级联变换器及其控制方法技术

本申请提供了一种级联变换器及其控制方法，该级联变换器包括第一级变换器和第二级变换器，第一级变换器包括第一级控制器和第一级功率电路，第一级功率电路的输出端连接第二级变换器的输入端，用于向第二级变换器的输入端输出电压。第一级控制器获取第一级功率电路的输出电压，并控制第一级功率电路的输出电压大于或者等于第一预设输出电压阈值。采用本申请，级联变换器可在其处于待机/轻载状态时，通过检测和调整其内部第一级功率电路的输出电压，保证第一级功率电路的输出电压维持在大于或者等于第一预设输出电压阈值的范围，从而可提高其应对突变负载的能力，进而可提高其对负载供电时的稳定性，适用性强。适用性强。适用性强。

【技术实现步骤摘要】
级联变换器及其控制方法


[0001]本申请涉及电子电路
，尤其涉及一种级联变换器及其控制方法。

技术介绍

[0002]能效法规日益严酷，除规定平均效率外，各种能效要求对空载、10％负载及各种指定极轻载下的能效均有严格要求，对电源轻载控制的要求越来越高。目前大量级联变换器的前级功率电路，如适配器用的功率因素校正(Power Factor Correction,PFC)电路，并未对此类系统轻载工况作优化，在轻载下PFC电路继续工作不仅没有必要，且会显著增加待机/轻载功耗，反而难以满足相关法规。因此，对前级功率电路在待机/轻载下的工况进行优化，是提升级联变换器待机/轻载效率，满足法律法规要求的重要手段。
[0003]目前，如图1a所示的级联变换器，该级联变换器的前级功率电路为PFC电路，后级功率电路为隔离式反激电路。该级联变换器主要是通过后级副边控制器检测级联变换器的输出功率，并在确定级联变换器处于待机/轻载工况时，通过第二光耦和信号转换电路向PFC电路控制器发送PFC关闭信号。PFC电路控制器根据PFC关闭信号关闭PFC电路控制器，从而使前级PFC电路中的可控功率管关断，进而实现在空载/轻载工况下关闭前级PFC电路，提升空载/轻载效率。
[0004]但是，上述方式在级联变换器的负载突然增大时，母线电压很可能已因PFC长时间关闭而处于较低水平，且由于前级功率电路固有的响应延时，导致母线电压(即PFC电路的输出电压)进一步不可避免地跌落(具体可参见图1b所示的时序图)，进而导致级联变换器的输出电压也会跌落风险，存在应对突变负载能力弱的问题，适用性差。

技术实现思路

[0005]本申请提供了一种级联变换器及其控制方法，级联变换器可在其处于待机/轻载状态时，通过检测和调整其内部第一级功率电路的输出电压，保证第一级功率电路的输出电压维持在大于或者等于第一预设输出电压阈值的范围，从而可提高其应对突变负载的能力，进而可提高其对负载供电时的稳定性，适用性强。
[0006]第一方面，本申请提供了一种级联变换器，该级联变换器包括第一级变换器和第二级变换器，第一级变换器包括第一级控制器和第一级功率电路，第一级功率电路的输出端连接第二级变换器的输入端，用于向第二级变换器的输入端输出电压。第一级控制器获取第一级功率电路的输出电压，并控制第一级功率电路的输出电压大于或者等于第一预设输出电压阈值，使母线电容C上存储的电能能够得到及时补充，保证第一级功率电路的输出电压维持在较高范围内，从而可避免负载突然增大时，由于母线电容C上存储的电能无法得到及时补充而造成级联变换器的输出电压跌落的情况，进而可有效提高应付负载的突变能力，适用性强。
[0007]结合第一方面，在第一种可能的实施方式中，第二级变换器包括第二级控制器，第二级控制器连接第一级控制器。在第二级变换器的输出功率小于预设输出功率阈值时，第
二级控制器向第一级控制器发送第一控制信号，以控制第一级控制器处于关闭状态或者休眠状态，从而降低级联变换器在待机/轻载状态下的功耗，提升级联变换器的待机/轻载效率。此外，由于第一级控制器和第二级控制器连接，因此，相对图1a所示的现有技术中由后级副边控制器关闭PFC电路控制器来提升级联变换器的待机/轻载效率的方式而言，不需额外增加光耦和信号转换电路，可降低设备成本以及减小设备体积，有利于小型化高密设计。
[0008]结合第一方面，在第二种可能的实施方式中，第二级变换器包括第二级控制器，第二级控制器连接第一级控制器。在第一级功率电路的输出电压小于第二预设输出电压阈值时，第二级控制器向第一级控制器发送第二控制信号，以控制第一级控制器处于工作状态，便于后续第一级控制器在第一级功率电路的输出电压小于第二预设输出电压阈值时，及时对第一级功率电路的输出电压进行抬升，从而可有效提供应对负载突变的能力。
[0009]结合第一方面，在第三种可能的实施方式中，在第一级功率电路的输出电压小于第二预设输出电压阈值时，第二级控制器向第一级控制器发送第一预设时长的第二控制信号。相对于在检测到第一级功率电路的输出电压小于第二预设输出电压阈值则使第一级控制器一直处于工作状态的方式而言，可有效减小第一级控制器的工作时长及开关器件的开关损耗、磁性器件的磁芯损耗，进而降低级联变换器的功耗。
[0010]结合第一方面，在第四种可能的实施方式中，在向第一级控制器发送第一预设时长的第二控制信号之后，若在第一预设时长内第一时刻第一级功率电路的输出电压位于预设输出电压范围内，则第二级控制器将第二预设时长确定为第一预设时长，其中，第一时刻与第二时刻之间的间隔时长为预设间隔时长，第二时刻为第一级控制器停止发送第一预设时长的第二控制信号的时刻，第二预设时长比第一预设时长小预设间隔时长。可以理解的，若第二级控制器可以在第一预设时长内第二时刻的前一时刻，检测到第一级功率电路的输出电压处于预设输出电压范围内，则缩短下一次向第一级控制器发送第二控制信号的时长，可有效缩短第一级控制器和第二级控制器的工作时长，降低级联变换器的功耗，提升级联变换器的待机/轻载效率。
[0011]结合第一方面，在第五种可能的实施方式中，第二级变换器包括隔离式DC/DC电路，该隔离式DC/DC电路包括但不限于隔离式反激电路、隔离式LLC谐振电路等，第二级变换器结构多样，灵活性高。
[0012]结合第一方面，在第六种可能的实施方式中，隔离式DC/DC电路为隔离式反激电路，该隔离式反激电路包括铁芯、第一原边绕组和第二原边绕组。第一原边绕组和第二原边绕组均耦合在铁芯上，第一原边绕组的第一端连接第一级功率电路的输出端，第一原边绕组的第二端和第二原边绕组的第一端耦合至第二级控制器，第二原边绕组的第二端连接参考地。第二级控制器在获取第一级功率电路的输出电压之前，还根据第二原边绕组的第一端电压、第一原边绕组的匝数和第二原边绕组的匝数，确定第一级功率电路的输出电压。由于该方式无需在第二级变换器中额外增加电压采样电路，因此可降低级联变换器的设备成本，并减小级联变换器的体积，适用性强。
[0013]结合第一方面，在第七种可能的实施方式中，第二级变换器包括光耦，该光耦的一端连接第二变换器的输出端，另一端连接第二级控制器。第二级控制器通过光耦获取将第二级变换器的输出电压或者输出电流转换为电流信号的第一电流，并根据第一电流以及预设的第一电流与输出功率之间的映射关系，确定第二级变换器的输出功率。
[0014]结合第一方面，在第八种可能的实施方式中，第二级控制器与第一级功率电路的输出端共地，可避免由于不共地造成电压偏差的情况，适用性强。
[0015]结合第一方面，在第九种可能的实施方式中，第二级控制器为原边控制器。
[0016]结合第一方面，在第十种可能的实施方式中，第一级功率电路为功率因素校正电路、AC/DC电路和DC/DC电路中的任意一种。第一级功率电路的拓扑结构多样，灵活性高，适用性强。
[0017]第二方面，本申请提供了一种级联变换器的控制方法，该方法适用于级联变换本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种级联变换器，其特征在于，所述级联变换器包括第一级变换器和第二级变换器，所述第一级变换器包括第一级控制器和第一级功率电路；所述第一级功率电路的输出端连接所述第二级变换器的输入端，用于向所述第二级变换器的输入端输出电压；所述第一级控制器，用于获取所述第一级功率电路的输出电压，并根据所述第一级功率电路的输出电压控制所述第一级功率电路处于第一工作状态，所述第一级功率电路处于第一工作状态时所述第一级功率电路的输出电压大于或者等于第一预设输出电压阈值。2.根据权利要求1所述的级联变换器，其特征在于，所述第二级变换器包括第二级控制器；所述第二级控制器连接所述第一级控制器，用于在所述第二级变换器的输出功率小于预设输出功率阈值时，向所述第一级控制器发送第一控制信号，所述第一控制信号用于控制所述第一级控制器处于关闭状态或者休眠状态。3.根据权利要求1或2所述的级联变换器，其特征在于，所述第二级变换器包括第二级控制器；所述第二级控制器连接所述第一级控制器，用于在所述第一级功率电路的输出电压小于第二预设输出电压阈值时，向所述第一级控制器发送第二控制信号，所述第二预设输出电压阈值小于所述第一预设输出电压阈值，所述第二控制信号用于控制所述第一级控制器处于工作状态。4.根据权利要求3所述的级联变换器，其特征在于，所述第二级控制器用于向所述第一级控制器发送第一预设时长的所述第二控制信号。5.根据权利要求4所述的级联变换器，其特征在于，所述第二级控制器还用于：在向所述第一级控制器发送所述第一预设时长的第二控制信号之后，若在所述第一预设时长内第一时刻所述第一级功率电路的输出电压位于预设输出电压范围内，则将第二预设时长确定为所述第一预设时长，其中，所述第一时刻与第二时刻之间的间隔时长为预设间隔时长，所述第二时刻为所述第一级控制器停止发送所述第一预设时长的第二控制信号的时刻，所述第二预设时长比所述第一预设时长小所述预设间隔时长。6.根据权利要求1
‑
5任一项所述的级联变换器，其特征在于，所述第二级变换器包括隔离式DC/DC电路。7.根据权利要求6所述的级联变换器，其特征在于，所述隔离式DC/DC电路为隔离式反激电路，所述隔离式反激电路包括铁芯、第一原边绕组和第二原边绕组，所述第一原边绕组和所述第二原边绕组均耦合在所述铁芯上，所述第一原边绕组的第一端连接所述第一级功率电路的输出端，所述第一原边绕组的第二端和所述第二原边绕组的第一端耦合至所述第二级控制器，所述第二原边绕组的第二端连接参考地；所述第二级控制器还用于根据所述第二原边绕组的第一端电压、所述第一原边绕组的匝数和所述第二原边绕组的匝数，确定所述第一级功率电路的输出电压。8.根据权利要求2所述的级联变换器，其特征在于，所述第二级变换器包括光耦，所述光耦的一端连接所述第二变换器的输出端，所述光耦的另一端连接所述第二级控制器，用于将所述第二级变换器的输出电压或者输出电流转换为第一电流，并将所述第一电流发送至所述第二级控制器；
所述第二级控制器还用于根据所述第一电流以及预设的第一电流与输出功率之间的映射关系，确定所述第二级变换器的输出功率。9.根据权利要求2
‑
8任一项所述的级联变换器，其特征在于，所述第二级控制器与所述第一级功率电路的输出端共地。10.根据权利要求2
‑
9任一项所述的级联变换器，其特征在于，所述第二级控制器为原边控制器。11.根据权利要求1
‑
10任一项所述的级联变换器，其特征在于，所述第一级功率电路为功率因素校正电路、AC/DC电路和DC/DC电路中的任意一种。12.一种级联变换器的控制方法，其特征在于，所述级联变换器包括第一级变换器和第二级变换器，所述第一级变换器包括第一级控制器和第一级功率电路，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：何祖伟，秦亚霄，
申请(专利权)人：华为数字能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：