中，所有开关管第一端与变压器原边线圈第二端连接；逻辑控制单元，用于通过多路驱动控制信号对两个开关管组进行推挽式驱动控制，一路驱动控制信号用于独立控制一级开关管；在每个开关管组的导通过程中，逻辑控制单元控制开关管组中开关管的导通级数逐渐增多至预置级数。解决了现有的推挽式变换器电路中，开关管的快速导通会导致电流快速变化进而产生较高电压尖峰和较强电磁干扰的技术问题。

Description

一种推挽式变换器电路及其控制方法

技术领域

本发明涉及电路技术领域，尤其涉及一种推挽式变换器电路及其控制方法。

背景技术

推挽式变换器电路结构简单，工作时变压器双向励磁，磁芯利用率高，具有体积小、效率高且动态响应好的优点，在低电压输入、大电流输出以及输入输出需要电气隔离的场合被广泛应用。

现有的推挽式变换器电路结构有多种，图1所示的推挽式变换器电路是其中一种结构。尽管现有的推挽式变换器电路结构有多种，但均可以划分为变压器原边电路、变压器和变压器副边电路三部分，在变压器原边电路中，通过控制两个开关管交替导通以向变压器副边电路中的负载供电。

然而，现有的推挽式变换器电路中，开关管的快速导通会导致电流快速变化，进而会产生较高的电压尖峰和较强电磁干扰的。

发明内容

本申请实施例提供了一种推挽式变换器电路及控制方法，使得现有的推挽式变换器电路不会因开关管的快速导通而出现电流快速变化的情况，进而避免了产生较高的电压尖峰和较强电磁干扰。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种推挽式变换器电路，由变压器、变压器原边电路和变压器副边电路构成，所述变压器原边电路包括两个开关管组和逻辑控制单元；

两个所述开关管组均包括并联的多级开关管，其中每级开关管包括并联的一个或多个开关管；

在第一所述开关管组中，所有开关管第一端与所述变压器原边线圈第一端连接；

在第二所述开关管组中，所有开关管第一端与所述变压器原边线圈第二端连接；

两个所述开关管组中的所有开关管第二端均接地；

所述变压器原边线圈的中心抽头与电源连接；

所述逻辑控制单元与两个所述开关管组中的所有开关管控制端连接，用于通过多路驱动控制信号对两个所述开关管组进行推挽式驱动控制，一路驱动控制信号用于独立控制一级开关管；

在每个所述开关管组的导通过程中，所述逻辑控制单元控制所述开关管组中开关管的导通级数逐渐增多至预置级数。

优选地，

当所述开关管组需要关断时，所述逻辑控制单元控制所述开关管组中开关管的导通级数逐渐减少至零。

优选地，

所述逻辑控制单元控制所述开关管组中开关管的导通数量逐渐增多至预置级数具体包括：

所述逻辑控制单元控制所述开关管组中的开关管逐级导通，直到开关管的导通级数达到预置级数。

优选地，

所述逻辑控制单元控制开关管组中开关管的导通数量逐渐减少至零具体包括：

所述逻辑控制单元控制所述开关管组中的开关管逐级关断，直到所有开关管全部关断。

优选地，

两个所述开关管组完全相同。

优选地，

在每个所述开关管组中，各级开关管完全相同。

本申请第二方面提供了一种推挽式变换器电路的控制方法，包括：

所述逻辑控制单元控制两个所述开关管组交替导通以进行推挽式驱动控制，并当所述开关管组需要导通时，控制所述开关管组中开关管的导通数量逐渐增多，直到开关管的导通数量达到预置个数。

优选地，

当所述开关管组需要关断时，所述逻辑控制单元控制所述开关管组中开关管的导通级数逐渐减少至零。

优选地，

所述逻辑控制单元控制所述开关管组中开关管的导通数量逐渐增多至预置级数具体包括：

所述逻辑控制单元控制所述开关管组中的开关管逐级导通，直到开关管的导通级数达到预置级数。

优选地，

所述逻辑控制单元控制开关管组中开关管的导通数量逐渐减少至零具体包括：

所述逻辑控制单元控制所述开关管组中的开关管逐级关断，直到所有开关管全部关断。

从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：

本申请实施例中，提供了一种推挽式变换器电路，由变压器、变压器原边电路和变压器副边电路构成，变压器原边电路包括两个开关管组和逻辑控制单元；两个开关管组均包括并联的多级开关管，其中每级开关管包括并联的一个或多个开关管；在第一开关管组中，所有开关管第一端与变压器原边线圈第一端连接；在第二开关管组中，所有开关管第一端与变压器原边线圈第二端连接；两个开关管组中的所有开关管第二端均接地；变压器原边线圈的中心抽头与电源连接；逻辑控制单元与两个开关管组中的所有开关管控制端连接，用于通过多路驱动控制信号对两个开关管组进行推挽式驱动控制，一路驱动控制信号用于独立控制一级开关管；当开关管组需要导通时，逻辑控制单元控制开关管组中开关管的导通级数逐渐增多至预置级数；申请实施例采用一个开关管组代替一个开关管，而一个开关管组可以等效成一个开关管，因开关管组是缓慢导通的，而不是快速导通，所以可以使得推挽式变换器电路电流变化不会过快，进而避免了产生较高电磁干扰的。

附图说明

图1为现有的推挽式变换器电路的结构示意图；

图2为本申请实施例中推挽式变换器电路的一个实施例的结构示意图；

图3为本申请实施例中推挽式变换器电路的又一个实施例的结构示意图；

图4为本申请实施例中推挽式变换器电路的再一个实施例的结构示意图；

图5为本申请实施例中推挽式变换器电路导通和关断过程中电流变化的一个实施例的示意图。

具体实施方式

本申请实施例提供了一种推挽式变换器电路及控制方法，使得现有的推挽式变换器电路不会因开关管的快速导通而出现电流快速变化的情况，进而避免了产生较高的电压尖峰和较强的电磁干扰。

发明人在研究中发现，因为现有的推挽式变换器电路只有两个开关管，当开关管的快速导通会导致电流快速变化，进而会产生较高的电压尖峰和较强的电磁干扰。

在本实施例中，以图1所示的推挽式变换器电路为例，为说明方便，假设两个开关管相同：

图1中场效应管Q的电流表达式为：

其中Vin为输入电压，Vd为输出二极管的正向压降，Vo为输出电压，n为变压器初级和次级匝比，Rp为初级线圈的电阻，Rs为次级线圈的电阻，Rdson为场效应管的导通电阻，I_Q为场效应管导通时的电流。

当场效应管快速导通，即可以认为场效应管的导通电阻Rdson快速变化，因此造成电流快速变化。

因此，本申请采用开关管组代替单个开关管，逐渐增加开关管组中开关管的导通数量，相当于导通电阻Rdson缓慢变化，因此不会造成电流快速变化。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

请参阅图2，本申请实施例中推挽式变换器电路的一个实施例的结构示意图。

请参阅图3，本申请提供的一种推挽式变换器电路的又一个实施例的结构示意图。

请参阅图4，本申请提供的一种推挽式变换器电路的再一个实施例的结构示意图。

本申请第一方面提供了一种推挽式变换器电路的一个实施例，由变压器T1、变压器T1原边电路和变压器T1副边电路构成，变压器T1原边电路包括两个开关管组和逻辑控制单元A。

因本发明的改进不涉及变压器T1副边电路，所以在此不对变压器T1副边电路进行详述，变压器T1副边电路可以根据实际需要进行选择。

如图2所示，A1至An并联构成一个开关管组，BA至Bn并联构成另一个开关管组。

两个开关管组均包括并联的多级开关管，其中每级开关管包括并联的一个或多个开关管；

可以理解的是，可以将一个开关管组等效成一个开关管，对应地，等效参数可以包括导通电阻和导通电压，等效参数相同是为了满足推挽变换器电路的需求。

如图2所示，每级开关管均包括一个开关管；如图3所示，有一个开关管构成的一级开关管，有两个开关管构成的一级开关管，还有三个开关管构成的一级开关管；如图4所示，每级开关管都包括至少两个开关管；因此，在一个开关管组中，各级开关管可以完全相同，也可以只是等效参数相同，也可以等效参数不同；而两个开关管组相比，可以只是等效参数相同，也可以完全相同，例如，当组成两个开关管组的各级开关管均相同时，这两个开关管组便完全相同。

在本实施例中，开关管的种类不作具体限定，例如可以为场效应管，也可以为双极性晶体管，还可以是三极管。

在一个开关管组中，所有开关管的第一端与变压器T1原边线圈的第一端连接；在另一个开关管组中，所有开关管的第一端与变压器T1原边线圈的第二端连接；两个开关管组中的所有开关管的第二端均接地。

因此，在每个开关管组中，开关管的导通电压是相同的。

需要说明的是，当开关管为场效应管时，开关管的第一端是漏极，开关管的第二端是源极，开关管控制端则为栅极；当开关管为三极管时，开关管的第一端是集电极，开关管的第二端是发射极，开关管控制端则为基极。

变压器T1原边线圈的中心抽头与电源VDD连接。

逻辑控制单元A与两个开关管组中的所有开关管控制端连接，用于通过多路驱动控制信号对两个开关管组进行推挽式驱动控制，一路驱动控制信号用于独立控制一级开关管。

需要说明的是，对每级开关管进行独立控制是指可以随时开启和关断任意一级开关管；开关管组中存在一级导通的开关管即可认为该开关管组导通；推挽式供电是所有推挽式变换器电路共同的供电方式，即两个开关管组交替导通进行供电，所以此处不做赘述。

如图2所示，逻辑控制单元A上Pa1至Pan、Pb1至Pbn为逻辑控制单元A输出的驱动控制信号，每个控制信号控制一级个开关管，并且当推挽电路正常工作时，逻辑关系为：Pa1＝Pa2＝...＝Pan；Pb1＝Pb2＝...＝Pbn。

例如，当开关管为N沟道MOS管且推挽电路正常工作时，由N沟道MOS管工作原理可知，Pa1～Pan为逻辑高电平时，MOS管A1至An处于导通状态；Pa1～Pan为逻辑低电平时，MOS管A1至An处于截止状态；Pb1～Pbn为逻辑高电平时，MOS管B1至Bn处于导通状态；Pb1～Pbn为逻辑低电平，MOS管B1至Bn处于截止状态，具体可参阅图5中驱动信号变化t1至t2的正常部分。

在每个开关管组的导通过程中，逻辑控制单元控制开关管组中开关管的导通级数逐渐增多至预置级数。

可以理解的是，因此开关管组中开关管的导通级数逐渐增多，而开关管组可以等效成一个开关管，所以在本实施例中，开关管组等效成的开关管可以看成是缓慢导通的，即实现了开关管的软驱动，使得推挽式变换器电路中电流变化不至于过快，因此不会较高的电磁干扰。

预置级数是根据实际需要来确定的，例如，在本实施例的推挽式变换器电路中，开关管组中的开关管级数可以设计为10级，但当该推挽式变换器电路接第一种负载时，工作时开关管的导通级数为6级，即预置级数为6级；当该推挽式变换器电路接第二种负载时，工作时开关管的导通数量为8级，即预置级数为8级。

开关管组中开关管导通级数的增加速度也可以根据实际需要进行调整，例如在一个开关管组中，开关管的级数可能很多，假设为100级，如果逐级导通开关管可能会造成开关管组的导通时间过长，因此可以选择每五级开关管一起导通，甚至是每十级开关管一起导通，在保证开关管组缓慢导通的前提下，缩短了开关管组的导通时间。

因此，逻辑控制单元A控制开关管组中开关管的导通数量逐渐增多至预置级数具体包括：

逻辑控制单元A控制开关管组中的开关管逐级导通，直到开关管的导通级数达到预置级数。

如图2所示，在推挽式变换器电路启动时，会依次开通A1、A2……An，电流逐渐增大，待推挽式变换器电路以正常工作至工作周期结束时，将A1、A2……An均关断后，再依次开通B1、B2……Bn，从而实现推挽式变换器电路的软驱动。

请参阅图5，本申请实施例中推挽式变换器电路导通和关断过程中电流变化的一个实施例的示意图。

如图5中的第一波形图所示，Pa、Pb分别代表现有技术中两个开关管组的驱动控制信号；当驱动控制信号为高电平时，开关管组导通，当驱动控制信号低电平时，开关管组关断。由于现有技术中的推挽式变换器电路只有一级开关管，所以当开关管导通或关断时，开关管的导通电阻也快速变化，导致电流快速变化，从而导致电磁干扰问题。

在本申请实施例中，因为每个开关管组包括多级开关管，当一个开关管组需要导通时，假设驱动控制信号Pb1、Pb2、Pb3、……、Pbn是同时上升或下降的，开关管组的导通电阻也快速变化，导致开关管组的导通电流在关断和开通时快速变化，同样导致电磁干扰问题。

因此，在本申请实施例中，多级开关管的驱动控制信号间隔Δt时间发送的，如图5所示，驱动控制信号Pb1、Pb2、Pb3、……、Pbn的上升沿时间逐一延后，从而使得开关管B1、B2、B3、……、Bn逐级导通，对应地，开关管组的导通电流呈阶梯式缓慢上升，从而可以有效地限制较高电压尖峰和较强电磁的产生。

另外，需要说明的是，虽然本申请实施例中的开关管B1、B2、B3、……、Bn逐级导通，会使得开关管组的导通时间延迟软(n-1)Δt，但由于Δt是远小于推挽变换器的工作周期，所以不会对推挽变换器的正常工作造成影响；一般情况下，推挽变换器的工作周期大于2μs，(n-1)Δt≈100ns，而驱动控制信号Pb1、Pb2、Pb3、……、Pbn是同时上升或下降可能只有10ns甚至更短，对比来看，本申请实施例可以降低开关管组导通电流的变化速度。

除此之外，还可以变换开关管组的导通速率，例如，先控制开关管组中的开关管逐级导通，然后到达某一个特定的时间点，将剩余的所有开关管全部同时导通。

进一步地，当开关管组需要关断时，逻辑控制单元A控制开关管组中开关管的导通级数逐渐减少至零。

例如，当推挽式变换器电路发生过流时，需要控制推挽式变换器电路关断，以实现过流保护功能，在控制推挽式变换器电路关断过程中，如图2所示，假设推挽式变换器电路关断前A1所在的开关管组处于导通状态，那么可以逐级依次关断A1、A2……An，使得推挽式变换器电路中的电流逐渐减少至整个推挽式变换器电路完全关断，从而实现推挽式变换器电路的软关断。

逻辑控制单元A控制开关管组中开关管的导通数量逐渐减少至零具体包括：

逻辑控制单元A控制开关管组中的开关管逐级关断，直到所有开关管全部关断。

需要说明的是，逐级导通开关管组中的开关管可以最大程度地降低开关管组的导通速率，以将电流变化速率降至最低，可以有效地限制电磁干扰的产生。

本申请第二方面提供了一种推挽式变换器电路的控制方法，包括：

逻辑控制单元控制两个开关管组交替导通以进行推挽式驱动控制，并当开关管组需要导通时，逻辑控制单元控制开关管组中开关管的导通级数逐渐增多至预置级数。

进一步地，控制方法还包括：当开关管组需要关断时，逻辑控制单元控制开关管组中开关管的导通级数逐渐减少至零。

进一步地，逻辑控制单元控制开关管组中开关管的导通数量逐渐增多至预置级数具体包括：

逻辑控制单元控制开关管组中的开关管逐级导通，直到开关管的导通级数达到预置级数。

进一步地，逻辑控制单元控制开关管组中开关管的导通数量逐渐减少至零具体包括：

逻辑控制单元控制开关管组中的开关管逐级关断，直到所有开关管全部关断。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种推挽式变换器电路，其特征在于，由变压器、变压器原边电路和变压器副边电路构成，所述变压器原边电路包括逻辑控制单元和两个开关管组；

两个所述开关管组均包括并联的多级开关管，其中每级开关管包括并联的一个或多个开关管；

在第一所述开关管组中，所有开关管第一端与所述变压器原边线圈第一端连接；

在第二所述开关管组中，所有开关管第一端与所述变压器原边线圈第二端连接；

两个所述开关管组中的所有开关管第二端均接地；

所述变压器原边线圈的中心抽头与电源连接；

所述逻辑控制单元与两个所述开关管组中的所有开关管控制端连接，用于通过多路驱动控制信号对两个所述开关管组进行推挽式驱动控制，一路驱动控制信号用于独立控制一级开关管；

在每个所述开关管组的导通过程中，所述逻辑控制单元控制所述开关管组中开关管的导通级数逐渐增多至预置级数。

2.根据权利要求1所述的推挽式变换器电路，其特征在于，当所述开关管组需要关断时，所述逻辑控制单元控制所述开关管组中开关管的导通级数逐渐减少至零。

3.根据权利要求1所述的推挽式变换器电路，其特征在于，所述逻辑控制单元控制所述开关管组中开关管的导通数量逐渐增多至预置级数具体包括：

所述逻辑控制单元控制所述开关管组中的开关管逐级导通，直到开关管的导通级数达到预置级数。

4.根据权利要求2所述的推挽式变换器电路，其特征在于，所述逻辑控制单元控制开关管组中开关管的导通数量逐渐减少至零具体包括：

所述逻辑控制单元控制所述开关管组中的开关管逐级关断，直到所有开关管全部关断。

5.根据权利要求1所述的推挽式变换器电路，其特征在于，两个所述开关管组完全相同。

6.根据权利要求1或5所述的推挽式变换器电路，其特征在于，在每个所述开关管组中，各级开关管完全相同。

7.一种推挽式变换器电路的控制方法，其特征在于，包括：

逻辑控制单元控制两个所述开关管组交替导通以进行推挽式驱动控制，并当所述开关管组需要导通时，所述逻辑控制单元控制所述开关管组中开关管的导通级数逐渐增多至预置级数。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，还包括：当所述开关管组需要关断时，所述逻辑控制单元控制所述开关管组中开关管的导通级数逐渐减少至零。

9.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述逻辑控制单元控制所述开关管组中开关管的导通数量逐渐增多至预置级数具体包括：

所述逻辑控制单元控制所述开关管组中的开关管逐级导通，直到开关管的导通级数达到预置级数。

10.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述逻辑控制单元控制所述开关管组中开关管的导通级数逐渐减少至零具体包括：

逻辑控制单元控制开关管组中的开关管逐级关断，直到所有开关管全部关断。