專利名稱：開關電源和開關電源控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及開關電源領域，特別涉及一種開關電源和開關電源控制方法。
背景技術：
隨著通信技術的發(fā)展，產(chǎn)生了越來越多的信息，為了快速傳遞和處理這些信息，必須提高數(shù)字計算機CPU的處理速度。隨著CPU處理速度的提高，對電源的性能要求也越來越高，傳統(tǒng)的硬開關已經(jīng)不能滿足電源高工作頻率、高轉(zhuǎn)換效率的要求了，各種軟開關技術應運而生?，F(xiàn)有技術中提供了一種不對稱半橋式開關電源，如圖1所示，QU Q2組成一個半橋，Q3為同步整流開關，Ql、Q2、Q3均由控制電路輸出的PWM信號控制其開關狀態(tài)。Lr，Cr組成的諧振電路，由Ql、Q2組成的半橋驅(qū)動。具體的工作流程為:Q1開通時，Vl通過諧振電路加至變壓器，此時副邊開關Q3關斷，沒有電流，原邊電流在變壓器磁芯里存儲能量，接下來，Ql關斷，Q2開通，Q3也開通，電流流過Cr, Lr,和Tl, Cr和Lr諧振,使得電流呈半正弦波狀，電流折射到副邊，通過Q3給電容Co充電，Co對電壓進行平滑濾波，得到輸出電壓Vo, Vo給負載RL供電，同時輸出電壓被采樣反饋給控制電路，控制電路根據(jù)反饋回來的信號，控制開關占空比，從而穩(wěn)定輸出電壓。由于現(xiàn)有的控制電路是由傳統(tǒng)的PWM (Pulse Width Modulation，脈沖寬度調(diào)制)控制，傳統(tǒng)的PWM的特點是:頻率不變，導通時間和關斷時間同時變化，當輸入電壓為48V時的同步整流管Q3實現(xiàn)了零電流開關，但當輸入電壓升到60v時，開關時刻電流成了較大的負值，不能實現(xiàn)零電流開關，導致電源上的損耗增加，降低了開關電源的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
為了提高開關電源的可靠性，本發(fā)明實施例提供了 一種開關電源和開關電源控制方法。所述技術方案如下:第一方面，提供了一種開關電源，包括:原邊電路、變壓器組、副邊電路、采樣反饋電路和控制電路，N為大于I的自然數(shù)；其中，所述變壓器組包括N個變壓器，所述副邊電路包括N個整流開關，所述原邊電路包括N個橋臂和N個電容，所述N個電容分別與所述N個變壓器的原邊繞組串聯(lián)；所述控制電路，用于發(fā)出N對控制所述N個橋臂的第一控制信號和N個控制所述整流開關的第二控制信號，其中，所述每對第一控制信號中，一個控制信號的高電平寬度為第一固定值，低電平寬度可調(diào)節(jié)，另一個控制信號的低電平寬度為第二固定值，高電平寬度可調(diào)節(jié)，所述每個橋臂由所述每對第一控制信號控制開與關，所述相鄰的兩對第一信號的相位差為360/N度；所述每個橋臂用于在接收到所述第一控制信號后，驅(qū)動所述相應的變壓器和所述相應的電容的工作，以得到所述副邊電路的輸出電壓；所述采樣反饋電路，用于對所述原邊電路的電容的電壓或所述副邊電路的輸出電壓進行采樣，并將所述采樣信號反饋給所述控制電路，所述控制電路還用于在收到所述采樣信號后，根據(jù)所述采樣信號控制所述每個橋臂的信號的占空比和頻率，以穩(wěn)定所述輸出電壓。結(jié)合第一方面的第一種可能的實施方式，所述每個橋臂包括至少一對開關管，所述每對開關管串聯(lián)在一起。在第一種可能的實施方式中的第二種可能的實施方式，所述每對開關管的驅(qū)動信號互補，且存在死區(qū)時間。在結(jié)合第一方面，或是在第一方面的第一種可能的實施方式中，或是在第一種可能的實施方式中的第二種可能的實施方式中的第三種可能的實施方式，當所述采樣反饋電路位于所述原邊電路上時，所述采樣反饋電路對所述電容兩端的電壓分別進行采樣，得到米樣信號。第二方面，提供了一種開關電源的控制方法，所述方法包括:所述控制電路發(fā)出N對控制所述N個橋臂的第一控制信號和N個控制所述整流開關的第二控制信號，其中，所述每對第一控制信號中，其中一個控制信號的高電平寬度為第一固定值，低電平寬度可調(diào)節(jié)，另一個控制信號的低電平寬度為第二固定值，高電平寬度可調(diào)節(jié)，所述每個橋臂由所述每對第一控制信號控制開與關，所述相鄰的兩對第一信號的相位差為360/N度；所述每個橋臂在接收到所述第一控制信號后，驅(qū)動所述相應的變壓器和所述相應的電容的工作，以得到所述副邊電路的輸出電壓；所述采樣反饋電路對所述原邊電路的電壓或所述副邊電路的電壓進行采樣，并將所述采樣信號反饋給所述控制電路，所述控制電路還用于在收到所述采樣信號后，根據(jù)所述采樣信號控制所述每個橋臂的信號的占空比和頻率，以穩(wěn)定所述輸出電壓。本發(fā)明實施例提供的技術方案帶來的有益效果是:原邊電路包括N個橋臂，控制電路發(fā)出N對控制所述N個橋臂的第一控制信號和N個控制所述整流開關的第二控制信號，其中，所述每對第一控制信號中，其中一個控制信號的高電平寬度為第一固定值，低電平寬度可調(diào)節(jié)，另一個控制信號的低電平寬度為第二固定值，高電平寬度可調(diào)節(jié)，所述每個橋臂由所述每對第一控制信號控制開與關，所述相鄰的兩對第一信號的相位差為360/N度，這樣，不管輸入電壓怎樣變化每個橋臂和整流開關都可工作在零電流開關或是零電壓開關狀態(tài)，從而提高了功率密度，降低了輸出紋波，穩(wěn)定了輸出電壓，保證了電源的可靠性。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1是現(xiàn)有技術中提供的一種開關電源的不意圖；圖2是本發(fā)明實施例中提供的一種開關電源的示意圖；圖3是本發(fā)明實施例中提供的另一種開關電源的示意圖；圖4是本發(fā)明實施例中提供的一種控制信號的示意圖5是本發(fā)明實施例中提供的另一種開關電源的示意圖；圖6是本發(fā)明實施例中提供的另一種開關電源的示意圖；圖7是本發(fā)明實施例中提供的另一種開關電源的示意圖；圖8是本發(fā)明實施例中提供的另一種開關電源的示意圖；圖9是本發(fā)明實施例中提供的一種開關電源控制方法的流程圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述。參見圖2，本實施例中提供了一種開關電源，該開關電源包括:原邊電路101、變壓器組102、副邊電路103、采樣反饋電路104和控制電路105 ；其中，所述變壓器組102包括N個變壓器，所述副邊電路103包括N個整流開關，所述原邊電路包括N個橋臂和N個電容，所述N個電容分別與所述N個變壓器的原邊繞組串聯(lián);所述控制電路105，用于發(fā)出N對控制所述N個橋臂的第一控制信號和N個控制所述整流開關的第二控制信號，其中，所述每對第一控制信號中，其中一個控制信號的高電平寬度為第一固定值，低電平寬度可調(diào)節(jié)，另一個控制信號的低電平寬度為第二固定值，高電平寬度可調(diào)節(jié)，所述每個橋臂由所述每對第一控制信號控制開與關，所述相鄰的兩對第一信號的相位差為360/N度；所述每個橋臂在接收到所述第一控制信號后，用于驅(qū)動所述相應的變壓器和所述相應的電容的工作，以得到所述副邊電路的輸出電壓；所述采樣反饋電路104，用于對所述原邊電路101的電容的電壓或所述副邊電路103的輸出電壓進行采樣，并將所述采樣信號反饋給所述控制電路，所述控制電路還用于在收到所述采樣信號后，根據(jù)所述采樣信號控制所述每個橋臂的信號的占空比和頻率，以穩(wěn)定所述輸出電壓。在另一實施例中，所述每個橋臂包括至少一對開關管，所述每對開關管串聯(lián)在一起。其中，所述每對開關管的驅(qū)動信號互補，且存在死區(qū)時間。在另一實施例中，所述整流開關包括至少一個開關管。在另一實施例中，當所述電容為諧振電容時，所述原邊電路還包括N個諧振電感，所述每個諧振電容和所述每個諧振電感組成諧振回路。在另一實施例中，當所述電容為諧振電容時，所述副邊電路還包括N個諧振電感，所述每個諧振電容和所述每個諧振電感組成諧振回路。其中，可選地，諧振電感的個數(shù)小于等于N，即可以在每個變壓器的副邊電路中設置一諧振電感，也可以使多個變壓器共用一個諧振電感，對此本實施例中并不做具體限定。在另一實施例中，當所述采樣反饋電路位于所述原邊電路上時，所述采樣反饋電路對所述電容兩端的電壓分別進行采樣，得到采樣信號。其中，可選地，采樣反饋電路可以對每個電容進行采樣，也可以選擇其中部分電容進行采樣，對此本實施例中不做具體限定。在另一實施例中，當所述采樣反饋電路位于所述副邊電路上時，所述采樣反饋電路對所述輸出電壓進行采樣，得到采樣信號。在另一實施例中，所述N個電容并聯(lián)在一起。本實施例的有益效果是:原邊電路包括N個橋臂，控制電路發(fā)出N對控制所述N個橋臂的第一控制信號和N個控制所述整流開關的第二控制信號，其中，所述每對第一控制信號中，其中一個控制信號的高電平寬度為第一固定值，低電平寬度可調(diào)節(jié)，另一個控制信號的低電平寬度為第二固定值，高電平寬度可調(diào)節(jié)，所述每個橋臂由所述每對第一控制信號控制開與關，所述相鄰的兩對第一信號的相位差為360/N度，這樣不管輸入電壓怎樣變化每個橋臂和整流開關都可工作在零電流開關或是零電壓開關狀態(tài)，從而提高了功率密度，降低了輸出紋波，穩(wěn)定了輸出電壓，保證了電源的可靠性。參見圖3，本實施例中提供了一種開關電源，該開關電源包括:原邊電路、兩個變壓器、副邊電路、采樣反饋電路和控制電路。其中原邊電路包括兩個橋臂和兩個諧振電容和兩個諧振電感，兩個諧振電容分別為Crt和Crf，兩個諧振電感分別為Lrt和Lw每個橋臂包括兩個MOSFET (金屬-氧化物-半導體場效應管)開關管，分別為Qll和Q12，Q21和Q22，兩個變壓器分別為T1和T2，所述副邊電路包括兩個整流開關，每個整流開關包括一個開關，分別為Q13，Q23，副邊電路包括電容Ctl和負載 RL。每個橋臂中點到地之間，分別接入變壓器原邊組和諧振電容Crt和Crf，諧振電容再與諧振電感串聯(lián)，組成諧振回路。其中，原邊電路中的開關管和副邊電路中的開關管的導通或斷開均由控制電路控制?？刂齐娐钒l(fā)送給原邊電路兩對控制信號，分別控制兩個橋臂，其中，每對控制信號的相位互補，并具有一定死區(qū)時間。如下圖4所示的控制信號，其中，Vgs_Qll為Qll的驅(qū)動，Vgs_Q12為Q12的驅(qū)動，Vds_Q12為Q12的漏極電壓；Vgs_Q21為Q21的驅(qū)動，Vgs_Q22為Q22的驅(qū)動，Vds_Q22為Q22的漏極電壓。該控制信號頻率隨著輸入電壓變化而改變，即輸入電壓升高，則頻率升高，輸入電壓下降則頻率也降低，且每個開關周期內(nèi)Q12，Q22具有固定的導通時間，但關斷時間可變，反過來，Q11，Q21則有固定的關斷時間，而開通時間可變。其中高電平寬度代表導通時間，低電平寬度代表關斷時間。同時，兩個橋臂的信號相位相差180度，諧振電容上的電壓VCrl由Qll和Q21的占空比決定，即VCrl=Vin*D，Vin為輸入電壓，D表示Qll和Q21的占空比。當Q12開通時，諧振電感Lrl和諧振電容Crl諧振，其諧振周期和Q12導通時間的2倍接近，且稍大，這樣，當開關Q12、Q13關斷時，電流接近0，即可實現(xiàn)零電流開關，大大降低Q13的體二極管的反向恢復損耗。同時，Q12關斷時，有一個小電流給開關管的寄生電容充電形成較緩的電壓斜坡，從而可實現(xiàn)ZVS開通和關斷，Qll可實現(xiàn)ZVS開通，大大降低開關損耗。另一方面，將采樣反饋電路設置于原邊電路上，由于諧振電容的電壓和輸出電壓成正比，所以對諧振電容的電壓進行采樣，并根據(jù)采樣出來的信號調(diào)節(jié)開關頻率，以穩(wěn)定輸出電壓。且采樣反饋電路在原邊電路上，避免了用光耦等安規(guī)隔離器件，節(jié)省面積和成本?？蛇x地，如圖5所示，本實施例中還可將諧振電感Lrt和L2接在變壓器的副邊繞組和整流開關之間。可選地，如圖6所示，本實施例中還可以將諧振電容Cr1和Cr2并聯(lián)在一起?？蛇x地，在副邊電路中可以設置少于變壓器個數(shù)的諧振電感，使一部分變壓器共用一個諧振電感，從而達到節(jié)省空間的目的。如圖7所示，本實施例中還可以使副邊電路共用一個諧振電感!。
其中，圖5、圖6、圖7中電路的工作原理與圖3的工作原理類似，對此本實施例不再贅述?？蛇x地，本實施例中在原邊電路和副邊電路中均不使用諧振電感，并將諧振電各換為普通電容。如圖8所示，Qll, Q12和Crl，Tl的原邊繞組形成一個Buck電路，此時Crl上的電壓取僅決于Qll導通的占空比，即Vcrl=Vin*D，D為Qll導通的占空比。Q12，Tl，Crl以及副邊電路中的的整流開關和濾波電容Ctl組成一個正激直流變壓電路，把Crl上的電壓VcrI轉(zhuǎn)換成一個和VcrI成正比的輸出電壓Vo，同理，另一半電路工作原理圖也是這樣，兩路按固定180度相位差工作，這樣輸出電壓紋波大為降低。本實施例中，變壓器包括多個繞組，其中，至少一個原邊繞組和一個副邊繞組，變壓器磁芯可以開氣隙，可以幾個變壓器集成在一個磁芯上，以節(jié)省空間和成本。本實施例的有益效果是:原邊電路包括N個橋臂，控制電路發(fā)出N對控制所述每個橋臂的第一控制信號和N個控制所述整流開關的第二控制信號，其中，所述每對第一控制信號中，其中一個控制信號的高電平寬度為第一固定值，低電平寬度可調(diào)節(jié)，另一個控制信號的低電平寬度為第二固定值，高電平寬度可調(diào)節(jié)，不管輸入電壓怎樣變化每個橋臂和整流開關都可工作在零電流開關或是零電壓開關狀態(tài)，從而提高了功率密度，降低了輸出紋波，穩(wěn)定了輸出電壓，保證了電源的可靠性。且將采樣反饋電路放在原邊電路上，避免了在電路中使用光耦等隔離器件，節(jié)省了面積和成本。參見圖9，本實施例中提供了一種上述開關電源的控制方法，包括:201、所述控制電路發(fā)出N對控制所述N個橋臂的第一控制信號和N個控制所述整流開關的第二控制信號，其中，所述每對第一控制信號中，其中一個控制信號的高電平寬度為第一固定值，低電平寬度可調(diào)節(jié)，另一個控制信號的低電平寬度為第二固定值，高電平寬度可調(diào)節(jié)，所述每個橋臂由所述每對第一控制信號控制開與關，所述相鄰的兩對第一信號的相位差為360/N度；202、所述每個橋臂在接收到所述第一控制信號后，驅(qū)動所述相應的變壓器和所述相應的電容的工作，以得到所述副邊電路的輸出電壓；203、所述采樣反饋電路對所述原邊電路的電容的電壓或所述副邊電路的輸出電壓進行采樣，并將所述采樣信號反饋給所述控制電路，所述控制電路還用于在收到所述采樣信號后，根據(jù)所述采樣信號控制所述每個橋臂的信號的占空比和頻率，以穩(wěn)定所述輸出電壓。本實施例的有益效果是:原邊電路包括N個橋臂，控制電路發(fā)出N對控制所述N個橋臂的第一控制信號和N個控制所述整流開關的第二控制信號，其中，所述每對第一控制信號中，其中一個控制信號的高電平寬度為第一固定值，低電平寬度可調(diào)節(jié)，另一個控制信號的低電平寬度為第二固定值，高電平寬度可調(diào)節(jié)，所述每個橋臂由所述每對第一控制信號控制開與關，所述相鄰的兩對第一信號的相位差為360/N度，這樣不管輸入電壓怎樣變化每個橋臂和整流開關都可工作在零電流開關或是零電壓開關狀態(tài)，從而提高了功率密度，降低了輸出紋波，穩(wěn)定了輸出電壓，保證了電源的可靠性。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種開關電源，其特征在于，包括:原邊電路、變壓器組、副邊電路、采樣反饋電路和控制電路，N為大于I的自然數(shù)； 其中，所述變壓器組包括N個變壓器，所述副邊電路包括N個整流開關，所述原邊電路包括N個橋臂和N個電容，所述N個電容分別與所述N個變壓器的原邊繞組串聯(lián)； 所述控制電路，用于發(fā)出N對控制所述N個橋臂的第一控制信號和N個控制所述整流開關的第二控制信號，其中，所述每對第一控制信號中，一個控制信號的高電平寬度為第一固定值，低電平寬度可調(diào)節(jié)，另一個控制信號的低電平寬度為第二固定值，高電平寬度可調(diào)節(jié)，所述每個橋臂由所述每對第一控制信號控制開與關，所述相鄰的兩對第一信號的相位差為360/N度； 所述每個橋臂用于在接收到所述第一控制信號后，驅(qū)動所述相應的變壓器和所述相應的電容的工作，以得到所述副邊電路的輸出電壓； 所述采樣反饋電路，用于對所述原邊電路的電容的電壓或所述副邊電路的輸出電壓進行采樣，并將所述采樣信號反饋給所述控制電路，所述控制電路還用于在收到所述采樣信號后，根據(jù)所述采樣信號控制所述每個橋臂的信號的占空比和頻率，以穩(wěn)定所述輸出電壓。
2.根據(jù)權利要求1所述的開關電源，其特征在于，所述每個橋臂包括至少一對開關管，所述每對開關管串聯(lián)在一起。
3.根據(jù)權利要求2所述的開關電源，其特征在于，所述每對開關管的驅(qū)動信號互補，且存在死區(qū)時間。
4.根據(jù)權利要求1-3任一項所述的開關電源，其特征在于，所述整流開關包括至少一個開關管。
5.根據(jù)權利要求1-4任一項所述的開關電源，其特征在于，當所述電容為諧振電容時，所述原邊電路還包括N個諧振電感，所述每個諧振電容和所述每個諧振電感組成諧振回路。
6.根據(jù)權利要求1-4任一項所述的開關電源，其特征在于，當所述電容為諧振電容時，所述副邊電路還包括N個諧振電感，所述每個諧振電容和所述每個諧振電感組成諧振回路。
7.根據(jù)權利要求1-6任一項所述的開關電源，其特征在于，當所述采樣反饋電路位于所述原邊電路上時，所述采樣反饋電路對所述電容兩端的電壓分別進行采樣，得到采樣信號。
8.根據(jù)權利要求1-6任一項所述的開關電源，其特征在于，當所述采樣反饋電路位于所述副邊電路上時，所述采樣反饋電路對所述輸出電壓進行采樣，得到采樣信號。
9.根據(jù)權利要求1-8任一項所述的開關電源，其特征在于，所述N個電容并聯(lián)在一起。
10.一種如權利要求1所述的開關電源的控制方法，其特征在于，所述方法包括: 所述控制電路發(fā)出N對控制所述N個橋臂的第一控制信號和N個控制所述整流開關的第二控制信號，其中，所述每對第一控制信號中，一個控制信號的高電平寬度為第一固定值，低電平寬度可調(diào)節(jié)，另一個控制信號的低電平寬度為第二固定值，高電平寬度可調(diào)節(jié)，所述每個橋臂由所述每對第一控制信號控制開與關，所述相鄰的兩對第一信號的相位差為360/N 度； 所述每個橋臂在接收到所述第一 控制信號后，驅(qū)動所述相應的變壓器和所述相應的電容的工作，以得到所述副邊電路的輸出電壓； 所述采樣反饋電路對所述原邊電路的電容的電壓或所述副邊電路的輸出電壓進行采樣，并將所述采樣信號反饋給所述控制電路，所述控制電路還用于在收到所述采樣信號后，根據(jù)所述采樣信號 控制所述每個橋臂的信號的占空比和頻率，以穩(wěn)定所述輸出電壓。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種開關電源和開關電源控制方法，屬于開關電源領域。所述方法包括原邊電路包括N個橋臂，控制電路發(fā)出N對控制所述N個橋臂的第一控制信號和N個控制所述整流開關的第二控制信號，其中，所述每對第一控制信號中，其中一個控制信號的高電平寬度為第一固定值，低電平寬度可調(diào)節(jié)，另一個控制信號的低電平寬度為第二固定值，高電平寬度可調(diào)節(jié)。本發(fā)明中不管輸入電壓怎樣變化每個橋臂和整流開關都可工作在零電流開關或是零電壓開關狀態(tài)，從而提高了功率密度，降低了輸出紋波，穩(wěn)定了輸出電壓，保證了電源的可靠性。
文檔編號H02M3/335GK103219892SQ20131011613
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月3日 優(yōu)先權日2013年4月3日
發(fā)明者劉旭君 申請人:華為技術有限公司