电源变换电路的控制方法以及相关电源变换电路技术

本申请公开了电源变换电路的控制方法以及相关电源变换电路，相关电源变换电路包括三电平开关电路和谐振电路，所述方法包括：控制三电平开关电路中所有晶体管关断，晶体管S1的体二极管、晶体管Q1的体二极管、晶体管Q2的体二极管皆基于所述谐振电路的电流续流作用导通；控制所述S1开通，以建立所述电源变换电路的第一工作状态；在所述第一工作状态持续T1时间后，控制所述Q1和所述Q2开通。实施本发明专利技术实施例，有利于降低电源变换电路中的开关损耗、导通损耗和电流切换损耗。

【技术实现步骤摘要】
电源变换电路的控制方法以及相关电源变换电路
本申请涉及电源
，尤其涉及电源变换电路的控制方法以及相关电源变换电路。
技术介绍
电源变换电路广泛应用于在一电压等级到另一电压等级电能的转换，比如在DC-DC变换中，DC-DC变换电路将源输入电压通过变压、整流、滤波等工作程序，最终输出所需的电压到负载。电源变换电路通常包括开关电路、变压器、整流以及滤波电路，为了实现有序、稳定的电源变换，通常需要对电源变换电路中的开关电路进行高频的控制操作，所以，电源变换电路的能量损耗主要来自开关电路中的开关损耗、导通损耗和电流切换损耗。然而，现在技术在实现降低开关电路的开关损耗、导通损耗和电流切换损耗之间通常不能兼得，技术整合上依然面临严峻挑战。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了电源变换电路的控制方法以及相关电源变换电路中，以期降低电源变换电路中的开关损耗、导通损耗和电流切换损耗。第一方面，本专利技术实施例提供了一种电源变换电路的控制方法，其中，所述电源变换电路包括三电平开关电路、谐振电路、变压器、整流电路和滤波电路；所述三电平开关电路的三个输入端分别连接到直流电压P、参考电压UREF、直流电压N，所述三电平开关电路的输出端SM与所述谐振电路的输入端相连，所述谐振电路的输出端与所述变压器的原边绕组连接，所述变压器的副边绕组与所述整流电路的输入端相连，所述整流电路的输出端与所述滤波电路的输入端相连；其中，所述三电平开关电路包括开关单元UC1和开关单元UC4；所述UC1的一端与所述P连接，另一端与所述UREF连接,所述UC1的输出端为X1，在所述UC1中包括连接在所述P和所述X1之间的第一开关管Q1；所述UC4的一端与所述N连接，另一端与所述UREF连接，所述UC4的输出端为X4，在所述UC4中包括连接在所述直流电压N和所述X4之间的第一开关管Q4；所述三电平开关电路还包括,连接在所述X1和所述SM之间的第二开关管Q2，连接在所述X4和所述SM之间的第二开关管Q3；以及，连接在所述P和所述SM之间的第三开关管S1，连接在所述N和所述SM之间的第三开关管S2；其中，所述Q1、Q2、Q3、Q4、S1、S2均包括晶体管，且每个所述晶体管并联体二极管，所述体二极管的方向设置为在其并联的晶体管被反向偏置时导通。实际工作中，各个开关管Q1、Q2、Q3、Q4、S1、S2受到控制单元的有序控制，通过控制不同开关管的开通与断开，使得输出不同的大小和方向的交流电压VS和电流IS。在本专利技术实施例对电源变换电路的控制过程中，包括了三电平开关电路工作于脉宽调制信号的正半周部分和工作于脉宽调制信号负半周部分，下面重点从所述三电平开关电路工作于脉宽调制信号的正半周角度来描述的本专利技术实施例所提供的控制方法。当所述三电平开关电路工作于脉宽调制信号的正半周时，所述方法包括以下步骤：控制所有所述晶体管关断，所述S1的体二极管、所述Q1的体二极管、所述Q2的体二极管皆基于所述谐振电路的电流续流作用导通；控制所述S1开通，以建立所述电源变换电路的第一工作状态；在所述第一工作状态持续T1时间后，控制所述Q1和所述Q2开通。其中，本专利技术实施例中，S1、S2具有低导通损耗的性质，Q1、Q2、Q3、Q4具有低关断损耗的性质。可以看到，本专利技术实施例提供的电源变换电路包括了三电平开关电路和谐振电路，在对三电平开关电路进行控制的过程中，当所有晶体管都关断时，相关晶体管(如S1、Q1、Q2)的体二极管基于所述谐振电路的电流续流作用导通，其两端的电压为二极管压降(接近于0)，之后再开通S1开通时，S1的开通过程便具备零电压开关(ZeroVoltageSwitch，ZVS)特性，之后在开通Q1、Q2时，Q1、Q2也同样具备ZVS特性，从而实现了降低相关开关管在开通过程中的开关损耗。另外，由于控制S1在所述Q1和所述Q2之前开通，所以待Q1和Q2开通时，在小部分电流从S1所在支路切换到Q1和Q2所在支路，Q1和Q2所在支路的阻抗大于S1所在支路的阻抗，故只需切换极小部分的电流，这样能够避免短时间内电流的快速变化带来额外的电磁干扰(ElectromagneticInterference，EMI)，降低电流切换损耗。而且，由于S1、Q1、Q2皆导通之后，大部分电流经由S1流通，而S1具有低导通损耗的性质，所以能够极大降低电路的导通损耗。也就是说，实施本专利技术实施例能够同时实现降低电源变换电路中的开关损耗、导通损耗和电流切换损耗的效果。基于第一方面，在第一种可能的实施方式中，所述控制所述Q1和所述Q2开通之后，所述方法还包括开关管的关断过程。第一种可能的关断过程为：控制所述S1在所述Q1关断之前关断，控制所述Q1在所述Q2关断之前关断，从而使所述第一工作状态切换到第二工作状态。第二种可能的关断过程为：控制所述S1在所述Q1关断之前关断，控制所述Q2在所述Q1关断之前关断，从而使所述第一工作状态切换到第二工作状态。在本专利技术实施例中，所述S1具有比所述Q1和Q2更低的导通损耗，所述S2具有比所述Q3和Q4更低的导通损耗；所述Q1和Q2具有比所述S1更低的关断损耗，所述Q3和Q4具有比所述S2更低的关断损耗。所以，在开关管的关断过程中，控制S1在Q1和Q2之前关断，最后才将Q1和Q2关断，由于Q1和Q2具有低关断损耗，从而实现了降低关断过程中的开关损耗。基于第一方面，在第二种可能的实施方式中，所述三电平开关电路具有多种实现形式的电路结构，在一种可能的电路结构中，所述UC1还包括连接在所述UREF和所述X1之间的二极管DH，所述DH用于在所述S1和所述Q1都关断时建立所述第二工作状态；所述UC4还包括连接在所述UREF和所述X4之间的二极管DB。这种电路结构的关断过程可参考第一种可能的关断过程进行设计。基于第一方面的第二种可能的实施方式，在可能的实施方式中，所述三电平开关电路具有多种变形结构。在一种变形结构中，在第一方面所述的三电平开关电路中增加晶体管K1和晶体管K2，所述K1并联有一个体二极管KD1，KD1方向设置为在K1被反向偏置时导通；所述K2并联有一个体二极管KD2，KD2方向设置为在K1被反向偏置时导通。其中，K1的集电极连接DH和DB之间的连接点，K1的发射极连接K2的发射极，K2的集电极连接到Q2和Q3之间的连接点，进而连接到SM。所述K1、K2用于在所述S1和所述Q1都关断时建立所述第二工作状态。这种电路结构的关断过程可参考第一种可能的关断过程进行设计。基于第一方面的第二种可能的实施方式，在又一种变形结构中，在三电平开关电路中，采用晶体管Q5和晶体管Q6替换掉DH和DB，其中，所述Q5并联有一个体二极管D5，D5方向设置为在Q5被反向偏置时导通；所述Q6并联有一个体二极管D6，D6方向设置为在Q6被反向偏置时导通。Q5的集电极连接UC1的输出端X1，Q5的发射极连接到UREF，Q6的发射极连接UC4的输出端X4，Q6的集电极连接到UREF。所述Q6用于在所述S1和所述Q2都关断时建立所述第二工作状态。这种电路结构的关断过程可参考第二种可能的关断过程进行设计。基于第一方面的第二种可能的实施方式，在又一种变形结构中，在三电平开关电路中，所述UC1、UC4包括连接在所述X1和所述X4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电源变换电路的控制方法，所述电源变换电路包括三电平开关电路、谐振电路、变压器、整流电路和滤波电路；所述三电平开关电路的三个输入端分别连接到直流电压P、参考电压UREF、直流电压N，所述三电平开关电路的输出端SM与所述谐振电路的输入端相连，所述谐振电路的输出端与所述变压器的原边绕组连接，所述变压器的副边绕组与所述整流电路的输入端相连，所述整流电路的输出端与所述滤波电路的输入端相连；所述三电平开关电路包括开关单元UC1和开关单元UC4；所述UC1的一端与所述P连接，另一端与所述UREF连接,所述UC1的输出端为X1，在所述UC1中包括连接在所述P和所述X1之间的第一开关管Q1；所述UC4的一端与所述N连接，另一端与所述UREF连接，所述UC4的输出端为X4，在所述UC4中包括连接在所述直流电压N和所述X4之间的第一开关管Q4；所述三电平开关电路还包括,连接在所述X1和所述SM之间的第二开关管Q2，连接在所述X4和所述SM之间的第二开关管Q3；以及，连接在所述P和所述SM之间的第三开关管S1，连接在所述N和所述SM之间的第三开关管S2；其中，所述Q1、Q2、Q3、Q4、S1、S2均包括晶体管，且每个所述晶体管并联体二极管，所述体二极管的方向设置为在其并联的晶体管被反向偏置时导通；其特征在于，当所述三电平开关电路工作于脉宽调制信号的正半周时，所述方法包括以下步骤：控制所有所述晶体管关断，所述S1的体二极管、所述Q1的体二极管、所述Q2的体二极管皆基于所述谐振电路的电流续流作用导通；控制所述S1开通，以建立所述电源变换电路的第一工作状态；在所述第一工作状态持续T1时间后，控制所述Q1和所述Q2开通。...

【技术特征摘要】
1.一种电源变换电路的控制方法，所述电源变换电路包括三电平开关电路、谐振电路、变压器、整流电路和滤波电路；所述三电平开关电路的三个输入端分别连接到直流电压P、参考电压UREF、直流电压N，所述三电平开关电路的输出端SM与所述谐振电路的输入端相连，所述谐振电路的输出端与所述变压器的原边绕组连接，所述变压器的副边绕组与所述整流电路的输入端相连，所述整流电路的输出端与所述滤波电路的输入端相连；所述三电平开关电路包括开关单元UC1和开关单元UC4；所述UC1的一端与所述P连接，另一端与所述UREF连接,所述UC1的输出端为X1，在所述UC1中包括连接在所述P和所述X1之间的第一开关管Q1；所述UC4的一端与所述N连接，另一端与所述UREF连接，所述UC4的输出端为X4，在所述UC4中包括连接在所述直流电压N和所述X4之间的第一开关管Q4；所述三电平开关电路还包括,连接在所述X1和所述SM之间的第二开关管Q2，连接在所述X4和所述SM之间的第二开关管Q3；以及，连接在所述P和所述SM之间的第三开关管S1，连接在所述N和所述SM之间的第三开关管S2；其中，所述Q1、Q2、Q3、Q4、S1、S2均包括晶体管，且每个所述晶体管并联体二极管，所述体二极管的方向设置为在其并联的晶体管被反向偏置时导通；其特征在于，当所述三电平开关电路工作于脉宽调制信号的正半周时，所述方法包括以下步骤：控制所有所述晶体管关断，所述S1的体二极管、所述Q1的体二极管、所述Q2的体二极管皆基于所述谐振电路的电流续流作用导通；控制所述S1开通，以建立所述电源变换电路的第一工作状态；在所述第一工作状态持续T1时间后，控制所述Q1和所述Q2开通。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制所述Q1和所述Q2开通之后，所述方法还包括：控制所述S1在所述Q1关断之前关断，控制所述Q1在所述Q2关断之前关断，从而使所述第一工作状态切换到第二工作状态。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述UC1还包括连接在所述UREF和所述X1之间的二极管DH，所述DH用于在所述S1和所述Q1都关断时建立所述第二工作状态；所述UC4还包括连接在所述UREF和所述X4之间的二极管DB。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述三电平开关电路包括还包括连接在所述UREF和所述SM之间的晶体管K1和晶体管K2，所述K1、K2分别并联体二极管KD1、KD2，所述KD1的方向设置为在所述K1被反向偏置时导通，所述KD2的方向设置为在所述K2被反向偏置时导通，所述K1用于在所述S1和所述Q1都关断时建立所述第二工作状态。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制所述Q1和所述Q2开通之后，所述方法还包括：控制所述S1在所述Q1关断之前关断，控制所述Q2在所述Q1关断之前关断，从而使所述第一工作状态切换到第二工作状态。6.根据权利要求5所述的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：张彦忠，刘春阳，马征，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44