开关变换电路及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种开关变换电路及控制方法，该开关变换电路包括：变压器本体、次级侧回路、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第一二极管、供电电容单元、偏置电容单元、控制器和充电控制电路，次级侧回路与变压器本体的次级侧电连接，该电路可实现对供电电容单元充电且成本低、易集成、损耗小。易集成、损耗小。易集成、损耗小。

【技术实现步骤摘要】
开关变换电路及控制方法


[0001]本申请涉及开关电源领域，具体而言，涉及一种开关变换电路及控制方法。

技术介绍

[0002]在开关功率变换器中，供电电压Vcc用于驱动变换器内部元器件(如驱动器、时钟信号发生器等)工作。Vcc的生产取决于开关功率变换器架构，普遍的第三绕组供电方案存在成本增高、难集成等缺点。本领域研究者提供了一种“源极
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开关”Vcc充电架构方案。
[0003]常见的“源极
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开关”架构存在成本高、难集成、损耗大等问题，且“源极
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开关”电路中的功率开关晶体管无法实现零电压开通。

技术实现思路

[0004]鉴于现有技术的不足，本专利技术提供了一种开关变换电路及控制方法。一方面，可保证“源极
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开关”电路的自供电，以解决现有供电方案中存在成本增高、难集成、损耗大等问题；另一方面，解决“源极
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开关”电路中功率晶体管无法实现零点压开通的问题，可将其应用范围拓展到更高频领域。
[0005]为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种开关变换电路，包括：变压器本体、次级侧回路、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第一二极管、供电电容单元、偏置电容单元、控制器和充电控制电路，所述次级侧回路与所述变压器本体的次级侧电连接，所述第一开关管为MOS功率晶体管，所述第一开关管的漏极与所述变压器本体的初级侧电连接，所述第一开关管的栅极与所述偏置电容单元的第一端电连接，且所述偏置电容单元的第一端电连接至一偏置电压，所述偏置电容单元的第二端电连接至地；所述第二开关管具有第一端、第二端和第三端，所述第二开关管的第一端与所述第一开关管的源极电连接，所述第二开关管的第二端电连接至接地端，所述第二开关管的第三端与所述控制器的第一端电连接，所述控制器控制所述第二开关管的开通与关断；所述第三开关管具有第一端、第二端和第三端，所述第三开关管的第一端电连接至所述第一开关管的源极，所述第三开关管的第二端与所述第一二极管的阳极电连接，所述第三开关管的第三端与所述充电控制电路的第一端电连接，所述充电控制电路的第二端与所述控制器的第一端电连接，所述充电控制电路控制所述第三开关管的开通与关断，所述充电控制电路的第三端分别与所述供电电容单元的第一端和所述第一二极管的阴极电连接，所述供电电容单元的第二端接地。
[0006]进一步地，所述电路还包括有源钳位电路和第四开关管，所述有源钳位电路的第一端与所述变压器本体的初级侧的同名端电连接，所述有源钳位电路的第二端与所述的初级侧的异名端电连接，所述第四开关管的第一端与所述第一开关管的源极电连接，所述第四开关管的第二端与所述偏置电容单元的第一端电连接，所述第四开关管的第三端与所述控制器的第二端电连接。
[0007]进一步地，所述充电控制电路包括电压比较器、时序控制模块、固定时间计时器、
RS触发器和参考电压源，所述电压比较器的正输入端与所述供电电容单元的第一端电连接，所述电压比较器的负输入端与所述参考电压源的正极电连接，所述参考电压源的负极接地，所述电压比较器的输出端与所述时序控制模块的第一输入端电连接，所述控制器的第一端与所述时序控制模块的第二输入端电连接，所述时序控制模块的输出端与所述RS触发器的复位端电连接，所述固定时间计时器的输出端与所述RS触发器的置位端电连接，所述RS触发器的第一输出端与所述固定时间计时器的输入端电连接，所述RS触发器的第二输出端与所述第三开关管的第三端电连接。
[0008]进一步地，所述第三开关管为增强型场效应管或者耗尽型场效应管。
[0009]根据本申请的一个方面，提供了一种开关变换电路的控制方法，包括：当充电控制电路检测到供电电容单元的电压低于第一阈值电压时，使得开关变换电路工作在第一工作状态，在所述开关变换电路工作在所述第一工作状态时，在单个开关周期内，当第二开关管保持关断、第三开关管开通，第一开关管由源极驱动开通时，所述变压器本体的初级侧、第一开关管、所述第三开关管、第一二极管和供电电容单元形成第一激磁回路，并对供电电容单元进行一固定时间的充电；对所述供电电容单元充电结束后，所述第三开关管关断，同时所述第二开关管开通，所述第一开关管保持开通，所述变压器本体的初级侧、所述第一开关管和所述第二开关管形成第二激磁回路；或者，在单个开关周期内，当所述第二开关管开通，所述第三开关管保持关断，且所述第一开关管由源极驱动开通时，输入电压经所述第二激磁回路对初级侧电感进行激磁；当所述第二开关管关断，同时所述第三开关管开通，所述第一开关管的源极电压上升到供电电容单元电压时，初级侧电感电流经所述第一激磁回路对供电电容单元进行固定时间充电；当所述充电控制电路检测到所述供电电容的电压大于或者等于所述第一阈值电压时，使得所述开关变换电路工作在第二工作状态，在所述开关变换电路工作在所述第二工作状态时，充电控制电路控制所述第三开关管关断，所述控制器控制单个开关周期内只进行原副边能量传递。
[0010]进一步地，所述电路还包括有源钳位电路和第四开关管，所述有源钳位电路的第一端与所述变压器本体的初级侧的同名端电连接，所述有源钳位电路的第二端与所述的初级侧的异名端电连接，所述第四开关管的第一端与所述第一开关管的源极电连接，所述第四开关管的第二端与所述偏置电容单元的第一端电连接，所述第四开关管的第三端与所述控制器的第二端电连接，所述第一工作状态包括：第一阶段：在所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管和所述第四开关管均关断的情况下，所述有源钳位电路产生负向激磁电流，所述负向激磁电流作用于所述变压器本体的初级侧电感与所述第一开关管漏极
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源极寄生电容谐振；第二阶段：当所述第一开关管漏极电压谐振到第二阈值电压时，所述第四开关管开通，直到所述第一开关管漏极
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源极电压接近于零，或者所述第一开关管漏极电压接近于偏置电压时，所述第四开关管关断；第三阶段：所述第二开关管开通，第一开关管由源极电压控制开通，第三开关管保持关断。初级侧电感电流经第二激磁回路对初级侧电感进行激磁。当副边所需能量较小时，第二开关管可一直保持关断状态；第四阶段：第二开关管关断，所述第一开关管保持开通，当所述第一开关管的源极电压上升到供电电容单元电压时，开通所述第三开关管，初级侧电感电流经所述第一激磁回路对供电电容单元进行固定时间充电；第五阶段：所述第三开关管关断，所述第一开关管由源极电压控制关断，初级侧电感中存储的能量向所述次级侧回路进行能量传递。
[0011]进一步地，在所述第二开关管开通前，对所述供电电容进行充电。
[0012]进一步地，所述电路还包括有源钳位电路和第四开关管，所述有源钳位电路的第一端与所述变压器本体的初级侧的同名端电连接，所述有源钳位电路的第二端与所述的初级侧的异名端电连接，所述第四开关管的第一端与所述第一开关管的源极电连接，所述第四开关管的第二端与所述偏置电容单元的第一端电连接，所述第四开关管的第三端与所述控制器的第二端电连接，所述第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种开关变换电路，其特征在于，包括：变压器本体、次级侧回路、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第一二极管、供电电容单元、偏置电容单元、控制器和充电控制电路，所述次级侧回路与所述变压器本体的次级侧电连接，所述第一开关管为MOS功率晶体管，所述第一开关管的漏极与所述变压器本体的初级侧电连接，所述第一开关管的栅极与所述偏置电容单元的第一端电连接，且所述偏置电容单元的第一端电连接至一偏置电压，所述偏置电容单元的第二端电连接至地；所述第二开关管具有第一端、第二端和第三端，所述第二开关管的第一端与所述第一开关管的源极电连接，所述第二开关管的第二端电连接至接地端，所述第二开关管的第三端与所述控制器的第一端电连接，所述控制器控制所述第二开关管的开通与关断；所述第三开关管具有第一端、第二端和第三端，所述第三开关管的第一端电连接至所述第一开关管的源极，所述第三开关管的第二端与所述第一二极管的阳极电连接，所述第三开关管的第三端与所述充电控制电路的第一端电连接，所述充电控制电路的第二端与所述控制器的第一端电连接，所述充电控制电路控制所述第三开关管的开通与关断，所述充电控制电路的第三端分别与所述供电电容单元的第一端和所述第一二极管的阴极电连接，所述供电电容单元的第二端接地。2.根据权利要求1所述的开关变换电路，其特征在于，所述电路还包括有源钳位电路和第四开关管，所述有源钳位电路的第一端与所述变压器本体的初级侧的同名端电连接，所述有源钳位电路的第二端与所述的初级侧的异名端电连接，所述第四开关管的第一端与所述第一开关管的源极电连接，所述第四开关管的第二端与所述偏置电容单元的第一端电连接，所述第四开关管的第三端与所述控制器的第二端电连接。3.根据权利要求1所述开关变换电路，其特征在于，所述充电控制电路包括电压比较器、时序控制模块、固定时间计时器、RS触发器和参考电压源，所述电压比较器的正输入端与所述供电电容单元的第一端电连接，所述电压比较器的负输入端与所述参考电压源的正极电连接，所述参考电压源的负极接地，所述电压比较器的输出端与所述时序控制模块的第一输入端电连接，所述控制器的第一端与所述时序控制模块的第二输入端电连接，所述时序控制模块的输出端与所述RS触发器的复位端电连接，所述固定时间计时器的输出端与所述RS触发器的置位端电连接，所述RS触发器的第一输出端与所述固定时间计时器的输入端电连接，所述RS触发器的第二输出端与所述第三开关管的第三端电连接。4.根据权利要求1至3中任一项所述的开关变换电路，其特征在于，所述第三开关管为增强型场效应管或者耗尽型场效应管。5.一种权利要求1至4中任一项所述的开关变换电路的控制方法，其特征在于，包括：当充电控制电路检测到供电电容单元的电压低于第一阈值电压时，使得开关变换电路工作在第一工作状态，在所述开关变换电路工作在所述第一工作状态时，在单个开关周期内，当第二开关管保持关断、第三开关管开通，第一开关管由源极驱动开通时，所述变压器本体的初级侧、所述第一开关管、所述第三开关管、第一二极管和所述供电电容单元形成第一激磁回路，并对所述供电电容单元进行一固定时间的充电；对所述供电电容单元充电结束后，所述第三开关管关断，同时所述第二开关管开通，所述第一开关管保持开通，所述变压器本体的初级侧、所述第一开关管和所述第二开关管形成第二激磁回路；或者，在单个开关周期内，当所述第二开关管开通，所述第三开关管保持关断，且所述
第一开关管由源极驱动开通时，输入电压经所述第二激磁回路对初级侧电感进行激磁；当所述第二开关管关断，同时所述第三开关管开通，所述第一开关管的源极电压上升到供电电容单元电压时，初级侧电感电流经所述第一激磁回路对供电电容单元进行固定时间充电；当所述充电控制电路检测到所述供电电容的电压大于或者等于所述第一阈值电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ七四专利代理机构，
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：