一种级联电路及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种级联电路及其控制方法，级联电路包括前级升降压电路和后级隔离开关电源电路，升降压电路包括开关管Q1至开关管Q4、电感L和电容C1；开关管Q1的一端为升降压电路的输入正、另一端同时连接开关管Q2的一端和电感L的一端，电感L的另一端、开关管Q4的一端和电容C1的一端连接在一起为升降压电路的输出正，电容C1的另一端连接开关管Q3的一端，开关管Q2的另一端、开关管Q4的另一端和开关管Q3的另一端连接在一起为升降压电路的输入电源地。本发明专利技术利用开关管Q4，以及开关管Q3和电容C1组成的有源钳位电路结合升降压控制方法，使开关管的器件选型，EMI和效率得以大幅优化，从而带来成本的降低和体积的减小。而带来成本的降低和体积的减小。而带来成本的降低和体积的减小。

【技术实现步骤摘要】
一种级联电路及其控制方法


[0001]本专利技术涉及开关电源领域，特别涉及级联电路及其控制方法。

技术介绍

[0002]请参考图1，其为公知的Buck+推挽两级级联电路，母线电容C1将前级Buck和后级推挽解耦，工作过程彼此基本不影响，前级Buck的输出母线电压以电压源的形式为后级推挽供电，形成电压馈电的工作方式，常用于宽输入电压场景，相较于反激，正激等单级拓扑，图1中后级推挽电路与输入电压的变化完全解耦，原副边开关管选型和变压器设计变得非常简单，同时提高了电源工作效率，降低了成本，减小了产品体积，但是当输入电压的最小电压值较小时，电路效率降低明显，这是因为图1中前级Buck电路决定了Vbus电压需要小于最小输入电压Vin，比如输入电压Vin范围为9～36V，Vbus电压设置为6V，400W输出，按照90％的转换效率，则图1中开关管Q1，Q2，Q5，Q6和电感L流过的最大电流均大于74A，导通损耗非常大。
[0003]为了减小导通损耗，需要提高Vbus电压，请参考图2，将图1中的前级Buck电路换为Buck
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Boost电路，将Vbus电压提升到24V，则图2中开关管Q5和Q6流过的最大电流仅大于18.5A，开关管Q1，Q2和电感L流过的最大电流均降低，电路总的导通损耗减小，效率提升。但是相对于图1，增加的开关管Q3和Q4连接在功率回路中，开关管Q3和Q4会产生导通损耗和开关损耗，并且还增加了开关电源的成本和体积。
[0004]请参考图3和图4，其为1979年申请，公开号为DE2941009A1的德国专利中的图3和图4，该专利公开了一种Buck+推挽电流馈电电路和控制方法，前级Buck和后级推挽之间没有母线电容，工作过程彼此互为影响，前级Buck的输出电流以电流源的形式为后级推挽供电，形成电流馈电的工作方式，实现了宽压输入隔离型升降压功能。另外，在1998年出版的《Switching Power Supply Design》一书中的电流馈电章节，提到了Buck+推挽的电路和控制，与图3和图4相似，请参考图5，虽然相较于图2省去了开关管Q3、开关管Q4和电容C1，但是电感L中的电流与变压器T的漏感电流不一致时，Vbus产生的尖峰电压叠加变压器漏感的能量使开关管Q5和Q6的尖峰电压应力非常大，且开关管Q5和Q6同时导通对电感L进行励磁的电流要经过变压器T的原边绕组，使变压器的原边导通损耗变大。

技术实现思路

[0005]鉴于现有两级级联电路存在的问题，本专利技术要解决的技术问题是提出一种种级联电路及其控制方法，提高电源工作效率，降低电源成本和体积。
[0006]作为本专利技术的第一个方面，所提出的级联电路的技术方案如下：
[0007]一种级联电路，包括升降压电路和隔离开关电源电路：
[0008]所述的升降压电路包括开关管Q1、开关管Q2、开关管Q4、电感L、有源钳位开关管Q3和有源钳位电容C1；
[0009]所述的隔离开关电源电路包括：原边开关电路、变压器及副边整流电路；
[0010]开关管Q1的一端同时作为升降压电路的输入正和级联电路的输入正，开关管Q1的另一端同时连接开关管Q2的一端和电感L的一端，电感L的另一端、开关管Q4的一端和有源钳位电容C1的一端连接在一起作为升降压电路的输出正，有源钳位电容C1的另一端连接有源钳位开关管Q3的一端，开关管Q2的另一端、开关管Q4的另一端和有源钳位开关管Q3的另一端连接在一起同时作为升降压电路的输入电源地和级联电路的输入地；
[0011]隔离开关电源电路的输入正连接升降压电路的输出正，隔离开关电源电路的输入负连接升降压电路的输入电源地，隔离开关电源电路的输出正作为级联电路的输出正，隔离开关电源电路的输出负作为级联电路的输出负。
[0012]优选地，所述的原边开关电路包括两个开关管，所述的两个开关管与变压器组成推挽电路；所述的副边整流电路包括两个开关管，所述的两个开关管与所述的变压器组成全波整流电路。
[0013]优选地，所述的原边开关电路包括四个开关管，所述的四个开关管与变压器组成全桥电路；所述的副边整流电路包括两个开关管，所述的两个开关管与所述的变压器组成全波整流电路。
[0014]优选地，所述的原边开关电路包括四个开关管，所述的四个开关管与变压器组成全桥电路；所述的副边整流电路包括四个开关管，所述的四个开关管与所述的变压器组成全桥整流电路。
[0015]优选地，所述的原边开关电路包括两个开关管，所述的两个开关管与变压器组成推挽电路；所述的副边整流电路包括四个开关管，所述的四个开关管与所述的变压器组成全桥整流电路。
[0016]优选地，所述的开关管Q1、开关管Q2、开关管Q4和有源钳位开关管Q3为MOS管、三极管或者IGBT。
[0017]作为本专利技术的第二个方面，所提出的级联电路的控制方法的技术方案如下：
[0018]一种上述任一项所述的级联电路的控制方法，其特征在于：
[0019]当级联电路输入正的电压小于升降压电路输出正的电压时，级联电路工作在升压模式，升压模式至少包括励磁阶段和去磁阶段，其中无论是励磁阶段还是去磁阶段，开关管Q1均保持导通，开关管Q2均保持关断；励磁阶段时开关管Q4和原边开关电路均导通，有源钳位开关管Q3关断；去磁阶段时开关管Q4关断，有源钳位开关管Q3导通或部分时段导通，原边开关电路的部分开关管导通，从而通过变压器将能量从原边传递到副边。
[0020]一种上述任一项所述的级联电路的控制方法，其特征在于：
[0021]当级联电路输入正的电压大于升降压电路输出正的电压时，级联电路工作在降压模式，降压模式至少包括励磁阶段和去磁阶段，其中无论是励磁阶段还是去磁阶段，开关管Q4均保持关断，有源钳位开关管Q3导通或部分时段导通；励磁阶段时开关管Q2关断，开关管Q1和原边开关电路的部分开关管导通，从而通过变压器将能量从原边传递到副边；去磁阶段时开关管Q1关断，开关管Q2和原边开关电路的部分开关管导通，从而通过变压器将能量从原边传递到副边。
[0022]本专利技术通过电流馈电的方式，利用开关管Q4，有源钳位开关管Q3和有源钳位电容C1组成的有源钳位电路结合升降压控制方法，使开关管的器件选型，EMI和效率得以大幅优化，从而带来成本的降低和体积的减小，有益效果详细分析如下：
[0023](1)相较于图1中的现有技术，本专利技术通过提高母线Vbus电压降低了前级升降压电路，后级隔离开关电源电路的原边开关电路和变压器原边的导通电流和导通损耗，有利于开关管的器件选型，提高了电路的工作效率。
[0024](2)相较于图2中的现有技术，本专利技术将图2中开关管Q3从串联在功率回路变更为有源钳位开关管Q3，导通损耗明显降低，并且有源钳位开关管Q3无反向恢复问题，使得电路的EMI得到改善；
[0025](3)在升压模式的励磁阶段，图2只有开关管Q4导通，而本专利技术则是开关管Q4和原边开关电路均导通，使用本专利技术的级联电路采用本专利技术提供的控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种级联电路，包括升降压电路和隔离开关电源电路，其特征在于：所述的升降压电路包括开关管Q1、开关管Q2、开关管Q4、电感L、有源钳位开关管Q3和有源钳位电容C1；所述的隔离开关电源电路包括：原边开关电路、变压器及副边整流电路；开关管Q1的一端同时作为升降压电路的输入正和级联电路的输入正，开关管Q1的另一端同时连接开关管Q2的一端和电感L的一端，电感L的另一端、开关管Q4的一端和有源钳位电容C1的一端连接在一起作为升降压电路的输出正，有源钳位电容C1的另一端连接有源钳位开关管Q3的一端，开关管Q2的另一端、开关管Q4的另一端和有源钳位开关管Q3的另一端连接在一起同时作为升降压电路的输入电源地和级联电路的输入地；隔离开关电源电路的输入正连接升降压电路的输出正，隔离开关电源电路的输入负连接升降压电路的输入电源地，隔离开关电源电路的输出正作为级联电路的输出正，隔离开关电源电路的输出负作为级联电路的输出负。2.根据权利要求1所述的级联电路，其特征在于：所述的原边开关电路包括两个开关管，所述的两个开关管与变压器组成推挽电路；所述的副边整流电路包括两个开关管，所述的两个开关管与所述的变压器组成全波整流电路。3.根据权利要求1所述的级联电路，其特征在于：所述的原边开关电路包括四个开关管，所述的四个开关管与变压器组成全桥电路；所述的副边整流电路包括两个开关管，所述的两个开关管与所述的变压器组成全波整流电路。4.根据权利要求1所述的级联电路，其特征在于：所述的原边开关电路包括四个开关管，所述的四个开关管与变压器组成全桥电路；所述的副边整流电路包括四...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ五一IntClH零二M三三三五，
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：