CN114465484A - 电压变换器 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种电压变换器。本申请的电压变换器包括原边电路、副边电路和放电控制单元，该副边电路包括第一场效应管MOS管和输出电容，第一MOS管和放电控制单元相连；该放电控制单元用于在电压变换器处于关闭状态或异常保护状态时，控制第一MOS管工作在线性区。本申请的技术方案中，在电压变换器停止工作之后，控制第一MOS管工作在线性区，从而使得第一MOS管作为电阻消耗电压变换器中输出电容上残留的电压。这样，在电压变换器开机时，预偏置电压会减小或者消失，从而避免产生过大反向电流，进而避免电压变换器中的元器件失效。

Description

电压变换器

技术领域

本申请涉及电路领域，尤其涉及电压变换器。

背景技术

有源钳位正激(active clamp forward，ACF)变换器具有效率高、输出纹波小、成本低等多种优势，在中小功率直流转直流(direct current-direct current，DC/DC)电压变换器中得到广泛应用。在低压大电流输出场景中，副边整流续流二极管会用同步整流场效应管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，MOSFET/MOS)管替代。一般情况下，ACF电压变换器在输出预偏置开机时，在软启阶段会出现副边的输出电容上能量过大，从而将该输出端能量倒灌至原边的情况，进而给原边和副边的MOS管带来很大的电压电流应力，严重的可导致电路中的器件因应力过大而失效。

因此，如何避免ACF变换器在开机时由于输出电容上的能量倒灌导致器件电压电流应力超降额而失效成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请提供一种电压变换器，能够避免ACF变换器在开机时由于输出电容上的能量倒灌导致器件电压电流应力超降额而失效。

第一方面，本申请提供一种电压变换器，该电压变换器包括原边电路、副边电路和放电控制单元，所述副边电路包括第一场效应管MOS管和输出电容，所述第一MOS管和所述放电控制单元相连；所述第一MOS管用于：在所述电压变换器处于关闭状态或异常保护状态时，工作在线性区，释放所述输出电容的电能，所述异常保护状态包括所述电压变换器的供电电压大于第一阈值时的状态或工作温度高于第二阈值时的状态；所述输出电容用于：对所述电压变换器的输出电压进行滤波；所述放电控制单元用于：在所述电压变换器处于关闭状态或异常保护状态时，控制所述第一MOS管工作在线性区。

该方面中，在电压变换器处于关闭状态或异常保护状态时，控制续流MOS管工作在线性区，从而使得续流MOS管作为电阻消耗电压变换器中输出电容残留的电压。这样，在电压变换器开机时，预偏置电压会减小或者消失，从而避免产生过大反向电流，进而避免电压变换器中元器件失效。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，放电控制单元包括第一MOS管的第一驱动单元和第一驱动单元的供电单元，该第一驱动单元与第一MOS管相连，供电单元与第一驱动单元相连；其中，供电单元用于：在电压变换器处于关闭状态或异常保护状态时，向第一驱动单元输出第一供电信号；第一驱动单元用于：在接收到第一供电信号时，驱动所述第一MOS管工作在线性区。

该实现方式中，描述了放电控制单元的构成，放电控制单元中的供电单元用于为第一驱动单元供电，以改变第一MOS管的状态，使其可以工作在线性区。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，第一驱动单元包括第二MOS管，第二MOS管的源极与第一MOS管的栅极相连，第二MOS管的栅极与供电单元相连，第二MOS管的漏极与电压变换器中的变压器的第一副边绕组相连。

该实现方式中，描述了第一驱动单元包括的元器件及其连接关系，第一驱动单元可以是MOS管，以接收供电信号来控制第一MOS管的工作状态。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，供电单元包括第一储能子单元，第一储能子单元的第一端与第一驱动单元相连，第一储能子单元的第二端接地；第一储能子单元用于：在电压变换器处于关闭状态或异常保护状态时，向第一驱动单元输出第一供电信号。

该实现方式中，描述了供电单元的构成及其连接关系，供电单元可以包括第一储能子单元，以在电压变换器开机时存储电能，在电压变换器处于关闭状态或异常保护状态时，为第一驱动单元供电。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，第一储能子单元包括电容。

该实现方式中，描述了第一储能子单元包括的元器件，第一储能子单元可以是电容，以在电压变换器开机时存储电能，关闭或异常保护时释放电能。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，第一储能子单元还用于：在电压变换器处于开启状态时，向第一驱动单元输出第二供电信号，该第二供电信号用于控制第一驱动单元向第一MOS管输出第一信号，以控制第一MOS管开通；相应地，供电单元还包括第二储能子单元、放电控制子单元和电阻单元，第二储能子单元的第一端与电阻单元的第一端相连，电阻单元的第二端与第一储能子单元的第一端相连，第二储能子单元的第二端接地，第一储能子单元的第一端与放电控制子单元相连；放电控制子单元用于：在电压变换器处于关闭状态或异常保护状态时，控制第一储能子单元释放在电压变换器处于开启状态时存储的电能；第二储能子单元用于：在第一储能子单元释放存储的电能之后，通过电阻单元为第一储能子单元充电；第一储能子单元向第一驱动单元输出第一供电信号时，具体用于：在第二储能子单元为第一储能子单元充电的过程中，向第一驱动单元输出第一供电信号。

该实现方式中，进一步限定了第一储能子单元的功能，以及供电单元的构成，供电单元包括第二储能子单元、放电控制子单元和电阻单元。第一储能子单元还可以在电压变换器开启时控制第一MOS管开通，使得电压变换器关闭或异常保护时，第一MOS管关闭；第二储能子单元在第一储能子单元的电量放完之后，为第一储能子单元充电，是一个缓慢的过程，使得第一MOS管可以处于不完全导通状态，即工作在线性区。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，第二储能子单元包括电容。

该实现方式中，描述了第二储能子单元包括的元器件，第二储能子单元可以是电容，以在电压变换器开机时存储电能，关闭或异常保护时释放电能。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，供电单元还包括稳压二极管，稳压二极管与第一储能子单元并联。

该实现方式中，进一步限定了供电单元的构成，供电单元还包括稳压二极管，以用于稳定第一储能子单元两端的电压。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，放电控制子单元包括控制子单元和放电子单元，放电子单元的第一端与第一储能子单元的第一端相连，放电子单元的第二端接地；控制子单元用于：在电压变换器处于关闭状态或异常保护状态时，向放电子单元输出第一控制信号，第一控制信号用于控制放电子单元导通；放电子单元用于：在第一控制信号的控制下，连通第一储能子单元的第一端与地级；控制子单元还用于：向放电子单元输入第一控制信号第一时长之后，向放电子单元输出第二控制信号，第二控制信号用于控制放电子单元关断；放电子单元还用于：在第二控制信号的控制下，断开第一储能子单元的第一端与地级之间的连接。

该实现方式中，描述了放电控制子单元的构成，其中的控制子单元输出控制信号，控制放电子单元导通或关闭，以释放完第一储能子单元中的电能，以便于第一储能子单元能够被第二储能子单元充电，以使得第一MOS管可以工作在线性区。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，放电子单元包括光敏单元，控制子单元包括第一端口、第二端口、第三储能子单元和发光单元；其中，控制子单元的第一端口、发光单元、第三储能子单元和控制子单元的第二端口依次串联；控制子单元的第一端口用于：在电压变换器处于关闭状态或异常保护状态时，接收第一电信号；控制子单元的第二端口用于：在电压变换器处于关闭状态或异常保护状态时，接收第二电信号，第一电信号的电压高于第二电信号的电压；第三储能子单元用于：在控制子单元的第一端口接收第一电信号且控制子单元的第二端口接收第二电信号的过程中充电；发光单元用于：在第三储能子单元未充满电之前向光敏单元输出光信号；光敏单元用于：接收到所述光信号之后，连通第一储能子单元的第一端与地级；发光单元还用于：在第三储能子单元充满电之后停止向光敏单元输出光信号；光敏单元还用于：发光单元停止输出光信号之后，关断第一储能子单元的第一端与地级之间的连接。

该实现方式中，描述了控制子单元包括的元器件以及其控制过程，通过释放第一储能子单元的电能，使得第二储能子单元可以为第一储能子单元充电，进而给第一驱动单元供电，使得第一MOS管可以工作在线性区。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，第二端口与电压变换器的原边控制单元的第一管脚相连，该第一管脚的状态指示原边控制单元的工作状态。

该实现方式中，描述了控制子单元与电压变换器的控制单元的连接管脚，通过该连接管脚的状态可以知道原边控制单元的工作状态，即在电压变换器关闭或异常保护时，进一步触发控制子单元中第三储能子单元充电，放电子单元导通，以释放第一储能子单元中的电能。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，光敏单元包括光敏三极管，发光单元包括发光二极管，发光二极管的正极与控制子单元的第一端口相连，发光二极管的负极与第三储能子单元相连。

该实现方式中，进一步限定了光敏单元和发光单元。例如，光敏单元可以是光敏三极管，发光单元可以是发光二极管，光敏三极管在接收到光信号时会导通，以释放第一储能子单元的电能。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，第三储能子单元包括电容。

该实现方式中，描述了第三储能子单元包括的元器件，第三储能子单元可以是电容，以在电压变换器关闭或者异常保护时进行充电，导通发光单元。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，电压变换器还包括变压器，供电单元还包括导通控制子单元，导通控制子单元的一端与变压器的第二副边绕组相连，导通控制子单元的另一端与电阻单元的第一端相连；导通控制子单元用于：在电压变换器处于开启状态时导通变压器的第二副边绕组与电阻单元的第一端，在电压变换器处于关闭状态或者异常保护状态时关断变压器的第二副边绕组与电阻单元的第一端。

该实现方式中，进一步限定了电压变换器和供电单元的构成，供电单元还包括导通控制子单元，以在电压变换器开启时为第一储能子单元和第二储能子单元充电。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，导通控制子单元包括二极管，二极管的正极与第二副边绕组相连，二极管的负极与电阻单元的第一端相连。

该实现方式中，描述了导通控制子单元包括的元器件，例如导通控制子单元可以是二极管，二极管具有单向导电性，在电压变换器处于开启状态时导通变压器的第二副边绕组与电阻单元的第一端，可以给第一储能子单元和第二储能子单元充电；在电压变换器处于关闭状态或者异常保护状态时，关断变压器的第二副边绕组与电阻单元的第一端，使得第一储能子单元和第二储能子单元的电能不从它流出。

第二方面，本申请提供一种电子设备，所述电子设备包括：第一方面或其中任意一种可能的实现方式所述的电压变换器，所述电压变换器用于为所述电子设备提供电压变换功能。

结合第二方面，在一种可能的实现方式中，所述电子设备包括以下任意一种：路由器、交换机、服务器和无线基站。

附图说明

图1为本申请实施例提供的ACF拓扑的基本结构示意图；

图2为本申请另一个实施例提供的ACF拓扑的结构图；

图3为本申请又一个实施例提供的ACF拓扑的结构图；

图4为本申请一个实施例提供的电压变换器的结构示意图；

图5为本申请另一个实施例提供的电压变换器的结构示意图；

图6为本申请又一个实施例提供的电压变换器的结构示意图；

图7为本申请又一个实施例提供的电压变换器的结构示意图；

图8为本申请又一个实施例提供的电压变换器的结构示意图；

图9为本申请又一个实施例提供的电压变换器的结构示意图；

图10为本申请一个实施例提供的电压变换器的示例性结构示意图；

图11为本申请一个实施例提供的电压变换器的实际工作波形示意图；

图12为本申请一个实施例提供的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请实施例的实施方式进行详细描述。

随着芯片集成技术的发展，通信产品和计算机产品向小型化，智能化发展，人们对DC/DC电源系统的要求也越来越高。目前市场上设计在负载侧的独立隔离的负载变压器统称为隔离式DC/DC，其作为工业界一种通用的模块电源，已经广泛地应用到了通信、网络、计算机等设备的供电系统中。

隔离式DC/DC变流器中常用的一种拓扑结构为ACF拓扑，该拓扑具有效率高、输出纹波小、成本低等多种优势。在低压大电流输出场景中，其副边整流续流二极管会用同步整流MOS管替代。具体如图1所示。

图1为本申请一个实施例提供的ACF拓扑的基本结构示意图。如图1所示，ACF拓扑的原边电路包括钳位电容C1、主功率管Q1和钳位功率管Q2，变压器T1包括原边绕组、副边绕组1和副边绕组2，ACF拓扑的副边电路包括输出电容C5、滤波电感Lo、整流功率管Q3、整流功率管Q3的驱动电路1、续流功率管Q4和续流功率管Q4的驱动电路2。

其中，变压器T1的原边绕组的异名端、钳位电容C1的第一端和主功率管Q1的漏极相连，钳位电容C1的第二端和钳位功率管Q2的漏极相连，主功率管Q1的源极和钳位功率管Q2的源极相连，变压器T1的副边绕组1的同名端、滤波电感Lo的第一端和续流功率管Q4的漏极相连，副边绕组1的异名端、整流功率管Q3的漏极和续流功率管Q4的驱动电路2的第一端相连，续流功率管Q4的驱动电路2的第二端和续流功率管Q4的栅极相连，滤波电感Lo的第二端和输出电容C5的第一端相连，输出电容C5的第二端、整流功率管Q3的源极、续流功率管Q4的源极和变压器T1的副边绕组2的异名端相连，副边绕组2的同名端和整流功率管Q3的驱动电路1的第一端相连，整流功率管Q3的驱动电路1的第二端和整流功率管Q3的栅极相连。

可选地，驱动电路1和驱动电路2可以包括三极管、二极管和电阻等，本申请对该驱动电路1和驱动电路2的具体组成不做限制。

具体地，如图1所示，在开机软启动阶段，当原边主功率管Q1的驱动占空比从0％逐渐增大时，由于绕组的自驱特性，整流功率管Q3驱动占空比从0％逐渐增大，则续流功率管Q4的驱动占空比从100％逐渐减小。由于续流功率管Q4的开通时间很长，滤波电感Lo受到预偏置电压的作用，会产生很大的反向电流，此方向电流在整流功率管Q3开通时还会通过变压器传递到原边，与原边钳位电容C1谐振，在钳位电容C1上产生很高的电压，且输出电压越高，倒灌现象越严重，器件应力越大。

也就是说，具有上述ACF拓扑的电压变换器在输出预偏置开机时，在软启阶段会有输出端能量倒灌至输入端的情况，而输出端能量的倒灌会给原边电路和副边电路的MOS管带来很大的电压电流应力，严重的可导致器件应力过大而失效。

需要说明的是，图1所示的ACF拓扑结构只是一种示例，本申请对ACF拓扑的具体结构不做限定。ACF拓扑也可以叫做开关电源。

在目前相关技术中，为了避免ACF变换器在反复快速开关机时，器件由于电压电流应力超降额而失效，本领域技术人员提出了在电源输出端增加死负载或者添加独立副边控制器的方式，具体的实现方法下面结合附图进行详细介绍。

可选地，图2为本申请另一个实施例提供的ACF拓扑的结构图。如图2所示，该拓扑在图1所示的ACF拓扑的基础上，在输出电容C5的两端并联一个负载Rload。

也就是说，在图1的电路结构基础上，滤波电感Lo的第二端、输出电容C5的第一端和负载Rload的第一端相连，负载Rload的第二端、电容C5的第二端、整流功率管Q3的源极、续流功率管Q4的源极和变压器T1的副边绕组2的异名端接地。

具体地，当开关电源关机以后，输出电容C5上的电能能够被负载Rload继续消耗，降低再次开机时输出电容C5上的电压，减少倒灌，降低MOS的电压电流应力。

但是，这种在电源输出端增加负载的方式，若需要快速降低输出电容上的电压，需要选用小阻值的电阻，而小阻值的电阻会大大降低电源的效率。故一般选用较大阻值，但是较大阻值的负载放电速度较慢，无法应对快速开关机场景。

可选地，图3为本申请又一个实施例提供的ACF拓扑的结构图。如图3所示，该拓扑的原边电路如图1中ACF拓扑所示的原边电路，此处不再赘述；副边电路包括整流功率管Q3、续流功率管Q4、滤波电感Lo和输出电容C5，变压器T1包括原边绕组和副边绕组。

其中，变压器T1的副边绕组的异名端和整流功率管Q3的漏极相连，整流功率管Q3的源极、续流功率管Q4的漏极和输出电容C5的第一端相连且接地极，输出电容C5的第二端和滤波电感Lo的第一端相连，滤波电感Lo的第二端、续流功率管Q4的源极和副边绕组的同名端相连。

该拓扑采用独立的副边控制器来控制整流功率管Q3和续流功率管Q4的工作状态。具体地，在电源开关的缓启阶段，副边控制器控制整流功率管Q3和续流功率管Q4均处于二极管状态，由于二极管具有单向导电性，所以输出电容C5上的电压被整流功率管Q3和续流功率管Q4截止，电流无法反灌至原边电路。同时由于整流功率管Q3和续流功率管Q4工作在二极管状态时效率较低，所以，当电源缓启结束后，需要打开整流功率管Q3和续流功率管Q4，使其工作在同步整流模式。

需要说明的是，本申请实施例中的整流续流功率管均为同步整流MOS管。

但是，该方案副边也需要独立的控制器，来控制副边整流功率管Q3和续流功率管Q4的驱动。且整流功率管Q3和续流功率管Q4的工作模式变化导致的电路增益的变化会引起输出电压的过冲，需要通过控制整流功率管Q3和续流功率管Q4缓慢切换工作模式来解决，使得方案实现复杂，成本较高。

因此，如何有效避免ACF电压变换器在反复快速开关机时，输出端有较高预偏置电压，开机时输出端能量倒灌，导致器件电压电流应力超降额而失效成为亟待解决的技术问题。

有鉴于此，本申请提出一种电压变换器，如图4所示，该电压变换器包括副边电路401、放电控制单元402和原边电路404，该副边电路401包括第一MOS管4011和输出电容4012，第一MOS管4011和放电控制单元402相连。

其中，第一MOS管4011用于在电压变换器处于关闭状态或异常保护状态时，工作在线性区，释放输出电容4012的电能，异常保护状态包括电压变换器的供电电压大于第一阈值时的状态或工作温度高于第二阈值时的状态；输出电容4012用于对电压变换器的输出电压进行滤波；放电控制单元402用于：在电压变换器处于关闭状态或异常保护状态时，控制第一MOS管4011工作在线性区。

具体地，第一MOS管4011工作在线性区指的是第一MOS管4011处于不完全导通的状态，这时第一MOS管4011相当于一个可变电阻，可以消耗输出电容4012的电能。

需要说明的是，电压变换器处于关闭状态或异常保护状态时，驱动第一MOS管4011工作在线性区，可能是一瞬间发生的，即在电压变换器关闭瞬间或异常保护的瞬间。

可选地，电压变换器的异常保护状态包括电压变换器的供电电压过高或工作温度过温，该异常保护状态还包括因器件故障或一些不可控的因素导致的电压变换器不能正常工作，本申请对该电压变换器进入异常保护的原因不做限制。

当电压变换器在正常工作时，输出电容4012会进行充电，存储电能，当电压变换器关闭或异常保护时，放电控制单元402会控制第一MOS管4011工作在线性区，使得第一MOS管4011作为电阻消耗输出电容4012的电能，这样，在电压变换器再次开机时，输出电容4012两端不会产生很大的偏置电压，导致元器件失效。

也就是说，在该实施例中，在电压变换器处于关闭状态或异常保护状态时，控制续流MOS管工作在线性区，从而使得续流MOS管作为电阻消耗电压变换器中输出电容残留的电压。这样，在电压变换器开机时，预偏置电压会减小或者消失，从而避免产生过大反向电流，进而避免电压变换器中元器件失效。

可选地，输出电容4012，也即输出滤波电容，用于对输出电压进行滤波，使得输出电压更加稳定。

需要说明的是，电压变换器的原边电路连接有直流电源，用来为电压变换器输入电压。当直流电源接通时，若原边电路中的脉冲宽度调制(pulse width modulation，PWM)控制器控制发出波形时，则电压变换器处于正常工作状态；若原边电路中的PWM控制不发出波形时，则电压变换器处于待机状态；当直流电源未接通时，则电压变换器处于断电状态；电压变换器处于关闭状态包括电压变换器处于待机状态或断电状态；电压变换器处于异常保护状态即电压变换器处于待机状态。

可选地，本申请实施例中提到的电压变化器开机或处于开启状态指的是电压变换器进入正常工作状态，电压变化器关机或处于关闭状态指的是电压变换器处于待机状态或断电状态，电压变换器处于异常保护状态指的是电压变换器处于待机状态。

可选地，如图5所示，放电控制单元402包括第一MOS管4011的第一驱动单元4021和第一驱动单元4021的供电单元4022，该第一驱动单元4021与第一MOS管4011相连，供电单元4022与第一驱动单元4021相连。

其中，供电单元4022主要用于在电压变换器处于关闭状态或异常保护状态时，向第一驱动单元4021输出第一供电信号；第一驱动单元4021在接收到第一供电信号时，驱动第一MOS管4011工作在线性区。

也就是说，供电单元4022用于为第一驱动单元4021供电，第一驱动单元4021控制第一MOS管4011的工作状态。

该实施例中，放电控制单元中的供电单元用于为第一驱动单元供电，以改变第一MOS管的状态，使其可以工作在线性区。

可选地，如图6所示，第一驱动单元4021包括第二MOS管40211，第二MOS管40211的源极S与第一MOS管4011的栅极G相连，第二MOS管40211的栅极G与供电单元4022相连，第二MOS管40211的漏极D与电压变换器中的变压器的第一副边绕组403相连。

需要说明的是，电压变换器中还包括变压器，变压器包括第一副边绕组403。

该实施例中，第一驱动单元可以选用MOS管，利用MOS管的特性对接入的电压进行处理，得到稳定的电压，再用来控制第一MOS管4011的工作状态，可以一定程度上保护元器件。

可选地，如图7所示，供电单元4022包括第一储能子单元40221，第一储能子单元40221的第一端与第一驱动单元4021相连，第一储能子单元40221的第二端接地。

其中，第一储能子单元40221在电压变换器处于关闭状态或异常保护状态时，向第一驱动单元4021输出第一供电信号。

具体地，放电控制单元402中的供电单元4022用于为第一驱动单元4021供电，供电单元4022包括第一储能子单元40221，第一储能子单元40221在电压变换器开机状态下，存储电能，在电压变换器处于关闭状态或异常保护状态时，为第一驱动单元4021供电。

可选地，第一储能子单元40221可以包括电容，电容可以进行充电和放电操作。

可选地，第一储能子单元40221还用于在电压变换器处于开启状态时，向第一驱动单元4021输出第二供电信号，以控制第一驱动单元4021向第一MOS管4011输出第一信号，控制第一MOS管4011开通。

也就是说，在电压变换器正常工作时，第一储能子单元两端有稳定的电压，可以为第一驱动单元4021供电，以控制第一MOS管4011开通。

相应地，如图8所示，供电单元4022还包括第二储能子单元40222、放电控制子单元40223和电阻单元40224，第二储能子单元40222的第一端与电阻单元40224的第一端相连，电阻单元40224的第二端与第一储能子单元40221的第一端相连，第二储能子单元40222的第二端接地，第一储能子单元40221的第一端与放电控制子单元40223相连。

其中，放电控制子单元40223用于在电压变换器处于关闭状态或异常保护状态时，控制第一储能子单元40221释放在电压变换器处于开启状态时存储的电能；第二储能子单元40222用于在第一储能子单元40221释放存储的电能之后，通过电阻单元40224为第一储能子单元40221充电；第一储能子单元40221向第一驱动单元4021输出第一供电信号时，具体用于在第二储能子单元40222为第一储能子单元40221充电的过程中，向第一驱动单元4021输出第一供电信号。

也就是说，放电控制子单元40223在接收到电压变换器关闭或异常保护的信号时，将第一储能子单元40221中的电能释放；第二储能子单元40222在第一储能子单元40221的电量放完之后，为第一储能子单元40221充电，以用于为第一驱动单元4021供电。

该实施例中，第二储能子单元在第一储能子单元的电量放完之后，为第一储能子单元充电，是一个缓慢的过程，使得第一MOS管可以处于不完全导通状态，即工作在线性区。

可选地，第二储能子单元40222可以包括电容，电容可以进行充电和放电操作。

可选地，供电单元4022还包括稳压二极管，稳压二极管并联在第一储能子单元40221的两端，以用于稳定第一储能子单元的电压。

可选地，如图9所示，放电控制子单元40223包括控制子单元402231和放电子单元402232，放电子单元402232的第一端与第一储能子单元40221的第一端相连，放电子单元的第二端接地；控制子单元402231用于在电压变换器处于关闭状态或异常保护状态时，向放电子单元402232输出第一控制信号，以控制放电子单元402232导通；放电子单元402232用于在第一控制信号的控制下，连通第一储能子单元40221的第一端与地级。

也就是说，控制子单元在电压变换器处于关闭状态或异常保护状态时，导通放电子单元，放电子单元将第一储能子单元中的电能释放。

进一步地，控制子单元402231还用于向放电子单元402232输入第一控制信号第一时长之后，向放电子单元402232输出第二控制信号，第二控制信号用于控制放电子单元402232关断；放电子单元402232还用于在第二控制信号的控制下，断开第一储能子单元40221的第一端与地级之间的连接。

也就是说，在第一时长后，控制子单元402231关断放电子单元402232，此时，第一储能子单元40221中的电能也基本释放完了。

该实施例中，控制子单元输出控制信号，控制放电子单元导通或关闭，以释放完第一储能子单元中的电能，以便于第一储能子单元能够被第二储能子单元充电，以使得第一MOS管可以工作在线性区。

可选地，放电子单元402232包括光敏单元，控制子单元402231包括第一端口、第二端口、第三储能子单元和发光单元。

其中，控制子单元402231的第一端口、发光单元、第三储能子单元和控制子单元的第二端口依次串联；控制子单元402231的第一端口用于在电压变换器处于关闭状态或异常保护状态时，接收第一电信号；控制子单元402231的第二端口用于在电压变换器处于关闭状态或异常保护状态时，接收第二电信号，第一电信号的电压高于第二电信号的电压；第三储能子单元在控制子单元402231的第一端口接收第一电信号且控制子单元402231的第二端口接收第二电信号的过程中充电；发光单元用于在第三储能子单元未充满电之前向光敏单元输出光信号；光敏单元用于：接收到光信号之后，连通第一储能子单元40221的第一端与地级；发光单元还在第三储能子单元充满电之后停止向光敏单元输出光信号，使得光敏单元关断第一储能子单元40221的第一端与地级之间的连接。

也就是说，在电压变换器关闭或异常保护时，控制子单元402231的第一端口的电平高于第二端口的电平，会对第三储能子单元进行充电，进而使得发光单元发光，光敏单元导通，第一储能子单元40221中的电能被释放；当第三储能子单元充满后，发光单元停止发光，光敏单元断开。该过程的触发条件为电压变换器关闭或异常保护，使得第二端口的电平发生变化。

可选地，第一端口连接稳压源，也就是高电平，当电压变换器关闭或异常保护时，第二端口变为低电平。

该实施例中，描述了控制子单元包括的元器件以及其控制过程，通过释放第一储能子单元的电能，使得第二储能子单元可以为第一储能子单元充电，进而给第一驱动单元供电，使得第一MOS管可以工作在线性区。

可选地，控制子单元402231的第二端口与电压变换器的原边控制单元的第一管脚相连，该第一管脚的状态指示原边控制单元的工作状态。

示例性地，原边控制单元的第一管脚可以是脉冲宽度调制PWM控制器的“Fault”管脚，该管脚指示控制器是否出现故障保护，例如过温保护，当控制器温度超过135度时，芯片停止工作，该管脚由高电平变为低电平，指示该芯片过温保护。

根据第一管脚的状态可以知道原边控制单元的工作状态，例如是开启、关闭或异常保护状态。

示例性地，当电压变换器关闭或异常保护时，原边控制单元的第一管脚变为低电平，即控制子单元402231的第二端口为低电平，则第一端口的电平高于第二单口的电平，第三储能子单元进行充电，放电子单元导通，以释放第一储能子单元中的电能。

可选地，光敏单元包括光敏三极管，发光单元包括发光二极管，发光二极管的正极与控制子单元的第一端口相连，发光二极管的负极与第三储能子单元相连。例如，发光二极管导通时，会发出光信号，使得光敏三极管导通。

可选地，第三储能子单元包括电容，电容可以进行充电和放电操作。

可选地，电压变换器还包括变压器，供电单元4022还包括导通控制子单元，导通控制子单元的一端与变压器的第二副边绕组相连，导通控制子单元的另一端与电阻单元40224的第一端相连。

其中，导通控制子单元用于在电压变换器处于开启状态时导通变压器的第二副边绕组与电阻单元40224的第一端，在电压变换器处于关闭状态或者异常保护状态时关断变压器的第二副边绕组与电阻单元40224的第一端。

也就是说，在电压变换器处于开启状态时，变压器通过导通控制子单元为第一储能子单元40221和第二储能子单元40222充电。

可选地，导通控制子单元包括二极管，二极管的正极与第二副边绕组相连，二极管的负极与电阻单元40224的第一端相连。

由于二极管具有单向导电性，在电压变换器处于开启状态时，导通变压器的第二副边绕组与电阻单元的第一端，可以给第一储能子单元和第二子储能单元充电；在电压变换器处于关闭状态或者异常保护状态时，关断变压器的第二副边绕组与电阻单元的第一端，使得第一储能单元和第二储能单元的电能不从它流出。

作为一种示例，图10为本申请一个实施例提供的电压变换器的示例性结构示意图，结合上述实施例，如图10所示，该电压变换器包括：原边电路、副边电路、放电控制单元和变压器T1。

其中，副边电路包括：第一MOS管Q4(上述第一MOS管4011)、输出电容C5(上述输出电容4012)、滤波电感Lo、MOS管Q3、MOS管Q3的驱动单元Q5。

放电控制单元包括：第一MOS管Q4的驱动单元Q6(上述第一驱动单元4021)、电容C3(上述第一储能子单元40221)、电容C4(上述第二储能子单元40222)、电阻R2(上述电阻单元40224)、稳压二极管D2(上述供电单元4022中的稳压二极管)、二极管D1(上述导通控制子单元)、光耦组件U1(光敏三极管和发光二极管)、电容C2(上述第三储能子单元)、电阻R1。

变压器T1包括：第一副边绕组(上述第一副边绕组403)、第二副边绕组。

原边电路包括：电容C1、MOS管Q1、MOS管Q2、控制单元PWM、供电电压(voicecontrolled carrier，VCC)、电源S。

可选地，Q4的栅极与Q6的源极相连，Q4的漏极、Lo的同名端和第一副边绕组的同名端相连，Q4的源极、C5的第一端、Q3的源极和C3的第二端相连且接地，Q6的漏极、Q3的漏极和第一副边绕组的异名端相连，Lo的异名端和C5的第二端相连，Q6的栅极、Q5的栅极和C3的第一端相连，R2的第二端、C3的第一端和稳压二极管的负极相连，且稳压二极管的正极与C3的第二端相连，C4的第一端与R2的第一端相连，C4的第二端接地，C3的第一端与U1中的光敏三极管的第一端相连，光敏三极管的第二端接地，Q3的栅极与Q5的源极相连，Q5的漏极与第二副边绕组相连，D1的正极与第二副边绕组相连，D1的负极与R2的第一端相连，VCC、R1、U1中的发光二极管和C2依次串联，发光二极管的正极与R1的第一端相连，发光二极管的负极与C2的第一端相连，C2的第二端与PWM的第一管脚相连，原边绕组的异名端、C1的第一端和Q1的漏极相连，C1的第二端与Q2的漏极相连，Q1的源极与Q2的源极相连，Q1的栅极、Q2的栅极与PWM相连，S与原边绕组的同名端和Q1的源极相连。

作为一种示例，电压变换器在正常工作时，第二副边绕组通过D1、R2、C3和D2产生稳定的电压，该电压为Q5和Q6供电，该过程也即为C3和C4充电。

当电压变换器关闭或异常保护时，PWM的第一管脚由高电平变为低电平，低电平信号连接在C2的第二端，C2通过VCC、R1、U1中的发光二极管进行充电，C2未充满电之前，向U1中的光敏三极管输出光信号，光敏三极管接收到光信号后，光敏三极管导通，C3通过光敏三极管放电，此时，Q5和Q6的供电掉电，使得Q3和Q4关闭。

进而，当C2充满电之后，停止向光敏三极管输出光信号，光敏三极管不再导通，C4上残留的电压通过R2给C3充电，此时，Q6的漏极电压等于C5上的偏置电压，因此，Q6的源极(Q4的栅极)电压随着C3两端的电压上升而上升，当Q4的栅极电压上升至开启阈值电压时，Q4工作在线性区，也即Q4处于不完全导通状态，C5的偏置电压通过Lo和Q4放电。

可选地，C5在放电时，Q的漏极电压在下降，当C5的电压下降至低于Q4的栅极的阈值电压后，Q4工作在截止区，也即Q4不导通。

可选地，选择合适的Q4，可以将C5的偏置电压将至更低；R2和C3的选型与C3的充电速度相关，具体的，需要考虑C3的充电速度不能过快，否会导致Q4的最低导通电阻(Rdson)过低，从而放电电流超过MOS管的降额；还需要考虑C3的充电电压不能太低，导致Q4的最大栅源(Vgs)达不到开启阈值；Q4的选择需要考虑安全工作区以及瞬态温升，以确保MOS不会因为放电电流而损坏。

本申请实施例可以用于低成本、小体积ACF拓扑电源砖场景下。具体的，在电压变换器处于关闭状态或异常保护状态时，控制续流MOS管工作在线性区，从而使得续流MOS管作为电阻消耗电压变换器中输出电容残留的电压。这样，在电压变换器开机时，预偏置电压会减小或者消失，从而避免产生过大反向电流，进而避免电压变换器中元器件失效。

作为另一种示例，本申请实施例提供的电压变换器的实际工作波形如图11所示，ACF电压变换器关机后，Q4再次开启，C5电压由5V放电至1.88V，再次开机时不会有反灌导致的应力问题。

具体的，在电压变换器正常工作时(未关机)，C3处于充电状态，电压较高，在电压变换器关机或异常保护瞬间(图中的时间点t1处)，C3的电压突降，C4通过R2给C3充电，C3两端的电压逐步上升；在电压变换器正常工作时(未关机)，Q4的驱动Q6电压在V2至V1的范围内，在电压变换器关机或异常保护瞬间，Q4的驱动Q6变为低电平，且随着C3电压的增大，Q6的电压逐渐增大；C5在未关机时，电压较高，随着Q6的电压的上升，Q4打开(图中时间点b处)，C5上的电压逐渐降低至一定值(图中时间点a处)后基本不变。

相应的，C5上的放电电流随着Q4的打开而升高，当C5上的电压降低至一定值后，电流逐渐降低。

本申请实施例能够巧妙利用ACF电压变换器的续流MOS管在关机后给输出电容放电，避免预偏置开机导致的各种器件应力损坏问题。

进一步地，本申请实施例提供的电子设备的结构示意图如图12所示，该电子设备包括：上述实施例涉及的电压变换器，电压变换器用于为电子设备提供电压变换功能。

其中，该电子设备可以是路由器、交换机、服务器和无线基站等网络设备。

应理解，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况，其中A,B可以是单数或者复数。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系，但也可能表示的是一种“和/或”的关系，具体可参考前后文进行理解。

本申请中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a,b,或c中的至少一项(个)，可以表示：a,b,c,a-b,a-c,b-c,或a-b-c，其中a,b,c可以是单个，也可以是多个。

应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以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，所述单元的划分，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，机械或其它的形式。

所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，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，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。

所述功能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。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品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(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器、随机存取存储器、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (17)

1.一种电压变换器，其特征在于，包括原边电路、副边电路和放电控制单元，所述副边电路包括第一场效应管MOS管和输出电容，所述第一MOS管和所述放电控制单元相连；

所述第一MOS管用于：在所述电压变换器处于关闭状态或异常保护状态时，工作在线性区，释放所述输出电容的电能，所述异常保护状态包括所述电压变换器的供电电压大于第一阈值时的状态或工作温度高于第二阈值时的状态；

所述输出电容用于：对所述电压变换器的输出电压进行滤波；

所述放电控制单元用于：在所述电压变换器处于关闭状态或异常保护状态时，控制所述第一MOS管工作在线性区。

2.根据权利要求1所述的电压变换器，其特征在于，所述放电控制单元包括所述第一MOS管的第一驱动单元和所述第一驱动单元的供电单元，所述第一驱动单元与所述第一MOS管相连，所述供电单元与所述第一驱动单元相连；

所述供电单元用于：在所述电压变换器处于关闭状态或异常保护状态时，向所述第一驱动单元输出第一供电信号；

所述第一驱动单元用于：在接收到所述第一供电信号时，驱动所述第一MOS管工作在线性区。

3.根据权利要求2所述的电压变换器，其特征在于，所述第一驱动单元包括第二MOS管，所述第二MOS管的源极与所述第一MOS管的栅极相连，所述第二MOS管的栅极与所述供电单元相连，所述第二MOS管的漏极与所述电压变换器中的变压器的第一副边绕组相连。

4.根据权利要求2或3所述的电压变换器，其特征在于，所述供电单元包括第一储能子单元，所述第一储能子单元的第一端与所述第一驱动单元相连，所述第一储能子单元的第二端接地；

所述第一储能子单元用于：在所述电压变换器处于关闭状态或异常保护状态时，向所述第一驱动单元输出所述第一供电信号。

5.根据权利要求4所述的电压变换器，其特征在于，所述第一储能子单元包括电容。

6.根据权利要求4或5所述的电压变换器，其特征在于，所述第一储能子单元还用于：在所述电压变换器处于开启状态时，向所述第一驱动单元输出第二供电信号，所述第二供电信号用于控制所述第一驱动单元向所述第一MOS管输出第一信号，所述第一信号用于控制所述第一MOS管开通；

所述供电单元还包括第二储能子单元、放电控制子单元和电阻单元，所述第二储能子单元的第一端与所述电阻单元的第一端相连，所述电阻单元的第二端与所述第一储能子单元的第一端相连，所述第二储能子单元的第二端接地，所述第一储能子单元的第一端与所述放电控制子单元相连；

所述放电控制子单元用于：在所述电压变换器处于关闭状态或异常保护状态时，控制所述第一储能子单元释放在所述电压变换器处于开启状态时存储的电能；

所述第二储能子单元用于：在所述第一储能子单元释放存储的电能之后，通过所述电阻单元为所述第一储能子单元充电；

所述第一储能子单元向所述第一驱动单元输出所述第一供电信号时，具体用于：在所述第二储能子单元为所述第一储能子单元充电的过程中，向所述第一驱动单元输出所述第一供电信号。

7.根据权利要求6所述的电压变换器，其特征在于，所述第二储能子单元包括电容。

8.根据权利要求6或7所述的电压变换器，其特征在于，所述供电单元还包括稳压二极管，所述稳压二极管与所述第一储能子单元并联。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的电压变换器，其特征在于，所述放电控制子单元包括控制子单元和放电子单元，所述放电子单元的第一端与所述第一储能子单元的第一端相连，所述放电子单元的第二端接地；

所述控制子单元用于：在所述电压变换器处于关闭状态或异常保护状态时，向所述放电子单元输出第一控制信号，所述第一控制信号用于控制所述放电子单元导通；

所述放电子单元用于：在所述第一控制信号的控制下，连通所述第一储能子单元的第一端与地级；

所述控制子单元还用于：向所述放电子单元输入所述第一控制信号第一时长之后，向所述放电子单元输出第二控制信号，所述第二控制信号用于控制所述放电子单元关断；

所述放电子单元还用于：在所述第二控制信号的控制下，断开所述第一储能子单元的第一端与地级之间的连接。

10.根据权利要求9所述的电压变换器，其特征在于，所述放电子单元包括光敏单元，所述控制子单元包括第一端口、第二端口、第三储能子单元和发光单元；

所述控制子单元的第一端口、所述发光单元、所述第三储能子单元和所述控制子单元的第二端口依次串联；

所述控制子单元的第一端口用于：在所述电压变换器处于关闭状态或异常保护状态时，接收第一电信号；

所述控制子单元的第二端口用于：在所述电压变换器处于关闭状态或异常保护状态时，接收第二电信号，所述第一电信号的电压高于所述第二电信号的电压；

所述第三储能子单元用于：在所述控制子单元的第一端口接收所述第一电信号且所述控制子单元的第二端口接收所述第二电信号的过程中充电；

所述发光单元用于：在所述第三储能子单元未充满电之前向所述光敏单元输出光信号；

所述光敏单元用于：接收到所述光信号之后，连通所述第一储能子单元的第一端与地级；

所述发光单元还用于：在所述第三储能子单元充满电之后停止向所述光敏单元输出光信号；

所述光敏单元还用于：所述发光单元停止输出光信号之后，关断所述第一储能子单元的第一端与地级之间的连接。

11.根据权利要求10所述的电压变换器，其特征在于，所述第二端口与所述电压变换器的原边控制单元的第一管脚相连，所述第一管脚的状态指示所述原边控制单元的工作状态。

12.根据权利要求10或11所述的电压变换器，其特征在于，所述光敏单元包括光敏三极管，所述发光单元包括发光二极管，所述发光二极管的正极与所述控制子单元的第一端口相连，所述发光二极管的负极与所述第三储能子单元相连。

13.根据权利要求10或12中任一项所述的电压变换器，其特征在于，所述第三储能子单元包括电容。

14.根据权利要求6至13中任一项所述的电压变换器，其特征在于，所述电压变换器还包括变压器，所述供电单元还包括导通控制子单元，所述导通控制子单元的一端与所述变压器的第二副边绕组相连，所述导通控制子单元的另一端与所述电阻单元的第一端相连；

所述导通控制子单元用于：在所述电压变换器处于开启状态时导通所述变压器的第二副边绕组与所述电阻单元的第一端，在所述电压变换器处于关闭状态或者异常保护状态时关断所述变压器的第二副边绕组与所述电阻单元的第一端。

15.根据权利要求14所述的电压变换器，其特征在于，所述导通控制子单元包括二极管，所述二极管的正极与所述第二副边绕组相连，所述二极管的负极与所述电阻单元的第一端相连。

16.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：权利要求1至15中任一项所述的电压变换器，所述电压变换器用于为所述电子设备提供电压变换功能。

17.根据权利要求16所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备包括以下任意一种：路由器、交换机、服务器和无线基站。

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