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1. (WO2017000474) PRE-BIAS ON-AND-OFF CIRCUIT, AND CIRCUIT AND METHOD FOR PRE-BIASING MULTI-CASCADE CONVERTER
Document

说明书

发明名称 0001   0002   0003   0004   0005   0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055  

权利要求书

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10  

附图

0001   0002   0003   0004   0005   0006  

说明书

发明名称 : 预偏置开关机电路和多级联变换器预偏置电路、方法

技术领域

[0001]
本发明涉及通信领域,具体涉及一种预偏置开关机电路和多级联变换器预偏置电路、方法。

背景技术

[0002]
请参阅图1,为一种由降压式变换电路(BUCK电路)和推挽电路两级拓扑电路构成的变换器电路以及输出滤波电路以及PWM控制电路和固定占空比输出电路。
[0003]
其中BUCK电路包括整流开关管QR、续流开关管QF、第一电感Lout1,输出第一电容Co1;推挽电路原边包括两个主管VT3、VT4,副边包括两个整流管VT5、VT6;输出滤波电路包括第二输出电容Co2,第二电感Lout2以及第三电容滤波电路Co3;脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,简称为PWM)控制电路与固定占空比输出电路,分别为PWM电路控制BUCK电路的驱动,固定占空比输出电路控制推挽电路原边两个金属-氧化物-半导体场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor,简称为MOS)驱动。
[0004]
开关机时,开关管在推挽电路的推挽过程(push-pull)中其驱动信号的占空比约为50%固定占空比。在开机时,整流开关管QR的驱动信号占空比开始为低,之后慢慢增加,续流开关管QF的驱动信号占空比开始为高,之后慢慢减小。若负载存在电压,电容Co3经推挽电路、电感L和续流开关管QF形成回路,并产生反灌电流。
[0005]
关机时,第一电感、第一电容、第二电容也会产生反灌电流,倒灌到输入端。实际应用中尤其在输出大电容空载情况下开关机时,反灌电流将更大。因此,当负载存在电压时,将对该直流变换器电路产生以下影响:一方面,使直流变换器的输出开机波形不单调,有跌落的风险;另一方面,使流过续流开关管的反向电流非常大,当超过额定值时,会使续流开关管和负载损坏,推挽电路的副边开关管漏源应力也会超标。
[0006]
目前,解决上述问题的常用方法有两种:第一种在开机时检测续流开关管的电流,当判定续流开关管反向电流为零时,将续流开关管驱动打开,而检测续流开关管反向电流为零非常复杂,不利用实施;第二种通过检测原边PWM控制芯片中的缓启动(Soft Start,简称为SS)信号,当SS信号达到设定值后,打开推挽电路的副边驱动。然而随着模块的输入电压以及负载情况不同,这个切换点的时刻并不相同。在控制上很难跟踪这个切换点,如果过早的切换避免不了倒灌的问题,而过迟的切换则会使模块长期处于肖特基整流状态。
[0007]
发明内容
[0008]
本发明实施例要解决的主要技术问题是,提供一种预偏置开关机电路和多级联变换器预偏置电路、方法,解决现有直流变换器的控制复杂且易于损坏电路器件以及切换点不容易控 制的缺陷的问题。
[0009]
为解决上述问题,本发明实施例提供一种预偏置开关机电路,包括检测模块和控制模块:
[0010]
所述检测模块与多级联变换器的输出端连接,设置为检测所述多级联变换器的输出信号;
[0011]
所述控制模块与所述多级联变换器的推挽电路连接,设置为根据检测的输出信号,当所述输出信号为预设输出信号时产生预偏置信号,并利用所述预偏置信号控制所述推挽电路的整流管驱动开关电路。
[0012]
在本发明的一种实施例中,所述推挽电路包括副边整流管驱动;所述利用所述预偏置信号控制所述推挽电路的整流管驱动开关电路包括:利用所述预偏置信号控制所述推挽电路的副边整流管驱动开关电路。
[0013]
在本发明的一种实施例中,所述输出信号包括:输出传感器SENSE信号或输出VOUT信号。
[0014]
在本发明的一种实施例中,所述预设输出信号包括:预设开启输出信号或预设关闭输出信号。
[0015]
为解决上述问题,本发明实施例还提供一种的多级联变换器预偏置电路,其中,包括多级联变换器和如上述任一项所述的预偏置开关机电路;
[0016]
所述预偏置开关机电路的检测模块与所述多级联变换器的输出端连接,设置为检测所述多级联变换器的输出信号;
[0017]
所述预偏置开关机电路的与所述多级联变换器的推挽电路连接,设置为根据检测的输出信号,当所述输出信号为预设输出信号时产生预偏置信号,并利用所述预偏置信号控制所述推挽电路的整流管驱动开关电路。
[0018]
在本发明的一种实施例中,所述多级联变换器为隔离或非隔离拓扑结构的变换器。
[0019]
在本发明的一种实施例中,所述多级联变换器为一级联变换器或多级联变换器。
[0020]
在本发明的一种实施例中,所述多级联变换器为变占空比变换器。
[0021]
为解决上述问题,本发明实施例还提供一种多级联变换器预偏置方法,包括:
[0022]
检测多级联变换器的输出信号;
[0023]
当所述输出信号为预设输出信号时产生预偏置信号;
[0024]
利用所述预偏置信号控制所述多级联变换器中的推挽电路的整流管驱动开关电路。
[0025]
在本发明的一种实施例中,所述预设输出信号包括:预设开启输出信号或预设关闭输出信号。
[0026]
本发明实施例的有益效果是:
[0027]
本发明实施例提供的预偏置开关机电路和多级联变换器预偏置电路、方法,预偏置开关机电路包括检测模块和控制模块:检测模块与多级联变换器的输出端连接,设置为检测多级联变换器的输出信号;控制模块与多级联变换器的推挽电路连接,设置为根据检测的输出信号,当输出信号为预设输出信号时产生预偏置信号,并利用预偏置信号控制推挽电路的整流管驱动开关电路。与现有技术相比,本发明实施例在直流变换器上增加预偏置开关机电路,通过检测多级联变换器的输出信号来判断是否需要预偏置开关机,其实现简单,切入点控制精确。解决了由于负载预偏置电压造成续流开关管反向电流过大损坏器件的问题,也防止了变换器输出电压的跌落。

附图说明

[0028]
图1为现有的多级联变换器结构示意图;
[0029]
图2为本发明实施例一提供的多级联变换器预偏置电路结构示意图;
[0030]
图3为本发明实施例一提供的多级联变换器预偏置电路中BUCK电路和推挽电路构成的多级变换器结构示意图;
[0031]
图4为本发明实施例二提供的预偏置开关机电路结构示意图;
[0032]
图5为本发明实施例三提供的预偏置开关机电路结构示意图;
[0033]
图6为本发明实施例四提供的多级联变换器预偏置方法流程图。

具体实施方式

[0034]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0035]
实施例一:
[0036]
本实施例提供一种多级联变换器预偏置电路结构示意图,如图2所示,本实施例中以多级联变换器为例进行说明,本发明实施例的多级联变换器预偏置电路,包括BUCK电路100、推挽电路200、输出滤波电路300、PWM控制电路与固定占空比输出电路400以及预偏置开关机电路500。预偏置开关机电路500一端连接输出滤波电路300的输出端,另外一端连接推挽电路200。其中BUCK电路100采用同步整流技术,推挽电路200副边整流也采用同步整流技术。如图3所示,BUCK电路100包括整流开关管QR、续流开关管QF、第一电感Lout1,输出第一电容Co1;推挽电路200的原边包括两个主管VT3、VT4,副边包括两个整流管VT5、VT6;输出滤波电路300包括第二输出电容Co2,第二电感Lout2以及第三电容滤波电路Co3;PWM控制电路与固定占空比输出电路400,分别为PWM电路控制BUCK电路100的驱动, 固定占空比输出电路控制推挽电路200原边两个MOS管驱动。PWM控制电路与固定占空比输出电路400,其中PWM控制电路控制BUCK电路的驱动,而固定占空比输出电路输出占空比在50%左右,而不等于50%。预偏置开关机电路500检测输出电压信号,准确找到推挽电路副边进入同步整流的切入点。
[0037]
可选的,当输出信号为预设输出信号时产生预偏置信号,并利用预偏置信号控制推挽电路的整流管驱动开关电路可以是当模块开机完成后,BUCK电路100的占空比已打开,BUCK电路100的输出电压经过推挽电路200固定占空比的变压后,输出电压达到设定值。当预偏置开关机电路500打开推挽副边整流管后,BUCK电路100已进入同步整流状态,输出电压不会有跌落。即在开机时,预偏置开关机电路500若检测到输出电压没有达到输出电压的设定值,让推挽电路关闭副边的整流管驱动,防止能量反灌。反之启动推挽电路副边的驱动。在关机时若检测到输出电压比设定值低一定值时,关闭推挽电路的副边驱动信号,防止负载端的能量反灌。这里的,在开机时输出电压没有达到输出电压的为设定值预设开启输出信号的一种可选实施例;关机时输出电压比设定值低一定值为预设关闭输出信号的一种可选实施例。
[0038]
本实施例中的预偏置开关机电路500取样输出信号,可选的通过预偏置开关机电路500的检测模块与多级联变换器的输出端连接,检测所述多级联变换器的输出信号。能准确找到推挽电路副边整流管从体二极管到MOS同步整流的切入点,不受输入电压、输出电流等因数影响,将体二极管导通时间缩短为最小。
[0039]
值得注意的是,本实施例只是以检测输出电压信号为例,还可以为输出的电流信号等其他输出信号,应该理解为只要能够准确的确定当前多级联变换器中的电流情况的信号都可以。同样,本实施例中的多级联变换器以多级联变换器为例,还可以为一级联变换器、隔离或非隔离拓扑结构的变换器和变占空比变换器等变换器。
[0040]
本实施的预偏置开机电路及采用该电路的直流变换器,具有以下有益效果:在直流变换器上增设预偏置开关机电路,通过检测开机时输出电压是否达到设定值来判断是否需要预偏置开机,其实现简单,切入点控制精确。解决了由于负载预偏置电压造成续流开关管反向电流过大损坏器件的问题,也防止了变换器输出电压的跌落,同时将整流MOS管的体二极管导通时间缩短到最小。
[0041]
实施例二:
[0042]
本实施例提供一种预偏置开关机电路,如图4所示,当预偏置检测电路检测到输出传感器(SENSE)电压已达到设定值后。通过比较电路输出高电平,使管脚D2驱动芯片使能。该D2驱动芯片的特点是只有当使能(EN)信号为高时,管脚INA、管脚INB输入信号才能传送到管脚OUTA、管脚OUTB。当预偏置检测电路检测到输出电压已达到设定值时,管脚INA、管脚INB的驱动信号才送到管脚OUTA、管脚OUTB。从而开启副边整流MOS管驱动,达到防止反灌的目的。当管脚D1A输出高电平后,通过管脚R11,抬高管脚D1A的3脚电压,达 到消除扰动的目的。当输出电压下降到一定设定值,管脚D1A输出低电平,管脚D2驱动芯片停止工作,副边整流MOS管驱动关闭,从而防止反灌。值得注意的是,为了更准确的进行控制,本实施可选的应用于输出存在负载且负载距离输出口较近的场景下。
[0043]
实施例三:
[0044]
本实施例提供一种预偏置开关机电路,如图5所示,当预偏置检测电路检测到管脚VOUT输出电压已达到设定值后。通过比较电路输出高电平,使管脚D2驱动芯片使能。该管脚D2驱动芯片的特点是只有当EN信号为高时,管脚INA、管脚INB输入信号才能传送到管脚OUTA、管脚OUTB。当预偏置检测电路检测到输出电压已达到设定值时,管脚INA、管脚INB的驱动信号才送到管脚OUTA、管脚OUTB。从而开启副边整流MOS管驱动,达到防止反灌的目的。当管脚D1A输出高电平后,通过管脚R11,抬高管脚D1A的3脚电压,达到消除扰动的目的。当输出电压下降到一定设定值,管脚D1A输出低电平,管脚D2驱动芯片停止工作,副边整流MOS管驱动关闭,从而防止反灌。值得注意的是,为了更准确的进行控制,本实施可选的应用于输出存在负载且负载距离输出口较远的场景下。
[0045]
实施例四:
[0046]
本申请实施例四提供一种多级联变换器预偏置方法,如图6所示,该方法包括:
[0047]
S401:检测多级联变换器的输出信号;
[0048]
可选的,采用预偏置开关机电路中检测模块,能够检测多级联变换器的输出信号。
[0049]
S402:当输出信号为预设输出信号时产生预偏置信号;
[0050]
预设输出信号包括:预设开启输出信号或预设关闭输出信号。当检测模块检测到级联变换器的输出信号为预设开启输出信号或预设关闭输出信号时产生预偏置信号,并经过输出级变换器电路进行传输。
[0051]
S403:利用预偏置信号控制多级联变换器中的推挽电路的整流管驱动开关电路。
[0052]
需要说明的是,该预偏置开关机电路需要为多级联变换器为变占空比变换器,输出多级联变换器为固定占空比且输出滤波电感的变换器构成的预偏置电路。通过对输出滤波电感的输出端信号进行取样,能准确找到推挽电路副边整流管从体二极管到MOS同步整流的切入点,不受输入电压、输出电流等因数影响,将体二极管导通时间缩短为最小。
[0053]
工业实用性:通过上述描述可知,本发明检测模块与多级联变换器的输出端连接,设置为检测多级联变换器的输出信号;控制模块与多级联变换器的推挽电路连接,设置为根据检测的输出信号,当输出信号为预设输出信号时产生预偏置信号,并利用预偏置信号控制推挽电路的整流管驱动开关电路。与现有技术相比,本发明在直流变换器上增加预偏置开关机电 路,通过检测多级联变换器的输出信号来判断是否需要预偏置开关机,其实现简单,切入点控制精确。解决了由于负载预偏置电压造成续流开关管反向电流过大损坏器件的问题,也防止了变换器输出电压的跌落。
[0054]
本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成,上述程序可以存储于计算机可读存储介质中,如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地,上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地,上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。
[0055]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,仅仅参照较佳实施例对本发明进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围,均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

权利要求书

[权利要求 1]
一种预偏置开关机电路,包括检测模块和控制模块: 所述检测模块与多级联变换器的输出端连接,设置为检测所述多级联变换器的输出信号; 所述控制模块与所述多级联变换器的推挽电路连接,设置为根据检测的输出信号,当所述输出信号为预设输出信号时产生预偏置信号,并利用所述预偏置信号控制所述推挽电路的整流管驱动开关电路。
[权利要求 2]
如权利要求1所述的预偏置开关机电路,其中,所述推挽电路包括副边整流管驱动;所述利用所述预偏置信号控制所述推挽电路的整流管驱动开关电路包括:利用所述预偏置信号控制所述推挽电路的副边整流管驱动开关电路。
[权利要求 3]
如权利要求1所述的预偏置开关机电路,其中,所述输出信号包括:输出传感器SENSE信号或输出VOUT信号。
[权利要求 4]
如权利要求1至3中任一项所述的预偏置开关机电路,其中,所述预设输出信号包括:预设开启输出信号或预设关闭输出信号。
[权利要求 5]
一种的多级联变换器预偏置电路,包括多级联变换器和如权利要求1至4中任一项所述的预偏置开关机电路; 所述预偏置开关机电路的检测模块与所述多级联变换器的输出端连接,设置为检测所述多级联变换器的输出信号; 所述预偏置开关机电路的与所述多级联变换器的推挽电路连接,设置为根据检测的输出信号,当所述输出信号为预设输出信号时产生预偏置信号,并利用所述预偏置信号控制所述推挽电路的整流管驱动开关电路。
[权利要求 6]
如权利要求5所述的多级联变换器预偏置电路,其中,所述多级联变换器为隔离或非隔离拓扑结构的变换器。
[权利要求 7]
如权利要求5所述的多级联变换器预偏置电路,其中,所述多级联变换器为一级联变换器或多级联变换器。
[权利要求 8]
如权利要求5所述的多级联变换器预偏置电路,其中,所述多级联变换器为变占空比变换器。
[权利要求 9]
一种多级联变换器预偏置方法,包括: 检测多级联变换器的输出信号; 当所述输出信号为预设输出信号时产生预偏置信号; 利用所述预偏置信号控制所述多级联变换器中的推挽电路的整流管驱动开关电路。
[权利要求 10]
如权利要求9所述的多级联变换器预偏置方法,其中,所述预设输出信号包括:预设开启输出信号或预设关闭输出信号。

附图

[ 图 0001]  
[ 图 0002]  
[ 图 0003]  
[ 图 0004]  
[ 图 0005]  
[ 图 0006]