用于电源适配器的两级电路拓扑结构及其控制方法技术

本发明专利技术提供了一种用于电源适配器的两级电路拓扑结构及其控制方法，所述电路拓扑结构包括前级与后级两个电路；所述前级电路包括：磁性元件，包含一组原边绕组与两组副边绕组；原边电路，包含一组半桥开关管(由两个开关管组成)和一个谐振电容，半桥桥臂中点与谐振电容的一端分别与原边绕组的两端连接，谐振电容的另一端与下开关管相连接，形成谐振槽；副边电路，包含两路倍压整流电路，与两组副边绕组分别连接，其输出端并联；所述后级电路采用降压电路，降压电路与副边电路的输出端相连。本发明专利技术能够在减小磁性元件的伏秒和尺寸的同时，降低磁性元件的铜损和磁损，在适配器自然散热的限制下，实现电源适配器宽输入电压范围的满功率输出。功率输出。功率输出。

【技术实现步骤摘要】
用于电源适配器的两级电路拓扑结构及其控制方法


[0001]本专利技术涉及电力电子领域，具体涉及一种用于电源适配器的两级电路拓扑结构及其控制方法。

技术介绍

[0002]随着电子产品市场规模的增大，为了满足充电需求，追求电源适配器的高功率密度已成为了发展趋势。电源适配器一般采用反激变换电路拓扑，因为其电路简单，器件数量少，控制简单。电源适配器的散热方式是自然冷却，电路损耗与电源适配器的体积成正比，反激变换电路漏感能量损耗较大，会降低电路效率，限制电源适配器的体积，阻碍功率密度的提高。常见的改进方法是采用有源钳位反激变换电路，将漏感能量回收用以实现软开通，使电路可以高频化，进而缩小磁性元件的体积以提高功率密度。但有源钳位反激变换电路的问题是实现软开关时的负电流会增加原边电流的有效值，且关断电流较大，高频工作时磁性元件的导通损耗和铁心损耗更高，开关器件的关断损耗也会增大。且电路的最恶劣工况是在低输入电压下，电路在低输入电压工作时因为损耗的限制需要降额输出功率，无法实现宽输入电压范围满功率输出。
[0003]因此，在减小磁性元件体积的前提下，如何保证电源适配器宽输入范围内的满功率输出是一个需要解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种用于电源适配器的两级电路拓扑结构及其控制方法，相较于现有的反激变换电路拓扑，在相同输入输出条件下，开关器件导通时磁性元件绕组的电压应力减半，且磁性元件绕组上无直流偏置，减小了磁损。电路中的漏感能量用于实现开关期间的软开通，且关断电流小，高频工作时电路关断损耗小，极大减小了磁性元件上的伏秒，从而减小了磁性元件的体积。此外，由于电路特性，电路的电流有效值相较反激变换电路小得多，进而减小了开关器件的导通损耗与磁性元件的铜损。因此，电路在宽输入电压范围内的损耗较小，通过高频化减小磁性元件的同时，实现了电源适配器宽输入电压范围内的满功率输出。
[0005]本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种用于电源适配器的两级电路拓扑结构，包括前级与后级两个电路；
[0007]所述前级电路采用谐振电路，包括：磁性元件，包含一个原边绕组与两个副边绕组；原边电路，包含一组半桥开关管(由两个开关管组成)和一个谐振电容，半桥桥臂中点与谐振电容的一端分别与原边绕组的两端连接，谐振电容的另一端与下开关管相连接，形成谐振槽；副边电路包含两路倍压整流电路，与两个副边绕组分别连接，其输出端并联；
[0008]所述后级电路采用降压电路，所述降压电路与副边电路的输出端相连。
[0009]上述技术方案中，进一步地，所述的降压电路采用飞跨电容三电平降压电路；所述飞跨电容三电平降压电路串接倍压整流电路的输出端，并且在飞跨电容的两端增加两颗串
联的钳位二极管稳压，串联的钳位二极管中点与倍压整流电路的输出电容的中点连接，飞跨电容三电平降压电路接收倍压整流电路的输出电压并调节输出电压到相应的电子设备。所述副边电路形成两个稳定的电压源作为后级飞跨电容三电平降压电路的输入源。
[0010]一种用于电源适配器的两级电路拓扑结构的控制方法，基于上述用于电源适配器的两级电路拓扑结构实现，具体步骤如下：
[0011]1)前级谐振电路工作在固定的高工作频率下，开关器件导通时间为二分之一周期，整个周期内电路的原边都向副边传递能量。副边的倍压整流电路的输出电容电压作为后级飞跨电容三电平电路的输入，实现了天然的输入均压。
[0012]2)后级飞跨电容三电平降压电路采用共同占空比控制，通过调节占空比调节输出电压。通常飞跨电容由于充放电不平衡，会存在均压问题，通过增加两颗钳位二极管，给飞跨电容提供新的充放电回路，实现飞跨电容的稳压控制，无需其他复杂的均压控制方案。
[0013]本专利技术的有益效果是：
[0014]本专利技术的电路拓扑结构利用谐振型拓扑减小磁性元件的伏秒，在减小磁性元件体积的同时，实现低电压输入下的满功率输出。此外，副边的倍压整流电路减小了副边磁性元件的匝数，两组并联的倍压整流电路能够减小副边电流的有效值，减小了副边开关器件的导通损耗和磁性元件副边绕组的损耗，提高了电源适配器的效率。利用倍压整流电路的输出电容天然分压构造两个相同电压的输入源作为后级飞跨电容三电平降压电路的输入源，通常飞跨电容由于充放电不平衡，会存在均压问题，本专利技术通过增加两颗钳位二极管，给飞跨电容提供新的充放电回路，实现稳压输入，避免了复杂的均压控制。前级电路工作在固定谐振频率，具有固定的增益，控制简单。后级的飞跨电容三电平降压电路控制输出端口的输出电压和输出功率，可满足宽范围输入与输出电压要求，控制简单。
附图说明
[0015]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明；
[0016]图1是本专利技术实例的电源适配器电路结构图；
[0017]图2是本专利技术实例中前级电路工作波形图；
[0018]图3是本专利技术实例中变压器的副边绕组上的电压波形图；
[0019]图4使本专利技术实例中倍压整流电路构造稳定输入电压源示意图；
[0020]图5是本专利技术实例中后级飞跨电容三电平降压电路工作波形图。
具体实施方式
[0021]本专利技术实例提供一种电源适配器，其中图1是所示实例电源适配器的电路结构图，如图1所示，电源适配器电路可分为前级电路与后级飞跨电容三电平降压电路，前级电路中开关S1与S
R1
，S
R3
同时导通，开关S2与S
R2
，S
R4
同时导通，开关S1与S2的驱动信号互补，且工作在固定谐振频率。
[0022]前级电路的工作波形图如图2所示，V
GS_S1
，V
GS_S2
，V
GS_SR1
，V
GS_SR2
，V
GS_SR3
和V
GS_SR4
分别为开关管S1，S2，S
R1
，S
R2
，S
R3
和S
R4
的驱动电压，V
DS_S1
和V
DS_S2
分别为开关管S1与S2的漏源电压，i
Lm
和i
p
分别为励磁电流与谐振腔原边电流，i
SR
为谐振腔副边电流，其工作模态分析如下：
[0023]状态t
o
～t1：原边开关管S1导通，励磁电感L
m
充电，励磁电流i
Lm
线性上升，谐振电感
L
k
与谐振电容C
r
发生谐振，谐振电流i
p
为正弦波，同步整流管S
R1
与S
R3
导通，副边两个倍压整流电路输出端并联，两个副边绕组与一个原边绕组耦合在一个磁性元件上，副边开关管S
R1
与S
R3
的电流i
SR
相等，且i...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于电源适配器的两级电路拓扑结构，其特征在于，包括前级与后级两个电路；所述前级电路包括：磁性元件，包含一个原边绕组与两个副边绕组；原边电路，包括两个开关管和一个谐振电容，半桥桥臂中点与谐振电容的一端分别与原边绕组的两端连接，谐振电容的另一端与下开关管相连接，形成谐振槽；副边电路，包括两路倍压整流电路，与两个副边绕组分别连接，其输出端并联；所述后级电路采用降压电路，所述降压电路与副边电路的输出端相连。2.根据权利要求1所述的用于电源适配器的两级电路拓扑结构，其特征是：所述的降压电路采用飞跨电容三电平降压电路，在飞跨电容的两端增加两颗串联的钳位二极管，串联的钳位二极管中点与倍压整流电路的输出电容的中点连接，飞...

【专利技术属性】
技术研发人员：马京京，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：