一种用于非隔离式AC-DC电压变换系统的电压变换电路及变换方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于非隔离式AC‑DC电压变换系统的电压变换电路及变换方法，电压变换电路包括：第一电压变换电路模块和第二电压变换电路模块，其中第一电压变换电路模块的输入端用于接收母线电压，第一电压变换电路模块的输出端用于耦接第一电容并提供中间电压，其中第一电压变换电路模块用于在母线电压处于谷底位置时导通第一电压变换电路模块的主晶体管，第二电压变换电路模块的输入端耦接第一电压变换电路模块的输出端用于接收中间电压，第二电压变换电路模块的输出端用于耦接电感的第一端，其中电感的第二端用于耦接输出电容并提供直流输出电压。该非隔离式AC‑DC电压变换电路既能准确控制输出端的直流低压，又具有较高的效率。

A voltage conversion circuit and method for non isolated AC-DC voltage conversion system

【技术实现步骤摘要】
一种用于非隔离式AC-DC电压变换系统的电压变换电路及变换方法
本专利技术涉及电子领域，具体但不限于涉及一种用于非隔离式AC-DC电压变换系统的电压变换电路及变换方法。
技术介绍
在交流-直流(AC/DC)电压变换器领域，由于其高压输入，隔离型电压变换器被广泛采用。然而隔离型电压变换器由于变压器的应用，成本较高，且控制复杂。因此有必要开发非隔离式AC/DC电压变换器。但由于交流市电电源为高电压输入，非隔离式AC/DC电压变换器电源效率不高，且在半导体高低压隔离和信号处理方面也对半导体工艺提出了挑战。
技术实现思路
为了解决上述至少部分问题，本专利技术提出了一种用于非隔离式AC-DC电压变换系统的电压变换电路和变换方法。根据本专利技术的一个方面，一种用于非隔离式AC-DC电压变换系统的电压变换电路，包括：第一电压变换电路模块，其输入端用于接收母线电压，其输出端用于耦接第一电容并提供中间电压，第一电压变换电路模块用于在母线电压处于谷底位置时导通第一电压变换电路模块的主晶体管；以及第二电压变换电路模块，其输入端耦接第一电压变换电路模块的输出端用于接收中间电压，第二电压变换电路模块的输出端用于耦接电感的第一端，其中电感的第二端用于耦接输出电容并提供直流输出电压。在一个实施例中，第一电压变换电路模块包括谷底斩波电路的一部分，第二电压变换电路模块包括DC-DC电压变换电路的一部分。在一个实施例中，第一电压变换电路模块包括第一半导体模块，第一半导体模块制作在第一半导体基底上，第二电压变换电路模块制作在第二半导体基底上形成第二半导体模块，其中第一半导体模块和第二电压半导体模块之间建立控制信号的通信，控制信号用于控制主晶体管或第二电压变换电路模块中的开关管。在一个实施例中，第二半导体模块输出控制信号，第一半导体模块接收控制信号，第一半导体模块包括驱动级电路，驱动级电路的输入端接收控制信号，驱动级电路的输出端耦接主晶体管的控制端。在一个实施例中，第一电压变换电路模块进一步包括晶体管半导体模块，制作在第三半导体基底上，晶体管半导体模块包括主晶体管，主晶体管的第一端用于接收母线电压，主晶体管的控制端耦接第一半导体模块，主晶体管的第二端用于提供中间电压。在一个实施例中，第二电压变换电路模块包括DC-DC电压变换电路的开关管和控制电路，控制电路用于控制开关管和主晶体管。在一个实施例中，第一电压变换电路模块进一步包括如下电路中的一个或多个：输入电压采样电路，用于采样母线电压；自供电电路，用于在第一电压变换电路模块正常工作前为控制电路提供供电电压；主动泄放电路，用于为母线电压提供泄放通路。在一个实施例中，第一电压变换电路模块仅包含无源器件。在一个实施例中，根据上述任一实施例所述的电压变换电路，第二电压变换电路模块用于形成buckboost电路。在一个实施例中，根据上述任一实施例所述的电压变换电路，第一电压变换电路模块和第二电压变换电路模块位于电子封装体内，电子封装体具有五个管脚，其中第一管脚用于接收母线电压，第二管脚用于提供中间电压，第三管脚用于耦接电感，第四管脚用于耦接参考地，第五管脚用于采样电压变换电路的输出电压。在一个实施例中，电压变换电路，进一步包括：整流电路，具有接收交流电源的输入端、第一输出端和第二输出端，其中第一输出端耦接第一管脚；第一电容，其第一端耦接第二管脚，其第二端耦接整流电路的第二输出端；电感，其第一端耦接第三管脚；以及输出电容，其第一端耦接电感的第二端和第五管脚，输出电容的第二端耦接第四管脚，输出电容用于提供AC/DC电压变换电路的输出电压。在一个实施例中，电压变换电路兼容以下两种连接方式：第一电容的第二端耦接输出电容的第二端，第二电压变换电路模块用于形成buck电路；或者第一电容的第二端耦接输出电容的的第一端，第二电压变换电路模块用于形成buckboost电路。在一个实施例中，第一管脚包括多个电耦接的子管脚，多个子管脚位于电子封装体的第一边，第二管脚、第三管脚、第四管脚和第五管脚位于电子封装体的第二边。在一个实施例中，第一管脚进一步包括散热面，位于电子封装体的第一边和第二边之间的平面上。在一个实施例中，根据上述任一实施例所述的电压变换电路，第一电压变换电路模块和第二电压变换电路模块位于电子封装体内，通过将电子封装体的管脚与外部分立器件的选择性连接，既能实现正压输出功能，又能实现负压输出功能。在一个实施例中，根据上述任一实施例所述的电压变换电路进一步包括电子封装体，其中电子封装体包括第一芯片、第二芯片和第三芯片，其中第一电压变换电路模块包括第一芯片和第三芯片，第二电压变换电路模块包括第二芯片，其中：第一芯片包括用于驱动主晶体管的驱动级电路，第一芯片承受第一电压差；第二芯片承受第二电压差；第三芯片包括主晶体管，用于提供中间电压；其中第一电压差为第二电压差的2倍以上。在一个实施例中，电子封装体包括引线框架，引线框架包括第一引线框架，第一引线框架用于放置第三芯片，第一引线框架和引线框架的其余部分电隔离，第三芯片具有第一面和与第一面相背对的第二面，第一面具有主晶体管的栅极和源极，第二面具有主晶体管的漏极用于接收母线电压，第二面设置在第一引线框架上以在主晶体管漏极和第一引线框架之间建立电连接并由第一引线框架提供散热通道。在一个实施例中，第一引线框架包括基部和管脚部，基部用于放置第三芯片，管脚部向电子封装体的第一侧伸展并用于和外部电路连接，引线框架的其余用于与外部电路连接的结构向电子封装体的第二侧伸展，第二侧与第一侧相对。根据本专利技术的另一个方面，一种进行非隔离式AC-DC电压变换的方法包括：采用第一电压变换电路将母线电压转换成中间电压，第一电压变换电路在母线电压处于谷底位置时导通第一电压变换电路的主晶体管；以及采用DC-DC电压变换电路将中间电压转换成直流输出电压。在一个实施例中，方法进一步包括将第一电压变换电路的驱动级电路与控制电路设置在不同的半导体基底上。在一个实施例中，方法进一步包括将第一电压变换电路的输出端与第一电容的第一端耦接，通过将第一电容的第二端选择性地耦接DC-DC电压变换电路的输出电容的第一端和第二端，使得DC-DC电压变换电路能兼容形成buck电路和buckboost电路。本专利技术提供的用于非隔离式AC-DC电压变换系统的电压变换电路，通过第一电压变换电路的有效降压和第二电压变换电路的电压变换，既能准确控制输出端的直流低压，又具有较高的效率。并且通过将第一电压变换电路和其控制电路设置在不同的半导体基底上，将高压电路和低压电路进行物理隔离，降低了半导体工艺难度。且通过与外部分立器件的选择性连接，兼容正压输出和负压输出。本专利技术的其余优点将在具体实施方式中体现。附图说明图1示出了根据本专利技术一实施例的非隔离式AC-DC电压变换系统的框图示意图；图2示出了根据本专利技术另一实施例的非隔离式AC-DC电压变换系统的框图示意图；图3示出了根本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于非隔离式AC-DC电压变换系统的电压变换电路，包括：/n第一电压变换电路模块，其输入端用于接收母线电压，其输出端用于耦接第一电容并提供中间电压，第一电压变换电路模块用于在母线电压处于谷底位置时导通第一电压变换电路模块的主晶体管；以及/n第二电压变换电路模块，其输入端耦接第一电压变换电路模块的输出端用于接收中间电压，第二电压变换电路模块的输出端用于耦接电感的第一端，其中电感的第二端用于耦接输出电容并提供直流输出电压。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于非隔离式AC-DC电压变换系统的电压变换电路，包括：
第一电压变换电路模块，其输入端用于接收母线电压，其输出端用于耦接第一电容并提供中间电压，第一电压变换电路模块用于在母线电压处于谷底位置时导通第一电压变换电路模块的主晶体管；以及
第二电压变换电路模块，其输入端耦接第一电压变换电路模块的输出端用于接收中间电压，第二电压变换电路模块的输出端用于耦接电感的第一端，其中电感的第二端用于耦接输出电容并提供直流输出电压。


2.如权利要求1所述的电压变换电路，其中第一电压变换电路模块包括谷底斩波电路的一部分，第二电压变换电路模块包括DC-DC电压变换电路的一部分。


3.如权利要求1所述的电压变换电路，其中第一电压变换电路模块包括第一半导体模块，第一半导体模块制作在第一半导体基底上，第二电压变换电路模块制作在第二半导体基底上形成第二半导体模块，其中第一半导体模块和第二电压半导体模块之间建立控制信号的通信，控制信号用于控制主晶体管或第二电压变换电路模块中的开关管。


4.如权利要求3所述的电压变换电路，其中第二半导体模块输出控制信号，第一半导体模块接收控制信号，第一半导体模块包括驱动级电路，驱动级电路的输入端接收控制信号，驱动级电路的输出端耦接主晶体管的控制端。


5.如权利要求3所述的电压变换电路，其中第一电压变换电路模块进一步包括晶体管半导体模块，制作在第三半导体基底上，晶体管半导体模块包括主晶体管，主晶体管的第一端用于接收母线电压，主晶体管的控制端耦接第一半导体模块，主晶体管的第二端用于提供中间电压。


6.如权利要求1所述的电压变换电路，其中第二电压变换电路模块包括DC-DC电压变换电路的开关管和控制电路，控制电路用于控制开关管和主晶体管。


7.如权利要求1所述的电压变换电路，其中第一电压变换电路模块进一步包括如下电路中的一个或多个：
输入电压采样电路，用于采样母线电压；
自供电电路，用于在第一电压变换电路模块正常工作前为控制电路提供供电电压；
主动泄放电路，用于为母线电压提供泄放通路。


8.如权利要求1所述的电压变换电路，其中第一电压变换电路模块仅包含无源器件。


9.如权利要求1-8任一项所述的电压变换电路，其中第二电压变换电路模块用于形成buckboost电路。


10.如权利要求1-8任一项所述的电压变换电路，其中第一电压变换电路模块和第二电压变换电路模块位于电子封装体内，电子封装体具有五个管脚，其中第一管脚用于接收母线电压，第二管脚用于提供中间电压，第三管脚用于耦接电感，第四管脚用于耦接参考地，第五管脚用于采样直流输出电压。


11.如权利要求10所述的电压变换电路，进一步包括：
整流电路，具有接收交流电源的输入端、第一输出端和第二输出端，其中第一输出端耦接第一管脚；
第一电容，其第一端耦接第二管脚，其第二端耦接整流电路的第二输出端；
电感，其第一端耦接第三管脚；以及
输出电...

【专利技术属性】
技术研发人员：金伟祥，俞秀峰，张波，
申请(专利权)人：杭州必易微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33