一种级联电路模式切换的控制方法与流程

本发明属于电力电子变换器，涉及一种级联电路模式切换的控制方法。

背景技术：

1、升降压型开关电源可以将输入电压转换为高于、等于或低于该输入电压的输出电压，可以工作在较宽的输入电压变化范围内，因此在电源领域得到了广泛应用。

2、公知的升降压型开关电源的控制方法通常有单模控制、双模控制以及三模控制，其中，对于采用三模控制的升降压型开关电源，当输入电压高于输出电压时，升降压型开关电源工作于降压模式；当输入电压低于输出电压时，升降压型开关电源工作于升压模式；当输入电压与输出电压相近时，升降压型开关电源工作于升降压模式。

3、参考图1，公开号为cn114221549a的中国专利申请中公开了一种升降压级联电路，该降压级联电路的控制方法通常采用三模控制，该降压级联电路采用三模控制时，在降压模式和升降压模式的任一工作周期内，功率管q1、q2、q3、q4均完成一次开关动作，在升压模式的任一工作周期内，功率管q3、q4均完成一次开关动作。然而，三模控制在模式切换点附近的效率明显降低。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供一种升降压级联电路的模式切换的控制方法，不影响级联电路的工作过程，同时能够提升模式切换点附近效率，实现平滑切换，使级联电路能够在更宽范围高效工作。

2、为解决上述问题，本发明提供一种级联电路模式切换的控制方法，所述级联电路包括前级升降压电路和后级隔离开关电源电路；

3、所述前级升降压电路包括开关管q1、开关管q2、开关管q4、电感、有源钳位开关管q3和有源钳位电容；开关管q1的一端同时作为前级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的一端和电感的一端，电感的另一端、开关管q4的一端和有源钳位电容的一端连接在一起作为前级升降压电路的输出正，有源钳位电容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前级升降压电路的输入地和级联电路的输入地；

4、所述后级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；隔离开关电源电路的输入正连接前级升降压电路的输出正，隔离开关电源电路的输入负连接前级升降压电路的输入地，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。

5、优选地，所述原边开关电路包括两个开关管，所述两个开关管与变压器组成推挽电路；所述副边整流电路包括两个开关管，所述两个开关管与所述的变压器组成全波整流电路。

6、优选地，所述原边开关电路包括四个开关管，所述四个开关管与变压器组成全桥电路；所述副边整流电路包括两个开关管，所述两个开关管与所述的变压器组成全波整流电路。

7、优选地，所述原边开关电路包括四个开关管，所述四个开关管与变压器组成全桥电路；所述副边整流电路包括四个开关管，所述四个开关管与所述变压器组成全桥整流电路。

8、优选地，所述原边开关电路包括两个开关管，所述两个开关管与变压器组成推挽电路；所述副边整流电路包括四个开关管，所述四个开关管与所述的变压器组成全桥整流电路。

9、优选地，所述开关管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。

10、通过级联电路输入正的电压由高到低逐渐变化，来说明本发明所提出的级联电路的控制方法的技术方案：

11、上述任一项所述的级联电路的控制方法，包括：

12、当级联电路输入正的电压大于前级升降压电路输出正的电压时，级联电路工作在降压模式，级联电路工作在降压模式时，每个循环周期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，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，通过变压器将电感能量从原边传递到副边；且级联电路工作在降压模式时，开关管q1、q2的占空比随输入电压和输出负载变化而变化，频率不变；

13、级联电路工作在降压模式时，在励磁阶段，开关管q1的占空比增加至当前频率的最大占空比时，级联电路进入降频模式；级联电路工作在降频模式时，开关管q1和开关管q2的工作频率随着输入电压的降低而降低；级联电路工作在降频模式时，每个循环周期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，从而通过变压器将电感能量从原边传递到副边；且级联电路工作在降频模式时，开关管q1、q2的占空比和频率随输入电压和输出负载变化而变化；

14、级联电路工作在降频模式时，在励磁阶段，开关管q1的占空比增加至当前频率的最大占空比，且开关管q1的当前频率已达到预设的下限频率时，级联电路进入升降压模式；级联电路工作升降压模式时，每个循环周期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均保持工作在预设的下限频率且保持最大占空比，开关管q2均保持工作在预设的下限频率且保持最小占空比；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，且级联电路工作在升降压模式时，开关管q4的占空比随输入电压和输出负载变化而变化，频率不变；

15、当级联电路输入正的电压小于前级升降压电路输出正的电压时,或者当级联电路在升降压模式中，开关管q4的占空比大到某一阈值时，级联电路进入升压模式；级联电路工作升压模式时，每个循环周期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；且级联电路工作在升压模式时，开关管q4的占空比随输入电压和输出负载变化而变化，频率不变；

16、同理，级联电路的输入正的电压由低到高逐渐变化，级联电路分别工作在升压模式、升降压模式、升频模式和降压模式，具体控制过程不做赘述。

17、本发明还提供一种一种级联电路模式切换的控制方法，级联电路包括前级升降压电路和后级隔离开关电源电路；

18、前级升降压电路包括：开关管q1、开关管q2、电感、有源钳位开关管q3和有源钳位电容；开关管q1的一端同时作为前级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的一端和电感的一端，电感的另一端和有源钳位电容的一端连接在一起作为前级升降压电路的输出正，有源钳位电容的另一端连接有源钳位开关管q3的一端，开关管q2的另一端和有源钳位开关管q3的另一端连接在一起同时作为前级升降压电路的输入地和级联电路的输入地；

19、后级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；隔离开关电源电路的输入正连接前级升降压电路的输出正，隔离开关电源电路的输入负连接前级升降压电路的输入地，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；

20、控制方法包括：

21、当级联电路输入正的电压大于升前级降压电路输出正的电压时，级联电路工作在降压模式，级联电路工作在降压模式时，每个循环周期至少包括励磁阶段和去磁阶段，在励磁阶段和去磁阶段，有源钳位开关管q3导通或部分时段导通；在励磁阶段，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；在去磁阶段，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；

22、级联电路工作在降压模式时，在励磁阶段，开关管q1的占空比增加至当前频率的最大占空比时，级联电路进入降频模式，级联电路工作在降频模式时，开关管q1和开关管q2的工作频率随着级联电路的输入电压的降低而降低；

23、级联电路工作降频模式时，每个循环周期至少包括励磁阶段和去磁阶段，在励磁阶段和去磁阶段，有源钳位开关管q3导通或部分时段导通；在励磁阶段，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；在去磁阶段，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；

24、级联电路工作在降频模式时，在励磁阶段，当开关管q1的占空比增加至当前频率的最大占空比，且开关管q1的当前频率已达到预设的下限频率时，级联电路进入升降压模式；

25、级联电路工作在升降压模式时，每个循环周期至少包括励磁阶段和去磁阶段，在励磁阶段和去磁阶段，开关管q1均保持工作在预设的下限频率且保持最大占空比，开关管q2均保持工作在预设的下限频率且保持最小占空比；在励磁阶段，原边开关电路导通，有源钳位开关管q3关断；在去磁阶段，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；

26、当级联电路输入正的电压小于前级升降压电路输出正的电压时,或者当级联电路工作在升降压模式且原边开关电路的部分开关管的占空比大到某一阈值时，级联电路进入升压模式；

27、级联电路工作在升压模式时，每个循环周期至少包括励磁阶段和去磁阶段，在励磁阶段和去磁阶段，开关管q1均保持导通，开关管q2均保持关断；在励磁阶段，原边开关电路导通，有源钳位开关管q3关断；在去磁阶段，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。

28、本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的级联电路模式切换控制方法能够有效提升模式切换点的效率，同时实现不同模式的平滑切换，大幅降低模式切换对输出纹波的影响，可实现全工况高效率工作。