CN115549478A - 一种开关变换电路和控制方法 - Google Patents

一种开关变换电路和控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115549478A
CN115549478A CN202110741316.6A CN202110741316A CN115549478A CN 115549478 A CN115549478 A CN 115549478A CN 202110741316 A CN202110741316 A CN 202110741316A CN 115549478 A CN115549478 A CN 115549478A
Authority
CN
China
Prior art keywords
value
voltage
switching
switching tube
switch
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110741316.6A
Other languages
English (en)
Inventor
王磊
伍梁
何祖伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huawei Digital Power Technologies Co Ltd
Original Assignee
Huawei Digital Power Technologies Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huawei Digital Power Technologies Co Ltd filed Critical Huawei Digital Power Technologies Co Ltd
Priority to CN202110741316.6A priority Critical patent/CN115549478A/zh
Priority to PCT/CN2021/122694 priority patent/WO2023273002A1/zh
Priority to US17/853,479 priority patent/US20230020390A1/en
Priority to EP22181881.8A priority patent/EP4113819A1/en
Publication of CN115549478A publication Critical patent/CN115549478A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/01Resonant DC/DC converters
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0006Arrangements for supplying an adequate voltage to the control circuit of converters
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0048Circuits or arrangements for reducing losses
    • H02M1/0054Transistor switching losses
    • H02M1/0058Transistor switching losses by employing soft switching techniques, i.e. commutation of transistors when applied voltage is zero or when current flow is zero
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H02M1/083Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the ignition at the zero crossing of the voltage or the current
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/36Means for starting or stopping converters
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33571Half-bridge at primary side of an isolation transformer
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33576Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/06Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes without control electrode or semiconductor devices without control electrode
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

本申请提出一种开关变换电路,包括:电源模块,为开关变换模块和IC控制器供电;所述开关变换模块,为反激式不对称半桥结构,至少包括第一开关管、第二开关管、第一电容以及变压器;所述第一开关管与所述第二开关管串联在所述电源模块的两端;所述变压器的原边绕组通过所述第一电容耦合在所述第一开关管的两端;所述变压器包括第一副边绕组和第二副边绕组,所述变压器的第一副边绕组耦合负载;所述IC控制器,根据第一电压的值开通所述第一开关管或所述第二开关管,所述开关变换模块进入工作状态,为所述负载供电;根据第二电压的值关断所述第一开关管和第二开关管,使所述开关变换模块停止为所述负载供电。

Description

一种开关变换电路和控制方法
技术领域
本申请涉及电源技术领域,尤其涉及一种开关变换电路和控制方法。
背景技术
随着节能的深入,国际标准上对电源产品的效率等特性的要求不断提高,开关电源通常需要根据输入侧的电压来决定电源的工作状态,即brown in/out功能。其中,brownin是指电源的输入侧电压到达设定的可正常工作的电压阈值内时,开启电路的工作;brownout是指电源的输入侧电压低于设定的可正常工作的电压阈值时,停止电路的工作。
brown in/out实际是对电路开启、关闭的控制,能在输入电压过低时起保护作用。有效快速的实现brown in/out功能是开关电源的基本特性。
对于brown in/out功能,在知晓输入侧电压的具体值之后,是非常容易实现的。但是对于电源控制器而言,在检测工作电压以输出控制指令进行brown in/out控制时,希望尽可能减少引脚数目和外围电路,因此亟需一种开关变换电路和控制方法,在不额外增加输入电压检测引脚的前提下仍能够实现brown in/out功能。
发明内容
为了解决上述的问题,本申请的实施例提供了一种开关变换电路和控制方法。
第一方面本申请的实施例提供了一种开关变换电路,包括:电源模块,为开关变换模块和IC控制器供电;所述开关变换模块,为反激式不对称半桥结构,至少包括第一开关管、第二开关管、第一电容以及变压器;所述第一开关管与所述第二开关管串联在所述电源模块的两端;所述变压器的原边绕组通过所述第一电容耦合在所述第一开关管的两端;所述变压器包括第一副边绕组和第二副边绕组,所述变压器的第一副边绕组耦合负载;所述IC控制器,根据所述第一检测端输出的第一电压的值开通所述第一开关管或所述第二开关管,所述开关变换模块进入工作状态,为所述负载供电;根据所述第二检测端输出的第二电压的值关断所述第一开关管和第二开关管,使所述开关变换模块停止为所述负载供电;所述第一电压的值为交流电源侧输入的电压的值;所述第二电压的值为所述变压器第二副边绕组输出的电压的值。本申请实施例提出的一种开关变换电路不需要额外增加监测电路来检测开关变换模块中直流母线的工作电压,而是复用电路中的两个引脚,在进行供电和ZVS等功能的同时实现brown in/out的控制功能,精简了开关变换模块的外围电路和输出端数量,减少了IC控制器检测的引脚数量,降低了系统的成本。
在一种可能的实施方式中,所述开关变换电路还包括:第一检测单元,耦合在所述电源模块的第一输入端和第二输入端之间;所述第一检测单元的第一检测端耦合所述IC控制器,用于检测第一电压和第三电压;第二检测单元,耦合在所述变压器的第二副边绕组两端;所述第二检测单元的第二检测端耦合所述IC控制器;用于检测第二电压。
在一种可能的实施方式中,所述IC控制器用于在所述开关变换模块进入工作状态之前,检测所述第一检测端输出的第一电压的值;在所述第一电压的值达到第一阈值的情况下,输出第一控制指令,开通所述第一开关管或所述第二开关管,使所述开关变换模块进入工作状态,为所述负载供电;所述第一阈值为设置的进入正常工作的最低输入电压值;以此可以通过分时复用电路中的引脚,在进行供电等功能的同时实现brown in的控制功能,精简了开关变换模块的外围电路和输出端数量。
在一种可能的实施方式中,所述第二电压的值包括第一值和第二值,所述IC控制器用于在所述第一开关管开通、第二开关管关断的工作状态下,检测所述第二检测端输出的第二电压的值,获得第一值;在所述第一开关管关断、第二开关管开通的工作状态下,检测所述第二检测端输出的第二电压的值,获得第二值;根据所述第一值、第二值以及所述原边绕组与第二副边绕组的匝数比获得所述反激式不对称半桥电路中的直流母线电压的值;在所述直流母线电压的值低于所述第二阈值的情况下,输出第二控制指令,关断所述第一开关管和第二开关管;所述第二阈值是设置的退出正常工作的电压值。以此可以通过分时复用电路中的引脚,在进行ZVS等功能的同时实现brown out的控制功能,精简了开关变换模块的外围电路和输出端数量。
在一种可能的实施方式中,在所述开关变换模块进入工作状态之后,所述IC控制器用于根据所述第一检测端输出的第三电压的值关断所述第一开关管和第二开关管,使所述开关变换模块停止为所述负载供电。以此可以在对退出正常工作的电压值准确度要求不高的情况下,根据检测第一检测端的输出电压实现brown out的控制功能。
在一种可能的实施方式中,所述IC控制器用于检测所述第一检测端输出的第三电压的值;在所述第三电压的值低于第二阈值的情况下,输出第二控制指令,关断所述第一开关管和第二开关管;所述第二阈值是设置的退出正常工作的电压值。以此可以在对退出正常工作的电压值准确度要求不高的情况下,根据所述第一检测端输出的第三电压发出指令实现brown out的控制功能。
在一种可能的实施方式中,在所述开关变换模块中所述变压器的原边绕组通过所述第一电容耦合在所述第二开关管的两端。以此可以在上半桥臂的AHB中同样复用电路中的两个引脚,在进行供电和ZVS等功能的同时实现brown in/out的控制功能,以精简开关变换模块的外围电路和输出端数量,减少IC控制器检测的引脚数量,降低系统的成本。
在一种可能的实施方式中,所述IC控制器用于在所述开关变换模块进入工作状态之前,检测所述第一检测端输出的第一电压的值;在所述第一电压的值达到第一阈值的情况下,输出第一控制指令,开通所述第二开关管或第一开关管,使所述开关变换模块进入工作状态,为所述负载供电;所述第一阈值为设置的进入正常工作的最低输入电压值;所述第一电压的值为所述交流电压的值。以此可以在上半桥臂的AHB拓扑结构中同样复用电路中的引脚,在进行供电的同时实现brown in的控制功能,精简了开关变换模块的外围电路和输出端数量。
在一种可能的实施方式中,所述第二电压的值包括第一值和第二值,所述IC控制器用于在所述第一开关管关断、第二开关管开通的工作状态下,检测所述第二检测端输出的第二电压的值,获得第一值;在所述第一开关管开通、第二开关管关断的工作状态下,检测所述第二检测端输出的第二电压的值,获得第二值;根据所述第一值、第二值以及所述原边绕组与第二副边绕组的匝数比获得所述反激式不对称半桥电路中的直流母线电压的值;在所述直流母线电压的值低于所述第二阈值的情况下,输出第二控制指令,关断所述第一开关管和第二开关管;所述第二阈值是设置的退出正常工作的电压值。以此可以在上半桥臂的AHB拓扑结构中适应性复用电路中的引脚,在进行ZVS功能的同时实现brown out的控制功能,精简了开关变换模块的外围电路和输出端数量。
在一种可能的实施方式中,所述第二检测单元包括:所述变压器的第二副边绕组;所述第二副边绕组的第一端耦合第三二极管的正极;所述第三二极管的负极耦合所述第三电容的第一端,所述第三电容的第二端与所述第二副边绕组的第二端耦合并接地;在所述第二副边绕组的第一端和第三二极管的正极之间的第二检测端耦合所述IC控制器。以此IC控制器可以通过检测所述第二检测端输出的电压实现brown out的控制功能。
在一种可能的实施方式中,所述IC控制器还用于通过检测所述第二检测端输出的所述第二电压的值对所述开关变换模块进行零电压开关(zero voltage switch,ZVS)控制。以此可以实现通过检测所述第二检测端输出的电压进行ZVS功能。
在一种可能的实施方式中,所述电源模块包括AC/DC变换电路,所述AC/DC变换电路为全波整流结构或半波整流结构。以此本申请的检测电路可以还适用于全波整流结构或半波整流结构的AC/DC变换电路的brown in/out的控制。
在一种可能的实施方式中,所述AC/DC变换电路为全波整流结构,包括:第一电容、第四二极管、第五二极、第六二极管管和、第七二极管;所述第四二极管的负极与第六二极管的正极串联,串联后的第一公共节点连接交流电源的第一输入端;所述第七二极管的负极与所述第五二极管的正极串联,串联后的第二公共节点连接所述交流电源的第二输入端;所述第五二极管的负极与所述第六二极管的负极并联后与所述第一电容的负极耦合;所述第四二极管的正极与所述第七二极管的正极并联后与所述第一电容的正极耦合接地。以此本申请的检测电路可以还对全波整流结构AC/DC变换电路的brown in/out控制监测。
在一种可能的实施方式中,所述第一检测单元包括第一二极管和第二二极管;所述第一二极管的正极耦合于所述电源模块的第一输入端;所述第二二极管的正极耦合于所述电源模块的第二输入端;所述第一二极管的负极和所述第二二极管的负极并联后的第一检测端耦合所述IC控制器。以此可以实现第一检测单元为所述IC控制器提供供电等功能的同时还检测电源模块输出的电压。
第二方面,本申请的实施例提供了一种控制方法,基于上述第一方面所述的开关变换电路实现,所述方法包括:根据所述第一检测端输出的第一电压的值开通所述第一开关管或所述第二开关管,所述开关变换模块进入工作状态,为所述负载供电;所述第一电压的值为交流电源侧输入的电压的值;
根据所述第二检测端输出的第二电压的值关断所述第一开关管和第二开关管,使所述开关变换模块停止为所述负载供电;所述第二电压的值为所述变压器第二副边绕组输出的电压的值。其有益效果同上文所述,不再赘述。
在一种可能的实施方式中,所述根据所述第一检测端输出的第一电压的值开通所述第一开关管或所述第二开关管,所述开关变换模块进入工作状态,为所述负载供电,包括:在所述开关变换器进入工作状态之前,检测所述第一检测端输出的第一电压的值;在所述第一电压的值达到第一阈值的情况下,输出第一控制指令,开通所述第一开关管或所述第二开关管,使所述开关变换模块进入工作状态,为所述负载供电;所述第一阈值为设置的进入正常工作的最低输入电压值。
在一种可能的实施方式中,所述第二电压的值包括第一值和第二值,根据所述第二检测端输出的第二电压的值关断所述第一开关管和第二开关管,使所述开关变换模块停止为所述负载供电,包括:在所述第一开关管开通、第二开关管关断的工作状态下,检测所述第二检测端输出的第二电压的值,获得第一值;在所述第一开关管关断、第二开关管开通的工作状态下,检测所述第二检测端输出的第二电压的值,获得第二值;根据所述第一值、第二值以及所述原边绕组与第二副边绕组的匝数比获得所述反激式不对称半桥电路中的直流母线电压的值;在所述直流母线电压的值低于第二阈值的情况下,输出第二控制指令,关断所述第一开关管和第二开关管;所述第二阈值是设置的退出正常工作的电压值。
在一种可能的实施方式中,在所述开关变换模块进入工作状态之后根据所述第一检测端输出的第三电压的值关断所述第一开关管和第二开关管,使所述开关变换模块停止为所述负载供电。
在一种可能的实施方式中,检测所述第一检测端输出的第三电压的值;在所述第三电压的值低于第二阈值的情况下,输出第二控制指令,关断所述第一开关管和第二开关管;所述第二阈值是设置的退出正常工作的电压值。
在一种可能的实施方式中,在所述开关变换模块中在所述变压器的原边绕组通过所述第一电容耦合在所述第二开关管的两端的情况下,所述方法包括:在所述开关变换模块进入工作状态之前,检测所述第一检测端输出的第一电压的值;在所述第一电压的值达到第一阈值的情况下,输出第一控制指令,开通所述第二或第一开关管,使所述开关变换模块进入工作状态,为所述负载供电;所述第一阈值为设置的进入正常工作的最低输入电压值;所述第一电压的值为所述交流电压的值。
在一种可能的实施方式中,所述第二电压的值包括第一值和第二值,在所述开关变换模块中在所述变压器的原边绕组通过所述第一电容耦合在所述第二开关管的两端的情况下,所述方法包括:在所述第一开关管关断、第二开关管开通的工作状态下,检测所述第二检测端输出的第二电压的值,获得第一值;在所述第一开关管开通、第二开关管关断的工作状态下,检测所述第二检测端输出的第二电压的值,获得第二值;根据所述第一值、第二值以及所述原边绕组与第二副边绕组的匝数比获得所述反激式不对称半桥电路中的直流母线电压的值;在所述直流母线电压的值低于所述第二阈值的情况下,输出第二控制指令,关断所述第一开关管和第二开关管;所述第二阈值是设置的退出正常工作的电压值。
在一种可能的实施方式中,所述方法还包括通过所述第二检测端输出的所述第二电压的值对所述开关变换模块进行零电压开关控制。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书披露的多个实施例的技术方案,下面将对实施例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说明书披露的多个实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。
下面对实施例或现有技术描述中所需使用的附图作简单地介绍。
图1为第一方案提出的检测直流母线的工作电压以进行brown in/out控制的电源开关变换器的示意图;
图2为本申请实施例提出的开关变换电路中变压器与开关管QL并联的AHB拓扑结构原理图;
图3为本申请图2所示的AHB拓扑结构在开关管QH关断,开关管QL开通时的状态图;
图4为本申请图2所示的AHB拓扑结构在开关管QH开通,开关管QL关断时的状态图;
图5为本申请实施例提出的开关变换电路的滞环示意图;
图6为本申请实施例提出的开关变换电路中变压器与开关管QH并联的AHB拓扑结构的原理图;
图7为图6中AHB拓扑结构的检测电路在开关管QH开通,开关管QL关断时的状态图;
图8为图6中AHB拓扑结构的检测电路在开关管QH关断,开关管QL开通时的状态图;
图9为本申请实施例提出的一种开关变换电路中的交流电源的半波整流结构。
具体实施方式
在以下的描述中,涉及到“一些实施例”,其描述了所有可能实施例的子集,但是可以理解,“一些实施例”可以是所有可能实施例的相同子集或不同子集,并且可以在不冲突的情况下相互结合。
在以下的描述中,所涉及的术语“第一\第二\第三等”或模块A、模块B、模块C等,仅用于区别类似的对象,不代表针对对象的特定排序,可以理解地,在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序,以使这里描述的本申请实施例能够以除了在这里图示或描述的以外的顺序实施。
在以下的描述中,所涉及的表示步骤的标号,如S110、S120……等,并不表示一定会按此步骤执行,在允许的情况下可以互换前后步骤的顺序,或同时执行。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述本申请实施例的目的,不是旨在限制本申请。
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描述。
需要指出的是,本申请中所描述的“耦合”指的是直接或间接连接,例如,A与B连接,既可以是A与B直接连接,也可以是A与B之间通过一个或多个其它电学元器件间接连接,例如可以是A与C直接连接,C与B直接连接,从而使得A与B之间通过C实现了连接。
上述为对本申请实施例的使用场景进行示例性论述,而非穷举,应当理解为本申请实施例中通过IC控制器进行brown in/out控制的开关变换电路和控制方法可应用在任何需要对电源电压进行转换的场景。
图1为第一方案提出的检测直流母线的工作电压以进行brown in/out控制的电源开关变换器的示意图。如图1所示,该电源开关变换器包括AC/DC变换电路11,开关变换模块12、IC控制器13和负载RL
其中,AC/DC变换电路11为全波整流结构,包括电容Cin、二极管D4、二极管D5、二极管D6和二极管D7。将电容Cin记为第一电容,二极管D4、二极管D5、二极管D6和二极管D7分别依次记为第四、第五、第六和第七二极管;二极管D6的正极与二极管D4的负极串联,串联后的第一公共节点连接交流电源的第一输入端,二极管D5的正极与二极管D7的负极串联,串联后的第二公共节点连接交流电源的第二输入端,二极管D6的负极与二极管D5的负极并联后与电容Cin的负极耦合;二极管D7的正极与二极管D4的正极并联后与电容Cin的正极耦合接地;交流电源的第一输入端可以是火线L,第二输入端可以是零线N;或者交流电源的第一输入端可以是零线N,第二输入端可以是火线L;此处不作具体限定。
AC/DC变换电路11通过上述全波整流结构将输入的交流电压Vin的负电压成分转换为正电压后整流成直流脉冲电压,之后,利用电容Cin的充电和放电功能来平滑波形,从而将交流电压整流为直流电压。
开关变换模块12为反激式不对称半桥(asymmetrical half-bridge,AHB)结构,包括开关管QL、开关管QH、电容Cr以及变压器T。图1中,开关管QL与开关管QH串联之后耦合在AC/DC变换电路11的两端。变压器T的原边绕组通过电容Cr并联在开关管QL的两端。
变压器T可以等效为励磁电感Lm、漏感Lr和理想变压器T'。变压器T包括两个副边绕组,在图中用“.”号表示原边绕组Zp、第一副边绕组Zs、及第二副边绕组Za的同名端。
副边绕组Zs的第一端耦合开关管SR的源级,开关管SR的漏极耦合电容C0的第一端及负载RL的第一端。也可以采用二极管代替开关管SR。电容C0的第二端以及负载RL的第二端与副边绕组Zs的第二端耦合并接地,电容C0可以减小变压器T的第一输出电压V0波纹。
在供电模块14中,交流电源的第一端连接二极管D1的正极,交流电源的第二端连接二极管D2的正极,二极管D1的负极和二极管D2的负极并联后的公共输出端为引脚Pin1。
引脚Pin1连接IC控制器13,可以为IC控制器13供电。启动交流电源供电后,IC控制器13上电。
在图1所示的电路中,开关变换模块12还包括监测电路122和辅助电路121。连接IC控制器13和监测电路122的引脚Pin3,IC控制器13可以检测监测电路122中的直流母线电压Vbus,以输出控制指令实现brown in/out功能控制。
示例性地,IC控制器13上电后,在开关变换模块12还处于在非工作状态时,IC控制器13检测到的引脚Pin3上的电压为开关变换模块12的直流母线电压Vbus,当引脚PIN3上的电压达到或高于可正常工作的电压时,输出控制指令,使开关管QH开通,电流沿图1箭头所标示的顺时针方向增大,开关变换模块12进入工作状态;当IC控制器13检测到引脚Pin3上的电压Vbus低于可正常工作的电压时,输出第二控制指令,切断开关管QH和开关管QL,以关闭电路的工作,实现brown in/out功能。
在工作状态中,辅助电路121承担的功能可以是辅助供电和实现零电压开关(zerovoltage switch,ZVS)功能。辅助电路121包括变压器T的副边绕组Za。副边绕组Za的第一端耦合二极管D3的正极,二极管D3的负极耦合电容C1的第一端,电容C1的第二端与副边绕组Za的第二端耦合并接地。在二极管D3的正极和副边绕组Za的第一端之间的公共节点设置引脚Pin2,Pin2连接IC控制器13,为IC控制器13提供辅助电压检测和零电压开关(zero voltageswitch,ZVS)功能。ZVS功能是指当开关管两端的电压下降为0V后,开关管开通的功能。通过ZVS功能可以使开关管的开通损耗可以降到最低。
第一方案的缺点是针对非对称半桥反激等拓扑的brown in/out的实现需要额外增加监测电路122来获得开关变换模块12中直流母线电压Vbus,IC控制器13需要通过检测引脚Pin3上的电压获得的直流母线电压Vbus,从而输出控制指令以开通或关断开关变换模块12的工作,该方案虽然能够实现brown in/out的功能,但是增加了系统的成本。
本申请实施例提出了一种开关变换电路,针对开关变换模块12上述非对称半桥反激的拓扑结构,利用引脚Pin1为第一检测端,IC控制器13连接引脚Pin1,通过检测引脚Pin1的电压值确定当前电压达到或高于预先设置的进入正常工作的最低输入电压值时,输出第一控制指令,实现brown in的控制功能;利用引脚Pin2为第二检测端,通过检测引脚Pin2的电压值确定当前电压低于预先设置的退出正常工作的电压值时,输出第二控制指令,实现brown out的控制功能。其中退出正常工作的电压值小于进入正常工作的最低输入电压值,两者的压差不小于设定的阈值。
本申请实施例提出的开关变换电路不需要额外增加监测电路122来检测开关变换模块12中直流母线的工作电压,而是分时复用引脚Pin1为第一检测端、引脚Pin2为第二检测端,在进行供电和ZVS等功能的同时实现brown in/out的控制功能,精简了开关变换模块12的外围电路和输出端数量,减少了IC控制器13检测的引脚数量,降低了系统的成本。
下面结合图2就本申请实施例提出的一种开关变换器的检测原理进行说明。
图2为本申请实施例提出的一种开关变换电路的原理图。如图2所示,在开关变换模块12停止工作的情况下进行检测时,由于开关变换模块12的基本无损耗,可以认为直流母线的电压值Vbus等于交流电源侧输入的交流电压Vin的值。因此可以将交流电压Vin的值作为开关变换模块12进入的正常工作的所需的电压。
示例性地,可以利用引脚Pin1为第一检测端。IC控制器13检测引脚Pin1输出的电压值,在引脚Pin1输出的电压值达到预先设置的进入正常工作所需的最低电压的情况下,输出第一控制指令,开通QL,使开关变换模块12进入工作状态,实现brown in的控制功能。可以将预先设置的进入正常工作所需的最低输入电压值记为第一阈值。将开关变换模块12停止工作的情况下引脚Pin1输出的电压记为第一电压,第一电压的值为交流电源侧输入的交流电压Vin的值。
在开关变换模块12已经进入工作状态的情况下,IC控制器13通过检测变压器第二副边绕组的第二检测端输出的第二电压的值,对开关变换模块进行零电压开关(zerovoltage switch,ZVS)控制。ZVS实现过程与本申请专利相关性不大,在此不予讨论。
开关变换模块12进入工作状态之后,IC控制器可以根据第一检测端输出的电压值关断第一开关管和第二开关管,使开关变换模块12停止为负载供电。示例性地,IC控制器检测第一检测端输出的电压值;在第一检测端输出的电压的值低于预先设置的退出正常工作的电压值的情况下,IC控制器输出第二控制指令,关断第一开关管和第二开关管;从而实现brown out的控制功能。可以将预先设置的退出正常工作的电压值记为第二阈值;将开关变换模块12进入工作状态之后第一检测端输出的电压记为第三电压。
但是开关变换模块12进入工作状态之后,由于开关变换模块12的主电路已经工作,再使用上述利用第一检测端输出的电压的值作为检测电压进行Brown Out的控制就不够精确,达不到一些安全性或准确性要求较高的负载或芯片的供电要求。
本申请实施例提供的开关变换电路,可以通过监测变压器T的第二辅助绕组Za输出的电压来进行精准化的brown out控制。
在一个可以实现的实施方式中,IC控制器根据第二检测端Pin2输出的电压实现ZVS功能的同时进行brownout的控制,其中引脚Pin2的输出电压可以作为过压和欠压保护的检测参考电压,在经过二极管和电容后还可以为IC控制器等芯片进行低压直流供电。
在IC控制器13检测引脚PIN2输出的第二电压的值的过程中,IC控制器13根据开关周期进行周期性地开通/关断开关管,使开关管QH和开关管QL交替工作,因此在此过程中,IC控制器13能够检测到引脚Pin2输出的交替变化的电压V2_H和V2_L,从而在每个开关周期都能得到直流母线电压的值Vbus
在一个可以实现的实施方式中,IC控制器13通过检测引脚Pin2输出的电压值,根据引脚Pin2在开关管不同状态下输出的第一值V2_L、第二值V2_H和变压器T的原边绕组与第二副边绕组的匝数比,获得开关变换模块12中的直流母线电压的值Vbus,从而进行brownout控制,使开关变换模块12停止工作。下面通过图3和图4对brown out控制原理进行分析。
图3为本申请实施例提出的开关变换电路在QH关断,QL开通时的状态图。如图3所示,变压器T的原边绕组Zp的匝数为Np,副边绕组Zs的匝数为NS,副边绕组Za的匝数为Na,负载RL的额定工作电压为V0。当QH关断,QL开通时,在电路达到稳定之后,电容Cr为等效电压源,两端电压为nVo,其中n为原边绕组Zp与副边绕组Zs的匝数比,则变压器T的原边绕组Zp两端的电压为-nVo,引脚PIN2输出的电压V2_L为:
V2_L=nVo*Na/NP (1)
图4为本申请实施例提出的开关变换电路在QH开通,QL关断时的状态图。如图4所示,当QH开通,QL关断时,在电路达到稳定之后,开关变换模块12的直流母线电压为Vbus,谐振电容Cr两端的电压为nV0,则变压器T的原边绕组Zp两端的电压为(Vbus-nV0),根据则引脚Pin2输出的电压V2_H为:
V2_H=-(Vbus-nV0)*Na/Np (2)
联立公式(1)-公式(2)可解得开关变换模块12的主电路的直流母线电压Vbus为:
Vbus=(V2_L-V2_H)*Np/Na (3)
综上,IC控制器13分别检测当QH开通,QL关断时刻的引脚Pin2输出的电压值V2_H和当QH关断,QL开通时刻引脚Pin2输出的电压值V2_L,根据V2_H和V2_L的值以及原边绕组与第二副边绕组的匝数比确定开关变换模块12中的直流母线电压Vbus的值,当Vbus的值低于设置的退出正常工作的电压值时,输出第二控制指令,关闭电路的工作,从而实现brown out的控制功能。
通过分时复用引脚Pin2为brown out电压检测端,获得的开关变换模块12的直流母线电压Vbus,该过程是滞环过程。
图5为本申请实施例提出的开关变换电路的滞环示意图。如图5所示,Vth_brownin为进入正常工作的最低输入电压值即第一阈值,Vth_brownout为退出正常工作的电压值即第二阈值,V1为引脚Pin1的电压值,Vbus为直流母线电压值,第二阈值Vth_brownout的值小于第一阈值Vth_brownin的值,第二阈值Vth_brownout与第一阈值Vth_brownin的值之间的压差不小于设定的压差阈值。
从图5中可以看出当V1的值大于正常工作的Vth_brownin的值时,进入正常工作状态,当Vbus的值小于Vth_brownout的值时,退出正常工作状态,因此本申请实施例提出的开关变换电路实现brown in/out的控制功能是一个滞环的过程。
综上所述,本申请实施例提出的一种开关变换电路,包括电源模块21和开关变换模块12,电源模块21输出端耦合开关变换模块12,电源模块21提供直流电压为开关变换模块12供电;其中,电源模块21的输出端耦合供电模块14,将供电模块14作为第一检测单元;供电模块14的输出端Pin1连接IC控制器13,为IC控制器13供电。在开关变换模块12中,将开关管QL记为第一开关管、开关管QH记为第二开关管;开关管QL与开关管QH串联后耦合在电源模块21的两端;变压器T的原边绕组Zp通过第一电容Cr耦合在开关管QL的两端,可以将该结构记为下半桥臂的AHB拓扑结构;变压器的副边绕组Zs通过开关管SR耦合于负载的两端;将基于变压器的第二副边绕组Za设置的辅助电路121作为第二检测单元;辅助电路121的输出端Pin2连接IC控制器13。IC控制器13根据Pin1输出的电压对开关变换模块12进行brown in控制,使开关变换器进入工作状态;IC控制器13根据Pin2输出的电压对开关变换模块12进行brown out控制,使开关变换器停止工作。将Pin1记为第一检测端,Pin2记为第二检测端;将Pin1输出的电压记为第一电压,将Pin2输出的电压记为第二电压,电容Cin为第一电容,电容Cr记为第二电容,电容C1记为第三电容,电容C0记为第四电容。
在一个可以实现的实施方式中,电源模块21可以是AC/DC变换器,以将交流电源输出的交流电压整流成直流电压供电;电源模块还可以是直流电源,至少包括以下装置之一:储能电池(如镍铬电池、镍氢电池、锂离子电池、锂聚合物电池等)、太阳能电池、其它直流/直流变换器(direct-current/direct-current converter,DC/DC),例如BUCK变换器、BOOST变换器、BUCK-BOOST变换器等,直接输出直流电压供电。
在一个可以实现的实施方式中,IC控制器13在开关变换模块进入工作状态之前,检测Pin1输出的第一电压的值;在第一电压的值达到第一阈值的情况下,输出第一控制指令,开通开关管QL,使开关变换模块12进入工作状态,为负载供电;第一阈值为预先设置的进入正常工作的最低输入电压值;第一电压的值为交流输入电压的值,可以是以其峰值作为参考值。
在一个可以实现的实施方式中,在开关管QL开通、开关管QH关断的工作状态下,IC控制器13检测Pin2输出的第二电压的值,获得第一值;在开关管QL关断、开关管QH开通的工作状态下,检测Pin2输出的第二电压的值,获得第二值;根据第一值、第二值以及原边绕组与第二副边绕组的匝数比获得反激式不对称半桥电路中的直流母线电压的值;在直流母线电压的值低于第二阈值的情况下,输出第二控制指令,关断开关管QL和开关管QH;第二阈值是设置的退出正常工作的电压值。
本申请实施例提出的开关变换电路不局限于变压器与开关管QL并联耦合的AHB拓扑结构,同样适用于变压器与开关管QH并联耦合的AHB拓扑结构。可以将变压器与开关管QH并联耦合的AHB结构记为上半桥臂的AHB拓扑结构。
图6为本申请实施例提出的开关变换电路中上半桥臂的AHB拓扑结构电路图。如图6所示,变压器的原边绕组通过电容Cr耦合在开关管QH的两端;其中IC控制器13在开关变换模块进入工作状态之前,检测Pin1输出的第一电压的值;在第一电压的值达到第一阈值的情况下,输出第一控制指令,开通开关管QH,使开关变换模块12进入工作状态,为负载供电;IC控制器13在开关管QL关断、开关管QH开通的工作状态下,检测Pin2输出的第二电压的值,获得第一值;在开关管QL开通、开关管QH关断的工作状态下,检测Pin2输出的第二电压的值,获得第二值;根据第一值、第二值以及原边绕组与第二副边绕组的匝数比获得反激式不对称半桥电路中的直流母线电压的值;在直流母线电压的值低于第二阈值的情况下,输出第二控制指令,关断开关管QL和开关管QH
图7为上半桥臂的AHB结构的检测电路在QH开通,QL关断时的状态图。如图7所示,当QH开通,QL关断时,在电路达到稳定之后,电容Cr为等效电源,两端电压为nVo,则变压器T的原边绕组Zp两端的电压为-nVo,则此时引脚PIN2的电压V2_H为:
V2_H=nVo*Na/NP (4)
图8为上半桥臂的AHB结构的检测电路在QH关断,QL开通时的状态图。如图8所示,当QH关断,QL开通时,在电路达到稳定之后,开关变换模块12的主电路的直流母线电压为Vbus,谐振电容Cr两端的电压为nV0,则变压器T的原边绕组Zp两端的电压为(Vbus-nV0),则引脚PIN2的电压V2_L为:
V2_L=-(Vbus-nV0)*Na/Np (5)
联立公式(4)-公式(5)可解得开关变换模块12的主电路的直流母线Vbus为:
Vbus=(V2_H-V2_L)*Np/Na (6)
综上,在上半桥臂的AHB结构的检测电路中,IC控制器13检测当QH开通,QL关断时的引脚Pin2电压值V2_H和当QH关断,QL开通时引脚Pin2电压值V2_L,根据V2_H和V2_L的差值确定开关变换模块12的主电路的直流母线电压Vbus的值,当Vbus的值低于第二阈值时,关断QH和QL,停止为负载供电,实现brown out的控制功能。
本申请实施例提出的电源开关变换电路,其中的AC/DC变换电路11还可以为半波整流结构,图9为本申请实施例提出的一种开关变换电路中的交流电源的半波整流结构。如图9所示,AC/DC变换电路11的半波整流结构包括第一电容Cin和二极管D8,二极管D8的正极与交流电源的第一输入端,二极管D8的负极与电容Cin的负极耦合;电容Cin的正极耦合交流电源的第二输入端并接地。AC/DC变换电路11通过上述二极管半波整流电路将输入的交流电压Vin整流成直流脉冲电压,之后,利用电容Cin的充电和放电功能来平滑波形,从而将交流电压整流为直流电压。其中IC控制器13在开关变换模块进入工作状态之前,检测Pin1输出的第一电压的值;在第一电压的值达到第一阈值的情况下,输出第一控制指令,开通开关管QL,使开关变换模块12进入工作状态,为负载供电;IC控制器13在开关管QL关断、开关管QH开通的工作状态下,检测Pin2输出的第二电压的值,获得第一值;在开关管QL开通、开关管QH关断的工作状态下,检测Pin2输出的第二电压的值,获得第二值;根据所述第一值、第二值以及所述原边绕组与第二副边绕组的匝数比获得所述反激式不对称半桥电路中的直流母线电压的值;在直流母线电压的值低于第二阈值的情况下,输出第二控制指令,关断开关管QL和开关管QH;其中开关变换模块12及与brown in/out的控制原理与前述实施方式相同,此处不再赘述。
本申请的实施例提供了一种开关变换电路的控制方法,基于上述实施例之一的开关变换电路实现,该方法由IC控制器13执行。
在变压器的原边绕组通过第一电容耦合在开关管QL的两端的情况下,IC控制器13根据所述第一检测端输出的第一电压的值开通开关管QL或开关管QH,开关变换模块12进入工作状态,为负载供电;根据所述第二检测端输出的第二电压的值关断开关管QL和开关管QH,使开关变换模块12停止为负载供电。
在一种可以实现的实施方式中,在开关变换器进入工作状态之前,IC控制器13检测第一检测端输出的第一电压的值;在第一电压的值达到第一阈值的情况下,输出第一控制指令,使开关变换器进入工作状态,为负载供电;第一阈值为预先设置的进入正常工作的最低输入电压值;第一电压为交流输入电压的值。
在一种可以实现的实施方式中,IC控制器13在开关管QL开通、开关管QH关断的工作状态下,检测第二检测端输出的第二电压的值,获得第一值;在开关管QL关断、开关管QH开通的工作状态下,检测第二检测端输出的第二电压的值,获得第二值;根据第一值、第二值以及原边绕组与第二副边绕组的匝数比获得反激式不对称半桥电路中的直流母线电压的值;在直流母线电压的值低于第二阈值的情况下,输出第二控制指令,关断开关管QL和开关管QH;第二阈值是设置的退出正常工作的电压值。
在一种可以实现的实施方式中,在开关变换模块12中在变压器的原边绕组通过第一电容耦合在开关管QH的两端的情况下,在开关变换模块12进入工作状态之前,IC控制器13检测第一检测端输出的第一电压的值;在第一电压的值达到第一阈值的情况下,输出第一控制指令,开通开关管QH,使开关变换模块12进入工作状态,为负载供电。
在一种可以实现的实施方式中,在开关变换模块12中在变压器的原边绕组通过第一电容耦合在开关管QH的两端的情况下,IC控制器13在开关管QL关断、开关管QH开通的工作状态下,检测第二检测端输出的第二电压的值,获得第一值;在开关管QL开通、开关管QH关断的工作状态下,检测第二检测端输出的第二电压的值,获得第二值;根据第一值、第二值以及原边绕组与第二副边绕组的匝数比获得反激式不对称半桥电路中的直流母线电压的值;在直流母线电压的值低于第二阈值的情况下,输出第二控制指令,关断开关管QL和开关管QH
在一种可能的实施方式中,方法还包括通过第二检测端输出的第二电压的值对开关变换模块进行零电压开关控制。
本申请实施例中所描述的交流电源可以是电网的单相交流电压或其它交流电源输出的交流电压。
本申请实施例中所描述的负载可以是手机终端、蓄能电池、其它DC/DC变换器和/或DC/AC变换器等。
本申请实施例提出的一种开关变换电路,以其中开关管QH和开关管QL为金属氧化物半导体场效应管(metal-oxide-semiconductor field-effect transister,MOSFET)进行示例性说明。应当理解的是,各个开关管还可以是绝缘栅双极型晶体管(insulated gatebipolar transistor,IGBT)等其它半导体器件。
本申请中所描述的IC控制器可以是中央处理单元(central processing unit,CPU)、其它通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor,DSP)、专用集成电路(application specific integrated circuited circuit,ASIC)、现成可编程门阵列(field-programmable gate arry,FPGA)或者其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。
示例性地,负载可以是手机终端,交流电源可以是电网交流电压,AC/DC变换器(包括不控整流与DC/DC变换器)将电网的输入交流电压转换为直流电压,IC控制器监测电路中的工作电压以输出控制指令,对电源开关控制器进行brown in/out控制,从而将AC/DC变换器输出的直流电压转换为设定的直流电压值,例如5V、10V等。
示例性地,AC/DC变换器(包括不控整流与DC/DC变换器)和IC控制器可以设置在电源适配器中。
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实施例的范围。
此外,本申请实施例的各个方面或特征可以实现成方法、装置或使用标准编程和/或工程技术的制品。本申请中使用的术语“制品”涵盖可从任何计算机可读器件、载体或介质访问的计算机程序。例如,计算机可读介质可以包括,但不限于:磁存储器件(例如,硬盘、软盘或磁带等),光盘(例如,压缩盘(compact disc,CD)、数字通用盘(digital versatiledisc,DVD)等),智能卡和闪存器件(例如,可擦写可编程只读存储器(erasableprogrammable read-only memory,EPROM)、卡、棒或钥匙驱动器等)。另外,本文描述的各种存储介质可代表用于存储信息的一个或多个设备和/或其它机器可读介质。术语“机器可读介质”可包括但不限于,无线信道和能够存储、包含和/或承载指令和/或数据的各种其它介质。
应当理解的是,在本申请实施例的各种实施例中,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。
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,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。
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。
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,本申请实施例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,或者接入网设备等)执行本申请实施例各个实施例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(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上,仅为本申请实施例的具体实施方式,但本申请实施例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实施例揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本申请实施例的保护范围之内。

Claims (22)

1.一种开关变换电路,其特征在于,包括:
电源模块,为开关变换模块和IC控制器供电;
所述开关变换模块,为反激式不对称半桥(asymmetrical half-bridge flyback,AHBFlyback)结构,至少包括第一开关管、第二开关管、第一电容以及变压器;
所述第一开关管与所述第二开关管串联在所述电源模块的两端;
所述变压器的原边绕组通过所述第一电容耦合在所述第一开关管的两端;
所述变压器包括第一副边绕组和第二副边绕组,所述变压器的第一副边绕组耦合负载;
所述IC控制器,根据第一电压的值开通所述第一开关管或所述第二开关管,所述开关变换模块进入工作状态,为所述负载供电;根据第二电压的值关断所述第一开关管和第二开关管,使所述开关变换模块停止为所述负载供电;所述第一电压的值为交流电源侧输入的电压的值;所述第二电压的值为所述变压器第二副边绕组输出的电压的值。
2.根据权利要求1所述的开关变换电路,其特征在于,还包括:
第一检测单元,耦合在所述电源模块的第一输入端和第二输入端之间;所述第一检测单元的第一检测端耦合所述IC控制器,用于检测所述第一电压和第三电压;
第二检测单元,耦合在所述变压器的第二副边绕组两端;所述第二检测单元的第二检测端耦合所述IC控制器;用于检测所述第二电压。
3.根据权利要求2所述的开关变换电路,其特征在于,所述IC控制器用于在所述开关变换模块进入工作状态之前,检测所述第一检测端输出的第一电压的值;在所述第一电压的值达到第一阈值的情况下,输出第一控制指令,开通所述第一开关管或所述第二开关管,使所述开关变换模块进入工作状态,为所述负载供电;所述第一阈值为设置的进入正常工作的最低输入电压值。
4.根据权利要求2所述的开关变换电路,其特征在于,所述第二电压的值包括第一值和第二值,所述IC控制器用于在所述第一开关管开通、第二开关管关断的工作状态下,检测所述第二检测端输出的第二电压的值,获得第一值;在所述第一开关管关断、第二开关管开通的工作状态下,检测所述第二检测端输出的第二电压的值,获得第二值;根据所述第一值、第二值以及所述原边绕组与第二副边绕组的匝数比获得所述反激式不对称半桥电路中的直流母线电压的值;在所述直流母线电压的值低于所述第二阈值的情况下,输出第二控制指令,关断所述第一开关管和第二开关管;所述第二阈值是设置的退出正常工作的电压值。
5.根据权利要求2所述的开关变换电路,其特征在于,在所述开关变换模块进入工作状态之后,所述IC控制器用于根据所述第三电压的值关断所述第一开关管和第二开关管,使所述开关变换模块停止为所述负载供电。
6.根据权利要求5所述的开关变换电路,其特征在于,所述IC控制器用于检测所述第一检测端输出的第三电压的值;在所述第三电压的值低于第二阈值的情况下,输出第二控制指令,关断所述第一开关管和第二开关管;所述第二阈值是设置的退出正常工作的电压值。
7.根据权利要求2所述的开关变换电路,其特征在于,在所述开关变换模块中所述变压器的原边绕组通过所述第一电容耦合在所述第二开关管的两端。
8.根据权利要求7所述的开关变换电路,其特征在于,所述IC控制器用于在所述开关变换模块进入工作状态之前,检测所述第一检测端输出的第一电压的值;在所述第一电压的值达到第一阈值的情况下,输出第一控制指令,开通所述第二或第一开关管,使所述开关变换模块进入工作状态,为所述负载供电;所述第一阈值为设置的进入正常工作的最低输入电压值。
9.根据权利要求7所述的开关变换电路,其特征在于,所述第二电压的值包括第一值和第二值,所述IC控制器用于在所述第一开关管关断、第二开关管开通的工作状态下,检测所述第二检测端输出的第二电压的值,获得第一值;在所述第一开关管开通、第二开关管关断的工作状态下,检测所述第二检测端输出的第二电压的值,获得第二值;根据所述第一值、第二值以及所述原边绕组与第二副边绕组的匝数比获得所述反激式不对称半桥电路中的直流母线电压的值;在所述直流母线电压的值低于所述第二阈值的情况下,输出第二控制指令,关断所述第一开关管和第二开关管;所述第二阈值是设置的退出正常工作的电压值。
10.根据权利要求2-9之一所述的开关变换电路,其特征在于,所述第二检测单元包括:
所述变压器的第二副边绕组;
所述第二副边绕组的第一端耦合第三二极管的正极;
所述第三二极管的负极耦合第三电容的第一端,所述第三电容的第二端与所述第二副边绕组的第二端耦合并接地;
在所述第二副边绕组的第一端和第三二极管的正极之间的第二检测端耦合所述IC控制器。
11.根据权利要求2-9之一所述的开关变换电路,其特征在于,所述IC控制器还用于通过检测所述第二检测端输出的所述第二电压的值对所述开关变换模块进行零电压开关(zero voltage switch,ZVS)控制。
12.根据权利要求2-9之一所述的开关变换电路,其特征在于,所述电源模块包括AC/DC变换电路,所述AC/DC变换电路为全波整流结构或半波整流结构。
13.根据权利要求12所述的开关变换电路,其特征在于,所述AC/DC变换电路为全波整流结构,包括:第一电容、第四二极管、第五二极、第六二极管和第七二极管;
所述第四二极管的负极与第六二极管的正极串联,串联后的第一公共节点连接交流电源的第一输入端;
所述第七二极管的负极与所述第五二极管的正极串联,串联后的第二公共节点连接所述交流电源的第二输入端;
所述第五二极管的负极与所述第六二极管的负极并联后与所述第一电容的负极耦合;
所述第四二极管的正极与所述第七二极管的正极并联后与所述第一电容的正极耦合接地。
14.根据权利要求13所述的开关变换电路,其特征在于,所述第一检测单元包括第一二极管和第二二极管;
所述第一二极管的正极耦合于所述电源模块的第一输入端;
所述第二二极管的正极耦合于所述电源模块的第二输入端;
所述第一二极管的负极和所述第二二极管的负极并联后的第一检测端耦合所述IC控制器。
15.一种控制方法,基于开关变换电路实现,所述开关变换电路至少包括:电源模块,为开关变换模块和IC控制器供电;所述开关变换模块,为反激式不对称半桥结构,至少包括第一开关管、第二开关管、第一电容以及变压器;所述第一开关管与所述第二开关管串联在所述电源模块的两端;所述变压器的原边绕组通过所述第一电容耦合在所述第一开关管的两端;所述变压器包括第一副边绕组和第二副边绕组,所述变压器的第一副边绕组耦合负载;其特征在于,所述方法包括:
根据第一电压的值开通所述第一开关管或所述第二开关管,所述开关变换模块进入工作状态,为所述负载供电;所述第一电压的值为交流电源侧输入的电压的值;
根据第二电压的值关断所述第一开关管和第二开关管,使所述开关变换模块停止为所述负载供电;所述第二电压的值为所述变压器第二副边绕组输出的电压的值。
16.根据权利要求15所述的开关变换电路的控制方法,其特征在于,所述根据第一电压的值开通所述第一开关管或所述第二开关管,所述开关变换模块进入工作状态,为所述负载供电,包括:
在所述开关变换器进入工作状态之前,检测第一电压的值;
在所述第一电压的值达到第一阈值的情况下,输出第一控制指令,开通所述第一开关管或所述第二开关管,使所述开关变换模块进入工作状态,为所述负载供电;所述第一阈值为设置的进入正常工作的最低输入电压值。
17.根据权利要求15所述的开关变换电路的控制方法,其特征在于,所述第二电压的值包括第一值和第二值,所述根据第二电压的值关断所述第一开关管和第二开关管,使所述开关变换模块停止为所述负载供电,包括:
在所述第一开关管开通、第二开关管关断的工作状态下,检测第二电压的值,获得第一值;
在所述第一开关管关断、第二开关管开通的工作状态下,检测第二电压的值,获得第二值;
根据所述第一值、第二值以及所述原边绕组与第二副边绕组的匝数比获得所述反激式不对称半桥电路中的直流母线电压的值;
在所述直流母线电压的值低于第二阈值的情况下,输出第二控制指令,关断所述第一开关管和第二开关管;所述第二阈值是设置的退出正常工作的电压值。
18.根据权利要求15所述的开关变换电路的控制方法,其特征在于,在所述开关变换模块进入工作状态之后根据第三电压的值关断所述第一开关管和第二开关管,使所述开关变换模块停止为所述负载供电;所述第三电压为交流电源侧输入的电压的值。
19.根据权利要求18所述的开关变换电路的控制方法,其特征在于,检测所述第三电压的值;在所述第三电压的值低于第二阈值的情况下,输出第二控制指令,关断所述第一开关管和第二开关管;所述第二阈值是设置的退出正常工作的电压值。
20.根据权利要求15所述的开关变换电路的控制方法,其特征在于,在所述开关变换模块中在所述变压器的原边绕组通过所述第一电容耦合在所述第二开关管的两端的情况下,所述方法包括:
在所述开关变换模块进入工作状态之前,检测所述第一电压的值;在所述第一电压的值达到第一阈值的情况下,输出第一控制指令,开通所述第二或第一开关管,使所述开关变换模块进入工作状态,为所述负载供电;所述第一阈值为设置的进入正常工作的最低输入电压值;所述第一电压的值为所述交流电压的值。
21.根据权利要求15所述的开关变换电路的控制方法,其特征在于,所述第二电压的值包括第一值和第二值,在所述开关变换模块中在所述变压器的原边绕组通过所述第一电容耦合在所述第二开关管的两端的情况下,所述方法包括:
在所述第一开关管关断、第二开关管开通的工作状态下,检测所述第二电压的值,获得第一值;在所述第一开关管开通、第二开关管关断的工作状态下,检测所述第二电压的值,获得第二值;根据所述第一值、第二值以及所述原边绕组与第二副边绕组的匝数比获得所述反激式不对称半桥电路中的直流母线电压的值;在所述直流母线电压的值低于所述第二阈值的情况下,输出第二控制指令,关断所述第一开关管和第二开关管;所述第二阈值是设置的退出正常工作的电压值。
22.根据权利要求15所述的开关变换电路的控制方法,其特征在于,所述方法还包括通过所述第二检测端输出的所述第二电压的值对所述开关变换模块进行零电压开关控制。
CN202110741316.6A 2021-06-30 2021-06-30 一种开关变换电路和控制方法 Pending CN115549478A (zh)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110741316.6A CN115549478A (zh) 2021-06-30 2021-06-30 一种开关变换电路和控制方法
PCT/CN2021/122694 WO2023273002A1 (zh) 2021-06-30 2021-10-08 一种开关变换电路和控制方法
US17/853,479 US20230020390A1 (en) 2021-06-30 2022-06-29 Switching conversion circuit and control method
EP22181881.8A EP4113819A1 (en) 2021-06-30 2022-06-29 Switching conversion circuit and control method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110741316.6A CN115549478A (zh) 2021-06-30 2021-06-30 一种开关变换电路和控制方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115549478A true CN115549478A (zh) 2022-12-30

Family

ID=82458415

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110741316.6A Pending CN115549478A (zh) 2021-06-30 2021-06-30 一种开关变换电路和控制方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20230020390A1 (zh)
EP (1) EP4113819A1 (zh)
CN (1) CN115549478A (zh)
WO (1) WO2023273002A1 (zh)

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103856079B (zh) * 2012-11-28 2017-02-08 台达电子企业管理(上海)有限公司 交换式电源转换电路及其所适用的电源供应器
TW201218596A (en) * 2010-10-27 2012-05-01 Power Forest Technology Corp Power conversion apparatus and brown-out protection method thereof
JP6069957B2 (ja) * 2012-08-27 2017-02-01 富士電機株式会社 スイッチング電源装置
US9112419B2 (en) * 2013-07-16 2015-08-18 Rohm Co., Ltd. AC/DC converter with control circuit that receives rectified voltage at input detection terminal
JP2015070696A (ja) * 2013-09-27 2015-04-13 東芝ライテック株式会社 電源回路及び照明装置
US9112418B2 (en) * 2013-12-02 2015-08-18 Grenergy Opto Inc. Controller for a switched mode power supply having an integrated circuit with multifunction pin
CN107979264B (zh) * 2016-10-21 2019-10-11 通嘉科技股份有限公司 线电压检测电路以及相关的检测方法
DE102017110927A1 (de) * 2017-05-19 2018-11-22 Infineon Technologies Austria Ag Sperrwandlersteuerung, Sperrwandler und Verfahren zum Betreiben des Sperrwandlers
TWI672894B (zh) * 2018-07-25 2019-09-21 通嘉科技股份有限公司 電源控制器與相關之控制方法
KR20210022460A (ko) * 2019-08-20 2021-03-03 삼성전자주식회사 디스플레이장치 및 전자장치
IT201900017312A1 (it) * 2019-09-27 2021-03-27 St Microelectronics Srl Circuito di protezione da brown-out per un convertitore a commutazione e metodo per controllare un convertitore a commutazione

Also Published As

Publication number Publication date
EP4113819A1 (en) 2023-01-04
US20230020390A1 (en) 2023-01-19
WO2023273002A1 (zh) 2023-01-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10574084B2 (en) Bi-directional DC-DC converter
US7649281B2 (en) Low power loss uninterruptible power supply
CN103219878B (zh) 一种电容放电电路及功率变换器
CN106663940B (zh) 三级电力拓扑
CN103299531B (zh) 开关整流器电路以及使用其的电池充电器
CN103427474B (zh) 不间断电源装置、不间断电源装置的控制方法
CN102801339B (zh) 一种低待机功耗的交直流电压转换电路及其控制方法
CN108631601B (zh) 多输入变换器
US9979227B2 (en) Line interactive UPS
CN108649792B (zh) 一种Boost电路、开关电源、供电系统及控制方法
CN103973138A (zh) 动态变频电源转换系统
CN104779695B (zh) Atm中高能效不间断高频开关电源
CN103503272A (zh) 供电设备、逆变设备和电动工具
CN101394097A (zh) 不间断电源供应系统及其控制方法
CN112072766A (zh) 充电设备
CN101895208B (zh) 负压负载用的电源供应器
US20230208279A1 (en) Active diode circuit and ac/dc power conversion circuit
CN103269118B (zh) 一种后备电源供电控制电路
CN115549478A (zh) 一种开关变换电路和控制方法
US9450453B2 (en) Uninterruptible power supply system with energy feedback to chargers and sinusoidal output
RU103427U1 (ru) Зарядно-разрядное устройство для аккумуляторных батарей
CN102118057A (zh) 具有整合式充放电路的直流不间断电源电路
CN111736081A (zh) 多端口能量半封闭式变电站蓄电池充放电测试装置及方法
CN100438260C (zh) 升压电路的控制方法
CN111579920A (zh) 故障检测装置和方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination