[发明专利]一种开关电源和控制该开关电源的方法

说明书

本发明公开了一种开关电源和控制该开关电源的方法，其中，该开关电源包括：输入电源、前级电路和后级隔离电路；前级电路包括：第一电感、至少两个开关器件；后级隔离电路包括：原边开关电路、变压器及副边整流电路，其中，第一开关器件的一端与输入电源的正极连接，第二开关器件的一端和第一电感的输入端共同与第一开关器件的另一端连接，第二开关器件的另一端与输入电源的负极连接，第一电感的输出端端连接至后级隔离电路的原边开关电路，原边开关电路的另一端与第二开关器件的另一端连接。本发明的前级电路结构简单，体积较小，解决了现有技术中存在的问题。

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别是涉及一种开关电源和控制该开关电源的方法。

背景技术

在现有通讯系统的供电架构中，由于安全和效率的考虑，隔离的中间总线(IBA，Intermediate Bus Architecture)架构得到了广泛的应用，在该架构中，系统的输入电压首先经过一个隔离的中间总线电源(IBC，Intermediate Bus Converter)转换成一个中间电压，再由多个后级非隔离电源转换成负载电路需要的电压。

为适应不同的系统，中间总线电源往往需要适应较宽的输入电压，在处理一定功率的情况下，其功率器件需要同时满足高电压应力和低压输入时的大电流应力，使得器件选型难以优化，对通讯系统常见的36～75V输入电压范围，功率器件需要选择有至少两倍于额定功率的裕量。同时，作为总线电源需要处理一个系统的所有功率需求，因此效率也是最重要的指标，而选择较大功率裕量的器件往往导致效率的降低，并使电源体积增大，影响功率密度指标。

在如图1所述现有技术中，采用脉冲宽度调制(PWM，Pulse Width Modulation)技术实现变压的传统开关电源结构，在输入电压范围较宽时，脉冲宽度占空比的变化较大，使得电感等储能元件在电压转换过程中需要不断存储、释放较多的能量，导致储能元件的体积和损耗都增加，宽输入电压范围也使得功率器件需要同时能耐受高压输入时的高电压应力和低压输入时的大电流应力，因此，需要选择比实际输出功率大得多的功率器件，导致功率器件的体积和损耗都增大。所以，传统的开关电源结构在宽电压输入范围时会导致效率下降、功率密度下降的问题。

为解决宽范围输入电压带来的功率器件应力裕量增大的问题，常见的应对方案为如图2所示的两级结构，包括非隔离稳压前级电路与变压器隔离后级电路，通过前级稳压电路使得后级只需应对固定的输入电压，避免宽输入电压范围带来的应力问题。但此方案并没有解决宽输入电压范围带来前级占空比变化较大的问题，对于此降压型开关电源，在占空比最大的时候效率和储能元件的体积能达到最优，在此结构中对应的为输入电压最低的时候如36V，并非额定工作电压，这就导致了系统在额定工作如48V时，效率和体积都不能达到最优。

为应对宽范围输入电压带来的占空比变化较大的问题，在非隔离的开关电源中，如图3所示的输出正向(non-inverting)的升降压Buck-Boost拓扑常被用来有效解决此问题，被广泛应用于无隔离需求的电池供电终端设备中。在此拓扑中，输出电压可以设置为一中间值，在输入电压高于输出电压设定值时，电路工作在降压Buck模式，在输入电压低于输出电压设定值时电路工作在升压Boost模式，因此占空比变化范围可以缩减一半。

图4所示的现有技术为此Buck-Boost拓扑增加了隔离功能的示意图，其隔离部分通过传统降压型桥式电路或其他逻辑链路控制(LLC，Logical Link Control)等谐振电路实现。此电路能实现前述非隔离Buck-Boost的占空比变化范围窄的优势，同时，后级隔离电路亦无需应对宽范围输入电压带来的功率器件应力问题，是现有技术中效率较高的一种应用。

但该技术实质上等效Buck+Boost+桥式隔离三级电路组成，其主要应用为带多个不同变比的隔离后级，形成多种电压输出的分比式供电架构，它采用较多功率器件，导致做单电源应用时体积增加较大，功率密度不高。