一种开关变换器及其控制方法技术

技术编号:21776654 阅读:25 留言:0更新日期:2019-08-03 23:01
本发明专利技术公开了一种开关变换器及其控制方法,开关变换器包括输入电源正、输出电压负、电源公共地、开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4、电感器L1和电容器C1;开关管Q1的漏极和开关管Q3的漏极连接到输入电源正,开关管Q1的源极和开关管Q2的漏极连接到电感器L1的一端,开关管Q3的源极和开关管Q4的漏极连接到电感器L1的另一端,开关管Q4的源极连接到电容器C1的一端,开关管Q2的源极和电容器C1的另一端连接到电源公共地。本发明专利技术实现输入输出电压极性相反,所有开关管ZVS开通,效率高;在输入输出电压之比的绝对值较大时能实现电感器L1快速去磁,并将电感器L1的电流波形从三角形变为四边形,实现开关变换器高频高效工作。

A Switching Converter and Its Control Method

【技术实现步骤摘要】
一种开关变换器及其控制方法
本专利技术涉及开关电源,特别涉及开关变换器电路及其控制方法。
技术介绍
图1为传统的Buck_Boost电路,电路工作在断续模式下电流有效值较大,MOS管Q1硬开关,D1的导通损耗大。图2为CUK电路,是四阶甚至更高阶电路,动态过程复杂,输出容易超调,电路工作在断续模式下电流有效值较大,MOS管Q1硬开关,D1的导通损耗大。传统的Buck_Boost电路和CUK电路都属于反极性电路,输入输出电压反相。但是都存在电路工作在断续模式下电流有效值较大,导通损耗偏大的问题;MOS管Q1硬开关,开关损耗较大,所以不适合高电压输入,高频化场景应用。在断续模式和输入输出电压之比的绝对值大于2时,电感器L1的去磁时间太长,且去磁时间与输出电流的大小成正比,存在大电流输出和高频化难以折中的问题。
技术实现思路
鉴于现有反极性电路的技术缺陷,本专利技术提出一种开关变换器电路及其控制方式,电路工作在断续模式下降低了电流有效值,解决了导通损耗偏大的问题;所有开关管实现ZVS开通,在断续模式和输入输出电压之比的绝对值大于2时,解决了电感器L1的去磁时间太长,难以大电流输出和高频化的问题。为了实现上述专利技术目的,本专利技术采用以下技术方案:一种开关变换器,包括输入电源正、输出电压负、电源公共地、开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4、电感器L1和电容器C1;开关管Q1的漏极和开关管Q3的漏极连接到输入电源正,开关管Q1的源极和开关管Q2的漏极连接到电感器L1的一端,开关管Q3的源极和开关管Q4的漏极连接到电感器L1的另一端,开关管Q4的源极连接到电容器C1的一端,开关管Q2的源极和电容器C1的另一端连接到电源公共地。优选地,所述的开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3和开关管Q4为MOS管、三极管或者IGBT。上述开关变换器的第一种控制方法为:在上一个周期结束时关断开关管Q1,由于电感器L1的电流为负,电感器L1的电流IL给开关管Q1的输出电容Coss1充电,开关管Q2的输出电容Coss2放电,电感器L1一端的电压由Vin降到0V,开关管Q2实现ZVS开通;由于开关管Q3处于导通状态,所以电感器L1两端的电压为Vin,Vin电压对电感器L1励磁,电感器L1的电流IL上升,根据闭环控制要求再关断开关管Q3;电感器L1的电流IL给开关管Q3的输出电容Coss3充电,给开关管Q4的输出电容Coss4放电,使电感器L1另一端的电压由Vin降为Vo,开关管Q4实现ZVS开通;电感器L1两端的电压为Vo,对电感器L1去磁,电流IL下降,然后根据闭环控制要求再关断开关管Q2,电感器L1的电流IL给开关管Q2的输出电容Coss2充电,给开关管Q1的输出电容Coss1放电,使电感器L1一端的电压从0V上升到Vin,开关管Q1实现ZVS开通;电感器L1两端的电压为Vin-Vo,Vin-Vo电压对电感器L1去磁,电感器L1的电流IL下降到负电流,然后关断开关管Q4,电感器L1的电流IL给开关管Q4的输出电容Coss4充电,给开关管Q3的输出电容Coss3放电,使电感器L1另一端的电压从Vo上升到Vin,开关管Q3实现ZVS开通;从而开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3和开关管Q4在一个周期里均实现了ZVS开通。再根据闭环控制要求关断开关管Q1,下一个周期开启。结合图5描述工作过程如下:t0~t1阶段:在t0时刻开关管Q2导通,电感器L1两端的电压为Vin,对电感器L1励磁,电感器L1的电流IL上升,在t1时刻关断开关管Q3;t1~t2阶段:开关管Q3关断后,电感器L1的电流IL给开关管Q3的输出电容Coss3充电,给开关管Q4的输出电容Coss4放电。在t2时刻电感器L1另一端的电压由Vin降为Vo,开关管Q4实现ZVS开通;t2~t3阶段:电感器L1两端的电压为Vo,对电感器L1去磁,电流IL下降,在t3时刻关断开关管Q2;t3~t4阶段:电感器L1的电流IL给开关管Q2的输出电容Coss2充电,给开关管Q1的输出电容Coss1放电,在t4时刻电感器L1一端的电压从0V上升到Vin,开关管Q1实现ZVS开通;t4~t5阶段:电感器L1的电流IL存在一次换相,由正转负,在t5时刻关断开关管Q4;t5~t6阶段:电感器L1的电流IL给开关管Q4的输出电容Coss4充电,给开关管Q3的输出电容Coss3放电,在t6时刻电感器L1另一端的电压从Vo上升到Vin,开关管Q3实现ZVS开通;t6~t7阶段:电感器L1两端的电压均为Vin,电压差为零,所以电感器L1的电流IL保持不变,t7时刻关断开关管Q1;t7~t0+Tx阶段:电感器L1的电流IL给开关管Q1的输出电容Coss1充电,开关管Q2的输出电容Coss2放电,在t0+Tx时刻电感器L1一端的电压由Vin降到0V,开关管Q2实现ZVS开通;本周期结束,下一个工作周期开始,重复上面的阶段。作为上述第一种控制方法的改进,当负载变轻时,开关管Q2开通到开关管Q4关断阶段的时间开始减小,开关管Q3开通到开关管Q1关断阶段的时间变长。上述开关变换器的第二种控制方法为:在上一个周期结束时关断开关管Q4,由于电感器L1的电流为负,电感器L1的电流IL给开关管Q4的输出电容Coss4充电,开关管Q3的输出电容Coss3放电,电感器L1另一端的电压从Vo上升到Vin,开关管Q3实现ZVS开通;由于开关管Q2处于导通状态,所以电感器L1两端的电压为Vin,Vin电压对电感器L1励磁,电感器L1的电流IL上升,根据闭环控制要求再关断开关管Q3;电感器L1的电流IL给开关管Q3的输出电容Coss3充电,给开关管Q4的输出电容Coss4放电,使电感器L1另一端的电压从Vin降为Vo,开关管Q4实现ZVS开通;电感器L1两端的电压为Vo,对电感器L1去磁,电流IL下降,然后根据闭环控制要求再关断开关管Q2,电感器L1的电流IL给开关管Q2的输出电容Coss2充电,给开关管Q1的输出电容Coss1放电,使电感器L1一端的电压从0V上升到Vin,开关管Q1实现ZVS开通;电感器L1两端的电压为Vin-Vo,Vin-Vo电压对电感器L1去磁,电感器L1的电流IL下降到零时关断开关管Q1,开关管Q1的输出电容Coss1开始充电,开关管Q2的输出电容Coss2放电,电感器L1的电流IL从零下降为负向电流,电感器L1一端的电压由Vin下降到0V,开关管Q2实现ZVS开通;从而开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3和开关管Q4在一个周期里均实现了ZVS开通。再根据闭环控制要求关断开关管Q4,下一个周期开启。结合图6描述工作过程如下:t0~t1阶段:在t0时刻开关管Q3导通,电感器L1两端的电压为Vin,对电感器L1励磁,电感器L1的电流IL上升,在t1时刻关断开关管Q3;t1~t2阶段:开关管Q3关断后,电感器L1的电流IL给开关管Q3的输出电容Coss3充电,给开关管Q4的输出电容Coss4放电。在t2时刻电感器L1另一端的电压由Vin降为Vo,开关管Q4实现ZVS开通;t2~t3阶段:电感器L1两端的电压为Vo,对电感器L1去磁,电流IL下降,在t3时刻关断开关管Q2;t3~t4阶段:电感器L1的电流IL给开关管Q2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种开关变换器的控制方法,用于控制一种开关变换器,所述的开关变换器包括输入电源正、输出电压负、电源公共地、开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4、电感器L1和电容器C1;开关管Q1的漏极和开关管Q3的漏极连接到输入电源正,开关管Q1的源极和开关管Q2的漏极连接到电感器L1的一端,开关管Q3的源极和开关管Q4的漏极连接到电感器L1的另一端,开关管Q4的源极连接到电容器C1的一端,开关管Q2的源极和电容器C1的另一端连接到电源公共地;其特征在于:在上一个周期结束时关断开关管Q1,由于电感器L1的电流为负,电感器L1的电流IL给开关管Q1的输出电容Coss1充电,给开关管Q2的输出电容Coss2放电,电感器L1一端的电压由Vin降到0V,开关管Q2实现ZVS开通;由于开关管Q3处于导通状态,所以电感器L1两端的电压为Vin,Vin电压对电感器L1励磁,电感器L1的电流IL上升,根据闭环控制要求再关断开关管Q3;电感器L1的电流IL给开关管Q3的输出电容Coss3充电,给开关管Q4的输出电容Coss4放电,使电感器L1另一端的电压由Vin降为Vo,开关管Q4实现ZVS开通;电感器L1两端的电压为Vo,对电感器L1去磁,电流IL下降,然后根据闭环控制要求再关断开关管Q2,电感器L1的电流IL给开关管Q2的输出电容Coss2充电,给开关管Q1的输出电容Coss1放电,使电感器L1一端的电压从0V上升到Vin,开关管Q1实现ZVS开通;电感器L1两端的电压为Vin‑Vo,Vin‑Vo电压对电感器L1去磁,电感器L1的电流IL下降到负电流,然后关断开关管Q4,电感器L1的电流IL给开关管Q4的输出电容Coss4充电,给开关管Q3的输出电容Coss3放电,使电感器L1另一端的电压从Vo上升到Vin,开关管Q3实现ZVS开通;从而开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3和开关管Q4在一个周期里均实现了ZVS开通;再根据闭环控制要求关断开关管Q1,下一个周期开启。...

【技术特征摘要】
1.一种开关变换器的控制方法,用于控制一种开关变换器,所述的开关变换器包括输入电源正、输出电压负、电源公共地、开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4、电感器L1和电容器C1;开关管Q1的漏极和开关管Q3的漏极连接到输入电源正,开关管Q1的源极和开关管Q2的漏极连接到电感器L1的一端,开关管Q3的源极和开关管Q4的漏极连接到电感器L1的另一端,开关管Q4的源极连接到电容器C1的一端,开关管Q2的源极和电容器C1的另一端连接到电源公共地;其特征在于:在上一个周期结束时关断开关管Q1,由于电感器L1的电流为负,电感器L1的电流IL给开关管Q1的输出电容Coss1充电,给开关管Q2的输出电容Coss2放电,电感器L1一端的电压由Vin降到0V,开关管Q2实现ZVS开通;由于开关管Q3处于导通状态,所以电感器L1两端的电压为Vin,Vin电压对电感器L1励磁,电感器L1的电流IL上升,根据闭环控制要求再关断开关管Q3;电感器L1的电流IL给开关管Q3的输出电容Coss3充电,给开关管Q4的输出电容Coss4放电,使电感器L1另一端的电压由Vin降为Vo,开关管Q4实现ZVS开通;电感器L1两端的电压为Vo,对电感器L1去磁,电流IL下降,然后根据闭环控制要求再关断开关管Q2,电感器L1的电流IL给开关管Q2的输出电容Coss2充电,给开关管Q1的输出电容Coss1放电,使电感器L1一端的电压从0V上升到Vin,开关管Q1实现ZVS开通;电感器L1两端的电压为Vin-Vo,Vin-Vo电压对电感器L1去磁,电感器L1的电流IL下降到负电流,然后关断开关管Q4,电感器L1的电流IL给开关管Q4的输出电容Coss4充电,给开关管Q3的输出电容Coss3放电,使电感器L1另一端的电压从Vo上升到Vin,开关管Q3实现ZVS开通;从而开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3和开关管Q4在一个周期里均实现了ZVS开通;再根据闭环控制要求关断开关管Q1,下一个周期开启。2.根据权利要求1所述的开关变换器的控制方法,其特征在于:所述的开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3和开关管Q4为MOS管、三极管或者IGBT。3.根据权利要求1或2所述的开关变换器的控制方法,其特征在于:当负载变轻时,开关管Q2开通到开关管Q4关断阶段的时间开始减小,开关管Q3开通到开关管Q1关断阶段的时间变长。4.一种开关变换器的控制方法,用于控制一种开关变换器,所述的开关变换器包括输入电源正、输出电压负、电源公共地、开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4、电感器L1和电容器C1;开关管Q1的漏极和开关管Q3的漏极连接到输入电源正,开关管Q1的源极和开关管Q2的漏极连接到电感器L1的一端,开关管Q3的源极和开关管Q4的漏极连接到电感器L1的另一端,开关管Q4的源极连接到电容器C1的一端,开关管Q2的源极和电容器C1的另一端连接到电源公共地;其特征在于:在上一个周期结束时关断开关管Q4,由于电感器L1的电流为负,电感器L1的电流IL给开关管Q4的输出电容Coss4充电,开关管Q3的输出电容Coss3放电,电感器L1另一端的电压从Vo上升到Vin,开关管Q3实现ZVS开通;由于开关管Q2处于导通状态,所以电感器L1两端的电压为Vin,Vin...

【专利技术属性】
技术研发人员:卢鹏飞
申请(专利权)人:广州金升阳科技有限公司
类型:发明
国别省市:广东,44

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