CN116582004A - 多相反激开关电源系统 - Google Patents
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Abstract
一种多相反激开关电源系统，包括EMI滤波电路、整流滤波电路、多个单端反激开关电源电路以及多相控制电路。EMI滤波电路接收交流电压作为输入电压并对输入电压进行高频滤波。整流滤波电路将EMI滤波电路输出的电压变换为直流高压并输出。每个单端反激开关电源电路将接收的直流高压转换为额定工作电压。多相控制电路与每个单端反激开关电路电性连接。多相控制电路分时输出一个初级控制信号给对应的单端反激开关电源电路，以实现多个单端反激开关电源电路的分相启动。单端反激开关电源电路还对额定工作电压进行采样得到反馈电压，并将反馈电压提供给多相控制电路。多相控制电路根据输出的反馈电压调整对应初级控制信号的占空比。
Description
技术领域
本发明涉及开关电源技术领域，特别是涉及一种多相反激开关电源系统。
背景技术
隔离反激开关电源系统具有初级侧和次级侧。通过控制初级侧的初级线圈的开关与次级侧的次级线圈整流实现能量的转换，通过输出电压反馈调整初级侧的开关晶体管的工作状态实现稳压输出。在开关电源系统中，通常采用单端反激变换电路直接得到输出功率。但是，在一些对外形和体积有特殊要求的应用场合如超薄显示器，超薄笔记本适配器，手持游戏机等，单端反激电路的变压器体积较大，散热难处理，空间布局困难。同时，在一些多组输出的开关电源系统当中，比如现今流行的多接口PD快充，由于每个接口需要不同电压单独实现快充，采用一级功率变换输出整体功率，例如单端反激，主动钳位（Activeclamp forward, ACF）反激，混合反激HFB等等。然后每个接口再采用直流-直流变换器（Direct current Direct current converter, DC-DC）变换得到PD快充对应的输出电压及功率。由于上述结构采用了二级功率转换，开关电源系统效率大大降低，且发热严重，不符合当今绿色环保节能概念。即使采用了平面变压器和氮化镓技术，体积仍然较大。另外，电路复杂大大增加了生产制造成本。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种多相反激开关电源系统，旨在解决现有技术中开关电源系统变压器体积过大且制造成本较高的问题。
一种多相反激开关电源系统，用于将输入电压进行转换后提供额定工作电压提供给负载；所述多相反激开关电源系统包括：
EMI滤波电路，用于接收交流电压作为输入电压，并对所述输入电压进行高频滤波；
整流滤波电路，用于将所述EMI滤波电路输出的电压变换为直流高压并输出；
多个单端反激开关电源电路，与所述整流滤波电路电性连接；每个所述单端反激开关电源电路用于将接收的所述直流高压转换为所述额定工作电压；以及
多相控制电路，与每个所述单端反激开关电路电性连接；所述多相控制电路用于分时输出一个初级控制信号给对应的所述单端反激开关电源电路，以实现多个所述单端反激开关电源电路的分相启动；
其中，所述单端反激开关电源电路还用于对所述额定工作电压进行采样得到反馈电压，并将所述反馈电压提供给所述多相控制电路；所述多相控制电路还用于根据所述反馈电压调整对应所述初级控制信号的占空比。
上述多相反激开关电源系统，通过所述多相控制电路实现多个所述单端反激开关电源电路的分相启动，可实现自由且独立使用，进而实现多个负载（例如PD快充接口）的同时快速充电。同时，相较于单路相同功率的所述反激开关电源电路，将大体积的变压器拆分为多个小体积的单端反激开关电源电路，降低了所述多相反激开关电源系统的整体体积。
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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明较佳实施方式的多相反激开关电源系统的模块示意图。
图2为图1中第一实施方式的多相反激开关电源系统的电路示意图。
图3为图2中稳态工作时所述振荡信号、多个所述初级控制信号以及多个所述初级开关元件内的电流的波形示意图。
图4为图1中第二实施方式的多相反激开关电源系统的电路示意图。
图5为图1中第三实施方式的多相反激开关电源系统的电路示意图。
图6为图1中第四实施方式的多相反激开关电源系统的电路示意图。
图7为图1中第五实施方式的多相反激开关电源系统的电路示意图。
图8为图1中第六实施方式的多相反激开关电源系统的电路示意图。
主要元件符号说明
多相反激开关电源系统 1、1A、1B、1C、1D、1E、1F
EMI滤波电路 10
整流滤波电路 20
多相控制电路 40
单端反激开关电源电路 50-1~50-n
初级控制信号 GATE
输入电容 Cin
直流高压 HV
初级开关元件 51
变压器 52
次级开关元件 53
同步整流芯片 54
采样反馈模块 55
隔离传输模块 56
PWM多相控制器 41
通用PWM控制器 43
振荡器 411
相位设置模块 412
触发器 413
驱动器 414
比较器 415
第一输入端 S
第二输入端 R
输出端 Q
振荡周期 T
第一预设时段 T1
第二预设时段 T2
第三预设时段 T3
第四预设时段 T4
第五预设时段 T5
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
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。
本发明的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。此外，术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
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发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
下面结合附图对本发明的多相反激开关电源系统的具体实施方式进行说明。
请参阅图1，其为多相反激开关电源系统1的模块示意图。所述多相反激开关电源系统1应用在显示装置（图未示）中，用于将输入电压进行转换后提供额定工作电压提供给负载。
所述多相反激开关电源系统1包括电磁干扰（Electro magnetic interface，EMI）滤波电路10、整流滤波电路20、多相控制电路40以及多个单端反激开关电源电路50-1~50-n。其中，n为大于1的正整数。多个所述单端反激开关电源电路50-1~50-n可提供相同或不同的所述额定工作电压给对应的负载。多个所述单端反激开关电源电路50-1~50-n的输出端可以并联连接，也可以相互独立设置。如图2所示，所述多相反激开关电源系统1A包括四个所述单端反激开关电源电路50-1~50-4，且四者的输出端之间相互独立设置。如图4所示，所述多相反激开关电源系统1B包括四个所述单端反激开关电源电路50-1~50-4，且四者的输出端并联连接。如图5所示，所述多相反激开关电源系统1C包括四个所述单端反激开关电源电路50-1~50-4，且四者的输出端并联连接。如图6所示，所述多相反激开关电源系统1D包括四个所述单端反激开关电源电路50-1~50-4，且四者的输出端相互独立。如图7所示，所述多相反激开关电源系统1F包括三个所述单端反激开关电源电路50-1~50-3，且三者的输出端相互独立。如图8所示，所述多相反激开关电源系统A6包括两个所述单端反激开关电源电路50-1~50-2，且二者的输出端并联连接。
所述EMI滤波电路10接收交流电压作为输入电压，用于对所述输入电压进行高频滤波。
所述整流滤波电路20电性连接在所述EMI滤波电路10和所述单端反激开关电源电路40a-40n之间。所述整流滤波电路20用于将所述EMI滤波电路输出的电压变换为直流高压HV并输出给多个所述单端反激开关电源电路50-1~50-4。在本发明的至少一个实施方式中，所述整流滤波电路20为桥式整流滤波电路。
所述多相控制电路40与多个所述单端反激开关电源电路50-1~50-n电性连接。所述多相控制电路40用于分时输出一个初级控制信号GATE给对应的所述单端反激开关电源电路50-i，以实现所述单端反激开关电源电路50-1~50-n的分相启动。其中，i为大于等于1小于n的正整数。所述多相控制电路40进一步根据每个所述单端反激开关电源电路50-1~50-n输出的反馈电压调整对应所述初级控制信号GATE的占空比，以控制所述单端反激开关电源电路50-1~50-n提供稳定的所述额定工作电压给对应的负载。其中，所述初级控制信号GATE为周期性脉冲调制信号。
所述单端反激开关电源电路50-1~50-n用于根据所述初级控制信号GATE将接收的所述直流高压HV转换为所述额定工作电压，并对所述额定工作电压进行采样得到反馈电压，并将所述反馈电压提供给所述多相控制电路40。其中，多个所述单端反激开关电源电路50-1~50-n为分相启动。多个所述单端反激开关电源电路50-1~50-n可工作在电流断续模式（Discontinuous current mode，DCM）、电流连续模式（Continuous current mode，CCM）、临界模式（Critical mode，CRM）或准谐振模式（Quasi-resonant mode，QRM）下，也可以工作在零电压导通（Zero voltage switch，ZVS）模式等特殊模式下，也可以应用在有源钳位反激（Active clamping flyback，ACF）开关电源系统中。
请一并参阅图2，其为本发明第一实施方式之所述多相反激开关电源系统1A的电路示意图。在本实施方式中，所述多相反激开关电源系统1A包括4个单端反激开关电源电路50-1~50-4。
每个所述单端反激开关电源电路50-1~50-4包括输入电容Cin、初级开关元件51、变压器52、输出电容Co、次级开关元件53、同步整流芯片54、采样反馈模块55以及隔离传输模块56。所述输入电容Cin用于对所述直流高压HV进行滤波。所述初级开关元件51与所述输入电容Cin以及所述变压器52电性连接，用于将滤波后的所述直流高压HV提供给所述变压器52。所述初级开关元件51根据所述初级控制信号GATE在导通状态和断开状态之间切换。在所述初级控制信号GATE处于第一电平状态时，在所述初级开关元件51处于所述导通状态，使得所述变压器52的初级线圈形成导电通路，所述变压器52的初级线圈存储能量。在所述初级控制信号GATE处于第二电平状态时，所述初级开关元件51处于所述断开状态时，所述变压器52的初级线圈导电通路被断开并将存储的能量反激至所述变压器52的次级线圈。所述次级开关元件53与所述变压器52的次级线圈以及所述同步整流芯片54电性连接，用于根据所述同步整流芯片54输出的次级控制信号将所述变压器52的次级线圈上的能量进行同步整流。所述输出电容Co与所述次级开关元件53电性连接，用于对所述次级开关元件53输出的能量进行滤波后输出电压给对应的负载。所述采样反馈模块55与所述次级开关元件53电性连接，用于对所述负载接收到的电压进行采样并输出所述反馈信号。所述隔离传输模块56与所述采样反馈模块55电性连接，用于将所述反馈信号传输给所述多相控制电路40。在本发明的至少一个实施方式中，所述初级开关元件51和所述次级开关元件53为N型金属氧化物半导体场效应管（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor,MOSFET），所述第一电平为高电平，所述第二电平为低电平。
所述多相控制电路40采用一个脉冲宽度调制（Power width modulation, PWM）多相控制器41执行相应操作。所述PWM多相控制器41包括振荡器（Oscillator，OSC）411、相位设置模块412、多个触发器413、多个驱动器414以及多个比较器415。其中，所述触发器413的数量、所述驱动器414的数量以及所述比较器415的数量与所述单端反激开关电源电路50-1~50-4的数量相对应。即，一个所述单端反激开关电源电路50-1~50-4对应一个所述触发器413、一个所述驱动器414以及一个所述比较器415。所述振荡器411用于产生所述多相反激开关电源系统1A所需的振荡信号。所述振荡信号在第一电平信号和第二电平信号之间切换的周期性脉冲调制信号。所述相位设置模块412与所述振荡器411电性连接。所述相位设置模块412用于根据所述振荡信号的振荡周期以及接收外部输入的相位设置信号设定预设相位。所述预设相位用于设定不同的所述触发器413之间接收到所述振荡信号的时间间隔。在一个所述振荡周期内，多个所述触发器413根据所述预设相位分时接收所述第一电平信号，并分时输出对应的驱动信号给对应的所述驱动器414。即，在所述振荡信号的一个所述振荡周期内，所述相位设置模块412控制所述振荡信号的第一电平信号首先提供给第一个所述触发器413，并在经过所述预设相位后，所述相位设置模块412控制所述第一电平信号提供给下一个所述触发器413，直至最后一个所述触发器413接收到所述第一电平信号。所述触发器413与所述振荡器411、所述相位设置模块412、对应的所述驱动器414以及对应的所述比较器415电性连接。所述触发器413用于在启动阶段根据接收的所述第一电平信号输出驱动信号给所述驱动器414，在稳态阶段根据所述第一电平信号以及所述比较器415输出的比较信号调整所述驱动信号，以使得所述驱动器414调整所述初级控制信号GATE的占空比。所述触发器413的第一输入端S与所述振荡器411以及所述相位设置模块412电性连接，所述触发器413的第二输入端R与所述比较器415电性连接，所述触发器413的输出端Q与所述驱动器414电性连接。所述驱动器414与所述触发器413以及对应的所述初级开关元件51电性连接。所述驱动器414用于根据所述驱动信号输出所述初级控制信号GATE给对应的所述初级开关元件51的控制端。所述比较器415通过反馈端接收对应所述单端反激开关电源电路50-i输出的所述反馈信号，并根据所述反馈信号输出所述比较信号给所述触发器413。在本实施方式中，所述第一电平信号和所述驱动信号为高电平信号。其中，i为大于等于1小于等于4的正整数。
所述多相反激开关电源系统1A的具体工作原理描述如下：
在启动阶段，所述振荡器411产生所述振荡信号。在一个所述振荡周期T内，所述振荡信号的所述第一电平信号依次分时提供给四个所述单端反激开关电源电路50-1~50-4。所述振荡周期T包括第一预设时段T1、第二预设时段T2、第三预设时段T3、第四预设时段T4以及第五预设时段T5。其中，在所述第一至第四预设时段T1-T4，所述振荡信号为第一电平信号，在所述第五预设时段T5，所述振荡信号为第二电平信号。具体地，所述相位设置模块412控制所述第一电平信号首先提供给第一个所述触发器413，第一个所述触发器413根据所述第一电平信号通过所述输出端Q输出所述驱动信号给对应的所述驱动器414，所述驱动器414根据所述驱动信号输出所述初级控制信号GATE1给对应的所述初级开关元件51（即，开关晶体管Q1）。在所述振荡信号经过所述预设相位后（即，经过所述第一预设时段T1），所述相位设置模块412控制所述第一电平信号提供给第二个所述触发器413。第二个所述触发器413根据所述第一电平信号通过所述输出端Q输出所述驱动信号给对应的所述驱动器414，所述驱动器414根据所述驱动信号输出所述初级控制信号GATE2给对应的所述初级开关元件51（即，开关晶体管Q3）。在所述振荡信号再经过所述预设相位后（即，经过所述第二预设时段T2），所述相位设置模块412控制所述第一电平信号提供给第三个所述触发器413。第三个所述触发器413根据所述第一电平信号时通过所述输出端Q输出所述驱动信号给对应的所述驱动器414，所述驱动器414根据所述驱动信号输出所述初级控制信号GATE3给对应的所述初级开关元件51（即，开关晶体管Q5）。在所述振荡信号再经过所述预设相位后（即经过所述第三预设时段T3），所述相位设置模块412控制所述第一电平信号提供给第四个所述触发器413。第四个所述触发器413根据所述第一电平信号时通过所述输出端Q输出所述驱动信号给对应的所述驱动器414，所述驱动器414根据所述驱动信号输出所述初级控制信号GATE4给对应的所述初级开关元件51（即，开关晶体管Q7）。此时，每个所述单端反激开关电源电路50-1~50-4内的所述变压器52的初级线圈根据所述直流高压HV存储能量，且每个所述初级开关元件51接收到的所述初级控制信号GATE均相同。在所述初级控制信号GATE处于所述第二电平时，存储在每个所述变压器52的初级线圈上的能量被反激至对应所述变压器52的次级线圈，再经过所述次级开关元件53、所述同步整流芯片54以及所述输出电容Co输出电压给对应的负载。在所述启动阶段，每个所述单端反激开关电源电路50-1~50-4输出的电压未达到对应的所述额定工作电压，所述多相反激开关电源系统1处于开环运行。
在所述启动阶段结束后，所述多相控制电路40根据每个所述单端反激开关电源电路50-1~50-4的所述反馈电压以及对应的所述额定工作电压调整每个所述初级控制信号GATE的占空比，以使得所述多相反激开关电源系统1处于闭环负反馈阶段。
请参阅图3，其为所述多相反激开关电源系统1A稳态工作时所述振荡信号、多个所述初级控制信号GATE1-GATE4以及多个所述初级开关元件51内的电流的波形示意图。其中，图3中虚线部分为所述单端反激开关电源电路50-1~50-4在稳态工作时输出的电流Ids1-4的波形图，Iin为所述多相反激开关电源系统1A在稳态工作时输出的总电流的波形图，GATE1-GATE4为所述单端反激开关电源电路50-1~50-4在稳态工作时对应所述初级控制信号GATE的波形图。
以每个所述单端反激开关电源电路50-1~50-4对应的负载是轻载为例，第一个所述单端反激开关电源电路50-1对应的所述初级开关元件51首先根据所述第一电平信号切换至所述导通状态，使得所述初级开关元件51内的电流线性上升。根据所述单端反激开关电源电路50-1对应的反馈电压调整对应的所述初级控制信号GATE1。由于每个所述单端反激开关电源电路50-1~50-4对应的负载为轻载，所述单端反激开关电源电路50-1中所述初级控制信号GATE的占空比小于25%，每个所述单端反激开关电源电路50-i对应的所述初级开关元件51维持所述导通状态的时间小于所述振荡信号的相位达到90度所需的时间。因此，在第一个所述单端反激开关电源电路50-1对应的所述初级开关元件51根据所述第二电平信号切换至所述断开状态时，第二个所述单端反激开关电源电路50-2对应的所述初级开关元件51根据所述第一电平信号切换至所述导通状态。以此类推，在第二个所述单端反激开关电源电路50-2对应的所述初级开关元件51根据所述第二电平信号切换至所述断开状态时，第三个所述单端反激开关电源电路50-3对应的所述初级开关元件51根据所述第一电平信号切换至所述导通状态。在第三个所述单端反激开关电源电路50-3对应的所述初级开关元件51根据所述第二电平信号切换至所述断开状态时，第四个所述单端反激开关电源电路50-4对应的所述初级开关元件51根据所述第一电平信号切换至所述导通状态。在一个所述振荡周期内，所述多相反激开关电源系统1A输出的总电流为四个所述单端反激开关电源电路50-1~50-4输出的电流之和，四个所述单端反激开关电源电路50-1~50-4输出的电流的时间互不重叠。
以每个所述单端反激开关电源电路50-1~50-4对应的负载是重载为例，第一个所述单端反激开关电源电路50-1对应的所述初级开关元件51首先根据所述第一电平信号切换至所述导通状态，使得所述初级开关元件51内的电流线性上升。根据所述单端反激开关电源电路50-1对应的反馈电压调整对应的所述初级控制信号GATE1。由于每个所述单端反激开关电源电路50-1~50-4对应的负载为重载，所述单端反激开关电源电路50-1中所述初级控制信号GATE的占空比大于25%小于50%，每个所述单端反激开关电源电路50-i对应的所述初级开关元件51维持所述导通状态的时间大于所述振荡信号的相位达到90度所需的时间，且小于所述振荡信号的相位达到180度所需的时间。因此，第二个所述单端反激开关电源电路50-2对应的所述初级开关元件51根据所述第一电平信号切换至所述导通状态时，第一个所述单端反激开关电源电路50-1对应的所述初级开关元件51仍根据所述第一电平信号处于所述导通状态。以此类推，第三个所述单端反激开关电源电路50-3对应的所述初级开关元件51根据所述第一电平信号切换至所述导通状态时，第二个所述单端反激开关电源电路50-2对应的所述初级开关元件51仍根据所述第一电平信号处于所述导通状态。第四个所述单端反激开关电源电路50-4对应的所述初级开关元件51根据所述第一电平信号切换至所述导通状态时，第三个所述单端反激开关电源电路50-3对应的所述初级开关元件51仍根据所述第一电平信号处于所述导通状态。在一个所述振荡周期内，所述多相反激开关电源系统1A输出的总电流为四个所述单端反激开关电源电路50-1~50-4输出的电流之和，相邻两个所述单端反激开关电源电路50-i~50-i+1输出的电流的时间部分重叠。
以每个所述单端反激开关电源电路50-1~50-4对应的负载是满载为例，第一个所述单端反激开关电源电路50-1对应的所述初级开关元件51首先根据所述第一电平信号切换至所述导通状态，使得所述初级开关元件51内的电流线性上升。根据所述单端反激开关电源电路50-1对应的反馈电压调整对应的所述初级控制信号GATE1。由于每个所述单端反激开关电源电路50-1~50-4对应的负载为满载，所述单端反激开关电源电路50-1中所述初级控制信号GATE的占空比大于50%，每个所述单端反激开关电源电路50-i对应的所述初级开关元件51维持所述导通状态的时间大于所述振荡信号的相位达到180度所需的时间。因此，在达到第一个所述预设相位时，前两个所述单端反激开关电源电路50-1~50-2对应的所述初级开关元件51均处于导通状态；在达到第二个所述预设相位时，前三个所述单端反激开关电源电路50-1~50-3对应的所述初级开关元件51均处于导通状态。同时，在经过第二个所述预设相位后，第一个所述单端反激开关电源电路50-1对应的所述初级开关元件51根据所述第二电平信号切换至所述截止状态。以此类推，在达到第三个所述预设相位时，所述单端反激开关电源电路50-2~50-4对应的所述初级开关元件51均处于导通状态。同时，在经过第三个所述预设相位后，第二个所述单端反激开关电源电路50-2对应的所述初级开关元件51根据所述第二电平信号切换至所述截止状态。在一个所述振荡周期内，所述多相反激开关电源系统1A输出的总电流为四个所述单端反激开关电源电路50-1~50-4输出的电流之和，相邻两个所述单端反激开关电源电路50-1~50-4输出的电流的时间部分重叠，且在达到第二个所述预定相位时（即相位为180度时）三个单端反激开关电源电路50-i~50-i+2输出的电流相互重叠。
以多个所述单端反激开关电源电路50-1~50-4对应的负载是混合负载为例，四个所述单端反激开关电源电路50-1~50-4对应的所述初级开关元件51以所述预设相位交错开启。即，在所述振荡信号每达到一个所述预设相位，下一个所述单端反激开关电源电路50-i接收所述第一电平信号。每个所述单端反激开关电源电路50-1~50-4对应所述初级开关元件51处于所述导通状态的时间由对应负载决定。在一个所述振荡周期内，所述多相反激开关电源系统1A输出的总电流为四个所述单端反激开关电源电路50-1~50-4输出的电流之和，四个所述单端反激开关电源电路50-1~50-4输出的电流的时间是否重叠由每个所述单端反激开关电源电路50-1~50-4对应的负载决定。
采用上述结构的所述多相反激开关电源系统1A，通过所述多相控制电路40实现多个所述单端反激开关电源电路50-1~50-n的分相启动，可实现自由且独立使用，进而实现多个负载（例如PD快充接口）的同时快充。同时，相较于单路相同功率的所述反激开关电源电路，将大体积的变压器拆分为多个小体积的变压器，降低了所述多相反激开关电源系统1A的整体体积，并实现相同功率的结构可使得所述多相反激开关电源系统1A内的散热更均匀。另外，多个所述单端反激开关电源电路50-1~50-n独立输出，可根据负载的需求独立设定输出电压以及输出功率。与单路相同功率的所述反激开关电源电路相比，每个所述单端反激开关电源电路50-1~50-n均实现了输出转换，提高了所述多相反激开关电源系统1A的转换效率。
请参阅图4，其为第二实施方式之多相反激开关电源系统1B的电路示意图。在第二实施方式中，所述多相反激开关电源系统1B的结构与所述多相反激开关电源系统1A的结构相同。也就是说，所述第一实施方式描述的所述多相反激开关电源系统1A的描述基本上均可以适用于所述第二实施方式的所述多相反激开关电源系统1B，二者的主要差别在于：多个所述单端反激开关电源电路50-1~50-n的输出端并联连接，使得所述多相控制电路40中每个所述比较器415的接收端接收相同的反馈电压。同时，多个所述单端反激开关电源电路50-1~50-n共用一个所述采样反馈模块55以及所述隔离传输模块56。
采用上述结构的所述多相反激开关电源系统1B，通过所述多相控制电路40实现多个所述单端反激开关电源电路50-1~50-n的分相启动。同时，相较于单路相同功率的所述反激开关电源电路，将大体积的变压器拆分为多个小体积的变压器，降低了所述多相反激开关电源系统1B的整体体积，并实现相同功率的结构可使得所述多相反激开关电源系统1B内的散热更均匀。进一步，多个所述单端反激开关电源电路50-1~50-n中所述初级开关元件51均以相同的占空比工作，每个所述单端反激开关电源电路50-1~50-n的输出功率相同，实现总输出功率的均分，进而使得所述多相反激开关电源系统1B内散热均匀。另外，通过共用一个所述采样反馈模块55以及所述隔离传输模块56，可进一步降低所述多相反激开关电源系统1B的体积。每个所述单端反激开关电源电路50-1~50-n内的所述输入电容Cin和所述输出电容Co的充放电的电流减小，使得纹波电流减小，可选择较小电容值的电容，再进一步降低所述多相反激开关电源系统1B的体积。
请参阅图5，其为第三实施方式之所述多相反激开关电源系统1C的电路示意图。在第三实施方式中，所述多相反激开关电源系统1C的结构与所述多相反激开关电源系统1B的结构相同。也就是说，所述第二实施方式描述的所述多相反激开关电源系统1B的描述基本上均可以适用于所述第三实施方式的所述多相反激开关电源系统1C，二者的主要差别在于：所述多相控制电路40。在所述第三实施方式中，所述多相控制电路40包括通用PWM控制器43以及多个所述PWM多相控制器41。其中，所述通用PWM控制器43作为振荡器提供所述振荡信号给多个所述PWM多相控制器41。每个所述PWM多相控制器41对应一个所述单端反激开关电源电路50-1~50-n。多个所述PWM多相控制器41根据所述通用PWM控制器43的所述振荡信号分相启动对应的所述单端反激开关电源电路50-1~50-n。每个所述PWM多相控制器41包括一个所述相位设置模块412，以接收一个外部输入的相位设置信号以设定所述预设相位。
采用上述结构的所述多相反激开关电源系统1C，通过所述多相控制电路40实现多个所述单端反激开关电源电路50-1~50-n的分相启动。同时，相较于单路相同功率的所述反激开关电源电路，将大体积的变压器拆分为多个小体积的变压器，降低了所述多相反激开关电源系统1C的整体体积，并实现相同功率的结构可使得所述多相反激开关电源系统1C内的散热更均匀。进一步，多个所述单端反激开关电源电路50-1~50-n中所述初级开关元件51均以相同的占空比工作，每个所述单端反激开关电源电路50-1~50-n的输出功率相同，实现总输出功率的均分，进而使得所述多相反激开关电源系统1C内散热均匀。另外，每个所述单端反激开关电源电路50-1~50-n内的所述输入电容Cin和所述输出电容Co的充放电的电流减小，使得纹波电流减小，可选择较小电容值的电容，进一步降低所述多相反激开关电源系统1C的体积。再者，由于每个所述PWM多相控制器41接收一个外部输入的相位设置信号，使用者可灵活设定每一个所述单端反激开关电源电路50-1~50-n的预设相位，实现所述多相反激开关电源系统1C灵活控制。
请参阅图6，其为第四实施方式之所述多相反激开关电源系统1D的电路示意图。在第四实施方式中，所述多相反激开关电源系统1D的结构与所述多相反激开关电源系统1C的结构相同。也就是说，所述第三实施方式描述的所述多相反激开关电源系统1C的描述基本上均可以适用于所述第四实施方式的所述多相反激开关电源系统1D，二者的主要差别在于：多个所述单端反激开关电源电路50-1~50-N的输出端相互独立设置。
采用上述结构的所述多相反激开关电源系统1D，通过所述多相控制电路40实现多个所述单端反激开关电源电路50-1~50-n的分相启动，可实现自由且独立使用，进而实现多个负载（例如PD快充接口）的同时快速充电。同时，相较于单路相同功率的所述反激开关电源电路，将大体积的变压器拆分为多个小体积的变压器，降低了所述多相反激开关电源系统1D的整体体积，并实现相同功率的结构可使得所述多相反激开关电源系统1D内的散热更均匀。另外，多个所述单端反激开关电源电路50-1~50-n独立输出，可根据负载的需求独立设定输出电压以及输出功率。与单路相同功率的所述反激开关电源电路相比，每个所述单端反激开关电源电路50-1~50-n均实现了输出转换，提高了所述多相反激开关电源系统1D的转换效率。
请参阅图7，其为第五实施方式之所述多相反激开关电源系统1E的电路示意图。在第五实施方式中，所述多相反激开关电源系统1E的结构与所述多相反激开关电源系统1A的结构相同。也就是说，所述第一实施方式描述的所述多相反激开关电源系统1A的描述基本上均可以适用于所述第五实施方式的所述多相反激开关电源系统1E。在所述第五实施方式中，所述多相反激开关电源系统1E包括三个所述反激开关电源电路50-1~50-3。其中，所述预设相位为120度。
采用上述结构的所述多相反激开关电源系统1E，具有与所述多相反激开关电源系统1A相同的技术效果，在此不再赘述。
请参阅图8，其为第六实施方式之所述多相反激开关电源系统1F的电路示意图。在第六实施方式中，所述多相反激开关电源系统1F的结构与所述多相反激开关电源系统1B的结构相同。也就是说，所述第二实施方式描述的所述多相反激开关电源系统1B的描述基本上均可以适用于所述第六实施方式的所述多相反激开关电源系统1F。在所述第五实施方式中，所述多相反激开关电源系统1F包括二个所述反激开关电源电路50-1~50-2。其中，所述预设相位为90度。在其他实施方式中，所述预设相位也可以为270度。
采用上述结构的所述多相反激开关电源系统1F，具有与所述多相反激开关电源系统1B相同的技术效果，在此不再赘述。值得注意的是，在两个所述反激开关电源电路50-1~50-2构成的所述多相反激开关电源系统1F中，出于EMI设计的考虑，相较于所述预设相位为180度时，设定所述预设相位为90度或270度可更好的抵消二次谐波。
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范围。
Claims (11)
1.一种多相反激开关电源系统，用于将输入电压进行转换后提供额定工作电压提供给负载；其特征在于：所述多相反激开关电源系统包括：
EMI滤波电路，用于接收交流电压作为输入电压，并对所述输入电压进行高频滤波；
整流滤波电路，用于将所述EMI滤波电路输出的电压变换为直流高压并输出；
多个单端反激开关电源电路，与所述整流滤波电路电性连接；每个所述单端反激开关电源电路用于将接收的所述直流高压转换为所述额定工作电压；以及
多相控制电路，与每个所述单端反激开关电路电性连接；所述多相控制电路用于分时输出一个初级控制信号给对应的所述单端反激开关电源电路，以实现多个所述单端反激开关电源电路的分相启动；
其中，所述单端反激开关电源电路还用于对所述额定工作电压进行采样得到反馈电压，并将所述反馈电压提供给所述多相控制电路；所述多相控制电路还用于根据所述反馈电压调整对应所述初级控制信号的占空比。
2.如权利要求1所述的多相反激开关电源系统，其特征在于，多个所述单端反激开关电源电路的输出端之间相互独立设置。
3.如权利要求2所述的多相反激开关电源系统，其特征在于，所述多相控制电路包括一个PWM多相控制器；所述PWM多相控制器包括振荡器、相位设置模块、多个触发器以及多个驱动器；其中，所述触发器的数量以及所述驱动器的数量与所述单端反激开关电源电路的数量相对应；所述振荡器用于产生所述多相反激开关电源系统所需的振荡信号；所述振荡信号在第一电平信号和第二电平信号之间切换的周期性脉冲调制信号；所述相位设置模块与所述振荡器电性连接；所述相位设置模块用于根据所述振荡信号的振荡周期以及接收外部输入的相位设置信号设定预设相位；所述预设相位用于设定不同的所述触发器之间接收到所述振荡信号的时间间隔；在一个所述振荡周期内，多个所述触发器根据所述预设相位分时接收所述第一电平信号，并分时输出对应的驱动信号给对应的所述驱动器；所述触发器与所述振荡器、所述相位设置模块以及一个所述驱动器电性连接；所述触发器用于在启动阶段根据接收的所述第一电平信号输出驱动信号给所述驱动器；所述驱动器与对应的所述触发器以及对应的所述初级开关元件电性连接；所述驱动器用于根据所述驱动信号输出所述初级控制信号给对应的所述初级开关元件的控制端。
4.如权利要求3所述的多相反激开关电源系统，其特征在于，所述多相控制电路还包括多个比较器；所述比较器的数量与所述单端反激开关电源电路的数量相对应；每个所述比较器与一个对应的所述触发器电性连接；所述比较器通过反馈端接收对应所述单端反激开关电源电路输出的所述反馈信号，并根据所述反馈信号输出比较信号给所述触发器；所述触发器在稳态阶段根据所述第一电平信号以及所述比较信号调整所述驱动信号，以使得所述驱动器调整所述初级控制信号的占空比。
5.如权利要求2所述的多相反激开关电源系统，其特征在于，所述多相控制电路包括一个通用PWM控制器以及多个PWM多相控制器；所述通用PMW控制器作为振荡器提供振荡信号给多个所述PWM多相控制器；所述振荡信号在第一电平信号和第二电平信号之间切换的周期性脉冲调制信号；在一个振荡周期内，多个所述PWM多相控制器根据预设相位分时接收所述第一电平信号；每个所述PWM多相控制器对应一个所述单端反激开关电源电路；每个所述PWM多相控制器包括一个所述相位设置模块、一个触发器以及一个驱动器；所述相位设置模块用于接收一个外部输入的相位设置信号以设定所述预设相位；所述触发器与所述振荡器、所述相位设置模块以及所述驱动器电性连接；所述触发器用于在启动阶段根据接收的所述第一电平信号输出驱动信号给所述驱动器；所述驱动器用于根据所述驱动信号输出所述初级控制信号给对应的所述初级开关元件的控制端。
6.如权利要求5所述的多相反激开关电源系统，其特征在于，每个所述PWM多相控制器还包括一个比较器；所述比较器与所述触发器电性连接；所述比较器通过反馈端接收对应所述单端反激开关电源电路输出的所述反馈信号，并根据所述反馈信号输出所述比较信号给所述触发器；所述触发器在稳态阶段根据所述第一电平信号以及所述比较信号调整所述驱动信号，以使得所述驱动器调整所述初级控制信号的占空比。
7.如权利要求1所述的多相反激开关电源系统，其特征在于，多个所述单端反激开关电源电路的输出端并联连接。
8.如权利要求7所述的多相反激开关电源系统，其特征在于，所述多相控制电路包括一个PWM多相控制器；所述PWM多相控制器包括振荡器、相位设置模块、多个触发器以及多个驱动器；其中，所述触发器的数量以及所述驱动器的数量与所述单端反激开关电源电路的数量相对应；所述振荡器用于产生所述多相反激开关电源系统所需的振荡信号；所述振荡信号在第一电平信号和第二电平信号之间切换的周期性脉冲调制信号；所述相位设置模块与所述振荡器电性连接；所述相位设置模块用于根据所述振荡信号的振荡周期以及接收外部输入的相位设置信号设定预设相位；所述预设相位用于设定不同的所述触发器之间接收到所述振荡信号的时间间隔；在一个所述振荡周期内，多个所述触发器根据所述预设相位分时接收所述第一电平信号，并分时输出对应的驱动信号给对应的所述驱动器；所述触发器与所述振荡器、所述相位设置模块以及一个所述驱动器电性连接；所述触发器用于在启动阶段根据接收的所述第一电平信号输出驱动信号给所述驱动器；所述驱动器与对应的所述触发器以及对应的所述初级开关元件电性连接；所述驱动器用于根据所述驱动信号输出所述初级控制信号给对应的所述初级开关元件的控制端。
9.如权利要求8所述的多相反激开关电源系统，其特征在于，所述多相控制电路还包括多个比较器；所述比较器的数量与所述单端反激开关电源电路的数量相对应；每个所述比较器与一个对应的所述触发器电性连接；所述比较器通过反馈端接收对应所述单端反激开关电源电路输出的所述反馈信号，并根据所述反馈信号输出比较信号给所述触发器；所述触发器在稳态阶段根据所述第一电平信号以及所述比较信号调整所述驱动信号，以使得所述驱动器调整所述初级控制信号的占空比。
10.如权利要求7所述的多相反激开关电源系统，其特征在于，所述多相控制电路包括一个通用PWM控制器以及多个PWM多相控制器；所述通用PMW控制器作为振荡器提供振荡信号给多个所述PWM多相控制器；所述振荡信号在第一电平信号和第二电平信号之间切换的周期性脉冲调制信号；在一个振荡周期内，多个所述PWM多相控制器根据预设相位分时接收所述第一电平信号；每个所述PWM多相控制器对应一个所述单端反激开关电源电路；每个所述PWM多相控制器包括一个所述相位设置模块、一个触发器以及一个驱动器；所述相位设置模块用于接收一个外部输入的相位设置信号以设定所述预设相位；所述触发器与所述振荡器、所述相位设置模块以及所述驱动器电性连接；所述触发器用于在启动阶段根据接收的所述第一电平信号输出驱动信号给所述驱动器；所述驱动器用于根据所述驱动信号输出所述初级控制信号给对应的所述初级开关元件的控制端。
11.如权利要求10所述的多相反激开关电源系统，其特征在于，每个所述PWM多相控制器还包括一个比较器；所述比较器与所述触发器电性连接；所述比较器通过反馈端接收对应所述单端反激开关电源电路输出的所述反馈信号，并根据所述反馈信号输出所述比较信号给所述触发器；所述触发器在稳态阶段根据所述第一电平信号以及所述比较信号调整所述驱动信号，以使得所述驱动器调整所述初级控制信号的占空比。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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