CN108923662A - 一种推挽变换器电路及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种推挽变换器电路及其控制方法，两个开关管组的等效参数相同，且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；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；检测单元分别与两个开关管组连接，用于检测每个开关管组是否处于过流状态；当开关管组处于过流状态时，逻辑控制单元关断开关管组中的至少一级开关管，以使开关管组处于限流状态。解决了开关管电流过大会导致推挽式变换器电路损坏的技术问题。

Description

一种推挽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，尤其涉及一种推挽变换器电路及其控制方法。
背景技术
推挽式变换器的电路结构简单，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的电路结构有多种，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，在推挽式变换器的电路工作过程中，存在开关管电流过大的情况，例如，变压器副边电路过载或短路都会导致开关管电流增大，从而导致推挽式变换器电路的电流增大，以致于推挽式变换器电路损坏。
发明内容
本发明提供了一种推挽变换器电路及其控制方法，解决了开关管电流过大会导致推挽式变换器电路损坏的技术问题。
本发明提供了一种推挽变换器电路，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、逻辑控制单元和检测单元；
两个所述开关管组的等效参数相同，且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；
在一个所述开关管组中，所有开关管的第一端与所述变压器原边线圈的第一端连接；
在另一个所述开关管组中，所有开关管的第一端与所述变压器原边线圈的第二端连接；
两个所述开关管组中的所有开关管的第二端均接地；
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；
所述检测单元分别与两个所述开关管组连接，用于检测每个所述开关管组是否处于过流状态；
当所述开关管组处于过流状态时，所述逻辑控制单元关断所述开关管组中的至少一级开关管，以使所述开关管组处于限流状态。
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。
优选地，
在每个所述开关管组中，各级开关管的等效参数均相同。
优选地，
所述检测单元用于检测所述开关管组两端电压，且当所述开关管组导通且两端电压大于预置的阈值电压时判定所述开关管组处于过流状态，否则判定所述开关管组处于非过流状态。
本发明提供了一种推挽变换器电路的控制方法，包括：
检测单元检测每个所述开关管组是否处于过流状态；
当所述开关管组处于过流状态时，逻辑控制单元关断所述开关管组中的至少一级开关管，以使所述开关管组处于限流状态。
优选地，
检测单元检测每个所述开关管组是否处于过流状态具体包括：
检测所述开关管组两端电压，且当所述开关管组导通且两端电压大于预置的阈值电压时判定所述开关管组处于过流状态，否则判定所述开关管组处于非过流状态。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明中的变压器原边电路包括两个开关管组、逻辑控制单元和检测单元；两个开关管组的等效参数相同，且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；在一个开关管组中，所有开关管的第一端与变压器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；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；检测单元分别与两个开关管组连接，用于检测每个开关管组是否处于过流状态；当开关管组处于过流状态时，逻辑控制单元关断开关管组中的至少一级开关管，以使开关管组处于限流状态；
所以，本发明是用两个开关管组代替了现有的推挽式变换器电路中的两个开关管，逻辑控制单元在实现对两个开关组推挽式驱动控制的同时，还可以对每级开关管进行独立控制，当开关管组处于过流状态时，逻辑控制单元关断开关管组中的至少一级开关管，以使开关管组处于限流状态，解决了现有的推挽式变换器电路中开关管电流过大会导致推挽式变换器电路损坏的技术问题。
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它的附图。
图1为现有的推挽式变换器电路的结构示意图；
图2为本发明提供的一种推挽式变换器电路的一个实施例的结构示意图；
图3为本发明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；
图4为本发明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；
图5为本发明提供的一种推挽式变换器电路的多驱动控制信号变化的一个实施例的示意图；
图6为本发明提供的一种推挽变换器电路的控制方法的一个实施例的流程示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种推挽变换器电路及其控制方法，解决了开关管电流过大会导致推挽式变换器电路损坏的技术问题。
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，两个开关管交替导通，当输出过流或者短路时，导通状态的开关管出现电流过大的情况，为了避免推挽式变换器电路损坏，只能在检测到过流后选择将过流状态的开关管关断，关断后推挽变换器没有或只有较小的输出功率，导致输出电压快速下跌，在输出过流或短路的故障解除后，需要向输出电容充电使输出端电压建立起来，但由于输出过流后或短路后电容电压过低，输出端依然相当于过流或短路的状态，传统电路由于只有两个开关管，一检测到过流就完全关断开关管，关断后推挽变换器没有或只有较小的输出功率，导致输出电压一直不能建立起来。所以，在输出过流或短路时既要限制流过开关管的电流，保护电路不被损坏，又要保持一定的输出能力，保证在故障解除后能重启。
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，IQ为场效应管导通时的电流。
当推挽式变换器电路过载时Vo会变小，短路时Vo＝0V，从公式可以看出，过载和短路都会导致场效应管Q的电流IQ极大增加。
如果采用场效应管组代替图1所示的推挽式变换器电路中的场效应管QA,QB，其中场效应管组由N(N≥2)级场效应管并联构成，那么Rdson便为场效应管组的等效电阻，即为N级场效应管的并联电阻。
为了便于分析，这里假设场效应管组中的N级场效应管都是相同的，那么场效应管组的导通电阻Rdson＝rdson/N，其中rdson是单级场效应管的导通电阻。
根据电路原理可知，并联的场效应管越多，等效的导通电阻越小；所以在检测到过流时，如果将场效应管组中的部分场效应管关断，例如，只保留n(n≥1)级开通，这时场效应管组的电阻为rdson/n且小于关断前的等效导通电阻Rdson/N，其中n<N，流过场效应管组的总电流将变小。
因此，本发明采用一个开关管组代替现有的推挽式变换器电路中的一个开关管，当过流时合理关断部分开关管可以起到限流的作用。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图2，本发明提供的一种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，本发明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，本发明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。
本发明提供了一种推挽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、逻辑控制单元A和检测单元。
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，B1至Bn并联构成另一个开关管组。
两个开关管组的等效参数相同，且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。
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。
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，推挽式驱动控制是指控制两个开关管组交替导通，即两个开关管组是互补的，其中一个开关管组导通，另一个开关管组则关断，开关管组中存在一级开关管导通即可认为该开关管组导通。
检测单元分别与两个开关管组连接，用于检测每个开关管组是否处于过流状态。
开关管组的总电流如果超过电流阈值，即可认为处于过流状态，而检测开关管组是够处于过流状态有多种方式。
例如，检测单元可以通过检测开关管组两端电压来判定开关管组是否过流，当开关管组导通且两端电压大于预置的阈值电压时判定开关管组处于过流状态，否则判定开关管组处于非过流状态。
需要说明的是，因为当开关管组不导通时，也存在两端电压大于预置电压的情况，而此时开关管组没有电流流过，所以认为开关管组处于非过流状态。
当开关管组处于过流状态时，逻辑控制单元A关断开关管组中的至少一级开关管，以使开关管组处于限流状态。
可以理解的是，当组成开关管组的各级开关管均相同时，可以通过控制开关管的关断级数来控制流过开关管组的电流；当组成开关管组的各级开关管不同时，可以通过控制开关管的关断级数来控制流过开关管组的电流，也可以按一定地优先权选择性地关断部分开关管。
另外，可以根据实际需要选择相应数量和相应规格的开关管进行关断，因为不同应用场景及不同负载情况对限流的要求不同，例如，将本实施例的推挽变换器电路应用于第一产品中，当出现过流时，可能需要通过关断部分开关管将开关管电流限制在2A以下；若将本实施例的推挽变换器电路应用在第二产品中，当出现过流时，可能需要通过关断部分开关管将开关管电流限制在3A以下。
需要说明的是，在现有技术中，也存在利用多个开关管并联代替一个开关管的情况，但这多个开关管的控制端是连接在一起的，所以不能实现分开独立控制，而本实施例可以对开关管组中的多个开关管进行独立、异步、差异性的控制。
本实施例用两个开关管组代替了现有的推挽式变换器电路中的两个开关管，逻辑控制单元A在实现对两个开关组推挽式驱动控制的同时，还可以对各级开关管进行独立控制；如图5所示，假设用图5所示的驱动控制信号控制本发明中的推挽式变换器控制电路，当开关管组处于过流状态时，逻辑控制单元A通过Pa1和Pb1两路驱动控制信号只交替互补开通和关断开关管A1和B1，其余开关管驱动信号一直保持为低电平，那么其余开关管则处于截止状态。开关管组的等效导通电阻增大，限制了流过开关管组的等效电流，起到限流保护作用，解决了现有的推挽式变换器电路中开关管电流过大会导致推挽式变换器电路损坏的技术问题。
请参阅图6，本发明提供的一种推挽变换器电路的控制方法的一个实施例的流程示意图。
本发明提供了一种推挽变换器电路的控制方法的一个实施例，包括：
步骤301，检测单元检测每个开关管组是否处于过流状态。
步骤302，当开关管组处于过流状态时，逻辑控制单元关断开关管组中的至少一级开关管，以使开关管组处于限流状态。
进一步地，
检测单元检测每个开关管组是否处于过流状态可以具体包括：
检测开关管组两端电压，且当开关管组导通且两端电压大于预置的阈值电压时判定开关管组处于过流状态，否则判定开关管组处于非过流状态。
以上所述，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 (7)

1.一种推挽变换器电路，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两个开关管组、逻辑控制单元和检测单元；
两个所述开关管组的等效参数相同，且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；
在一个所述开关管组中，所有开关管的第一端与所述变压器原边线圈的第一端连接；
在另一个所述开关管组中，所有开关管的第一端与所述变压器原边线圈的第二端连接；
两个所述开关管组中的所有开关管的第二端均接地；
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；
所述检测单元分别与两个所述开关管组连接，用于检测每个所述开关管组是否处于过流状态；
当所述开关管组处于过流状态时，所述逻辑控制单元关断所述开关管组中的至少一级开关管，以使所述开关管组处于限流状态。
2.根据权利要求1所述的推挽变换器电路，其特征在于，两个所述开关管组完全相同。
3.根据权利要求1或2所述的推挽变换器电路，其特征在于，在每个所述开关管组中，各级开关管完全相同。
4.根据权利要求1或2所述的推挽变换器电路，其特征在于，在每个所述开关管组中，各级开关管的等效参数均相同。
5.根据权利要求1所述的推挽变换器电路，其特征在于，所述检测单元用于检测所述开关管组两端电压，当所述开关管组导通且两端电压大于预置的阈值电压时判定所述开关管组处于过流状态，否则判定所述开关管组处于非过流状态。
6.一种如权利要求1至5中任意一项所述的推挽变换器电路的控制方法，其特征在于，包括：
检测单元检测每个所述开关管组是否处于过流状态；
当所述开关管组处于过流状态时，逻辑控制单元关断所述开关管组中的至少一级开关管，以使所述开关管组处于限流状态。
7.根据权利要求6所述的推挽变换器电路的控制方法，其特征在于，检测单元检测每个所述开关管组是否处于过流状态具体包括：
检测所述开关管组两端电压，当所述开关管组导通且两端电压大于预置的阈值电压时判定所述开关管组处于过流状态，否则判定所述开关管组处于非过流状态。
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