CN220822917U - 零电压切换两级电源电路和电源系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种零电压切换两级电源电路和电源系统，零电压切换两级电源电路包括：第一级转换器，第二级转换器，辅助模块和控制模块；第一级转换器，至少包括第一感性元件，中间电容和第一主控开关；第二级转换器，至少包括第二感性元件，中间电容和第二主控开关；辅助模块，包括第三电感，和/或第四电感；控制模块，耦接第一主控开关的控制端，第二主控开关的控制端和辅助模块；控制模块通过控制所述第三电感，和/或第四电感中的电流，使第一主控开关，和/或第二主控开关的开关损耗更低。本实用新型提出的零电压切换两级电源结构简单，开关损耗低。

Description

零电压切换两级电源电路和电源系统
技术领域
本实用新型涉及电源转换技术领域，具体涉及一种零电压切换两级电源电路和电源系统。
背景技术
两级功率级电源系统相较于单级电源系统具有性能上的优势，单级电源系统无法同时实现功率因数校正和对负载的无工频纹波驱动。在中大功率应用中，如图1所示的两级电源架构，具有两个独立的控制器，两个独立的功率级，第一级转换器实现了功率因素校正，第二级转换器实现了对负载的无工频纹波的恒流驱动，因此两级功率级电源系统具有广泛的应用空间，比如中大功率LED照明，或是中大功率电子设备的充电器，适配器等。降低两级功率级电源系统的开关损耗，提升两级功率级电源系统的效率，可以进一步扩展两级功率级电源系统的应用范围。
实用新型内容
第一方面
本实用新型提供了一种零电压切换两级电源电路，所述零电压切换两级电源电路包括：第一级转换器，第二级转换器，辅助模块和控制模块；
第一级转换器，至少包括第一感性元件，中间电容和第一主控开关；
第二级转换器，至少包括第二感性元件，中间电容和第二主控开关；
辅助模块，包括第三电感，和/或第四电感；通过磁场耦接的方式，第三电感与第一级转换器的第一感性元件耦合形成第一变压器，第三电感为第一变压器的辅助绕组，和/或第四电感与第二级转换器的第二感性元件耦合形成第二变压器，第四电感为第二变压器的辅助绕组；
控制模块，耦接第一主控开关的控制端，第二主控开关的控制端和辅助模块；控制模块通过控制所述第三电感，和/或第四电感中的电流，使第一主控开关，和/或第二主控开关的开关损耗更低。
优选的，所述第三电感的第一端耦接的电容与所述第四电感的第一端耦接的电容为相同的一个电容，或所述第三电感的第一端耦接的电容与所述第四电感的第一端耦接的电容为不同的一个电容。
优选的，所述辅助模块还包括第一辅控开关，第三电感的第二端与第一辅控开关的第一端耦接，第三电感的第一端耦接一个电容的极板，所述极板上的电压可为第三电感充电，第一辅控开关的控制端耦接控制模块，第一辅控开关的第二端耦接地或串联供电电容后耦接地；和/或所述辅助模块还包括第二辅控开关，第四电感的第二端与第二辅控开关的第一端耦接，第四电感的第一端耦接一个电容的极板，所述极板上的电压可为第四电感充电，第二辅控开关的控制端耦接控制模块，第二辅控开关的第二端耦接地或串联供电电容后耦接地。
优选的，在第一主控开关从截止状态切换成导通状态之前，第一辅控开关先导通第一脉冲时间，使流过第三电感的电流流经第一辅控开关到地；或使流过第三电感的电流流经第一辅控开关后对供电电容充电；和/或在第二主控开关从截止状态切换成导通状态之前，第二辅控开关先导通第二脉冲时间，使流过第四电感的电流流经第二辅控开关到地；或使流过第四电感的电流流经第二辅控开关后对供电电容充电；所述供电电容为所述控制模块提供供电电压。
优选的，所述第一变压器中的第三电感与第一感性元件中的电感或变压器的主级绕组具有相同的同名端位置，在第一主控开关从截止状态切换成导通状态前的第一脉冲时间的一部分或全部，第一辅控开关导通，电流流过第三电感，通过第一变压器的耦合关系，第一主控开关两端的第一跨压从第一主控开关截止时的第一电位降低到更低的第二电位后，第一主控开关再从截止状态切换成导通状态，使第一主控开关的开关损耗更低；或
所述第一变压器中的第三电感与第一感性元件中的电感或变压器的主级绕组具有相反的同名端位置，在第一主控开关从截止状态切换成导通状态前的第一脉冲时间的第一期间，第一辅控开关导通，电流流过第三电感，第一主控开关两端的第一跨压从第一主控开关截止时的电位上升到第一电位，在第一主控开关从截止状态切换成导通状态前的第一脉冲时间的第二期间，第一辅控开关截止，通过第一变压器的耦合关系，第一主控开关两端的第一跨压从第一电位降低到更低的第二电位后，第一主控开关再从截止状态切换成导通状态，使第一主控开关的开关损耗更低；或
所述第二变压器中的第四电感与第二感性元件中的电感或变压器的主级绕组具有相同的同名端位置，在第二主控开关从截止状态切换成导通状态前的第二脉冲时间的一部分或全部，第二辅控开关导通，电流流过第四电感，通过第二变压器的耦合关系，第二主控开关两端的第二跨压从第二主控开关截止时的第三电位降低到更低的第四电位后，第二主控开关再从截止状态切换成导通状态，使第二主控开关的开关损耗更低；或
所述第二变压器中的第四电感与第二感性元件中的电感或变压器的主级绕组具有相反的同名端位置，在第二主控开关从截止状态切换成导通状态前的第二脉冲时间的第一期间，第二辅控开关导通，电流流过第四电感，第二主控开关两端的第二跨压从第二主控开关截止时的电位上升到第三电位，在第二主控开关从截止状态切换成导通状态前的第二脉冲时间的第二期间，第二辅控开关截止，通过第二变压器的耦合关系，第二主控开关两端的第二跨压从第三电位降低到更低的第四电位后，第二主控开关再从截止状态切换成导通状态，使第二主控开关的开关损耗更低。
优选的，所述的零电压切换两级电源电路还包括输入电容、输出电容和整流模块；由输入电容，第一感性元件，整流模块，中间电容和第一主控开关组成的第一级转换器的功率级为升压架构，或为升降压架构，或为降压架构，或为反激架构中的一种；由输出电容，第二感性元件，整流模块，中间电容和第二主控开关组成的第二级转换器的功率级为升压架构，或为升降压架构，或为降压架构，或为反激架构中的一种。
优选的，所述第三电感的第一端耦接一个电容的极板，和/或第四电感的第一端耦接一个电容的极板为输入电容的第一端的电容极板；或为中间电容的第一端的电容极板；或为吸收电容的第一端的电容极板，或为吸收电容的第二端的电容极板；或为输出电容的第一端的电容极板。
优选的，所述零电压切换两级电源电路包括驱动芯片，所述驱动芯片包括控制模块、第一辅控开关，和/或第二辅控开关；所述驱动芯片通过控制所述第一辅控开关，和/或第二辅控开关的导通或截止，使第一主控开关，和/或第二主控开关的开关损耗更低。
优选的，所述零电压切换两级电源电路为负载提供恒定的电压，和/或电流。
第二方面
本实用新型提供了一种电源系统，包括第一方面任一项所述的零电压切换两级电源电路，所述电源系统为负载提供恒定的电压，和/或电流。
本实用新型技术包括以下优点：
基于本实用新型的一种零电压切换两级电源电路和电源系统，降低了两级功率级电源系统开关损耗，提升了两级功率级电源系统应用范围。
附图说明
图1是现有技术的两级电源架构；
图2是本实用新型的零电压切换两级电源电路的简化结构图；
图3a至图3e是本实用新型的零电压切换两级电源电路的实施例；
图4a至图4h是本实用新型的部分实施例的部分节点波形示意图。
根据惯常的作业方式，图中各种特征与元件并未依比例绘制，其绘制方式是为了以最佳的方式呈现与本实用新型相关的具体特征与元件。此外，在不同图式间，以相同或相似的元件符号来指称相似的元件/部件。
【符号说明】
MP1/MP2：第一主控开关/第二主控开关；MA1/MA2：第一辅控开关/第二辅控开关；GP1/GP2：第一主控信号/第二主控信号；GA1/GA2：第一辅控信号/第二辅控信号；Vds1/Vds2：第一跨压/第二跨压；D1/D2：第一整流模块/第二整流模块；Coss1/Coss2：第一寄生电容/第二寄生电容；RCS1/RCS2：第一检测电阻/第二检测电阻；VCS1/VCS2：第一检测信号/第二检测信号；L1/L2：第一感性元件/第二感性元件；L3/L4：第三电感/第四电感；Ia3/Ia4：第三电感电流/第四电感电流；Nps：匝数比；Dlp：吸收二极管；Clp：吸收电容；VCC：供电电压；CIN：输入电容；CO：输出电容；CM：中间电容；CP：供电电容；VM：中间电压；VIN：输入电压；VO：输出电压；T11～T13/T21～T23：时间点；T112/T123：第一脉冲时间的第一期间/第一脉冲时间的第二期间；T212/T223：第二脉冲时间的第一期间/第二脉冲时间的第二期间；T113/T213：第一脉冲时间/第二脉冲时间。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
第一方面
本实用新型提供了一种零电压切换两级电源电路，所述零电压切换两级电源电路包括：第一级转换器，第二级转换器，辅助模块和控制模块；第一级转换器，至少包括第一感性元件L1，中间电容CM和第一主控开关MP1；第二级转换器，至少包括第二感性元件L2，中间电容CM和第二主控开关MP2。
在一种实施例中，辅助模块包括第三电感L3，通过磁场耦接的方式，第三电感L3与第一级转换器的第一感性元件L1耦合形成第一变压器，第三电感L3为第一变压器的辅助绕组，流过第三电感L3的电流也称为第三电感电流Ia3，第一感性元件L1为一个电感或为一个变压器。
在一种实施例中，辅助模块包括第四电感L4，通过磁场耦接的方式，第四电感L4与第二级转换器的第二感性元件L2耦合形成第二变压器，第四电感L4为第二变压器的辅助绕组，流过第四电感L4的电流也称为第四电感电流Ia4，第二感性元件L2为一个电感或为一个变压器。
在一种实施例中，辅助模块包括第三电感L3和第四电感L4，通过磁场耦接的方式，第三电感L3与第一级转换器的第一感性元件L1耦合形成第一变压器，第三电感L3为第一变压器的辅助绕组，流过第三电感L3的电流也称为第三电感电流Ia3，第一感性元件L1为一个电感或为一个变压器；通过磁场耦接的方式，第四电感L4与第二级转换器的第二感性元件L2耦合形成第二变压器，第四电感L4为第二变压器的辅助绕组，流过第四电感L4的电流也称为第四电感电流Ia4，第二感性元件L2为一个电感或为一个变压器。
在一种实施例中，第三电感L3的第一端耦接的电容与第四电感L4的第一端耦接的电容为相同的一个电容。
在一种实施例中，第三电感L3的第一端耦接的电容与第四电感L4的第一端耦接的电容为不同的一个电容。
控制模块，输出第一主控信号GP1耦接第一主控开关MP1的控制端，输出第二主控信号GP2耦接第二主控开关MP2的控制端，控制模块同时还耦接辅助模块。
在一种实施例中，控制模块通过控制第三电感L3中的第三电感电流Ia3，使第一主控开关MP1的开关损耗更低。
在一种实施例中，控制模块通过控制第四电感L4中的第四电感电流Ia4，使第二主控开关MP2的开关损耗更低。
在一种实施例中，控制模块通过控制第三电感L3中的第三电感电流Ia3，使第一主控开关MP1的开关损耗更低；通过控制第四电感L4中的第四电感电流Ia4，使第二主控开关MP2的开关损耗更低。
在一种实施例中，辅助模块还包括第一辅控开关MA1，第三电感L3的第二端与第一辅控开关MA1的第一端耦接，第三电感L3的第一端VA3耦接一个电容的极板，所述极板上的电压可为第三电感L3充电，第一辅控开关MA1的控制端耦接控制模块输出的第一辅控信号GA1，第一辅控开关MA1的第二端耦接地。
在一种实施例中，辅助模块还包括第一辅控开关MA1，第三电感L3的第二端与第一辅控开关MA1的第一端耦接，第三电感L3的第一端VA3耦接一个电容的极板，所述极板上的电压可为第三电感L3充电，第一辅控开关MA1的控制端耦接控制模块输出的第一辅控信号GA1，第一辅控开关MA1的第二端串联供电电容CP后耦接地。
在一种实施例中，辅助模块还包括第二辅控开关MA2，第四电感L4的第二端与第二辅控开关MA2的第一端耦接，第四电感L4的第一端VA4耦接一个电容的极板，所述极板上的电压可为第四电感L4充电，第二辅控开关MA2的控制端耦接控制模块输出的第二辅控信号GA2，第二辅控开关MA2的第二端耦接地。
在一种实施例中，辅助模块还包括第二辅控开关MA2，第四电感L4的第二端与第二辅控开关MA2的第一端耦接，第四电感L4的第一端VA4耦接一个电容的极板，所述极板上的电压可为第四电感L4充电，第二辅控开关MA2的控制端耦接控制模块输出的第二辅控信号GA2，第二辅控开关MA2的第二端串联供电电容CP后耦接地。
在一种实施例中，在第一主控开关MP1从截止状态切换成导通状态之前，第一辅控开关MA1先导通第一脉冲时间T113，使流过第三电感L3的电流Ia3流经第一辅控开关MA1到地。
在一种实施例中，在第一主控开关MP1从截止状态切换成导通状态之前，第一辅控开关MA1先导通第一脉冲时间T113，使流过第三电感L3的电流Ia3流经第一辅控开关MA1后对供电电容CP充电，同时在供电电容CP上产生供电电压VCC为控制模块供电。
在一种实施例中，在第二主控开关MP2从截止状态切换成导通状态之前，第二辅控开关MA2先导通第二脉冲时间T213，使流过第四电感L4的电流Ia4流经第二辅控开关MA2到地。
在一种实施例中，在第二主控开关MP2从截止状态切换成导通状态之前，第二辅控开关MA2先导通第二脉冲时间T213，使流过第四电感L4的电流Ia4流经第二辅控开关MA2后对供电电容CP充电，同时在供电电容CP上产生供电电压VCC为控制模块供电。
在一种实施例中，在第一主控开关MP1从截止状态切换成导通状态之前，第一辅控开关MA1先导通第一脉冲时间T113，使流过第三电感L3的电流Ia3流经第一辅控开关MA1到地；在第二主控开关MP2从截止状态切换成导通状态之前，第二辅控开关MA2先导通第二脉冲时间T213，使流过第四电感L4的电流Ia4流经第二辅控开关MA2到地。
在一种实施例中，在第一主控开关MP1从截止状态切换成导通状态之前，第一辅控开关MA1先导通第一脉冲时间T113，使流过第三电感L3的电流Ia3流经第一辅控开关MA1后对供电电容CP充电，同时在供电电容CP上产生供电电压VCC为控制模块供电；在第二主控开关MP2从截止状态切换成导通状态之前，第二辅控开关MA2先导通第二脉冲时间T213，使流过第四电感L4的电流Ia4流经第二辅控开关MA2后对供电电容CP充电，同时在供电电容CP上产生供电电压VCC为控制模块供电。
对于辅助模块中的第一辅控开关MA1和第二辅控开关MA2的其他组合，比如第一辅控开关MA1的第二端耦接供电电容CP，同时，第二辅控开关MA2的第二端耦接地；或第二辅控开关MA2的第二端耦接供电电容CP，同时，第一辅控开关MA1的第二端耦接地，说明书不再重复阐述。
在一种实施例中，第一变压器中的第三电感L3与第一感性元件L1中的电感或变压器的主级绕组具有相同的同名端位置，在第一主控开关MP1从截止状态切换成导通状态前的第一脉冲时间T113的一部分或全部，第一辅控开关MA1导通，电流流过第三电感L3，通过第一变压器的耦合关系，第一主控开关MP1两端的第一跨压Vds1从第一主控开关MP1截止时的第一电位降低到更低的第二电位后，第一主控开关MP1再从截止状态切换成导通状态，使第一主控开关MP1的开关损耗更低。
在一种实施例中，第一变压器中的第三电感L3与第一感性元件L1中的电感或变压器的主级绕组具有相反的同名端位置，在第一主控开关MP1从截止状态切换成导通状态前的第一脉冲时间T113的第一期间T112，第一辅控开关MA1导通，电流流过第三电感L3，第一主控开关MP1两端的第一跨压Vds1从第一主控开关MP1截止时的电位上升到第一电位，在第一主控开关MP1从截止状态切换成导通状态前的第一脉冲时间T113的第二期间T123，第一辅控开关MA1截止，通过第一变压器的耦合关系，第一主控开关MP1两端的第一跨压Vds1从第一电位降低到更低的第二电位后，第一主控开关MP1再从截止状态切换成导通状态，使第一主控开关MP1的开关损耗更低。
在一种实施例中，第二变压器中的第四电感L4与第二感性元件L2中的电感或变压器的主级绕组具有相同的同名端位置，在第二主控开关MP2从截止状态切换成导通状态前的第二脉冲时间T213的一部分或全部，第二辅控开关MA2导通，电流流过第四电感L4，通过第二变压器的耦合关系，第二主控开关MP2两端的第二跨压Vds2从第二主控开关MP2截止时的第三电位降低到更低的第四电位后，第二主控开关MP2再从截止状态切换成导通状态，使第二主控开关MP2的开关损耗更低。
在一种实施例中，第二变压器中的第四电感L4与第二感性元件L2中的电感或变压器的主级绕组具有相反的同名端位置，在第二主控开关MP2从截止状态切换成导通状态前的第二脉冲时间T213的第一期间T212，第二辅控开关MA2导通，电流流过第四电感L4，第二主控开关MP2两端的第二跨压Vds2从第二主控开关MP2截止时的电位上升到第三电位，在第二主控开关MP2从截止状态切换成导通状态前的第二脉冲时间T213的第二期间T223，第二辅控开关MA2截止，通过第二变压器的耦合关系，第二主控开关MP2两端的第二跨压Vds2从第三电位降低到更低的第四电位后，第二主控开关MP2再从截止状态切换成导通状态，使第二主控开关MP2的开关损耗更低。
下面结合具体的实施例进行更详细的阐述本实用新型，如图3a的实施例和图4a的部分节点波形图，图3a显示了一种升压-反激两级电源电路，所述两级电源电路的输入端具有交流电压源，交流电压源经过整流模块后，在输入电容CIN上输出半波直流输入电压VIN，两级电源电路的第一级转换器的功率级为升压架构，包括第一感性元件L1，第一主控开关MP1，第一整流模块D1和中间电容CM，此处第一感性元件L1为一个电感，第一感性元件L1与第三电感L3通过磁耦合形成第一变压器，第一感性元件L1的第一端耦接输入电压VIN，第一感性元件L1的第二端耦接第一主控开关MP1的第一端和第一整流模块D1的第一端，第一主控开关MP1的控制端耦接控制模块，第一主控开关MP1的第二端通过第一检测电阻RCS1耦接地，第一检测电阻RCS1上产生第一检测电压VCS1与控制模块耦接；第一主控开关MP1的第一端与第二端之间具有第一寄生电容Coss1，在第一寄生电容Coss1上产生第一跨压Vds1，在现有技术中，第一主控开关MP1从截止状态切换成导通状态时，第一跨压Vds1同时从第一主控开关MP1截止时的第一电位下降到零电位，第一寄生电容Coss1上的能量在第一主控开关MP1的沟道电阻上以热量消耗掉，这导致了第一主控开关MP1的开关损耗；第一整流模块D1的第二端耦接中间电容VM的第一端，中间电容VM的第二端接地；两级电源电路的第二级转换器的功率级为反激架构，包括中间电容CM，第二感性元件L2，第二主控开关MP2，第二整流模块D2和输出电容CO，此处第二感性元件L2为一个变压器，标记为第二变压器，第二感性元件L2具有主级绕组和次级绕组，第四电感L4为第二变压器的辅助绕组，第二感性元件L2的第一端耦接中间电容CM第一端的中间电压VM，第二感性元件L2的第二端耦接第二主控开关MP2的第一端，第二主控开关MP2的控制端耦接控制模块输出的第二控制信号GP2，第二主控开关MP2的第二端通过第二检测电阻RCS2耦接地，第二检测电阻RCS2上产生第二检测电压VCS2与控制模块耦接；第二主控开关MP2的第一端与第二端之间具有第二寄生电容Coss2，在第二寄生电容Coss2上产生第二跨压Vds2，在现有技术中，第二主控开关MP2从截止状态切换成导通状态时，第二跨压Vds2同时从第二主控开关MP2截止时的第三电位下降到零电位，第二寄生电容Coss2上的能量在第二主控开关MP2的沟道电阻上以热量消耗掉，这导致了第二主控开关MP2的开关损耗。第二主控开关MP1的第一端还耦接吸收二极管Dlp的阳极，二极管Dlp的阴极耦接吸收电容Clp的第一端，吸收电容Clp的第二端耦接中间电容CM的第一端，第一整流模块D1和第二整流模块D2为二极管构成的非同步整流或为金属氧化物半导体场效管MOSFET构成的同步整流。
辅助模块的第三电感L3的第二端耦接第一辅控开关MA1的第一端，第一辅控开关MA1到的控制端耦接控制模块输出的第一辅控信号GA1，第一辅控开关MA1的第二端耦接供电电容CP的第一端，并在供电电容CP上产生供电电压VCC为控制模块供电；辅助模块的第四电感L4的第二端耦接第二辅控开关MA2的第一端，第二辅控开关MA2到的控制端耦接控制模块输出的第二辅控信号GA2，第二辅控开关MA2的第二端耦接供电电容CP的第一端，并在供电电容CP上产生供电电压VCC为控制模块供电。在一种实施例中，第一辅控开关MA1的第二端，和/或第二辅控开关MA2到的低端也可以直接耦接地。
在一种实施例中，第三电感L3的第一端VA3耦接输入电容CIN的第一端的电容极板；在一种实施例中，第三电感L3的第一端VA3耦接中间电容VM的第一端的电容极板；在一种实施例中，第三电感L3的第一端VA3耦接吸收电容Clp的第一端的电容极板；在一种实施例中，第三电感L3的第一端VA3耦接吸收电容Clp的第二端的电容极板。在第一辅控开关MA1导通时，这些电容极板上的电压对第三电感L3充电，同时流过第三电感L3的电流经过第一辅控开关MA1后对供电电容CP充电，同时产生供电电压VCC对控制模块供电。
在一种实施例中，第四电感L4的第一端VA4耦接输入电容CIN的第一端的电容极板；在一种实施例中，第四电感L4的第一端VA4耦接中间电容VM的第一端的电容极板；在一种实施例中，第四电感L4的第一端VA4耦接吸收电容Clp的第一端的电容极板；在一种实施例中，第四电感L4的第一端VA4耦接吸收电容Clp的第二端的电容极板。在第二辅控开关MA2导通时，这些电容极板上的电压对第四电感L4充电，同时流过第四电感L4的电流经过第二辅控开关MA2后对供电电容CP充电，同时产生供电电压VCC对控制模块供电。
在一种实施例中，零电压切换两级电源电路的辅助模块具有第三电感L3和第一辅控开关MA1，第四电感L4和第二辅控开关MA2，结合图3a和图4a，第一变压器中的第三电感L3与第一感性元件L1中的电感或变压器的主级绕组具有相同的同名端位置，如图4a中的(1)所示，在第一主控信号GP1为低电平时，第一主控开关MP1截止，在第一主控开关MP1从截止状态切换成导通状态前的第一脉冲时间T113的一部分(比如T112期间内)或全部(比如T113期间内)，第一辅控开关MA1导通，电流流过第三电感L3产生第三电感电流Ia3，通过第一变压器的耦合关系，第一主控开关MP1两端的第一跨压Vds1从第一主控开关MP1截止时的第一电位降低到更低的第二电位后(比如零电位)，第一主控开关MP1再从截止状态切换成导通状态，使第一主控开关MP1的开关损耗更低。如图4a中的(2)所示，第二变压器中的第四电感L4与第二感性元件L2中的电感或变压器的主级绕组具有相同的同名端位置，在第二主控信号GP2为低电平时，第二主控开关MP2截止，在第二主控开关MP2从截止状态切换成导通状态前的第二脉冲时间T213的一部分(比如T212期间内)或全部(比如T213期间内)，第二辅控开关MA2导通，电流流过第四电感L4产生第四电感电流Ia4，通过第二变压器的耦合关系，第二主控开关MP2两端的第二跨压Vds2从第二主控开关MP2截止时的第三电位降低到更低的第四电位后(比如零电位)，第二主控开关MP2再从截止状态切换成导通状态，使第二主控开关MP2的开关损耗更低。
在一种实施例中，零电压切换两级电源电路的辅助模块具有第三电感L3和第一辅控开关MA1，第四电感L4和第二辅控开关MA2，结合图3a和图4b，第一变压器中的第三电感L3与第一感性元件L1中的电感或变压器的主级绕组具有相反的同名端位置，如图4b中的(1)所示，在第一主控信号GP1为低电平时，第一主控开关MP1截止，在第一主控开关MP1从截止状态切换成导通状态前的第一脉冲时间T113的第一期间T112，第一辅控开关MA1导通，电流流过第三电感L3产生第三电感电流Ia3，通过第一变压器的耦合关系，第一主控开关MP1两端的第一跨压Vds1从第一主控开关MP1截止时的电位上升到第一电位，在第一主控开关MP1从截止状态切换成导通状态前的第一脉冲时间T113的第二期间T123，第一辅控开关MA1截止，通过第一变压器的耦合关系，第一主控开关MP1两端的第一跨压Vds1从第一电位降低到更低的第二电位后(比如零电位)，第一主控开关MP1再从截止状态切换成导通状态，使第一主控开关MP1的开关损耗更低。如图4b中的(2)所示，第二变压器中的第四电感L4与第二感性元件L2中的电感或变压器的主级绕组具有相反的同名端位置，在第二主控信号GP2为低电平时，第二主控开关MP2截止，在第二主控开关MP2从截止状态切换成导通状态前的第二脉冲时间T213的第一期间T212，第二辅控开关MA2导通，电流流过第四电感L4产生第四电感电流Ia4，通过第二变压器的耦合关系，第二主控开关MP2两端的第二跨压Vds2从第二主控开关MP2截止时的电位上升到第三电位，在第二主控开关MP2从截止状态切换成导通状态前的第二脉冲时间T213的第二期间T223，第二辅控开关MA2截止，通过第二变压器的耦合关系，第二主控开关MP2两端的第二跨压Vds2从第三电位降低到更低的第四电位后(比如零电位)，第二主控开关MP2再从截止状态切换成导通状态，使第二主控开关MP2的开关损耗更低。
在一种实施例中，零电压切换两级电源电路的辅助模块具有第三电感L3和第一辅控开关MA1，第四电感L4和第二辅控开关MA2，结合图3a和图4c，第一变压器中的第三电感L3与第一感性元件L1中的电感或变压器的主级绕组具有相同的同名端位置，如图4c中的(1)所示，在第一主控信号GP1为低电平时，第一主控开关MP1截止，在第一主控开关MP1从截止状态切换成导通状态前的第一脉冲时间T113的一部分(比如T112期间内)或全部(比如T113期间内)，第一辅控开关MA1导通，电流流过第三电感L3产生第三电感电流Ia3，通过第一变压器的耦合关系，第一主控开关MP1两端的第一跨压Vds1从第一主控开关MP1截止时的第一电位降低到更低的第二电位后(比如零电位)，第一主控开关MP1再从截止状态切换成导通状态，使第一主控开关MP1的开关损耗更低。如图4c中的(2)所示，第二变压器中的第四电感L4与第二感性元件L2中的电感或变压器的主级绕组具有相反的同名端位置，在第二主控信号GP2为低电平时，第二主控开关MP2截止，在第二主控开关MP2从截止状态切换成导通状态前的第二脉冲时间T213的第一期间T212，第二辅控开关MA2导通，电流流过第四电感L4产生第四电感电流Ia4，通过第二变压器的耦合关系，第二主控开关MP2两端的第二跨压Vds2从第二主控开关MP2截止时的电位上升到第三电位，在第二主控开关MP2从截止状态切换成导通状态前的第二脉冲时间T213的第二期间T223，第二辅控开关MA2截止，通过第二变压器的耦合关系，第二主控开关MP2两端的第二跨压Vds2从第三电位降低到更低的第四电位后(比如零电位)，第二主控开关MP2再从截止状态切换成导通状态，使第二主控开关MP2的开关损耗更低。
在一种实施例中，零电压切换两级电源电路的辅助模块具有第三电感L3和第一辅控开关MA1，第四电感L4和第二辅控开关MA2，结合图3a和图4d，第一变压器中的第三电感L3与第一感性元件L1中的电感或变压器的主级绕组具有相反的同名端位置，如图4d中的(1)所示，在第一主控信号GP1为低电平时，第一主控开关MP1截止，在第一主控开关MP1从截止状态切换成导通状态前的第一脉冲时间T113的第一期间T112，第一辅控开关MA1导通，电流流过第三电感L3产生第三电感电流Ia3，通过第一变压器的耦合关系，第一主控开关MP1两端的第一跨压Vds1从第一主控开关MP1截止时的电位上升到第一电位，在第一主控开关MP1从截止状态切换成导通状态前的第一脉冲时间T113的第二期间T123，第一辅控开关MA1截止，通过第一变压器的耦合关系，第一主控开关MP1两端的第一跨压Vds1从第一电位降低到更低的第二电位后(比如零电位)，第一主控开关MP1再从截止状态切换成导通状态，使第一主控开关MP1的开关损耗更低。如图4d中的(2)所示，第二变压器中的第四电感L4与第二感性元件L2中的电感或变压器的主级绕组具有相同的同名端位置，在第二主控信号GP2为低电平时，第二主控开关MP2截止，在第二主控开关MP2从截止状态切换成导通状态前的第二脉冲时间T213的一部分(比如T212期间内)或全部(比如T213期间内)，第二辅控开关MA2导通，电流流过第四电感L4产生第四电感电流Ia4，通过第二变压器的耦合关系，第二主控开关MP2两端的第二跨压Vds2从第二主控开关MP2截止时的第三电位降低到更低的第四电位后(比如零电位)，第二主控开关MP2再从截止状态切换成导通状态，使第二主控开关MP2的开关损耗更低。
在一种实施例中，零电压切换两级电源电路的辅助模块只具有第三电感L3和第一辅控开关MA1，不具有第四电感L4和第二辅控开关MA2，且第一变压器中的第三电感L3与第一感性元件L1中的电感或变压器的主级绕组具有相同的同名端位置，如图4e所示，在第一主控信号GP1为低电平时，第一主控开关MP1截止，在第一主控开关MP1从截止状态切换成导通状态前的第一脉冲时间T113的一部分(比如T112期间内)或全部(比如T113期间内)，第一辅控开关MA1导通，电流流过第三电感L3产生第三电感电流Ia3，通过第一变压器的耦合关系，第一主控开关MP1两端的第一跨压Vds1从第一主控开关MP1截止时的第一电位降低到更低的第二电位后(比如零电位)，第一主控开关MP1再从截止状态切换成导通状态，使第一主控开关MP1的开关损耗更低。
在一种实施例中，零电压切换两级电源电路的辅助模块只具有第三电感L3和第一辅控开关MA1，不具有第四电感L4和第二辅控开关MA2，且第一变压器中的第三电感L3与第一感性元件L1中的电感或变压器的主级绕组具有相反的同名端位置，如图4f所示，在第一主控信号GP1为低电平时，第一主控开关MP1截止，在第一主控开关MP1从截止状态切换成导通状态前的第一脉冲时间T113的第一期间T112，第一辅控开关MA1导通，电流流过第三电感L3产生第三电感电流Ia3，通过第一变压器的耦合关系，第一主控开关MP1两端的第一跨压Vds1从第一主控开关MP1截止时的电位上升到第一电位，在第一主控开关MP1从截止状态切换成导通状态前的第一脉冲时间T113的第二期间T123，第一辅控开关MA1截止，通过第一变压器的耦合关系，第一主控开关MP1两端的第一跨压Vds1从第一电位降低到更低的第二电位后(比如零电位)，第一主控开关MP1再从截止状态切换成导通状态，使第一主控开关MP1的开关损耗更低。
在一种实施例中，零电压切换两级电源电路的辅助模块只具有第四电感L4和第二辅控开关MA2，不具有第三电感L3和第一辅控开关MA1，如图4g所示，第二变压器中的第四电感L4与第二感性元件L2中的电感或变压器的主级绕组具有相同的同名端位置，在第二主控信号GP2为低电平时，第二主控开关MP2截止，在第二主控开关MP2从截止状态切换成导通状态前的第二脉冲时间T213的一部分(比如T212期间内)或全部(比如T213期间内)，第二辅控开关MA2导通，电流流过第四电感L4产生第四电感电流Ia4，通过第二变压器的耦合关系，第二主控开关MP2两端的第二跨压Vds2从第二主控开关MP2截止时的第三电位降低到更低的第四电位后(比如零电位)，第二主控开关MP2再从截止状态切换成导通状态，使第二主控开关MP2的开关损耗更低。
在一种实施例中，零电压切换两级电源电路的辅助模块只具有第四电感L4和第二辅控开关MA2，不具有第三电感L3和第一辅控开关MA1，如图4h所示，第二变压器中的第四电感L4与第二感性元件L2中的电感或变压器的主级绕组具有相反的同名端位置，在第二主控信号GP2为低电平时，第二主控开关MP2截止，在第二主控开关MP2从截止状态切换成导通状态前的第二脉冲时间T213的第一期间T212，第二辅控开关MA2导通，电流流过第四电感L4产生第四电感电流Ia4，通过第二变压器的耦合关系，第二主控开关MP2两端的第二跨压Vds2从第二主控开关MP2截止时的电位上升到第三电位，在第二主控开关MP2从截止状态切换成导通状态前的第二脉冲时间T213的第二期间T223，第二辅控开关MA2截止，通过第二变压器的耦合关系，第二主控开关MP2两端的第二跨压Vds2从第三电位降低到更低的第四电位后(比如零电位)，第二主控开关MP2再从截止状态切换成导通状态，使第二主控开关MP2的开关损耗更低。
图3b显示了一种升压-降压两级电源电路，图3b与图3a相同的部分是，第一级转换器都是升压架构功率级的转换器，第一感性元件L1为一个电感；图3b与图3a不同的部分是，图3a的第二级转换器是反激架构功率级的转换器，第二感性元件L2为一个变压器，图3b的第二级转换器是降压架构功率级的转换器，第二感性元件L2为一个电感；具体的电路连接关系，可以参考图3b，说明书不再详细描述，对于图3a和图3b降低第一主控开关和/或第二主控开关开关损耗的工作原理，二者完全相同，具体的工作原理可对比参考图3b和图4a-图4h的部分节点波形图以及说明书前文的具体描述，说明书不再重复描述。
图3c显示了一种升压-升压两级电源电路，图3c与图3a相同的部分是，第一级转换器都是升压架构功率级的转换器，第一感性元件L1为一个电感；图3c与图3a不同的部分是，图3a的第二级转换器是反激架构功率级的转换器，第二感性元件L2为一个变压器，图3c的第二级转换器是升压架构功率级的转换器，第二感性元件L2为一个电感；具体的电路连接关系，可以参考图3c，说明书不再详细描述，对于图3a和图3c降低第一主控开关和/或第二主控开关开关损耗的工作原理，二者完全相同，具体的工作原理可对比参考图3c和图4a-图4h的部分节点波形图以及说明书前文的具体描述，说明书不再重复描述。
图3d显示了一种升压-升降压两级电源电路，图3d与图3a相同的部分是，第一级转换器都是升压架构功率级的转换器，第一感性元件L1为一个电感；图3d与图3a不同的部分是，图3a的第二级转换器是反激架构功率级的转换器，第二感性元件L2为一个变压器，图3d的第二级转换器是升降压架构功率级的转换器，第二感性元件L2为一个电感；具体的电路连接关系，可以参考图3d，说明书不再详细描述，对于图3a和图3d降低第一主控开关和/或第二主控开关开关损耗的工作原理，二者完全相同，具体的工作原理可对比参考图3d和图4a-图4h的节点波形图以及说明书前文的具体描述，说明书不再重复描述。
图3e显示了一种反激-降压两级电源电路，图3e与图3a不同的部分是，图3e的第一级转换器是反激架构功率级的转换器，第一感性元件L1为一个变压器，第二级转换器是降压架构功率级的转换器，第二感性元件L2为一个电感，具体的电路连接关系，可以参考图3e，说明书不再详细描述，图3e降低第一主控开关损耗的工作原理与图3a类似，具体的工作原理可对比参考图3e和图4e-图4f的部分节点波形图以及说明书前文的具体描述，说明书不再重复描述。
在一种实施例中，零电压切换两级电源电路为负载提供恒定的电压。在一种实施例中，零电压切换两级电源电路为负载提供恒定的电流。在一种实施例中，零电压切换两级电源电路为负载提供恒定的电压和电流。
第二方面
本实用新型提供了一种电源系统，包括第一方面中任一项所述的零电压切换两级电源电路，所述电源系统为负载提供恒定的电压，和/或电流。
从以上实施例的描述中可以看出，图2中的第一级转换器的功率级可为升压架构，或为反激架构中的一种；第二级转换器的功率级可为升压架构，或为升降压架构，或为降压架构，或为反激架构中的一种；至于本说明中没有列举出来的其他功率级的变形架构，本领域的人员可以通过相关元器件的位置组合进行变换，本说明书不再进行详细阐述。
从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：
本申请的零电压切换两级电源电路和电源系统，降低了开关损耗。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
还需要说明的是，在本文中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，诸如“第一”和“第二”之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。“和/或”表示可以选择两者之中的任意一个，也可以两者都选择。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
以上对本实用新型所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型，在具体实施方式及应用范围上均会有不同形式的改变之处，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种零电压切换两级电源电路，其特征在于，所述零电压切换两级电源电路包括：第一级转换器，第二级转换器，辅助模块和控制模块；
第一级转换器，至少包括第一感性元件，中间电容和第一主控开关；
第二级转换器，至少包括第二感性元件，中间电容和第二主控开关；
辅助模块，包括第三电感，和/或第四电感；通过磁场耦接的方式，第三电感与第一级转换器的第一感性元件耦合形成第一变压器，第三电感为第一变压器的辅助绕组，和/或第四电感与第二级转换器的第二感性元件耦合形成第二变压器，第四电感为第二变压器的辅助绕组；
控制模块，耦接第一主控开关的控制端，第二主控开关的控制端和辅助模块；
控制模块通过控制所述第三电感，和/或第四电感中的电流，使第一主控开关，和/或第二主控开关的开关损耗更低。
2.根据权利要求1所述的零电压切换两级电源电路，其特征在于，
所述辅助模块还包括第一辅控开关，第三电感的第二端与第一辅控开关的第一端耦接，第三电感的第一端耦接一个电容的极板，所述极板上的电压可为第三电感充电，第一辅控开关的控制端耦接控制模块，第一辅控开关的第二端耦接地或串联供电电容后耦接地；和/或
所述辅助模块还包括第二辅控开关，第四电感的第二端与第二辅控开关的第一端耦接，第四电感的第一端耦接一个电容的极板，所述极板上的电压可为第四电感充电，第二辅控开关的控制端耦接控制模块，第二辅控开关的第二端耦接地或串联供电电容后耦接地。
3.根据权利要求2所述的零电压切换两级电源电路，其特征在于，所述第三电感的第一端耦接的电容与所述第四电感的第一端耦接的电容为相同的一个电容，或所述第三电感的第一端耦接的电容与所述第四电感的第一端耦接的电容为不同的一个电容。
4.根据权利要求2所述的零电压切换两级电源电路，其特征在于，
在第一主控开关从截止状态切换成导通状态之前，第一辅控开关先导通第一脉冲时间，使流过第三电感的电流流经第一辅控开关到地；或使流过第三电感的电流流经第一辅控开关后对供电电容充电；和/或
在第二主控开关从截止状态切换成导通状态之前，第二辅控开关先导通第二脉冲时间，使流过第四电感的电流流经第二辅控开关到地；或使流过第四电感的电流流经第二辅控开关后对供电电容充电；
所述供电电容为所述控制模块提供供电电压。
5.根据权利要求4所述的零电压切换两级电源电路，其特征在于，所述第一变压器中的第三电感与第一感性元件中的电感或变压器的主级绕组具有相同的同名端位置，在第一主控开关从截止状态切换成导通状态前的第一脉冲时间的一部分或全部，第一辅控开关导通，电流流过第三电感，通过第一变压器的耦合关系，第一主控开关两端的第一跨压从第一主控开关截止时的第一电位降低到更低的第二电位后，第一主控开关再从截止状态切换成导通状态，使第一主控开关的开关损耗更低；或
所述第一变压器中的第三电感与第一感性元件中的电感或变压器的主级绕组具有相反的同名端位置，在第一主控开关从截止状态切换成导通状态前的第一脉冲时间的第一期间，第一辅控开关导通，电流流过第三电感，第一主控开关两端的第一跨压从第一主控开关截止时的电位上升到第一电位，在第一主控开关从截止状态切换成导通状态前的第一脉冲时间的第二期间，第一辅控开关截止，通过第一变压器的耦合关系，第一主控开关两端的第一跨压从第一电位降低到更低的第二电位后，第一主控开关再从截止状态切换成导通状态，使第一主控开关的开关损耗更低；或
所述第二变压器中的第四电感与第二感性元件中的电感或变压器的主级绕组具有相同的同名端位置，在第二主控开关从截止状态切换成导通状态前的第二脉冲时间的一部分或全部，第二辅控开关导通，电流流过第四电感，通过第二变压器的耦合关系，第二主控开关两端的第二跨压从第二主控开关截止时的第三电位降低到更低的第四电位后，第二主控开关再从截止状态切换成导通状态，使第二主控开关的开关损耗更低；或
所述第二变压器中的第四电感与第二感性元件中的电感或变压器的主级绕组具有相反的同名端位置，在第二主控开关从截止状态切换成导通状态前的第二脉冲时间的第一期间，第二辅控开关导通，电流流过第四电感，第二主控开关两端的第二跨压从第二主控开关截止时的电位上升到第三电位，在第二主控开关从截止状态切换成导通状态前的第二脉冲时间的第二期间，第二辅控开关截止，通过第二变压器的耦合关系，第二主控开关两端的第二跨压从第三电位降低到更低的第四电位后，第二主控开关再从截止状态切换成导通状态，使第二主控开关的开关损耗更低。
6.根据权利要求5所述的零电压切换两级电源电路，其特征在于，所述零电压切换两级电源电路还包括输入电容、输出电容和整流模块；由输入电容，第一感性元件，整流模块，中间电容和第一主控开关组成的第一级转换器的功率级为升压架构，或为升降压架构，或为降压架构，或为反激架构中的一种；由输出电容，第二感性元件，整流模块，中间电容和第二主控开关组成的第二级转换器的功率级为升压架构，或为升降压架构，或为降压架构，或为反激架构中的一种。
7.根据权利要求6所述的零电压切换两级电源电路，其特征在于，所述第三电感的第一端耦接一个电容的极板，和/或第四电感的第一端耦接一个电容的极板为输入电容的第一端的电容极板；或为中间电容的第一端的电容极板；或为吸收电容的第一端的电容极板，或为吸收电容的第二端的电容极板；或为输出电容的第一端的电容极板。
8.根据权利要求7所述的零电压切换两级电源电路，其特征在于，所述零电压切换两级电源电路包括驱动芯片，所述驱动芯片包括控制模块、第一辅控开关，和/或第二辅控开关；所述驱动芯片通过控制所述第一辅控开关，和/或第二辅控开关的导通或截止，使第一主控开关，和/或第二主控开关的开关损耗更低。
9.根据权利要求8所述的零电压切换两级电源电路，其特征在于，所述零电压切换两级电源电路为负载提供恒定的电压，和/或电流。
10.一种电源系统，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的零电压切换两级电源电路，所述电源系统为负载提供恒定的电压，和/或电流。
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